特許 6116656 超短期滞留時間でのレーザアニーリングシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6116656

(24)【登録日】2017年3月31日

(45)【発行日】2017年4月19日

(54)【発明の名称】超短期滞留時間でのレーザアニーリングシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20170410BHJP

   G02F 1/37 20060101ALI20170410BHJP

   G02B 26/12 20060101ALI20170410BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20170410BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20170410BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/268 J

   G02F1/37

   G02B26/12

   H01L21/265 602C

   H01L21/20

【請求項の数】25

【外国語出願】

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-246045(P2015-246045)

(22)【出願日】2015年12月17日

(65)【公開番号】特開2016-119470(P2016-119470A)

(43)【公開日】2016年6月30日

【審査請求日】2016年2月10日

(31)【優先権主張番号】62/092,925

(32)【優先日】2014年12月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502400304

【氏名又は名称】ウルトラテック インク

(74)【代理人】

【識別番号】100136319

【弁理士】

【氏名又は名称】北原 宏修

(74)【代理人】

【識別番号】100147706

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 裕司

(74)【代理人】

【識別番号】100148275

【弁理士】

【氏名又は名称】山内 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100142745

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 世子

(72)【発明者】

【氏名】ハウリーラック、エム、アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】アニキチェフ、セルゲイ

【審査官】 柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０１３８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４８２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２９５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０９３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５７６００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

Ｇ０２Ｂ ２６／１２

Ｇ０２Ｆ １／３７

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パターン化表面を有する半導体ウエハを、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓ又はウエハ表面直下温度Ｔ_Ｓ、及び表面溶融温度Ｔ_Ｍ又は表面直下溶融温度Ｔ_Ｍでアニーリングする方法であって、
予熱レーザ光線を用いて、前記パターン化表面の一部を（０．５）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．９）・Ｔ_Ｍの範囲の前記プレアニール温度Ｔ_ＰＡに加熱するように構成される、５ｍｍから２０ｍｍの間の長さＬ１と、幅Ｗ１とを有する予熱線画像を前記パターン化表面に形成することと、
走査レーザ光線を用いて半導体ウエハの表面にアニーリング画像を形成し、前記アニーリング画像が前記予熱線画像の一部と重なるようにして走査重複領域を規定することと、
前記予熱線画像に対して前記アニーリング画像を走査し、前記走査重複領域が、１０ｎｓ≦τ_Ｄ≦５００ｎｓの範囲の滞留時間τ_Ｄを有し、前記走査重複領域内において、前記ウエハ表面温度Ｔ_Ｓ又はウエハ表面直下温度Ｔ_Ｓを、前記プレアニール温度Ｔ_ＰＡから前記表面溶融温度Ｔ_Ｍ又は表面直下溶融温度Ｔ_Ｍに局所的に上昇させることと
を備え、
前記アニーリング画像を形成する工程において、前記アニーリング画像は、１００ミクロンから５００ミクロンの間の範囲の長さＬ２と、１０ミクロンから５０ミクロンの間の範囲の幅Ｗ２とを有し、前記長さＬ２はＬ２≧２・Ｗ１であり、前記長さＬ１とＬ２とは直交方向に測定される、方法。

【請求項2】

前記滞留時間τ_Ｄは、２５ｎｓ≦τ_Ｄ≦２５０ｎｓの範囲にある、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

光パルスを発する疑似連続波（ＱＣＷ）レジームでアニールレーザを操作することによって前記走査レーザ光線を形成することをさらに備え、前記走査重複領域が通過する前記半導体ウエハの表面上の各点は、少なくとも５個の光パルスを受光する、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記ＱＣＷレジームは、１００ＭＨｚ以上の反復率を有する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記走査レーザ光線は、アニールレーザから回転ポリゴンミラーへ初期レーザ光線を導くことによって形成される、請求項１から４の何れか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記予熱レーザ光線は、赤外線波長を有し、前記走査レーザ光線は、可視光波長を有する、請求項１から５の何れか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記可視光波長は５３２ｎｍであり、赤外線ファイバレーザを周波数倍増することによって形成される、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記走査重複領域内で前記半導体ウエハの表面温度を測定することと、前記半導体ウエハの測定された表面温度を用いて、前記予熱レーザ光線及びアニールレーザ光線の少なくとも一つの光学出力量を制御することとをさらに備える、請求項１から７の何れか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記半導体ウエハの表面温度を測定することは、前記走査重複領域からの放射率を測定することを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記半導体ウエハは、Ｓｉ層の真下にあるＳｉ及びＧｅの層を備える、請求項１から９の何れか１項に記載の方法。

【請求項11】

ａ）走査光学システムを用いて、前記予熱線画像の近位端における開始位置から前記予熱線画像の遠位端における終了位置まで、アニーリング走査方向に前記アニーリング画像を走査することと、
ｂ）前記アニーリング画像が前記終了位置に到達したときに、前記走査レーザ光線を消すことと、
ｃ）前記半導体ウエハの表面上の新規な位置へ前記予熱線画像を動かすことと、
ｄ）前記アニーリング画像を前記開始位置に方向付けることができるときに、前記走査レーザ光線を引き返させることと
を備え、
工程ａ）からｄ）を繰り返し、前記半導体ウエハの略全表面にわたって前記走査重複領域を走査する、請求項１から１０の何れか１項に記載の方法。

【請求項12】

工程ｃ）は、前記予熱線画像を、前記アニーリング走査方向に直交する予熱走査方向に連続的に動かすことを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記走査レーザ光線を消すことは、前記走査レーザ光線を音響光学変調器で遮断することを含む、請求項１１または１２に記載の方法。

【請求項14】

前記予熱線画像は、前記半導体ウエハの表面又は表面直下を、（０．６）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．８）・Ｔ_Ｍの範囲のプレアニール温度Ｔ_ＰＡに加熱する、請求項１１から１３の何れか１項に記載の方法。

【請求項15】

パターン化された表面を有する半導体ウエハを、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓ又はウエハ表面直下温度Ｔ_Ｓ、及び表面溶融温度Ｔ_Ｍ又は表面直下溶融温度Ｔ_Ｍでアニーリングするためのシステムであって、
予熱レーザシステムと、アニーリングレーザシステムとを備え、
前記予熱レーザシステムは、パターン化表面に予熱線画像を形成する予熱レーザ光線を形成し、前記予熱線画像は、前記パターン化表面の一部を、（０．５）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．９）・Ｔ_Ｍの範囲のプレアニール温度Ｔ_ＰＡに加熱するように構成され、前記予熱線画像は、５ｍｍから２０ｍｍの間の長さＬ１を有する長手方向と、幅Ｗ１を有する幅狭方向とを有し、
前記アニーリングレーザシステムは、前記半導体ウエハの表面にアニーリング画像を形成する走査レーザ光線を形成し、これにより、前記アニーリング画像が前記予熱線画像の一部と重なって走査重複領域を規定し、
前記アニーリング画像は、１００ミクロンから２００ミクロンの範囲の長さＬ２で長手方向を有し、１０ミクロンから２５ミクロンの範囲の幅Ｗ２の幅狭方向を有し、ここで、前記長さＬ２は、Ｌ２≧２・Ｗ１であり、前記長さＬ１とＬ２とは直交方向に測定され、
前記アニーリングレーザシステムは、前記予熱線画像に対して前記アニーリング画像を走査する走査光学システムを含み、これにより、前記走査重複領域は、１０ｎｓ≦τ_Ｄ≦５００ｎｓの範囲の滞留時間τ_Ｄを有し、前記走査重複領域内において、前記ウエハ表面温度Ｔ_Ｓ又はウエハ表面直下温度Ｔ_Ｓを、前記プレアニール温度Ｔ_ＰＡから前記表面溶融温度Ｔ_Ｍ又は表面直下溶融温度Ｔ_Ｍに局所的に上昇させる、システム。

【請求項16】

前記滞留時間τ_Ｄは、２５ｎｓ≦τ_Ｄ≦２５０ｎｓの範囲にある、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記アニーリングレーザシステムは、疑似連続波（ＱＣＷ）レジームで動作するアニールレーザを含み、これにより、前記走査レーザ光線は、光パルスを含み、前記走査重複領域が通過する前記半導体ウエハの表面上の各点は、少なくとも５個の光パルスを受光する、請求項１５または１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記ＱＣＷレジームは、１００ＭＨｚ以上の反復率を有する、請求項１７に記載のシステム。

【請求項19】

前記アニーリングレーザシステムは、初期レーザ光線を発するアニールレーザを含み、前記走査光学システムは、前記初期レーザ光線を受光し、前記走査レーザ光線を形成する回転ポリゴンミラーを含む、請求項１５から１８の何れか１項に記載のシステム。

【請求項20】

前記アニーリングレーザシステムは、変調器駆動部に動作可能に接続された変調器を含み、前記変調器は、前記初期レーザ光線に配列され、前記アニーリング画像がその走査を完了したときに前記初期レーザ光線を遮断し、前記アニーリング画像が次の走査を開始したときに前記初期レーザ光線を送信する、請求項１９に記載のシステム。

【請求項21】

前記アニールレーザは、周波数倍増化結晶で赤外線励起されたファイバレーザを含み、前記走査レーザ光線は、５３２ｎｍの波長を有する、請求項１７から２０の何れか１項に記載のシステム。

【請求項22】

前記予熱レーザ光線は赤外線波長を有する、請求項１５から２１の何れか１項に記載のシステム。

【請求項23】

前記走査重複領域からの熱放射を測定する熱放射検出システムをさらに含む、請求項１５から２２の何れか１項に記載のシステム。

【請求項24】

前記半導体ウエハは、可動ウエハ台によって順次支持されるチャックによって支持されており、前記アニーリング画像は、アニーリング方向に走査し、前記可動ウエハ台は、前記アニーリング方向に直交する予熱走査方向に前記予熱線画像を走査するように移動する、請求項１５から２３の何れか１項に記載のシステム。

【請求項25】

前記予熱線画像は、前記半導体ウエハの表面又は表面直下を、（０．６）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．８）・Ｔ_Ｍの範囲のプレアニール温度Ｔ_ＰＡに加熱する、請求項１５から２４の何れか１項に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０１４年１２月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／０９２，９２５号の優先権を主張する。当該米国仮特許出願は、参照により本明細書中に組み込まれる。

【技術分野】

【0002】

本開示は、主として、集積回路及びメモリ装置を組み立てる半導体製造に使用されるアニーリングに関する。特に、本開示は、超短期間の滞留時間でのレーザアニーリングシステム及び方法に関する。

【0003】

米国特許第８，３０９，４７４号、米国特許第８，５４６，８０５号、米国特許第８，８６５，６０３号、及び米国特許出願番号第１４／４９７，００６号などの本明細書中で引用されるあらゆる参考文献は、参照によって本明細書中に組み込まれる。

【背景技術】

【0004】

従来のナノ秒パルスレーザ溶融アニーリング（「従来の溶融レーザアニーリング」）は、進化した集積回路（ＩＣ）チップ製造に理想的な非常に低い熱収支、高いドーパント活性化、超階段接合を提示する。しかし、実際には、ＩＣチップの光学特性及び熱特性の空間変動に起因する大幅な温度不均一性のために、パターン化された半導体ウエハ上にこの種のアニーリングを実行することは困難である。これらの弊害は、本技術分野において「パターン密度効果」と呼ばれる。

【0005】

米国特許第８，３０９，４７４号には、第１の走査レーザ光線が使用され、ハイブリッド溶融／非溶融装置を用いた一定の方式で、基板を溶融寸前の状態にまで予熱する技術が開示されている。その後、光パルスを伴う光線を放射する第２のレーザが使用され、アニールされる領域を、溶融された領域が即座に再結晶化できる程度の短い期間の間、溶融温度にまで上昇させる。この方法の利点は、パターン化された基板と相互作用するパルスレーザによる温度不均一性が、大幅に緩和されることである。しかし、この方法は、パルス対パルス再現性条件、及びパルスレーザ画像不均一性の制約に悩まされる。また、この方法は、１００マイクロ秒から２０ミリ秒の範囲の比較的長い滞留時間を有する。このような比較的長い滞留時間は、上述の問題を深刻化させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

米国特許第８，８６５，６０３号には、アニーリングシステムが記載されている。このアニーリングシステムにおいて、走査連続波（ＣＷ）レーザ光線は、１マイクロ秒から１００マイクロ秒の範囲の滞留時間で背面レーザ処理を実行するために使用される。この方法の利点は、光線安定性が１％よりも大幅に改善し、半導体ウエハにおける光線均一性がガウス分布によって規定できるという点である。このことは、十分に理解されている。しかし残念ながら、この方法の出力条件及び滞留時間条件は、溶融基板を高速で再結晶化させるにはあまりにも長過ぎる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

１０ｎｓから５００ｎｓの範囲、あるいは、２５ｎｓから２５０ｎｓの範囲の超短期間の滞留時間で半導体ウエハをアニーリングするためのレーザアニーリングシステム及び方法が開示される。このレーザアニーリングシステムは、２つのレーザ光線、すなわち、予熱レーザ光線と走査レーザ光線を利用する。予熱レーザ光線と走査レーザ光線は、予熱線画像及び重複領域を規定するアニーリング画像をそれぞれ形成する。アニーリング画像の長手寸法Ｌ２は、予熱線画像の短手寸法Ｗ１の方向に延びる。長手寸法Ｌ２を短手寸法Ｗ１よりも実質的に大きくする（例えば、２倍（２×）から４倍（４×）大きくする）ことで、比較的容易に予熱線画像とアニーリング画像とを整列させることができる。予熱レーザ光線は、赤外領域で動作するＣＷ光線である。また、走査レーザ光線は、ＣＷ光線か疑似ＣＷ（ＱＣＷ）光線の何れかである。走査レーザ光線は、半導体ウエハの表面上を十分に高速で予熱線画像に対して走査し、これにより、滞留時間は上述の範囲となる。これらの超短期間の滞留時間は、装置構造のリフローを抑えることができるため、製品ウエハの溶融アニーリングの実行には有用である。一例では、走査レーザ光線のＣＷ及びＱＣＷ特性が、パルス系レーザアニーリングシステムに関連したパルス対パルス均一性の問題を回避する。パルス系レーザアニーリングシステムは、一個又は数個の光パルスにだけ依存してアニーリングを実行する。さらに、ＱＣＷレーザ光線の実質的なビーム成形を必要としないため、好ましくないスペックル効果が、避けられる。

【0008】

本開示の一局面は、パターン化された表面を有する半導体ウエハを、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓ又はウエハ表面直下温度Ｔ_Ｓ、及び表面溶融温度Ｔ_Ｍ又は表面直下溶融温度Ｔ_Ｍでアニーリングする方法である。この方法は、予熱レーザ光線を用いてパターン化表面に予熱線画像を形成することと、走査レーザ光線を用いて半導体ウエハの表面にアニーリング画像を形成し、前記アニーリング画像が走査重複領域を規定するために前記予熱線画像の一部と重なるようにすることと、前記予熱線画像に対して前記アニーリング画像を走査し、前記走査重複領域が、１０ｎｓ≦τ_Ｄ≦５００ｎｓの範囲の滞留時間τ_Ｄを有し、前記走査重複領域内において、前記ウエハ表面温度Ｔ_Ｓ又はウエハ表面直下温度Ｔ_Ｓを、前記プレアニール温度Ｔ_ＰＡから前記表面溶融温度Ｔ_Ｍ又は表面直下溶融温度Ｔ_Ｍに局所的に上昇させることとを備える。前記予熱線画像を形成する工程において、前記予熱線画像は、前記パターン化表面の一部を、（０．５）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．９）・Ｔ_Ｍの範囲のプレアニール温度Ｔ_ＰＡに加熱するように構成される。ここで、前記予熱線画像は、５ｍｍから２０ｍｍの間の長さＬ１と幅Ｗ１とを有する。前記アニーリング画像を形成する工程において、前記アニーリング画像は、１００ミクロンから５００ミクロンの間の範囲の長さＬ２と、１０ミクロンから５０ミクロンの間の範囲の幅Ｗ２とを有する。ここで、前記長さＬ２はＬ２≧２・Ｗ１であり、前記長さＬ１とＬ２とは直交方向に測定される。

【0009】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記滞留時間τ_Ｄは、２５ｎｓ≦τ_Ｄ≦２５０ｎｓの範囲にある。

【0010】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、光パルスを発する疑似連続波（ＱＣＷ）レジーム（タイプ）でアニールレーザを操作することによって前記走査レーザ光線を形成することをさらに備え、ここで、前記走査重複領域が通過する前記半導体ウエハの表面上の各点は、少なくとも５個の光パルスを受光する。

【0011】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ＱＣＷレジームは、１００ＭＨｚ以上の反復率を有する。

【0012】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記走査レーザ光線は、アニールレーザから回転ポリゴンミラーへ初期レーザ光線を導くことによって形成される。

【0013】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記予熱レーザ光線は、赤外線波長を有し、前記走査レーザ光線は、可視光波長を有する。

【0014】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記可視光波長は５３２ｎｍであり、赤外線ファイバレーザを周波数倍増することによって形成される。

【0015】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記走査重複領域内で前記半導体ウエハの表面温度を測定することと、前記半導体ウエハの測定された表面温度を用いて、前記予熱レーザ光線及びアニールレーザ光線の少なくとも一つの光学出力量を制御することとをさらに備える。

【0016】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記半導体ウエハの表面温度を測定することは、前記走査重複領域からの放射率を測定することを含む。

【0017】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記半導体ウエハは、Ｓｉ層の真下にあるＳｉ及びＧｅの層を備える。

【0018】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、ａ）走査光学システムを用いて、前記予熱線画像の近位端における開始位置から前記予熱線画像の遠位端における終了位置まで、アニーリング走査方向に前記アニーリング画像を走査することと、ｂ）前記アニーリング画像が前記終了位置に到達したときに前記走査レーザ光線を消すことと、ｃ）前記半導体ウエハの表面上の新規な位置へ前記予熱線画像を動かすことと、ｄ）前記アニーリング画像を前記開始位置に方向付けることができるときに、前記走査レーザ光線を引き返させることとを備え、工程ａ）からｄ）を繰り返し、前記半導体ウエハの略全表面にわたって前記走査重複領域を走査する。

【0019】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、工程ｃ）は、前記予熱線画像を、前記アニーリング走査方向に直交する予熱走査方向に連続的に動かすことを含む。

【0020】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記走査レーザ光線を消すことは、前記走査レーザ光線を音響光学変調器で遮断することを含む。

【0021】

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記予熱線画像は、前記半導体ウエハの表面又は表面直下を、（０．６）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．８）・Ｔ_Ｍの範囲のプレアニール温度Ｔ_ＰＡに加熱する。

【0022】

本開示の他の局面は、パターン化された表面を有する半導体ウエハを、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓ又はウエハ表面直下温度Ｔ_Ｓ、及び表面溶融温度Ｔ_Ｍ又は表面直下溶融温度Ｔ_Ｍでアニーリングするためのシステムである。このシステムは、予熱レーザシステムと、アニーリングレーザシステムとを備える。前記予熱レーザシステムは、パターン化表面に予熱線画像を形成する予熱レーザ光線を形成する。予熱線画像は、前記パターン化表面の一部を、（０．５）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．９）・Ｔ_Ｍの範囲のプレアニール温度Ｔ_ＰＡに加熱するように構成される。ここで、前記予熱線画像は、５ｍｍから２０ｍｍの間の長さＬ１を有する長手方向と幅Ｗ１を有する幅狭方向とを有する。前記アニーリングレーザシステムは、前記半導体ウエハの表面にアニーリング画像を形成する走査レーザ光線を形成し、これにより、前記アニーリング画像が前記予熱線画像の一部と重なって走査重複領域を規定する。前記アニーリング画像は、１００ミクロンから２００ミクロンの範囲の長さＬ２で長手方向を有し、１０ミクロンから２５ミクロンの範囲の幅Ｗ２の幅狭方向を有する。ここで、前記長さＬ２は、Ｌ２≧２・Ｗ１であり、前記長さＬ１とＬ２とは直交方向に測定される。このシステムにおいて、前記アニーリングレーザシステムは、前記予熱線画像に対して前記アニーリング画像を走査する走査光学システムを含む。これにより、前記走査重複領域は、１０ｎｓ≦τ_Ｄ≦５００ｎｓの範囲の滞留時間τ_Ｄを有する。また、アニーリングレーザシステムは、前記走査重複領域内において、前記ウエハ表面温度Ｔ_Ｓ又はウエハ表面直下温度Ｔ_Ｓを、前記プレアニール温度Ｔ_ＰＡから前記表面溶融温度Ｔ_Ｍ又は表面直下溶融温度Ｔ_Ｍに局所的に上昇させる。

【0023】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記滞留時間τ_Ｄは、２５ｎｓ≦τ_Ｄ≦２５０ｎｓの範囲にある。

【0024】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記アニーリングレーザシステムは、疑似連続波（ＱＣＷ）レジーム（タイプ）で動作するアニールレーザを含む。これにより、前記走査レーザ光線は、光パルスを含み、前記走査重複領域が通過する前記半導体ウエハの表面上の各点は、少なくとも５個の光パルスを受光する。

【0025】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記ＱＣＷレジームは、１００ＭＨｚ以上の反復率を有する。

【0026】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記アニーリングレーザシステムは、初期レーザ光線を発するアニールレーザを含み、前記走査光学システムは、前記初期レーザ光線を受光し、前記走査レーザ光線を形成する回転ポリゴンミラーを含む。

【0027】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記アニーリングレーザシステムは、変調器駆動部に動作可能に接続された変調器を含む。前記変調器は、前記初期レーザ光線に配列され、前記アニーリング画像がその走査を完了したときに前記初期レーザ光線を遮断し、前記アニーリング画像が次の走査を開始したときに前記初期レーザ光線を送信する。

【0028】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記アニールレーザは、周波数倍増化結晶で赤外線励起された（infrared-pumped）ファイバレーザを含み、前記走査レーザ光線は、５３２ｎｍの波長を有する。

【0029】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記予熱レーザ光線は赤外線波長を有する。

【0030】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記方法は、前記走査重複領域からの熱放射を測定する熱放射検出システムをさらに含む。

【0031】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記半導体ウエハは、可動ウエハ台によって順次支持されるチャックによって支持されている。ここで、前記アニーリング画像は、アニーリング方向に走査し、前記可動ウエハ台は、前記アニーリング方向に直交する予熱走査方向に前記予熱線画像を走査するように移動する。

【0032】

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記予熱線画像は、前記半導体ウエハの表面又は表面直下を、（０．６）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．８）・Ｔ_Ｍの範囲のプレアニール温度Ｔ_ＰＡに加熱する。

【0033】

さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、後述する詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面などの本願中に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。特許請求の範囲は、本願明細書の一部を構成し、したがって参照により詳細な説明中に組み込まれる。

【0034】

上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、様々な実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。下記の特許請求の範囲は、本明細書の一部を構成し、具体的には、下記の詳細な説明に組み込まれる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】図１は、本開示による超高速レーザアニーリングシステムの一例の模式図である。

【図2A】図２Ａは、一例のトランジスタ半導体構造を示すウエハの断面図である。この図において、ソース及びドレイン領域は、ドープされたＳｉ又はドープされたＳｉＧｅであり、表面溶融プロセスでアニールされ得る。

【図2B】図２Ｂは、一例の半導体構造を示すウエハの断面図である。ここでアニーリングは、表面直下溶融プロセスを含む。

【図3】図３は、ウエハ表面に形成された予熱線画像及びアニーリング画像の上面拡大図である。この図は、２つの画像の相対寸法及び走査方向、並びに、溶融アニーリングプロセスの滞留時間を規定する走査重複領域を示す。

【図4】図４は、ポリゴン（多角形）走査ミラー及びＦ−シータ走査構造を有するアニーリングレーザシステムの一例を模式的に示す側面図である。

【図5】図５は、図３と同様の拡大図であり、予熱線画像に対するアニーリング画像及び走査重複領域の走査の動きを示す。

【図6】図６は、予熱線画像及びアニーリング画像によるウエハ表面の走査方法の一例を示すウエハの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。いくつかの図面において、参考のためにデカルト座標が描かれているが、これは、本明細書中に記載のシステム及び方法を特定の方向および配置位置に限定することを意図したものではない。下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。

【0037】

以下の記述では、用語「ウエハ」は、例えば、集積回路デバイスの製造に使用される「半導体ウエハ」を短縮したものである。一例のウエハは、シリコンウエハである。

【0038】

本開示の局面は、溶融アニーリングを実行することに関する。ここで、ウエハ表面は局所的に溶融するか、あるいは、ウエハの表面直下（subsurface）は局所的に溶融する。ウエハ表面が、溶融温度のより低い材料層（例えば、ゲルマニウムまたはゲルマニウム−シリコン）を覆うシリコン薄層で構成されている例では、ウエハ表面は固体を維持し得るが、表面直下材料は溶融し得る。そのため、本明細書中に記載の溶融プロセスは、ウエハ表面が溶融するか、あるいは、ウエハ表面が固体を維持するがウエハ表面の下にある材料の小容量が溶融する場合に、適用できる。後者の溶融プロセスは、本明細書では、「表面直下」溶融プロセスと呼ばれる。この場合、溶融温度Ｔ_Ｍは、表面直下材料の溶融温度を意味する。ウエハ表面温度Ｔ_Ｓは、ウエハ表面直下温度（すなわち、ウエハ表面の真下の温度）に実質的に対応する。そのため、この温度は、表面直下溶融プロセスに関連してウエハ表面直下温度とも呼ばれる。
＜ＱＣＷレーザアニーリングシステム＞

【0039】

図１は、本開示にかかるＱＣＷレーザアニーリングシステム（「システム」）１００の一例の模式図である。システム１００は、ウエハ台１２０を含む。ウエハ台１２０は、上面１３２を有するチャック１３０を動作可能に支持する。ウエハ台１２０は、台制御部１２４に動作可能に接続され、台制御部１２４の操作を介して、Ｘ−Ｙ平面に移動するとともに、選択的にＺ方向に移動するように構成されている。チャック１３０の上面１３２は、本体１１、表面１２、及び表面直下１３を有するウエハ１０を動作可能に支持するように構成されている。表面直下１３は、表面１２の直下、例えば、数十ミクロン程度の深さの直下に位置する（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。表面１２は、半導体構造によって規定されたパターンを含む。半導体構造は、一般に、ＩＣチップの様々な製造段階と関連付けられている。

【0040】

図２Ａは、ウエハ１０の断面図である。この断面図は、トランジスタ半導体構造１４の一例を示す。トランジスタ半導体構造１４は、ソース領域１６Ｓ及びドレイン領域１６Ｄ、ゲート酸化物薄層１７、並びに高誘電率（high-K）金属ゲートスタック（堆積物）１８を含む。高誘電率（high-K）金属ゲートスタック１８の材料の一例は、ＨｆＯである。ソース領域１６Ｓ及びドレイン領域１６Ｄは、ドープされたＳｉまたはドープされたＳｉＧｅであり、本明細書に開示される表面溶融プロセスを用いてアニールされ得る。高誘電率（high-K）金属ゲートスタック１８は、ソース領域１６Ｓ及びドレイン領域１６ＤのＳｉまたはＳｉＧｅの溶融温度よりも高い溶融温度を有する。

【0041】

図２Ｂは、一例の半導体構造１４を示すウエハ１０の一例の断面図である。ここで、アニーリングプロセスは、表面直下溶融プロセスを含む。半導体構造１４は、発明の名称が「ＳＯＩ／ＳｉＧｅ技術に関してＳｉＧｅ及びＳｉＧｅＣ埋め込み層を形成する構造及びシステム」である米国特許第８，１３８，５７９号の図５に基づく。半導体構造１４は、埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層２２、Ｓｉ薄膜層２４、任意のバッファ層であるＳｉ薄膜２６、ＳｉＧｅ又はＳｉＧｅＣ薄膜層２８、第１Ｓｉエピタキシャル層３０、第２Ｓｉエピタキシャル層３４、及び絶縁構造３６を有する。

【0042】

ウエハ１０は、溶融温度Ｔ_Ｍを有する。溶融温度Ｔ_Ｍは、ウエハ１０に形成された種々の半導体構造１４に基づいて、ウエハ１０における位置とともに変化し得る。（純粋な）シリコンウエハ１０に関して、溶融温度Ｔ_Ｍは１４１４℃である。ドープされたシリコンの溶融温度Ｔ_Ｍは、純粋なシリコンの溶融温度よりもわずかに低いかもしれない。図２Ｂに示すような他の例では、ウエハ１０は、シリコン及びゲルマニウムの混合物で作られた半導体構造１４を含む。ゲルマニウムは、Ｔ_Ｍ＝９３８℃の溶融温度を有する。シリコンとゲルマニウムをともに含む半導体特性は、これら２つの材料の溶融温度の加重平均である溶融温度Ｔ_Ｍを有する。またウエハ１０は、ウエハ表面温度（又はウエハ表面直下温度）Ｔ_Ｓを有する。ウエハ表面温度Ｔ_Ｓは、上述したように、表面直下溶融プロセスに関する表面直下温度のことも意味する。

【0043】

図２Ｂの半導体構造１４の例では、ＳｉＧｅまたはＳｉＧｅＣ薄膜層２８は、ドープ層であり得る。ドープ層は、ドーパントを活性化させるためにアニールされる必要がある。ＳｉＧｅまたはＳｉＧｅＣ薄膜層２８は、より高い溶融温度を有する第１Ｓｉエピタキシャル層３０の真下に位置するため、図２Ｂに示す半導体構造１４に対するアニーリング処理は、表面直下溶融プロセスとなる。

【0044】

一例では、チャック１３０は加熱され、ウエハ１０を予熱することができる。ウエハ台１２０は、台制御部１２４に動作可能に接続される。

【0045】

システム１００は、予熱レーザ光線１６８を発するように構成された予熱レーザシステム１５０も含む。予熱レーザ光線１６８は、ウエハ表面温度（又はウエハ表面直下温度）Ｔ_Ｓを、溶融温度Ｔ_Ｍよりも低いプレアニール温度Ｔ_ＰＡに上昇させることによって、ウエハ１０の表面１２を予熱するために使用される。

【0046】

予熱レーザシステム１５０は、予熱レーザ１６０及び線形成光学システム１６６を含む。予熱レーザ１６０は、ダイオードレーザ、ファイバレーザ、又は、連続波（ＣＷ）ｐ偏光１０．６ミクロンＣＯ_２レーザなどのＣＯ_２レーザを含み得る。一例では、線形成光学システム１６６は、予熱レーザ光線１６８が、垂直入射角近傍であるいは大きな傾斜入射角で、ウエハ１０の表面１２に入射するように構成される。一例の実施形態では、予熱レーザ光線１６８の入射角は、ウエハ１０の表面１２に対する偏光角（ブルースター角）と実質的に等しい。これにより、不均一な光吸収による不都合なパターン密度効果は、減少するか、最小化される。

【0047】

線形成光学システム１６６は、予熱レーザ１６０から初期レーザ光線１６２を受光し、図３に示すように、ウエハ１０の表面１２に初期レーザ光線１６２からの予熱線画像１７０を形成するように構成されている。予熱線画像１７０は、近位端部１７２、遠位端部１７４、及び対向端部１７３を有している。予熱線画像１７０は、長手方向（長さ寸法）を有している。長手方向は、近位端１７２から遠位端１７４に延び、長さＬ１を有する。また、予熱線画像１７０は、２つの対向端部１７３間で測定され、幅Ｗ１を有する幅狭方向（短手寸法）を有している。一例では、長さＬ１は、５ｍｍから２０ｍｍの範囲にあり、好ましくは、長さＬ１は、７ｍｍから１２ｍｍの範囲にある。また一例では、幅Ｗ１は、５０μｍから２００μｍの範囲にあり、好ましくは、幅Ｗ１は、１５０μｍである。

【0048】

予熱線画像１７０は、矢印ＡＲ１によって示されるように、ウエハ１０の表面１２に対してｙ方向に移動する。この方向は、予熱走査方向と呼ばれる。ウエハ１０の表面１２における予熱線画像１７０に関連した部分は、ウエハ１０の表面１２の局所的な予熱部を表している。ここで、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓは、プレアニール温度Ｔ_ＰＡにまで上昇する。

【0049】

一実施形態では、予熱レーザ光線１６８は、走査方向（すなわち、ｙ方向）においてガウス強度プロファイルを有し、長手（交差走査）方向（すなわち、ｘ方向）に相対的に平坦な頂点プロファイルを有する。予熱レーザ光線１６８の幅Ｗ１は、ガウスプロファイルの１／ｅ^２強度値又はガウスプロファイルの半値全幅（ＦＷＨＭ）で規定される。

【0050】

再び図１を参照すると、システム１００は、走査レーザ光線２６８を生成するように構成されたアニーリングレーザシステム２５０も含む。走査レーザ光線２６８は、図３に示すように、ウエハ１０の表面１２上にアニーリング画像２７０を形成する。アニーリングレーザシステム２５０は、アニールレーザ２６０、変調器２６３、及び走査光学システム２６６を含む。アニールレーザ２６０は、初期レーザ光線２６２を放射する。変調器２６３は、変調器駆動部２６４に動作可能に接続されている。走査光学システム２６６は、初期レーザ光線２６２を受光し、走査レーザ光線２６８を生成する。一例では、変調器２６３は、音響光学変調器（ＡＯＭ）である。音響光学変調器（ＡＯＭ）は、初期レーザ光線２６２を、選択的及び交互に遮断したり通過させたりするために使用され、アニーリング画像２７０の走査を制御する。

【0051】

線形成光学システム１６６及び走査光学システム２６６はそれぞれ、レンズ、ミラー、開口部、フィルタ、活性光学要素（例えば、可変減衰器など）、及びこれらの組合せを含む。一例では、線形成光学システム１６６及び走査光学システム２６６の一方又は両方は、例えば、各初期レーザ光線１６２及び２６２の均一化、及び／又は、初期レーザ光線１６２及び２６２を選択断面形状にするなどの光線調整を実行するように構成され得る。このような光線調整を実行するのに適した例示的な光学システム１６６及び２６２は、米国特許第７，５１４，３０５号明細書、米国特許第７，４９４，９４２号明細書、米国特許第７，３９９，９４５号明細書、米国特許第６，３６６，３０８号明細書に開示されている。一例では、アニールレーザ２６０からの初期レーザ光線２６２は、高品質を有し（例えば、実質的にガウス分布であり）、実質的に光線調整をせずに（ある場合には、まったく光線調整をせずに）使用される。

【0052】

図４は、走査光学システム２６６の一例の模式図である。走査光学システム２６６は、コリメーティング２６１、ポリゴンミラー２６７、及び焦点レンズ２６９を含む。ポリゴンミラー２６７は、ミラー駆動部２７２に動作可能に接続され、ミラー駆動部２７２によって回転駆動される。一例では、ポリゴンミラー２６７は、４７個の面を有し、毎分約１７，０００回転（ＲＰＭ）の速度で回転する。これにより、予熱線画像１７０に対するアニーリング画像２７０の走査は高速となり、後述するように、非常に短い滞留時間となる。一例では、走査光学システム２６６は、Ｆ−θ構造を有する。

【0053】

一例では、アニールレーザ２６０は、赤外線ダイオード励起されたＩＲレーザである。このＩＲレーザは、周波数変換要素（例えば、周波数倍増結晶）を利用している。周波数変換要素は、赤外線波長を、例えば１．０６４μｍから５３２ｎｍの可視光波長に変換する。一例では、アニールレーザ２６０からの初期レーザ光線２６２は、ＱＣＷ光線である。これは、厳密にはレーザが光パルスを放射することを意味するが、各光パルスは互いに近接しているため、出力されるレーザ光線は、ＣＷ光線とよく似た挙動をする。

【0054】

一例では、アニールレーザ２６０は、単純に高周波数でアニールレーザ２６０を点灯したり消灯したりすることによって、この周波数（例えば、１００ＭＨｚ以上、又は１５０ＭＨｚ以上）で、ＱＣＷレジームとして動作する。ＱＣＷレジームは、ＣＷレジームと比較してより高いピーク出力を有する。ピーク出力が高いことにより、共振空洞を必要とするＣＷレジームでの動作とは対照的に、アニールレーザ２６０について単一パス配置を用いた単純な方法で第２高周波を順次生成することができる。一例では、初期レーザ光線２６２は、約１．２のＭ^２値を有する正確なガウス分布に非常に近い。アニールレーザ２６０の出力は、約５００Ｗである。走査光学システム２６６に関連した光学損失は比較的小さいため、一例では、走査レーザ光線２６８は、約５００Ｗの光学出力を有する。走査レーザ光線２６８の高い出力により、本明細書に開示されるアニーリング方法で用いられる滞留時間を非常に短くすることが可能となる。

【0055】

走査レーザ光線２６８及びこれに関連するアニーリング画像２７０は、予熱線画像１７０（及び、任意に加熱されたチャック１３０）によって規定されたウエハ１０の表面１２の予熱された部分を加熱するために用いられる。そのため、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓは、プレアニール温度Ｔ_ＰＡから溶融温度Ｔ_Ｍにまで局所的に上昇する。これによって、ウエハ１０の表面１２または表面直下１３を局所的に溶融させる。

【0056】

アニーリング画像２７０は、予熱線画像１７０の一部と重なっている。この重複領域は、本明細書では、「走査重複領域」ＳＯＲと呼ばれる。アニーリング画像２７０は、長さＬ２を有する長手方向と、幅Ｗ２を有する幅狭方向とを有する。アニーリング画像２７０は、ｘ方向及びｙ方向に実質上のガウス強度分布を有する。アニーリング画像２７０の長手方向は、予熱線画像１７０の短手寸法の方向に方向づけられている。一例では、長さＬ２は、１００μｍから５００μｍの範囲であり、幅Ｗ２は、１０μｍから５０μｍの範囲である。好ましくは、幅は、１５μｍから２０μｍの範囲、もしくは、１６μｍから１８μｍの範囲である。アニーリング画像２７０の走査方向ＡＲ２は、アニーリング画像２７０の長手方向に垂直である（直交している）。走査方向ＡＲ２は、「アニーリング走査方向」と呼ばれ、「予熱走査方向」ＡＲ１に直交している。アニーリング画像２７０の幅Ｗ２は、走査方向ＡＲ２において、走査重複領域ＳＯＲの幅を規定する。

【0057】

一例では、長さＬ２は、幅Ｗ１よりも実質的に大きくなるように（例えば、２倍から４倍大きくなるように）形成される。そのため、アニーリング画像２７０の端部は、図３に示すように、予熱線画像１７０の対向端部１７３を越えて拡張している。これにより、予熱線画像１７０とアニーリング画像２７０とを比較的容易に位置合わせし、走査重複領域ＳＯＲを規定することができる。この構成は、アニーリング画像２７０の中央の高強度部分を利用して、予熱線画像１７０によって得られたウエハ１０の表面１２の局在化された予熱部に熱を加え、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓを溶融温度Ｔ_Ｍにまで上昇させる。

【0058】

予熱レーザ光線１６８及び走査レーザ光線２６８は、波長λ_１及びλ_２をそれぞれ有している。一例では、波長λ_１及びλ_２は、選択条件下でウエハ１０をともに加熱することができる。一例では、波長λ_１は、１０．６４ミクロンであり、波長λ_２は、５３２ｎｍである。

【0059】

システム１００は、熱放射検出システム１８０も含む。熱放射検出システム１８０は、後述するように、ウエハ１０の表面１２からの熱放射線１８２の量を測定し、電熱放射信号ＳＥを生成するように配置構成されている。一例では、熱放射検出システム１８０は、ウエハ１０の表面１２からの放射率εを測定し、電熱放射信号ＳＥは、測定された放射率εを表す。一例では、熱放射検出システム１８０は、走査光学システム２６６の少なくとも一部を利用している。これにより、走査光学システム２６６で規定されたアニーリング画像２７０及び走査重複領域ＳＯＲを追跡することができる。

【0060】

一実施形態では、熱放射検出システム１８０及び走査光学システム２６６は、重なり合う光学経路部分ＯＰ_Ｅ及びＯＰ_Ｓをそれぞれ有する。この構成により、熱放射検出システム１８０は、アニーリング画像２７０がウエハ１０の表面１２上を走査する間であっても、走査重複領域ＳＯＲの位置からの熱放射線１８２を収集することができる。

【0061】

他の実施形態では、システム１００は、パイロメータ２８０を含む。パイロメータ２８０は、走査重複領域ＳＯＲでウエハ１０の表面１２の局所的なウエハ表面温度Ｔ_Ｓを測定し、それに応じて温度信号ＳＴを生成する。

【0062】

他の例では、システム１００は、反射光２６８Ｒを受光するように配置された検出部２９０を含む。反射光２６８Ｒは、ウエハ１０の表面１２から反射する走査レーザ光線２６８の一部である。一例では、反射光２６８Ｒの量は、ウエハ１０の表面１２が走査重複領域ＳＯＲ（図３参照）において溶融したときに増加する。検出部２９０は、検出した反射光２６８Ｒの量を表す反射光信号ＳＲを生成する。

【0063】

一実施形態では、システム１００は、制御部３００をさらに含む。一実施形態では、制御部３００は、パーソナルコンピュータ又はワークステーションなどのコンピュータであるか、あるいは、このようなコンピュータを含む。制御部３００は、多くの市販のマイクロプロセッサの何れか、マイクロプロセッサをハードディスクドライブなどの記憶装置に接続する適切なバスアーキテクチャ、及び適切な入出力装置（例えば、キーボード及び表示装置それぞれ）を含むことが好ましい。制御部３００は、非一時的なコンピュータ読取可能な媒体（例えば、メモリ、プロセッサ、またはその両方）で具現化される指令（ソフトウエア）を介してプログラム化され得る。当該指令は、制御部３００に対して、システム１００の種々の機能を実行させ、ウエハ１０のアニーリングを達成する。

【0064】

制御部３００は、予熱レーザシステム１５０及びアニーリングレーザシステム２５０に操作可能に接続され、これらのレーザシステム１５０及び２５０の動作を制御する。制御部３００は、変調器２６３に電気的に接続され、制御信号ＳＭによって変調器２６３の動作を制御する。一例では、制御部３００は、デジタル信号プロセッサ（ＤＰＳ）（図示せず）を含み、予熱レーザシステム１５０及びアニーリングレーザシステム２５０において走査機能を制御する。制御部３００は、熱放射検出システム１８０及び走査光学システム２６６にも操作可能に接続されており、電熱放射信号ＳＥを受信して処理するように構成されている。制御部３００は、パイロメータ２８０にも操作可能に接続されており、後述するように、温度信号ＳＴを受信して処理するように構成されている。制御部３００は、検出部２９０も操作可能に接続されており、反射光信号ＳＲを受信して処理するように構成されている。

【0065】

システム１００の動作の一例においては、制御部３００は、第１の制御信号Ｓ１を予熱レーザ１６０に送信する。予熱レーザ１６０は、第１の制御信号Ｓ１に応じて初期レーザ光線１６２を生成する。この初期レーザ光線１６２は、線形成光学システム１６６によって受光される。線形成光学システム１６６は、初期レーザ光線１６２から予熱レーザ光線１６８を形成する。予熱レーザ光線１６８は、第１の光軸Ａ１に概ね沿って進み、ウエハ１０の表面１２に予熱線画像１７０を形成する。

【0066】

制御部３００は、第２の制御信号Ｓ２をアニールレーザ２６０に送信する。アニールレーザ２６０は、第２の制御信号Ｓ２に応じて初期レーザ光線２６２を生成する。この初期レーザ光線２６２は、走査光学システム２６６によって受光される。走査光学システム２６６は、制御信号ＳＳによって制御され、走査レーザ光線２６８を形成する。走査レーザ光線２６８は、ウエハ１０の表面１２にアニーリング画像２７０を順次形成する。

【0067】

制御部３００は、第３の制御信号Ｓ３を台制御部１２４に送信し、予熱線画像１７０及びアニーリング画像２７０に対してウエハ１０を移動（走査）させるように、ウエハ台１２０を制御する。チャック１３０がウエハ予熱を供給する例では、制御部３００が、チャック制御部１３４に別の制御信号（図示せず）を送信し、ウエハ予熱プロセスを開始させてもよい。一般的なチャック予熱範囲は、室温（２５℃）から４００℃である。

【0068】

一例では、制御部３００は、パイロメータ２８０から温度信号ＳＴも受信し、この温度信号ＳＴを使用して、予熱レーザ光線１６８及び走査レーザ光線２６８の一方又は両方の強度を制御する。

【0069】

図５は、図３と同様の拡大図であり、予熱線画像１７０に対するアニーリング画像２７０及び走査重複領域ＳＯＲの走査の動きを示している。アニーリング画像２７０は、走査プロセス中の異なる時間に対応する種々の位置において図示されている。走査光学システム２６６は、予熱線画像１７０上のｘ方向において、予熱線画像１７０の近位端部１７２における開始位置ＰＳから予熱線画像１７０の遠位端部１７４における終了位置ＰＦに、アニーリング画像２７０を走査又は一掃するように構成されている。アニーリング画像２７０の走査速度は、予熱線画像１７０の動きと比較して十分に速い。そのため、予熱線画像１７０は、アニーリング画像２７０の走査中、本質的に固定されている。

【0070】

一例では、走査重複領域ＳＯＲの滞留時間τ_Ｄは、１０ｎｓ≦τ_Ｄ≦５００ｎｓの範囲にある。また、他の例では、走査重複領域ＳＯＲの滞留時間τ_Ｄは、２５ｎｓ≦τ_Ｄ≦２５０ｎｓの範囲にある。幅Ｗ２が１５μｍであり、滞留時間τ_Ｄが２５ｎｓの場合、アニーリング画像２７０、及びそれに伴う走査重複領域ＳＯＲの走査速度は、ｖ_Ｓ＝Ｗ２／τ_Ｄ＝６００ｍ／ｓである。滞留時間τ_Ｄが２５０ｎｓの場合、走査速度は、ｖ_Ｓ＝６０ｍ／ｓである。滞留時間τ_Ｄが５００ｎｓの場合、走査速度は、ｖ_Ｓ＝３０ｍ／ｓである。滞留時間τ_Ｄが１０ｎｓの場合、走査速度は、ｖ_Ｓ＝１５００ｍ／ｓである。これらの走査速度は、図３などに示すように、走査光学システム２６６によって達成可能である。

【0071】

アニーリング画像２７０が予熱線画像１７０の遠位端部１７４に到達すると、走査レーザ光線２６８及び対応するアニーリング画像２７０は、変調器２６３を起動することによって消される。これにより、初期レーザ光線２６２の伝達を遮断することができる。走査レーザ光線２６８が「消灯」されている間、予熱線画像１７０は、ｙ方向に動くことが可能となる。これにより、ウエハ１０の表面１２の次の部分を走査することができる。一例では、予熱線画像１７０の動きは、例えば、ウエハ台１２０を連続的に移動させることによって、連続的であってもよい。予熱線画像１７０が所定の位置に移動すると、走査光学システム２６６が、走査レーザ光線２６８及び対応するアニーリング画像２７０を、新たに位置する予熱線画像１７０の開始位置ＰＳに方向づけることができたときに、走査レーザ光線２６８は、変調器２６３を伝達モードに置くことによって、向きを反対に変える。その後、この新たに位置する予熱線画像１７０上でのアニーリング画像２７０の走査が実行される。図６は、ウエハ１０の上面図であり、上述の走査方法を繰り返すことによって、ウエハ１０の略全表面１２（例えば、少なくともパターン化された部分）を走査重複領域ＳＯＲによって走査する方法の一例を示す。

【0072】

上述したように、一例では、アニールレーザ２６０は、ＱＣＷレジームで操作される。アニールレーザ２６０用の動作周波数の一例は、ｆ＝１００ＭＨｚ又は１００ＭＨｚよりも高く、またあるいは、ｆ＝１５０ＭＨｚ又は１５０ＭＨｚよりも高い。周波数ｆ＝１５０ＭＨｚは、結果的に、１秒あたり１５０×１０^６の光パルス（光パルス／秒）を発するアニールレーザ２６０となる。走査レーザ光線２６８の走査速度ｖ_Ｓがｖ_Ｓ＝１５０ｍ／ｓの場合、この走査速度は、アニーリング画像２７０が進む毎ミクロンの距離について、Ｒ_Ｐ＝ｆ／ｖ_Ｓ＝１パルス（ｐ）のパルス数／距離（距離に対するパルス数）となる。すなわち、１ｐ／μｍのパルス数／距離となる。滞留時間τ_Ｄは、アニーリング画像２７０及び走査重複領域ＳＯＲの幅Ｗ２が、ウエハ１０上の所定の点を通過するのにかかる時間量となる。したがって、１５μｍの幅Ｗ２を有し、ウエハ１０の表面１２上の所定の点をｖ_Ｓ＝１５０ｍ／ｓの速度で移動するアニーリング画像２７０の場合、この所定の点は、Ｎ_Ｐ＝Ｒ_Ｐ・Ｗ２＝（１ｐ／μｍ）・（１５μｍ）＝１５パルスのパルス数Ｎ_Ｐを受ける（experience）ことになるであろう。６００ｍ／ｓの走査速度及びＷ２＝２０μｍの幅の場合、パルス数／距離（距離に対するパルス数）Ｒ_Ｐは、Ｒ_Ｐ＝ｆ／ｖ_Ｓ＝０．５ｐ／μｍとなる。そのため、パルス数Ｎ_Ｐは、Ｎ_Ｐ＝Ｒ_Ｐ・Ｗ２＝（０．５ｐ／μｍ）・（２０μｍ）＝１０パルスとなる。

【0073】

一例では、走査重複領域ＳＯＲが走査されるウエハ１０の表面１２上の各点は、滞留時間τ_Ｄの期間中、走査レーザ光線２６８から少なくとも５個（５回）の光パルスを受ける。好ましくは、上述の各点は、滞留時間τ_Ｄの期間中、走査レーザ光線２６８から少なくとも８個（８回）の光パルスを受ける。より好ましくは、上述の各点は、滞留時間τ_Ｄの期間中、走査レーザ光線２６８から少なくとも１０個（１０回）の光パルスを受ける。パルス周波数が十分に高速である（例えば、１００ｎｓよりも速い）ため、パルスによる所定点の照射中に、ウエハ１０の表面１２（又は、表面直下１３）に関連した所定点において、結晶化は起こらない。

【0074】

一例では、溶融アニールプロセスは、システム１００によって実行される。そのため、プレアニール温度Ｔ_ＰＡは、（０．５）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．９）・Ｔ_Ｍの範囲となる。他の例では、プレアニール温度Ｔ_ＰＡは、（０．６）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．８）・Ｔ_Ｍの範囲となる。さらに他の例では、プレアニール温度Ｔ_ＰＡは、（０．６）・Ｔ_Ｍ≦Ｔ_ＰＡ≦（０．７）・Ｔ_Ｍの範囲となる。上述したように、溶融温度Ｔ_Ｍは、適用方法に応じて、表面溶融温度または表面直下溶融温度の何れかを意味し得る。

【0075】

走査プロセス中、熱放射検出システム１８０は、走査重複領域ＳＯＲからの熱放射線１８２を観察するために使用することができる。熱放射検出システム１８０は、検出された熱放射を表す電熱放射信号ＳＥを生成し、この電熱放射信号ＳＥを制御部３００へ送信する。制御部３００は、電熱放射信号ＳＥを受信し、この電熱放射信号ＳＥを使用してフィードバックループを作成する。これによって、予熱レーザシステム１５０及びアニーリングレーザシステム２５０の少なくとも一方によって生成された出力量を制御し、予熱レーザ光線１６８及び走査レーザ光線２６８の少なくとも一方のレーザ出力を制御する。これにより、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓは、実質的に一定となる。熱放射線１８２の検出は、高速の光検出器を使用して実行される。これにより、対応する電熱放射信号ＳＥは、実質的に即座に閉ループ制御に利用可能となる。

【0076】

ウエハ１０の表面１２のウエハ表面温度Ｔ_Ｓを正確に制御するためには、アニーリング方法が実行されているときに、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓを正確に測定できる必要がある。放射率εを測定することによってウエハ表面温度Ｔ_Ｓを測定するための本開示に適用できるシステム及び方法は、米国特許公開公報第２０１２／０１００６４０号に記載されている。走査重複領域ＳＯＲがウエハ１０の表面１２上を走査するときの放射率εは、ポイント（点）単位で算出され得る。算出された放射率εは、その後、ウエハ表面温度Ｔ_Ｓの局所的な測定値を得るために用いられる。ウエハ表面温度Ｔ_Ｓは、ウエハ１０の表面１２に存在するあらゆるパターンに起因した放射率変動に無反応である。この結果として、走査レーザ光線２６８の出力量の閉ループ制御が可能となる。反射光２６８Ｒの測定値は、システム１００へフィードバックを与える方法に対しても機能し、予熱レーザ光線１６８及び走査レーザ光線２６８の一方又は両方において光学出力量を制御する。

【0077】

当業者には明白であるが、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本開示に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】