(57)【要約】室温で基板に実質的に吸収されないアニール放射線ビームを使用して基板のレーザー熱アニール（ＬＴＡ）を行うための装置及び方法である。この方法は、ドープされていないシリコン基板等における長波長放射線（１μｍ以上）の吸収が温度に大きく依存するという事実を利用する。この方法は、長波長アニール放射線が実質的に吸収される臨界温度に基板を加熱した後、基板にアニール放射線を照射して基板をアニールすることができる温度を生成することを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する基板のレーザー熱アニールを行うための装置であって、
室温で前記基板に実質的に吸収されない波長を有する連続したアニール放射線を生成することができるレーザーと、
前記アニール放射線を受け、前記基板の表面上で走査される第１の像を前記基板の前記表面において形成するアニール放射線ビームを形成するアニール光学系と、
前記基板の少なくとも一部を、前記一部に入射した前記アニール放射線ビームが走査時に前記一部において前記基板の前記表面近傍で実質的に吸収されるように、臨界温度に加熱するための加熱装置と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記アニール放射線ビームが１μｍよりも長い波長を有する装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記基板が、前記アニール放射線ビームと相対的に前記基板を移動させることによって前記走査を行う可動ステージによって支持される装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記アニール放射線が１０．６μｍの波長を有する装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記基板がドープされていないシリコンまたは低濃度ドープされたシリコンである装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記アニール放射線によって形成される前記第１の像が線像である装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記加熱装置が、前記基板を支持し、前記基板を前記臨界温度に加熱する加熱チャックを含む装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記加熱装置が、前記基板から放射された熱を前記基板に対して反射する熱シールドをさらに含む装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記加熱装置が、前記基板を取り囲み、前記基板を前記臨界温度に加熱する加熱エンクロージャをさらに含む装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記加熱装置が、
予熱放射線を放射する予熱放射線源と、
前記予熱放射線を受け、前記基板において第２の像を形成する予熱放射線ビームを形成するリレーレンズと、
を含み、
前記第２の像が、前記基板の前記表面上で走査され、前記走査された第１の像の前方または前記走査された第１の像と部分的に重なる前記基板の部分を予熱し、
前記予熱放射線が、室温で前記基板に実質的に吸収される波長を有する装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第２の像が線像である装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記予熱放射線ビームが７８０ｎｍまたは８００ｎｍの波長を有する装置。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記リレーレンズが、前記予熱放射線ビームが法線入射で前記基板に入射するように配置され、
偏光子と、
１／４波長板と、
をさらに含み、
前記偏光子と前記１／４波長板が前記予熱放射線ビーム内に配置され、前記基板によって反射され、前記予熱放射線源に戻る予熱放射線の量を減少させる装置。
【請求項１４】
請求項１０において、
偏光子とファラデー回転子が前記予熱放射線ビーム内に配置され、予熱放射線ビームが前記予熱放射線源に戻ることを実質的に防ぐ装置。
【請求項１５】
請求項１０において、
前記予熱放射線源がレーザーダイオードのアレイであり、
前記リレーレンズがアナモルフィックであって、前記基板における前記レーザーダイオードのアレイの線像として前記第２の像を形成する装置。
【請求項１６】
請求項１０において、
前記リレーレンズが、前記第２の像の焦点を維持するために調節することができる要素を含む装置。
【請求項１７】
請求項１において、
前記基板を支持するチャックと、
前記チャックを支持する可動ステージと、
前記可動ステージに動作的に接続され、前記ステージを選択的に移動させて前記基板を選択的に移動させることによって、前記走査を行うステージ駆動部と、
をさらに含む装置。
【請求項１８】
基板をレーザー熱アニールする方法であって、
室温で前記基板に実質的に吸収されない波長を有するレーザーからのアニール放射線ビームを供給すること、
加熱部分で前記アニール放射線ビームが前記基板の表面近傍で実質的に吸収されるように前記基板の少なくとも一部を臨界温度に加熱すること、
前記基板の前記加熱部分上において前記アニール放射線ビームを走査することによって自己持続アニール条件を開始させること、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記基板は、ドープされていないシリコン基板または低濃度ドープされたシリコン基板である方法。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記加熱することは、前記基板を支持する加熱チャックを介して前記基板に熱を供給することを含む方法。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記基板から放射された熱を前記基板に対して反射することを含む方法。
【請求項２２】
請求項１８において、
前記加熱することは、前記基板を取り囲む加熱エンクロージャを介して前記基板に熱を供給することを含む方法。
【請求項２３】
請求項１８において、
前記加熱することは、室温で前記基板に実質的に吸収される波長を有する予熱放射線ビームを前記基板の前記一部に照射することを含む方法。
【請求項２４】
請求項２３において、
前記予熱放射線ビームは、７８０ｎｍまたは８００ｎｍの波長を有する方法。
【請求項２５】
請求項２３において、
ダイオードレーザーのアレイを使用して前記予熱放射線ビームを発生させることを含む方法。
【請求項２６】
請求項２３において、
前記アニール放射線ビームが前記基板において第１の像を形成し、前記予熱放射線ビームが前記基板において前記第１の像の前方または前記第１の像と部分的に重なる位置に第２の像を形成し、前記第１及び第２の像を基板上で走査する方法。
【請求項２７】
請求項２６において、
前記第２の像を走査時に前記第１の像の前方または前記第１の像と部分的に重なる位置に維持する方法。
【請求項２８】
請求項１８において、
前記アニール放射線ビームが１μｍよりも長い波長を有する方法。
【請求項２９】
請求項２８において、
前記アニール放射線ビームが１０．６μｍの波長を有する方法。
【請求項３０】
請求項２３において、
ｉ）自己持続アニール条件を開始させるために前記予熱放射線ビームによって生成される臨界温度及びｉｉ）前記自己持続アニール条件を開始させるために必要な前記予熱放射線ビームにおける最小パワーの少なくとも一方を、１組の試験基板に選択された強度を有する対応する１組のアニール放射線ビーム及び１組の予熱放射線ビームを照射することによって経験的に決定することを含む方法。
【請求項３１】
請求項１８において、
前記臨界温度が３６０℃以上である方法。
【請求項３２】
請求項２６において、
前記走査を、ラスタパターン、牛耕式パターン、スパイラルパターンを含むパターン群から選択されるパターンで行う方法。
【請求項３３】
請求項２６において、
前記走査を、前記基板を支持するチャックを支持する可動基板ステージを選択的に移動させることによって行う方法。
【請求項３４】
請求項２３において、
前記予熱放射線ビームがパワーレベルを有し、
前記パワーレベルを、吸収性基板をアニールするために十分なパワーを有するアニール放射線ビームの下で前記基板を走査し、
前記基板の表面上でアニール温度に達するまで前記予熱放射線ビームのパワーレべルを上昇させ、
少なくとも到達した前記アニール温度をもたらすパワーレベルに前記パワーレベルを設定することによって設定する方法。
【請求項３５】
温度を有する基板をレーザー熱アニールする方法であって、
室温で前記基板に実質的に吸収されない波長を有するレーザーからのアニール放射線ビームを供給すること、
室温で前記基板に実質的に吸収される波長を有する走査予熱放射線ビームを前記基板の一部に照射し、加熱部分で前記アニール放射線ビームが前記基板の表面近傍で実質的に吸収されるように前記基板の前記温度を臨界温度に上昇させること、
前記予熱放射線ビームの後方または前記予熱放射線ビームと部分的に重なる位置において前記アニール放射線ビームを走査することによって自己持続アニール条件を開始させること、
を含むこと特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザー熱アニールに関し、特に、常温ではアニール放射線ビームを効率的に吸収しない基板のレーザー熱アニールを行うための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー熱アニール（ｌａｓｅｒ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ：ＬＴＡ）（「レーザー熱処理」ともいう）は、基板の表面の温度を迅速に上昇及び下降させて特性を変化させるために使用される技術である。一例として、集積装置または集積回路を形成するために使用されるトランジスタのソース、ドレインまたはゲート領域のドーパントのアニール及び／または活性化が挙げられる。また、ＬＴＡは、集積デバイスまたは回路のシリサイド領域を形成したり、ポリシリコンのランナー抵抗（ｒｕｎｎｅｒ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を低下させたり、基板（またはウェハ）に物質を形成したり、基板から物質を除去するための化学反応を引き起こすためにも使用することができる。
【０００３】
ＬＴＡは、アニールサイクルを従来のアニール技術の１０００倍に高速化させる可能性を有しており、シリコンウエハに対して使用されるアニールまたは活性化サイクルにおけるドーパント不純物の拡散を実質的に解消することができる。その結果、ドーパントプロファイルがより急峻になり、場合によっては活性化レベルが上昇する。その結果、高性能な（例えば、高速な）集積回路を得ることができる。
【０００４】
米国特許出願第１０／２８７，８６４号は、ＣＯ２レーザー放射線を使用してドープシリコン基板のＬＴＡを行うことを開示している。レーザー放射線は狭い線に集束され、ラスタパターンで基板上を一定の速度で走査される。しかし、この手法は、ドープされたシリコンにおけるレーザー放射線の吸収長が熱拡散距離よりも小さいかほぼ同等である比較的高濃度にドープされた基板（約３×１０１７原子／ｃｍ３のドーパント濃度）のみに対して有効である。一方、低濃度ドープされた基板（約１×１０１６原子／ｃｍ３以下のドーパント濃度）では、ＣＯ２レーザー放射線はエネルギーを基板に与えることなく基板を通過してしまう。
【０００５】
従って、加熱しない場合には基板を通過してしまう波長１０．６μｍのＣＯ２レーザー放射線等の放射線を使用して低濃度ドープされたシリコン基板のＬＴＡを効率的に行う方法が求められている。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の第１の態様は、表面を有する基板のレーザー熱アニールを行うための装置である。装置は、室温で基板に実質的に吸収されない波長を有する連続アニール放射線を発生することができるレーザーを含む。装置は、アニール放射線を受け、基板の表面に第１の像を形成するアニール放射線ビームを形成するアニール光学系も含み、第１の像は基板の表面上を走査される。装置は、走査時に加熱部分に入射したアニール放射線ビームが基板の表面近傍で実質的に吸収されるように、基板の少なくとも一部を臨界温度に加熱するための加熱装置も含む。一実施形態では、基板の一部の加熱は、波長の長いアニールビームに先行する波長の短いレーザーダイオードビームを使用することによって行うことができる。
【０００７】
本発明の第２の態様は、基板をレーザー熱処理するための方法である。方法は、室温で基板に実質的に吸収されない波長を有するレーザーからのアニール放射線を供給し、加熱部分でアニール放射線ビームが基板の表面近傍で実質的に吸収されるように、基板の少なくとも一部を臨界温度に加熱することを含む。方法は、基板上でアニール放射線ビームを走査する直前に基板の表面の一部を加熱することによって自己持続アニール条件を開始させることも含む。
【０００８】
各図面に示す各要素は説明のみのためのものであり、縮尺に必ずしも制限されるものではない。ある要素の縮尺は誇張され、その他の要素は最小となっている場合もある。各図面は、当業者が理解し、適切に実施することができる本発明の様々な実施態様を例示することを意図するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は基板のレーザー熱アニール（ＬＴＡ）に関し、特に、低濃度ドープされたシリコンウエハ（基板）のＬＴＡを行うための装置及び方法に関する。本明細書において、「低濃度ドープ」とは、約１０１６原子／ｃｍ３以下のドーパント濃度を意味する。基板のドーパント濃度は、所望の抵抗率レべルと基板型（Ｎ型またはＰ型）を達成するための通常の基板製造に関連するものであってもよい。
【００１０】
以下の説明では、本発明のＬＴＡ装置の概括的な実施形態について述べるとともに、本発明によって作り出そうとする「自己持続アニール条件（ｓｅｌｆ−ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）」について述べる。その次に、本発明の各種実施形態について説明する。さらに、シリコン基板による放射線吸収の基本的な性質を示す多くの異なる基板温度のプロットに関連して本発明を説明する。次に、予熱放射線ビームの適切なパワーレベルを決定するための方法について説明し、その次に、予熱放射線ビームによって基板を加熱するために実施形態で使用される加熱レンズの例について説明する。最後に、予熱及びアニール放射線ビームの好ましい走査及び向きについて詳細に説明する。
【００１１】
１．概括的なＬＴＡ装置
図１Ａは、本発明のＬＴＡ装置８の一実施形態をアニールされる基板１０とともに示す断面図である。基板１０は、上面１２と、「ドープされていない（ｕｎｄｏｐｅｄ）」、厳密に言うと、通常は非常に浅い領域のみに非常に高いドープレベルを含む非常に小さな接合領域またはデバイスよりも低濃度でドープされた本体（バルク）領域１６を有する。参照文字Ｎは、基板の上面１２に対する法線を示す。一実施形態では、基板１０はシリコンウエハである。
【００１２】
ＬＴＡ装置８は、光軸Ａ１に沿って配置されたアニール放射線源２６とＬＴＡレンズ２７とを有するＬＴＡ光学系２５を含む。レンズ２７は、アニール放射線源２６から連続的な（非パルス状の）アニール放射線１８を受け、基板の表面１２において像３０（例えば、線像）を形成する連続的なアニール放射線ビーム２０を形成する。アニール放射線ビーム２０は、表面法線Ｎと光軸Ａ１に対して測定した場合の入射角θ２０で上面１２に入射する。
【００１３】
矢印２２は、基板の表面１２に対するアニール放射線ビーム２０の移動方向の一例を示す。基板１０はチャック２８によって支持され、チャック２８はアニール放射線ビーム２０またはその他のリファレンスに対して選択された速度と方向でステージ（基板）を移動させるステージ駆動部２９に動作的に接続された可動ステージＭＳによって支持されている。可動ステージＭＳの走査移動を矢印２２’で示す。一実施形態では、ステージＭＳは少なくとも２次元で移動することができる。
【００１４】
一実施形態では、ＬＴＡ装置８は反射放射線モニターＭ１と温度モニターＭ２とを含む。反射放射線モニターＭ１は、放射線２０Ｒによって示されるように、基板の表面１２によって反射された放射線を受けるように配置されている。温度モニターＭ２は基板の表面１２の温度を測定するように配置され、一実施形態では、アニール放射線ビーム２０によって像３０が形成される位置またはその近傍において法線入射で基板と向き合うように表面法線Ｎに沿って配置されている。モニターＭ１，Ｍ２は、以下に詳述するように、反射放射線２０Ｒの量および／または基板の表面１２の測定温度の測定値に基づいてフィードバック制御を行うためのコントローラ（以下に述べる）に接続されている。
【００１５】
一実施形態では、ＬＴＡ装置８は、アニール放射線源２６、ステージ駆動部２９、モニターＭ１，Ｍ２、レンズ２７に含まれる入射パワーモニターとして機能する任意のモニターＭ３と動作的に接続されたコントローラー３２を含む。コントローラー３２は、例えば、メモリと接続されたマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、フィールド・プログラマブルロジックアレイ（ＦＰＬＡ）、プログラムアレイロジック（ＰＡＬ）、またはその他の制御装置（図示せず）であってもよい。コントローラー３２は次の２つのモードで動作することができる：１）コントローラー３２がアニール放射線ビーム２０によって基板１０に与えられるパワーとステージ駆動部２９を介した走査速度を一定に維持する開ループ、２）コントローラー３２が基板の表面１２の最高温度または基板に吸収されるパワーを一定に維持する閉ループ。最高基板温度は、吸収パワーに応じて直接的に変化し、走査速度の平方根と逆比例して変化する。
【００１６】
一実施形態では、閉ループ制御は、走査速度の平方根に対する基板に入射したアニール放射線ビーム２０の吸収パワーの比率を一定に維持するために使用され、アニール放射線ビーム２０のパワー量をＰ２０とし、反射パワーをＰ３０とすると、吸収パワーはＰａ＝Ｐ２０−Ｐ３０である。アニール放射線ビームに対する基板１０の走査速度をＶとすると、比率Ｐａ／Ｖ１／２を一定に維持して間接的に温度を一定に維持する。
【００１７】
直接的な最高温度測定に基づく閉ループ動作では、コントローラー３２は温度モニターＭ２からの信号Ｓ２による最高基板温度などの信号（例えば、電気信号）を受信し、入射パワーまたは走査速度を制御して一定の最高基板温度を維持する。吸収パワーＰａは、反射放射線モニターＭ１が発生した信号Ｓ１による反射アニール放射線ビーム２０ＲのパワーＰ３０を、信号Ｓ４を介してアニール放射線ビームの一部をサンプリングして得られたアニール放射線ビーム２０の入射パワーＰＩから減算することによって得られる。
【００１８】
また、コントローラー３２は、受信信号と入力パラメータ（例えば、所望の吸収パワーレベルと滞在時間）に基づいてパラメータを計算する。また、コントローラー３２は、オペレータあるいはより大きなアセンブリまたは処理ツールの一部であるマスターコントローラー（図示せず）から外部信号Ｓ３を受信するように接続されている。このパラメータは、基板を処理するために供給されるアニール放射線２０の所定の照射量（量）または所望の最高基板温度を示すものである。パラメータ信号は、所定の照射量のアニール放射線２０を基板１０に与えるために使用される強度、走査速度（ｓｃａｎ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、走査速度（ｓｃａｎ  ｓｐｅｅｄ）及び／または走査数を示すものであってもよい。
【００１９】
一実施形態では、アニール放射線源２６はＣＯ２レーザーであり、アニール放射線ビーム２０は１０．６μｍの波長を有する。通常、アニール放射線源２６は、室温では実質的に基板に吸収されないが、基板または基板の上部の十分な部分がより高温である場合には当該基板によって実質的に吸収される波長を有する放射線を放射する連続放射線源である。好ましい実施形態では、アニール放射線源２６はレーザーである。
【００２０】
ＬＴＡ装置８は、基板の上部近傍でアニール放射線ビーム２０が吸収されることを利用して基板の上部の温度を効率的に上昇させ、基板の本体の温度は実質的に変化させないようになっている。すなわち、基板が半導体ウェハである場合には、本発明は、ウェハ本体を加熱するのではなく、デバイス（例えば、トランジスタ）が形成される表面または表面近傍におけるウェハの温度を上昇させる。
【００２１】
しかし、室温では、波長の長い放射線ビームは上面を加熱することなく基板を通過するため、低濃度ドープまたはドープされていない基板をアニールすることは困難である。一方、高濃度ドープされた基板は容易にアニールすることができる。これは、入射アニール放射線が材料の上面から約１００μｍで吸収され、材料の温度を所望のアニール温度に上昇させるためである。
【００２２】
ビームから放射線をほとんど吸収せず、加熱されない基板１０の本体（バルク）１６は、アニール放射線ビーム２０が基板に照射されなくなると急速に上面領域を冷却する。本発明は、１０．６μｍのＣＯ２レーザー波長などの赤外線波長では低濃度ドープされたシリコンにおける放射線の吸収が基板温度に大きく依存するという事実を利用する。アニール放射線ビーム２０が吸収されると、基板の表面温度が上昇することによって吸収が増加し、その結果として基板の表面がより強く加熱されることになる。
【００２３】
２．自己持続アニール条件
図２は、波長１０．６μｍの放射線に対するシリコン基板の吸収長ＬＡ（μｍ）（縦軸）と基板温度ＴＳ（℃）のプロットである。また、プロットには、基板温度ＴＳの関数としての滞在時間２００μｓでの拡散距離ＬＤ（μｍ）も含まれる。吸収長ＬＡは、アニール放射線ビーム２０の強度を１／ｅ減衰させるために必要な厚みである。熱拡散距離ＬＤは、瞬間的な表面温度の上昇が所定の滞在時間後に材料中に伝播する深さである。ＬＡ及びＬＤは、６００℃以下の温度ＴＳでは６０μｍ以下のほぼ同じ値を有する。
【００２４】
基板温度ＴＳによる吸収経路長ＬＡの大きな変化によって、２つの定常状態条件が形成され得る。すなわち、（１）アニール放射線ビーム２０が実質的に吸収されずに基板を通過し、実質的に加熱をもたらさない、（２）アニール放射線ビーム２０が基板の表面１２近傍で実質的に吸収され、ビームが基板上を移動する（走査される）にしたがってアニール放射線ビーム２０とともに移動する像３０に対応する基板の表面及びその直下で「ホットスポット」を形成する。
【００２５】
図３は、深さ（μｍ）及びアニール放射線ビーム位置（μｍ）の関数としての基板温度（℃）プロファイルのコンピュータシミュレーションである。温度プロファイルは、基板内部及び基板の表面１２上を移動するホットスポット（３１で示す）である。移動するホットスポット３１は、熱拡散によって進行する像３０の前方で基板１０の領域を予熱する（図４Ｂを参照；後述する）。ホットスポット３１の伝般に伴う基板の予熱によって、ビームが基板の表面上で走査されるとアニール放射線ビーム２０の放射線が上面１２近傍で効率的に吸収される。装置８と本発明の方法を使用して作り出そうとするのは定常状態条件（２）であり、ここでは「自己持続アニール条件」と呼ぶ。
【００２６】
本発明に係る自己持続アニール条件を形成するための一般的な方法は、アニール放射線ビーム２０が実質的に基板に吸収される、すなわち、自己持続アニール条件が開始する点まで吸収されるように、基板１０（あるいは基板１０の選択領域または一部）を臨界温度ＴＣ（例えば、以下に詳述するように３５０℃以上）に加熱することを含む。
【００２７】
ＴＣの正確な値は、基板内の温度分布、ドーパント濃度、アニール放射線ビームの強度に依存する。したがって、一実施形態では、臨界温度ＴＣは経験的に決定される。これは、例えば、様々な初期温度条件または一定の初期温度条件と様々なアニール及び予熱放射線ビーム強度を有する試験基板におけるアニール放射線ビームによって形成される最高温度を測定することを含むことができる。自己持続アニール条件をもたらす基板の予熱は、多くの方法で達成することができる。ＬＴＡを行うために、低濃度ドープされたシリコン基板１０において自己持続アニール条件を作り出すための方法を実施するために基板１０を加熱するための加熱装置を含むＬＴＡ装置８の実施形態を以下に説明する。
【００２８】
３．任意の熱シールドを有する加熱チャックの実施形態
図１Ａを再び参照すると、一実施形態では、チャック２８は熱伝導性であり、コントローラー３２に接続され、コントローラー３２によって制御される電源５２に接続された加熱要素５０を含む。熱絶縁層５３がチャック２８の底部と側面を取り囲み、ステージが不必要に加熱され、チャックから熱が失われることを防いでいる。
【００２９】
動作時には、コントローラー３２が電源５２を作動させ、電源５２は加熱要素５０に電力を供給する。それに応じて、加熱要素５０は熱５６を生成する。一実施形態では、熱５６の発生量は、チャックの温度が所定の最大値に制限されるように、チャック内に設けられ、電源５２（またはコントローラー３２）に動作的に接続された温度センサー５７によって制御される。基板がチャック上に設置されると、基板の温度は迅速にチャックと同じ温度に達する。通常、チャックの温度ＴＣＨは約４００℃である。
【００３０】
別の実施形態では、装置８は、熱５６を基板に向けて反射するように基板１２の上方に支持された熱シールド６２を必要に応じて含む。その結果、基板がより均一に加熱されるとともに、シールドの反対側に位置する装置の構成要素が加熱されることが少なくなる。一実施形態では、熱シールド６２は金被覆ガラス板である。熱シールド６２は、アニール放射線ビーム２０を基板１０の表面１２に到達させる開口６４を含む。
【００３１】
４．加熱エンクロージャの実施形態
図１Ｂを参照すると、別の実施形態では、装置８は、基板１０とチャック２８、または基板、チャック、ステージＭＳを取り囲む大きさを有する内部領域８２を備えた加熱エンクロージャ８０（例えば、オーブン）を含む。エンクロージャ８０は、電源５２に接続された追加の加熱要素５０を（好ましくはチャック２８に含まれている加熱要素に加えて）含む。電源５２はコントローラー３２に接続されている。一実施形態では、エンクロージャ８０は、アニール放射線ビーム２０を基板１０の表面１２に到達させる窓または開口８４を含む。図１Ａに関連して上述した熱絶縁層５３が、好ましくはチャック２８の側面と底部に設けられ、チャックからステージへの不必要な熱の損失を防いでいる。
【００３２】
動作時には、コントローラー３２が電源５２を作動させ、電源５２は加熱要素５０に電力を供給する。それに応じて、加熱要素５０は熱５６を発生し、チャック、基板、その周囲の温度を約４００℃の最高臨界温度ＴＣに上昇させる。エンクロージャ８０は、熱５６が内部領域８２に閉じ込められたままであるように熱的に絶縁されていることが好ましく、それによって基板の効率的で均一な加熱を促進する。
【００３３】
５．予熱放射線ビームの実施形態
図１Ｃを参照すると、別の実施形態では、装置８は、光軸Ａ２に沿って設けられた予熱放射線源１４２とリレーレンズ１４３とを有する予熱光学リレー系１４０を含む。予熱放射線源１４２は、リレーレンズ１４５に照射される放射線１４７を放射し、リレーレンズ１４５からの予熱放射線ビーム１５０は、アニール放射線ビームによって加熱される直前に基板を予熱するために使用される。放射線１４７は、シリコンによって１００μｍ以下の深さで容易に（実質的に）吸収される波長を有する。一実施形態では、予熱放射線源１４２は、０．８μｍ（８００ｎｍ）または０．７８μｍ（７８０ｎｍ）の波長を有する予熱放射線１４７を放射するレーザーダイオードアレイである。リレーレンズ１４３の実施形態を以下に説明する。予熱放射線源１４２とリレーレンズ１４３とは、図１Ａに示し、図１Ｃでは説明を簡略化するために省略されているモニターＭ１，Ｍ２およびステージ駆動部２９とともにコントローラー３２に動作的に接続されている。
【００３４】
動作時には、予熱放射線源１４２は放射線１４７を放射し、リレーレンズ１４３が放射線１４７を受ける。リレーレンズ１４３は、基板の表面１２で像１６０（例えば、線像）を形成する予熱放射線ビーム１５０を形成する。予熱放射線ビーム１５０は、基板表面法線Ｎに対して測定した場合の入射角θ１５０で基板の上面１２に入射する。
【００３５】
一実施形態では、図１Ｃに示すように、アニール放射線ビーム２０によって形成された像３０と予熱放射線ビーム１５０によって形成された像１６０は、基板の表面１２上で並んで位置する。従って、予熱放射線ビーム１５０は、アニール放射線ビーム２０が照射される部分のすぐ前方の基板の部分または領域を局所的に予熱する。矢印２２’は（例えば、可動チャック２８を介した；図１を参照）基板１０の移動を示し、一実施形態では、基板１０は固定された放射線ビーム２０，１５０（または、等価的に、固定された像３０，１６０）の下を移動し、これらのビーム（または像）の走査が実現される。
【００３６】
別の実施形態では、図４Ａに示すように、予熱放射線ビーム１５０とアニール放射線ビーム２０は、例えばそれぞれのビーム強度プロファイルのｌ／ｅ２の強度の輪郭部分で部分的に重なる。
【００３７】
図４Ｂは、ビーム２０，１５０が照射されている基板の一実施形態の拡大断面図である。図４Ｂは、アニール放射線ビーム２０の前方に結像された予熱放射線ビーム１５０からの熱１６６が基板の上面近傍においてアニール放射線ビームの吸収を促進する様子を示している。予熱放射線ビーム１５０からの熱１６６は、アニール放射線ビーム２０の前方で基板１０内に拡散する。放射線ビームが矢印２２’によって示すように基板と相対的に移動すると、アニール放射線ビーム２０は予熱放射線ビーム１５０によってすでに加熱された領域（基板の一部）を通過する。このプロセスは、基板の表面または表面近傍における基板の温度を臨界温度ＴＣよりも上昇させるために使用される。これによって、吸収アニール放射線ビーム２０’（点線）によって示すように、アニール放射線ビーム２０は基板に効率的に吸収される。基板の表面１２の近傍における基板１０内でのアニール放射線ビーム２０’の比較的迅速な吸収によって、アニール放射線ビームの立ち下がりエッジにおいて基板の表面の温度はアニール温度ＴＡ（例えば、約１６００°Ｋ）まで最大に上昇する。その結果、例えば、基板の上面に注入されたドーパントの活性化によって、基板内に形成された選択領域がアニールされる。
【００３８】
６．基板温度のプロット
図５は、放射線の入射パワーＰＩ（Ｗ／ｃｍ）の関数としての、高濃度ドープされたシリコン基板に１０．６μｍの放射線を照射することによって形成された最高基板温度ＴＭＡＸ（℃）のプロットである。このデータを導出するために、２次元有限要素シミュレーションプログラムを使用した。シミュレーションでは、無限に長いアニール放射線ビームを想定した。従って、ビームパワーはＷ／ｃｍ２ではなくＷ／ｃｍで測定される。また、シミュレーションでは、アニール放射線ビーム２０が１２０μｍの全幅半値（ＦＷＨＭ）を有するガウス形ビームプロファイルを有し、基板の上面１２を６００ｍｍ／秒の速度で走査され、２００μｓの滞在時間（ｄｗｅｌｌ  ｔｉｍｅ）を生じるものと想定した。ここで、「滞在時間」は、アニール放射線ビーム２０によって形成された像３０が基板の表面１２の特定のポイント上にある時間の長さである。この場合、プロットは、入射パワーＰＩと最高基板温度ＴＭＡＸの間のほぼ直線的な関係を示している。この２次元モデルは無限に長いアニール放射線ビーム２０を想定しているため、線像３０の端部におけるさらなるエネルギー損失は全くなかった。有限ビーム長ではビームの端部において追加の熱損矢が生じ、従って所与の入射パワーレベルＰＩに対する最高温度は低くなる。
【００３９】
図５は、吸収性（高濃度ドープされた）基板において、特定の条件で最高基板表面温度ＴＭＡＸを周囲温度から４２７℃に上昇させるためには５００Ｗ／ｃｍの入射パワーＰＩが必要であることを示している。同様の条件でシリコンの融点である１４１０℃まで温度を上昇させるためには約１１５０Ｗ／ｃｍが必要となる。
【００４０】
図５に示す関係は、アニール放射線ビーム２０と同じ幅と滞在時間を有する予熱放射線ビーム１５０においてもほぼ近似している。どちらの場合でも、基板に熱を分配するための主要なメカニズムは熱拡散である。４００℃のピーク基板温度ＴＭＡＸは、４００℃の均一な基板温度ＴＳとほぼ同じアニール放射線ビーム２０の吸収を生じることはない。これは、前者の温度分布は熱拡散距離ＬＤとほぼ等しい距離で基板内において周囲温度になるためである。
【００４１】
図６は、ドープされていないシリコン基板の場合の、波長１０．６μｍのアニール放射線ビーム２０の２つの異なる入射パワーＰＩによる初期基板温度ＴＩの関数としての最高基板温度ＴＭＡＸ（℃）のプロットである。このプロットも２次元有限要素モデルから導出した。約３２７℃未満の温度では、入射放射線はほとんど効果を示さず、最高温度ＴＭＡＸは初期基板温度ＴＩとほぼ等しい。すなわち、アニール放射線ビーム２０は基板１０を通過し、基板を加熱することはない。しかし、３７７〜４７７℃の初期基板温度ＴＩでは、アニール放射線ビームの入射パワーＰＩの量に依存してアニール放射線ビーム２０の吸収が発生する。その結果、最高基板温度ＴＭＡＸは急激に上昇する。高吸収及び高温への遷移が発生すると、アニール放射線ビーム２０のさらなる照射によって最高温度ＴＭＡＸは直線的に増加する。
【００４２】
図５及び図６のプロットに使用されているパワーの単位はＷ／ｃｍである。このパワーは、半値点間に含まれる走査像３０（例えば、線像）の単位長さあたりのパワーである。従って、１２０μｍの幅を有する像３０における１１５０Ｗ／ｃｍのパワーは、９，５８３３Ｗ／ｃｍ２の平均強度に対応する。
【００４３】
自己持続アニール条件を作り出すために、基板を限界温度ＴＣに加熱するために予熱放射線源１４２によって発生させなければならない温度は、図６のプロットにおける情報から推定することができる。図６のプロットは、基板が約４２７℃の均一な温度ＴＩに達すると、基板温度ＴＭＡＸが急激に上昇し、自己持続アニール条件が開始することを示している。必要な予熱を行うためにレーザーダイオード源を使用する場合には、ダイオード源はほぼ１熱拡散距離で周囲温度に低下する不均一な温度分布を生じさせるため、非常に高い温度が予想される。
【００４４】
図７は、波長７８０ｎｍの放射線に対するドープされていないシリコン基板の基板温度ＴＳ（℃）の関数としての吸収長ＬＡ（μｍ）のプロットである。８００ｎｍでの吸収特性は、７８０ｎｍでの吸収特性と非常に似通っている。プロットから明らかなように、室温であっても吸収長ＬＡは約１０μｍであり、これは、２００μｓ以上における基板の表面領域の有効な加熱と主として熱拡散によって決定される温度分布を保証するものである。
【００４５】
（予熱放射線ビーム１５０を発生させるために使用されるような）レーザーダイオード源によって形成される不均一な温度分布を有するドープされていないシリコン基板における（アニール放射線ビーム２０としての）ＣＯ２レーザーの効率的な吸収を得るためには、約ｌ００μｍの吸収長に対応する温度が推定される。これは、約５５０℃のピーク基板温度ＴＭＡＸによって達成される。図５を再び参照すると、５５０℃の最高基板温度ＴＭＡＸには、予熱放射線ビーム１５０が約６００Ｗ／ｃｍ（５０，０００Ｗ／ｃｍ２）のパワーを有することが必要となる。
【００４６】
７．予熱放射線ビームパワーの決定
実際には、アニール放射線ビーム２０の基板１０への効率的な結合を達成するために必要な予熱放射線ビーム１５０の最小パワーを決定することは簡単である。一実施形態では、吸収性基板をアニールするために十分なパワーレベルに設定されたアニール放射線ビームを使用する場合、室温ではアニール放射線ビーム２０の波長を実質的に吸収しない基板に予熱放射線ビーム１５０とアニール放射線ビーム２０を照射する。予熱放射線ビーム１５０のパワーレベルは、基板内でアニール温度が検出されるまで増加させる。これは、例えば、図１Ａに示される温度モニターＭ２で基板温度を測定することによって行うことができる。
【００４７】
アニール放射線ビームと基板との結合がほとんどまたは全くない状態から基板の表面での効率的な結合が発生する状態への遷移は、通常は非常に急激である。基板温度ＴＳが低過ぎる場合には、アニール温度への遷移が発生しないか、基板の融点への急激な遷移が発生する。基板温度をさらに上昇させると、融点よりも低い温度での安定した動作を可能とするアニールパワーレべルの狭い範囲が生じる。基板温度をさらに上昇させると、アニールパワーレべルの範囲と対応するアニール温度の範囲とが増加する。従って、基板におけるアニール放射線ビーム２０の吸収を開始させる、または基板においてアニール温度を生じさせる予熱放射線ビーム１５０の明確に定義されたパワーレベルというものはない。しかし、それよりも低い場合には所望の範囲のアニール温度を確実に達成できない実質的な最小パワーレベルはある。一実施形態では、予熱放射線ビーム１５０は、アニール放射線ビームが基板に効率的に吸収され、広い範囲のアニール温度を容易に達成するために必要な最小パワーレベルよりもわずかに高いパワーレベルに設定される。
【００４８】
一実施形態では、自己持続アニール条件を開始させるために必要な予熱放射線ビーム１５０のパワー量ＰＩは、５５０℃の最高基板温度ＴＭＡＸを生じさせるために必要なパワー量である。滞在時間が２００μｓであると仮定すると、図５のグラフはこのパワー量が約６００Ｗ／ｃｍの入射パワーに対応することを示している。しかし、アニール放射線ビーム像３０の幅に匹敵する幅を有する像１６０を形成する予熱放射線ビーム１５０における６００Ｗ／ｃｍの強度を得ることはそれほど簡単ではない。一実施形態では、予熱放射線ビーム１５０は、約７５°であるシリコンのブルースター角またはその近傍の入射角θ１５０を有することが望ましい。この角度によって、反射放射線が最小化されるとともに、基板に吸収されるエネルギーが基板上に存在する構造間で均等化される。約７５°の入射角θ１５０では、予熱放射線ビーム１５０は基板の表面１２で滲んで約４倍の部分を覆い、強度はそれに比例して減少する。
【００４９】
予熱放射線ビーム１５０の総パワーは、例えば、レーザーダイオードの列を追加して予熱源を大きくすることによって増加させることができる。しかし、予熱放射線ビーム１５０の幅もそれに比例して増加する。予熱放射線ビームの幅が増加すると、滞在時間と熱拡散深さが増加し、所与の最高温度を達成するために必要なパワーもさらに増加する。したがって、リレーレンズ１４３は、利用可能な予熱放射線源１４２を使用して限界温度の範囲内で基板を加熱するために十分な強度を有する予熱放射線ビーム１５０を供給できるように設計する必要がある。本発明に係るそのようなリレーの例を以下に説明する。
【００５０】
８．光学リレ一系の実施形態
図８Ａ及び図８Ｂは、光学リレー系１４０の一実施形態と基板１０の断面図である。図８ＡはＹ−Ｚ平面の図であり、図８ＢはＸ−Ｚ平面の図である。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、リレーはページに収まるように２つの部分に分割され、表面Ｓ１３，Ｓ１４を有するレンズ素子が双方の部分に示されている。
【００５１】
一実施形態では、予熱放射線源１４２は、カリフォルニア州サンタクララ市パトリックヘンリードライブ５１００（５１００  Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｈｅｎｒｙ  Ｄｒｉｖｅ，  Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ  ９５０５４）のコヒーレント・セミコンダクター・グループ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｇｒｏｕｐ）から入手できるＬｉｇｈｔＳｔａｃｋＴＭ７×１／Ｌ  ＰＶアレイなどの２次元レーザーダイオードアレイを含む。ＬｉｇｈｔＳｔａｃｋアレイは、それぞれが１０ｍｍの長さを有し、１．９ｍｍの間隔で積層された７列の水冷レーザーダイオードを含む。各列のダイオードは８０Ｗの光学パワーを放射することができる。リレーレンズ１４３は、（予熱放射線源１４２が配置された）対物面ＯＰと、（基板１０が配置された）像面ＩＰと、像面と対物面とを接続する光軸Ａ２とを含む。
【００５２】
一実施形態では、上述したように、リレーレンズ１４３は、基板上を走査される像１６０（例えば、線像）を形成する予熱放射線ビーム１５０を形成するように設計されている。像１６０は多くの方法で走査することができ、例えば、リレーレンズ１４３と相対的に（可動ステージＭＳを介して）チャック２８を移動させることによって走査することができる（図１Ｃ）。比較的小さい像面積上で基板を加熱するために必要な高いビーム強度を達成することは簡単であるため、基板１０に像１６０を局所的に照射する方が、基板全体に一度で照射するよりも好ましい。したがって、リレーレンズ１４３による局所的な予熱は、基板へのアニール放射線ビーム２０の照射と同期していなければならない。
【００５３】
レーザーダイオードの放射特性は異方性であり、隣接するダイオード間の間隔はＸＹ平面において大きく異なるため、基板１０に像１６０を効率的に形成するために、リレーレンズ１４３はアナモルフィックである必要がある。また、基板１０における像１６０の必要な強度を達成するために、像面ＩＰにおける比較的高い開口数が必要である。
【００５４】
したがって、図９Ａ及び図９Ｂも参照すると、リレーレンズ１４３は、光軸Ａ２に沿って予熱放射線源１４２から順に、予熱放射線源１４２を構成するレーザーダイオード１９８の列数に対応する小レンズ２０１を有する円柱レンズアレイ２００を含む。円柱レンズアレイ２００は、Ｘ−Ｚ平面において倍率を有し、Ｘ−Ｚ平面（図９Ａ）において放射線源１４２から放射された各予熱放射線ビーム１４７をコリメートする（平行にする）が、Ｙ−Ｚ平面（図９Ｂ）においては放射線は１０°の円錐角を有する。ダイオードアレイと円柱レンズアレイの組み合わせは、円柱レンズアレイを基板に対して再結像するアナモルフィックリレーへの入力となる。
【００５５】
表１は、図８Ａ及び図８Ｂに示すリレーレンズ１４３の一実施形態のレンズ設計データを示す。
【００５６】
【表１】
2007507897.tif 000002
【００５７】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、リレーレンズ１４３は、共通の中間像面ＩＭを有する２つの直列の結像サブリレーＲ１，Ｒ２からなる。サブリレーＲ−１は、Ｙ−Ｚ平面とＸ−Ｚ平面で実質的に異なる倍率を有する円柱レンズ素子を主に使用したアナモルフィックリレーであり、サブリレーＲ−２は球面素子を使用し、１：６の縮小倍率比を有する従来のリレーである。アナモルフィックリレーＲ−１は、Ｙ−Ｚ平面において１：１の倍率比を有し、Ｘ−Ｚ平面において１：１０の縮小倍率比を有する。リレーレンズ１４３は、対物面ＯＰ及び像焦点面ＯＰにおいてテレセントリックである。
【００５８】
対物面ＯＰと像面ＩＰの双方でのテレセントリック性は、予熱放射線源１４２に直接隣接して配置された球面視野レンズ２０２（面ｓ１〜ｓ２）及び円柱レンズ２０４（面ｓ３〜ｓ４）によって達成される。円柱レンズ２０４は、Ｙ−Ｚ平面のみにおいて倍率を有し、Ｙ−Ｚ平面においてはｓ５で瞳像を形成する。その次に、中間像面においてダイオードアレイを１：１で再結像する、Ｙ−Ｚ平面において倍率を有する２つの円柱レンズ２０６，２０８（面ｓ６〜ｓ９）が設けられている  面ｓ１０は、Ｘ−Ｚ平面における瞳面を示す。次に、中間像面においてダイオードアレイを１０：１の縮小倍率比で再結像する、Ｙ−Ｚ平面において倍率を有する一対の円柱レンズ２１０，２１２（面ｓ１１〜ｓ１４）が設けられている  中間像は、６：１の縮小倍率比を有するサブリレーを形成する一群の球面レンズ２１４〜２２２（面ｓ１５〜ｓ２４）によって最終像面で再結像される。従って、リレーはダイオードの列を含む平面において６：１の総合縮小倍率を有し、各列のダイオードに垂直な平面において６０：１の縮小倍率を有する。
【００５９】
Ｙ−Ｚ平面における６：１の縮小倍率比によって、コリメートされていない（遅軸）予熱放射線源１４２の１０ｍｍのサイズが、対物面ＯＰにおける１０ｍｍから像面ＩＰにおける１．６７ｍｍに減少する。また、同じ平面において、対物面ＯＰにおける予熱放射線源１４２から放射された放射線の１０°の円錐角は、像面ＩＰにおける６０°に増加する。
【００６０】
Ｘ−Ｚ平面における縮小倍率は６０：１である。従って、有効放射線源２２０を構成するレーザーダイオードアレイの対物面ＯＰにおける寸法１１．４ｍｍ（７列のダイオードをＸ方向で測定）は像面ＩＰでは０．１９ｍｍに減少する。また、有効放射線源２２０における平行ビームの１°のＦＷＨＭ角度は像面ＩＰでは６０°の円錐角に増加する。
【００６１】
対物面ＯＰにおける放射線源１４２から像面ＩＰにおける基板１０に予熱放射線１４７を伝達する総合効率が５０％（基板の表面１２での反射損失を含む）であると仮定すると、図８Ａ及び図８Ｂのリレーレンズ１４３は像１６０に２８０Ｗをもたらすことができる。一例としての像１６０の寸法が１．６ｍｍ×０．１９ｍｍとすると、９２１Ｗ／ｍｍ２のパワー密度が達成される。法線入射（θ１５０＝０°）では、滞在時間が０．２ミリ秒であると仮定すると、このパワー密度によって、室温（〜２０℃）のシリコン基板１０の温度が約５００℃上昇して約５２０℃になることになる。この温度は、自己持続アニール条件を開始させるために必要な４００℃の均一な限界温度ＴＣよりも高く、アニールレーザー像３０の直前に位置するダイオードアレイ像１６０によって生じるような不均一な温度分布にとって適切な範囲である。この場合、予熱放射線ビーム１５０はアニール放射線ビーム２０に先行する（すなわち、前方を走査される）。このようにして、予熱放射線ビームによって形成される最高温度ＴＭＡＸは、アニール放射線ビーム２０が基板の予熱部分に照射される直前に達成される。一実施形態では、予熱放射線ビーム及びアニール放射線ビームの相対的な位置は、予熱放射線ビームは常にアニール放射線ビームに先行するように、走査方向が逆になるたびに逆転される。
【００６２】
９．放射線ビームの走査と向き
上述したように、一実施形態では、予熱放射線ビーム１５０によって形成される像１６０は基板１０上を走査される。また、アニール放射線ビーム２０によって形成される像３０も、予熱放射線ビームによって予熱された基板の部分に入射するように基板上を走査される。
【００６３】
実施形態では、スパイラルパターン、ラスタパターン、または牛耕式（ｂｏｕｓｔｒｏｐｈｅｄｏｎｉｃ）パターンで基板を移動させることによって走査が行われる。牛耕式走査パターンでは、走査方向を逆転させ、各走査後に交差走査位置が増加する。この場合、上述したように、各走査間で予熱放射線ビーム１５０とアニール放射線ビーム２０の相対位置を変化させることが必要である。一実施形態では、これはリレーレンズ１４３全体の位置をシフトさせることによって行われる。アニール放射線ビーム２０の幅が約１２０μｍ（ＦＷＨＭ）であり、予熱放射線ビーム２５０の幅が１９０μｍ（シルクハット形状）である場合には、リレーレンズ１４３は、ビーム中心間の距離の２倍または走査方向に平行な方向において約３９３μｍ移動させる必要がある。これは、例えば、予熱リレーレンズ１４３に動作的に接続されたコントローラー３２からの信号によってリレーレンズ（図１Ｃ）を移動させることによって達成される。同様に、コントローラー３２は、走査前に基板の焦点、頂点、傾斜パラメータを調整することによって予熱放射線ビーム１５０の焦点を制御する。
【００６４】
上述の米国特許出願第１０／２８７，８６４号に記載されているように、予熱放射線ビーム１５０はブルースター角またはその近傍の入射角で基板１０に入射し、ｐ偏光されていることが望ましい。これは、アニール時に基板上に形成されているようなフィルム積層体は、これらの条件下で低い反射率と反射率の小さなばらつきを有するためである。
【００６５】
一実施形態では、予熱放射線ビーム１５０は、アニール放射線ビーム２０と同様に、ブルースター角またはその近傍の入射角θ１５０で基板に入射するように配置される。通常、このような角度によって、活性化（アニール）工程の前に基板上に形成されている異なる膜積層体間の反射率のばらつきが減少する。しかし、このようなビームの向き（角度）はアニール波長では非常に有効に作用するが、予熱に使用される波長ではそれほど有効ではない。予熱放射線ビームの波長と半導体構造（例えば、トランジスタ等のデバイス１４）を形成するために使用される膜の厚みとがほぼ等価であると、すべての入射角で基板の反射率の大きなばらつきが生じる。また、ブルースター角またはその近傍の入射角θ１５０によって、法線入射（θ１５０＝０°）の場合の３倍または４倍の面積にわたって像１６０が広がり、パワー密度はそれに対応する量低下する。走査速度を変化させない場合、走査速度は通常アニール放射線ビームジオメトリーによって設定されるため、最高温度も低下する。
【００６６】
法線入射または法線入射近傍で動作させる場合の問題の１つは、放射線の反射割合が非常に高く、反射放射線が放射線源（例えば、ダイオードアレイ）に戻った場合に深刻なダメージを引き起こし得ることである。図１０Ａ及び図１０Ｂは、反射または散乱して予熱放射線源１４２（図１Ｃ）に戻る予熱放射線の量を減少させるための予熱リレー光学系１４０の実施形態を説明する概略図である。図１０Ａを参照すると、好ましい実施形態では、予熱放射線ビーム１５０はθ１５０＝０°の法線入射角を有する。法線入射角は、基板によって反射され（反射された予熱放射線は１５０Ｒとして示す）、予熱放射線源１４２に戻る予熱放射線ビーム１５０の量に反映される。反射された予熱放射線１５０Ｒが予熱放射線源１４２に戻ると、放射線源の破損時間が早まる可能性がある。放射された予熱放射線１４７が偏光される場合（レーザーダイオードを使用する場合など）、一実施形態では、予熱放射線ビームの偏光方向に整列させた偏光子１４３Ｐと、偏光子と基板との間に位置する１／４波長板１４３ＷＰを配置することによって、予熱放射線源に戻る反射予熱放射線１５０Ｒの量を減少させる。１／４波長板は、偏光子から基板に移動する放射線を基板において円偏光放射線に変換する。基板から戻る放射線は、１／４波長板を通過した後に直線偏光放射線に再び変換される。しかし、基板から戻る放射線の偏光方向は元の方向と直交している。従って、基板から戻るビームは偏光子を透過せず、レーザーダイオードアレイに達することはない。
【００６７】
図１０Ｂを参照すると、反射（鏡面）予熱放射線１５０が予熱放射線源に戻ることができないように入射角θ１５０を法線入射からずらして選択した場合でも、予熱放射線源に戻る散乱（非鏡面）予熱放射線１５０Ｓが問題を引き起こしうる。ある種の予熱放射線源（レーザーなど）に戻る少量の放射線でも不安定な動作を引き起こし得る。また、基板に吸収される放射線の割合を増加させ、基板上の様々な構造による吸収のばらつきを減少させるために、法線入射からずらして動作させる場合にはｐ偏光させた予熱放射線を使用することが望ましい。
【００６８】
したがって、一実施形態では、リレーレンズ１４３の下流に偏光子１４３Ｐとファラデー回転子１４３Ｆとを追加することによって、予熱放射線源１４２に戻る予熱放射線１５０Ｓの量を減少させる。ファラデー回転子１４３Ｆは、偏光子１４３Ｐと基板１０との間に位置する。動作時には、ファラデー回転子は、回転子を通過した予熱放射線ビーム１５０の偏光を９０°回転させ、偏光子は、偏光を回転させた予熱放射線１５０Ｓが予熱放射線源１４２に戻ることを防ぐ。予熱放射線ビーム１５０が法線入射からずれるように光学リレー系１４０を動作させることによって、反射予熱放射線ビーム１５０Ｒのパワーを測定することが容易となり、有益な診断となる。
【００６９】
入射予熱放射線ビーム１５０と反射予熱放射線１５０Ｒのパワーの測定値は、基板１０に吸収されたパワーを計算するために使用することができる。吸収パワーは、予熱放射線ビーム１５０によって形成された最高温度を推定するために使用される。予熱放射線ビーム１５０の吸収パワーを一定の閾値よりも高く維持することによって、基板によるアニール放射線ビーム２０の強い吸収を引き起こすために十分な予熱が保証される。
【００７０】
以上の詳細な説明では、各種特徴を容易に理解できるように各種実施形態に分類した。本発明の多くの特徴及び利点は詳細な明細書から明らかであり、添付の請求項によって本発明の精神と範囲に従う上述した装置の特徴と利点を全て網羅することを意図するものである。
【００７１】
また、当業者は数多くの変形や変更に容易に想到するものと考えられるため、本発明をここで説明した構造や動作のみに限定することは望ましいものではない。従って、その他の実施形態も添付の請求項の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１Ａ】図１Ａは、ＬＴＡ光学系を含む本発明のＬＴＡ装置の実施形態とＬＴＡ光学系によって処理されるシリコン基板の断面図であり、ＬＴＡ装置は、基板を支持し、予熱するための加熱チャックと、放射線の装置の他の部分への結合を減少させ、効率的な基板の加熱を促進するためにチャックを取り囲む任意の熱シールドとを含む。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａと同様な本発明のＬＴＡ装置の実施形態の断面図であり、ＬＴＡ装置は基板を予熱するために基板を取り囲む加熱エンクロージャを含む。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａと同様な本発明のＬＴＡ装置の実施形態の断面図であり、加熱チャックと任意の熱シールドの代わりに、予熱放射線ビームを使用して少なくとも基板の一部を予熱する光学的加熱装置が設けられている。
【図２】波長１０．６μｍのアニール放射線ビームに対するドープされていないシリコン基板の吸収経路長ＬＡ（μｍ）（縦軸）と基板温度ＴＳ（℃）のプロットと、基板温度ＴＳに対する２００μｓの滞在時間を有する放射線ビームに伴う拡散距離ＬＤのプロットである
【図３】深さ（μｍ）とアニール放射線ビーム位置（μｍ）の関数としての基板温度プロファイルのコンピュータシミュレーションであり、自己持続アニール条件に伴うアニール放射線ビームによって基板内部に形成されるホットスポットを説明する。
【図４Ａ】図４Ａは、基板の表面上の位置の関数としての予熱放射線ビームとアニール放射線ビームの相対的な強度とビームプロファイルの実施形態を示す概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、基板の拡大断面図であり、アニール放射線ビームの前方に結像された予熱放射線ビームからの熱が基板の上面近傍においてアニール放射線ビームの吸収を促進して自己持続アニール条件を達成する様子を説明する。
【図５】放射線の入射パワーＰＩ（Ｗ／ｃｍ）に対する高濃度ドープされたシリコン基板に波長１０．６μｍのアニール放射線ビームを照射することによって形成された最高基板温度ＴＭＡＸ（℃）のプロットである。
【図６】ドープされていないシリコン基板へのアニール放射線ビームの異なる入射パワーＰＩによる初期基板温度ＴＩの関数としての最高基板温度ＴＭＡＸ（℃）の有限要素法シミュレーションによって得られたプロットである。
【図７】波長７８０ｎｍの予熱放射線ビームに対するシリコンの基板温度ＴＳ（℃）の関数としての吸収長ＬＡ（μｍ）のプロットである。
【図８Ａ】図８Ａは、Ｙ−Ｚ平面における図１Ｃの光学リレー系の実施形態の断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、Ｘ−Ｚ平面における図１Ｃ及び図８Ａの光学リレー系の実施形態の断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、加熱放射線源及び円柱レンズアレイのＸ−Ｚ平面における拡大断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、加熱放射線源及び円柱レンズアレイのＹ−Ｚ平面における拡大断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、基板への法線入射における予熱放射線源、リレーレンズ、予熱放射線ビームの拡大概略図であり、基板によって反射され、予熱放射線源に戻る予熱放射線の量を減少させるために予熱放射線ビームに配置された偏光子と１／４波長板をさらに含む。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、基板へのほぼ法線入射における予熱放射線源、リレーレンズ、予熱放射線ビームの拡大概略図であり、基板によって散乱され、予熱放射線源に戻る予熱放射線の量を減少させるために予熱放射線ビームに配置された偏光子とファラデー回転子をさらに含む。
【図１Ａ】
2007507897.tif 000003
【図１Ｂ】
2007507897.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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