(57)【要約】      （修正有）【課題】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に電気的特性の低下を抑制し、充分なドーピング深さを達成する。【解決手段】半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給する溶液供給システム４６と、ドーパントを含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置２と、パルスレーザ光のパルス時間波形を調節するパルス時間波形調節装置と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、
前記所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給する溶液供給システムと、
前記ドーパントを含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置と、前記パルスレーザ光のパルス時間波形を調節するパルス時間波形調節装置と、を含むレーザシステムと、
を備えるレーザドーピング装置。
【請求項２】
前記溶液供給システムは、前記所定領域に沿って前記ドーパントを含む溶液の流れを形成するためのポンプを含む、請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項３】
前記パルス時間波形調節装置は、光学パルスストレッチャーを含む、請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項４】
前記レーザシステムは、複数のレーザ装置を含み、
前記パルス時間波形調節装置は、前記複数のレーザ装置から出力されるそれぞれのパルスレーザ光のタイミングを調節する遅延回路を含み、
前記複数のレーザ装置から出力されたそれぞれのパルスレーザ光を重ね合わせて、前記半導体材料の所定領域に照射する光学系をさらに備える、
請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項５】
前記複数のレーザ装置が互いに異なるパルス時間波形を有する前記パルスレーザ光をそれぞれ出力するように、前記複数のレーザ装置を制御する制御部
をさらに備える、請求項４記載のレーザドーピング装置。
【請求項６】
前記半導体材料は、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＧａＮのいずれかである、請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項７】
前記レーザシステムから出力されるパルスレーザ光の時間波形の時刻ｔにおける光強度をＩ（ｔ）としたとき、ΔＴＴＩＳ＝［∫Ｉ（ｔ）ｄｔ］２／∫Ｉ（ｔ）２ｄｔで定義されるパルス幅は、８０ｎｓ以上である、請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項８】
前記ドーパントを含む溶液は、塩化アルミニウム水溶液である、請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項９】
前記ドーパントを含む溶液は、ホウ酸水溶液である、請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項１０】
前記パルスレーザ光の波長は、２４８ｎｍ以上、３０８ｎｍ以下である、請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項１１】
半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、
前記所定領域に、ホウ素を含む溶液を供給する溶液供給システムと、
前記ホウ素を含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置と、
を備えるレーザドーピング装置。
【請求項１２】
前記ホウ素を含む溶液は、ホウ酸水溶液であり、
前記パルスレーザ光の波長は、２４８ｎｍ以上、３０８ｎｍ以下である、請求項１１記載のレーザドーピング装置。
【請求項１３】
半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング方法において、
前記所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給することと、
前記ドーパントを含む溶液を透過する前記パルスレーザ光を出力することと、
前記パルスレーザ光のパルス時間波形を調節することと、
を備えるレーザドーピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザドーピング装置及びレーザドーピング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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シリコン（Ｓｉ）と比較して、大きいバンドギャップ、高い絶縁破壊電界（Ｓｉのおよそ１０倍）、優れた熱伝導率などを有し、また熱化学的に安定していることが特徴となっている。
【０００３】
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り得る。Ｓｉに不純物をドーピングする場合には、不純物のイオンビームをＳｉに照射し、高温により活性化することが従来行われている。しかし、このような従来の方法でＳｉＣに不純物をドーピングしようとすると、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場合があった。
【０００４】
下記の非特許文献１〜５においては、ドーパントを含む溶液中でＳｉＣにパルスレーザ光を照射することによる不純物のドーピングが検討されている。しかし、これらの非特許文献１〜５においては、以下のように、十分なドーピング深さが得られない場合があった。
（１）ｎ型ドーパントについては、窒素（Ｎ）のドーピング深さが１００〜２００ｎｍを達成できた例が報告されているが、リン（Ｐ）のドーピング深さは、約３０ｎｍしか達成できていない。
（２）ｐ型ドーパントについては、アルミニウム（Ａｌ）のドーピング深さが約４０ｎｍを達成した例が報告されているが、それ以上のドーピング深さを達成できた例は報告されていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Akihiro Ikeda, Koji Nishi, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano, Phosphorus doping of 4H SiC by liquid immersion excimer laser irradiation, APPLIED PHYSICS LETTERS 102, 052104 (2013)
【非特許文献２】Koji Nishi, Akihiro Ikeda, Hiroshi Ikenoue, and Tanemasa Asano, Phosphorus doping into 4H-SiC by Irradiation of Excimer Laser in Phosphoric Solution, Japanese Journal of Applied Physics 52 (2013)
【非特許文献３】Daichi Marui, Akihiro Ikeda, Koji Nishi, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano, Aluminum doping of 4H-SiC by irradiation of excimer laser in aluminum chloride solution, Japanese Journal of Applied Physics 53(2014)
【非特許文献４】Akihiro Ikeda, Daichi Marui, Hiroshi Ikenoue, Tanemasa Asano, Nitrogen doping of 4H-SiC by KrF excimer laser irradiation in liquid nitrogen, Japanese Journal of Applied Physics 54(2015)
【非特許文献５】井上祐樹，池上浩，池田晃裕，中村大輔，岡田龍雄，浅野種正，薬液中レーザー照射による4H-SiCのn形化と不純物の拡散特性，第６１回応用物理学会春季学術講演会(2014)
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３８７０９１号公報
【特許文献２】特許第４４０９２３１号公報
【特許文献３】特表２０１０−５２５５５４号公報
【特許文献４】国際公開第２０１４／１５６８１８号
【概要】
【０００７】
本開示の１つの観点に係るレーザドーピング装置は、半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給する溶液供給システムと、ドーパントを含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置と、パルスレーザ光のパルス時間波形を調節するパルス時間波形調節装置と、を含むレーザシステムと、を備えてもよい。
【０００８】
本開示の他の１つの観点に係るレーザドーピング装置は、半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング装置において、所定領域に、ホウ素を含む溶液を供給する溶液供給システムと、ホウ素を含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力する少なくとも１つのレーザ装置と、を備えてもよい。
【０００９】
本開示の他の１つの観点に係るレーザドーピング方法は、半導体材料の所定領域にパルスレーザ光を照射してドーピングを行うレーザドーピング方法において、所定領域に、ドーパントを含む溶液を供給することと、ドーパントを含む溶液を透過するパルスレーザ光を出力することと、パルスレーザ光のパルス時間波形を調節することと、を備えてもよい。
【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ドーピング装置の構成を概略的に示す。
【図２】図２は、本開示の第１の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。
【図３Ａ】図３Ａは、図２に示される光学パルスストレッチャーの構成を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、光学パルスストレッチャーを用いない場合と、光学パルスストレッチャーを用いた場合のパルスレーザ光のパルス時間波形を示すグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、４Ｈ−ＳｉＣにドーピングされたアルミニウムの濃度とドーピング深さの関係を示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板の一部に、アルミニウムをドーピングしてｐ型層を形成した場合のダイオード特性を示すグラフである。
【図５】図５は、本開示の第２の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。
【図６Ａ】図６Ａは、図５に示される光学パルスストレッチャーの構成を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、ビームスプリッタを図６Ａと異なる位置に移動させ、且つ、凹面ミラーの姿勢が図６Ａと異なる状態を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、凹面ミラーの姿勢が図６Ｂと異なる状態を示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、ビームスプリッタ、ホルダ、アーム、移動テーブル及び１軸ステージを、ビームスプリッタの反射面に垂直な方向から見た図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、ビームスプリッタを図６Ｄと異なる位置に移動させた状態を示す。
【図７】図７は、図５に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、図７に示されるパルス時間波形生成パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図７に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図７に示される目標パルスエネルギーを設定する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図９】図９は、図５に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理の変形例を示すフローチャートである。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図９に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図９に示される目標パルスエネルギーを設定する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、図９及び図１０Ａ〜図１０Ｃに示される変形例において作製可能な半導体の深さ方向に対するドーパント濃度分布の例を示す。
【図１２】図１２は、本開示の第３の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す
【図１３】図１３は、図１２に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３に示される可変スリット４２ａを制御する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１５Ａ】図１５Ａは、第３の実施形態において作製可能な半導体素子を模式的に示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａに示されるＸＶＢ−ＸＶＢ線における断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本開示の第４の実施形態に係るレーザドーピング装置において用いられる光学パルスストレッチャーの構成を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１６Ａに示される光学パルスストレッチャーにおいて用いられる複数のビームスプリッタを、これらのビームスプリッタの反射面に垂直な方向から見た図である。
【図１７】図１７は、本開示の第５の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。
【図１８】図１８は、図１７に示されるレーザドーピング装置におけるトリガ信号とパルスレーザ光のタイミングチャートを示す。
【図１９】図１９は、図１７に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。
【図２０Ａ】図２０Ａは、図１９に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、図１９に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本開示の第６の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーパントを含む溶液としてホウ素を含む溶液を用いた場合に、４Ｈ−ＳｉＣにドーピングされたホウ素の濃度とドーピング深さとの関係を示すグラフである。
【図２２】図２２は、上述のレーザ装置の具体的構成を示す。
【図２３】図２３は、図２２に示されるレーザチャンバの内部構成と、パルスパワーモジュールの構成とを示す。
【図２４】図２４は、上述のビームホモジナイザ４１に含まれるフライアイレンズ４１ａの例を示す斜視図である。
【図２５】図２５は、上述のビームホモジナイザ４１に含まれるフライアイレンズの変形例を示す斜視図である。
【図２６】図２６は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
【実施形態】
【００１１】
＜内容＞
１．概要
２．比較例に係るレーザドーピング装置
２．１  レーザドーピング装置の構成
２．２  レーザドーピング装置の動作
２．３  課題
３．光学パルスストレッチャーを含むレーザドーピング装置（第１の実施形態）
３．１  構成
３．２  動作
３．３  光学パルスストレッチャーの詳細
３．４  第１の実施形態の作用
４．パルス時間波形を可変するレーザドーピング装置（第２の実施形態）
４．１  構成
４．２  光学パルスストレッチャーの詳細
４．３  ドーピング制御部の処理
４．３．１  メインフロー
４．３．２  Ｓ１１０の詳細
４．３．３  Ｓ１４０の詳細
４．３．４  Ｓ１７０の詳細
４．４  ドーピング制御部の処理の変形例
４．４．１  メインフロー
４．４．２  Ｓ１１０ａの詳細
４．４．３  Ｓ１４０ａの詳細
４．４．４  Ｓ１７０ａの詳細
５．照射領域の形状及び大きさを可変するレーザドーピング装置（第３の実施形態）
５．１  構成
５．２  ドーピング制御部の処理
５．２．１  メインフロー
５．２．２  Ｓ１１０ｂの詳細
５．２．３  Ｓ１８０の詳細
６．ビームスプリッタのバリエーション（第４の実施形態）
７．複数のレーザ部を含むレーザドーピング装置（第５の実施形態）
７．１  構成及び動作
７．２  ドーピング制御部の処理
７．２．１  メインフロー
７．２．２  Ｓ１１０ｃの詳細
７．２．３  Ｓ１４０ｃの詳細
７．３  作用
８．ホウ素を含む溶液を用いたレーザドーピング装置（第６の実施形態）
９．その他
９．１  レーザ装置の詳細
９．２  フライアイレンズの構成
９．３  制御部の構成
【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、ドーパントを含む溶液中で紫外領域のパルスレーザ光を半導体材料に照射することによって、半導体材料へのドーピングを行うレーザドーピング装置又はレーザドーピング方法に関する。
【００１４】
２．比較例に係るレーザドーピング装置
２．１  レーザドーピング装置の構成
図１は、比較例に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。レーザドーピング装置は、レーザシステム３と、ドーピング装置４とを備えていてもよい。
【００１５】
レーザシステム３は、レーザ装置２と、アッテネータ１８とを含んでもよい。レーザ装置２は、紫外領域のパルスレーザ光を出力するエキシマレーザ装置であってもよい。パルスレーザ光の波長は、ドーピング装置４において用いられるドーパントを含む溶液を高い透過率で透過する波長であって、被照射物となる半導体材料の損傷が少ない波長であることが望ましい。例えば、レーザ装置２は、ＫｒＦまたはＸｅＣｌをレーザ媒質とするレーザ装置であってもよい。出力されるパルスレーザ光のパルス幅は約５０ｎｓであってもよい。ＫｒＦエキシマレーザ装置の場合、パルスレーザ光の波長は約２４８．４ｎｍでもよい。ＸｅＣｌエキシマレーザ装置の場合、パルスレーザ光の波長は約３０８ｎｍでもよい。
【００１６】
アッテネータ１８は、レーザ装置２から出力されるパルスレーザ光の光路に配置され、２枚の部分反射ミラー１８ａ及び１８ｂと、これらの部分反射ミラーの回転ステージ１８ｃ及び１８ｄと、を含んでいてもよい。２枚の部分反射ミラー１８ａ及び１８ｂは、パルスレーザ光の入射角度によって、透過率が変化する光学素子であってもよい。
【００１７】
ドーピング装置４は、スリット４２と、高反射ミラー４３ａと、転写光学系４３ｄと、テーブル４３ｆと、ＸＹＺステージ４３ｇと、容器４３ｈと、溶液供給システム４６と、モニタ装置４４と、を含んでいてもよい。スリット４２は、アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光の光路に配置されていてもよい。スリット４２は、互いに略直交する２軸を有するスリットであってもよい。スリット４２は、パルスレーザ光のビーム断面のうちの光強度分布が均一な領域が通過するように配置されていてもよい。
【００１８】
高反射ミラー４３ａは、レーザ装置２から出力された紫外領域のパルスレーザ光を高い反射率で反射し、可視光を透過させるダイクロイックミラーであってもよい。高反射ミラー４３ａは、スリット４２を通過したパルスレーザ光を反射して転写光学系４３ｄに入射させるように配置されていてもよい。転写光学系４３ｄは、１つ又は複数の凸レンズを含む光学系でもよいし、１つ又は複数の凸レンズと１つ又は複数の凹レンズとを含む光学系であってもよい。また、転写光学系４３ｄは、可視光と紫外領域の光の波長に対して、色収差補正をしたレンズであってもよい。たとえば、転写光学系４３ｄは合成石英とフッ化カルシウムの材料で構成された複数のレンズを含んでいてもよい。
【００１９】
テーブル４３ｆは、容器４３ｈを支持していてもよい。容器４３ｈは、ドーパントを含む溶液を内部に溜めることができるように構成されてもよい。この溶液は、例えば、ドーパントとしてアルミニウムを含む塩化アルミニウム水溶液、ドーパントとして窒素を含むアンモニア水溶液、ドーパントとしてリンを含むリン酸水溶液、あるいはその他のドーパントを含む溶液であってもよい。
【００２０】
被照射物４３ｅ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ってもよい。ＳｉＣの結晶構造は特に限定されないが、例えば、被照射物４３ｅは４Ｈ−ＳｉＣであってもよい。４Ｈ−ＳｉＣは、４層で１周期となる六方晶構造を有するＳｉＣであってもよい。被照射物４３ｅは、容器４３ｈに溜められた溶液に浸るように、容器４３ｈの底に収容されてもよい。被照射物４３ｅに対するパルスレーザ光の照射領域の表面は、容器４３ｈに溜められた溶液の液面と略平行でもよい。少なくとも、被照射物４３ｅのパルスレーザ光が照射される領域が、容器４３ｈに溜められた溶液の液面より下方に位置してもよい。
【００２１】
溶液供給システム４６は、ポンプ４６ａと、溶液供給配管４６ｂと、プレート４６ｃと、ウインドウ４６ｄと、溶液排出配管４６ｅと、を含んでいてもよい。ポンプ４６ａの出力は、プレート４６ｃに固定された溶液供給配管４６ｂに接続されてもよい。溶液供給配管４６ｂは、被照射物４３ｅのパルスレーザ光が照射される領域に沿って溶液が流れるように、液面に対して傾斜した状態でプレート４６ｃに固定されていてもよい。溶液供給配管４６ｂは、溶液供給配管４６ｂの出口が被照射物４３ｅのパルスレーザ光が照射される領域に向けられていてもよい。プレート４６ｃには、さらに、溶液の一部を排出する溶液排出配管４６ｅが固定されていてもよい。溶液排出配管４６ｅを介して排出された溶液は、必要に応じて精製された後、図示しないタンクに貯蔵されてもよい。このタンクは、ポンプ４６ａの入力に接続されてもよい。
ＸＹＺステージ４３ｇは、テーブル４３ｆを支持していてもよい。ＸＹＺステージ４３ｇは、テーブル４３ｆの位置を調整することにより、容器４３ｈに収容された被照射物４３ｅの位置を調整可能であってもよい。
【００２２】
ウインドウ４６ｄは、プレート４６ｃに固定され、被照射物４３ｅを照射するパルスレーザ光の光路に配置されていてもよい。ウインドウ４６ｄの材料は、エキシマレーザ光を透過する合成石英であってもよい。ウインドウ４６ｄの下面は溶液に接してもよい。ウインドウ４６ｄの上面は溶液の液面より上に位置してもよい。あるいは、ウインドウ４６ｄの周囲をプレート４６ｃが囲って、このプレート４６ｃの上面が溶液の液面より上に位置することにより、ウインドウ４６ｄの上面に溶液が流れ込まないようになっていてもよい。
【００２３】
モニタ装置４４は、ビームスプリッタ４４ａと、照明装置４４ｂと、２次元センサ４４ｃと、を含んでいてもよい。ビームスプリッタ４４ａは、可視光を約５０％透過させ、約５０％反射させるハーフミラーであってもよい。照明装置４４ｂは、可視光を発光するランプでもよい。
【００２４】
転写光学系４３ｄは、紫外領域の光によるスリット４２の転写像が、ウインドウ４６ｄとドーパントを含む溶液とを介して、第１の所定位置に結像されるように構成されていてもよい。転写光学系４３ｄは、第１の所定位置に被照射物４３ｅの表面の位置が略一致する場合に、可視光による被照射物４３ｅの表面の転写像が、高反射ミラー４３ａ及びビームスプリッタ４４ａを介して、第２の所定位置に結像されるように構成されていてもよい。第２の所定位置に２次元センサ４４ｃの受光面の位置が略一致するように、２次元センサ４４ｃが配置されていてもよい。
【００２５】
２．２  レーザドーピング装置の動作
アッテネータ１８に含まれる２枚の部分反射ミラー１８ａ及び１８ｂは、パルスレーザ光の入射角度が互いに略等しくなるように、且つパルスレーザ光の透過率が所望の透過率となるように、回転ステージ１８ｃ及び１８ｄによって姿勢を制御されてもよい。これにより、レーザ装置２から出力されたパルスレーザ光は、所望のパルスエネルギーに減光されてアッテネータ１８を通過し得る。
【００２６】
アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光は、直交する２軸のスリット４２を通過し、高反射ミラー４３ａを経由して、転写光学系４３ｄに入射してもよい。
一方、照明装置４４ｂから出力された可視光の少なくとも一部は、ビームスプリッタ４４ａによって反射され、高反射ミラー４３ａを透過して、転写光学系４３ｄ、ウインドウ４６ｄ及びドーパントを含む溶液を介して、被照射物４３ｅの表面を照明してもよい。
【００２７】
転写光学系４３ｄが、可視光による被照射物４３ｅの表面の転写像を、２次元センサ４４ｃの受光面の位置に結像するように、ＸＹＺステージ４３ｇが、テーブル４３ｆの位置を調整してもよい。このような調整がなされた場合には、転写光学系４３ｄは、紫外領域の光によるスリット４２の転写像を、被照射物４３ｅの表面に結像し得る。すなわち、パルスレーザ光がウインドウ４６ｄとドーパントを含む溶液とを透過し、被照射物４３ｅの表面に照射され得る。その結果、スリット４２の像が転写された領域で、ドーパントが、被照射物４３ｅの表面から深さ方向に拡散し得る。
【００２８】
上述のように、ウインドウ４６ｄの下面は溶液に接しており、ウインドウ４６ｄの上面は溶液に接していなくてもよい。これにより、溶液供給システム４６が生じさせる溶液の流れによって液面が揺れて、転写光学系４３ｄによる転写像がゆがんだり転写位置が変化したりすることが、抑制され得る。
また、ポンプ４６ａは、容器４３ｈの内部で溶液の流れが形成されるように、流量を制御されてもよい。パルスレーザ光のエネルギーによって溶液中に気泡が生じた場合でも、溶液の流れにより、パルスレーザ光の照射領域から気泡を除去し得る。これにより、転写光学系４３ｄの結像性能が気泡により低下することが抑制され得る。
【００２９】
２．３  課題
ＳｉＣを用いてパワーデバイスを構成する場合、不純物のドーピング深さは１００ｎｍ以上が望ましい。しかしながら、ＳｉＣにｐ型ドーパントを１００ｎｍ以上の深さにまで拡散させることは困難であり得た。
【００３０】
以下に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、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光の光路に、光学パルスストレッチャーなどのパルス時間波形調節装置を配置してもよい。パルス時間波形調節装置により、例えばパルス時間幅の長いパルスレーザ光を生成し、溶液中の被照射物４３ｅの表面に照射してもよい。
【００３１】
３．光学パルスストレッチャーを含むレーザドーピング装置（第１の実施形態）
３．１  構成
図２は、本開示の第１の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。第１の実施形態に係るレーザドーピング装置において、レーザシステム３ａは、図１を参照しながら説明したレーザシステムの構成に加えて、光学パルスストレッチャー１６と、パルス時間波形計測部１９と、レーザシステム制御部３１と、を備えていてもよい。また、第１の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーピング装置４ａは、図１を参照しながら説明したドーピング装置の構成に加えて、ドーピング制御部４５を備えていてもよい。
【００３２】
光学パルスストレッチャー１６は、レーザ装置２とアッテネータ１８との間のパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。光学パルスストレッチャー１６は、ビームスプリッタと、遅延光学系と、を含んでもよい。光学パルスストレッチャー１６は、本開示におけるパルス時間波形調節装置に相当し得る。
【００３３】
パルス時間波形計測部１９は、アッテネータ１８とドーピング装置４ａとの間のパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。パルス時間波形計測部１９は、ビームスプリッタ１９ａと、集光光学系１９ｂと、光センサ１９ｃとを含んでもよい。ビームスプリッタ１９ａは、アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光を高い透過率で透過させるとともに、パルスレーザ光の一部を集光光学系１９ｂに向けて反射してもよい。集光光学系１９ｂは、ビームスプリッタ１９ａによって反射された光を光センサ１９ｃの感光面に集光してもよい。光センサ１９ｃは、高速のフォトダイオード又はバイプラナ管であってもよい。
【００３４】
３．２  動作
ドーピング制御部４５は、モニタ装置４４の２次元センサ４４ｃから画像データを受信し、この画像データのコントラストが大きくなるように、ＸＹＺステージ４３ｇを制御してもよい。画像データのコントラストが最大となるようにＸＹＺステージ４３ｇが制御されたとき、被照射物４３ｅの表面の像が転写光学系４３ｄによって２次元センサ４４ｃの受光面に転写されていてもよい。このようにＸＹＺステージ４３ｇが制御されたとき、スリット４２の像が転写光学系４３ｄによって被照射物４３ｅの表面に転写され得る。
ドーピング制御部４５は、被照射物４３ｅにおけるパルスレーザ光のフルーエンスが所定の値となるように、アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光の目標パルスエネルギーＥｔのデータをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。
【００３５】
レーザシステム制御部３１は、レーザ装置２に、レーザ装置２から出力されるパルスレーザ光の目標パルスエネルギーＥＬ１を送信してもよい。次に、レーザシステム制御部３１は、アッテネータ１８を通過したパルスレーザ光の目標パルスエネルギーＥｔが以下の式で得られる値となるように、アッテネータ１８の透過率Ｔ２を制御する信号を送信してもよい。
Ｅｔ＝Ｔ１・Ｔ２・ＥＬ１
ここで、Ｔ１は光学パルスストレッチャー１６の透過率であってもよい。
【００３６】
ドーピング制御部４５は、被照射物４３ｅに対するパルスレーザ光の照射領域とウインドウ４６ｄとの間を溶液が流れるように、ポンプ４６ａを駆動してもよい。
ドーピング制御部４５は、レーザシステム制御部３１を介して、レーザ装置２に発光トリガ信号を送信してもよい。レーザ装置２に発光トリガ信号が入力されると、レーザ装置２から目標パルスエネルギーＥＬ１付近のパルスエネルギーを有するパルスレーザ光が出力され得る。この出力されたパルスレーザ光は、光学パルスストレッチャー１６に入射し、パルスストレッチされ得る。
【００３７】
パルスストレッチされたパルスレーザ光は、アッテネータ１８によって目標パルスエネルギーＥｔ付近のパルスエネルギーとなるように減光されてもよい。その後、パルスレーザ光は、パルス時間波形計測部１９のビームスプリッタ１９ａによって、一部反射され、集光光学系１９ｂを介して、光センサ１９ｃに入射し得る。
【００３８】
レーザシステム制御部３１は、光センサ１９ｃからの信号を受信して、パルスレーザ光のパルス時間波形を計測してもよい。また、このパルス時間波形を積分して、パルスエネルギーを計算して、目標パルスエネルギーＥｔ付近のパルスエネルギーとなっているか確認してもよい。また、計測されたパルス時間波形のデータは、ドーピング制御部４５に送信されてもよい。
【００３９】
パルス時間波形計測部１９を通過したパルスレーザ光は、ドーピング装置４ａのスリット４２に入射し得る。スリット４２を通過したパルスレーザ光は、高反射ミラー４３ａによって反射され、転写光学系４３ｄと、ウインドウ４６ｄと、溶液とを介して被照射物４３ｅに入射してもよい。これにより、溶液中のドーパントが、被照射物４３ｅの照射領域にドーピングされ得る。
【００４０】
３．３  光学パルスストレッチャーの詳細
図３Ａは、図２に示される光学パルスストレッチャーの構成を示す。光学パルスストレッチャー１６は、ビームスプリッタ１６ｙと、凹面ミラー１６ａ〜１６ｈとを含んでいてもよい。
【００４１】
ビームスプリッタ１６ｙは、パルスレーザ光を高い透過率で透過させる基板を含んでもよい。この基板の第１の面１６１には減反射膜がコートされ、この基板の第２の面１６２には、部分反射膜がコートされていてもよい。ビームスプリッタ１６ｙは、ホルダ１６ｏに支持されてもよい。
凹面ミラー１６ａ〜１６ｈは、遅延光学系を構成し得る。凹面ミラー１６ａ〜１６ｈ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ってもよい。焦点距離Ｆは、例えば、ビームスプリッタ１６ｙから凹面ミラー１６ａまでの距離に相当してもよい。
【００４２】
図中の左側からビームスプリッタ１６ｙに入射するパルスレーザ光は、第１の面１６１を高い透過率で透過し、第２の面１６２の部分反射膜に入射し得る。第２の面１６２に入射したパルスレーザ光は、第１の光路と第２の光路に分岐され得る。すなわち、図中の左側からビームスプリッタ１６ｙに入射したパルスレーザ光の一部は透過し、第１の光路に進んで、第１の出力パルスＰ１となり得る。図中の左側からビームスプリッタ１６ｙに入射したパルスレーザ光の他の一部は反射され、第２の光路に進んで、凹面ミラー１６ａによって反射され得る。
【００４３】
凹面ミラー１６ａによって反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１６ｄ、１６ｅ、１６ｈ、１６ｇ、１６ｆ、１６ｃ、１６ｂの順で反射されて、ビームスプリッタ１６ｙに図中の上側から入射してもよい。図中の上側からビームスプリッタ１６ｙに入射したパルスレーザ光の一部は反射され、上記第１の光路に進んで第２の出力パルスＰ２となり得る。図中の上側からビームスプリッタ１６ｙに入射したパルスレーザ光の他の一部はビームスプリッタ１６ｙを透過して再び上記第２の光路に進み得る。
【００４４】
図中の左側からビームスプリッタ１６ｙに入射して透過した第１の出力パルスＰ１と、図中の上側からビームスプリッタ１６ｙに入射して反射された第２の出力パルスＰ２とが略同一の光路軸で、光学パルスストレッチャー１６から図中の右側に向けて出力され得る。凹面ミラー１６ａ〜１６ｈを経由した遅延光路の光路長は、凹面ミラー１６ａ〜１６ｈの各々の焦点距離Ｆの１６倍に相当し得る。この場合、第１の出力パルスＰ１に対する第２の出力パルスＰ２の遅延時間は、光速をｃとしたとき、１６Ｆ／ｃとなり得る。また、ビームスプリッタ１６ｙの第２の面１６２におけるパルスレーザ光のビーム断面の像が、遅延光路を通って再び第２の面１６２に入射するときに、第２の面に正転して結像し得る。
【００４５】
図中の上側からビームスプリッタ１６ｙに入射して透過したパルスレーザ光は、再び凹面ミラー１６ａによって反射され、上述と同じ遅延光路を通って、再びビームスプリッタ１６ｙに図中の上側から入射してもよい。再びビームスプリッタ１６ｙに図中の上側から入射したパルスレーザ光の一部は反射されて、光学パルスストレッチャー１６から図中の右側に向けて出力され得る。これを繰り返すことにより、第１及び第２の出力パルスＰ１及びＰ２と略同一の光路軸で、図示しない第３及び第４の出力パルスが出力され、パルスレーザ光がパルスストレッチされてもよい。
【００４６】
なお、図３Ａにおいては、８枚の凹面ミラーを用いる例を示したが、本開示はこの例に限定されることなく、さらに多い数の凹面ミラーが同様に配置されてもよい。あるいは、８枚より少ない数たとえば４枚の凹面ミラーが配置されてもよい。
【００４７】
図３Ｂは、光学パルスストレッチャーを用いない場合と、光学パルスストレッチャーを用いた場合のパルスレーザ光のパルス時間波形を示すグラフである。光学パルスストレッチャーの遅延光路の光路長は７ｍとし、ビームスプリッタ１６ｙの反射率は６２％とした。光学パルスストレッチャーを用いない場合、パルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴＴＩＳは約５０ｎｓであった。光学パルスストレッチャーを用いた場合、パルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴＴＩＳは約８０ｎｓとなった。ここで、パルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴＴＩＳは以下の式で算出されるものでもよい。
ΔＴＴＩＳ＝［∫Ｉ（ｔ）ｄｔ］２／∫Ｉ（ｔ）２ｄｔ
【００４８】
３．４  第１の実施形態の作用
以上のように、パルスストレッチされたパルスレーザ光を、ドーパントを含む溶液中で半導体材料の被照射物４３ｅに照射することにより、パルスストレッチしない場合よりもドーピング深さを大きくし得る。
【００４９】
図４Ａは、４Ｈ−ＳｉＣにドーピングされたアルミニウムの濃度とドーピング深さの関係を示すグラフである。ドーパントを含む溶液としては、飽和濃度の塩化アルミニウム水溶液を用いた。パルスレーザ光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光を用い、１パルスあたりのフルーエンスは４．５Ｊ／ｃｍ２であり、繰り返し周波数は１００Ｈｚであり、１箇所への照射ショット数は１０パルスであった。パルス時間波形及びパルス時間幅は、光学パルスストレッチャーを用いない場合と、光学パルスストレッチャーを用いた場合のいずれも、図３Ｂを参照しながら説明した通りである。
【００５０】
４Ｈ−ＳｉＣにドーピングされたアルミニウムの濃度の測定は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で実施した。
図４Ａに示されるように、光学パルスストレッチャーを用いて、パルスレーザ光のパルス時間幅を５０ｎｓから８０ｎｓに伸長したことにより、アルミニウムのドーピング深さが４０ｎｍから１２０ｎｍに改善した。
図４Ａにおいては、４Ｈ−ＳｉＣにアルミニウムをドーピングした場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。ダイヤモンドやＧａＮへのドーピングであっても、塩化アルミニウム水溶液中で照射するパルスレーザ光のパルス時間幅を伸長することによって、ドーピング深さが大きくなることが期待できる。
【００５１】
図４Ｂは、４Ｈ−ＳｉＣのｎ型基板の一部に、アルミニウムをドーピングしてｐ型層を形成した場合のダイオード特性を示すグラフである。横軸は、ｐ型層に印加した電圧からｎ型基板に印加した電圧を減算した値を示す。縦軸は電流を示す。横軸の値が０以上であるので、図４Ｂは、順方向バイアスの特性を示す。
【００５２】
図４Ｂに示されるように、光学パルスストレッチャーを用いないでドーピングした場合、順方向の電流が流れ始める電圧であるオン電圧は、約１Ｖであった。これに対し、光学パルスストレッチャーを用いてドーピングした場合、オン電圧は約２Ｖとなった。一般にＳｉＣを用いてｐｎ接合を形成した場合、オン電圧が２Ｖ〜３Ｖとなることが知られている。従って、図４Ｂに示される結果は、光学パルスストレッチャーを用いてｐ型層を形成することにより、ｐｎ接合が形成され、半導体素子として使用可能であることを証明し得る。
【００５３】
４．パルス時間波形を可変するレーザドーピング装置（第２の実施形態）
４．１  構成
図５は、本開示の第２の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。第２の実施形態に係るレーザドーピング装置において、レーザシステム３ｂは、図２を参照しながら説明した光学パルスストレッチャー１６の代わりに、光学パルスストレッチャー１６αを備えていてもよい。また、第２の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーピング装置４ｂは、図２を参照しながら説明したドーピング装置の構成に加えて、ビームホモジナイザ４１を備えていてもよい。
【００５４】
ビームホモジナイザ４１は、パルス時間波形計測部１９とスリット４２との間のパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。ビームホモジナイザ４１は、フライアイレンズ４１ａと、コンデンサ光学系４１ｂと、を含んでもよい。コンデンサ光学系４１ｂは、その後側焦点の位置がスリット４２の位置と略一致するように配置されてもよい。フライアイレンズ４１ａは、フライアイレンズ４１ａに含まれる複数のレンズの前側焦点を含む焦点面の位置とコンデンサ光学系４１ｂの前側焦点面の位置とが略一致するように配置されてもよい。
【００５５】
ドーピング装置４ｂに入射したパルスレーザ光は、ビームホモジナイザ４１によって、スリット４２をケーラー照明し得る。その結果、パルスレーザ光の光強度分布が均一化され得る。
【００５６】
４．２  光学パルスストレッチャーの詳細
図６Ａは、図５に示される光学パルスストレッチャーの構成を示す。この光学パルスストレッチャー１６αは、図３Ａを参照しながら説明したビームスプリッタ１６ｙの代わりに、ビームスプリッタ１６ｎを含んでもよい。また、凹面ミラー１６ａ〜１６ｈのうち、凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆは、それぞれ、回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍに支持されてもよい。
【００５７】
ビームスプリッタ１６ｎの第１の面１６１には減反射膜がコートされ、第２の面１６２には、矢印Ｂ方向に反射率分布を有する部分反射膜がコートされていてもよい。ビームスプリッタ１６ｎは、ホルダ１６ｏを介してアーム１６ｐに支持されてもよい。アーム１６ｐは、移動テーブル１６ｑに支持され、移動テーブル１６ｑは、１軸ステージ１６ｒに支持されてもよい。
【００５８】
図６Ｄ及び図６Ｅは、ビームスプリッタ１６ｎ、ホルダ１６ｏ、アーム１６ｐ、移動テーブル１６ｑ及び１軸ステージ１６ｒを、ビームスプリッタ１６ｎの反射面に垂直な方向から見た図である。図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｅは、ビームスプリッタ１６ｎ等を図６Ａ及び図６Ｄと異なる位置に移動させた状態を示す。１軸ステージ１６ｒは、ビームスプリッタ１６ｎ、ホルダ１６ｏ、アーム１６ｐ及び移動テーブル１６ｑを、矢印Ｂ方向に往復移動できるように構成されてもよい。１軸ステージ１６ｒは、レーザシステム制御部３１（図５）によって制御されてもよい。これにより、ビームスプリッタ１６ｎは、パルスレーザ光の入射角度を維持した状態で、矢印Ｂ方向に往復移動できるように構成されてもよい。
【００５９】
図６Ａを再び参照し、回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍは、それぞれ凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆを紙面の面内で回転させ、それぞれの姿勢を制御できるように構成されてもよい。回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍは、レーザシステム制御部３１（図５）によって制御されてもよい。
【００６０】
凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ａに示される状態のとき、光学パルスストレッチャー１６αにパルスレーザ光が入射したときのパルスレーザ光の光路は、図３Ａを参照しながら説明したものと同様でよい。
【００６１】
図６Ｂは、凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ａと異なる状態を示す。凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ｂに示される状態のとき、凹面ミラー１６ａによって反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｃ、１６ｂの順で反射されてもよい。すなわち、凹面ミラー１６ｈ及び１６ｇをスキップしてもよい。この場合の遅延光路の光路長は、凹面ミラー１６ａ〜１６ｈの各々の焦点距離Ｆの約１２倍に相当し得る。
【００６２】
図６Ｃは、凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ａ及び図６Ｂと異なる状態を示す。凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢が図６Ｃに示される状態のとき、凹面ミラー１６ａによって反射されたパルスレーザ光は、凹面ミラー１６ｄ、１６ｃ、１６ｂの順で反射されてもよい。すなわち、凹面ミラー１６ｅ、１６ｈ、１６ｇ及び１６ｆをスキップしてもよい。この場合の遅延光路の光路長は、凹面ミラー１６ａ〜１６ｈの各々の焦点距離Ｆの約８倍に相当し得る。
【００６３】
このように、凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの姿勢によって、遅延光路の光路長を、８Ｆ、１２Ｆ及び１６Ｆと可変することができる。これらの場合のいずれにおいても、ビームスプリッタ１６ｎの第２の面１６２に入射するパルスレーザ光のビーム断面の転写像が、ビームスプリッタ１６ｎの第２の面１６２に結像し得る。遅延光路の光路長を変更することにより、第１の出力パルスＰ１に対する第２の出力パルスＰ２や上述の第３、第４の出力パルスの遅延時間を変更できるので、光学パルスストレッチャー１６αから出力されるパルスレーザ光の時間波形を変更し得る。
【００６４】
ビームスプリッタ１６ｎの位置を１軸ステージ１６ｒが矢印Ｂ方向に往復移動させることによって、ビームスプリッタ１６ｎにおけるパルスレーザ光の反射率を変更することができる。ビームスプリッタ１６ｎにおけるパルスレーザ光の反射率を変更することにより、第１の出力パルスＰ１に対する第２の出力パルスＰ２や第３、第４の出力パルスの強度比を変更できるので、光学パルスストレッチャー１６αから出力されるパルスレーザ光のパルス時間波形を変更し得る。
【００６５】
以上のように、光学パルスストレッチャー１６αに含まれるビームスプリッタの反射率と遅延光路の光路長とを変化させることによって、第１〜第４の出力パルスのパルス時間間隔や、第１〜第４の出力パルスの光強度比を変更し得る。
他の点については、図２及び図３Ａを参照しながら説明したレーザドーピング装置と同様でよい。
【００６６】
４．３  ドーピング制御部の処理
４．３．１  メインフロー
図７は、図５に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。ドーピング制御部４５は、以下の処理により、所望のパルス時間波形を有するパルスレーザ光を用いてドーピングを行ってもよい。
【００６７】
まず、Ｓ１００において、ドーピング制御部４５は、パルス時間波形生成パラメータのデータを受信したか否かを判定してもよい。パルス時間波形生成パラメータのデータは、例えば、オペレータが入力したものを受信してもよいし、図示しないコンピュータシステムからネットワークを通じて受信してもよい。パルス時間波形生成パラメータは、パルス時間波形を生成するために必要なパラメータであって、この場合は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率の目標値と、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長の目標値と、を含んでいてもよい。
【００６８】
パルス時間波形生成パラメータのデータを受信した場合は、ドーピング制御部４５は、処理をＳ１１０に進めてもよい。パルス時間波形生成パラメータのデータを受信していない場合は、ドーピング制御部４５は、パルス時間波形生成パラメータのデータを受信するまで待機してもよい。
【００６９】
パルス時間波形生成パラメータのデータを受信した場合（Ｓ１００；ＹＥＳ）、Ｓ１１０において、ドーピング制御部４５は、受信したパルス時間波形生成パラメータを読み込んでもよい。この処理の詳細については、図８Ａを参照しながら後述する。
【００７０】
次に、Ｓ１２０において、ドーピング制御部４５は、ドーパントを含む溶液を被照射物の表面に供給開始するように、ポンプ４６ａ（図５）を制御してもよい。
【００７１】
次に、Ｓ１３０において、ドーピング制御部４５は、２次元センサ４４ｃ（図５）の画像を参照し、所望の照射領域に位置決めするようにＸＹＺステージ４３ｇを制御してもよい。
次に、Ｓ１４０において、ドーピング制御部４５は、受信したパルス時間波形生成パラメータにレーザシステム３ｂを設定してもよい。すなわち、ドーピング制御部４５は、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長の目標値と、ビームスプリッタ１６ｎの反射率の目標値とを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図８Ｂを参照しながら後述する。
【００７２】
次に、Ｓ１５０において、ドーピング制御部４５は、フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信したか否かを判定してもよい。フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータは、例えば、オペレータが入力したものを受信してもよいし、図示しないコンピュータシステムからネットワークを通じて受信してもよい。
【００７３】
フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信した場合は、ドーピング制御部４５は、処理をＳ１６０に進めてもよい。フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信していない場合は、ドーピング制御部４５は、フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信するまで待機してもよい。
【００７４】
フルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを受信した場合（Ｓ１５０；ＹＥＳ）、Ｓ１６０において、ドーピング制御部４５は、受信したフルーエンスの目標値Ｆとショット数Ｓのデータを読み込んでもよい。
【００７５】
次に、Ｓ１７０において、ドーピング制御部４５は、フルーエンスが目標値Ｆに近づくように、目標パルスエネルギーを設定してもよい。ドーピング制御部４５は、この目標パルスエネルギーのデータを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図８Ｃを参照しながら後述する。
【００７６】
次に、Ｓ１９０において、ドーピング制御部４５は、Ｓ個の発光トリガ信号をレーザシステム制御部３１に出力してもよい。これにより、レーザシステム３ｂから、Ｓ個のパルスを含むパルスレーザ光が生成されてもよい。これらのパルスレーザ光は、被照射物４３ｅに照射されてもよい。
【００７７】
次に、Ｓ２００において、ドーピング制御部４５は、パルス時間波形生成パラメータのデータが変更されたか否かを判定してもよい。パルス時間波形生成パラメータのデータが変更された場合（Ｓ２００；ＹＥＳ）、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１００に戻して、パルス時間波形生成パラメータのデータを再度受信してもよい。
【００７８】
パルス時間波形生成パラメータのデータが変更されない場合（Ｓ２００；ＮＯ）、ドーピング制御部４５は、処理をＳ２１０に進めてもよい。Ｓ２１０において、ドーピング制御部４５は、レーザ照射を中止するか否かを判定してもよい。レーザ照射を中止しない場合（Ｓ２１０；ＮＯ）、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１３０に戻してＸＹＺステージ４３ｇの制御や発光トリガ信号の出力等を行ってもよい。レーザ照射を中止する場合（Ｓ２１０；ＹＥＳ）、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了してもよい。
【００７９】
４．３．２  Ｓ１１０の詳細
図８Ａは、図７に示されるパルス時間波形生成パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。図８Ａに示される処理は、図７に示されるＳ１１０のサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
【００８０】
Ｓ１１２において、ドーピング制御部４５は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率の目標値Ｒと、遅延光路の光路長の目標値Ｌとを読み込んでもよい。
Ｓ１１２の後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
【００８１】
４．３．３  Ｓ１４０の詳細
図８Ｂは、図７に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図８Ｂに示される処理は、図７に示されるＳ１４０のサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
【００８２】
まず、Ｓ１４１において、ドーピング制御部４５は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率の目標値Ｒをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率が目標値に近づくように、ビームスプリッタ１６ｎを移動させる１軸ステージ１６ｒを制御してもよい。
【００８３】
次に、Ｓ１４２において、ドーピング制御部４５は、遅延光路の光路長の目標値Ｌをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長が目標値に近づくように、光学パルスストレッチャー１６αの凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆをそれぞれ回転させる回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍを制御してもよい。
Ｓ１４２の後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
【００８４】
４．３．４  Ｓ１７０の詳細
図８Ｃは、図７に示される目標パルスエネルギーを設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図８Ｃに示される処理は、図７に示されるＳ１７０のサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
【００８５】
まず、Ｓ１７１において、ドーピング制御部４５は、受信したフルーエンスの目標値Ｆに基づいて、目標パルスエネルギーＥｔを計算してもよい。目標パルスエネルギーＥｔは、以下のように計算されてもよい。
Ｅｔ＝Ｆ・Ａ／Ｔｔ
ここで、Ａは、被照射物４３ｅに結像されるスリット４２の像の面積でもよい。Ｔｔは、パルス時間波形計測部１９を介してレーザシステム３ｂから出力されるパルスレーザ光の、被照射物４３ｅに照射されるまでの光路における透過率でもよい。
【００８６】
次に、Ｓ１７２において、ドーピング制御部４５は、レーザシステム制御部３１に目標パルスエネルギーＥｔを送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、レーザ装置２が出力すべきパルスレーザ光の目標パルスエネルギーＥＬ１を計算し、この計算結果に基づいてレーザ装置２を制御してもよい。さらに、レーザシステム制御部３１は、目標パルスエネルギーＥｔに基づいて、アッテネータ１８の透過率Ｔ２の目標値を計算してもよい。この目標値は、アッテネータ１８の透過率Ｔ２に関して以下の式が成り立つように、計算されてもよい。
Ｔ２＝Ｅｔ／（Ｔ１・ＥＬ１）
ここで、Ｔ１は光学パルスストレッチャー１６αの透過率でもよい。レーザシステム制御部３１は、アッテネータ１８の透過率Ｔ２の目標値の計算結果に基づいて、アッテネータ１８を制御してもよい。これにより、レーザシステム３ｂから出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは、目標パルスエネルギーＥｔに近づき得る。
【００８７】
Ｓ１７２の後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
【００８８】
４．４  ドーピング制御部の処理の変形例
４．４．１  メインフロー
図９は、図５に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理の変形例を示すフローチャートである。ドーピング制御部４５は、以下の処理により、複数の照射条件によるドーピングを行ってもよい。
【００８９】
ドーピング制御部４５は、Ｓ１００ａ及びＳ１１０ａにおいて、複数の組み合わせの照射条件パラメータを受信し、読み込んでもよい。ドーピング制御部４５は、Ｎｍａｘ通りの組み合わせの照射条件パラメータを受信し、読み込んでもよい。照射条件パラメータは、上述のパルス時間波形生成パラメータの他に、フルーエンスの目標値と、ショット数とを含んでもよい。
Ｓ１１０ａの処理の詳細については図１０Ａを参照しながら後述するが、その他の点は図７を参照しながら説明したＳ１００及びＳ１１０と同様でよい。次のＳ１２０及びＳ１３０の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様でよい。
【００９０】
次に、Ｓ１３５において、ドーピング制御部４５は、番号Ｎの値を１にセットしてもよい。
次に、Ｓ１４０ａにおいて、ドーピング制御部４５は、Ｎ番目のパルス時間波形生成パラメータにレーザシステム３ｂを設定してもよい。すなわち、ドーピング制御部４５は、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長のＮ番目の目標値ＬＮと、ビームスプリッタ１６ｎの反射率のＮ番目の目標値ＲＮとを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図１０Ｂを参照しながら後述する。
【００９１】
次に、Ｓ１７０ａにおいて、ドーピング制御部４５は、フルーエンスがＮ番目の目標値ＦＮに近づくように、目標パルスエネルギーを設定してもよい。ドーピング制御部４５は、この目標パルスエネルギーのデータを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図１０Ｃを参照しながら後述する。
次に、Ｓ１９０ａにおいて、ドーピング制御部４５は、ＳＮ個の発光トリガ信号をレーザシステム制御部３１に出力してもよい。これにより、レーザシステム３ｂから、ＳＮ個のパルスを含むパルスレーザ光が生成されてもよい。これらのパルスレーザ光は、被照射物４３ｅの表面に照射されてもよい。
【００９２】
次に、Ｓ１９５において、ドーピング制御部４５は、番号Ｎの値がＮｍａｘ以上であるか否かを判定してもよい。
番号Ｎの値がＮｍａｘ以上ではない場合（Ｓ１９５；ＮＯ）ドーピング制御部４５は、Ｓ１９６において、番号Ｎの値に１を加えて、番号Ｎの値を更新してもよい。Ｓ１９６の後、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１４０ａに戻してもよい。
番号Ｎの値がＮｍａｘ以上である場合（Ｓ１９５；ＹＥＳ）ドーピング制御部４５は、番号Ｎ＝１から番号Ｎ＝Ｎｍａｘまでのすべての照射条件パラメータについて発光トリガ信号を出力したことになるので、処理をＳ２００ａに進めてもよい。
【００９３】
次に、Ｓ２００ａにおいて、ドーピング制御部４５は、複数通りの照射条件パラメータのデータが変更されたか否かを判定してもよい。複数通りの照射条件パラメータのデータが変更された場合（Ｓ２００ａ；ＹＥＳ）、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１００ａに戻して、複数通りの照射条件パラメータのデータを再度受信してもよい。
複数通りの照射条件パラメータのデータが変更されない場合（Ｓ２００ａ；ＮＯ）、ドーピング制御部４５は、処理をＳ２１０に進めてもよい。
Ｓ２１０及びその後の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様でよい。
【００９４】
４．４．２  Ｓ１１０ａの詳細
図１０Ａは、図９に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。図１０Ａに示される処理は、図９に示されるＳ１１０ａのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
【００９５】
まず、Ｓ１１１ａにおいて、ドーピング制御部４５は、番号Ｎの値を１にセットしてもよい。
次に、Ｓ１１２ａにおいて、ドーピング制御部４５は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率のＮ番目の目標値ＲＮと、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長のＮ番目の目標値ＬＮとを読み込んでもよい。
次に、Ｓ１１３ａにおいて、ドーピング制御部４５は、フルーエンスのＮ番目の目標値ＦＮと、Ｎ番目のショット数ＳＮと、を読み込んでもよい。
【００９６】
次に、Ｓ１１５ａにおいて、ドーピング制御部４５は、番号Ｎの値がＮｍａｘ以上であるか否かを判定してもよい。
番号Ｎの値がＮｍａｘ以上ではない場合（Ｓ１１５ａ；ＮＯ）、ドーピング制御部４５は、Ｓ１１６ａにおいて、番号Ｎの値に１を加えて、番号Ｎの値を更新してもよい。Ｓ１１６ａの後、ドーピング制御部４５は、処理を上述のＳ１１２ａに戻してもよい。
番号Ｎの値がＮｍａｘ以上である場合（Ｓ１１５ａ；ＹＥＳ）、ドーピング制御部４５は、番号Ｎ＝１から番号Ｎ＝Ｎｍａｘまでのすべての照射条件パラメータを受信したことになるので、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
図１０Ａに示される処理に限らず、ドーピング制御部４５は、Ｎｍａｘ通りの照射条件パラメータをテーブルデータとして一度に読み込んでもよい。
【００９７】
４．４．３  Ｓ１４０ａの詳細
図１０Ｂは、図９に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図１０Ｂに示される処理は、図９に示されるＳ１４０ａのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
【００９８】
まず、Ｓ１４１ａにおいて、ドーピング制御部４５は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率のＮ番目の目標値ＲＮをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、ビームスプリッタ１６ｎの反射率がＮ番目の目標値ＲＮに近づくように、ビームスプリッタ１６ｎを移動させる１軸ステージ１６ｒを制御してもよい。
【００９９】
次に、Ｓ１４２ａにおいて、ドーピング制御部４５は、遅延光路の光路長のＮ番目の目標値ＬＮをレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、光学パルスストレッチャー１６αの遅延光路の光路長がＮ番目の目標値ＬＮに近づくように、光学パルスストレッチャー１６αの凹面ミラー１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆをそれぞれ回転させる回転ステージ１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｍを制御してもよい。
Ｓ１４２ａの後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
【０１００】
４．４．４  Ｓ１７０ａの詳細
図１０Ｃは、図９に示される目標パルスエネルギーを設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図１０Ｃに示される処理は、図９に示されるＳ１７０ａのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
【０１０１】
まず、Ｓ１７１ａにおいて、ドーピング制御部４５は、受信したフルーエンスのＮ番目の目標値ＦＮに基づいて、Ｎ番目の目標パルスエネルギーＥｔを計算してもよい。Ｎ番目の目標パルスエネルギーＥｔの計算は、図８Ｃを参照しながら説明したものと同様でよい。
【０１０２】
次に、Ｓ１７２ａにおいて、ドーピング制御部４５は、レーザシステム制御部３１にＮ番目の目標パルスエネルギーＥｔを送信してもよい。Ｎ番目の目標パルスエネルギーＥｔを受信したレーザシステム制御部３１の動作は、図８Ｃを参照しながら説明したものと同様でよい。
【０１０３】
Ｓ１７２ａの後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
【０１０４】
図１１は、図９及び図１０Ａ〜図１０Ｃに示される変形例において作製可能な半導体の深さ方向に対するドーパント濃度分布の例を示す。この変形例においては、同じ照射領域に、異なるパルス波形で異なるフルーエンス及びショット数の照射を行うことにより、深さ方向に異なるドーパント濃度分布を有する半導体を作製し得る。例えば、番号Ｎ＝１の照射条件パラメータは、ドーピング深さが浅く、ドーパント濃度が高くなるような条件であってもよい。反対に、番号Ｎ＝３の照射条件パラメータは、ドーピング深さが深く、ドーパント濃度が低くなるような条件であってもよい。番号Ｎ＝２の照射条件パラメータは、ドーピング深さとドーパント濃度がそれぞれ番号Ｎ＝１及び番号Ｎ＝３の照射条件パラメータの中間であってもよい。ドーピング深さは、パルス時間幅によって主に制御されてもよい。ドーパント濃度は、フルーエンスやショット数によって主に制御されてもよい。
【０１０５】
５．照射領域の形状及び大きさを可変するレーザドーピング装置（第３の実施形態）
５．１  構成
図１２は、本開示の第３の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。第３の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーピング装置４ｃは、図５を参照しながら説明したスリット４２の代わりに、可変スリット４２ａを備えていてもよい。レーザシステム３ｂ及びその他の構成は、図５を参照しながら説明したものと同様でよい。
【０１０６】
可変スリット４２ａは、互いに略直交する２軸を有するスリットであり、この２軸のスリット幅をそれぞれ変更可能に構成されていてもよい。スリット幅は、ドーピング制御部４５から出力される制御信号によって制御されてもよい。ビームホモジナイザ４１による均一照明の範囲は、可変スリット４２ａの２軸の最大幅で規定される領域よりも大きいことが望ましい。
【０１０７】
５．２  ドーピング制御部の処理
５．２．１  メインフロー
図１３は、図１２に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。図１３に示される処理は、照射条件パラメータとして、パルス時間波形生成パラメータと、フルーエンスと、ショット数だけでなく、可変スリット４２ａのスリット幅を含む点で、図９を参照しながら説明した処理と異なってもよい。
【０１０８】
ドーピング制御部４５は、図９を参照しながら説明したＳ１１０ａの代わりに、Ｓ１１０ｂに従って、複数の組み合わせの照射条件パラメータを読み込んでもよい。この処理の詳細については、図１４Ａを参照しながら後述するが、Ｓ１１０ｂにおいて、照射条件パラメータは、可変スリット４２ａのスリット幅の目標値を含んでもよい。可変スリット４２ａのスリット幅は、互いに略直交する２軸のそれぞれのスリット幅であってもよい。
【０１０９】
また、ドーピング制御部４５は、図９を参照しながら説明したＳ１７０ａとＳ１９０ａとの間において、可変スリット４２ａのスリット幅がＮ番目の目標値ＤＮに近づくように、可変スリット４２ａを制御してもよい（Ｓ１８０）。この処理の詳細については、図１４Ｂを参照しながら後述する。
その他の処理は、図９を参照しながら説明したものと同様でよい。
【０１１０】
５．２．２  Ｓ１１０ｂの詳細
図１４Ａは、図１３に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。図１４Ａに示される処理は、図１３に示されるＳ１１０ｂのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
【０１１１】
まず、Ｓ１１１ａからＳ１１３ａまでの処理は、図１０Ａを参照しながら説明したものと同様でよい。
次に、Ｓ１１４ｂにおいて、ドーピング制御部４５は、可変スリット４２ａのスリット幅のＮ番目の目標値ＤＮを読み込んでもよい。
その後の処理は、図１０Ａを参照しながら説明したものと同様でよい。
【０１１２】
５．２．３  Ｓ１８０の詳細
図１４Ｂは、図１３に示される可変スリット４２ａを制御する処理の詳細を示すフローチャートである。図１４Ｂに示される処理は、図１３に示されるＳ１８０のサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
Ｓ１８１において、ドーピング制御部４５は、可変スリット４２ａのスリット幅がＮ番目の目標値ＤＮに近づくように、可変スリット４２ａを制御してもよい。
Ｓ１８１の後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
【０１１３】
図１５Ａは、第３の実施形態において作製可能な半導体素子を模式的に示す。図１５Ｂは、図１５Ａに示されるＸＶＢ−ＸＶＢ線における断面図である。これらの図において、各種コンタクト電極、絶縁膜、配線等の図示は省略されている。これらの図に示される被照射物４３ｅは、４Ｈ−ＳｉＣのｎ型基板の一部に、アルミニウムをドーピングして複数のｐ型層４３１及び４３２を形成したものであってもよい。ｐ型層４３１は比較的濃度が低く、ドーピング深さが深く、ドーピング領域が狭いｐ型層であってもよい。ｐ型層４３２は比較的濃度が高く、ドーピング深さが浅く、ドーピング領域が広いｐ型層であってもよい。
【０１１４】
このように、第３の実施形態によれば、パルス時間波形生成パラメータと、フルーエンスの目標値と、ショット数と、スリット幅の目標値とを別々に制御することにより、ドーパント濃度と、ドーピング深さと、ドーピング領域とを別々に制御し得る。
【０１１５】
第３の実施形態においては、可変スリット４２ａを制御することによってドーピング領域を可変したが、本開示はこれに限定されない。可変スリット４２ａの代わりに、所望のパターンが形成されたマスクを配置し、このマスクを交換可能としてもよい。そして、マスクの交換と照射条件パラメータの制御とをそれぞれ行うことにより、被照射物の深さ方向と面方向の両方で所望の濃度分布を有する半導体素子を作製することができる。
【０１１６】
６．ビームスプリッタのバリエーション（第４の実施形態）
図１６Ａは、本開示の第４の実施形態に係るレーザドーピング装置において用いられる光学パルスストレッチャーの構成を示す。図１６Ｂは、図１６Ａに示される光学パルスストレッチャーにおいて用いられる複数のビームスプリッタを、これらのビームスプリッタの反射面に垂直な方向から見た図である。
【０１１７】
第４の実施形態において用いられる光学パルスストレッチャー１６ｚは、複数のビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖを含んでもよい。複数のビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖは、互いに異なる反射率を有していてもよい。複数のビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖは、ホルダ１６ｗに支持され、ホルダ１６ｗは、ステップモータ１６ｘによって回転可能に支持されていてもよい。
【０１１８】
レーザシステム制御部３１（図２）は、ステップモータ１６ｘを制御することにより、パルスレーザ光の光路にビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖを選択的に配置することができてもよい。パルスレーザ光の光路にビームスプリッタ１６ｓ、１６ｔ、１６ｕ、１６ｖのいずれが位置する場合でも、パルスレーザ光の入射角度は一定であって、反射率だけが互いに異なってもよい。これにより、光学パルスストレッチャー１６ｚから出力されるパルスレーザ光の時間波形を変更し得る。
他の点については、第１の実施形態と同様でよい。また、第２または第３の実施形態において、図１６Ａ及び図１６Ｂに示される光学パルスストレッチャー１６ｚが用いられてもよい。
【０１１９】
７．複数のレーザ部を含むレーザドーピング装置（第５の実施形態）
７．１  構成及び動作
図１７は、本開示の第５の実施形態に係るレーザドーピング装置の構成を概略的に示す。第５の実施形態に係るレーザドーピング装置において、レーザシステム３ｃは、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃと、遅延回路５と、高反射ミラー６ａ、６ｂと、ナイフエッジミラー６ｃ、６ｄと、を備えていてもよい。また、第５の実施形態に係るレーザドーピング装置において、レーザシステム３ｃは、光学パルスストレッチャーを備えていなくてもよい。
他の点については、第１〜第３の実施形態の構成と同様でよい。
【０１２０】
第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃの各々は、上述のレーザ装置２と同様の構成を備えていてもよい。それぞれのレーザ部は、レーザシステム制御部３１から目標パルスエネルギーのデータを受信してもよい。目標パルスエネルギーのデータは、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃで互いに異なっていてもよい。それぞれのレーザ部において、受信した目標パルスエネルギーのデータに基づいて、充電コンデンサ（後述）の充電電圧が設定されてもよい。
【０１２１】
遅延回路５は、レーザシステム制御部３１から遅延時間の設定データを受信してもよい。遅延回路５は、ドーピング制御部４５から出力された発光トリガ信号を、レーザシステム制御部３１を介して受信してもよい。遅延回路５は、この発光トリガ信号を受信したときから、設定された遅延時間が経過したタイミングで、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれに、この順で第１、第２、第３のトリガ信号を出力してもよい。
【０１２２】
高反射ミラー６ａ及びナイフエッジミラー６ｃは、第１のレーザ部２ａから出力されたパルスレーザ光を高い反射率で反射することにより光路を変更してもよい。第１のレーザ部２ａから出力されて光路を変更されたパルスレーザ光は、第２のレーザ部２ｂから出力されたパルスレーザ光と略平行に且つ近接してアッテネータ１８に向けて出力されてもよい。
【０１２３】
高反射ミラー６ｂ及びナイフエッジミラー６ｄは、第３のレーザ部２ｃから出力されたパルスレーザ光を高い反射率で反射することにより光路を変更してもよい。第３のレーザ部２ｃから出力されて光路を変更されたパルスレーザ光は、第２のレーザ部２ｂから出力されたパルスレーザ光と略平行に且つ近接してアッテネータ１８に向けて出力されてもよい。
【０１２４】
第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃからそれぞれ出力されたパルスレーザ光は、アッテネータ１８及びパルス時間波形計測部１９を介してビームホモジナイザ４１に入射してもよい。ビームホモジナイザ４１により、スリット４２がケーラー照明されることにより、これらのパルスレーザ光の光路がスリット４２において重なり合って、スリット４２の開口部におけるビームの光強度プロファイルが均一化され得る。
【０１２５】
図１８は、図１７に示されるレーザドーピング装置におけるトリガ信号とパルスレーザ光のタイミングチャートを示す。第５の実施形態においては、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光を重ね合わせることにより、所望のパルス時間波形を有するパルスレーザ光を被照射物に照射してもよい。
【０１２６】
遅延回路５から第１のレーザ部２ａに出力される第１のトリガ信号は、レーザシステム制御部３１から遅延回路５に出力される発光トリガ信号に対して遅延時間Ｔｒ１を有していてもよい。
遅延回路５から第２のレーザ部２ｂに出力される第２のトリガ信号は、レーザシステム制御部３１から遅延回路５に出力される発光トリガ信号に対して遅延時間Ｔｒ２を有していてもよい。
遅延回路５から第３のレーザ部２ｃに出力される第３のトリガ信号は、レーザシステム制御部３１から遅延回路５に出力される発光トリガ信号に対して遅延時間Ｔｒ３を有していてもよい。
【０１２７】
第１のレーザ部２ａは、第１のトリガ信号を受信すると、パルスレーザ光である第１パルスを出力してもよい。第１のトリガ信号の受信タイミングと、第１パルスの立ち上がりのタイミングとは、ほぼ一致していてもよい。
【０１２８】
第２のレーザ部２ｂは、第２のトリガ信号を受信すると、パルスレーザ光である第２パルスを出力してもよい。第２のトリガ信号の受信タイミングと、第２パルスの立ち上がりのタイミングとは、ほぼ一致していてもよい。従って、第１パルスに対する第２パルスのパルス時間間隔Ｔｄ２は、第１のトリガ信号の遅延時間Ｔｒ１と第２のトリガ信号の遅延時間Ｔｒ２との差にほぼ相当し得る。
【０１２９】
第３のレーザ部２ｃは、第３のトリガ信号を受信すると、パルスレーザ光である第３パルスを出力してもよい。第３のトリガ信号の受信タイミングと、第３パルスの立ち上がりのタイミングとは、ほぼ一致していてもよい。従って、第１パルスに対する第３パルスのパルス時間間隔Ｔｄ３は、第１のトリガ信号の遅延時間Ｔｒ１と第３のトリガ信号の遅延時間Ｔｒ３との差にほぼ相当し得る。
【０１３０】
第１〜第３のレーザ部２ａ〜２ｃからそれぞれ出力される第１〜第３パルスは、互いに異なるパルス時間波形を有してもよい。特に、第１〜第３のレーザ部２ａ〜２ｃは、それぞれ設定された目標パルスエネルギーに応じて、充電コンデンサの充電電圧を設定されていてもよい。例えば、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスの光強度Ｉ１のピーク値に対して、第２のレーザ部２ｂから出力される第２パルスの光強度Ｉ２のピーク値が、１未満である光強度比Ｅｒ２を有するように設定されてもよい。また、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスの光強度Ｉ１のピーク値に対して、第３のレーザ部２ｃから出力される第３パルスの光強度Ｉ３のピーク値が、上記Ｅｒ２より小さい光強度比Ｅｒ３を有するように設定されてもよい。
【０１３１】
これらの第１〜第３パルスを、高反射ミラー６ａ、６ｂとナイフエッジミラー６ｃ、６ｄとで近接させ、さらに、ビームホモジナイザ４１によって重ね合わせてもよい。これにより、被照射物４３ｅには、互いに異なる遅延時間を有する第１〜第３パルスの波形を重ね合わせることによりパルス時間幅が伸長したパルスレーザ光が照射されてもよい。遅延回路５は、本開示におけるパルス時間波形調節装置に相当し得る。
【０１３２】
７．２  ドーピング制御部の処理
７．２．１  メインフロー
図１９は、図１７に示されるドーピング制御部によるドーピング制御の処理を示すフローチャートである。ドーピング制御部４５は、以下の処理により、所望のパルス時間波形を有するパルスレーザ光によるドーピングを行ってもよい。
【０１３３】
ドーピング制御部４５は、Ｓ１００ｃ及びＳ１１０ｃにおいて、パルス時間波形生成パラメータを受信し、読み込んでもよい。ここで、パルス時間波形生成パラメータは、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光のパルス時間間隔の目標値と、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光の光強度比の目標値と、を含んでもよい。
Ｓ１１０ｃの処理の詳細については図２０Ａを参照しながら後述するが、その他の点は図７を参照しながら説明したＳ１００及びＳ１１０と同様でよい。次のＳ１２０及びＳ１３０の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様でよい。
【０１３４】
次に、Ｓ１４０ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、読み込んだパルス時間波形生成パラメータにレーザシステム３ｃを設定してもよい。すなわち、ドーピング制御部４５は、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光のパルス時間間隔の目標値と、第１、第２、第３のレーザ部２ａ、２ｂ、２ｃから出力されるパルスレーザ光の光強度比の目標値とを、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。この処理の詳細については、図２０Ｂを参照しながら後述する。
その後の処理は、図７を参照しながら説明したものと同様でよい。
【０１３５】
７．２．２  Ｓ１１０ｃの詳細
図２０Ａは、図１９に示される照射条件パラメータを読み込む処理の詳細を示すフローチャートである。図２０Ａに示される処理は、図１９に示されるＳ１１０ｃのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
【０１３６】
まず、Ｓ１１１ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスに対する第２のレーザ部２ｂから出力される第２パルスの光強度比Ｅｒ２の目標値を読み込んでもよい。
次に、Ｓ１１２ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスに対する第３のレーザ部２ｃから出力される第３パルスの光強度比Ｅｒ３の目標値を読み込んでもよい。
【０１３７】
次に、Ｓ１１３ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスに対する第２のレーザ部２ｂから出力される第２パルスのパルス時間間隔Ｔｄ２の目標値を読み込んでもよい。
次に、Ｓ１１４ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスに対する第３のレーザ部２ｃから出力される第３パルスのパルス時間間隔Ｔｄ３の目標値を読み込んでもよい。
Ｓ１１４ｃの後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
【０１３８】
７．２．３  Ｓ１４０ｃの詳細
図２０Ｂは、図１９に示されるパルス時間波形生成パラメータに設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図２０Ｂに示される処理は、図１９に示されるＳ１４０ｃのサブルーチンとして、ドーピング制御部４５によって行われてもよい。
【０１３９】
まず、Ｓ１４１ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａの目標パルスエネルギーＥＬ１をレーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、第１パルスのパルスエネルギーが目標パルスエネルギーＥＬ１に近づくように、第１のレーザ部２ａを制御してもよい。
【０１４０】
次に、Ｓ１４２ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第２のレーザ部２ｂの目標パルスエネルギーＥＬ２をレーザシステム制御部３１に送信してもよい。第２のレーザ部２ｂの目標パルスエネルギーＥＬ２は、以下のように算出されてもよい。
ＥＬ２＝ＥＬ１×Ｅｒ２
これにより、レーザシステム制御部３１は、第２パルスのパルスエネルギーが目標パルスエネルギーＥＬ２に近づくように、第２のレーザ部２ｂを制御してもよい。
【０１４１】
次に、Ｓ１４３ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第３のレーザ部２ｃの目標パルスエネルギーＥＬ３をレーザシステム制御部３１に送信してもよい。第３のレーザ部２ｃの目標パルスエネルギーＥＬ３は、以下のように算出されてもよい。
ＥＬ３＝ＥＬ１×Ｅｒ３
これにより、レーザシステム制御部３１は、第３パルスのパルスエネルギーが目標パルスエネルギーＥＬ３に近づくように、第３のレーザ部２ｃを制御してもよい。
【０１４２】
それぞれのレーザ部において、それぞれのレーザ部から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーがそれぞれの目標パルスエネルギーに近づくように、それぞれの充電コンデンサの充電電圧が設定されてもよい。このようにして充電電圧が設定される結果、それぞれのレーザ部から出力されるパルスレーザ光の光強度比が、上記光強度比の目標値に近づいてもよい。もし、ここで、充電電圧の設定範囲内で、パルスレーザ光のパルスエネルギーを目標パルスエネルギーに近づけることができない場合は、レーザチャンバ内のレーザガスの圧力を制御することによって、目標パルスエネルギーに近づけてもよい。
【０１４３】
次に、Ｓ１４４ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第１のレーザ部２ａから出力される第１パルスの遅延時間Ｔｒ１の目標値を、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。これにより、レーザシステム制御部３１は、第１パルスの遅延時間Ｔｒ１が設定された目標値となるように、遅延回路５を制御してもよい。
【０１４４】
次に、Ｓ１４５ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第２のレーザ部２ｂから出力される第２パルスの遅延時間Ｔｒ２の目標値を、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。第２パルスの遅延時間Ｔｒ２の目標値は、以下のように算出されてもよい。
Ｔｒ２＝Ｔｒ１＋Ｔｄ２
これにより、レーザシステム制御部３１は、第２パルスの遅延時間Ｔｒ２が設定された目標値となるように、遅延回路５を制御してもよい。
【０１４５】
次に、Ｓ１４６ｃにおいて、ドーピング制御部４５は、第３のレーザ部２ｃから出力される第３パルスの遅延時間Ｔｒ３の目標値を、レーザシステム制御部３１に送信してもよい。第３パルスの遅延時間Ｔｒ３の目標値は、以下のように算出されてもよい。
Ｔｒ３＝Ｔｒ１＋Ｔｄ３
これにより、レーザシステム制御部３１は、第３パルスの遅延時間Ｔｒ３が設定された目標値となるように、遅延回路５を制御してもよい。
Ｓ１４６ｃの後、ドーピング制御部４５は、本フローチャートの処理を終了して、メインフローに戻ってもよい。
【０１４６】
７．３  作用
以上のように、第５の実施形態においては、複数のレーザ部によるパルスレーザ光の出力タイミングは、遅延回路５によって設定され得る。また、複数のレーザ部によるパルスレーザ光の光強度比は、それぞれのレーザ部の充電コンデンサの充電電圧によって設定され得る。
【０１４７】
第５の実施形態においては、第１〜第３パルスの光強度比を制御するために、第１〜第３のレーザ部２ａ〜２ｃに対する目標パルスエネルギーを設定している。これとは別に、被照射物に対して照射されるパルスレーザ光のフルーエンスを制御するために、アッテネータ１８が別途制御されてもよい。
【０１４８】
第５の実施形態によれば、複数のレーザ部によるパルスレーザ光の出力タイミングと光強度比を個別に設定することができる。従って、これらのパルスレーザ光を重ね合わせたパルスレーザ光の時間波形の自由度が、第１〜第４の実施形態と比べて向上し得る。
【０１４９】
８．ホウ素を含む溶液を用いたレーザドーピング装置（第６の実施形態）
図２１は、本開示の第６の実施形態に係るレーザドーピング装置において、ドーパントを含む溶液としてホウ素を含む溶液を用いた場合に、４Ｈ−ＳｉＣにドーピングされたホウ素の濃度とドーピング深さとの関係を示すグラフである。第６の実施形態に係るレーザドーピング装置の図示は省略するが、ホウ素を含む溶液を用いる他は、図１を参照しながら説明したレーザドーピング装置と同様の装置であってもよい。すなわち、第６の実施形態においては、パルスレーザ光のパルスストレッチをしなくてもよい。
【０１５０】
ドーパントを含む溶液としては、飽和濃度のホウ酸水溶液を用いた。パルスレーザ光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光を用い、１パルスあたりのフルーエンスは４．５Ｊ／ｃｍ２であり、１箇所への照射ショット数は１パルスであった。パルス時間幅ΔＴＴＩＳは、５０ｎｓであった。
【０１５１】
ｐ型ドーパントを含む溶液中でＳｉＣにレーザ光を照射することによる不純物のドーピングにおいては、ｐ型ドーパントとしてアルミニウムが用いられていたが、４０ｎｍ以上のドーピング深さを達成することができなかった。第６の実施形態によれば、ｐ型ドーパントとしてホウ素を用いたことにより、パルスストレッチしなくても約４００ｎｍの深さまでドーピングできることがわかった。
【０１５２】
図２１においては、４Ｈ−ＳｉＣにホウ素をドーピングした場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。ダイヤモンドやＧａＮへのドーピングであっても、ホウ素を含む溶液中でパルスレーザ光を照射することによって、パルスレーザ光のパルス時間幅を伸長しなくても、ドーピング深さが大きくなることが期待できる。
【０１５３】
９．その他
９．１  レーザ装置の詳細
図２２は、上述のレーザ装置の具体的構成を示す。図２２に示されるレーザ装置２は、レーザチャンバ１０と、一対の電極１１ａ及び１１ｂと、充電器１２と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）１３と、を含んでもよい。図２２においては、レーザ光の進行方向に略垂直な方向から見たレーザチャンバ１０の内部構成が示されている。
【０１５４】
レーザ装置２は、さらに、クロスフローファン２１と、モータ２２と、を含んでもよい。レーザ装置２は、さらに、高反射ミラー１４と、出力結合ミラー１５と、パルスエネルギー計測部１７と、レーザ制御部３０と、レーザガス供給排気装置２３と、を含んでもよい。
【０１５５】
レーザチャンバ１０は、上述のレーザ媒質が封入されるチャンバでもよい。圧力センサ２４は、レーザチャンバ１０内のレーザガスの圧力を計測するように配管を介してレーザチャンバ１０に接続されていてもよい。一対の電極１１ａ及び１１ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための電極として、レーザチャンバ１０内に配置され得る。レーザチャンバ１０には開口が形成され、この開口を電気絶縁部２０が塞いでいてもよい。電極１１ａは電気絶縁部２０に支持され、電極１１ｂはレーザチャンバ１０の内部仕切板１０ｃに支持されていてもよい。電気絶縁部２０には、導電部２０ａが埋め込まれていてもよい。導電部２０ａは、パルスパワーモジュール１３から供給される高電圧を電極１１ａに印加するように、パルスパワーモジュール１３の高電圧端子と電極１１ａとを電気的に接続してもよい。レーザチャンバ１０は、ガス配管によってレーザガス供給排気装置２３に接続されてもよい。
【０１５６】
クロスフローファン２１の回転軸は、レーザチャンバ１０の外部に配置されたモータ２２に接続されていてもよい。モータ２２がクロスフローファン２１を回転させることにより、レーザガスがレーザチャンバ１０の内部で循環してもよい。
【０１５７】
電源装置は、充電器１２と、パルスパワーモジュール１３と、を含んでもよい。パルスパワーモジュール１３は、充電コンデンサと、スイッチ１３ａと、を含んでもよい。充電器１２の出力は、充電コンデンサと接続され、充電器１２は、一対の電極１１ａ及び１１ｂ間に高電圧を印加するための電気エネルギーを保持し得る。レーザ制御部３０によって制御されるスイッチ１３ａがＯＦＦからＯＮになると、パルスパワーモジュール１３は、充電コンデンサに保持されていた電気エネルギー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１１ａ及び１１ｂ間に印加してもよい。
【０１５８】
一対の電極１１ａ及び１１ｂ間に高電圧が印加されると、一対の電極１１ａ及び１１ｂ間に放電が起こり得る。この放電のエネルギーにより、レーザチャンバ１０内のレーザ媒質が励起されて高エネルギー準位に移行し得る。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出し得る。
【０１５９】
レーザチャンバ１０の両端にはウインドウ１０ａ及び１０ｂが設けられてもよい。レーザチャンバ１０内で発生した光は、ウインドウ１０ａ及び１０ｂを介してレーザチャンバ１０の外部に出射し得る。
【０１６０】
高反射ミラー１４は、レーザチャンバ１０のウインドウ１０ａから出射された光を高い反射率で反射し、レーザチャンバ１０内に戻してもよい。
出力結合ミラー１５の表面には、部分反射膜がコーティングされていてもよい。従って、出力結合ミラー１５は、レーザチャンバ１０のウインドウ１０ｂから出力される光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射させてレーザチャンバ１０内に戻してもよい。
【０１６１】
高反射ミラー１４と出力結合ミラー１５とで、光共振器が構成され得る。レーザチャンバ１０から出射した光は、高反射ミラー１４と出力結合ミラー１５との間で往復し、電極１１ａと電極１１ｂとの間のレーザゲイン空間を通過する度に増幅され得る。増幅された光の一部が、出力結合ミラー１５を介して、パルスレーザ光として出力され得る。
【０１６２】
パルスエネルギー計測部１７は、ビームスプリッタ１７ａと、集光光学系１７ｂと、光センサ１７ｃとを含んでもよい。ビームスプリッタ１７ａは、出力結合ミラー１５を透過したパルスレーザ光を高い透過率で透過させるとともに、パルスレーザ光の一部を集光光学系１７ｂに向けて反射してもよい。集光光学系１７ｂは、ビームスプリッタ１７ａによって反射された光を光センサ１７ｃの感光面に集光してもよい。光センサ１７ｃは、感光面に集光されたレーザ光のパルスエネルギーを検出し、パルスエネルギーの検出データをレーザ制御部３０に出力してもよい。
【０１６３】
レーザ制御部３０は、例えば、充電器１２に対して充電電圧の設定信号を送信したり、パルスパワーモジュール１３に対してスイッチＯＮ又はＯＦＦの発光トリガ信号を送信したりしてもよい。さらに、レーザ制御部３０は、レーザチャンバ１０内のレーザガスの圧力を制御するために、圧力センサ２４の検出値に基づいて、レーザガス供給排気装置２３を制御してもよい。
【０１６４】
レーザ制御部３０は、パルスエネルギー計測部１７からパルスエネルギーの検出データを受信してもよく、このパルスエネルギーの検出データを参照して充電器１２の充電電圧やレーザチャンバ１０内のレーザガスの圧力を制御してもよい。充電器１２の充電電圧やレーザガスの圧力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ーが制御されてもよい。また、レーザ制御部３０は、パルスエネルギー計測部１７から受信したデータに基づいて、エキシマレーザ装置の発振パルス数を計数してもよい。
【０１６５】
図２３は、図２２に示されるレーザチャンバの内部構成と、パルスパワーモジュールの構成とを示す。図２３においては、レーザ光の進行方向に略平行な方向から見たレーザチャンバ１０の内部構成が示されている。レーザチャンバ１０の内部仕切板１０ｃを含む導電性部材は、接地電位に接続されてもよい。電極１１ｂは内部仕切板１０ｃを介して接地電位に接続されていてもよい。
【０１６６】
レーザチャンバ１０の内部には、一対の電極１１ａ及び１１ｂと、クロスフローファン２１との他に、熱交換器２６が配置されてもよい。クロスフローファン２１が回転することにより、レーザガスは、矢印Ａで示されるようにレーザチャンバ１０の内部で循環してもよい。熱交換器２６は、放電によって高温となったレーザガスの熱エネルギーをレーザチャンバ１０の外部に排出してもよい。
【０１６７】
パルスパワーモジュール１３は、充電コンデンサＣ０と、スイッチ１３ａと、昇圧トランスＴＣ１と、複数の磁気スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３と、複数のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、を含んで構成されてもよい。
【０１６８】
磁気スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３は、いずれも、可飽和リアクトルを含んでもよい。磁気スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３の各々は、その両端に印加された電圧の時間積分値が、各磁気スイッチの特性で決まる所定の値になったときに、低インピーダンスになるようにしてもよい。
【０１６９】
充電器１２には、レーザ制御部３０により充電電圧が設定されてもよい。充電器１２は、設定された充電電圧に基づいて、充電コンデンサＣ０を充電してもよい。
パルスパワーモジュール１３のスイッチ１３ａには、レーザ制御部３０により発光トリガ信号が入力されてもよい。発光トリガ信号がスイッチ１３ａに入力されると、スイッチ１３ａがＯＮになってもよい。スイッチ１３ａがＯＮになると、充電コンデンサＣ０から昇圧トランスＴＣ１の１次側に電流が流れ得る。
【０１７０】
昇圧トランスＴＣ１の１次側に電流が流れると、電磁誘導によって昇圧トランスＴＣ１の２次側に逆方向の電流が流れ得る。昇圧トランスＴＣ１の２次側に電流が流れると、やがて磁気スイッチＳｒ１に印加される電圧の時間積分値が閾値に達し得る。
【０１７１】
磁気スイッチＳｒ１に印加される電圧の時間積分値が閾値に達すると、磁気スイッチＳｒ１は磁気飽和した状態となり、磁気スイッチＳｒ１は閉じ得る。
磁気スイッチＳｒ１が閉じると、昇圧トランスＴＣ１の２次側からコンデンサＣ１に電流が流れ、コンデンサＣ１が充電され得る。
【０１７２】
コンデンサＣ１が充電されることにより、やがて磁気スイッチＳｒ２は磁気飽和した状態となり、磁気スイッチＳｒ２は閉じ得る。
磁気スイッチＳｒ２が閉じると、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２に電流が流れ、コンデンサＣ２が充電され得る。このとき、コンデンサＣ１を充電する際の電流のパルス幅よりも短いパルス幅で、コンデンサＣ２が充電されてもよい。
【０１７３】
コンデンサＣ２が充電されることにより、やがて磁気スイッチＳｒ３は磁気飽和した状態となり、磁気スイッチＳｒ３は閉じ得る。
磁気スイッチＳｒ３が閉じると、コンデンサＣ２からコンデンサＣ３に電流が流れ、コンデンサＣ３が充電され得る。このとき、コンデンサＣ２を充電する際の電流のパルス幅よりも短いパルス幅で、コンデンサＣ３が充電されてもよい。
【０１７４】
このように、コンデンサＣ１からコンデンサＣ２、コンデンサＣ２からコンデンサＣ３へと電流が順次流れることにより、当該電流のパルス幅は圧縮され、高電圧化され得る。
【０１７５】
コンデンサＣ３の電圧がレーザガスのブレークダウン電圧に達したときに、一対の電極１１ａ及び１１ｂ間のレーザガスに絶縁破壊が生じ得る。これにより、レーザガスが励起され、レーザ発振して、パルスレーザ光が出力され得る。このような放電動作が、スイッチ１３ａのスイッチング動作によって繰り返されることにより、所定の発振周波数で、パルスレーザ光が出力されてもよい。
【０１７６】
９．２  フライアイレンズの構成
図２４は、上述のビームホモジナイザ４１に含まれるフライアイレンズ４１ａの例を示す斜視図である。フライアイレンズ４１ａにおいては、紫外領域の光を高い透過率で透過させる基板の第１の面に、複数の凹面のシリンドリカル面４１１がＹ方向に配列されていてもよい。当該基板の第１の面と反対側の第２の面に、複数の凹面のシリンドリカル面４１２がＸ方向に配列されていてもよい。シリンドリカル面４１１の前側焦点面の位置と、シリンドリカル面４１２の前側焦点面の位置とは略一致していてもよい。
【０１７７】
図２５は、上述のビームホモジナイザ４１に含まれるフライアイレンズの変形例を示す斜視図である。フライアイレンズは、１枚の基板の２つの面にそれぞれシリンドリカル面が形成されたものに限定されず、２枚の基板４１ｃ及び４１ｄにそれぞれシリンドリカル面４１３及び４１４が形成されたものでもよい。シリンドリカル面４１３及び４１４は凹面である場合に限定されず、凸面であってもよい。その他の点については、図２４を参照しながら説明したものと同様でよい。
【０１７８】
９．３  制御部の構成
図２６は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
上述した実施の形態におけるドーピング制御部４５、レーザシステム制御部３１等の制御部は、コンピュータやプログラマブルコントローラ等汎用の制御機器によって構成されてもよい。例えば、以下のように構成されてもよい。
【０１７９】
（構成）
制御部は、処理部１０００と、処理部１０００に接続される、ストレージメモリ１００５と、ユーザインターフェイス１０１０と、パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０と、シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０とによって構成されてもよい。また、処理部１０００は、ＣＰＵ１００１と、ＣＰＵ１００１に接続された、メモリ１００２と、タイマー１００３と、ＧＰＵ１００４とから構成されてもよい。
【０１８０】
（動作）
処理部１０００は、ストレージメモリ１００５に記憶されたプログラムを読出してもよい。また、処理部１０００は、読出したプログラムを実行したり、プログラムの実行に従ってストレージメモリ１００５からデータを読出したり、ストレージメモリ１００５にデータを記憶させたりしてもよい。
【０１８１】
パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、パラレルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０２１〜１０２ｘに接続されてもよい。パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、処理部１０００がプログラムを実行する過程で行うパラレルＩ／Ｏポートを介した、デジタル信号による通信を制御してもよい。
【０１８２】
シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、シリアルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０３１〜１０３ｘに接続されてもよい。シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、処理部１０００がプログラムを実行する過程で行うシリアルＩ／Ｏポートを介した、デジタル信号による通信を制御してもよい。
【０１８３】
Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、アナログポートを介して通信可能な機器１０４１〜１０４ｘに接続されてもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、処理部１０００がプログラムを実行する過程で行うアナログポートを介した、アナログ信号による通信を制御してもよい。
【０１８４】
ユーザインターフェイス１０１０は、オペレータが処理部１０００によるプログラムの実行過程を表示したり、オペレータによるプログラム実行の中止や割り込み処理を処理部１０００に行わせたりするよう構成されてもよい。
【０１８５】
処理部１０００のＣＰＵ１００１はプログラムの演算処理を行ってもよい。メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１がプログラムを実行する過程で、プログラムの一時記憶や、演算過程でのデータの一時記憶を行ってもよい。タイマー１００３は、時刻や経過時間を計測し、プログラムの実行に従ってＣＰＵ１００１に時刻や経過時間を出力してもよい。ＧＰＵ１００４は、処理部１０００に画像データが入力された際、プログラムの実行に従って画像データを処理し、その結果をＣＰＵ１００１に出力してもよい。
【０１８６】
パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０に接続される、パラレルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０２１〜１０２ｘは、レーザ装置２、他の制御部等の発光トリガ信号やタイミングを示す信号の受送信に使用してもよい。
シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０に接続される、シリアルＩ／Ｏポートを介して通信可能な機器１０３１〜１０３ｘは、レーザ装置２、光学パルスストレッチャー１６α、アッテネータ１８、ＸＹＺステージ４３ｇ、他の制御部等のデータの受送信に使用してもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０に接続される、アナログポートを介して通信可能な機器１０４１〜１０４ｘは、パルス時間波形計測部１９、モニタ装置４４等の各種センサであってもよい。
以上のように構成されることで、制御部は各実施形態に示された動作を実現可能であってよい。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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」又は「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」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【図１】
2019145810.tif 000003
【図２】
2019145810.tif 000004
【図３Ａ】
2019145810.tif 000005
【図３Ｂ】
2019145810.tif 000006
【図４Ａ】
2019145810.tif 000007
【図４Ｂ】
2019145810.tif 000008
【図５】
2019145810.tif 000009
【図６Ａ】
2019145810.tif 000010
【図６Ｂ】
2019145810.tif 000011
【図６Ｃ】
2019145810.tif 000012
【図６Ｄ】
2019145810.tif 000013
【図６Ｅ】
2019145810.tif 000014
【図７】
2019145810.tif 000015
【図８Ａ】
2019145810.tif 000016
【図８Ｂ】
2019145810.tif 000017
【図８Ｃ】
2019145810.tif 000018
【図９】
2019145810.tif 000019
【図１０Ａ】
2019145810.tif 000020
【図１０Ｂ】
2019145810.tif 000021
【図１０Ｃ】
2019145810.tif 000022
【図１１】
2019145810.tif 000023
【図１２】
2019145810.tif 000024
【図１３】
2019145810.tif 000025
【図１４Ａ】
2019145810.tif 000026
【図１４Ｂ】
2019145810.tif 000027
【図１５Ａ】
2019145810.tif 000028
【図１５Ｂ】
2019145810.tif 000029
【図１６Ａ】
2019145810.tif 000030
【図１６Ｂ】
2019145810.tif 000031
【図１７】
2019145810.tif 000032
【図１８】
2019145810.tif 000033
【図１９】
2019145810.tif 000034
【図２０Ａ】
2019145810.tif 000035
【図２０Ｂ】
2019145810.tif 000036
【図２１】
2019145810.tif 000037
【図２２】
2019145810.tif 000038
【図２３】
2019145810.tif 000039
【図２４】
2019145810.tif 000040
【図２５】
2019145810.tif 000041
【図２６】
2019145810.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月22日(2019.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にパルスレーザ光を照射して前記半導体基板にドーピングを行うレーザドーピング装置であって、
第１及び第２のパルスレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
第１のパルス時間波形及び第１のフルーエンスを有する前記第１のパルスレーザ光が、前記半導体基板の第１の照射領域に照射され、
前記第１のパルス時間波形と異なる第２のパルス時間波形及び前記第１のフルーエンスと異なる第２のフルーエンスを有する前記第２のパルスレーザ光が、前記半導体基板の第２の照射領域であって前記第１の照射領域と異なる前記第２の照射領域に照射されるように、
前記第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御する、
レーザドーピング装置。
【請求項２】
前記制御部は、光学パルスストレッチャーを含み、
前記光学パルスストレッチャーは、前記第１のパルスレーザ光を、第３のパルスレーザ光と第４のパルスレーザ光とに分離させ、前記第３のパルスレーザ光に対して前記第４のパルスレーザ光を遅延させて出力することにより、前記第１のパルスレーザ光のパルス時間波形を制御するように構成された、
請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項３】
前記光学パルスストレッチャーから出力される前記第３のパルスレーザ光の光強度の最大値は、前記光学パルスストレッチャーから出力される前記第４のパルスレーザ光の光強度の最大値より大きい、
請求項２記載のレーザドーピング装置。
【請求項４】
前記光学パルスストレッチャーから出力される前記第３及び第４のパルスレーザ光の時間波形は互いに一部重なり合っている、
請求項３記載のレーザドーピング装置。
【請求項５】
前記光学パルスストレッチャーは、前記第２のパルスレーザ光を、第５のパルスレーザ光と第６のパルスレーザ光とに分離させ、前記第５のパルスレーザ光に対して前記第６のパルスレーザ光を遅延させて出力することにより、前記第２のパルスレーザ光のパルス時間波形を制御するように構成された、
請求項２記載のレーザドーピング装置。
【請求項６】
前記光学パルスストレッチャーから出力される前記第３のパルスレーザ光の光強度の最大値は、前記光学パルスストレッチャーから出力される前記第４のパルスレーザ光の光強度の最大値より大きく、
前記光学パルスストレッチャーから出力される前記第５のパルスレーザ光の光強度の最大値は、前記光学パルスストレッチャーから出力される前記第６のパルスレーザ光の光強度の最大値より大きい、
請求項５記載のレーザドーピング装置。
【請求項７】
前記光学パルスストレッチャーから出力される前記第３及び第４のパルスレーザ光の時間波形は互いに一部重なり合っており、
前記光学パルスストレッチャーから出力される前記第５及び第６のパルスレーザ光の時間波形は互いに一部重なり合っている、
請求項６記載のレーザドーピング装置。
【請求項８】
前記レーザ装置は、
第７及び第８のパルスレーザ光を出力する第１のレーザ部と、
第９及び第１０のパルスレーザ光を出力する第２のレーザ部と、
前記第７のパルスレーザ光と前記第９のパルスレーザ光とを重ね合わせて前記第１のパルスレーザ光を出力し、前記第８のパルスレーザ光と前記第１０のパルスレーザ光とを重ね合わせて前記第２のパルスレーザ光を出力する光学系と、
を含む、請求項１記載のレーザドーピング装置。
【請求項９】
前記制御部は、遅延回路を含み、
前記遅延回路は、
前記第１のレーザ部が第１のタイミングで前記第７のパルスレーザ光を出力するように、前記第１のレーザ部に第１のトリガ信号を出力し、
前記第２のレーザ部が前記第１のタイミングより後の第２のタイミングで前記第９のパルスレーザ光を出力するように、前記第２のレーザ部に第２のトリガ信号を出力することにより、
前記第１のパルスレーザ光のパルス時間波形を制御するように構成された、
請求項８記載のレーザドーピング装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記光学系から出力される前記第７のパルスレーザ光の光強度の最大値が、前記光学系から出力される前記第９のパルスレーザ光の光強度の最大値より大きくなるように、前記第１及び第２のレーザ部の目標パルスエネルギーを設定する、
請求項９記載のレーザドーピング装置。
【請求項１１】
前記光学系から出力される前記第７及び第９のパルスレーザ光の時間波形は互いに一部重なり合っている、
請求項１０記載のレーザドーピング装置。
【請求項１２】
前記遅延回路は、
前記第１のレーザ部が第３のタイミングで前記第８のパルスレーザ光を出力するように、前記第１のレーザ部に第３のトリガ信号を出力し、
前記第２のレーザ部が前記第３のタイミングより後の第４のタイミングで前記第１０のパルスレーザ光を出力するように、前記第２のレーザ部に第４のトリガ信号を出力することにより、
前記第２のパルスレーザ光のパルス時間波形を制御するように構成された、
請求項９記載のレーザドーピング装置。
【請求項１３】
前記制御部は、
前記光学系から出力される前記第７のパルスレーザ光の光強度の最大値が、前記光学系から出力される前記第９のパルスレーザ光の光強度の最大値より大きく、前記光学系から出力される前記第８のパルスレーザ光の光強度の最大値が、前記光学系から出力される前記第１０のパルスレーザ光の光強度の最大値より大きくなるように、前記第１及び第２のレーザ部の目標パルスエネルギーを設定する、
請求項１２記載のレーザドーピング装置。
【請求項１４】
前記光学系から出力される前記第７及び第９のパルスレーザ光の時間波形は互いに一部重なり合っており、
前記光学系から出力される前記第８及び第１０のパルスレーザ光の時間波形は互いに一部重なり合っている、
請求項１３記載のレーザドーピング装置。
【請求項１５】
前記制御部は、アッテネータを含み、
前記アッテネータは、前記第１及び第２のパルスレーザ光のフルーエンスを制御するように構成された、
請求項１〜請求項１４のいずれか一項記載のレーザドーピング装置。
【請求項１６】
前記制御部は、可変スリットを含み、
前記可変スリットは、前記第１及び第２のパルスレーザ光の照射領域を制御するように構成された、
請求項１〜請求項１５のいずれか一項記載のレーザドーピング装置。
【請求項１７】
前記制御部は、
前記第１の照射領域のドーパント濃度が前記第２の照射領域のドーパント濃度より高く、
前記第１の照射領域のドーピング深さが前記第２の照射領域のドーピング深さより浅くなるように、
前記第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御する、
請求項１〜請求項１６のいずれか一項記載のレーザドーピング装置。
【請求項１８】
前記制御部は、
前記第１のフルーエンスが前記第２のフルーエンスより高く、
前記第１のパルス時間波形で示される第１のパルス時間幅が前記第２のパルス時間波形で示される第２のパルス時間幅より短くなるように、
前記第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御する、
請求項１〜請求項１７のいずれか一項記載のレーザドーピング装置。
【請求項１９】
前記パルスレーザ光の波長は、２４８ｎｍ以上、３０８ｎｍ以下である、請求項１〜請求項１８のいずれか一項記載のレーザドーピング装置。
【請求項２０】
半導体基板にパルスレーザ光を照射して前記半導体基板にドーピングを行うレーザドーピング方法であって、
第１及び第２のパルスレーザ光を出力することと、
前記第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御することと、
を備え、
前記制御は、
第１のパルス時間波形及び第１のフルーエンスを有する前記第１のパルスレーザ光が、前記半導体基板の第１の照射領域に照射され、
前記第１のパルス時間波形と異なる第２のパルス時間波形及び前記第１のフルーエンスと異なる第２のフルーエンスを有する前記第２のパルスレーザ光が、前記半導体基板の第２の照射領域であって前記第１の照射領域と異なる前記第２の照射領域に照射されるように、
前記第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御する、
レーザドーピング方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本開示の１つの観点に係るレーザドーピング装置は、半導体基板にパルスレーザ光を照射して半導体基板にドーピングを行うレーザドーピング装置であって、第１及び第２のパルスレーザ光を出力するレーザ装置と、第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御する制御部と、を備え、制御部は、第１のパルス時間波形及び第１のフルーエンスを有する第１のパルスレーザ光が、半導体基板の第１の照射領域に照射され、第１のパルス時間波形と異なる第２のパルス時間波形及び第１のフルーエンスと異なる第２のフルーエンスを有する第２のパルスレーザ光が、半導体基板の第２の照射領域であって第１の照射領域と異なる第２の照射領域に照射されるように、第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御してもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本開示の他の１つの観点に係るレーザドーピング方法は、半導体基板にパルスレーザ光を照射して半導体基板にドーピングを行うレーザドーピング方法であって、第１及び第２のパルスレーザ光を出力することと、第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御することと、を備え、第１のパルス時間波形及び第１のフルーエンスを有する第１のパルスレーザ光が、半導体基板の第１の照射領域に照射され、第１のパルス時間波形と異なる第２のパルス時間波形及び第１のフルーエンスと異なる第２のフルーエンスを有する第２のパルスレーザ光が、半導体基板の第２の照射領域であって第１の照射領域と異なる第２の照射領域に照射されるように、第１及び第２のパルスレーザ光のパルス時間波形と、フルーエンスと、照射領域と、を制御してもよい。