(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】6382290
(24)【登録日】2018年8月10日
(45)【発行日】2018年8月29日
(54)【発明の名称】レーザ処理システム内の粒子制御
(51)【国際特許分類】
H01L 21/268 20060101AFI20180820BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20180820BHJP
【FI】
H01L21/268 G
H01L21/265 602C
【請求項の数】15
【外国語出願】
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2016-255927(P2016-255927)
(22)【出願日】2016年12月28日
(62)【分割の表示】特願2014-534584(P2014-534584)の分割
【原出願日】2012年9月14日
(65)【公開番号】特開2017-85145(P2017-85145A)
(43)【公開日】2017年5月18日
【審査請求日】2017年1月27日
(31)【優先権主張番号】61/543,763
(32)【優先日】2011年10月5日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】61/599,336
(32)【優先日】2012年2月15日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】APPLIED MATERIALS,INCORPORATED
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】ハンター, アーロン ミュアー
(72)【発明者】
【氏名】ベジャット, メヘラン
(72)【発明者】
【氏名】アダムス, ブルース イー.
【審査官】
桑原 清
(56)【参考文献】
【文献】
特開2002−210582(JP,A)
【文献】
特開平10−113786(JP,A)
【文献】
特開2000−260730(JP,A)
【文献】
特開平01−152718(JP,A)
【文献】
特開平09−040499(JP,A)
【文献】
特表2007−500447(JP,A)
【文献】
特表2002−524263(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/268
H01L 21/265
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ処理システム内の汚染を低減させる装置であって、
空洞を画定する本体であって、前記本体が、
第1の直径を有する第1の端部、および前記第1の直径より小さい第2の直径を有する第2の端部を有するテーパのついた部分と、
前記テーパのついた部分の前記第2の端部に接合された円筒形部分と、
前記テーパのついた部分の前記第1の端部の周りに円周方向に形成された第1のガス入口ポートと、
前記本体の前記円筒形部分に隣接して配置されたガスチャネルと、を有する、本体と、
前記テーパのついた部分の前記第1の端部に配置された窓と、を備える、装置。
【請求項2】
前記第1のガス入口ポートが、前記空洞と流体的に連通している、請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記第1のガス入口ポートと流体的に連通している第1のガスチャネルと、前記円筒形部分の外面上に配置されたフランジと、をさらに備える、請求項2に記載の装置。
【請求項4】
前記窓が、石英を備え、前記本体が、アルミニウムを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項5】
前記円筒形部分の外面上に配置されたフランジをさらに備え、前記フランジが、締め具を収容するように貫通して配置された開口を含む、請求項1に記載の装置。
【請求項6】
前記窓が、石英、溶融石英、またはサファイアを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項7】
前記本体が、ステンレス鋼またはアルミニウムを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項8】
前記窓がその上にコーティングを含み、前記コーティングが、放射の反射を防止する、請求項1に記載の装置。
【請求項9】
前記放射の波長が、約200ナノメートル〜約1100ナノメートルの範囲内である、請求項8に記載の装置。
【請求項10】
前記本体が、高温測定の視野に適合した、前記本体の壁を通る開口を含み、前記本体の内面が、その上にコーティングを含み、前記コーティングが、金、銀、およびアルミニウムからなる群から選択される、請求項9に記載の装置。
【請求項11】
前記本体の内面が、その上にコーティングを含み、前記コーティングが、金、銀、およびアルミニウムからなる群から選択される、請求項1に記載の装置。
【請求項12】
レーザ処理システム内の汚染を低減させる装置であって、
空洞を画定する本体であって、前記本体が、アルミニウムを含み、
第1の直径を有する第1の端部、および前記第1の直径より小さい第2の直径を有する第2の端部を有する円錐形部分と、
前記円錐形部分の前記第2の端部に接合された円筒形部分と、
前記円錐形部分の前記第1の端部の周りに円周方向に形成された第1のガス入口ポートと、
前記本体の前記円筒形部分に隣接して配置されたガスチャネルであって、前記ガスチャネルが、前記円筒形部分の下端に沿ったガスの流れを可能にする、ガスチャネルと、を有する、本体と、
前記円錐形部分の前記第1の端部に配置された窓と、備える、装置。
【請求項13】
前記窓が、その上にコーティングを含み、前記コーティングが、第1の波長を有する放射の反射を防止し、第2の波長を有する放射を反射し、前記第1の波長が、約200ナノメートル〜約1100ナノメートルの範囲内であり、前記第2の波長が、約800ナノメートル〜約2.2ミクロンの範囲内である、請求項12に記載の装置。
【請求項14】
前記本体の内面が、その上にコーティングを含み、前記コーティングが、金、銀、およびアルミニウムからなる群から選択される、前記本体が、高温測定の視野に適合した、前記本体の壁を通る開口を含み、前記窓が、石英、溶融石英、またはサファイアを含む、請求項13に記載の装置。
【請求項15】
レーザ処理システム内の汚染を低減させる装置であって、
空洞を画定する本体であって、前記本体が、アルミニウムを備え、
第1の直径を有する第1の端部、および前記第1の直径より小さい第2の直径を有する第2の端部を有する円錐形部分と、
前記円錐形部分の前記第2の端部に接合された円筒形部分と、
前記円錐形部分の前記第1の端部の周りに円周方向に形成された第1のガス入口ポートと、
前記本体の前記円筒形部分に隣接して配置されたガスチャネルであって、前記ガスチャネルが、前記円筒形部分の下端に沿ったガスの流れを可能にする、ガスチャネルと、
前記円筒形部分の外面上に配置されたフランジと、を有する、本体と、
前記円錐形部分の前記第1の端部に配置された窓であって、前記窓が、石英を含み、前記窓が、その上にコーティングを有し、前記コーティングが、第1の波長を有する放射の反射を防止し、第2の波長を有する放射を反射し、前記第1の波長が、約200ナノメートル〜約1100ナノメートルの範囲内であり、前記第2の波長が、約800ナノメートル〜約2.2ミクロンの範囲内である、窓と、を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示する実施形態は、半導体デバイスを製造する装置に関する。より詳細には、半導体基板をレーザアニールする装置が開示される。
【背景技術】
【0002】
熱アニールは、半導体の製造で一般に使用される技法である。概して、基板上でプロセスを実行し、たとえば基板の注入またはドーピングを行い、次いで基板をアニールして基板の特性を改善する。典型的な熱アニールプロセスは、基板の一部分または基板全体をアニール温度まで一定期間にわたって加熱することを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
熱アニール中、基板に導入された材料は典型的には、基板の中を通って移動するが、材料の一部は、アニールチャンバ内で基板の上の蒸気空間内へ揮発することがある。揮発性物質は、リン、ヒ素、および、チャンバが環境中に換気される前に蒸気空間から除去されなければならない他の潜在的に有毒な元素などの元素を含むことがある。さらに、高いフルエンスを有するレーザを使用して基板を熱アニールするときは、露出された基板の一部分が溶発し、熱アニールシステム内の基板表面または光学部品上に望ましくない再堆積をする可能性がある。
【0004】
したがって、処理中に熱アニール装置から望ましくない熱アニール副生成物を除去する効率的かつ費用効果の高い装置に対する要求が引き続き存在する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は概して、基板を熱処理するレーザ処理システムに関する。レーザ処理システムは、レーザ処理システムのエネルギー源と熱処理すべき基板との間に配置されたシールドを含む。シールドは、シールド内の空洞に隣接して配置された光学的に透明な窓を含む。光学的に透明な窓により、アニールエネルギーはこの窓を通過して、基板に照射することが可能になる。シールドはまた、シールド内の空洞へのパージガスの導入および空洞からのパージガスの除去のために、1つまたは複数のガス入口および1つまたは複数のガス出口を含む。パージガスを利用して、熱処理中に揮発または溶発した成分を除去し、酸素を含まないガスなどの所定の組成のガスを熱処理された領域に提供する。
【0006】
一実施形態では、レーザ処理システム内の汚染を低減させる装置が、空洞を画定する本体を備える。本体は、第1の直径を有する第1の端部、および第1の直径より小さい第2の直径を有する第2の端部を有する円錐形部分と、円錐形部分の第2の端部に接合された円筒形部分とを含む。円錐形部分の第1の端部には、透明な窓が配置される。
【0007】
別の実施形態では、レーザ処理システム内の汚染を低減させる装置が、空洞を画定する本体を備える。本体は、第1の直径を有する第1の端部、および第1の直径より小さい第2の直径を有する第2の端部を有する円錐形部分を有する。円錐形部分の第2の端部には、円筒形部分が接合され、円錐形部分の第1の端部の周りに円周方向に形成された第1のガス入口ポートが、空洞と流体的に連通している。本体の円筒形部分の周りには、第2のガス入口ポートが円周方向に形成され、空洞と流体的に連通している。円錐形部分の第1の端部には、透明な窓が配置される。透明な窓はその上にコーティングを有し、このコーティングは、第1の波長を有する放射の反射を防止し、第2の波長を有する放射を反射する。
【0008】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得ることができ、これらの実施形態のいくつかは、添付の図面に示される。しかし、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】本発明の一実施形態によるレーザ処理システムの断面図である。
【
図2】本発明の一実施形態によるシールドの等角断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくても、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
【0011】
本発明は概して、基板を熱処理するレーザ処理システムに関する。レーザ処理システムは、レーザ処理システムのエネルギー源と熱処理すべき基板との間に配置されたシールドを含む。シールドは、シールド内の空洞に隣接して配置された光学的に透明な窓を含む。光学的に透明な窓により、アニールエネルギーはこの窓を通過して、基板に照射することが可能になる。シールドはまた、シールド内の空洞へのパージガスの導入および空洞からのパージガスの除去のために、1つまたは複数のガス入口および1つまたは複数のガス出口を含む。パージガスを利用して、熱処理中に揮発または溶発した成分を除去し、酸素を含まないガスなどの所定の組成のガスを熱処理された領域に提供する。
【0012】
図1は、本発明の一実施形態によるレーザ処理システム100の断面図である。レーザ処理システム100は、リッドまたはブラケットなどの支持体104に結合されたエネルギー源102を含む。エネルギー源102に隣接して、シールド106が配置される。シールド106は、基板支持筐体108に結合され、その上に基板112を支持する基板支持体110の上に配置される。エネルギー源102は、光源と、熱処理エネルギー118を生じるレーザなどのレイジング媒体とを含み、熱処理エネルギー118は、シールド106内に位置決めされた窓114および開口116を通って基板支持体110の方へ誘導される。基板支持体110は、基板112をエネルギー源102に対して所望の場所に位置決めするように適合された高精度のxyステージとすることができる。基板支持筐体内には、基板112の出し入れを可能にするために、スリットバルブなどの開口111が形成される。基板支持筐体108からの基板の除去を容易にするために、アクチュエータ113を介して基板支持体110を垂直方向に作動させることができることが企図される。
【0013】
シールド106は、処理中にシールド106を固定の位置に維持するために、ボルトなどの締め具122によって基板支持筐体108の上面120に締め付けられる。熱処理エネルギー118は、シールド106の窓114および開口116と概して同軸に整列させられる。熱処理エネルギー118は、シールド106を通って基板112の表面へ誘導される。窓114および開口116は概して、熱処理エネルギー118の一部分が基板112に到達することを阻止することなく、熱処理エネルギー118を受け入れるのに十分大きい。基板112の連続する部分は、基板支持体110およびその上に位置決めされた基板112を動かすことにより熱処理エネルギー118を受け取るように位置決めされる。基板支持筐体108の下面は、処理中に基板112の上面から約10ミクロン〜約2ミリメートルに位置決めされる。
【0014】
図2は、本発明の一実施形態によるシールド106の等角断面図である。シールド106は、ステンレス鋼またはアルミニウムから形成された本体220を含む。本体220は、空洞222を画定する中空の漏斗形状を有する。本体220の漏斗形状は、円錐形部分224および円筒形部分237を含む。円錐形部分224の直径が小さい方の端部225は、丸いまたは湾曲した表面227で、円筒形部分237に遷移する。円錐形状のビームを生成するアニールエネルギー源を利用するとき、円錐形部分224のテーパおよびサイズを、アニールエネルギービームの円錐形状のテーパおよびサイズに対応するように選択することができる。
【0015】
窓114は、本体220の円錐形部分224の直径が大きい方の端部に配置され、凹部230内に位置決めされる。窓114は、アニールエネルギーが窓114を通過することが可能になるように、石英、サファイア、または溶融石英などの光学的に透明な材料から形成され、約1ミリメートル〜約20ミリメートルの範囲内の厚さを有することができる。一実施形態では、窓114は、その上に反射防止コーティングなどのコーティングを有することができる。別の実施形態では、窓114は、熱処理エネルギー118の波長(たとえば、約200ナノメートル〜約1100ナノメートルのレーザ帯域)に対応する第1の波長では反射を防止し、第2の波長では反射性が高いコーティングをその上に有することができる。第2の波長は、高温計の波長、たとえば約800ナノメートル〜約2.2ミクロンに対応することができる。第1の波長で反射を防止し、第2の波長で反射性が高い窓114上のコーティングは、処理中に基板112の温度測定を向上させる。基板の温度測定は、高温計によって検出される放射のために、本体220内に反射性空洞を作ることによって向上する。反射性空洞は、ターゲット表面の放射率を向上させ、放射率の不安定性による誤差を最小にする。一実施形態では、計測をさらに向上させるために、本体220の内面248の反射率は、所望の波長での窓114の反射率と類似または同じものとすることができる。
【0016】
開口116は、窓114と比較して本体220の反対側の端部に配置され、約26ミリメートル×約33ミリメートルの方形のビームを受け入れるとき、約100ミリメートル×100ミリメートルの寸法を有することができる。したがって、開口116は、光のビームならびにそれによる計測を受け入れるのに十分なサイズに設定される。本体220は、本体220の円筒形部分237の近傍にフランジ232をさらに含む。フランジ232は、シールド106を基板支持筐体108に固定するために、ボルトなどの締め具を収容するように貫通して配置された開口228を有する。本体220の壁は、概して、少なくとも約1ミリメートル〜約2ミリメートルの厚さAを有する。
【0017】
本体220は、シールド106の周りに円周方向に配置されたガスチャネル234Aおよび234Bを含み、ガスチャネル234Aおよび234Bを通って、窒素、濾過された空気、アルゴン、または他の不活性ガスなどのプロセスガスが空洞222内へ導入される。ガスチャネル234Aに提供されるプロセスガスは、第1のガス入口ポート238を通って、流路236に沿って空洞222に入り、第1のガス入口ポート238は、本体220の周りに円周方向に位置決めされたガスチャネル234Aに隣接して配置される。第1のガス入口ポート238は、窓114と内面248との間で本体220の円周の周りに伸びる開口部である。ガスチャネル234Bに提供されるプロセスガスは、第2のガス入口ポート242を通って、流路240に沿って空洞222へ導入される。第2のガス入口ポート242は、本体220の円筒形部分237の周りに円周方向に配置され、ガスチャネル234Bと流体的に連通している。
図2に示すように、ガスチャネル234Bは、基板支持筐体108とフランジ232との境界面に位置決めされるが、ガスチャネル234Bをフランジ232内に形成することもできることが企図される。プロセスガスは、円筒形部分237を貫いて形成されるガス出口ポート244を通って除去される。ガス出口ポート244は、排気ガスチャネル246と流体的に連通しており、ガスは、排気ガスチャネル246を通ってシールド106から排気される。空洞222からのプロセスガスの除去を容易にするために、排気ガスチャネル246に真空または吸引を適用することができる。
【0018】
図2は、熱処理中に使用するためのシールド106の一実施形態を示すが、他の実施形態もまた企図される。別の実施形態では、空洞222は、直径が減少する先細りした壁をもたない全体的に円筒形の形状を有することができることが企図される。別の実施形態では、シールド106は、方形の横断面を有することができ、方形の輪郭を有する窓114を収容するように適合することができることが企図される。別の実施形態では、空洞222へのプロセスガスの導入および空洞222からのパージガスの除去のために、内面248を貫いて追加のポートを形成することができることが企図される。別の実施形態では、ガスチャネル234A、234Bまたは第1のガス入口ポート238および第2のガス入口ポート242は、シールド106の円周全体の周りに位置決めされた開口ではなくてもよく、逆に、複数の個別のガスチャネルおよび/またはポートを、シールド106の空洞222の周りに間隔をあけて位置決めすることができることが企図される。さらに別の実施形態では、ガス入口ポート238、242は、空洞222内に渦または螺旋状の空気流を形成するように位置決めすることができる。別の実施形態では、窓114および開口116は、アニールエネルギーが窓114および開口116を通過すること、ならびに高温計、分光計、光音響センサ、または反射率計などの計測ユニットが、窓114および開口116を通じて処理された基板の1つまたは複数の特性を同時に測定することを可能にするようにサイズを設定することができる。
【0019】
さらに別の実施形態では、本体220は任意選択で、高温計の視野を作るために、本体220の壁を貫通する1つまたは複数の開口226を含むことができることが企図される。開口226内には、処理中に生成される粒子が開口を通って逃げるのを防止するための窓を配置することができる。本体220の内面248は、本体220内の高温測定を向上させるために、金、アルミニウム、または銀などの反射コーティングでコーティングすることができる。高温計を利用して、約800nm〜約2.2ミクロンの波長範囲内で本体220内の放射量を測定することができる。本体220内に反射空洞を作ることで、本体220が高温計に対してむしろ黒体放射体のように見えるようにすることが可能になる。黒体放射体のように見えることで、基板表面放射率の正確な知識に対する依存度を低下させ、それによって基板温度測定を向上させる。
【0020】
処理中、エネルギー源102(
図1に示す)は、シールド106の窓114および空洞222を通って基板112(
図1に示す)の表面へアニールエネルギーを提供する。アニールエネルギーのフルエンスに応じて、熱アニールプロセス中に、蒸発したドーパントまたは溶発した基板材料などの粒子状物質が生成されることがある。蒸発したドーパントまたは溶発した材料は、プロセス領域から除去されない場合、窓114または他のシステム構成要素上に望ましくない堆積をする可能性があり、したがってアニールエネルギーの均一性に影響を与え、または、したがって基板上ではデバイスの歩留まりに影響を与える可能性がある。しかし、基板112(
図1に示す)の熱処理された領域に開口116を密接させることで、蒸発したドーパントまたは溶発した材料をシールド106内へ誘導する。基板112の上面に近接して開口116を位置決めすることによって、蒸発したドーパントおよび溶発した材料はシールド106に入り、基板支持筐体内に分散する可能性がなくなる。シールド106の空洞222の漏斗形状は、蒸発したドーパントまたは溶発した材料がシールド106に一旦入れば、蒸発したドーパントまたは溶発した材料を空洞222内で維持する手助けをする。
【0021】
蒸発したドーパントまたは溶発した材料がシールド106の内側にあれば、蒸発したドーパントおよび溶発した材料は、ガスチャネル234A、234Bに入り、排気ガスチャネル246を通って出るプロセスガスによって除去される。ガスチャネル234Bを通って入るプロセスガスは、排気ガスチャネル246の方へ上向きに誘導され、蒸発したドーパントまたは溶発した材料がシールド106に入った後にシールド106から出る確率を低減させる。ガスチャネル234Aを通って入るガスは、排気ガスチャネル246の方へ下向きに誘導され、窓114上への材料の堆積を低減または防止する。さらに、ガスチャネル234Aおよびガスチャネル234Bを通って入るガスはどちらも、ガス出口ポート244の方へ誘導され、ガスおよびガスによって運ばれる粒子をシールド106から除去することを容易にする。したがって、プロセスガスは、ガスチャネル234Aと234Bの間の位置でシールド106から除去される。プロセスガスは、約30SLM〜約50SLMの速度で、ガスチャネル234A、234Bのそれぞれを通って空洞222へ導入することができ、このプロセスガスは、ほぼ同じ速度で排気ガスチャネル246を通って除去される。空洞222内では、層流が維持されることが望ましい。本体220の内面248は、内面248上への材料の堆積および内面248からの材料の剥離の確率を低減させるために、研磨された表面を有することができる。一例では、内面248の表面粗さは、約1ミクロンRMS〜約2ミクロンRMSなど、10ミクロンRMS未満とすることができる。
【0022】
蒸発したドーパントおよび溶発した材料を基板の処理領域から除去することに加えて、シールド106はまた、基板の熱処理された領域から雰囲気ガスを除去することによって、基板の熱処理された部分またはその付近で汚染の発生を低減させる。基板を熱処理するとき、基板の加熱された領域は、雰囲気環境中の雰囲気酸素または他の汚染物質との反応など、汚染の影響をより受けやすくなる。シールド106は、空洞222に提供されるガスによって空洞222内にわずかに大きい圧力勾配を作り出すことによって、基板のアニールされた部分から雰囲気ガスを除去する。圧力勾配は、基板のアニールされた部分から離れる流路250に沿って開口116を通ってプロセスガスを押しやり、したがってアニール領域から雰囲気酸素を除去する。空洞222内に圧力勾配を作り出すために、ガスが空洞222へ導入または空洞222から除去される速度を調整することができる。シールド106からのプロセスガスの流出は、基板の熱処理された領域付近の雰囲気酸素の量を十分に低減させると同時に、蒸発したドーパントまたは溶発した材料が除去のため空洞222に入ることをなお可能にすることが望ましい。したがって、開口116付近の圧力勾配は、比較的大きくする必要はない。たとえば、圧力勾配は、約3トル〜約5トルなど、約1〜約10トルの差分を有することができる。
【0023】
本発明の利益は、概して、シールドを使用して、熱アニールプロセス中に基板およびシステムの光学部品上の汚染を低減させることを含む。シールドは、処理領域からの揮発したドーパントおよび溶発した材料の除去を手助けし、したがってシステムの光学部品または処理された基板上に望ましくなく堆積する揮発したドーパントまたは溶発した材料の確率を低減させる。システムの光学部品上に堆積する材料がより少なくなるため、プロセスの均一性がより一貫したものになり、光学部品の洗浄または交換の間の平均時間が伸びる(たとえば、3箇月毎より長くなる)。さらに、処理された基板上に望ましくなく堆積する材料がより少なくなるため、デバイスの歩留まりが最大になる。さらに、酸素を含まない制御された雰囲気を必要とするプロセスに対応することもできる。
【0024】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。