(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収層で被われた基板を熱処理するための処理システムにおいて、
８０５ナノメートルと８１５ナノメートルとの間のレーザ波長で放出するレーザ放射線源と、
反射表面を有するビームスプリッタであって、前記レーザ放射線源が前記反射表面の第１の側に置かれるようなビームスプリッタと、
基板支持体と、
前記反射表面の前記第１の側と前記基板支持体との間に配設され、前記基板の一領域を結像するための投射光学部品であって、前記反射表面及び前記投射光学部品のうちの少なくとも１つは、前記レーザ波長より上で８５５ナノメートル又は８６０ナノメートルにある蛍光開始波長帯域を有する材料を含む、前記投射光学部品と、
上記第１の側とは反対側の前記反射表面の第２の側に置かれ、（ａ）上記レーザ放射線波長と、（ｂ）上記蛍光波長帯域との間にある帯域における高温計波長に感応する高温計と、
ある遮断波長エッジ移行を有し、前記エッジ移行より下にある波長を阻止し且つ前記エッジ移行より上の波長を通過させるように調整されたレザーエッジフィルタであって、上記エッジ移行は、１０ナノメートル幅より小さく、前記レーザ波長より上で、上記高温計波長より下である、前記レザーエッジフィルタと、
前記蛍光波長より下にある通過帯域を有する高温計フィルタと、
を備える処理システム。
【請求項２】
前記光吸収層は、アモルファス炭素層であり、前記高温計フィルタの前記通過帯域は、前記アモルファス炭素層が前記基板と少なくとも同程度の吸収係数を有する波長範囲にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記高温計フィルタの前記通過帯域は、前記アモルファス炭素層が前記基板の吸収係数より大きな吸収係数を有する波長範囲にある、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記エッジ移行は、５ナノメートル幅と８ナノメートル幅との間にあり、前記レザーエッジフィルタは、前記遮断波長より上の波長で１００％透過性であり、前記遮断波長より下で１０−６の減衰を有する、請求項２又は３に記載のシステム。
【請求項５】
前記レーザ波長及び前記遮断波長エッジ移行は、５ナノメートルの分離内にある、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記レーザ波長は、８１０ナノメートルであり、前記蛍光放射は、８６０ナノメートルからの波長範囲にあり且つ９５０ナノメートルにピークを有しており、前記高温計フィルタの前記通過帯域は、８２０ナノメートルと８６０ナノメートルとの間にあり、前記レザーエッジフィルタの前記遮断波長エッジ移行は、８１５ナノメートルの近くにある、請求項４又は５に記載のシステム。
【請求項７】
上記高温計は、光検出器と、前記高温計波長を通過させ、前記レーザ波長を通過させないノッチフィルタとを含む、請求項１ないし６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記投射光学部品は、前記基板上に前記レーザ波長の放射線のラインビームを投射し、前記システムは、更に、前記ラインビームを横切る高速軸を有するラインビーム走査装置を備える、請求項１ないし７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記高温計通過帯域フィルタの通過帯域内の波長を阻止するレーザフィルタを更に備え、前記レーザフィルタは、上記通過帯域内のレーザ放射線の成分が前記高温計に達しないように阻止するように、前記レーザ放射線源及び前記投射光学部品を含む光路に置かれる、請求項１ないし８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記反射表面及び前記投射光学部品のうちの少なくとも１つは、溶融光学石英材料で形成される、請求項１ないし９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
基板をレーザアニールする方法において、
光吸収層で基板を被覆するステップと、
８０５ナノメートルと８１５ナノメートルとの間のレーザ波長でレーザ放射線を放出するステップと、
ビームスプリッタ及び投射光学部品を通して前方方向において前記レーザ放射線を上記基板へと通過させるステップであって、上記ビームスプリッタ及び上記投射光学部品のうちの少なくとも１つは、前記レーザ波長より上で８５５ナノメートル又は８６０ナノメートルにある蛍光開始波長帯域を有する材料を含む、前記ステップと、
上記レーザ放射線により照射された上記基板の領域を、高温計光路を通して高温計上に結像させ、上記レーザ波長より上で、上記蛍光波長帯域より下の高温計応答帯域にある上記高温計光路へと放射線を通すようにするステップと、
遮断波長エッジ移行より下の上記高温計光路における放射線波長を阻止し、前記波長エッジ移行より上の放射線波長を通過させるようにするステップであって、前記波長エッジ移行は、１０ナノメートルより小さな幅を有し、前記レーザ波長より上で、前記高温計応答帯域より下にある、前記ステップと、
上記蛍光波長帯域内とそれより上の帯域とにある上記高温計光路における放射線波長を阻止するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記光吸収層は、アモルファス炭素層であり、前記高温計応答帯域は、前記アモルファス炭素層が前記基板と少なくとも同程度の吸収係数を有する波長範囲にある、前記ステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記高温計応答帯域は、前記アモルファス炭素層が前記基板の吸収係数よりも大きな吸収係数を有する波長範囲にある、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記エッジ移行は、５ナノメートル幅と８ナノメートル幅との間にあり、前記エッジ移行より下の波長を阻止するステップは、前記エッジ移行より下の波長を１０−６程度の率で減衰させる段階を含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザ波長及び前記遮断波長エッジ移行は、５ナノメートルだけ分離される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
[0001]シリコンウエハ、又はディスプレイのためのガラスパネルのような他の基板に形成されるシリコン及び他の半導体集積回路の製造においては、熱処理が必要とされている。その所要温度は、２５０℃より低い比較的低い温度から１０００℃より高い温度、１２００℃、又は１４００℃という温度までにも亘り、これは、ドーパント注入アニール、結晶化、酸化、窒化、シリサイド化及び化学気相堆積並びにその他のような種々な処理のために使用される。
【０００２】
[0002]高度集積回路のために必要とされる非常に浅いデバイス特徴部の場合には、必要とされる熱処理を達成する際の全熱履歴を減少させることが望まれている。このような熱履歴は、所望の処理結果（例えば、ドーパント活性化レベル）を達成するのに必要な高温度での合計の時間として見ることができる。ウエハが最も高い温度にあることが必要とされる時間は、非常に短くすることができる。
【０００３】
[0003]急速熱処理（ＲＴＰ）は、ウエハのみを加熱し、チャンバの他の部分を加熱しないようにするため、非常に素早くターンオン及びターンオフすることのできる放射ランプを使用する。非常に短い（約２０ナノ秒）レーザパルスを使用するパルス化レーザアニールは、表面層のみを加熱し、その下にあるウエハを加熱しないようにするのに効果的なので、非常に短いランプアップ及びランプダウンレートを可能とする。
【０００４】
[0004]熱フラックスレーザアニール又はダイナミック表面アニール（ＤＳＡ）と称されることもある種々な形式の、より近年に開発された方法は、米国特許第６，９８７，２４０号公報においてJennings氏等により開示されており、この公報の記載は、ここにそのまま援用される。Markle氏は、米国特許第６，５３１，６８１号公報において別の形式のものを開示しており、更に又、Talwar氏は、米国特許第６，７４７，２４５号公報において、更に別の変形例を開示している。
【０００５】
[0005]Jennings氏及びMarkle氏の変形例は、放射線の細長いラインとしてウエハに当たる非常に強い光のビームを生成する連続波ダイオードレーザを使用する。このとき、そのラインは、そのラインビームの長い寸法に対して直角な方向において、ウエハの表面上に亘って走査される。
【概要】
【０００６】
[0006]熱処理システムは、あるレーザ波長で放出するレーザ放射線源と、上記レーザ放射線を受け取るように配置されたビーム分割反射部材と、上記反射部材の一方の側と、処理すべき基板を保持することのできる基板支持体との間に配設されたビーム投射光学部品と、を含む。上記レーザ放射線のための投射光路は、上記反射部材から上記投射光学部品を通して上記基板支持体の方へと延びている。上記システムは、更に、上記反射部材の反対の側で高温計波長範囲又は応答帯域に応答する高温計と、上記反射部材を通して且つ上記高温計の方へと延びている高温計光路と、を含む。アモルファス炭素光吸収層が、処理される上記基板の表面を覆っている。上記システムは、更に、上記レーザ放射帯域と、上記投射光路及び高温計光路の光構成部分の蛍光の放射帯域との間の波長ウインドウにある狭い通過帯域を有する上記高温計光路において高温計通過帯域フィルタを含む。上記高温計通過帯域フィルタは、上記高温計光路からの蛍光放射を阻止する。上記狭い高温計フィルタ通過帯域ウインドウは、下にある集積回路特徴部の実質吸光係数レベルの又はそれを超える実質吸光係数を上記アモルファス炭素層が有するような波長範囲にある。上記高温計光路における複数の薄膜レザーエッジフィルタが、上記高温計光路からの上記レーザ放射帯域を阻止する。
【０００７】
[0007]１つの実施形態において、上記レーザ放射線源は、レーザエミッタのアレイを含む。１つの実施形態において、上記ビーム投射光学部品は、上記レーザ波長の放射線ラインビームを上記基板支持体上の基板平面上へ投射し、上記システムは、更に、上記ラインビームを横切る高速軸を有するラインビーム走査装置を含む。
【０００８】
[0008]本発明の前述したような実施形態が達成され且つ詳細に理解できるように、概要について簡単に前述したような本発明について、添付図面に例示している実施形態に関して、以下より特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しているので、本発明の範囲をそれに限定しようとしているものではなく、本発明は、均等の効果を発揮しうる他の実施形態を含みうるものであることに、注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に使用される熱フラックスレーザアニール装置の斜視図である。
【図２】図１の装置の光構成部分の異なる角度から見た斜視図（orthographic views）である。
【図３】図１の装置の光構成部分の異なる角度から見た斜視図である。
【図４】図１の装置における半導体レーザアレイの部分の端面図である。
【図５】図２から図４の特徴部を含むシステムの概略図である。
【図６】高温計光路に与えられる、８１０ナノメートルにレーザ放射線ピークを含み、９５０ナノメートルに蛍光ピークを含む放射線スペクトルを示すグラフである。
【図７】アモルファス炭素光吸収層の吸光係数を波長の関数として示すグラフである。
【図８】図５のシステムにおいて使用されるレザーエッジ長波長通過フィルタの応答を示すグラフである。
【図９】図５のシステムにおける高温計帯域通過フィルタの応答を示すグラフである。
【００１０】
[0017]理解を容易とするため、図において共通な同一の要素を示すのに、可能な限り、同一の参照符号を使用している。これら図面は、すべて概略的なものであり、一定の尺度ではない。
【詳細な説明】
【００１１】
[0018]前述したJennings氏等の米国特許公報に説明された装置の１つの実施形態を、図１の概略斜視図に例示している。２次元走査のためのガントリー構造１０は、１対の固定平行レール１２、１４を含む。２つの平行ガントリー梁１６、１８は、ある設定距離だけ離して一緒に固定され、固定レール１２、１４に支持されており、例示していないモータ及び駆動機構により制御されて、固定レール１２、１４に沿ってローラ又はボール軸受けにて一緒にスライドするようになっている。ビーム源２０は、ガントリー梁１６、１８上でスライドしうるように支持されており、そして、それらの梁１６、１８の下方に懸架され、例示していないモータ及び駆動機構により制御され、それらの梁に沿ってスライドできるようにすることができる。処理すべき基板２２（例えば、シリコンウエハ２２）は、ガントリー構造１０の下方に固定して支持される。ビーム源２０は、便宜的に低速方向と称される固定レール１２、１４と概ね平行に延びるラインビーム２６としてウエハ２２に当たる下向き扇形ビーム２４を生成するためのレーザ光源及び光学部品を含む。ここでは例示していないが、ガントリー構造は、更に、扇形ビーム２４と概ね平行な方向にレーザ光源及び光学部品を移動させて、それにより、ビーム源２０とウエハ２２との間の距離を制御可能に変化させるので、ウエハ２２上に対するラインビーム２６の焦点合せを制御することができるようにするためのＺ軸ステージを含む。ラインビーム２６の典型的な諸寸法としては、長さ１ｃｍ、幅６６ミクロンで、そして、典型的な電力密度は、２２０ｋＷ／ｃｍ２である。別の仕方としては、ビーム源及び関連光学部品を固定としておき、ウエハの方を、２つの次元において走査するステージ上で支持させるようにすることもできる。
【００１２】
[0019]典型的な動作においては、ガントリー梁１６、１８は、固定レール１２、１４に沿った特定の位置にセットされ、ビーム源２０は、ガントリー梁１６、１８に沿って均一な速度で移動され、ラインビーム２６がその長い寸法に対して直角に便宜的に高速方向と称される方向に走査されるようにする。これにより、ラインビーム２６は、ウエハ２２の一方の側から他方の側へと走査され、ウエハ２２の１ｃｍの走査幅を照射する。ラインビーム２６は、ウエハの特定の区域がそのラインビーム２６の光放射線に対して瞬時的にのみ露出されるように、十分に狭く且つその高速方向における走査速度は十分に速いが、そのラインビームのピークの強度は、その表面領域を非常に高い温度へと加熱するに十分なものである。しかしながら、ウエハ２２のより深い部分は、それ程には加熱されず、ヒートシンクとして作用し、その表面領域を急速に冷却させることができる。このような高速走査が完了するとき、ガントリー梁１６、１８は、ラインビーム２６が低速軸に沿って延びる長い寸法に沿って移動されるように、固定レール１２、１４に沿って新しい位置へと移動させられる。それから、高速走査が行われ、ウエハ２２の隣接走査幅の照射が行われる。交互の高速走査と低速走査とが、多分、ビーム源２０が蛇行路を辿るように、繰り返され、これが、全ウエハ２２が熱的に処理されるまで続けられる。
【００１３】
[0020]光ビーム源２０は、レーザのアレイを含む。図２、図３及び図５に、一実施例を斜視図的に（orthographically）例示しており、この実施例では、約８１０ナノメートルのレーザ放射線が、光システム３０において２つのレーザバースタック３２から生成されており、それらレーザバースタック３２のうちの１つが、図４の端面図において例示されている。各レーザバースタック３２は、一般的にはＧａＡｓ半導体構造における垂直ｐ−ｎ接合に相当し、横方向に約１ｃｍ延び、約０．９ｍｍだけ離間した多数（例えば、１４個）の平行バー３４を含む。典型的には、水冷却層が、バー３４の間に配設される。各バー３４においては、多数（例えば、４９個）のエミッタ３６が形成されており、各エミッタは、個々のビームを放出する別個のＧａＡｓレーザを構成しており、その各ビームは、直交方向において異なる発散角を有している。これらの例示したバー３４は、それらの長い寸法が複数のエミッタ３６に亘って延び、低速軸に沿って整列され、それらの短手寸法が高速軸に沿って整列された１ミクロンより小さいｐ−ｎ空乏層に対応するようにして、配置されている。高速軸に沿う光源サイズが小さいことにより、その高速軸に沿うコリメートを効果的に行うことができる。発散角は、高速軸に沿って大きく、低速軸に沿っては比較的に小さい。
【００１４】
[0021]図２、図３及び図５を参照するに、シリンドリカルレンズレット４０の２つのアレイが、レーザ光を高速軸に沿って狭いビームにコリメートするように、レーザバー３４に沿って位置されている。これらは、レーザスタック３２に接着剤で結合され、放出区域３６に亘って延長するようにバー３４と整列されている。
【００１５】
[0022]この光ビーム源２０は、更に、在来の光学素子を含むことができる。このような在来の光学素子としては、インターリーバ及び偏光マルチプレクサがあるが、このような素子の熟練作業者による選択は、このような実施例に限定されるものではない。図２、図３及び図５の実施例では、２つのバースタック３２からの２セットのビームは、インターリーバ４２へ入力され、このインターリーバは、光を選択的に反射し透過させるように２つの内部対角面に特定の被覆、例えば、反射平行バンドを備えた多重ビーム分割タイプの構造を有するものである。このようなインターリーバは、リサーチエレクトロオプチックス（ＲＥＯ）により市販されている。インターリーバ４２において、パターン形成金属反射バンドが、２つのバースタック３２からの各セットのビームに対して角度付けされた表面に形成され、スタック３２の一方の側におけるバー３４からのビームは、交互に反射又は透過されて、対応する選択式の透過／反射を受けるスタック３２の他方の側におけるバー３４からのビームとインターリーブされるので、分離されたエミッタ３６による放射線プロフィールに生じてしまうであろう空間を埋めることができるようにしている。
【００１６】
[0023]インターリーブされるビームの第１のセットは、１／４波長板４８に通され、インターリーブされるビームの第２のセットの偏光に対してその偏光面が回転させられる。インターリーブされるビームの両方のセットは、二重偏光ビームスプリッタの構造を有する偏光マルチプレクサ（ＰＭＵＸ）５２へ入力される。このようなＰＭＵＸは、リサーチエレクトロオプチックスにより市販されている。第１の対角界面層５４及び第２の対角界面層５６により、これらインターリーブされるビームの２つのセットは、それらの前面から共通軸に沿って反射させられる。第１の界面５４は、典型的には、ハードリフレクタ（ＨＲ）として設計された誘電体干渉フィルタとして実施され、一方、第２の界面５６は、レーザ波長での偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）として設計された誘電体干渉フィルタとして実施される。その結果として、第１の界面層５４から反射されるインターリーブされるビームの第１のセットは、第２の界面層５６の背面に当たる。１／４波長板４８により導入される偏光回転のため、インターリーブされるビームの第１のセットは、第２の界面層５６を通過する。ＰＭＵＸ５２によって出力されるソースビーム５８の強度は、インターリーブされる２セットのビームのいずれの強度の２倍とされる。
【００１７】
[0024]図においては分離しているように示されているのであるが、これらインターリーバ４２、１／４波長板４８、ＰＭＵＸ５２及びその界面５４、５６並びに入力及び出力面に取り付けられる付加的なフィルタは、典型的には、固定光システムとするため、ＵＶ硬化エポキシのようなプラスチック封入材により一緒に接合されている。重要な界面は、それらがバー３４と整列されなければならないレーザスタック３２に対するレンズレット４０のプラスチック結合である。ソースビーム５８は、低速軸に沿ってこのソースビーム５８を収束させるためのシリンドリカルレンズ６２、６４、６６のセットに通される。
【００１８】
[0025]１次元光パイプ７０は、ソースビームを低速軸に沿って均質化する。シリンドリカルレンズ６２、６４、６６により収束されたソースビームは、低速軸に沿って、ある有限な発散角でもって、高速軸に沿っては実質的にコリメートされた状態でもって、光パイプに入る。このソースビームの短い寸法は、低速軸に沿い、長い寸法は、高速軸に沿っている。
【００１９】
[0026]光パイプ７０によって出力されるソースビームは、概ね均一である。図５に示されたアナモフィック光学部品８０、８２は、ソースビームをウエハ２２の表面上の所望の寸法のラインビームへと収束させる。
【００２０】
[0027]１つの実施形態では、レーザソース光をウエハ上に収束させる同じ光学部品が、ウエハ２２上のラインビーム２６の近傍から放出される熱放射線を、図５に概略的に例示されるように、高温計６０へと逆方向に向ける。後述するように、高温計は、本明細書では高温計応答帯域と称する限定波長範囲に応答し、この帯域における中心波長は、本明細書では、高温計波長と称される。２つのＰＭＵＸ界面５４、５６は、その偏光に関係なく、高温計波長を通過させるように設計されている。光学部品は、一般的には、相反的なものであり、従って、逆方向においては、ラインビーム２６上又はそれに非常に近いウエハ２２の小さい区域のみを検出し、その像をバースタックの放出面のサイズを概ね有する区域へと光学的に拡大する。小さなレーザビームアニールでは、ラインビーム２６の直ぐ近くにおいても表面層温度の変化は相当のものであるが、黒体放射線スペクトルの性質のため、熱的に放出される放射線は、主として、その最も熱い区域から放出されるものである。
【００２１】
[0028]強力レーザラインビームにより照射されるウエハの区域に亘る温度の変化は、（それらが異なる吸光係数を有するので）レーザ放射線を異なる比率で吸収する又は異なる方向に反射する平らでない表面を有するウエハ表面上の種々な特徴部が存在することから生ずる。ＤＳＡレーザアニール中のウエハの加熱をより均一なものとするため、全ウエハ表面は、レーザアニールの前に、光吸収層で被われる。一つの実施形態では、この光吸収層は、アモルファス炭素層である。何故ならば、このアモルファス炭素層は、レーザ波長（８１０ナノメートル）及び高温計波長（例えば、９５０ナノメートル）で、そのウエハの下にある集積回路特徴部のものよりも実質的に高い吸収係数を有するからである。従って、アモルファス炭素層の均一な熱吸収は、下にある集積回路構造部の非均一性による影響を抑え込む（predominates）ことができる。その上、高温計波長でのアモルファス炭素層により均一に放出される黒体放射線は、そのアモルファス炭素層の下にある非均一集積回路素子により放出される放射線による影響を抑え込むことができる。これにより、下にある集積回路パターンによる影響によってウエハ温度の高温計測定値が歪んでしまうようなことを防ぐことができる。
【００２２】
[0029]高温計６０は、フォトダイオードのような光検出器６１及び光高温計帯域通過フィルタ６３を含む。高温計フィルタ６３は、高温計応答帯域を確立させるのを助ける。在来は、１つの可能な高温計応答帯域として、１５５０ナノメートルに中心を置くものとすることができる。しかしながら、均一吸収のためにウエハ、並びにＳｉ基板自体を被うアモルファス炭素光吸収層は、このような長い波長では十分な吸収を行えず（より低い吸光係数を有する）、従って、吸収及び黒体放射線放出の均一性を改善しない。又、このような波長での表面放射率も、ウエハ温度につれて変化してしまう。従って、１５５０ナノメートルは、高温計応答帯域のために良い選択ではない。
【００２３】
[0030]別の可能な選択は、高温計応答帯域の中心をより短い波長である９５０ナノメートルに置き、帯域幅を数十ナノメートルとすることである。これは、高温計通過帯域フィルタ６３の通過帯域中心波長を９５０ナノメートル近くとすることにより達成することができる。このようなより短い波長において、アモルファス炭素光吸収層は、十分な吸収を行い、従って、ウエハ表面に亘ってレーザ放射線の均一な吸収を行う。
【００２４】
[0031]光検出器６１の出力は、ソースコントローラ６５へ供給され、このソースコントローラ６５は、その検出された光電流をウエハ温度へと変換して、それを所望の温度と比較し、それにより、レーザバー３２へ供給される電力を調整して、それらの光出力を所望のウエハ温度の方向へと増大したり又は減少させたりする。
【００２５】
[0032]ＧａＡｓ又はその他の半導体レーザは、典型的にその高温計波長応答帯域と重複する低レベル自然放出のかなり幅広いスペクトルを有している。高温計フィルタ６３が高温計波長では阻止しないような自然放出の結果として、付加的なフィルタリングの無い場合においては、光検出器６１は、（ａ）高温計波長でのウエハ黒体放射線、及び（ｂ）高温計波長でのレーザ源自然放出の一部の両者を検出するであろう。
【００２６】
[0033]高温計の性能は、高温計波長でのレーザ源自然放射線を、バースタック３２とインターリーバ４２との間に置かれたノッチフィルタ６７でもって、又は、インターリーバ４２とＰＭＵＸ５２との間に置かれたノッチフィルタ６８でもって、フィルタリングすることにより改善される。ノッチフィルタ６７又はノッチフィルタ６８は、高温計波長、例えば、９５０ナノメートルでのソース放射線を阻止し、８１０ナノメートルでのレーザ放射線を少なくとも通過させる。高温計波長の透過係数に対するレーザ波長の透過係数の比率は、数桁の大きさのオーダーである。フィルタ６７、６８の最小限の必要条件は、それらがレーザ波長よりも長い（例えば、レーザ波長８１０ナノメートルよりも長い）波長を阻止することであるが、より短い波長の放射線は、本来的には、高温計を劣化させない。ノッチフィルタ６７、６８は、インターリーバ４２又はＰＵＭＸ５２のどちらかに被覆した干渉フィルタとして実施することができるが、これらフィルタは、単独のフィルタとしても実施することができるものである。
【００２７】
高温計での偽ノイズのフィルタリング
[0034]高温計６０は、この高温計の温度測定機能を歪ませる高レベルの偽の背景信号を受けることがある。これは、ソースコントローラ６５の閉じたフィードバック制御ループに厳しい問題を課する。何故ならば、偽の背景信号は、レーザ電力及びウエハ表面反射率の非均一性につれて変化するからである。本発明者等は、このような背景信号が図５に例示したビームスプリッタ５２、レンズ６２、６４、６６及び他の構成部分のような光構成部分の蛍光により生ぜしめられることを発見した。この蛍光の背景信号は、それらの光構成部分が溶融石英材料で形成されているときに、特に激しい。このような材料の１つの実施例は、Heraeus Quarzglas G.M.B.H.が所有する登録商標Infrasilの下で販売されている光学用ガラス材料である。この材料は、Heraeus Quartz America, L.L.C.により販売されている。このInfrasil（登録商標）材料よりも高価である他の関連材料は、幾分、より低い蛍光性を有しているかもしれないが、それでも、温度測定に障害となる蛍光を放出するものである。このInfrasil（登録商標）材料の蛍光は、高温計波長の在来の選択である９５０ナノメートルに近いピーク振幅を有し、これは、９５０ナノメートルの高温計波長でのウエハからの黒体放射線の振幅に等しいか又はそれを超えている。このようなInfrasil（登録商標）蛍光は、高温計波長（９５０ナノメートル）で最大又はピークを有しているので、この蛍光は、高温計光学部品を通過してしまい、高温計による温度測定値を歪ませてしまうような強い偽背景信号となってしまう。
【００２８】
[0035]このシステムに存在する放射線のスペクトルを、図６のグラフで示している。図６のグラフによれば、８１０ナノメートル近くのピークは、連続レーザ放射線に対応しており、この放射は、約８０５ナノメートルと約８１５ナノメートルとの間にある帯域内にある。９５０ナノメートル近くのピークは、光構成部分の蛍光に対応している。この蛍光は、１１００ナノメートル近くにディップ（dip）を有する。従って、１つの可能な解決策は、光構成部分の蛍光発光の大部分を避けるため、高温計応答帯域（フィルタ６３の通過帯域）を約１１００ナノメートルへと移動することである。しかしながら、このような解決策は、ウエハを被うアモルファス炭素光吸収層の目的と矛盾してしまう。なぜなら、アモルファス炭素層の光吸収は、このようなより長い波長で低い（従って、それに応じてこの波長での黒体放射が低い）ので、従って、温度測定の均一性における改善があまりなされないからである。このような情況は、アモルファス炭素層の吸光係数を波長の関数として示す図７のグラフに示されている。吸光係数は、アモルファス炭素材料が放射線を吸収する効率の指標である。図７は、アモルファス炭素層の吸光係数が１０００ナノメートルの波長より長いところで非常に低いレベルへと下がることを示している。従って、高温計波長を９５０ナノメートルより上に増大させるのは、実際的な解決策とはならない。
【００２９】
[0036]本発明者等は、８０５ナノメートル−８１５ナノメートルレーザ放射帯域と、約８５５ナノメートル又は８６０ナノメートルでの（光構成部分からの）蛍光の開始との間に４０ナノメートル幅のウインドウがあることを発見した。このような４０ナノメートルウインドウの位置は、図６に示されている。この４０ナノメートルウインドウ内では、レーザ放出は少しか皆無であり、又、光構成部分からの蛍光は少しか皆無である。更に又、図７を参照するに、このウインドウ内（即ち、８１５ナノメートルと８５５ナノメートルとの間）では、アモルファス炭素光吸収層は、例えば、約０．０５と０．１０との間の、適度に強い吸光係数を有している。従って、高温計応答帯域を、この狭い４０ナノメートルウインドウ（図６）内に入るように制限することにより、その高温計応答帯域を、アモルファス炭素層の吸光係数が高く、光構成部分からの蛍光放射が低く且つレーザ放射が僅かしか無いような領域へと置くことができる。高温計応答帯域をアモルファス炭素層の比較的に高い吸光係数の領域へと制限することにより、ウエハ上のアモルファス炭素層は、レーザ放射線をより多く吸収するので、その均一吸収が支配的となり、ウエハ表面に亘る均一アニール処理を行うことができる。この４０ナノメートル幅のウインドウの高温計応答帯域においては、光吸収（アモルファス炭素）層は、下にある基板の光吸収係数と少なくとも同程度か又はそれより大きな光吸収係数を有する。
【００３０】
[0037]しかしながら、４０ナノメートルウインドウは、高温計応答帯域フィルタ６３を実施するのに使用される典型的なフィルタに対しては、レーザ放射帯域（レーザ波長のあたりを中心とする）に近過ぎる。特に、８１０ナノメートルのレーザ放射線ピークと８１５ナノメートルの４０ナノメートルウインドウの始点との間の波長差は、非常に小さい。従って、８４０ナノメートルの所望の黒体放射線（高温計信号）を阻止せずに、８１０ナノメートルのレーザ放射線を阻止することは難しい。この問題は、図２及び図５のシステムにレザーエッジ光フィルタ７２を設け、８１０ナノメートルのレーザ放射線を阻止するのに在来の通過帯域フィルタ６３を必要としないようにすることにより、解決される。実際には、在来の通過帯域フィルタ６３の応答は、レーザ放射線の少なくとも大部分を通過させるので、高温計応答帯域における高温計波長が偶然にも阻止されたり又は部分的に阻止されたりすることを避けることができるようなものとすることができる。その代わりに、レーザ放射線の阻止は、レザーエッジフィルタ７２により行われる。レザーエッジ光フィルタ７２は、長波長通過フィルタであり、図８のグラフに示すような光応答を有している。レザーエッジフィルタ７２の遮断波長は、約８１５ナノメートルである。レザーエッジフィルタ７２は、遮断波長の上方でのほぼ１００％の透過率（全透過又は透明）から８１５ナノメートルの遮断波長での僅か１０−６（及びそれより下）へのエッジ移行部を有している。このエッジ移行部は、非常に狭く、僅か５から８ナノメートルまでの幅でしかない。その結果として、レザーエッジフィルタは、８１０ナノメートルのレーザ放射線を阻止するが、８１５ナノメートルより上の高温計波長に対しては完全に透過性である。このような非常に鋭い応答は、レザーエッジフィルタ７２を干渉フィルタとして構成することにより得られる。
【００３１】
[0038]干渉フィルタは、多層薄膜デバイスである。これら干渉フィルタは、エッジフィルタ又は帯域通過フィルタとして機能するように設計することができる。どちらの場合においても、波長選択は、破壊的光干渉の特性に基づかれる。このようなフィルタにおいては、入射光は、多くの対の被覆反射表面を通過する。それら反射被覆の間の距離は、どの波長が破壊的に干渉するかを決定し、且つどの波長が同位相となり最終的にそれら被覆を通過していくかを決定する。それら反射表面の間のギャップは、スペーサーと称される誘電体材料の薄膜である。それは、所望のピーク透過波長での２分の１波の厚さを有する。それら反射層は、幾つかの膜層からなることができ、それら膜層の各々は、４分の１波長厚さである。４分の１波層の、このサンドイッチは、高インデックス材料及び低インデックス材料、通常は、それぞれ、硫化亜鉛及び氷晶石の交互のパターンで形成される。反射層を形成する４分の１波被覆は、一緒になって、スタックと称される。図８に示す鋭い遮断応答を達成するため、フィルタ７２には多くのスタックが存在することがある。このようなレザーエッジ光フィルタは、ニューヨーク州ロチェスターのセムロックから入手できる。
【００３２】
[0039]再び、図５を参照するに、在来の帯域通過フィルタ６３は、約８４０ナノメートル、即ち、図６に示す４０ナノメートルウインドウのほぼ中心に中心を置く通過帯域を有するように選択されている。１つの実施では、８４０ナノメートル通過帯域フィルタ６３は、図９のグラフに示される応答にほぼ対応する、１０ナノメートルの半値全幅を有している。８４０ナノメートルを中心としているので、このフィルタは、図６のグラフにおける９５０ナノメートルピークに対応する光構成部分からの蛍光背景放射を効果的に阻止する。従って、高温計応答帯域が、約８１５ナノメートルより下の放射線を阻止するレザーエッジフィルタ７２及び約８６０ナノメートルより上の放射線を阻止する高温計通過帯域フィルタ６３により、図６の４０ナノメートルウインドウ内に確立される。別の実施形態において、図５のシステムは、更に、８１０ナノメートルのレーザ放射を阻止する任意的なノッチフィルタ７４を含む。
【００３３】
[0040]本発明の種々な実施形態について前述してきたのであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、本発明の他の更なる実施形態が考えられるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって決定されるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０…ガントリー構成体、１２…固定平行レール、１４…固定平行レール、１６…平行ガントリー梁、１８…平行ガントリー梁、２０…光ビーム源、２２…基板、２４…下向き扇形ビーム、２６…ラインビーム、３０…光システム、３２…レーザバースタック、３４…平行バー（レーザバー）、３６…エミッタ（放出区域）、４０…シリンドリカルレンズレット、４２…インターリーバ、４８…１／４波長板、５２…偏光マルチプレクサ（ＰＭＵＸ）（ビームスプリッタ）、５４…第１の対角界面層（第１の界面）、５６…第２の対角界面層（第２の界面）、５８…ソースビーム、６０…高温計、６１…光検出器、６２…シリンドリカルレンズ、６３…光高温計帯域通過フィルタ（高温計フィルタ）、６４…シリンドリカルレンズ、６５…ソースコントローラ、６６…シリンドリカルレンズ、６７…ノッチフィルタ、６８…ノッチフィルタ、７０…１次元光パイプ、７２…レザーエッジフィルタ、７４…ノッチフィルタ、８０…アナモフィック光学部品、８２…アナモフィック光学部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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