(57)【要約】  レーザドーピング及びポストアニール用のレーザ照射システムであって、以下を備える：Ａ．紫外領域のパルスレーザ光を発生するレーザ装置；Ｂ．少なくともドーパントとしての不純物元素を含む不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物を、少なくとも１つのスキャン方向に移動させるステージ；及び、Ｃ．パルスレーザ光のビーム形状を矩形状に整形し、スキャン方向への第１のビーム幅が異なり、かつスキャン方向に直交する第２のビーム幅が同一であるレーザドーピング用ビームとポストアニール用ビームとを生成するビームホモジナイザを含む光学システム。
2019123612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザドーピング及びポストアニール用のレーザ照射システムであって、以下を備える：
Ａ．紫外領域のパルスレーザ光を発生するレーザ装置；
Ｂ．少なくともドーパントとしての不純物元素を含む不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物を、少なくとも１つのスキャン方向に移動させるステージ；及び
Ｃ．前記パルスレーザ光のビーム形状を矩形状に整形し、前記スキャン方向への第１のビーム幅が異なり、かつ前記スキャン方向に直交する第２のビーム幅が同一であるレーザドーピング用ビームとポストアニール用ビームとを生成するビームホモジナイザを含む光学システム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、
前記ビームホモジナイザは、前記レーザ装置から入射する前記パルスレーザ光に基づき、前記レーザドーピング用ビームと前記ポストアニール用ビームとを選択的に生成する。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ照射システムであって、以下をさらに備える：
Ｄ．前記ビームホモジナイザを制御し、前記レーザドーピング用ビームと前記ポストアニール用ビームとを切り替えるレーザ照射制御部。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ照射システムであって、
前記ビームホモジナイザは、レーザドーピング用の第１のフライアイレンズと、ポストアニール用の第２のフライアイレンズと、前記第１及び第２のフライアイレンズを移動させる第１のアクチュエータとを含み、
前記レーザ照射制御部は、前記第１のアクチュエータを制御し、前記第１及び第２のフライアイレンズのいずれか一方を選択的に前記パルスレーザ光の光路上に挿入する。
【請求項５】
請求項３に記載のレーザ照射システムであって、
前記ビームホモジナイザは、前記パルスレーザ光の光路上に配置された第１のシリンドリカルレンズアレーと、第２のシリンドリカルレンズアレーと、第３のシリンドリカルレンズアレーと、前記第１のシリンドリカルレンズアレーと前記第２のシリンドリカルレンズアレーとの間隔を変化させる第２のアクチュエータとを含み、
前記レーザ照射制御部は、前記第２のアクチュエータを制御し、前記間隔を制御して前記第１のビーム幅を変化させることにより、前記ビームホモジナイザに前記レーザドーピング用ビームと前記ポストアニール用ビームとを選択的に生成させる。
【請求項６】
請求項３に記載のレーザ照射システムであって、
前記パルスレーザ光のパルスエネルギをＥｔ、レーザドーピング用の第１のフルーエンスをＦｄ、ポストアニール用の第２のフルーエンスをＦｐ、前記第２のビーム幅をＢｙとした場合、
前記レーザドーピング用ビームの前記第１のビーム幅Ｂｄｘは、下式（ａ）を満たし、前記ポストアニール用ビームの前記第１のビーム幅Ｂｐｘは、下式（ｂ）を満たす。
Ｂｄｘ＝Ｅｔ／（Ｆｄ・Ｂｙ）    ・・・（ａ）
Ｂｐｘ＝Ｅｔ／（Ｆｐ・Ｂｙ）    ・・・（ｂ）
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ照射システムであって、
前記レーザ装置のレーザ発振の繰り返し周波数をｆ、レーザドーピング用の第１の照射パルス数をＮｄ、ポストアニール用の第２の照射パルス数をＮｐとした場合、
レーザドーピング時における前記スキャン方向への前記被照射物の移動速度である第１のスキャン速度Ｖｄｘは、下式（ｃ）を満たし、ポストアニール時における前記スキャン方向への前記被照射物の移動速度である第２のスキャン速度Ｖｐｘは、下式（ｄ）を満たす。
Ｖｄｘ＝ｆ・Ｂｄｘ／Ｎｄ    ・・・（ｃ）
Ｖｐｘ＝ｆ・Ｂｐｘ／Ｎｐ    ・・・（ｄ）
【請求項８】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、
前記ビームホモジナイザは、前記レーザ装置から入射する前記パルスレーザ光に基づき、前記レーザドーピング用ビームとともに、前記ポストアニール用ビームとを生成する。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザ照射システムであって、
前記ステージは、前記レーザドーピング用ビームと前記ポストアニール用ビームとが前記被照射物に照射された状態で、前記被照射物を移動させる。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ照射システムであって、
前記ステージは、前記レーザドーピング用ビームの照射領域は、前記ポストアニール用ビームの照射領域よりも、前記スキャン方向の先頭側に位置する。
【請求項１１】
請求項１０に記載のレーザ照射システムであって、
前記光学システムは、前記パルスレーザ光の一部を反射させ、一部を透過させるビームスプリッタを含み、
前記ビームホモジナイザは、前記ビームスプリッタを透過した透過光の光路上に配置された第１のビームホモジナイザと、前記ビームスプリッタにより反射された反射光の光路上に配置された第２のビームホモジナイザとを含み、
前記第１及び第２のビームホモジナイザの一方により前記レーザドーピング用ビームを生成し、他方により前記ポストアニール用ビームを生成する。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ照射システムであって、
前記ビームスプリッタは、前記パルスレーザ光が入射する入射領域の反射率が変更可能である。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザ照射システムであって、
前記第１のビームホモジナイザをレーザドーピング用、前記第２のビームホモジナイザをポストアニール用とし、レーザドーピング用の第１のフルーエンスをＦｄ、ポストアニール用の第２のフルーエンスをＦｐ、レーザドーピング用の第１の照射パルス数をＮｄ、ポストアニール用の第２の照射パルス数をＮｐとした場合、
前記反射率Ｒは、下式（ｄ）〜（ｆ）を満たすように設定される。
α＝Ｆｐ／Ｆｄ    ・・・（ｄ）
β＝Ｎｐ／Ｎｄ    ・・・（ｅ）
Ｒ＝α・β／（１＋α・β）    ・・・（ｆ）
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザ照射システムであって、
前記パルスレーザ光のパルスエネルギをＥｔ、前記第２のビーム幅をＢｙとした場合、
前記レーザドーピング用ビームの前記第１のビーム幅Ｂｄｘは、下式（ｇ）を満たし、前記ポストアニール用ビームの前記第１のビーム幅Ｂｐｘは、下式（ｈ）を満たす。
Ｂｄｘ＝（１−Ｒ）Ｅｔ／（Ｆｄ・Ｂｙ）    ・・・（ｇ）
Ｂｐｘ＝Ｒ・Ｅｔ／（Ｆｐ・Ｂｙ）    ・・・（ｈ）
【請求項１５】
請求項１４に記載のレーザ照射システムであって、
前記被照射物の移動速度であるスキャン速度Ｖｘは、下式（ｉ）を満たす。
Ｖｘ＝ｆ・Ｂｄｘ／Ｎｄ    ・・・（ｉ）
【請求項１６】
請求項１２に記載のレーザ照射システムであって、
前記第２のビームホモジナイザをレーザドーピング用、前記第１のビームホモジナイザをポストアニール用とし、レーザドーピング用の第１のフルーエンスをＦｄ、ポストアニール用の第２のフルーエンスをＦｐ、レーザドーピング用の第１の照射パルス数をＮｄ、ポストアニール用の第２の照射パルス数をＮｐとした場合、
前記反射率Ｒは、下式（ｊ）〜（ｌ）を満たすように設定される。
α＝Ｆｄ／Ｆｐ    ・・・（ｊ）
β＝Ｎｄ／Ｎｐ    ・・・（ｋ）
Ｒ＝α・β／（１＋α・β）    ・・・（ｌ）
【請求項１７】
請求項１６に記載のレーザ照射システムであって、
前記パルスレーザ光のパルスエネルギをＥｔ、前記第２のビーム幅をＢｙとした場合、
前記レーザドーピング用ビームの前記第１のビーム幅Ｂｄｘは、下式（ｍ）を満たし、前記ポストアニール用ビームの前記第１のビーム幅Ｂｐｘは、下式（ｎ）を満たす。
Ｂｄｘ＝Ｒ・Ｅｔ／（Ｆｄ・Ｂｙ）    ・・・（ｍ）
Ｂｐｘ＝（１−Ｒ）Ｅｔ／（Ｆｐ・Ｂｙ）    ・・・（ｎ）
【請求項１８】
請求項１７に記載のレーザ照射システムであって、
前記被照射物の移動速度であるスキャン速度Ｖｘは、下式（ｏ）を満たす。
Ｖｘ＝ｆ・Ｂｄｘ／Ｎｄ    ・・・（ｏ）
【請求項１９】
請求項１１に記載のレーザ照射システムであって、
前記第１のビームホモジナイザは、前記パルスレーザ光の光路上に配置された第１のシリンドリカルレンズアレーと、第２のシリンドリカルレンズアレーと、第３のシリンドリカルレンズアレーと、前記第１のシリンドリカルレンズアレーと前記第２のシリンドリカルレンズアレーとの間隔を変化させる第３のアクチュエータとを含み、
前記第２のビームホモジナイザは、前記パルスレーザ光の光路上に配置された第４のシリンドリカルレンズアレーと、第５のシリンドリカルレンズアレーと、第６のシリンドリカルレンズアレーと、前記第４のシリンドリカルレンズアレーと前記第５のシリンドリカルレンズアレーとの間隔を変化させる第４のアクチュエータとを含む。
【請求項２０】
請求項１に記載のレーザ照射システムであって、
前記半導体基板は、ＳｉＣ半導体基板であり、
前記不純物源膜は、アルミニウム金属膜である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体は、集積回路、パワーデバイス、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどの能動素子を構成する材料であり、電子デバイスの製造には必要不可欠な材料である。このような能動素子を製造するためには、半導体基板にドーパントとしての不純物をドーピングした後、不純物を活性化して、その電気特性をｎ型またはｐ型に制御する必要がある。【０００３】
一般的に、半導体基板への不純物のドーピング及び活性化は、熱拡散法やイオン注入法により行われている。熱拡散法とは、不純物を含むガス中で基板を高温に加熱することにより、半導体基板の表面より半導体基板の内部に不純物を熱拡散させ、さらに不純物を活性化させる方法である。【０００４】
イオン注入法は、イオン注入工程と熱アニール工程とを含む。イオン注入工程は、高速に加速した不純物のイオンビームを半導体基板に照射することにより、半導体基板の内部に不純物を注入する工程である。熱アニール工程は、半導体基板に熱エネルギを付与することにより、不純物注入により生じた半導体内部の欠陥を修復し、不純物を活性化する工程である。イオン注入法は、レジストなどのマスクを用いることでイオン注入領域の局所的な設定が可能であることや、不純物濃度の深さ制御を精密に行うことが可能であることなどの優れた特徴を有する。このため、イオン注入法は、シリコン（Ｓｉ）を用いた集積回路の製造技術として広く用いられている。【０００５】
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、次世代パワーデバイス材料として、開発が進められている。ＳｉＣは、半導体材料として従来使用されているＳｉと比較して、大きいバンドギャップ、Ｓｉのおよそ１０倍程度の高い絶縁破壊電界特性、優れた熱伝導率などを有している。また、ＳｉＣは、熱化学的に安定していることが特徴である。【０００６】
ＳｉＣを用いてトランジスタを構成するためには、ＳｉＣに不純物をドーピングすることが必要である。しかし、Ｓｉに対して用いられている従来のイオン注入法により不純物をドーピングすると、ＳｉＣに熱ダメージが加わり、欠陥が形成され、電気特性が低下するという課題がある。【０００７】
このため、ＳｉＣに対する不純物のドーピング方法として、レーザドーピング法が検討されている。レーザドーピング法とは、半導体基板の表面に、ドーパントを含む不純物源膜を形成し、この不純物源膜にレーザ光を照射することにより、不純物源膜に含まれる不純物を半導体基板中に導入する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−５５２５９号公報
【特許文献２】特開平８−１３９０４８号公報
【特許文献３】特開平８−１３９０４８号公報
【特許文献４】特開平８−２６４４６８号公報
【特許文献５】米国公開２０１６／０２４７６８１号公報
【概要】
【０００９】
本開示の１つの観点に係るレーザドーピング及びポストアニール用のレーザ照射システムであって、以下を備える：
Ａ．紫外領域のパルスレーザ光を発生するレーザ装置；
Ｂ．少なくともドーパントとしての不純物元素を含む不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物を、少なくとも１つのスキャン方向に移動させるステージ；及び
Ｃ．パルスレーザ光のビーム形状を矩形状に整形し、スキャン方向への第１のビーム幅が異なり、かつスキャン方向に直交する第２のビーム幅が同一であるレーザドーピング用ビームとポストアニール用ビームとを生成するビームホモジナイザを含む光学システム。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、比較例に係るレーザ照射システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、フライアイレンズの構成を示す斜視図である。
【図３】図３Ａは、ウエハ状に形成された被照射物の平面図であり、図３Ｂは、照射領域の形状を示す図である。
【図４】図４は、第１のフルーエンスＦｄと第２のフルーエンスＦｐとの設定値について説明する図である。
【図５】図５は、レーザ照射制御部によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第１及び第２の照射条件の読み込みを行う処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図７】図７は、レーザ装置に調整発振を行わせる処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図８】図８は、レーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図９】図９は、レーザドーピング用のパラメータの設定を設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図１０】図１０は、ポストアニール用のパラメータの設定を設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図１１】図１１は、Ｘ軸方向にスキャン照射する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図１２】図１２は、第１の実施形態に係るレーザ照射システムの構成を概略的に示す図である。
【図１３】図１３Ａは、第１のフライアイレンズの構成を示す図であり、図１３Ｂは、第２のフライアイレンズの構成を示す図である。
【図１４】図１４Ａは、レーザドーピング時に被照射物に照射されるパルスレーザ光の照射領域を示す図であり、図１４Ｂは、ポストアニール時に被照射物に照射されるパルスレーザ光の照射領域を示す図である。
【図１５】図１５は、レーザ照射制御部によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートの前半部分である。
【図１６】図１６は、レーザ照射制御部によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートの後半部分である。
【図１７】図１７は、レーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図１８】図１８は、レーザドーピング用のパラメータの設定を設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図１９】図１９は、ポストアニール用のパラメータの設定を設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２０】図２０は、第１のビーム幅を切り替える処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２１】図２１は、第２の実施形態に係るレーザ照射システムの構成を概略的に示す図である。
【図２２】図２２Ａは、ビームホモジナイザをＨ軸方向から見た図であり、図２２Ｂは、ビームホモジナイザをＶ軸方向から見た図である。
【図２３】図２３は、レーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２４】図２４は、レーザドーピング用のパラメータの設定を設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２５】図２５は、ポストアニール用のパラメータの設定を設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２６】図２６は、第１のビーム幅を切り替える処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２７】図２７は、第１の変形例におけるスキャン経路を示す図である。
【図２８】図２８は、レーザ照射制御部によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。
【図２９】図２９は、第２の変形例に係るレーザ照射システムの構成を概略的に示す図である。
【図３０】図３０は、第３実施形態に係るレーザ照射システムの構成を概略的に示す図である。
【図３１】図３１は、反射率可変ビームスプリッタの構成を示す図である。
【図３２】図３２は、第１及び第２のビームホモジナイザの構成を示す図である。
【図３３】図３３Ａは、スキャン経路を示す図であり、図３３Ｂは、照射領域の形状を示す図である。
【図３４】図３４は、レーザ照射制御部によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。
【図３５】図３５は、レーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図３６】図３６は、レーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータの設定を設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図３７】図３７は、第４の実施形態に係るレーザ照射システムの構成を概略的に示す図である。
【図３８】図３８Ａは、ビームホモジナイザをＨ軸方向から見た図であり、図３８Ｂは、ビームホモジナイザをＶ軸方向から見た図である。
【図３９】図３９は、レーザ装置の変形例を示す図である。
【図４０】図４０は、レーザ照射装置のその他の変形例を示す図である。
【図４１】図４１は、照射シールドの変形例を示す図である。
【実施形態】
【００１１】
＜内容＞
１．概要
２．比較例
２．１  構成
２．２  フライアイレンズの構成
２．３  スキャン照射制御
２．４  パルスレーザ光のフルーエンスの設定値
２．５  アッテネータの透過率の設定値
２．６  レーザ照射システムの動作
２．６．１  メインフロー
２．６．２  Ｓ１１０の詳細
２．６．３  Ｓ１２０の詳細
２．６．４  Ｓ１５０の詳細
２．６．５  Ｓ１６０の詳細
２．６．６  Ｓ２１０の詳細
２．６．７  Ｓ１７０の詳細
２．７  課題
３．第１の実施形態
３．１  構成
３．２  レーザ照射システムの動作
３．２．１  メインフロー
３．２．２  Ｓ３５０の詳細
３．２．３  Ｓ３６０の詳細
３．２．４  Ｓ４２０の詳細
３．２．５  Ｓ３７０の詳細
３．３  効果
４．第２の実施形態
４．１  構成
４．２  第２のビーム幅の設定方法
４．３  レーザ照射システムの動作
４．３．１  メインフロー
４．３．２  Ｓ３５０’の詳細
４．３．３  Ｓ３６０’の詳細
４．３．４  Ｓ４２０’の詳細
４．３．５  Ｓ３７０’の詳細
４．４  効果
５．第１の変形例
５．１  スキャン照射制御
５．２  レーザ照射システムの動作
５．３  効果
６．第２の変形例
７．第３の実施形態
７．１  構成
７．２  スキャン照射制御
７．３  反射率の設定方法
７．４  レーザ照射システムの動作
７．４．１  メインフロー
７．４．２  Ｓ７５０の詳細
７．４．３  Ｓ７６０の詳細
７．５  効果
８．第４の実施形態
８．１  構成
８．２  動作
８．３  効果
９．レーザ装置の変形例
１０．その他の変形例
【００１２】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１３】
１．概要
本開示は、不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物にパルスレーザ光を照射することによって、半導体基板中への不純物のドーピングと、不純物を活性化させるためのポストアニール処理とを行うレーザ照射システムに関する。
【００１４】
２．比較例
２．１  レーザ照射システムの構成
図１は、比較例に係るレーザ照射システム２の構成を概略的に示す。レーザ照射システム２は、レーザ装置３と、レーザ照射装置４と、を含む。レーザ装置３とレーザ照射装置４は、光路管５によって接続されている。
【００１５】
レーザ装置３は、マスターオシレータＭＯと、光学パルスストレッチャ（ＯＰＳ）１０と、モニタモジュール１１と、シャッタ１２と、レーザ制御部１３と、を含む。レーザ装置３は、Ｆ2、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ、またはＸｅＦを含むレーザガスをレーザ媒質として、紫外領域のパルスレーザ光を発生する放電励起式レーザ装置である。
【００１６】
レーザ装置３がＦ2レーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約１５７ｎｍである。レーザ装置３がＡｒＦエキシマレーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約１９３．４ｎｍである。レーザ装置３がＫｒＦエキシマレーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約２４８．４ｎｍである。レーザ装置３がＸｅＣｌエキシマレーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約３０８ｎｍである。レーザ装置３がＸｅＦエキシマレーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約３５１ｎｍである。
【００１７】
マスターオシレータＭＯは、レーザチャンバ２０と、リアミラー２１ａ及び出力結合ミラー２１ｂと、充電器２３と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）２４と、を含む。図１には、レーザ光の進行方向にほぼ垂直な方向から見たレーザチャンバ２０の内部構成が示されている。
【００１８】
レーザチャンバ２０は、レーザガスが封入されるチャンバであり、内部に一対の電極２２ａ及び２２ｂが配置されている。一対の電極２２ａ及び２２ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための放電電極である。
【００１９】
レーザチャンバ２０には開口が形成され、この開口を電気絶縁部２５が塞いでいる。電極２２ａは電気絶縁部２５に支持され、電極２２ｂはリターンプレート２０ｄに支持されている。このリターンプレート２０ｄは、図示しない配線によりレーザチャンバ２０の内面と接続されている。電気絶縁部２５には、導電部が埋め込まれている。導電部は、ＰＰＭ２４から供給される高電圧を電極２２ａに印加する。
【００２０】
充電器２３は、ＰＰＭ２４の中の図示しない充電コンデンサに所定の電圧で充電する直流電源装置である。ＰＰＭ２４は、レーザ制御部１３によって制御されるスイッチ２４ａを含んでいる。スイッチ２４ａがＯＦＦからＯＮになると、ＰＰＭ２４は、充電器２３に保持されていた電気エネルギからパルス状の高電圧を生成し、この高電圧を一対の電極２２ａ及び２２ｂ間に印加する。
【００２１】
一対の電極２２ａ及び２２ｂ間に高電圧が印加されると、一対の電極２２ａ及び２２ｂ間の絶縁が破壊され、放電が生じる。この放電のエネルギにより、レーザチャンバ２１内のレーザ媒質が励起されて高エネルギ準位に移行する。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギ準位に移行するとき、そのエネルギ準位差に応じた光を放出する。
【００２２】
レーザチャンバ２０の両端には、ウインドウ２０ａ及び２０ｂが設けられている。レーザチャンバ２０内で発生した光は、ウインドウ２０ａ及び２０ｂを介してレーザチャンバ２０の外部に出射する。
【００２３】
リアミラー２１ａ及び出力結合ミラー２１ｂは、光共振器を構成している。リアミラー２１ａには高反射膜がコートされており、出力結合ミラー２１ｂには部分反射膜がコートされている。レーザチャンバ２０は、光共振器の光路上に配置されている。したがって、リアミラー２１ａは、レーザチャンバ２０内からウインドウ２０ａを介して出力された光を高反射し、ウインドウ２０ａを介してレーザチャンバ２０内に戻す。また、出力結合ミラー２１ｂは、レーザチャンバ２０内からウインドウ２０ｂを介して出力された光のうちの一部を透過させ、他の一部を反射させてレーザチャンバ２０内に戻す。
【００２４】
したがって、レーザチャンバ２０から出射された光は、リアミラー２１ａと出力結合ミラー２１ｂとの間で往復し、電極２２ａと電極２２ｂとの間の放電空間を通過する度に増幅される。増幅された光の一部が、出力結合ミラー２７を介して、パルスレーザ光として出力される。
【００２５】
ＯＰＳ１０は、ビームスプリッタ１０ｙと、凹面ミラー１０ａ〜１０ｄとを含んでいる。ＯＰＳ１０は、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光の光路上にビームスプリッタ１０ｙが位置するように配置されている。凹面ミラー１０ａ〜１０ｄは、遅延光学系を構成している。
【００２６】
凹面ミラー１０ａ〜１０ｄの各々は、互いに略等しい焦点距離Ｆを有する凹面ミラーである。焦点距離Ｆは、例えば、ビームスプリッタ１０ｙから凹面ミラー１０ａまでの距離に相当する。凹面ミラー１０ａ〜１０ｄは、ビームスプリッタ１０ｙで部分反射された光を、ビームスプリッタ１０ｙに導き、ビームスプリッタ１０ｙに正転写するように配置されている。ＯＰＳ１０は、マスターオシレータＭＯから入力されたパルスレーザ光を、パルスストレッチし、パルス時間幅が伸張されたパルスレーザ光を出力する。
【００２７】
モニタモジュール１１は、マスターオシレータＭＯを出射したパルスレーザ光の光路上に配置されている。モニタモジュール１１は、例えば、ビームスプリッタ１１ａと、光センサ１１ｂとを含む。ビームスプリッタ１１ａは、ＯＰＳ１０から出力されたパルスレーザ光を高い透過率でシャッタ１２に向けて透過させるとともに、パルスレーザ光の一部を光センサ１１ｂに向けて反射する。光センサ１１ｂは、入射したパルスレーザ光のパルスエネルギを検出し、検出したパルスエネルギのデータをレーザ制御部１３に出力する。
【００２８】
レーザ制御部１３は、レーザ照射装置４に含まれるレーザ照射制御部３１との間で各種信号を送受信する。例えば、レーザ制御部１３は、レーザ照射制御部３１から、発光トリガＴｒ、目標パルスエネルギＥｔのデータ等を受信する。また、レーザ制御部１３は、充電器２３に対して充電電圧の設定信号を送信し、かつ、ＰＰＭ２４に対してスイッチ２４ａのＯＮまたはＯＦＦの指令信号を送信する。
【００２９】
レーザ制御部１３は、モニタモジュール１１からパルスエネルギのデータを受信し、受信したパルスエネルギのデータを参照して充電器２３の充電電圧を制御する。充電器２３の充電電圧を制御することにより、パルスレーザ光のパルスエネルギが制御される。
【００３０】
シャッタ１２は、モニタモジュール１１のビームスプリッタ１１ａを透過したパルスレーザ光の光路に配置されている。レーザ制御部１３は、レーザ発振の開始後、モニタモジュール１１から受信するパルスエネルギと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲内となるまでの間は、シャッタ１２を閉状態とする。レーザ制御部１３は、モニタモジュール１１から受信するパルスエネルギと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲内となった場合に、シャッタ１２を開状態とする。レーザ制御部１３は、シャッタ１２の開信号と同期して、パルスレーザ光の発光トリガＴｒの受け付けが可能となったことを表す準備完了信号Ｒｄを、レーザ照射制御部３１に送信する。
【００３１】
レーザ照射装置４は、筐体３０と、レーザ照射制御部３１と、テーブル３２と、ＸＹＺステージ３３と、フレーム３４と、照射シールド３５と、光学システム４０と、を含む。筐体３０内には光学システム４０が配置されている。フレーム３４には、筐体３０と、ＸＹＺステージ３３と、照射シールド３５とが固定されている。
【００３２】
テーブル３２上には、レーザ照射装置４によるパルスレーザ光が照射される被照射物５０が載置される。被照射物５０は、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＧａＮ等のようなパワーデバイスに使用される半導体材料である。ＳｉＣの結晶構造は、特に限定されないが、例えば、４Ｈ−ＳｉＣである。被照射物５０は、これらの半導体材料により形成された半導体基板５１と、半導体基板５１の表面上に形成された不純物源膜５２とを含む。不純物源膜５２は、少なくともドーパントとしての不純物元素を含む膜である。
【００３３】
半導体基板５１をドーピングによりｐ型とする場合には、例えば、不純物源膜５２として、ｐ型ドーパントとしてのアルミニウム元素を含むアルミニウム金属膜が用いられる。また、半導体基板５１をドーピングによりｎ型とする場合には、例えば、不純物源膜５２として、ｎ型ドーパントとしての窒素元素を含む窒化膜、例えばＳｉＮ膜が用いられる。
【００３４】
ＸＹＺステージ３３は、テーブル３２を移動自在に支持している。ＸＹＺステージ３３は、レーザ照射制御部３１から入力される制御信号に応じて、テーブル３２を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる。ＸＹＺステージ３３によりテーブル３２の位置を、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に変更することにより、被照射物５０の表面上のパルスレーザ光の照射領域が移動する。なお、Ｚ軸方向は、光学システム４０から出力されるパルスレーザ光の光軸に平行である。Ｘ軸方向とＹ軸方向とは、互いに直交し、かつ、それぞれＺ軸方向と直交する。
【００３５】
光学システム４０は、高反射ミラー４１ａ〜４１ｃと、アッテネータ４２と、ビームホモジナイザ４３と、転写光学系４４と、を含む。高反射ミラー４１ａ〜４１ｃは、紫外領域のパルスレーザ光を高い反射率で反射する。高反射ミラー４１ａは、レーザ装置３から光路管５を介して入射したパルスレーザ光を反射し、反射したパルスレーザ光がアッテネータ４２を通過して高反射ミラー４１ｂに入射するように配置されている。高反射ミラー４１ａ〜４１ｃは、例えば、合成石英やフッ化カルシウム（ＣａＦ2）結晶で形成された透明基板の表面に、パルスレーザ光を高反射する反射膜がコートされたものである。
【００３６】
アッテネータ４２は、高反射ミラー４１ａと高反射ミラー４１ｂの間の光路上に配置されている。アッテネータ４２は、２枚の部分反射ミラー４２ａ及び４２ｂと、回転ステージ４２ｃ及び４２ｄと、を含む。回転ステージ４２ｃは、部分反射ミラー４２ａを保持し、部分反射ミラー４２ａへのパルスレーザ光の入射角度を変更するように回転させる。回転ステージ４２ｄは、部分反射ミラー４２ｂを保持し、部分反射ミラー４２ｂへのパルスレーザ光の入射角度を変更するように回転させる。
【００３７】
部分反射ミラー４２ａ及び４２ｂは、それぞれパルスレーザ光の入射角度に応じて透過率が変化する光学素子である。部分反射ミラー４２ａと部分反射ミラー４２ｂとは、パルスレーザ光の入射角度が互いに一致し、かつ、所望の透過率となるように、回転ステージ４２ｃ及び４２ｄによって傾斜角度が調整される。
【００３８】
アッテネータ４２は、レーザ照射制御部３１から入力される制御信号によって回転ステージ４２ｃ及び４２ｄが駆動され、透過率が制御される。アッテネータ４２に入射したパルスレーザ光は、制御信号に基づいて制御される透過率に応じて減光されてアッテネータ４２から出力される。
【００３９】
高反射ミラー４１ｂは、アッテネータ４２から入射したパルスレーザ光を反射し、反射したパルスレーザ光がビームホモジナイザ４３を通過して高反射ミラー４１ｃに入射するように配置されている。
【００４０】
ビームホモジナイザ４３は、高反射ミラー４１ｂと高反射ミラー４１ｃの間の光路上に配置されている。ビームホモジナイザ４３は、フライアイレンズ４５と、コンデンサレンズ４６と、を含む。フライアイレンズ４５は、コンデンサレンズ４６の上流側に配置される。高反射ミラー４１ｂから入射したパルスレーザ光は、フライアイレンズ４５とコンデンサレンズ４６とを透過することによって、コンデンサレンズ４６の焦点面において、ケーラ照明され、光強度分布が所定のビーム形状内で均一化される。また、フライアイレンズ４５は、パルスレーザ光の光軸に垂直な断面のビーム形状を、矩形状に整形する。このようにフライアイレンズ４５から出力されたパルスレーザ光は、コンデンサレンズ４６を介して、コンデンサレンズ４６の焦点面においてケーラ照明され、高反射ミラー４１ｃに入射する。
【００４１】
転写光学系４４は、高反射ミラー４１ｃにより反射されたパルスレーザ光の光路上に配置されている。転写光学系４４は、複数のレンズが組み合わされて構成されている。転写光学系４４は、縮小投影光学系であってもよい。転写光学系４４は、ビームホモジナイザ４３により形成された矩形状のビームを、ウインドウ３６を介して被照射物５０の表面上に転写する。
【００４２】
ウインドウ３６は、転写光学系４４と被照射物５０との間の光路上に配置されており、筐体３０に形成された開口に、図示しないＯリングによってシールされた状態で固定されている。ウインドウ３６は、合成石英やＣａＦ2結晶で形成された透明基板であり、両面に反射抑制膜がコートされていてもよい。
【００４３】
筐体３０には、第１のパージガスを筐体３０内に吸入する吸入ポート３０ａと、筐体３０内から第１のパージガスを排出する排出ポート３０ｂとが設けられている。第１のパージガスは、例えば、窒素（Ｎ2）ガスである。吸入ポート３０ａ及び排出ポート３０ｂには、図示しない吸気管や排出管が接続される。吸入ポート３０ａ及び排出ポート３０ｂは、吸気管や排出管を接続した状態において、筐体３０内に外気が混入するのを抑制するように、図示しないＯリングによってシールされている。吸入ポート３０ａには、第１のパージガスを供給する第１のパージガス供給源３７が接続されている。筐体３０の内部は、第１のパージガスによりパージされる。
【００４４】
光路管５とレーザ照射装置４の接続部分と、光路管５とレーザ装置３との接続部分とは、それぞれ図示しないＯリングでシールされている。光路管５内も第１のパージガスによりパージされる。
【００４５】
照射シールド３５は、テーブル３２に支持された被照射物５０を囲う。照射シールド３５は、テーブル３２及びＸＹＺステージ３３の全体を囲う大きさを有しており、フレーム３４に固定されている。照射シールド３５の上面には、筐体３０に設けられたウインドウ３６と接続される開口が形成されている。この開口とウインドウ３６との間は、図示しないＯリングによってシールされている。
【００４６】
照射シールド３５は、ウインドウ３６と被照射物５０との間を第２のパージガスで満たすことが可能な構成である。照射シールド３５には、第２のパージガスを照射シールド３５内に吸入する吸入ポート３５ａと、照射シールド３５内から第２のパージガスを排出する排出ポート３５ｂとが設けられている。第２のパージガスは、酸素を殆ど含まない不活性ガスであって、例えば、アルゴンガス（Ａｒ）やヘリウムガス（Ｈｅ）である。第２のパージガスは、半導体材料にレーザ光を照射した場合に、半導体表面に酸化物を生成することのない酸素濃度の不活性ガスであればよい。吸入ポート３５ａには、第２のパージガスを供給する第２のパージガス供給源３８が接続されている。照射シールド３５の内部は、第２のパージガスによりパージされる。
【００４７】
レーザ照射制御部３１は、所定の繰り返し周波数ｆで、レーザ制御部１３に発光トリガＴｒを出力する。これに応じて、マスターオシレータＭＯは、繰り返し周波数ｆでレーザ発振を行う。また、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング用ビームの第１の照射条件と、ポストアニール用ビームの第２の照射条件とを記憶した図示しない記憶部を含む。
【００４８】
第１の照射条件は、レーザドーピング時に被照射物５０に照射するパルスレーザ光であるレーザドーピング用ビームのフルーエンスＦｄ及び照射パルス数Ｎｄを含む。また、第２の照射条件は、ポストアニール時に被照射物５０に照射するパルスレーザ光であるポストアニール用ビームのフルーエンスＦｐ及び照射パルス数Ｎｐを含む。以下、フルーエンスＦｄを第１のフルーエンスＦｄという。照射パルス数Ｎｄを第２の照射パルス数Ｎｄという。フルーエンスＦｐを第２のフルーエンスＦｐという。照射パルス数Ｎｐを第２の照射パルス数Ｎｐという。記憶部に記憶された第１及び第２の照射条件は、図示しない外部装置により適宜書き換えが可能である。
【００４９】
詳しくは後述するが、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング時及びポストアニール時において、ＸＹＺステージ３３を制御し、被照射物５０をＸＹ面内で移動させながら、パルスレーザ光を照射するスキャン照射を行う。レーザ照射制御部３１は、第１の照射条件に基づき、レーザドーピング時に設定するアッテネータ４２の第１の透過率Ｔｄと第１のスキャン速度Ｖｄｘとを算出する。また、レーザ照射制御部３１は、第２の照射条件に基づき、ポストアニール時に設定するアッテネータ４２の第２の透過率Ｔｐと第２のスキャン速度Ｖｐｘとを算出する。
【００５０】
２．２  フライアイレンズの構成
次に、ビームホモジナイザ４３に含まれるフライアイレンズ４５の構成を説明する。図２は、フライアイレンズ４５の構成を示す。同図において、Ｉ軸方向は、パルスレーザ光の進行方向を示す。Ｖ軸方向及びＨ軸方向は、互いに直交し、かつ、それぞれパルスレーザ光の進行方向に直交する方向である。
【００５１】
フライアイレンズ４５は、合成石英やフッ化カルシウム（ＣａＦ2）結晶で形成された透明基板を加工することにより形成されている。フライアイレンズ４５のパルスレーザ光が入射する第１の面には、Ｖ軸方向に第１の曲率半径を有し、Ｈ軸方向に延伸した凹状の複数の第１のシリンドリカル面４５１が、Ｖ軸方向に第１のピッチＬｖで配列されている。フライアイレンズ４５の第１の面と反対側の第２の面には、Ｈ軸方向に第２の曲率半径を有し、Ｖ軸方向に延伸した凹状の複数の第２のシリンドリカル面４５２が、Ｈ軸方向に第２のピッチＬｈで配列されている。第１のピッチＬｖは、第２のピッチＬｈよりも小さい。
【００５２】
また、第１のシリンドリカル面４５１の第１の曲率半径と第２のシリンドリカル面４５２の第２の曲率半径とは、それぞれ第１のシリンドリカル面４５１による凹レンズの焦点位置と第２のシリンドリカル面４５２による凹レンズの焦点位置とがほぼ一致するように設定されている。
【００５３】
フライアイレンズ４５にパルスレーザ光を入射させると、第１のシリンドリカル面４５１及び第２のシリンドリカル面４５２の焦点位置に、面光源としての２次光源が生成される。フライアイレンズ４５から出力されたパルスレーザ光は、コンデンサレンズ４６によって、コンデンサレンズ４６の焦点面の位置にケーラ照明される。ここで、ケーラ照明される領域のビーム形状は、フライアイレンズ４５に構成される１個のレンズの形状、すなわちＶ軸方向の長さがＬｖでＨ軸方向の長さがＬｈの長方形と相似形状となる。すなわち、パルスレーザ光は、光軸に垂直な断面のビーム形状が、ビームホモジナイザ４３により、矩形状に整形される。
【００５４】
２．３  スキャン照射制御
次に、レーザ照射制御部３１により行われるスキャン照射制御について説明する。図３Ａは、前述の半導体基板５１がウエハ状に形成された被照射物５０を示す。半導体基板５１には、複数のチップ形成領域５３がＸ軸方向及びＹ軸方向に２次元配列されている。各チップ形成領域５３は矩形状である。
【００５５】
図３Ａにおいて、符号Ａは、ビームホモジナイザ４３から高反射ミラー４１ｃ及び転写光学系４４を介して被照射物５０に照射されるパルスレーザ光のビーム形状、すなわち照射領域を示す。図３Ｂに示すように、照射領域Ａの形状は、矩形状であり、Ｘ軸方向へ第１のビーム幅Ｂｘを有し、Ｙ軸方向へ第２のビーム幅Ｂｙを有する。ここで、第２のビーム幅Ｂｙは第１のビーム幅Ｂｘより大きい。すなわち、パルスレーザ光のビーム形状は、ほぼライン状である。なお、第２のビーム幅Ｂｙは、第１のビーム幅Ｂｘの５倍より大きく１０００倍より小さいことが好ましい。
【００５６】
第２のビーム幅Ｂｙは、チップ形成領域５３のＹ軸方向への幅Ｃｙとほぼ同一である。なお、幅Ｃｙは、半導体基板５１をチップ形成領域５３ごとに切断してチップ化する際のＹ軸方向への最小幅、すなわちＹ軸方向へのダイシングピッチを表す。なお、第２のビーム幅Ｂｙは、幅Ｃｙと一致している場合に限定されず、下式（１）を満たす値であればよい。
【００５７】
Ｂｙ＝ｎ・Ｃｙ    ・・・（１）
ここで、ｎは、１以上の整数である。
【００５８】
レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、パルスレーザ光の照射領域Ａに対して被照射物５０を相対的にＸ軸方向に一定の速度で等速直線移動させることによりスキャン照射を行う。ここで、レーザドーピング時の被照射物５０の移動速度が前述の第１のスキャン速度Ｖｄｘであり、ポストアニール時の被照射物５０の移動速度が前述の第２のスキャン速度Ｖｐｘである。また、符号Ｓｄは、レーザドーピング時の第１のスキャン経路を示している。符号Ｓｐは、ポストアニール時の第２のスキャン経路を示している。本比較例では、第１のスキャン経路Ｓｄと第２のスキャン経路Ｓｐとは同一である。
【００５９】
第１のスキャン速度Ｖｄｘは、チップ形成領域５３中の各位置に照射されるパルスレーザ光のパルス数が前述の第１の照射パルス数Ｎｄとなるように、レーザ照射制御部３１により算出される。具体的には、レーザ照射制御部３１は、第１の照射パルス数Ｎｄ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｘのデータを用い、下式（２）に基づいて第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出する。
【００６０】
Ｖｄｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｄ    ・・・（２）
【００６１】
第２のスキャン速度Ｖｐｘは、チップ形成領域５３中の各位置に照射されるパルスレーザ光のパルス数が前述の第２の照射パルス数Ｎｐとなるように、レーザ照射制御部３１により算出される。具体的には、レーザ照射制御部３１は、第２の照射パルス数Ｎｐ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｘのデータを用い、下式（３）に基づいて第２のスキャン速度Ｖｐｘを算出する。
【００６２】
Ｖｐｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｐ    ・・・（３）
【００６３】
レーザ照射制御部３１は、レーザドーピングを開始する場合に、第１行目の端部に位置する第１のチップ形成領域５３ａの近傍の初期位置ＩＰに照射領域Ａを設定し、第１のスキャン経路Ｓｄに沿って、Ｘ軸正方向に第１のスキャン速度Ｖｄｘでスキャン照射を開始させる。レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａが第１行目の最終端に位置する第２のチップ形成領域５３ｂを通過すると、照射領域ＡをＹ軸正方向に移動させる。次に、レーザ照射制御部３１は、第２行目の端部に位置する第３のチップ形成領域５３ｃからＸ軸負方向にスキャン照射を実行させる。そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａが２行目の最終端に位置する第４のチップ形成領域５３ｄを通過すると、照射領域ＡをＹ軸正方向に１行分だけ移動させる。
【００６４】
レーザ照射制御部３１は、以上のスキャン照射を繰り返し実行させ、照射領域Ａが最終行の最終端に位置する第５のチップ形成領域５３ｅを通過すると、照射領域Ａを初期位置ＩＰに戻す。この後、レーザ照射制御部３１は、第２のスキャン経路Ｓｐに沿って第２のスキャン速度Ｖｐｘでポストアニール用のスキャン照射を実行させる。
【００６５】
２．４  パルスレーザ光のフルーエンスの設定値
次に、レーザドーピング時とポストアニール時とにおけるパルスレーザ光のフルーエンスについて説明する。ここで、フルーエンスとは、被照射物５０の表面上におけるパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギ密度（Ｊ／ｃｍ2）である。レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率を制御することにより、レーザドーピング時における第１のフルーエンスＦｄと、ポストアニール時における第２のフルーエンスＦｐとをそれぞれ設定する。
【００６６】
図４は、第１のフルーエンスＦｄと第２のフルーエンスＦｐとの設定値について説明する図である。第１のフルーエンスＦｄは、下式（４）を満たす範囲内に設定される。
【００６７】
Ｆａｔｈ≦Ｆｄ＜Ｆｄｔｈ    ・・・（４）
【００６８】
ここで、Ｆａｔｈは、被照射物５０に第１の照射パルス数Ｎｄだけパルスレーザ光を照射した場合に、半導体基板５１の表面上に形成された不純物源膜５２にアブレーションが生じるフルーエンスの閾値である。また、Ｆｄｔｈは、被照射物５０に第１の照射パルス数Ｎｄだけパルスレーザ光を照射した場合に、半導体基板５１の表面に損傷が生じ得るフルーエンスの閾値である。第１のフルーエンスＦｄを上式（４）の範囲内に設定することにより、半導体基板５１の表面に損傷を生じさせずに、不純物源膜５２をアブレーションさせ、不純物を半導体基板５１内にドーピングすることができる。
【００６９】
第２のフルーエンスＦｐは、原理的には、下式（５）を満たす範囲内に設定されればよいが、下式（６）を満たす範囲内に設定されることがより好ましい。
【００７０】
Ｆｐｔｈ≦Ｆｐ＜Ｆｄｔｈ    ・・・（５）
Ｆｐｔｈ≦Ｆｐ＜Ｆｄ    ・・・（６）
【００７１】
ここで、Ｆｐｔｈは、ドーピング後の半導体基板５１に第２の照射パルス数Ｎｐだけパルスレーザ光を照射した場合に、ドーピングにより半導体基板５１中に生じた欠陥が修復され得るフルーエンスの閾値である。第２のフルーエンスＦｐを上式（５）または上式（６）の範囲内に設定することにより、半導体基板５１の表面に損傷を生じさせずに、ポストアニール処理を行い、不純物を活性化することができる。
【００７２】
また、第１の照射パルス数Ｎｄと第２の照射パルス数Ｎｐとは、下式（７）の関係を満たすことが好ましい。
【００７３】
２≦Ｎｄ＜Ｎｐ    ・・・（７）
【００７４】
２．５  アッテネータの透過率の設定値
次に、パルスレーザ光のフルーエンスを所定値とするためのアッテネータ４２の透過率の設定値について説明する。まず、アッテネータ４２の透過率をＴとし、アッテネータ４２から被照射物５０までの光路における透過率をＴ’とする。また、アッテネータ４２に入射するパルスレーザ光のパルスエネルギをＥｔとし、被照射物５０の表面上におけるパルスレーザ光のフルーエンスをＦとする。この場合、フルーエンスＦは、下式（８）で表される。
【００７５】
Ｆ＝Ｔ・Ｔ’・Ｅｔ／（Ｂｘ・Ｂｙ）    ・・・（８）
【００７６】
なお、本比較例では、例えば、透過率Ｔ’を１００％、すなわちＴ’＝１と仮定する。この場合、アッテネータ４２の透過率Ｔは、下式（９）で表される。
【００７７】
Ｔ＝（Ｆ／Ｅｔ）（Ｂｘ・Ｂｙ）    ・・・（９）
【００７８】
レーザ照射制御部３１は、前述の第１のフルーエンスＦｄ及び第２のフルーエンスＦｐを上式（９）に代入することにより、前述の第１の透過率Ｔｄ及び第２の透過率Ｔｐをそれぞれ算出する。なお、透過率Ｔ’が１未満の一定値である場合には、下式（１０）に基づいて第１の透過率Ｔｄ及び第２の透過率Ｔｐを算出してもよい。
【００７９】
Ｔ＝（Ｆ／（Ｅｔ・Ｔ’））（Ｂｘ・Ｂｙ）    ・・・（１０）
【００８０】
２．６  レーザ照射システムの動作
２．６．１  メインフロー
図５は、レーザ照射制御部３１によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。レーザ照射制御部３１は、以下の処理により、レーザ照射システム２を動作させる。
【００８１】
レーザ照射制御部３１は、テーブル３２上に被照射物５０がセットされる（ステップＳ１００）と、記憶部からレーザドーピング用の第１の照射条件とポストアニール用の第２の照射条件とを読み込む（ステップＳ１１０）。第１の照射条件には、第１のフルーエンスＦｄ及び第１の照射パルス数Ｎｄが含まれる。第２の照射条件には、第２のフルーエンスＦｐ及び第２の照射パルス数Ｎｐが含まれる。
【００８２】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザ装置３に調整発振を行わせる（ステップＳ１２０）。調整発振が完了すると、レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、パルスレーザ光の照射領域Ａを、図３Ａに示す初期位置ＩＰに設定する（ステップＳ１３０）。また、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０の表面が、ビームホモジナイザ４３のコンデンサレンズ４６の焦点面において矩形状に整形されたビームが転写光学系４４によって転写される位置となるように、ＸＹＺステージ３３をＺ軸方向に調整する（ステップＳ１４０）。
【００８３】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する（ステップＳ１５０）。レーザドーピング用のパラメータには、アッテネータ４２の第１の透過率Ｔｄと、第１のスキャン速度Ｖｄｘとが含まれる。ポストアニール用のパラメータには、アッテネータ４２の第２の透過率Ｔｐと、第２のスキャン速度Ｖｐｘとが含まれる。
【００８４】
レーザ照射制御部３１は、レーザ照射装置４に、レーザドーピング用のパラメータを設定する（ステップＳ１６０）。そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａを前述の第１のスキャン経路Ｓｄに沿ってＸ軸方向に一定速度で移動させながら、被照射物５０にパルスレーザ光を照射するスキャン照射を行う（ステップＳ１７０）。レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸方向への１行分のスキャン照射が終了するたびに、全てのチップ形成領域５３への照射が終了したか否かを判定する（ステップＳ１８０）。
【００８５】
レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了していない場合（ステップＳ１８０でＮＯ）には、照射領域ＡをＹ軸方向に移動させ、次の行のスキャン照射開始位置にセットする（ステップＳ１９０）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をステップＳ１７０に戻し、Ｘ軸方向へのスキャン照射を実行する。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了するまで、ステップＳ１７０〜Ｓ１９０を繰り返す。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了すると（ステップＳ１８０でＹＥＳ）、レーザドーピング制御を終了し、照射領域Ａを初期位置ＩＰに戻す（ステップ２００）。
【００８６】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザ照射装置４に、ポストアニール用のパラメータを設定する（ステップＳ２１０）。そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａを前述の第２のスキャン経路Ｓｐに沿ってＸ軸方向に一定速度で移動させながら、被照射物５０にパルスレーザ光を照射するスキャン照射を行う（ステップＳ２２０）。この後のステップＳ２３０及びＳ２４０については、上記ステップＳ１８０及びＳ１９０と同様である。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了すると（ステップＳ２３０でＹＥＳ）、ポストアニール制御を終了する。
【００８７】
２．６．２  Ｓ１１０の詳細
図６は、図５に示されるメインフローにおいて第１及び第２の照射条件の読み込みを行う処理（ステップＳ１１０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ１１０では、まず、レーザ照射制御部３１は、記憶部から、第１の照射条件としての第１のフルーエンスＦｄ及び第１の照射パルス数Ｎｄを読み込む（ステップＳ１１１）。そして、レーザ照射制御部３１は、記憶部から、第２の照射条件としての第２のフルーエンスＦｐ及び第２の照射パルス数Ｎｐを読み込む（ステップＳ１１２）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【００８８】
２．６．３  Ｓ１２０の詳細
図７は、図５に示されるメインフローにおいてレーザ装置３に調整発振を行わせる処理（ステップＳ１２０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ１２０では、まず、レーザ照射制御部３１は、目標パルスエネルギＥｔのデータ等をレーザ制御部１３に送信する（ステップＳ１２１）。ここで、目標パルスエネルギＥｔは、例えば１００ｍＪである。
【００８９】
この後、レーザ照射制御部３１は、レーザ制御部１３に繰り返し周波数ｆで発光トリガＴｒを出力する（ステップＳ１２２）。そして、レーザ制御部１３から準備完了信号Ｒｄを受信したか否かを判定する（ステップＳ１２３）。レーザ照射制御部３１は、準備完了信号Ｒｄを受信しなかった場合（ステップＳ１２３でＮＯ）には、ステップＳ１２２に戻る。レーザ照射制御部３１は、準備完了信号Ｒｄを受信すると（ステップＳ１２３でＹＥＳ）、処理をメインフローに戻す。ここで、繰り返し周波数ｆは、スキャン露光する際の繰り返し周波数とほぼ同じであって、たとえば、６０００Ｈｚである。
【００９０】
２．６．４  Ｓ１５０の詳細
図８は、図５に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理（ステップＳ１５０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ１５０では、まず、レーザ照射制御部３１は、第１のフルーエンスＦｄのデータを用い、上式（９）に基づいてレーザドーピング用の第１の透過率Ｔｄを算出する（ステップＳ１５１）。そして、レーザ照射制御部３１は、第１の照射パルス数Ｎｄ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｘのデータを用い、上式（２）に基づいてレーザドーピング用の第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出する（ステップＳ１５２）。
【００９１】
次に、レーザ照射制御部３１は、第２のフルーエンスＦｐのデータを用い上式（９）に基づいてポストアニール用の第２の透過率Ｔｐを算出する（ステップＳ１５３）。そして、レーザ照射制御部３１は、第２の照射パルス数Ｎｐ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｘのデータを用い、上式（３）に基づいてポストアニール用の第２のスキャン速度Ｖｐｘを算出する（ステップＳ１５４）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【００９２】
２．６．５  Ｓ１６０の詳細
図９は、図５に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用のパラメータを設定する処理（ステップＳ１６０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ１６０では、まず、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率を、ステップＳ１５１で算出した第１の透過率Ｔｄに設定する（ステップＳ１６１）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率が第１の透過率Ｔｄとなるように、アッテネータ４２に含まれる回転ステージ４２ｃ及び４２ｄを設定する。
【００９３】
次に、レーザ照射制御部３１は、スキャン照射の速度を、ステップＳ１５２で算出した第１のスキャン速度Ｖｄｘに設定する（ステップＳ１６２）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０に対する照射領域Ａの移動速度が第１のスキャン速度ＶｄｘとなるようにＸＹＺステージ３３を設定する。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【００９４】
２．６．６  Ｓ２１０の詳細
図１０は、図５に示されるメインフローにおいてポストアニール用のパラメータを設定する処理（ステップＳ２１０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ２１０では、まず、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率を、ステップＳ１５３で算出した第２の透過率Ｔｐに設定する（ステップＳ２１１）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率が第２の透過率Ｔｐとなるように、アッテネータ４２に含まれる回転ステージ４２ｃ及び４２ｄを設定する。
【００９５】
次に、レーザ照射制御部３１は、スキャン照射の速度を、ステップＳ１５４で算出した第２のスキャン速度Ｖｐｘに設定する（ステップＳ２１２）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０に対する照射領域Ａの移動速度が第２のスキャン速度ＶｐｘとなるようにＸＹＺステージ３３を制御する。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【００９６】
２．６．７  Ｓ１７０の詳細
図１１は、図５に示されるメインフローにおいてＸ軸方向にスキャン照射する処理（ステップＳ１７０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ１７０では、まず、レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、照射領域ＡのＸ軸方向への移動を開始させる（ステップＳ１７１）。なお、照射領域Ａの移動には、加速運動、等速直線運動、減速運動が含まれるが、等速直線運動の速度が第１のスキャン速度ＶｄｘとなるようにＸＹＺステージ３３を設定する。
【００９７】
レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａの移動が開始すると、繰り返し周波数ｆで、レーザ制御部１３に発光トリガＴｒを出力する（ステップＳ１７２）。ここで、繰り返し周波数ｆは、例えば、６０００Ｈｚである。そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域ＡのＸ軸方向への移動が終了するまでの間（ステップＳ１７３でＮＯの間）、ステップＳ１７２を実行し、レーザ制御部１３に発光トリガＴｒを出力する。レーザ照射制御部３１は、照射領域ＡのＸ軸方向への移動が終了すると（ステップＳ１７３でＹＥＳ）、レーザ制御部１３への発光トリガＴｒの出力を停止する（ステップＳ１７４）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【００９８】
なお、メインフローのステップＳ２２０の詳細は、上記ステップＳ１７０の詳細と同様であるので、説明は省略する。
【００９９】
２．７  課題
レーザドーピングに適した第１のフルーエンスＦｄと、ポストアニールに適した第２のフルーエンスＦｐは大きく異なる。このため、本比較例では、レーザドーピング時とポストアニール時とでフルーエンスを変更するために、アッテネータ４２の透過率Ｔを変更している。具体的には、照射領域Ａの面積Ｓ（＝Ｂｘ・Ｂｙ）は一定であるので、アッテネータ４２の透過率Ｔは、上式（９）または上式（１０）に基づき、フルーエンスＦに比例した値に変更される。
【０１００】
第１のフルーエンスＦｄと第２のフルーエンスＦｐとは、Ｆｄ＞Ｆｐの関係であるので、レーザドーピング時に対してポストアニール時には、アッテネータ４２において、（Ｔｄ−Ｔｐ）／Ｔｄの割合のエネルギを損失してしまう。このため、ポストアニール時には、パルスレーザ光のパルスエネルギの利用効率が低いという課題がある。このように、ポストアニール時に、パルスエネルギの利用効率が低いと、スキャン照射に長い時間が要され、スループットが低下してしまう。
【０１０１】
以下で説明される実施形態においては、この課題を解決するために、パルスレーザ光のスキャン方向へのビーム幅が変更可能なビームホモジナイザを用いることにより、ビームホモジナイザでフルーエンスの変更を行う。
【０１０２】
３．第１の実施形態
３．１  構成
図１２は、本開示の第１の実施形態に係るレーザ照射システム２ａの構成を概略的に示す。第１の実施形態に係るレーザ照射システム２ａは、比較例に係るレーザ照射システム２に含まれるレーザ照射装置４に代えて、レーザ照射装置４ａを含む。なお、以下では、比較例に係るレーザ照射システム２の構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１０３】
レーザ照射システム２ａは、レーザ装置３と、レーザ照射装置４ａと、を含む。レーザ装置３は、第１の実施形態のレーザ装置３と同一の構成である。レーザ照射装置４ａは、光学システム４０ａにおいて、比較例のビームホモジナイザ４３に代えて、ビームホモジナイザ４３ａを含む。
【０１０４】
ビームホモジナイザ４３ａは、レーザドーピング用ビーム生成用の第１のフライアイレンズ４５ａと、ポストアニール用ビーム生成用の第２のフライアイレンズ４５ｂと、第１のアクチュエータとしての一軸移動ステージ４７と、コンデンサレンズ４６と、を含む。第１のフライアイレンズ４５ａと第２のフライアイレンズ４５ｂとは、一軸移動ステージ４７上に配置されている。一軸移動ステージ４７は、レーザ照射制御部３１から入力される制御信号により制御される。レーザ照射制御部３１は、一軸移動ステージ４７を制御して、第１のフライアイレンズ４５ａと第２のフライアイレンズ４５ｂとのいずれか一方を選択的にパルスレーザ光の光路上に配置する。すなわち、ビームホモジナイザ４３ａは、レーザドーピング用ビームとポストアニール用ビームとを選択的に生成することができる。
【０１０５】
図１３Ａは、第１のフライアイレンズ４５ａの構成を示す。図１３Ｂは、第２のフライアイレンズ４５ｂの構成を示す。第１のフライアイレンズ４５ａと第２のフライアイレンズ４５ｂとは、シリンドリカル面のピッチが異なること以外は、図２に示される比較例のフライアイレンズ４５と同様の構成である。
【０１０６】
第１のフライアイレンズ４５ａの第１の面には、Ｖ軸方向に負の曲率を有し、Ｈ軸方向に延伸した複数の第１のシリンドリカル面４５１ａが、Ｖ軸方向に第１のピッチＬｖ１で配列されている。第１のフライアイレンズ４５ａの第２の面には、Ｈ軸方向に負の曲率を有し、Ｖ軸方向に延伸した複数の第２のシリンドリカル面４５２ａが、Ｈ軸方向に第２のピッチＬｈ１で配列されている。また、第２のフライアイレンズ４５ｂの第１の面には、Ｖ軸方向に負の曲率を有し、Ｈ軸方向に延伸した複数の第１のシリンドリカル面４５１ｂが、Ｖ軸方向に第１のピッチＬｖ２で配列されている。第２のフライアイレンズ４５ｂの第２の面には、Ｈ軸方向に曲率を有し、Ｖ軸方向に延伸した複数の第２のシリンドリカル面４５２ｂが、Ｈ軸方向に第２のピッチＬｈ２で配列されている。
【０１０７】
ここで、各ピッチは、Ｌｖ１＜Ｌｈ１、Ｌｖ２＜Ｌｈ２、Ｌｖ１＜Ｌｖ２、Ｌｈ１＝Ｌｈ２の関係を満たす。第１のフライアイレンズ４５ａは、レーザドーピング時にパルスレーザ光の光路上に配置される。第２のフライアイレンズ４５ｂは、ポストアニール時にパルスレーザ光の光路上に配置される。
【０１０８】
図１４Ａは、第１のフライアイレンズ４５ａにより生成されるレーザドーピング用ビームの被照射物５０上における照射領域Ａｄを示す。図１４Ｂは、第２のフライアイレンズ４５ｂにより生成されるポストアニール用ビームの被照射物５０上における照射領域Ａｐを示す。照射領域Ａｄの形状は、矩形状であり、Ｘ軸方向へ第１のビーム幅Ｂｄｘを有し、Ｙ軸方向へ第２のビーム幅Ｂｄｙを有する。照射領域Ａｐの形状は、矩形状であり、Ｘ軸方向へ第１のビーム幅Ｂｐｘを有し、Ｙ軸方向へ第２のビーム幅Ｂｐｙを有する。
【０１０９】
ここで、各ビーム幅は、Ｂｄｘ＜Ｂｄｙ、Ｂｐｘ＜Ｂｐｙ、Ｂｄｘ＜Ｂｐｘ、Ｂｄｙ＝Ｂｐｙの関係を満たす。なお、第２のビーム幅Ｂｄｙ及びＢｐｙは、比較例の第１のビーム幅Ｂｙと同じ長さであり、上式（１）を満たす。
【０１１０】
３．２  レーザ照射システムの動作
３．２．１  メインフロー
図１５及び図１６は、レーザ照射制御部３１によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。レーザ照射制御部３１は、以下の処理により、レーザ照射システム２ａを動作させる。
【０１１１】
本実施形態のステップＳ３００〜Ｓ３５０は、比較例のステップＳ１００〜Ｓ１５０と同様である。本実施形態では、レーザ照射制御部３１は、ステップＳ３５０の後、レーザ照射装置４ａに、レーザドーピング用のパラメータを設定する（ステップＳ３６０）。そして、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０に照射されるパルスレーザ光のＸ軸方向への第１のビーム幅を切り替える（ステップＳ３７０）。これにより、第１のビーム幅は、レーザドーピング用の第１のビーム幅Ｂｄｘに設定される。この後のステップＳ３８０〜Ｓ４１０は、比較例のステップＳ１７０〜Ｓ２００と同様である。
【０１１２】
本実施形態では、レーザ照射制御部３１は、ステップＳ４１０の後、レーザ照射装置４ａに、ポストアニール用のパラメータを設定する（ステップＳ４２０）。そして、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０に照射されるパルスレーザ光のＸ軸方向への第１のビーム幅を切り替える（ステップＳ４３０）。これにより、第１のビーム幅は、ポストアニール用の第１のビーム幅Ｂｐｘに設定される。この後のステップＳ４４０〜Ｓ４６０は、比較例のステップＳ２２０〜Ｓ２４０と同様である。
【０１１３】
３．２．２  Ｓ３５０の詳細
図１７は、図１５に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理（ステップＳ３５０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ３５０では、まず、レーザ照射制御部３１は、第１のフルーエンスＦｄのデータを用い、下式（１１）に基づいてレーザドーピング用のアッテネータ４２の第１の透過率Ｔｄを算出する（ステップＳ３５１）。
【０１１４】
Ｔｄ＝（Ｆｄ／Ｅｔ）（Ｂｄｘ・Ｂｄｙ）    ・・・（１１）
【０１１５】
そして、レーザ照射制御部３１は、第１の照射パルス数Ｎｄ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｄｘのデータを用い、下式（１２）に基づいてレーザドーピング用の第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出する（ステップＳ３５２）。
【０１１６】
Ｖｄｘ＝ｆ・Ｂｄｘ／Ｎｄ    ・・・（１２）
【０１１７】
次に、レーザ照射制御部３１は、第２のフルーエンスＦｐのデータを用い、下式（１３）に基づいてポストアニール用のアッテネータ４２の第２の透過率Ｔｐを算出する（ステップＳ３５３）。ここで、Ｂｄｙ＝Ｂｐｙである。
【０１１８】
Ｔｐ＝（Ｆｐ／Ｅｔ）（Ｂｐｘ・Ｂｐｙ）    ・・・（１３）
【０１１９】
そして、レーザ照射制御部３１は、第２の照射パルス数Ｎｐ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｐｘのデータを用い、下式（１４）に基づいてポストアニール用の第２のスキャン速度Ｖｐｘを算出する（ステップＳ３５４）。
【０１２０】
Ｖｐｘ＝ｆ・Ｂｐｘ／Ｎｐ    ・・・（１４）
【０１２１】
この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１２２】
３．２．３  Ｓ３６０の詳細
図１８は、図１５に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用のパラメータの設定を設定する処理（ステップＳ３６０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ３６１及びＳ３６２は、比較例のステップＳ１６１及び１６２と同様である。レーザ照射制御部３１は、ステップＳ３６２の後、フラグＦＬを、ＦＬ＝ＦＬｄと設定する（ステップＳ３６３）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１２３】
３．２．４  Ｓ４２０の詳細
図１９は、図１６に示されるメインフローにおいてポストアニール用のパラメータの設定を設定する処理（ステップＳ４２０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ４２１及びＳ４２２は、比較例のステップＳ２１１及び２１２と同様である。レーザ照射制御部３１は、ステップＳ４２２の後、フラグＦＬを、ＦＬ＝ＦＬｐと設定する（ステップＳ４２３）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１２４】
３．２．５  Ｓ３７０の詳細
図２０は、図１６に示されるメインフローにおいて第１のビーム幅を切り替える処理（ステップＳ３７０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ３７０では、まず、レーザ照射制御部３１は、フラグＦＬがＦＬｄであるか否かを判定する（ステップＳ３７１）。レーザ照射制御部３１は、ＦＬ＝ＦＬｄを満たす場合には（ステップＳ３７１でＹＥＳ）、一軸移動ステージ４７を制御して、第１のフライアイレンズ４５ａをパルスレーザ光の光路上に配置する（ステップＳ３７２）。これにより、図１４Ａに示す照射領域Ａｐがパルスレーザ光の照射領域となる。
【０１２５】
一方、レーザ照射制御部３１は、ＦＬ＝ＦＬｄを満たさない場合には（ステップＳ３７１でＮＯ）、一軸移動ステージ４７を制御して、第２のフライアイレンズ４５ｂをパルスレーザ光の光路上に配置する（ステップＳ３７３）。これにより、図１４Ｂに示す照射領域Ａｐがパルスレーザ光の照射領域となる。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１２６】
なお、メインフローのステップＳ４３０の詳細は、上記ステップＳ３７０の詳細と同様であるので、説明は省略する。
【０１２７】
３．３  効果
本実施形態では、第１のフライアイレンズ４５ａと第２のフライアイレンズ４５ｂとを、第１のピッチＬｖ１及びＬｖ２が下式（１５）を満たすように構成することが好ましい。
【０１２８】
Ｌｖ１／Ｌｖ２＝Ｆｐ／Ｆｄ    ・・・（１５）
【０１２９】
この場合、レーザドーピング用の第１のビーム幅Ｂｄｘと、ポストアニール用の第１のビーム幅Ｂｐｘは、下式（１６）を満たす。
【０１３０】
Ｂｄｘ・Ｆｄ＝Ｂｐｘ・Ｆｐ    ・・・（１６）
【０１３１】
この結果、上式（１５）がほぼ満たされる場合には、ステップＳ３５３で算出されるポストアニール用の第２の透過率Ｔｐは、ステップＳ３５１で算出されるレーザドーピング用の第１の透過率Ｔｄとほぼ同一となる。
【０１３２】
このように、本実施形態では、レーザドーピング時とポストアニール時とで、アッテネータ４２の透過率がほぼ同一であるため、レーザドーピング時に対するポストアニール時のエネルギの損失が抑制される。したがって、本実施形態では、比較例に比べて、パルスレーザ光のパルスエネルギの利用効率が向上し、スキャン照射に要される時間が短縮されるので、スループットが向上する。
【０１３３】
なお、第１の実施形態では、第１のフライアイレンズ４５ａ及び第２のフライアイレンズ４５ｂの各シリンドリカル面を凹状としているが、これに限定されず、各シリンドリカル面を凸状とすることも可能である。また、シリンドリカルレンズと同一の光学特性を有するフレネルレンズを基板に形成することにより、フライアイレンズを構成することも可能である。
【０１３４】
また、第１の実施形態では、第１のフライアイレンズ４５ａと第２のフライアイレンズ４５ｂとをそれぞれ一体の光学素子としているが、各フライアイレンズを、２つのシリンドリカルアレーで構成することも可能である。この場合、２つのシリンドリカルアレーを、シリンドリカル面の配列方向が直交するように配置すればよい。
【０１３５】
４．第２の実施形態
４．１  構成
図２１は、本開示の第２の実施形態に係るレーザ照射システム２ｂの構成を概略的に示す。第２の実施形態に係るレーザ照射システム２ｂは、第１の実施形態に係るレーザ照射システム２ａに含まれるレーザ照射装置４ａに代えて、レーザ照射装置４ｂを含む。なお、以下では、第１の実施形態に係るレーザ照射システム２ａの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１３６】
レーザ照射システム２ｂは、レーザ装置３と、レーザ照射装置４ｂと、を含む。レーザ装置３は、第１の実施形態のレーザ装置３と同一の構成である。なお、図２１では、レーザ装置３の図示を省略している。レーザ照射装置４ｂは、光学システム４０ｂにおいて、比較例のビームホモジナイザ４３に代えて、ビームホモジナイザ４３ｂを含む。また、本実施形態では、光学システム４０ｂには、アッテネータ４２は含まれていない。
【０１３７】
ビームホモジナイザ４３ｂは、第１の実施形態の第１のフライアイレンズ４５ａ、第２のフライアイレンズ４５ｂ、及び一軸移動ステージ４７に代えて、シリンドリカルレンズ群４８と、第２のアクチュエータとしての一軸移動ステージ４９とを含む。シリンドリカルレンズ群４８は、フライアイレンズを構成する。
【０１３８】
図２２Ａ及び図２２Ｂは、ビームホモジナイザ４３ｂの構成の詳細を示す。図２２Ａは、ビームホモジナイザ４３ｂをＨ軸方向から見た図である。図２２Ｂは、ビームホモジナイザ４３ｂをＶ軸方向から見た図である。シリンドリカルレンズ群４８は、第１のシリンドリカルレンズアレー４８ａと、第２のシリンドリカルレンズアレー４８ｂと、第３のシリンドリカルレンズアレー４８ｃと、を含む。第１のシリンドリカルレンズアレー４８ａ、第２のシリンドリカルレンズアレー４８ｂ、第３のシリンドリカルレンズアレー４８ｃ、及びコンデンサレンズ４６は、パルスレーザ光の光路上に、上流側からこの順番に配置されている。
【０１３９】
第１のシリンドリカルレンズアレー４８ａには、Ｖ軸方向に所定の曲率半径を有し、Ｈ軸方向に延伸した凸状の複数のシリンドリカル面４８１ａが、Ｖ軸方向に第１のピッチＬｖで配置されている。第２のシリンドリカルレンズアレー４８ｂには、Ｖ軸方向に所定の曲率半径を有し、Ｈ軸方向に延伸した凸状の複数のシリンドリカル面４８２ａが、Ｖ軸方向に第１のピッチＬｖで配置されている。第１のシリンドリカルレンズアレー４８ａと第２のシリンドリカルレンズアレー４８ｂとは同様の構成であり、平面側が互いに対向するように配置されている。
【０１４０】
一軸移動ステージ４９は、レーザ照射制御部３１から入力される制御信号に基づいて、第１のシリンドリカルレンズアレー４８ａをＩ軸方向に移動させる。第１のシリンドリカルレンズアレー４８ａをＩ軸方向に移動させることにより、第１のシリンドリカルレンズアレー４８ａと第２のシリンドリカルレンズアレー４８ｂとの間の間隔Ｄが変化する。
【０１４１】
第３のシリンドリカルレンズアレー４８ｃには、Ｈ軸方向に所定の曲率半径を有し、Ｖ軸方向に延伸した凹状の複数のシリンドリカル面４８１ｃが、Ｈ軸方向に第２のピッチＬｈで配置されている。第３のシリンドリカルレンズアレー４８ｃは、シリンドリカル面４８１ｃが第２のシリンドリカルレンズアレー４８ｂに対向するように配置されている。
【０１４２】
第２のピッチＬｈは、コンデンサレンズ４６の焦点面Ｐｆにおけるパルスレーザ光のＨ軸方向へのビーム幅ＩＬｈが、下式（１７）を満たすように設定されている。
【０１４３】
Ｂｙ＝Ｍ・ＩＬｈ    ・・・（１７）
ここで、Ｍは、転写光学系４４の転写倍率である。Ｂｙは、図３に示した照射領域ＡのＸ軸方向への幅、すなわち第２のビーム幅であり、上式（１）を満たす。
【０１４４】
４．２  第２のビーム幅の設定方法
次に、図３に示した照射領域ＡのＸ軸方向への幅、すなわち第１のビーム幅Ｂｘの設定方法について説明する。本実施形態では、コンデンサレンズ４６の焦点面Ｐｆにおけるパルスレーザ光のＶ軸方向へのビーム幅ＩＬｖは、間隔Ｄの値に応じて変化する。ビーム幅ＩＬｖを最小とする間隔Ｄｗは、下式（１８）で表される。
【０１４５】
Ｄｗ≒Ｆｂ１＋Ｆｆ２    ・・・（１８）
ここで、Ｆｂ１は、第１のシリンドリカルレンズアレー４８ａの後側焦点距離である。Ｆｆ２は、第２のシリンドリカルレンズアレー４８ｂの前側焦点距離である。
【０１４６】
レーザ照射制御部３１が一軸移動ステージ４９を制御し、間隔Ｄを下式（１９）の範囲内で変化させることにより、ビーム幅ＩＬｖを連続的に変化させることが可能である。
【０１４７】
Ｆｆ２＜Ｄ＜Ｆｂ１＋Ｆｆ２    ・・・（１９）
【０１４８】
第１のビーム幅Ｂｘは、ビーム幅ＩＬｖとは下式（２０）の関係にあるので、間隔Ｄを変化させることにより、第１のビーム幅Ｂｘを制御することが可能である。
【０１４９】
Ｂｘ＝Ｍ・ＩＬｖ    ・・・（２０）
ここで、第１のビーム幅Ｂｘは、図３に示した照射領域ＡのＸ軸方向への幅である。
【０１５０】
レーザ照射制御部３１は、予め、間隔Ｄと第１のビーム幅Ｂｘとの対応関係を表す関数Ｄ＝ｆ（Ｂｘ）またはデータを記憶している。レーザ照射制御部３１は、これらの対応関係に基づいて、一軸移動ステージ４９を制御し、間隔Ｄを調整することにより、第１のビーム幅Ｂｘを所望の値に設定する。
【０１５１】
４．３  レーザ照射システムの動作
４．３．１  メインフロー
本実施形態に係るメインフローは、第１の実施形態で示した図１５及び図１６と同様である。以下、第１の実施形態と異なるステップについてのみ詳細を説明する。本実施形態では、図１５及び図１６に示されるメインフローのうち、ステップＳ３５０、Ｓ３６０、Ｓ３７０、Ｓ４２０、及びＳ４３０の詳細が異なる。以下、これらの第１の実施形態とは異なるステップＳ３５０’、Ｓ３６０’、Ｓ３７０’、Ｓ４２０’、及びＳ４３０’の詳細を説明する。
【０１５２】
４．３．２  Ｓ３５０’の詳細
図２３は、本実施形態においてレーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理（ステップＳ３５０’）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ３５０’では、まず、レーザ照射制御部３１は、第１のフルーエンスＦｄのデータを用い、下式（２１）に基づいてレーザドーピング用の第１のビーム幅Ｂｄｘを算出する（ステップＳ３５１’）。
【０１５３】
Ｂｄｘ＝Ｅｔ／（Ｆｄ・Ｂｙ）    ・・・（２１）
ここで、上式（２１）は、前述の式（１１）に基づいている。本実施形態では、アッテネータ４２が設けられていないため、Ｔｄ＝１とし、また、Ｂｄｙ＝Ｂｙとしている。
【０１５４】
そして、レーザ照射制御部３１は、第１の照射パルス数Ｎｄ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｄｘのデータを用い、前述の式（１２）に基づいてレーザドーピング用の第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出する（ステップＳ３５２’）。
【０１５５】
次に、レーザ照射制御部３１は、第２のフルーエンスＦｐのデータを用い、下式（２２）に基づいてポストアニール用の第１のビーム幅Ｂｐｘを算出する（ステップＳ３５３’）。
【０１５６】
Ｂｐｘ＝Ｅｔ／（Ｆｐ・Ｂｙ）    ・・・（２２）
ここで、上式（２２）は、前述の式（１３）に基づいている。本実施形態では、アッテネータ４２が設けられていないため、Ｔｐ＝１とし、また、Ｂｐｙ＝Ｂｙとしている。
【０１５７】
そして、レーザ照射制御部３１は、第２の照射パルス数Ｎｐ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｐｘのデータを用い、前述の式（１４）に基づいてポストアニール用の第２のスキャン速度Ｖｐｘを算出する（ステップＳ３５４’）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１５８】
４．３．３  Ｓ３６０’の詳細
図２４は、本実施形態においてレーザドーピング用のパラメータの設定を設定する処理（ステップＳ３６０’）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ３６０’では、まず、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａにおける第１のビーム幅Ｂｘを、レーザドーピング用の第１のビーム幅Ｂｄｘに設定する（ステップＳ３６１’）。次に、レーザ照射制御部３１は、スキャン照射の速度を、ステップＳ３５２’で算出した第１のスキャン速度Ｖｄｘに設定する（ステップＳ３６２’）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１５９】
４．３．４  Ｓ４２０’の詳細
図２５は、本実施形態においてポストアニール用のパラメータの設定を設定する処理（ステップＳ４２１’）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ４２０’では、まず、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａにおける第１のビーム幅Ｂｘを、ポストアニール用の第１のビーム幅Ｂｐｘに設定する（ステップＳ４２１’）。次に、レーザ照射制御部３１は、スキャン照射の速度を、ステップＳ３５４’で算出した第２のスキャン速度Ｖｐｘに設定する（ステップＳ４２２’）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１６０】
４．３．５  Ｓ３７０’の詳細
図２６は、本実施形態において第１のビーム幅を切り替える処理（ステップＳ３７０’）の詳細を示す。レーザ照射制御部３１は、一軸移動ステージ４９を制御し、間隔Ｄを、ステップＳ３６１’で設定されたレーザドーピング用の第１のビーム幅Ｂｄｘに対応する値に設定する（ステップＳ３７１’）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１６１】
なお、メインフローのステップＳ４３０’の詳細は、上記ステップＳ３７０’の詳細と同様であるので、説明は省略する。
【０１６２】
４．４  効果
本実施形態では、スキャン照射方向の第１のビーム幅が連続的に可変であることにより、パルスレーザ光のフルーエンスを高精度に制御することができる。これにより、前述の式（１６）を満たすレーザドーピング用の第１のフルーエンスＦｄとポストアニール用の第２のフルーエンスＦｐとの設定とを、アッテネータを用いずに高精度に設定することができる。したがって、本実施形態では、パルスレーザ光のパルスエネルギの利用効率がさらに向上し、スキャン照射に要される時間が短縮されるので、スループットがさらに向上する。
【０１６３】
なお、本実施形態では、第３のシリンドリカルレンズアレー４８ｃのシリンドリカル面４８１ｃを凹状としているが、これに限定されず、凸状とすることも可能である。
【０１６４】
また、第１のシリンドリカルレンズアレー４８ａと第２のシリンドリカルレンズアレー４８ｂとは、それぞれ単一のシリンドリカルレンズであってもよい。この場合においても、一対のシリンドリカルレンズ間の間隔を制御することにより、ビーム幅ＩＬｖを調整することができる。
【０１６５】
下表１は、第２の実施形態において、Ｅｔ＝１００ｍＪとした場合のレーザドーピング時とポストアニール時とにおける各パラメータの具体例を示す。下表２は、第２の実施形態において、Ｅｔ＝４０ｍＪとした場合のレーザドーピング時とポストアニール時とにおける各パラメータの具体例を示す。
【０１６６】
【表１】
2019123612.tif 000003
【０１６７】
【表２】
2019123612.tif 000004
【０１６８】
表１及び表２から、本実施形態では、パルスレーザ光のパルスエネルギが１００ｍＪや４０ｍＪと低い場合であってもレーザドーピング及びポストアニールが可能であることが分かる。前述のように、レーザドーピング時のフルーエンスＦｄとポストアニール時のフルーエンスＦｐは、スキャン照射のスキャン方向のビーム幅Ｂｄｘを調節することによってそれぞれ設定可能である。表１及び表２中のビーム幅Ｂｄｘの値は、十分に調節可能な値である。また、レーザドーピング時の照射パルス数Ｎｄとポストアニール時の照射パルス数Ｎｐは、スキャン速度Ｖｄｘ，Ｖｐｘを調節することによって、それぞれ設定可能である。表１及び表２中のスキャン速度Ｖｄｘ，Ｖｐｘの値は、十分に調節可能な値である。
【０１６９】
５．第１の変形例
次に、第１の変形例について説明する。第１及び第２の実施形態では、図３を用いて説明したように、被照射物５０上の全ての照射領域Ａに対してレーザドーピング用のスキャン照射を行った後、ポストアニール用のスキャン照射を行っている。これに代えて、レーザドーピング用のスキャン照射と、ポストアニール用のスキャン照射とを交互に行うことも可能である。以下、第１及び第２の実施形態のスキャン照射制御に関する変形例について説明する。
【０１７０】
５．１  スキャン照射制御
図２７は、本変形例におけるレーザドーピング時の第１のスキャン経路Ｓｄ’と、ポストアニール時の第２のスキャン経路Ｓｐ’とを示す。第１のスキャン経路Ｓｄ’は、Ｘ軸正方向である。第２のスキャン経路Ｓｐ’は、Ｘ軸負方向である。すなわち、レーザドーピング時には、被照射物５０に対して照射領域ＡｄがＸ軸正方向に移動する。一方、ポストアニール時には、被照射物５０に対して照射領域ＡｐがＸ軸負方向に移動する。照射領域Ａｄ及び照射領域Ａｐは、図１４Ｂに示される形状を有する。
【０１７１】
レーザ照射制御部３１は、レーザドーピングを開始する場合に、第１行目の端部に位置する第１のチップ形成領域５３ｆの近傍の初期位置ＩＰに照射領域Ａｄを設定し、第１のスキャン経路Ｓｄ’に沿って、Ｘ軸正方向に第１のスキャン速度Ｖｄｘでスキャン照射を開始させる。レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａｄが第１行目の最終端に位置する第２のチップ形成領域５３ｇを通過すると、第１のビーム幅を切り替え、第２のチップ形成領域５３ｇの近傍に照射領域Ａｐを設定する。そして、レーザ照射制御部３１は、第２のチップ形成領域５３ｇからＸ軸負方向に第２のスキャン速度Ｖｐｘでスキャン照射を実行させる。
【０１７２】
次に、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａｐが第１のチップ形成領域５３ｆを通過すると、照射領域ＡｐをＹ軸正方向に１行分だけ移動させる。そして、レーザ照射制御部３１は、第１のビーム幅を切り替え、第３のチップ形成領域５３ｈの近傍に照射領域Ａｄを設定する。レーザ照射制御部３１は、以上のスキャン照射を繰り返し実行させ、照射領域Ａｐが最終行の端部に位置する第４のチップ形成領域５３ｉを通過すると、照射領域を初期位置ＩＰに戻す。この後、レーザ照射制御部３１は、スキャン照射制御を終了する。その後、被照射物５０が新しい被照射物５０に交換されてもよい。
【０１７３】
５．２  レーザ照射システムの動作
図２８は、レーザ照射制御部３１によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。本実施形態のステップＳ５００〜Ｓ５７０は、第１の実施形態のステップＳ３００〜Ｓ３７０と同様である。本実施形態では、レーザ照射制御部３１は、ステップＳ５６０においてレーザドーピング用のパラメータを設定し、ステップＳ５７０において第１のビーム幅をレーザドーピング用の第１のビーム幅Ｂｄｘに切り替える。この後、レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸正方向に第１のスキャン速度Ｖｄｘで１行分のスキャン照射を実行する（ステップＳ５８０）。
【０１７４】
次に、レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸正方向への１行分のスキャン照射が終了すると、レーザ照射装置４ｂに、ポストアニール用のパラメータを設定する（ステップＳ５９０）。そして、レーザ照射制御部３１は、第１のビーム幅をポストアニール用の第１のビーム幅Ｂｐｘに切り替え（ステップＳ６００）、Ｘ軸負方向に第２のスキャン速度Ｖｐｘで１行分のスキャン照射を実行する（ステップＳ６１０）。レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸正方向及びＸ軸負方向への１行分のスキャン照射が終了するたびに、全てのチップ形成領域５３への照射が終了したか否かを判定する（ステップＳ６２０）。
【０１７５】
レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了していない場合（ステップＳ６２０でＮＯ）には、照射領域をＹ軸方向に移動させ、次の行のスキャン照射開始位置に照射領域をセットする（ステップＳ６３０）。そして、レーザ照射制御部３１は、処理をステップＳ５６０に戻し、同様の処理を繰り返し実行する。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了すると（ステップＳ６２０でＹＥＳ）、スキャン照射制御を終了する。
【０１７６】
５．３  効果
本変形例に係るスキャン照射制御では、第１及び第２の実施形態に比べて、Ｙ軸方向へのＸＹＺステージ３３の移動距離が短縮されるため、スループットがさらに向上する。また、レーザドーピング用のスキャン照射とポストアニール用のスキャン照射とを、１行ずつ実行するので、レーザドーピング時とポストアニール時との照射領域のＹ軸方向への重なり精度が向上する。
【０１７７】
６．第２の変形例
次に、第２の変形例について説明する。第１の実施形態では、図３に示したように、ビームホモジナイザ４３ａを高反射ミラー４１ｂと高反射ミラー４１ｃとの間の光路上に配置しているが、ビームホモジナイザ４３ａを配置する位置はこれに限られない。
【０１７８】
図２９は、本変形例に係るレーザ照射システム２ｃの構成を概略的に示す。レーザ照射システム２ｃは、レーザ照射装置４ｃに含まれる光学システム４０ｃの構成のみが、第１の実施形態に係るレーザ照射システム２の構成と異なる。光学システム４０ｃでは、前述の転写光学系４４に代えて、ビームホモジナイザ４３ａが、高反射ミラー４１ｃとウインドウ３６の間の光路上に配置されている。
【０１７９】
第１の実施形態と同様に、ビームホモジナイザ４３ａは、第１のフライアイレンズ４５ａと、第２のフライアイレンズ４５ｂと、一軸移動ステージ４７と、コンデンサレンズ４６と、を含む。レーザ照射制御部３１は、一軸移動ステージ４７を制御して、第１のフライアイレンズ４５ａと第２のフライアイレンズ４５ｂとのいずれか一方を選択的にパルスレーザ光の光路上に挿入する。本変形例では、コンデンサレンズ４６は、その焦点面が被照射物５０の表面に一致するように配置されている。コンデンサレンズ４６は、被照射物５０の表面にケーラ照明を行う。
【０１８０】
本変形例に係るレーザ照射システム２ｃのその他の構成は、第１の実施形態に係るレーザ照射システム２の構成と同様である。
【０１８１】
また、本変形例と同様に、第２の実施形態において説明したビームホモジナイザ４３ｂを、転写光学系４４に代えて、高反射ミラー４１ｃとウインドウ３６の間の光路上に配置してもよい。
【０１８２】
７．第３の実施形態
７．１  構成
図３０は、本開示の第３実施形態に係るレーザ照射システム２ｄの構成を概略的に示す。第３の実施形態に係るレーザ照射システム２ｂは、第２の実施形態に係るレーザ照射システム２ｂに含まれるレーザ照射装置４ｂに代えて、レーザ照射装置４ｄを含む。なお、以下では、第２の実施形態に係るレーザ照射システム２ｂの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１８３】
レーザ照射システム２ｄは、レーザ装置３と、レーザ照射装置４ｄと、を含む。レーザ装置３は、第１の実施形態のレーザ装置３と同一の構成である。レーザ照射装置４ｄは、光学システム４０ｄにおいて、高反射ミラー４１ａと高反射ミラー４１ｂとの間の光路上に配置された反射率可変ビームスプリッタ６０を含む。また、光学システム４０ｄは、第２の実施形態のビームホモジナイザ４３ｂに代えて、レーザドーピング用の第１のビームホモジナイザ７０と、ポストアニール用の第２のビームホモジナイザ８０と、を含む。
【０１８４】
図３１は、反射率可変ビームスプリッタ６０の構成を示す。図３１は、後述する図３２中の矢印α方向から反射率可変ビームスプリッタ６０を見た図である。反射率可変ビームスプリッタ６０は、部分反射ミラー６１と、ホルダ６１ａと、一軸移動ステージ６２と、で構成されている。部分反射ミラー６１は、長方形であり、その長手方向であるＨ軸方向に沿って反射率が単調に変化する。ホルダ６１ａは、部分反射ミラー６１の外縁部を保持している。一軸移動ステージ６２は、ホルダ６１ａに係合され、レーザ照射制御部３１から入力される制御信号に基づいて、Ｈ軸方向に部分反射ミラー６１を移動させる。
【０１８５】
符号６３は、レーザ装置３から光路管５及び高反射ミラー４１ａを介して部分反射ミラー６１に入射するパルスレーザ光の入射領域を示している。入射領域６３は、一軸移動ステージ６２を駆動し、部分反射ミラー６１をＨ軸方向に移動させることにより位置が変化する。すなわち、部分反射ミラー６１をＨ軸方向に移動させることにより、入射領域６３の反射率Ｒが変化する。部分反射ミラー６１は、入射領域６３に入射したパルスレーザ光の一部を透過させ、一部を反射させる。
【０１８６】
図３２は、第１のビームホモジナイザ７０及び第２のビームホモジナイザ８０の構成を示す。第１のビームホモジナイザ７０は、部分反射ミラー６１を透過する透過光の光路上に配置されている。この透過光は、高反射ミラー４１ｂによって反射されて、第１のビームホモジナイザ７０に入射する。第２のビームホモジナイザ８０は、部分反射ミラー６１により反射される反射光の光路上に配置されている。
【０１８７】
部分反射ミラー６１に入射するパルスレーザ光のパルスエネルギをＥｔとすると、第１のビームホモジナイザ７０に入射するルスレーザ光のパルスエネルギは、（１−Ｒ）Ｅｔとなる。第２のビームホモジナイザ８０に入射するルスレーザ光のパルスエネルギは、Ｒ・Ｅｔとなる。
【０１８８】
第１のビームホモジナイザ７０は、シリンドリカルレンズ群７１と、コンデンサレンズ７２と、第３のアクチュエータとしての一軸移動ステージ７３と、を含む。シリンドリカルレンズ群７１は、フライアイレンズを構成する。シリンドリカルレンズ群７１は、第１のシリンドリカルレンズアレー７１ａと、第２のシリンドリカルレンズアレー７１ｂと、第３のシリンドリカルレンズアレー７１ｃと、を含む。第１のビームホモジナイザ７０の構成は、第２の実施形態のビームホモジナイザ４３ｂの構成と同様である。
【０１８９】
一軸移動ステージ７３が第１のシリンドリカルレンズアレー７１ａをＩ軸方向に移動させることにより、第１のシリンドリカルレンズアレー７１ａと第２のシリンドリカルレンズアレー７１ｂとの間の間隔Ｄｄが変化する。間隔Ｄｄを変化させることにより、コンデンサレンズ７２の焦点面Ｐｆにおけるパルスレーザ光のＶ軸方向へのビーム幅ＩＬｖｄを制御することができる。
【０１９０】
図３３Ａ及び図３３Ｂに示される符号Ａｄは、第１のビームホモジナイザ７０から高反射ミラー４１ｃ及び転写光学系４４を介して被照射物５０に照射されるパルスレーザ光のビーム形状、すなわち照射領域を示す。照射領域ＡｄのＸ軸方向への幅である第１のビーム幅Ｂｄｘは、ビーム幅ＩＬｖｄと、下式（２３）の関係を有する。
【０１９１】
Ｂｄｘ＝Ｍ・ＩＬｖｄ    ・・・（２３）
【０１９２】
したがって、レーザドーピング用の第１のビーム幅Ｂｄｘは、間隔Ｄｄを変化させることにより制御が可能である。
【０１９３】
第２のビームホモジナイザ８０は、シリンドリカルレンズ群８１と、コンデンサレンズ８２と、第４のアクチュエータとしての一軸移動ステージ８３と、を含む。シリンドリカルレンズ群８１は、フライアイレンズを構成する。シリンドリカルレンズ群８１は、第４のシリンドリカルレンズアレー８１ａと、第５のシリンドリカルレンズアレー８１ｂと、第６のシリンドリカルレンズアレー８１ｃと、を含む。第２のビームホモジナイザ８０の構成は、第２の実施形態のビームホモジナイザ４３ｂの構成と同様である。
【０１９４】
一軸移動ステージ８３が第４のシリンドリカルレンズアレー８１ａをＩ軸方向に移動させることにより、第４のシリンドリカルレンズアレー８１ａと第５のシリンドリカルレンズアレー８１ｂとの間の間隔Ｄｐが変化する。間隔Ｄｐを変化させることにより、コンデンサレンズ８２の焦点面Ｐｆにおけるパルスレーザ光のＶ軸方向へのビーム幅ＩＬｖｐを制御することができる。
【０１９５】
図３３Ａ及び図３３Ｂに示される符号Ａｐは、第２のビームホモジナイザ８０から高反射ミラー４１ｃ及び転写光学系４４を介して被照射物５０に照射されるパルスレーザ光のビーム形状、すなわち照射領域を示す。照射領域ＡｐのＸ軸方向への幅である第１のビーム幅Ｂｐｘは、ビーム幅ＩＬｖｐと、下式（２４）の関係を有する。
【０１９６】
Ｂｐｘ＝Ｍ・ＩＬｖｐ    ・・・（２４）
【０１９７】
したがって、ポストアニール用の第１のビーム幅Ｂｐｘは、間隔Ｄｐを変化させることにより制御が可能である。
【０１９８】
なお、照射領域Ａｄと照射領域ＡｐとのＹ軸方向への幅は同一、すなわち第２のビーム幅Ｂｙである。
【０１９９】
７．２  スキャン照射制御
次に、本実施形態においてレーザ照射制御部３１により行われるスキャン照射制御について説明する。本実施形態では、照射領域Ａｄにレーザドーピング用のパルスレーザ光が照射されるとともに、照射領域Ａｐにポストアニール用のパルスレーザ光が照射された状態で、被照射物５０がＸＹＺステージ３３により一定の速度で移動される。すなわち、本実施形態では、レーザドーピング用ビームのスキャン照射と、ポストアニール用ビームのスキャン照射とを同時に実行する。
【０２００】
具体的には、被照射物５０の表面には、レーザドーピング用の照射領域Ａｄと、ポストアニール用の照射領域ＡｐとがＸ軸方向に隣接するように設定される。照射領域Ａｄは、照射領域Ａｐよりもスキャン方向の先頭側に配置される。すなわち、レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、照射領域Ａｄが照射領域Ａｐよりも先に各チップ形成領域５３を通過するように、一定のスキャン速度Ｖｘで被照射物５０を等速直線運動させる。レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸正方向に１行ずつスキャン照射を行い、１行のスキャン照射が終了するたびに、パルスレーザ光の照射を停止して、照射領域を各行の先頭側に戻す。図３３Ａにおいて、符号Ｓｄｐは、スキャン照射の経路を表している。符号Ｓｏｆｆは、パルスレーザ光の照射を停止してＸＹＺステージ３３を移動させる経路を表している。
【０２０１】
７．３  反射率の設定方法
次に、第１及び第２の照射条件に基づく、入射領域６３の反射率Ｒの設定方法について説明する。まず、本実施形態では、レーザドーピング時のフルーエンスＦｄは、下式（２５）で表される。また、ポストアニール時のフルーエンスＦｐは、下式（２６）で表される。
【０２０２】
Ｆｄ＝（１−Ｒ）Ｅｔ／（Ｂｄｘ・Ｂｙ）    ・・・（２５）
Ｆｐ＝Ｒ・Ｅｔ／（Ｂｐｘ・Ｂｙ）    ・・・（２６）
【０２０３】
上式（２５）及び上式（２６）から下式（２７）が得られる。
【０２０４】
α＝Ｆｐ／Ｆｄ＝（Ｒ／（１−Ｒ））（Ｂｄｘ／Ｂｐｘ）    ・・・（２７）
【０２０５】
本実施形態では、レーザドーピング時とポストアニール時とでスキャン速度が同一、すなわちＶｘ＝Ｖｄｘ＝Ｖｐｘであるので、前述の式（１２）及び（１４）から下式（２８）が得られる。
【０２０６】
β＝Ｎｐ／Ｎｄ＝Ｂｐｘ／Ｂｄｘ    ・・・（２８）
【０２０７】
そして、上式（２７）及び上式（２８）から下式（２９）が得られる。
【０２０８】
Ｒ＝α・β／（１＋α・β）    ・・・（２９）
【０２０９】
したがって、第１の照射条件に含まれる第１のフルーエンスＦｄ及び第１の照射パルス数Ｎｄと、第２の照射条件に含まれる第２のフルーエンスＦｐ及び第２の照射パルス数Ｎｐとを用い、上式（２７）〜（２９）に基づいて反射率Ｒを算出することができる。
【０２１０】
レーザ照射制御部３１は、反射率可変ビームスプリッタ６０に含まれる一軸移動ステージ６２を駆動し、入射領域６３の反射率Ｒが上記算出値となる位置に部分反射ミラー６１を移動させることにより、反射率Ｒの設定を行う。
【０２１１】
７．４  レーザ照射システムの動作
７．４．１  メインフロー
図３４は、レーザ照射制御部３１によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。本実施形態のステップＳ７００〜Ｓ７４０は、第１の実施形態のステップＳ３００〜Ｓ３４０と同様である。本実施形態では、レーザ照射制御部３１は、ステップＳ７４０の後、レーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出し（ステップＳ７５０）、算出した各パラメータをレーザ照射装置４ｄに設定する（ステップＳ７６０）。
【０２１２】
そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａｄ及び照射領域Ａｐを共にスキャン経路Ｓｄｐに沿ってＸ軸正方向に一定速度で移動させながら、被照射物５０にパルスレーザ光を照射するスキャン照射を行う（ステップＳ７７０）。レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸正方向への１行分のスキャン照射が終了すると、照射領域Ａｄ及び照射領域Ａｐを経路Ｓｏｆｆに沿ってＸ軸負方向に移動させる（ステップＳ７８０）。
【０２１３】
次に、レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了したか否かを判定する（ステップＳ７９０）。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了していない場合（ステップＳ７９０でＮＯ）には、照射領域Ａｄ及び照射領域ＡｐをＹ軸方向に移動させ、次の行のスキャン照射開始位置にセットする（ステップＳ８００）。そして、レーザ照射制御部３１は、処理をステップＳ７７０に戻し、同様の処理を繰り返し実行する。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了すると（ステップＳ７９０でＹＥＳ）、スキャン照射制御を終了する。
【０２１４】
７．４．２  Ｓ７５０の詳細
図３５は、図３４に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理（ステップＳ７５０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ７５０では、まず、レーザ照射制御部３１は、第１のフルーエンスＦｄと第２のフルーエンスＦｐとの比αと、第１の照射パルス数Ｎｄと第２の照射パルス数Ｎｐとの比βを算出する（ステップＳ７５１）。そして、レーザ照射制御部３１は、上式（２９）に基づいて反射率Ｒを算出する（ステップＳ７５２）。
【０２１５】
次に、レーザ照射制御部３１は、上式（２５）を変形した下式（３０）に基づき、レーザドーピング用の第１のビーム幅Ｂｄｘを算出する（ステップＳ７５３）。
【０２１６】
Ｂｄｘ＝（１−Ｒ）Ｅｔ／（Ｆｄ・Ｂｙ）    ・・・（３０）
【０２１７】
また、レーザ照射制御部３１は、上式（２６）を変形した下式（３１）に基づき、ポストアニール用の第１のビーム幅Ｂｐｘを算出する（ステップＳ７５４）。
【０２１８】
Ｂｐｘ＝Ｒ・Ｅｔ／（Ｆｐ・Ｂｙ）    ・・・（３１）
【０２１９】
そして、レーザ照射制御部３１は、下式（３２）に基づき、スキャン速度Ｖｘを算出する（ステップＳ７５５）。
【０２２０】
Ｖｘ＝ｆ・Ｂｄｘ／Ｎｄ    ・・・（３２）
【０２２１】
この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０２２２】
７．４．３  Ｓ７６０の詳細
図３６は、図３４に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータの設定を設定する処理（ステップＳ７６０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ７６０では、まず、レーザ照射制御部３１は、反射率可変ビームスプリッタ６０に含まれる一軸移動ステージ６２を制御し、入射領域６３の反射率ＲがステップＳ７５２で算出された値となる位置に、部分反射ミラー６１を移動させる（ステップＳ７６１）。
【０２２３】
次に、レーザ照射制御部３１は、第１のビームホモジナイザ７０に含まれる一軸移動ステージ７３を制御し、ステップＳ７５３で算出された第１のビーム幅Ｂｄｘの算出値に対応するように間隔Ｄｄを設定する（ステップＳ７６２）。また、レーザ照射制御部３１は、第２のビームホモジナイザ８０に含まれる一軸移動ステージ８３を制御し、ステップＳ７５４で算出された第１のビーム幅Ｂｐｘの算出値に対応するように間隔Ｄｐを設定する（ステップＳ７６３）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０２２４】
なお、ステップＳ７７０の詳細は、第１の実施形態で説明したステップＳ１７０の詳細と同様であるので説明は省略する。なお、本実施形態では、レーザ照射制御部３１は、等速直線運動の速度がステップＳ７５５で算出したスキャン速度ＶｘとなるようにＸＹＺステージ３３を設定して、Ｘ軸正方向へのスキャン照射を実行する。
【０２２５】
７．５  効果
本実施形態では、１回のスキャン照射によりレーザドーピングとポストアニールとを行うことができる。また、本実施形態では、レーザ装置３から供給されるパルスレーザ光を反射率可変ビームスプリッタ６０で分離し、分離した一方の光をレーザドーピング用ビームとし、他方の光をポストアニール用ビームとしているので、パルスエネルギの利用効率が高い。
【０２２６】
なお、本実施形態では、反射率可変ビームスプリッタ６０により反射された反射光をレーザドーピング用ビームとし、透過光をポストアニール用ビームとしているが、これとは逆に、透過光をレーザドーピング用ビームとし、反射光をポストアニール用ビームとしてもよい。
【０２２７】
また、本実施形態では、Ｘ軸正方向へのみスキャン照射を行っているが、Ｘ軸正方向への第１のスキャン照射と、Ｘ軸負方向への第２のスキャン照射とを１行ずつ交互に行うことも可能である。この場合、第１のスキャン照射と第２のスキャン照射とで、照射領域Ａｄと照射領域ＡｐとのＸ軸方向に関する位置関係を逆とする必要がある。すなわち、第２のスキャン照射では、第２のビームホモジナイザ８０をレーザドーピング用とし、第１のビームホモジナイザ７０をポストアニール用とする必要がある。
【０２２８】
このために、第２のスキャン照射では、α＝Ｆｄ／Ｆｐ、β＝Ｎｄ／Ｎｐとして、反射率Ｒを、上式（２９）に基づいて算出すればよい。また、この場合、レーザドーピング用ビームの第１のビーム幅Ｂｄｘは、下式（３３）を満たす。ポストアニール用ビームの第１のビーム幅Ｂｐｘは、下式（３４）を満たす。
【０２２９】
Ｂｄｘ＝Ｒ・Ｅｔ／（Ｆｄ・Ｂｙ）    ・・・（３３）
Ｂｐｘ＝（１−Ｒ）Ｅｔ／（Ｆｐ・Ｂｙ）    ・・・（３４）
【０２３０】
本実施形態では、レーザドーピング用の第１のビームホモジナイザ７０は、シリンドリカルレンズ群７１を含み、ポストアニール用の第２のビームホモジナイザ８０は、シリンドリカルレンズ群８１を含んでいる。シリンドリカルレンズ群７１に代えて、第１のフライアイレンズ４５ａを固定配置し、シリンドリカルレンズ群８１に代えて、第２のフライアイレンズ４５ｂを固定配置してもよい。
【０２３１】
下表３は、第３の実施形態において、Ｅｔ＝１００ｍＪとした場合のレーザドーピング時とポストアニール時とにおける各パラメータの具体例を示す。下表４は、第３の実施形態において、Ｅｔ＝４０ｍＪとした場合のレーザドーピング時とポストアニール時とにおける各パラメータの具体例を示す。
【０２３２】
【表３】
2019123612.tif 000005
【０２３３】
【表４】
2019123612.tif 000006
【０２３４】
表３及び表４から、本実施形態では、パルスレーザ光のパルスエネルギが１００ｍＪや４０ｍＪと低い場合であってもレーザドーピング及びポストアニールが可能であることが分かる。前述のように、レーザドーピング時のフルーエンスＦｄとポストアニール時のフルーエンスＦｐは、スキャン照射のスキャン方向のビーム幅Ｂｄｘと、反射率Ｒとを調節することによってそれぞれ設定可能である。表３及び表４中のビーム幅Ｂｄｘと反射率Ｒと値は、十分に調節可能な値である。また、表３及び表４中のスキャン速度Ｖｘの値は、十分に調節可能な値である。
【０２３５】
８．第４の実施形態
８．１  構成
図３７は、本開示の第４の実施形態に係るレーザ照射システム２ｅの構成を概略的に示す。第４の実施形態に係るレーザ照射システム２ｅは、第１の実施形態に係るレーザ照射システム２ａに含まれるレーザ照射装置４ａに代えて、レーザ照射装置４ｅを含む。なお、以下では、第１の実施形態に係るレーザ照射システム２ａの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０２３６】
レーザ照射システム２ｅは、レーザ装置３と、レーザ照射装置４ｅと、を含む。レーザ装置３は、第１の実施形態のレーザ装置３と同一の構成である。レーザ照射装置４ｅは、光学システム４０ｅにおいて、比較例のビームホモジナイザ４３に代えて、ビームホモジナイザ９０を含む。
【０２３７】
図３８Ａ及び図３８Ｂに示すように、ビームホモジナイザ９０は、高反射ミラー９１と、部分反射ミラー９２と、シリンドリカルアレー９３と、コンデンサレンズ９４と、回転ステージ９５と、を含む。高反射ミラー９１、部分反射ミラー９２、シリンドリカルアレー９３、及びコンデンサレンズ９４は、パルスレーザ光の光路上に、上流側からこの順番に配置されている。
【０２３８】
高反射ミラー９１は、透明な平行平板基板９１ａに、反射抑制膜９１ｂと、高反射膜９１ｃとを形成することにより構成されている。高反射ミラー９１は、平行平板基板９１ａの両面が、ＶＨ面とほぼ平行となるように配置されている。反射抑制膜９１ｂは、高反射ミラー４１ｂにより反射されたパルスレーザ光が平行平板基板９１ａに入射する領域において、平行平板基板９１ａの両面側に形成されている。高反射膜９１ｃは、部分反射ミラー９２から反射光が入射する領域に形成されている。
【０２３９】
部分反射ミラー９２は、透明な平行平板基板９２ａに、部分反射膜９２ｂと、第１の反射抑制膜９２ｃと、第２の反射抑制膜９２ｄとを形成することにより構成されている。部分反射ミラー９２は、高反射ミラー９１とは非平行であり、Ｈ軸を中心として傾斜した状態に配置されている。部分反射膜９２ｂは、平行平板基板９２ａの高反射ミラー９１側の面に形成されている。第１の反射抑制膜９２ｃは、平行平板基板９２ａのシリンドリカルアレー９３側の面に形成されている。第２の反射抑制膜９２ｄは、高反射ミラー９１側であって、部分反射膜９２ｂにより部分反射が３回繰り返された後のパルスレーザ光が入射する領域に形成されている。
【０２４０】
回転ステージ９５は、部分反射ミラー９２を、Ｈ軸を中心として回転自在に保持している。回転ステージ９５は、レーザ照射制御部３１から入力される制御信号に基づき、部分反射ミラー９２を回転させることにより、高反射ミラー９１に対する部分反射ミラー９２のなす角度θを変化させる。
【０２４１】
シリンドリカルアレー９３及びコンデンサレンズ９４は、それぞれ第２の実施形態に係る第３のシリンドリカルレンズアレー４８ｃ及びコンデンサレンズ４６と同様の構成である。
【０２４２】
８．２  動作
次に、レーザ照射システム２ｅの動作について説明する。レーザ装置３からレーザ照射装置４ｅに入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー４１ａにより反射され、アッテネータ４２を介して高反射ミラー４１ｂに入射する。高反射ミラー４１ｂに入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー４１ｂに反射されてビームホモジナイザ９０に入射する。
【０２４３】
ビームホモジナイザ９０に入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー９１の反射抑制膜９１ｂが形成された領域に入射し、高反射ミラー９１を透過して部分反射ミラー９２に入射する。このパルスレーザ光は、一部が部分反射ミラー９２を透過して、第１のパルスレーザ光Ｉ１として出力され、一部が部分反射ミラー９２により反射される。
【０２４４】
この反射光は、高反射ミラー９１に入射して、高反射膜９１ｃにより反射により反射される。この反射光の一部が部分反射ミラー９２を透過して、第２のパルスレーザ光Ｉ２として出力され、一部が部分反射ミラー９２により反射される。この反射光は、高反射ミラー９１に入射して、高反射膜９１ｃにより反射により反射される。この反射光の一部が部分反射ミラー９２を透過して、第３のパルスレーザ光Ｉ３として出力され、一部が部分反射ミラー９２により反射される。
【０２４５】
この反射光は、高反射ミラー９１に入射して、高反射膜９１ｃにより反射により反射される。この反射光は、部分反射ミラー９２の第２の反射抑制膜９２ｄが形成された領域に入射し、部分反射ミラー９２を透過して、第４のパルスレーザ光Ｉ４として出力される。
【０２４６】
第１のパルスレーザ光Ｉ１の光路軸は、Ｉ軸に平行である。第２〜第４のパルスレーザ光Ｉ２〜Ｉ４の各光路軸は、順に、Ｉ軸に対するＶ方向への傾きが増加する。第１〜第４のパルスレーザ光Ｉ１〜Ｉ４は、コンデンサレンズ９４により集光される。具体的には、第１〜第４のパルスレーザ光Ｉ１〜Ｉ４は、コンデンサレンズ９４の焦点面Ｐｆにおいて、Ｖ方向に並ぶように集光される。
【０２４７】
例えば、部分反射ミラー９２の部分反射膜９２ｂの反射率を７５％とし、Ｅｔ＝１００ｍＪとした場合、損失を無視すると、第１〜第４のパルスレーザ光Ｉ１〜Ｉ４のパルスエネルギは、順に、２５ｍＪ、２５ｍＪ、１４ｍＪ、４２ｍＪとなる。この場合、第４のパルスレーザ光Ｉ４のパルスエネルギが他と比較して大きくなるので、第４のパルスレーザ光Ｉ４をレーザドーピング用のビームとし、第１〜第３のパルスレーザ光Ｉ１〜Ｉ３をポストアニール用のビームとすることができる。
【０２４８】
第１〜第４のパルスレーザ光Ｉ１〜Ｉ４が集光された集光ビームは、転写光学系４４によって、被照射物５０の表面に転写される。第４のパルスレーザ光Ｉ４による第１のフルーエンスＦｄは、前述の式（４）を満たせばよい。第１〜第３のパルスレーザ光Ｉ１〜Ｉ３による第２のフルーエンスＦｐは、前述の式（５）または式（６）を満たせばよい。第１のフルーエンスＦｄと第２のフルーエンスＦｐとが適正値となるように、アッテネータ４２の透過率を調節してもよい。
【０２４９】
また、本実施形態では、焦点面Ｐｆにおける第４のパルスレーザ光Ｉ４のＶ軸方向へのビーム幅ＩＬｖｄと、第１〜第３のパルスレーザ光Ｉ１〜Ｉ３のＶ軸方向へのビーム幅ＩＬｖｐとは、回転ステージ９５を制御することにより調整することができる。すなわち、回転ステージ９５を制御することにより、レーザドーピング用の第１のビーム幅Ｂｄｘと、ポストアニール用の第１のビーム幅Ｂｐｘとを調整することができる。
【０２５０】
本実施形態におけるスキャン照射制御は、第３の実施形態と同様である。スキャン速度Ｖｘは、例えば、前述の式（３２）に基づいて設定することが可能である。
【０２５１】
８．３  効果
本実施形態では、ビームホモジナイザ９０によって、レーザドーピング用ビームと、ポストアニール用ビームとを近接させることができる。また、本実施形態では、第３の実施形態と比較して、小型のビームホモジナイザ９０によって、レーザドーピング用ビームと、ポストアニール用ビームとを同時に生成することができる。
【０２５２】
９．レーザ装置の変形例
上記各実施形態におけるレーザ装置３は、種々の変形が可能である。以下に、レーザ装置３の１つの変形例を説明する。図３９は、本変形例に係るレーザ装置３ａの構成を示す。レーザ装置３ａは、第１実施形態のレーザ装置３に、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光のエネルギを増幅する増幅器ＰＡを追加したものである。増幅器ＰＡは、マスターオシレータＭＯとＯＰＳ１０との間のパルスレーザ光の光路上に配置されている。増幅器ＰＡは、光共振器を有しないこと以外は、マスターオシレータＭＯと同様の構成である。増幅器ＰＡは、レーザチャンバ２０、充電器２３、及びＰＰＭ２４を含む。
【０２５３】
レーザ制御部１３は、レーザ照射制御部３１から目標パルスエネルギＥｔ等のデータを受信すると、目標値でレーザ発振するように、マスターオシレータＭＯ及び増幅器ＰＡの各充電器２３の充電電圧を制御する。
【０２５４】
レーザ制御部１３は、レーザ照射制御部３１から発光トリガＴｒを受信すると、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光が増幅器ＰＡの放電空間内に入射したときに放電が生じるように、マスターオシレータＭＯ及び増幅器ＰＡを制御する。具体的には、レーザ制御部１３は、上記放電が生じるように、マスターオシレータＭＯ及び増幅器ＰＡの各スイッチ２４ａに、発光トリガＴｒと同期した信号を入力させ、両スイッチ２４ａのオンタイミングを調整する。この結果、マスターオシレータＭＯから増幅器ＰＡに入射したパルスレーザ光は、増幅器ＰＡにおいて増幅発振される。
【０２５５】
増幅器ＰＡで増幅されて出力されたパルスレーザ光は、ＯＰＳ１０を介してモニタモジュール１１に入射し、モニタモジュール１１においてパルスエネルギが計測される。レーザ制御部１３は、パルスエネルギの計測値が目標パルスエネルギＥｔに近づくように、マスターオシレータＭＯ及び増幅器ＰＡの各充電器２３の充電電圧を制御する。シャッタ１２が開くと、モニタモジュール１１のビームスプリッタ１１ａを透過したパルスレーザ光が、レーザ照射装置４ａに入射する。
【０２５６】
このように、増幅器ＰＡを設けることにより、レーザ装置３ａは、高いパルスエネルギのレーザ光を出力することができる。
【０２５７】
１０．その他の変形例
図４０は、レーザ照射装置のその他の変形例を示す。本変形例に係るレーザ照射装置４ｆに含まれる光学システム４０ｆは、高反射ミラー４１ｃに代えて、ビームスプリッタ１００が設けられている点が、第１の実施形態の光学システム４０ａと異なる。また、レーザ照射装置４ｆは、コンデンサレンズ１０１と、光センサ１０２とを、さらに含む。
【０２５８】
ビームスプリッタ１００は、ビームホモジナイザ４３ａから入射するパルスレーザ光の一部を反射させて転写光学系４４に導き、一部を透過させてコンデンサレンズ１０１に導く。コンデンサレンズ１０１は、ビームスプリッタ１００の透過光を集光して光センサ１０２に入射させる。光センサ１０２は、入射光に基づきパルスレーザ光のパルスエネルギを計測して計測値をレーザ照射制御部３１に入力する。ここで、光の利用効率の低下を抑制するため、ビームスプリッタ１００の反射率は、９８％以上１００％未満の範囲内であることが好ましい。
【０２５９】
レーザ照射制御部３１は、光センサ１０２から入力されたパルスエネルギの計測値に基づいてアッテネータ４２の透過率を制御することにより、高精度にフルーエンスを制御することができる。
【０２６０】
また、本変形例では、照射シールド１１０は、第１の実施形態の照射シールド３５のようにテーブル３２及びＸＹＺステージ３３を全体的に囲うものではなく、被照射物５０の照射位置を含む一部分のみを囲う。照射シールド１１０には、吸入ポート１１１が設けられている。吸入ポート１１１には、第２のパージガスを供給する第２のパージガス供給源３８が接続されている。照射シールド１１０の形状は、例えば、円筒形状である。照射シールド１１０には、下端部の一部に、被照射物５０の表面との間に、僅かな隙間が設けられている。この隙間が照射シールド１１０内のガスを排出する排出ポートとして機能する。
【０２６１】
また、照射シールドの形状は、円筒形状に限られない。図４１に示すように、円筒形状の照射シールド１１０に代えて、円錐形状の照射シールド１２０を用いてもよい。照射シールド１２０は、下端部に向かって径が次第に細くなる。
【０２６２】
なお、照射シールドは、必ずしも必要ではなく、被照射物５０を、真空チャンバ内に配置することにより酸化物の生成を抑制してもよい。
【０２６３】
また、上記各実施形態では、レーザ装置内にＯＰＳを設けているが、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光のパルス時間幅が、レーザドーピングが可能な範囲であれば、ＯＰＳは必ずしも必要ではない。
【０２６４】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の各実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０２６５】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」または「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」または「１またはそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【図１】
2019123612.tif 000007
【図２】
2019123612.tif 000008
【図３】
2019123612.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019123612.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019123612.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2019123612.tif 000020
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2019123612.tif 000041
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【国際調査報告】
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