(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが光パルスを生成して半導体基板の表面の一部分を少なくとも２００℃に加熱するように構成された複数のファイバレーザを備えたファイババンドルレーザを備え、レーザキャビティを有する複数のファイバレーザのそれぞれが、光パルスを生成するためのドープされたコアを有する光ファイバと、前記ドープコアから前記半導体基板の前記表面に前記光パルスを伝送するための非ドープ光ファイバとを備え、
前記光パルスが、独立して選択可能なパルス持続時間、形状、および繰返し率を有する１つまたは複数の光波長を含み、
前記表面の前記部分が、１０平方ミリメートルより大きい面積を有する、
基板処理システム。
【請求項２】
前記光パルスがプロセスガスと前記半導体基板との間の化学反応を促進させ、その結果、前記半導体基板の表面上に膜を形成する、請求項１に記載の基板処理システム。
【請求項３】
前記光パルスが、前記半導体基板内のドーパントを活動化させる、請求項１または２に記載の基板処理システム。
【請求項４】
前記光パルスが、前記半導体基板を焼鈍する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理システム。
【請求項５】
前記パルス持続時間が、１００ｎｓ〜１００μｓである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理システム。
【請求項６】
前記繰返し率が１ＭＨｚ未満である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理システム。
【請求項７】
前記表面の前記部分が、１００平方ミリメートルより大きい、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理システム。
【請求項８】
前記１つまたは複数のファイバレーザの前記１つまたは複数の波長とは異なる波長に近い前記表面の前記部分からの放射を監視する光学高温測定アセンブリをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理システム。
【請求項９】
処理チャンバ内に配置された半導体基板を支持する基板支持アセンブリと、
光学アセンブリとを備え、前記光学アセンブリが、
それぞれが１つまたは複数の波長の光パルスを生成して前記半導体基板の表面の一部分を少なくとも２００℃に加熱するように構成された複数のファイバレーザを備えたファイババンドルレーザを備え、レーザキャビティを有する複数のファイバレーザのそれぞれが、光パルスを生成するためのドープされたコアを有する光ファイバと、前記ドープコアから前記半導体基板の前記表面に前記光パルスを伝送するための非ドープ光ファイバとを備え、
前記光パルスが、独立して選択可能なパルス持続時間、形状、および繰返し率を有する１つまたは複数の光波長を含み、前記表面の前記部分が、１０平方ミリメートルより大きい面積を有する、
基板処理システム。
【請求項１０】
前記光学アセンブリが、前記半導体基板の一部分を一度に露出させる、請求項９に記載の基板処理システム。
【請求項１１】
前記基板支持アセンブリが、前記１つまたは複数のファイバレーザに対して可動式である、請求項９または１０に記載の基板処理システム。
【請求項１２】
半導体基板を処置する方法であって、
表面プロセスを促進させる少なくとも１つの光パルスのパルス持続時間、形状および繰返し率を独立して選択するステップと、
前記表面プロセスを促進するために、前記少なくとも１つの光パルスで半導体基板の表面の第１の部分を少なくとも２００℃に加熱するステップとを含み、
前記少なくとも１つの光パルスが、ファイバレーザアセンブリの出力部から放出された１つまたは複数のファイバレーザ波長を含み、前記ファイバレーザアセンブリが、レーザキャビティを有する複数のファイバレーザのそれぞれが、少なくとも１つの光パルスを生成するためのドープされたコアを有する光ファイバと、前記ドープコアから前記半導体基板の前記表面に前記少なくとも１つの光パルスを伝送するための非ドープ光ファイバとを備えた複数のファイバレーザを備えたファイババンドルレーザを含み、
前記表面の前記部分が、１０平方ミリメートルより大きい面積を有する、方法。
【請求項１３】
前記半導体基板を動かすステップと、
前記半導体基板の前記表面の第２の部分を照射するステップと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記半導体基板の表面の前記第１の部分から放出された光を受け取るステップと、
プロセス監視波長に近い前記放出された光の輝度を判定するステップとをさらに含み、前記プロセス監視波長が前記１つまたは複数のファイバレーザ波長とは異なる、
請求項１２または１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年４月２０日出願の米国仮特許出願第６１／１７１，０１１号の利益を主張するものであり、同出願を、あらゆる目的で全体として参照により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
半導体業界で使用されるいくつかのプロセスでは、基板を処理するのに費やす時間を低減させるために基板を急速に加熱することが望ましい。通常、急速熱処理システムでは、高輝度の光源を利用して、場合によっては真空条件下で、処理チャンバ内で保持されている基板を急速に加熱する。高輝度ランプのアレイから構成できる高輝度の光源は、チャンバの内側またはチャンバの外側で透明窓に隣接して位置し、この透明窓を通って、光がチャンバ内へ入る。チャンバの内側では、基板は、物理的にほとんど接触しないで（通常、縁部の周りで）支持され、したがって基板の温度は、入ってくる光に迅速に反応することができる。ウェーハの前面は露出しており、高輝度ランプからの光を受け取る。これらのランプは、本質的に黒体放射体であり、可能な限り迅速に（通常、３００〜５００ｍｓ）動作温度に加熱される。集積回路の製造で一般に使用されるシリコン基板のような多くの基板の場合、特に基板が室温により近い加熱サイクルの初めには、波長が短ければ短いほど光吸収は高い。急速なシリコン基板の加熱は、これらのランプが高温（約３０００℃）に到達した後に始まり、この時点で、ランプは短波長の光の大部分を放出し始める。
【０００３】
図１は、投光タイプの急速熱的加熱装置の概略横断面図を示す。この装置では、チャンバ１０５内に配置されたウェーハ１００が、チャンバの蓋１２０上に取り付けられたランプ１２５からの放射によって加熱される。ランプ１２５は通常、タングステンハロゲンランプであり、基板を均等に加熱するように、異なる温度にすることができる。高温測定は、チャンバ１０５内の窓１３５を通じて光を監視することによって行うことができる。ランプ１２５のオンとオフを切り換えられる速度は、典型的な熱ランプでは制限されており、その結果、基板をどれだけ速く加熱できるかに関して制限が生じる。
【０００４】
これらの制限の一部を克服するために、そしてパルス持続時間を短くして処理時間目標内に収めるために、代替の光源が使用されてきた。しかしこれらの新しい代替の光源は、５０ｎｓ〜１００μｓに低減されたウェーハを処理する時間要件を含む新しい処理要件を満たすのに最適ではない。したがって、約１００ｎｓを下回る加熱パルスを使用してウェーハを確実かつ急速に処理するシステムおよび方法が必要とされている。様々な基板プロセスには、高輝度の照射パルスの開始および終了ならびに持続時間および繰返し率の追加の制御が必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、光パルスの持続時間、形状、および繰返し率の独立した制御を提供する光源を組み込む基板処理機器および方法に関する。実施形態は、照度の急速な増大および低減をさらに提供する。
【０００６】
基板処理システムは、光パルスを生成して半導体基板の表面の一部分を照射し、半導体基板を変化させる１つまたは複数のファイバレーザを含む。光パルスは、１つまたは複数の光波長および選択可能なパルス持続時間を含む。表面のこの部分は、１０平方ミリメートルより大きい面積を有する。光パルスは化学反応を促進させ、その結果、半導体基板の表面上に膜を形成することができる。別法として、光パルスは、半導体基板内のドーパントを活動化させることができる。別法として、光パルスは、半導体基板を焼鈍することができる。１つまたは複数のファイバレーザは、少なくとも１つのファイババンドルレーザを含むことができる。パルス持続時間は、約１００ｎｓ〜約１００μｓとすることができる。これらの光パルスを使用して、半導体基板を加熱すること、または半導体基板内で原子を拡散させることによって、半導体基板を変化させることができる。光パルスの繰返し率は選択可能とすることができ、約１ＭＨｚ未満とすることができる。基板処理システムは、１つまたは複数のファイバレーザの１つまたは複数の波長とは異なる波長に近い表面のこの部分からの放射を監視する光学高温測定アセンブリをさらに含む。
【０００７】
基板処理システムは、光学アセンブリと、処理チャンバ内に配置された基板を支持する基板支持アセンブリとを含む。基板処理システムの基板支持アセンブリは、１つまたは複数のファイバレーザに対して可動式とすることができる。基板処理システムの１つまたは複数のファイバレーザは、基板支持アセンブリに対して可動式とすることができる。
【０００８】
基板を処置する方法は、表面プロセスを促進させる少なくとも１つの光パルスのパルス持続時間を選択するステップと、基板の表面の第１の部分を少なくとも１つの光パルスで照射するステップとを含む。１つの光パルスは、ファイバレーザアセンブリの出力部から放出された１つまたは複数のファイバレーザ波長を含み、表面のこの部分は、１０平方ミリメートルより大きい面積を有する。この方法は、基板を動かすステップと、基板の表面の第２の部分を照射するステップとを含むことができる。この方法は、基板の表面の第１の部分から放出された光を受け取るステップと、プロセス監視波長に近い放出された光の輝度を判定するステップとを含むことができる。プロセス監視波長は、１つまたは複数のファイバレーザ波長とは異なってもよい。
【０００９】
本開示の適用の可能性のさらなる領域は、以下に提供する詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特有の例は、様々な実施形態について示すが、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を必ずしも限定しようとするものではないことを理解されたい。
【００１０】
本発明の性質および利点のさらなる理解は、以下に提示する本明細書の残りの部分および図面を参照することによって実現することができる。これらの図を、本発明の詳細な説明の部分に組み込む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術の基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態による基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である。
【図３Ａ】開示の実施形態による基板の表面を処置するために使用できる例示的な方法を示す流れ図である。
【図３Ｂ】開示の実施形態による基板の表面を処置するために使用できる例示的な方法を示す流れ図である。
【図４】本発明の実施形態から利益を得る例示的な基板処理システムの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付の図では、類似の構成要素および／または特徴は、同じ参照標識を有することができる。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、ダッシュ付きの参照標識、および類似の構成要素を区別する第２の標識に従うことによって区別することができる。本明細書で第１の参照標識だけが使用される場合、その説明は、第２の参照標識にかかわらず、同じ第１の参照標識を有する類似の構成要素のいずれにも適用することができる。
【００１３】
本発明の実施形態は、光パルスの持続時間、形状、および繰返し率の独立した制御を提供する光源を組み込む基板処理機器および方法に関する。実施形態は、照度の急速な増大および低減をさらに提供する。
【００１４】
開示の実施形態では、ファイバレーザを使用して基板の表面を照射して加熱し、基板の表面に近い領域を処理する。これらのプロセスには、膜を形成することと、ドーパントを処置することと、基板自体を再秩序化することとが含まれる。ファイバレーザを使用すると、輝度の非常に高い光パルスを生じさせることができる。これは、小さい器具実装面積を維持するために巻き付けられる長いレージングキャビティよって可能になる。ファイバレーザの長く狭いレージングキャビティは、非常に効率的に冷却することができ、高い光輝度の出力をさらに可能にする。現在利用可能なファイバレーザからの連続する電力は１キロワットを超過しており、繰返し率、パルス数、パルス形状、および持続時間に応じて、非常に高いピーク電力に変換される。ファイバレーザは、パルスＮｄ：Ｙａｇレーザではなく、マスタファイバ発振器によってポンピングされると、これらのパラメータに対してより大きい範囲を提供し、また、互いにより独立してパラメータを選択することができる。複数のファイバレーザを組み合わせて、ファイババンドルレーザとして知られているある種のレーザを形成することができる。
【００１５】
基板の表面は、約２ｎｓ〜約１００μｓで本質的に連続して調整できるパルス持続時間を有する光パルスで処置することができる。選択可能な数のパルスおよび最高１ＭＨｚのパルス繰返し率で基板の表面を処置するには、パルス列を使用することができる。光パルスの形状を調整して、たとえば最初により多くの照射を提供して表面をプロセス支援温度に加熱し、次いでプロセス反応を維持するのに十分なより低い輝度まで下げることができる。長いパルス（１００μｓ超）の場合、パルス形状は、基板の上部と底部の膨張の差を制限するために輝度を増加させるように選択することができる。パルス形状技術または「パルス成形」は、任意の電気波形生成器に類似のパルス形状の柔軟性を提供できるファイバレーザを使用することによって容易になる。光パルス形状は、特有の膜の成長に伴う化学反応を促進させるように選ぶことができる。
【００１６】
関係する化学的性質に応じて、ガス前駆体の存在下で表面を照射することで、熱的手段以外によって化学反応の速度を高めることができる。たとえば、光は、気相分子または吸着分子を励起し、あるいはさらには基板を電子的に励起して表面上の化学反応を促進させることができる。光によって誘起される関連するプロセスには、光触媒作用および光支援原子層堆積（ＰＡ−ＡＬＤ）が含まれる。これらのプロセス中、パルス列を使用して、１つのパルスにつき一層の膜を基板上で成長させることができる。ファイバレーザの波長は、たとえば反応速度を高める分子の電子遷移と共振する波長を選ぶことによって、所望の膜プロセスを促進させるように選択することができる。波長は、基板による放射の吸収を高め、それによって基板をより効率的に加熱するように選ぶことができる。
【００１７】
パルスファイバレーザは、光ファイバのコアをドープすることによって作られ、次いでレーザキャビティとして使用される。レーザキャビティコアは、レーザで光学的にポンピングすることができ、このレーザ光は、レーザキャビティコアを通って、またこの場合のような高輝度の適用分野では、レーザキャビティコアと接し、またはレーザキャビティコアを取り囲む２次的な非ドープコアを通って誘導される。レーザキャビティコアは、放出を容易に刺激するために希土類元素でドープすることができるが、他の光学効果もまた、光学利得のための機構を提供する。これらの高輝度レーザの設計の改善により、処理物から材料の除去（たとえば、スクライビング、切断、および切除）などの新しい適用分野が可能になった。これらの適用分野では、材料を除去するのに十分な熱を実現するために、ビームを小さいスポットサイズに集束させる必要がある。本発明の実施形態では、基板処理機器内にファイバレーザが組み込まれ、一部には、出力照射が基板の大部分をカバーできるようにビームを光学的に広げることによって基板を処理する。基板処理の適用分野では、融解または切除より低い電力密度を必要とし、したがって多くのプロセスでは、約１０ワットより大きい現在の電力レベルで十分であろう。複数のレーザを組み合わせて基板のさらに大きい部分をカバーし、基板全体を一度に露出させることができ、または走査する動きとともに、もしくは個別のステップにおいて、より小さい領域を露出させることができる。ファイバレーザの出力部と基板の間の相対的な動きは、基板の動き、ファイバレーザの出力部の動き、またはこれらの組合せによって提供することができる。
【００１８】
本発明をよりよく理解および評価するために、本発明の実施形態による基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である図２Ａ〜２Ｃを参照されたい。図２Ａは、光が光ファイバケーブル配線２２５−１を通ってチャンバ内へ入って基板２００全体に広がり、ファイバレーザアセンブリ２２６−１の出力部と基板２００の間の相対的な動きなしで表面を処理する処理システムを示す。
【００１９】
持続時間が約２０ミリ秒を下回るパルスの場合、基板は、パルスが終了された後まで、上面２０１と底面２０２で同じ温度ではないことがある。したがって、直接照射されて加熱される上面２０１上で、照射に対する熱応答の光学測定を実行できることが好ましい。上面２０１の監視は、底面２０２に照準を当てた透明の光学的開口２３５−１ではなく、基板２００の表面に照準を当てた透明の光学的開口２３５−２を通って行うことができる。図示の処理システムは、蓋２２０−１の一部として透明の光学的開口２３５−２を備えるように構成される。蓋２２０−１はまた、光ファイバケーブル配線２２５−１を支持する。ファイバレーザ（複数可）から放出される光の波長（複数可）とは異なる波長で高温測定によって基板２００の上面２０１の熱応答を監視することで、温度判定の精度を改善することができる。異なる波長を検出することで、ファイバレーザから反射または散乱された照射が基板２００の上面から熱的に生成されると誤って解釈される可能性を低減させることができる。
【００２０】
ファイバレーザからのパルスは、２ナノ秒もの短さであることがあるため、高温計によって検出される光は、表面の平衡状態の温度を示さないことがある。露出中または露出後に表面の実際の温度を判定するには、さらなる処理を必要とすることがある。別法として、未加工の光信号を使用することができ、結果として得られる膜、ドーパント、または他の表面特性の最適の特質に相関させることができる。
【００２１】
図２Ａでは、ファイバレーザアセンブリ２２６−１は、処理チャンバの内側で光を出力する。代替実施形態では、ファイバレーザ出力部２２６−１は、処理チャンバの外側に位置することができ、光は、透明窓を通ってチャンバ内へ入る。別の代替実施形態では、ファイバレーザ出力部２２６−１は、チャンバのうち、やはりプロセス条件から保護された別個の部分を占めることができる。ファイバレーザ２２６−１の出力部と処理領域を分離することで、基板２００の表面への光放射の伝送効率に悪影響を及ぼす堆積、エッチング、または他の反応を防止するという追加の利点がある。
【００２２】
ファイバレーザは、短い波長（実施形態では、０．７５μｍ未満または０．５μｍ未満）の光をもたらしながら、より高い波長（約０．５μｍ〜１．２μｍまたは０．７５μｍ〜１．２μｍ）で高温測定を行って、加熱波長と監視波長を分離することができる。大部分のドーパント濃度では、１．２μｍを上回る波長の場合、シリコン基板の放射率は低く、高温測定はより困難になる。シリコン以外の基板の場合、波長の範囲は異なることがあるが、加熱と高温測定に異なる光波長を使用する利益はそのまま残る。
【００２３】
図２Ｂは、可撓性の光ファイバケーブル配線２２５−２を通って基板２００の上面２０１を光学的に加熱する走査またはステップおよび走査手法を利用する処理システムの別の実施形態を示す。上面２０１の一部分は、ファイバレーザアセンブリ２２６−２の出力部から放出される放射に露出されており、上面２０１のうち照射される部分の位置は、処理中に突然または平滑に変化する。光ファイバケーブル配線の動きは２つの直交方向であり、基板２００の上面２０１全体の露出を可能にすることができる。
【００２４】
上面２０１のうち照射される部分の温度の表示は、可撓性の光パイプまたは光ファイバ高温測定受信器２３５−３によって受け取ることができる。高温測定受信器２３５−３は、光ファイバ高温測定受信器２３５−３と光ファイバケーブル配線２２５−２がともに動くように、光ファイバケーブル配線２２５−２に固定することができる。これは、上面２０１のうちより冷たい部分ではなく、照射される（加熱される）部分を確実に監視するために望ましいであろう。別法として、チャンバ２０５および蓋２２０−２に対して静止している光受信器２３５−２を使用して、上面２０１の露出された部分を主として監視するように機械的または電子的に制御することができる。
【００２５】
図２Ｃは、基板２００を動かして基板２００の上面２０１のうち照射および加熱される部分を平行移動させる処理システムのさらに別の実施形態を示す。ファイバレーザアセンブリ２２６−３の出力部は、チャンバ２０５および蓋２２０−２に対して静止したまま保つことができるため、光ファイバケーブル配線２２５−２および高温測定受信器２３５−３は可撓性である必要はない。基板は、露出間には、相対的に個別のステップで動かすことができ、または一貫した露出中には、平滑に動かすことができる。基板は、矢印の方向、および図２Ｃの平面に出入りする直交方向に動かし、または平行移動させることができる。別法として、基板は、矢印の方向に動かすことができ、基板の中心の周りで回転させることができる。
【００２６】
光ファイバケーブル配線に対する基板の動きは、基板の動きとファイバレーザアセンブリの出力部の動きの組合せによって提供することができる。一例では、光ファイバアセンブリが基板の半径に沿って直線的に平行移動されるのに対して、基板を回転させることができる。
【００２７】
図２Ａ〜２Ｃに示す光ファイバケーブル配線２２５は、ドープされたレーザキャビティの一部分であってもなくてもよいが、レーザキャビティからチャンバ内へ光を伝送するために使用される非ドープファイバとすることができる。
【００２８】
図３Ａ〜３Ｂは、開示の実施形態による基板の表面を処置するために使用できる例示的な方法を示す流れ図である。図３Ａは、ファイバレーザを使用するステップおよび走査手法に伴うプロセスを表す。ファイバレーザアセンブリの出力部は、基板の表面近くに位置決めされており、ファイバレーザによって光パルスが生じ、基板の一部分を照射する（動作３０５）。基板は、次のパルスが基板の異なる部分に当たるように動かされる（動作３１０）。ファイバレーザによって第２の光パルスが生じ、基板の第２の部分を照射する（動作３１５）。図３Ｂは、照射および加熱された部分からの光信号を使用してファイバレーザからの光パルスの輝度を調整するプロセスを示す。動作３６５では、単色のファイバレーザからの光パルスで、基板の一部分が照射および加熱される。基板のこの部分の照射中、またはその直後に、この部分から発する光の輝度が検出器によって判定され、この光パルスが基板の表面に与える影響を監視するために使用される（動作３７０）。検出された光の波長は、ファイバレーザによってもたらされる波長とは異なる。後のパルスの輝度は、動作３７０で検出された光の輝度に基づいて調整される（動作３７５）。
【００２９】
例示的な基板処理システム
図４は、円板状の基板４０５を処理する処理チャンバ４００を示す。基板４０５は、直径１２インチ（３００ミリメートル（ｍｍ））のシリコン（Ｓｉ）ウェーハとすることができる。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、処理中、基板４０５は、チャンバ４００の内側で基板支持アセンブリ４０８上に支持され、基板４０５の真上に位置する照射素子４０２によって加熱される。照射素子４０２は、放射４１２を生成し、放射４１２は、水冷式の石英窓アセンブリ４０３を通って処理チャンバ４００に入る。窓アセンブリ４０３と基板４０５の間の間隙は調整可能とすることができ、実施形態では、約１０〜５０ミリメートル（ｍｍ）である。基板４０５の下には反射板４２０が位置し、概ね円筒形の基部を有する中心アセンブリ４２１上に取り付けられる。反射板４２０は、反射性の非常に高い表面被覆をもつことができる。基板４０５の下面および反射板４２０の上部は、基板４０５の有効放射率を高める反射キャビティと接する。基板４０５と反射板４２０の離隔距離もまた、調整することができる。３００ｍｍの基板処理システムでは、この間隙は、様々な実施形態で約３ｍｍ〜２０ｍｍまたは約５ｍｍ〜８ｍｍとすることができる。
【００３１】
複数の温度プローブ（図４には３つ示す）は、高温測定方法を用いて、光パイプ４２３を通って光を収集し、光センサ４２５および補助電子機器で検出された光の輝度を測定することによって、基板４０５のうち下面とは異なる領域で温度を監視することができる。各温度プローブは、中心アセンブリ４２１の裏側から反射板４２０の上部を通る導管内へ挿入される光パイプ４２３を含むことができる。光パイプ４２３は、直径０．０８０インチとすることができ、これらの導管は、光パイプ４２３を導管内へ容易に挿入できるようにわずかに大きい。光パイプ４２３は、光ファイバ４２４を介して光センサ４２５に光学的に接続することができる。温度プローブは、基板の領域近くで測定された温度を示す信号をもたらし、これらの信号は、システム制御装置４６２とすることができる。
【００３２】
基板４０５の上には、処理領域４１３が位置する。基板は、照射素子４０２から基板４０５の方へ光４１２を照らすことによって変化し、これによって基板を再秩序化しかつ／またはプロセスガスと基板４０５に伴う化学反応を助けることができる。たとえば、基板４０５内のドーパントを活動化もしくは分散させることができ、基板４０５における秩序度を増大させることができ、または基板４０５上に膜（シリサイド、窒化物、または酸化物など）を成長させることができる。チャンバ４００の側壁内には入口マニホルド４７３が位置決めされ、タンク４４１などの１つまたは複数のガス源からのガスをチャンバ４００内へ入れるように適合される。タンク４４１からのガスの流れは、手動式の弁およびコンピュータ制御式の流れ制御装置４４２によって独立して制御されることが好ましい。チャンバ４００内で入口マニホルド４７２に対して直径方向に反対側に、排出キャップ４７３が位置決めされ、堆積チャンバ４００からのプロセス廃水をポンプシステム（図示せず）内へ排出するように適合される。
【００３３】
中心アセンブリ４２１は、冷却剤入口（図示せず）に結合された内部チャンバ４２２を含む循環回路を含み、冷却剤入口を通って冷却された流体が循環し、中心アセンブリ４２１を冷却する。一実施形態では、室温の水を使用して、中心アセンブリ４２１を、加熱された基板４０５の温度より十分に低く維持する。実施形態では、中心アセンブリ４２１の温度は、１５０℃を下回るように保たれる。
【００３４】
反射板４２０の上部内に小さい反射キャビティ４１９を形成することができ、そこで光パイプ４２３は反射板４２０の上部を通過する。光パイプ４２３は、最上端部が各マイクロキャビティ４１９への入口と同じ高さになるように、またはわずかに下になるように位置決めされる。
【００３５】
光パイプ４２３は、サファイアなどの光学指数の高い材料から作ることができる。サファイアの光パイプは通常、比較的小さい光散乱係数を有し、より大きい横方向の光除去率を有する傾向があるために好ましい。その結果、サファイアの光パイプは、より小さい立体角、したがってより小さい測定面積から入ってくる光線を受け入れるため、測定の局部化がより大きくなる。これらの光パイプは、任意の適当な耐熱性および耐食性の材料、たとえば石英から作ることができ、場合によっては介在する光ファイバケーブル４２４を通って、サンプリングした放射を高温計へ伝送することができる。別法として、放射サンプリングシステムは、反射板４２０内に取り付けられた半径の小さい対物レンズと、各レンズによって収集された放射を各高温計へ通信する鏡およびレンズのシステムとを含む光学系とすることができる。そのような方式は、適当な既製の光学素子が利用可能である場合、サファイアの光パイプより安価になることがある。別法として、光パイプは、よく研磨された反射性の内側表面を有する管から作ることができる。
【００３６】
上記のように、３つの温度プローブだけを図４に示すが、実際のシステムでは、反射板４２０全体に分散された７つまたは８つの測定プローブを使用して、径方向および方位角の異なる位置で温度を測定することができる。熱処理中、基板支持アセンブリ４０８は、基板４０５の熱分布を均等にするために回転されることが多い。回転速度は、１分当たり約２０〜２００回転（ＲＰＭ）とすることができる。基板４０５が回転される場合、各プローブは実際に、基板上の対応する環状リング領域の温度プロファイルをサンプリングする。基板支持アセンブリ４０８は、磁気浮上式の回転フレームとすることができる。基板支持アセンブリ４０８は、縁部から基板４０５を支持しながら、回転子の窪み４０９内へ延びることができる。このようにして、基板４０５を照射素子４０２の下で回転させて、基板４０５の温度の均一性を促進させる。
【００３７】
縁部リング４１１の内径に沿って、基板４０５に接触するための棚またはくさび形状が位置することができる。縁部リング４１１は、基板４０５の外周部の周りで基板４０５に接触し、それによって基板４０５の下面のうち見えにくくなる部分を最小にする。縁部リング４１１の径方向の幅は、約０．７５インチである。縁部リング４１１の一部分は、基板４０５に近接しており、膜を形成するように、または基板４０５を他の方法で変化させるように選択されたプロセスガスによる腐食または汚染を受けやすいことがある。縁部リング４１１に使用される材料は、炭化シリコンなどの化学的浸食に耐性のあるものとすることができる。
【００３８】
縁部リング４１１は、円筒４１０によって、光を通さない封止を生じさせるように設計される。縁部リング４１１の底面から円筒形状の口縁またはスカートが延び、その外径は、円筒４１０の外径よりわずかに大きく、または小さく、円筒４１０の外側および内側の領域間に直接光が進むのを防止する。縁部リング４１１は、円筒４１０の半径より大きい外側半径を有し、したがって円筒４１０を越えて外方へ延びる。円筒４１０を越える縁部リング４１１のこの環状の延長部は、迷光が反射キャビティ４１９に入り、基板温度を示すと誤って解釈されるのを防止する遮光板として機能する。迷光が反射キャビティ４１９に入る可能性をさらに低減させるために、縁部リング４１１は、照射素子４０２によって生成される放射を吸収する材料（たとえば、炭化シリコンなどの黒色または灰色の材料）で被覆することができる。反射キャビティ４１９に入る迷光の量をさらに低減させるために、同時に回転する縁部リング延長部４１３を使用することができる。円筒４１０は、石英から作ることができ、Ｓｉで被覆して反射キャビティ４１９内への光の侵入をさらに制限することができる。
【００３９】
処理装置４００は、照射素子４０２の輝度、ガスの流れ、基板温度、およびチャンバ圧力を制御するなど、装置４００の様々な動作を制御するシステム制御装置４６２を含む。本発明の一実施形態では、システム制御装置４６２は、ハードディスクドライブ（メモリ４６４）およびプロセッサ９６６を含む。プロセッサは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログおよびデジタル入出力ボード４６８、ならびに機械的インターフェースボードを含む。
【００４０】
システム制御装置４６２は、装置４００の行動を制御する。システム制御装置は、メモリ４６４などのコンピュータ可読媒体内に記憶されたコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェアを実行する。メモリ４６４は、ハードディスクドライブとすることができるが、ＤＲＡＭ、フラッシュ、および他の種類のメモリを含むこともできる。メモリ９６４はまた、１つまたは複数のタイプのメモリの組合せとすることができる。コンピュータプログラムは、特定プロセスのタイミング、ガスの混合物、チャンバ圧力、チャンバ温度、ランプの電力レベル、基板支持アセンブリの位置、および他のパラメータを指令する命令のセットを含む。もちろん、たとえばフロッピーディスクまたは別の適当なドライブを含めて、別の記憶装置上に記憶されたものなど、他のコンピュータプログラムを使用して、システム制御装置４６２を動作させることもできる。入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス４６８は、機器とのインターフェースに加えて、ＬＣＤモニタ、キーボード、およびポインティングデバイスなどのヒューマンインターフェースデバイスを含むことができる。システム制御装置４６２をネットワークに接続すると、システム機能の遠隔制御または監視を可能にすることができる。また、ネットワークを介して通信する複数のシステム制御装置４６２の間で制御を分散させて、制御の責任を分散させることもできる。
【００４１】
本明細書では「基板」とは、基板上に層が形成されるかどうかにかかわらず、支持基板とすることができる。支持基板は、様々なドープ濃度およびプロファイルの絶縁体または半導体とすることができ、たとえば集積回路の製造で使用されるタイプの半導体基板とすることができる。「光」、「光学」、および「光学系」という用語の使用は、関係する電磁放射がスペクトルの可視部分からのものでなければならないことを暗示するものではない。光は、いかなる波長のものであってもよい。
【００４２】
一実施形態では、基板処理システムは、光パルスを生成して半導体基板の表面の一部分を少なくとも２００℃に加熱する１つまたは複数のファイバレーザを含む。光パルスは、１つまたは複数の光波長および選択可能なパルス持続時間を含み、表面のこの部分は、１０平方ミリメートルより大きい面積を有する。
【００４３】
基板処理システムの別の実施形態では、光パルスは化学反応を促進させ、その結果、半導体基板の表面上に膜を形成する。
【００４４】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスは、半導体基板内のドーパントを活動化させる。
【００４５】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスは、半導体基板を焼鈍する。
【００４６】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、１つまたは複数のファイバレーザは、少なくとも１つのファイババンドルレーザを含む。
【００４７】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、パルス持続時間は、約１００ｎｓ〜約１００μｓである。
【００４８】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスは、半導体基板を加熱することによって半導体基板を変化させる。
【００４９】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスは、半導体基板内で原子を拡散させることによって半導体基板を変化させる。
【００５０】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスの繰返し率は選択可能である。繰返し率は、約１ＭＨｚ未満とすることができる。
【００５１】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスのパルス形状は選択可能である。
【００５２】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、表面のこの部分は、１００平方ミリメートルより大きい。
【００５３】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、システムは、１つまたは複数のファイバレーザの１つまたは複数の波長とは異なる波長に近い表面のこの部分からの放射を監視する光学高温測定アセンブリをさらに含む。
【００５４】
別の実施形態では、基板処理システムは、処理チャンバ内に配置された半導体基板を支持する基板支持アセンブリと、光学アセンブリとを含み、光学アセンブリは、１つまたは複数の波長の光パルスを生成して半導体基板の表面の一部分を少なくとも２００℃に加熱する１つまたは複数のファイバレーザを含む。光パルスのパルス持続時間は選択可能であり、表面のこの部分は、１０平方ミリメートルより大きい面積を有する。
【００５５】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光学アセンブリは、半導体基板の一部分を一度に露出させる。
【００５６】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、基板支持アセンブリは、１つまたは複数のファイバレーザに対して可動式である。
【００５７】
基板処理システムのさらに別の実施形態では、１つまたは複数のファイバレーザは、基板支持アセンブリに対して可動式である。
【００５８】
別の実施形態では、半導体基板を処置する方法は、表面プロセスを促進させる少なくとも１つの光パルスのパルス持続時間を選択するステップと、少なくとも１つの光パルスで半導体基板の表面の第１の部分を少なくとも２００℃に加熱するステップとを含む。１つの光パルスは、ファイバレーザアセンブリの出力部から放出された１つまたは複数のファイバレーザ波長を含み、表面のこの部分は、１０平方ミリメートルより大きい面積を有する。
【００５９】
さらに別の実施形態では、半導体基板を処置する方法は、半導体基板を動かすステップと、半導体基板の表面の第２の部分を照射するステップとをさらに含む。
【００６０】
さらに別の実施形態では、半導体基板を処置する方法は、半導体基板の表面の第１の部分から放出された光を受け取るステップと、プロセス監視波長に近い放出された光の輝度を判定するステップとをさらに含む。プロセス監視波長は、１つまたは複数のファイバレーザ波長とは異なる。
【００６１】
本発明について好ましい実施形態の点から上記で説明してきたが、それだけに限定されるものではないことが当業者には理解されるであろう。上述の本発明の様々な特徴および態様は、個別にまたは一緒に使用することができる。さらに、本発明について特定の環境における特定の適用分野に対する実装形態の文脈から説明してきたが、有用性はそれだけに限定されるものではなく、本発明は任意の数の環境および実装形態で利用できることが当業者には理解されるであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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