(57)【要約】【課題】半導体ウェーハ等のワークピースを熱処理する方法を提供する。【解決手段】前記ワークピースの目標表面積上に入射する照射パルスの初期加熱部分および後続維持部分を生成するステップを含み、前記初期加熱部分と前記後続維持部分の結合持続時間は前記ワークピースの熱伝導時間よりも短く、前記初期加熱部分は前記目標表面積を望まれる温度まで加熱し、前記後続維持部分は前記目標表面積を前記望まれる温度から望まれる範囲内に維持するワークピースの熱処理方法を提供する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサ回路の制御によって、ワークピースの熱処理方法であって、前記方法は、
前記ワークピースの目標表面積上に入射する照射パルスの初期加熱部分および後続維持部分を生成するステップを含み、
前記初期加熱部分と前記後続維持部分の結合持続時間は前記ワークピースの熱伝導時間よりも短く、
前記初期加熱部分は前記目標表面積を望まれる温度まで加熱し、
前記後続維持部分は前記目標表面積を前記望まれる温度から望まれる範囲内に維持する、熱処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記ワークピースは半導体ウェーハを含む方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、前記初期加熱部分および前記後続維持部分は非対称的である方法。
【請求項４】
請求項２記載の方法であって、前記維持部分は前記目標表面積から前記ワークピースの本体内への熱伝導を補償するのに十分なパワーを前記目標表面積へ送る方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法であって、前記維持部分は、さらに、前記目標表面積とその周囲の環境との間の熱放射および伝導による熱交換を補償するのに十分なパワーを前記目標表面積へ送る方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法であって、前記維持部分は少なくとも１×１０２Ｗ／ｃｍ２のレートでパワーを送る方法。
【請求項７】
請求項２記載の方法であって、前記望まれる範囲は前記望まれる温度からおよそ５×１０１℃以内である方法。
【請求項８】
請求項２記載の方法であって、前記望まれる範囲は前記望まれる温度からおよそ３℃以内である方法。
【請求項９】
請求項２記載の方法であって、前記結合持続時間は前記照射パルスの１／４値全幅（ＦＷＱＭ）が前記ワークピースの前記熱伝導時間の半分よりも大きい方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、前記ＦＷＱＭはおよそ１×１０−２ｍｓである方法。
【請求項１１】
請求項２記載の方法であって、前記目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側を含み、生成ステップは複数のフラッシュ・ランプを使用して前記照射パルスを生成するステップを含む方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、生成ステップは照射パルス開始時間に前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも１つを点火させ、続いて前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも他の１つを点火させるステップを含む方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、生成ステップは前記照射パルス開始時間に前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも２つを同時に点火させるステップを含む方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の方法であって、続いて点火させるステップは前記照射パルス開始時間に続く第１の時間間隔において前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも第１の他の１つを続いて点火させ、続いて前記照射パルス開始時間に続く第２の時間間隔において前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも第２の他の１つを点火させるステップを含み、
前記第１および第２の時間間隔は前記照射パルス開始時間に続く、それぞれ、およそ１ｍｓおよびおよそ２ｍｓである方法。
【請求項１５】
請求項２記載の方法であって、前記目標表面積は前記半導体ウェーハのデバイス側の面積セグメントを含み、前記照射パルス生成ステップは非対称的空間プロファイルを有するレーザビームで前記ワークピースの熱伝導時間よりも短い前記面積セグメントを横切るように走査するステップを含む方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、前記初期加熱部分を生成するステップは前記レーザビームの第１の空間部分で前記面積セグメントを横切るように走査するステップを含み、前記後続維持部分を生成するステップは前記レーザビームの第２の空間部分で前記面積セグメントを横切るように走査するステップを含み、前記第１の空間部分および前記第２の空間部分は非対称的である方法。
【請求項１７】
請求項２記載の方法であって、さらに、前記照射パルスを生成する前に、前記ワークピースを前記望まれる温度よりも低い中間温度まで予熱するステップを含む方法。
【請求項１８】
請求項２記載の方法であって、さらに、
前記照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータを監視するステップと、
前記少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して前記照射パルスを修正するステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法であって、修正するステップは前記少なくとも１つのパラメータが前記期待値を閾値差よりも多く超えておれば前記後続維持部分の持続時間を短縮するステップを含む方法。
【請求項２０】
請求項１８記載の方法であって、修正するステップは前記期待値が前記少なくとも１つのパラメータを閾値差よりも多く超えておれば前記後続維持部分の持続時間を長くするステップを含む方法。
【請求項２１】
ワークピースを熱処理する装置であって、前記装置は、
照射パルス生成システムと、
前記照射パルス生成システムを制御して前記ワークピースの目標表面積上に入射する照射パルスの初期加熱部分および後続維持部分を生成するように構成されたプロセッサ回路と、を含み、
前記初期加熱部分と前記後続維持部分の結合持続時間は前記ワークピースの熱伝導時間よりも短く、
前記初期加熱部分は前記目標表面積を望まれる温度まで加熱し、
前記後続維持部分は前記目標表面積を前記望まれる温度から望まれる範囲内に維持する、熱処理装置。
【請求項２２】
ワークピースを熱処理する装置であって、前記装置は、
前記ワークピースの目標表面積上に入射する照射パルスの初期加熱部分を生成する手段と、
前記ワークピースの目標表面積上に入射する照射パルスの後続維持部分を生成する手段と、を含み、
前記初期加熱部分と前記後続維持部分の結合持続時間は前記ワークピースの熱伝導時間よりも短く、
前記初期加熱部分は前記目標表面積を望まれる温度まで加熱し、
前記後続維持部分は前記目標表面積を前記望まれる温度から望まれる範囲内に維持する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は２００７年５月１日出願の米国仮特許出願第６０／９２４，１１５号から優先権の利益を主張するものであり、それは本開示の一部としてここに組み入れられている。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、たとえば、半導体ウェーハ等のワークピースを熱処理する方法およびシステムに関連している。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
多数の出願がワークピースの熱処理に関連している。たとえば、マイクロプロセッサその他のコンピュータ・チップ等の半導体チップの製作において、シリコン・ウェーハ等の半導体ウェーハはイオン注入プロセスに通され、そこでウェーハのデバイス側の表面領域に不純物原子すなわちドーパントが導入される。イオン注入プロセスはウェーハの表面領域の結晶格子構造に損傷を与え、注入ドーパント原子は電気的に不活性となる格子間サイトに残される。ドーパント原子を代理サイトへ移動させて電気的に活性とし、イオン注入中に生じる結晶格子構造への損傷を修復するために、ウェーハのデバイス側の表面領域を高温まで加熱してアニールする必要がある。
【０００４】
しかしながら、デバイス側をアニールするのに必要な高温は、既存の技術を使用すると好ましくない影響を及ぼす傾向がある。たとえば、ドーパント原子のシリコン・ウェーハ中へのより深い拡散が高温では遥かに高い割合で生じる傾向があり、大部分の拡散はドーパントを活性化させるのに必要な高いアニール温度のごく近くで生じる。数十年前、拡散は重大な障害ではなく、そのころ主流であった比較的大きくかつ深いデバイス・サイズは、ウェーハ全体をアニール温度まで単純に等温加熱し、次に、それを、比較的長時間、たとえば、数分さらには数時間アニール温度に保持して製作することができた。
【０００５】
しかしながら、性能の向上およびより小さいデバイス・サイズに対するますます増加する要求を考えると、ますます浅い階段接合を作り出することが必要とされている。その結果、過去無視できると考えられていた、あるいは今日でも許容できる拡散深さは２、３年内またはその後にはもはや許容できなくなる。
【０００６】
上記した問題を踏まえて、同一譲受人による特許文献１、特許文献２、および特許文献３（本開示の一部としてここに組み入れられている）は、たとえば、フラッシュ・アシスト高速昇降温（ｆＲＴＰＴＭ（登録商標））サイクル等の半導体ウェーハのさまざまなアニール方法を開示している。ｆＲＴＰＴＭサイクルの例はウェーハ中の熱伝導率よりも緩やかな傾斜率でウェーハ全体を中間温度まで予熱し、次にウェーハのデバイス側を熱伝導率よりも遥かに速い割合で加熱することを含むことができ、それはデバイス側を照射フラッシュに露呈して達成することができる。例として、基板側をアークランプで照射してウェーハ全体を、たとえば、１５０℃／秒等の割合で加熱することにより、たとえば、６００℃等の中間温度までウェーハを予熱することができる。次に、デバイス側を、１ミリ秒フラッシュ等のフラッシュ・ランプからの高輝度フラッシュに露呈してデバイス側だけを、たとえば、１３００℃等のアニール温度まで加熱することができる。フラッシュ中のデバイス側の急速加熱率（１０５℃／ｓを超える）により、ウェーハの大部分は中間温度に留まり、ヒートシンクとして作用してフラッシュに続きデバイス側を冷却する。このようなプロセスにより望まれるアニール温度を達成することができ、同時に中間温度よりも上の滞留時間を有利に最小限に抑えて、ドーパント拡散を制御する。中間温度を調節して拡散量を変えることができ、ピーク温度を変えて、たとえば、活性化を制御することができる。
【０００７】
同一譲受人による特許文献４、特許文献５および特許文献６（本開示の一部としてここに組み入れられている）は（とりわけ）照射フラッシュの初期部分中のデバイス側のリアルタイム温度測定、および測定温度に基づく照射フラッシュの残りの部分のリアルタイム帰還制御を含むこのようなプロセスのさまざまな改善を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，５９４，４４６号
【特許文献２】米国特許第６，９４１，０６３号
【特許文献３】米国特許第６，９６３，６９２号
【特許文献４】米国特許出願第２００５／００６３４５３［ＳＦＪ１］号
【特許文献５】米国特許出願第２００６／００９６６７７［ＳＦＪ２］号
【特許文献６】米国特許出願第２００７／００６９１６１［ＳＦＪ３］号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
（発明の概要）
本発明者は、たとえば、ドーパント活性化等の、より多量の望まれる高温プロセス反応を達成する改良プロセスは改良された製品を作り出すと考えている。しかしながら、同時に、ますます浅くて階段接合を有するますます小型のデバイスを達成するために、望まれる高温プロセス反応を増したいという要望は、ドーパント拡散等の、他のあまり望ましくないまたは望ましくないプロセスを最小限に抑えたいまたは制御したいという要望に対してバランスさせなければならない。
【００１０】
一般的に、このような高温プロセスの結果、すなわち、生じている望まれる反応の量は温度と時間の両方によって決まり、より高い温度のより短い時間はより低い温度のより長い時間と同じ結果を生じることがある。こうして、一般的に、温度または熱サイクルの持続時間、またはその両方を増すことにより望まれる反応の量を増すことができる。
【００１１】
しかしながら、ある応用に対しては単純に反応温度を高められないことがある。たとえば、半導体ウェーハのデバイス側をアニールする時、デバイス側を融解することは通常望ましくないまたは許されない。それゆえ、ウェーハの融点（大気圧におけるシリコンに対してはほぼ１４１４℃）は最大プロセス温度を強いることになる。デバイスの他のコンポーネントは融点よりも低い温度で損傷を被る。その結果、既存のアニール温度（典型的には、およそ１０１０℃から１３５０℃）を超えてプロセス温度を高める能力は本質的に制限される。
【００１２】
逆に、本発明者は熱サイクルの持続時間を単純に延ばすことはある応用にとって不利になることがあると結論付けた。たとえば、半導体ウェーハのフラッシュ・アシスト短時間処理（ｆｌａｓｈ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（ｆＲＴＰＴＭ）において、熱サイクルの関連部分の持続時間は照射フラッシュの時間パルス幅（すなわち、持続時間）を延ばすまたは広げることにより延ばすことができた。これは、たとえば、フラッシュ・ランプが放電される電気経路のインダクタンスおよび／またはキャパシタンスを増すことによりパルスをより緩やかに立ち上げかつ引き下げ、さらにフラッシュを生成するのに使用される蓄積電荷を相応して増すことにより達成することができる（定められたピーク温度に対するパルスの総エネルギは放電時間の平方根にほぼ比例するため、同じピーク温度または大きさを達成するにはパルス幅を２倍にするのにおよそ４０％増しの蓄積エネルギを必要とする）。しかしながら、都合悪いことに、このようにフラッシュの持続時間を延ばすと、より長いフラッシュ自体中にさらに望ましくない拡散が許されるだけでなく、より多くの加熱エネルギがウェーハに供給されてこの増加された加熱エネルギをウェーハの大部分（バルク）内に伝えるのにより多くの時間がかかり、ウェーハのバルク温度が上昇する。それゆえ、フラッシュが終了すると、フラッシュ加熱されたデバイス側とウェーハの大部分との間の温度差は減少し、フラッシュに続くデバイス側の冷却はより緩やかになる。この減速冷却およびバルク温度上昇により、さらに望ましくないドーパント拡散が起こることがある。ウェーハの熱伝導時間に近づくようにパルス幅が広げられると、プロセスの結果（望ましい結果と望ましくない結果の両方）はウェーハが常に均一温度に維持されるより通常の等温プロセスのそれに近づき、フラッシュ・アシストＲＴＰの目的を挫いて望ましくない深くて全面的なドーパント拡散となる。さらに、パルス幅のこのような時間引き延ばしはフラッシュ・ランプの電極の動作寿命を著しく縮め、たとえば、ハイパワー水壁フラッシュ・ランプの早過ぎる自己消灯等の他の問題を生じることがある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの困難に取り組むために、本発明の一実施例では、ワークピースを熱処理する方法が提供される。この方法はワークピースの目標表面積上に入射する照射パルスの初期加熱部分およびそれに続く維持部分を生成するステップを含んでいる。初期加熱部分と後続維持部分の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。初期加熱部分は目標表面積を望まれる温度まで加熱し、後続維持部分は目標表面積を望まれる温度から望まれる範囲内に維持する。ワークピースは半導体ウェーハを含むことができる。
【００１４】
それゆえ、従来の照射パルスを単純に引き延ばすのではなく、新しいパルス形状が提供される。これは、目標表面積を望まれる温度まで加熱する初期加熱部分に目標表面積を望まれる温度から望まれる範囲内に維持する後続維持部分が続き、初期加熱部分と後続維持部分の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。都合のいいことに、このようなパルスは望まれる温度から５０°Ｃ低い望まれる範囲内に目標表面積の滞留時間を著しく増すことができ、パルスの総エネルギまたは総持続時間（１０％対１０％）を著しく増すことなく、高温プロセス反応（ドーパント活性化等）の望まれる量を相応して著しく増加することができる。その結果、ワークピースの平均バルク温度はより低く留まりその加熱表面はより速く冷却して、従来のパルスの持続時間を単純に引き延ばして望まれるプロセス反応を達成するのに比べて、望ましくない反応（ドーパント拡散等）は最小限に抑えられる。パルス内のエネルギはパルス持続時間の平方根に比例して増加するため、このような新しいパルス形状は時間を引き延ばした従来のパルス形状よりも著しく少ないエネルギしか生成する必要がない。
【００１５】
初期加熱部分および後続維持部分は非対称的としてもよい。
【００１６】
維持部分はワークピースの目標表面積から本体内への熱伝導を補償するのに十分なパワーを目標表面積に送り出してもよい。
【００１７】
さらに、維持部分は目標表面積とその周囲の環境との間の放熱および伝熱による熱交換を補償するのに十分なパワーを目標表面積に送り出してもよい。
【００１８】
維持部分は、たとえば、少なくとも１×１０２Ｗ／ｃｍ２の割合でパワーを目標表面積に送り出してもよい。
【００１９】
望まれる範囲は望まれる温度からおよそ５×１０２℃以内としてもよい。たとえば、望まれる範囲は望まれる温度からおよそ１×１０１℃以内としてもよい。より特定的な実施例として、望まれる範囲は望まれる温度からおよそ３℃以内としてもよい。
【００２０】
結合持続時間は照射パルスの半値全幅（ＦＷＨＭ；Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ−Ｍａｘｉｍｕｍ）がワークピースの熱伝導時間の半分よりも小さくてもよい。たとえば、ＦＷＨＭはおよそ２ｍｓとしてもよい。
【００２１】
結合持続時間は照射パルスの１／４値全幅（ＦＷＱＭ；Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  ｏｎｅ−Ｑｕａｒｔｅｒ  Ｍａｘｉｍｕｍ）がワークピースの熱伝導時間の半分よりも小さくしてもよい。たとえば、ＦＷＱＭはおよそ３ｍｓとしてもよい。
【００２２】
あるいは、結合持続時間は照射パルスの１／４値全幅がワークピースの熱伝導時間の半分よりも大きくしてもよい。たとえば、ＦＷＱＭはおよそ１×１０−２ｓとしてもよい。
【００２３】
目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側を含んでもよく、生成は複数のフラッシュ・ランプを使用する照射パルスの生成を含んでもよい。
【００２４】
生成は照射パルス開始時間に複数のフラッシュ・ランプの少なくとも１つを点火し、次に複数のフラッシュ・ランプの少なくとも他の１つを点火することを含んでもよい。たとえば、生成は照射パルス開始時間に複数のフラッシュ・ランプの少なくとも２つを同時に点火することを含んでもよい。
【００２５】
さらなる例として、後続点火は照射パルス開始時間に続く第１の時間間隔で複数のフラッシュ・ランプの少なくとも最初の他の１つを続いて点火し、照射パルス開始時間に続く第２の時間間隔で複数のフラッシュ・ランプの少なくとも第２の他の１つを続いて点火することを含んでもよい。たとえば、第１および第２の時間間隔は照射パルス開始時間に続く、それぞれ、およそ１ミリ秒およびおよそ２ミリ秒としてもよい。より詳細には、第１および第２の時間間隔は照射パルス開始時間に続く、それぞれ、およそ０．８ミリ秒およびおよそ１．８ミリ秒としてもよい。
【００２６】
あるいは、目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側の面積セグメントを含んでもよく、照射パルスの生成はワークピースの熱伝導時間よりも短い面積セグメントを横切るような非対称空間プロファイルを有するレーザビームの走査を含んでもよい。
【００２７】
それゆえ、このような実施例では、初期加熱部分の生成は面積セグメントを横切るようなレーザビームの第１の空間部の走査を含み、後続維持部分の生成は面積セグメントを横切るようなレーザビームの第２の空間部の走査を含み、第１の空間部および第２の空間部は非対称的であってもよい。
【００２８】
この方法は、さらに、照射パルスを生成する前に望まれる温度よりも低い中間温度までワークピースを予熱することを含んでもよい。
【００２９】
この方法は、さらに、照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータを監視し、少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して照射パルスを修正することを含むことができる。
【００３０】
修正は少なくとも１つのパラメータが期待値を閾値差よりも越える場合に後続維持部分の持続時間を短縮することを含んでもよい。
【００３１】
逆に、修正は期待値が少なくとも１つのパラメータを閾値差よりも越える場合に後続維持部分の持続時間を長くすることを含んでもよい。
【００３２】
本発明のもう１つの実施例では、ワークピースを予熱する装置が提供される。この装置は照射パルス生成システムおよびこの照射パルス生成システムを制御してワークピースの目標表面積に入射する照射パルスの初期加熱部分および後続維持部分を生成するようにされたプロセッサ回路を含んでいる。初期加熱部分および後続維持部分の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。初期加熱部分は目標表面積を望まれる温度まで加熱し、後続維持部分は目標表面積を望まれる温度から望まれる範囲内に維持する。ワークピースは半導体ウェーハを含んでもよい。
【００３３】
プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して初期加熱部分および後続維持部分を非対称的とするように構成してもよい。
【００３４】
プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して維持部分が目標表面積からワークピース本体内への熱伝導を補償するのに十分なパワーを目標表面積へ送り出すように構成してもよい。
【００３５】
プロセッサ回路は、さらに、照射パルス生成システムを制御して維持部分が目標表面積とその周囲の環境との間の熱放射および熱伝導による熱交換を補償するのに十分なパワーを目標表面積へ送り出すように構成してもよい。
【００３６】
プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して維持部分が、たとえば、１×１０２Ｗ／ｃｍ２の割合でパワーを目標表面積へ送り出すように構成してもよい。
【００３７】
望まれる範囲は望まれる温度からおよそ５×１０２℃以内としてもよい。たとえば、望まれる範囲は望まれる温度からおよそ１×１０１℃以内としてもよい。より特定の例として、望まれる範囲は望まれる温度からおよそ３℃以内としてもよい。
【００３８】
プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して初期加熱部分および後続維持部分からなる照射パルスの半値全幅（ＦＷＨＭ）がワークピースの熱伝導時間の半分よりも小さいように構成してもよい。たとえば、ＦＷＨＭはおよそ２ｍｓとしてもよい。
【００３９】
プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して照射パルスの１／４値全幅（ＦＷＱＭ）がワークピースの熱伝導時間の半分よりも小さくしてもよい。たとえば、ＦＷＱＭはおよそ３ｍｓとしてもよい。
【００４０】
あるいは、プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して照射パルスの１／４値全幅（ＦＷＱＭ）がワークピースの熱伝導時間の半分よりも大きくてもよい。たとえば、ＦＷＱＭはおよそ１×１０−２ｓとしてもよい。
【００４１】
目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側を含んでもよく、照射パルス生成システムは複数のフラッシュ・ランプを含んでもよい。
【００４２】
プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して照射パルス開始時間に複数のフラッシュ・ランプの少なくとも１つを点火し、次に複数のフラッシュ・ランプの少なくとも他の１つを点火することにより照射パルスを生成するように構成してもよい。
【００４３】
プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して照射パルス開始時間に複数のフラッシュ・ランプの少なくとも２つを同時に点火するように構成してもよい。
【００４４】
プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して照射パルス開始時間に続く第１の時間間隔で複数のフラッシュ・ランプの少なくとも第１の他の１つを点火し、照射パルス開始時間に続く第２の時間間隔で複数のフラッシュ・ランプの少なくとも第２の他の１つを点火するように構成してもよい。
【００４５】
第１および第２の時間間隔は照射パルス開始時間に続いて、それぞれ、およそ１ミリ秒およびおよそ２ミリ秒としてもよい。たとえば、第１および第２の時間間隔は照射パルス開始時間に続いて、それぞれ、およそ０．８ミリ秒およびおよそ１．８ミリ秒としてもよい。
【００４６】
目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側の面積セグメントを含んでもよく、照射パルス生成システムは非対称空間プロファイルを有するレーザビームを生成するように構成された走査レーザを含んでもよい。プロセッサ回路は走査レーザを制御して非対称空間プロファイルを有するレーザビームでワークピースの熱伝導時間よりも短い面積セグメントを横切るような走査をして照射パルスを生成するように構成してもよい。
【００４７】
プロセッサ回路は走査レーザを制御してレーザビームの第１の空間部分で面積セグメントを横切るような走査をすることにより初期加熱部分を生成し、レーザビームの第２の空間部分で面積セグメントを横切るような走査をすることにより後続維持部分を生成するように構成してもよく、第１の空間部分および第２の空間部分は非対称的でもよい。
【００４８】
本装置は、さらに、予熱システムを含んでもよく、プロセッサ回路は、照射パルス生成システムを作動させる前に、予熱システムを制御して望まれる温度よりも低い中間温度にワークピースを予熱するように構成してもよい。
【００４９】
本装置は、さらに、測定システムを含んでもよく、プロセッサ回路は測定システムと協働して照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータを監視し、照射パルス生成システムを制御して少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して照射パルスを修正するように構成してもよい。
【００５０】
少なくとも１つのパラメータが期待値から閾値差よりも越えておれば、プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して後続維持部分の持続時間を短縮することにより照射パルスを修正するように構成してもよい。逆に、期待値が少なくとも１つのパラメータを閾値差よりも越えておれば、プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して後続維持部分の持続時間を延ばすことにより照射パルスを修正するように構成してもよい。
【００５１】
本発明のもう１つの実施例では、ワークピースを熱処理する装置が提供される。この装置はワークピースの目標表面積に入射する照射パルスの初期加熱部分を生成する手段と、ワークピースの目標表面積に入射する照射パルスの後続維持部分を生成する手段とを含んでいる。初期加熱部分および後続維持部分の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。初期加熱部分は目標表面積を望まれる温度まで加熱し、後続維持部分は目標表面積を望まれる温度から望まれる範囲内に維持する。ワークピースは半導体ウェーハを含んでもよい。
【００５２】
本発明のもう１つの実施例では、ワークピースを熱処理する方法が提供される。この方法はワークピースの目標表面積に入射する照射パルスの初期加熱部分と後続維持部分を生成するステップを含んでいる。初期加熱部分および後続維持部分の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。この方法は、さらに、照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータを監視し、少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して照射パルスを修正するステップを含んでいる。ワークピースは半導体ウェーハを含んでもよい。
【００５３】
都合のよいことに、照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータを監視し、少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して照射パルスを修正することにより、望まれる熱プロセスの望まれる量が達成されることを保証するようにパルスを修正してもよい。それゆえ、望まれるプロセスの現在完了している量の監視ではなくプロセス温度の監視に応答してパルスが修正される前記した同一譲受人による米国特許出願第２００５／００６３４５３号と比べて、プロセス一貫性および反復性をさらに改善することができる。
【００５４】
修正は少なくとも１つのパラメータが期待値を閾値差よりも越える場合に後続維持部分の持続時間を短縮することを含んでもよい。
【００５５】
たとえば、目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側を含んでもよく、生成は複数のフラッシュ・ランプを使用して照射パルスを生成することを含んでもよく、照射パルスの持続時間の短縮は複数のフラッシュ・ランプの少なくとも１つにより生成される照射パルスの早まった消灯を含んでもよい。
【００５６】
あるいは、目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側の面積セグメントを含んでもよく、照射パルスの生成はワークピースの熱伝導時間よりも短い面積セグメントを横切るような非対称的空間プロファイルを有するレーザビームの走査を含むことができ、照射パルスの修正はレーザビームにより面積セグメントへ供給されるパワーの低減を含んでもよい。
【００５７】
あるいは、修正は期待値が少なくとも１つのパラメータを閾値差よりも越える場合に後続維持部分の持続時間を延ばすことを含んでもよい。
【００５８】
たとえば、目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側を含んでもよく、生成は複数のフラッシュ・ランプを使用して照射パルスを生成することを含んでもよく、後続維持部分の持続時間を延ばすことは複数のフラッシュ・ランプの少なくとも１つが放電することができる電気経路のインダクタンスを増すことを含んでもよい。
【００５９】
あるいは、目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側の面積セグメントを含んでもよく、照射パルスの生成はワークピースの熱伝導時間よりも短い面積セグメントを横切るような非対称的空間プロファイルを有するレーザビームの走査を含んでもよく、照射パルスの修正はレーザビームにより面積セグメントへ供給されるパワーを増すことを含んでもよい。
【００６０】
本発明のもう１つの実施例では、ワークピースを予熱する装置が提供される。この装置は照射パルス生成システム、測定システムおよびプロセッサ回路を含んでいる。プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御してワークピースの目標表面積上に入射する照射パルスの初期加熱部分および後続維持部分を生成するように構成される。初期加熱部分および後続維持部分の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。プロセッサ回路は測定システムと協働して照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータを監視し、かつ照射パルス生成システムを制御して少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して照射パルスを修正するようにように構成される。ワークピースは半導体ウェーハを含んでもよい。
【００６１】
プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して少なくとも１つのパラメータが期待値から閾値差よりも越えておれば、後続維持部分の持続時間を短縮することにより照射パルスを修正するように構成してもよい。
【００６２】
たとえば、目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側を含んでもよく、照射パルス生成システムは複数のフラッシュ・ランプを含んでもよく、プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して複数のフラッシュ・ランプの少なくとも１つにより生成される照射フラッシュを早まって消すことにより照射パルスの持続時間を短縮するように構成してもよい。
【００６３】
あるいは、目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側の面積セグメントを含むことができ、照射パルス生成システムは非対称空間プロファイルを有するレーザビームを生成するように構成された走査レーザを含んでもよく、プロセッサ回路はワークピースの熱伝導時間よりも短い面積セグメントを横切るような非対称空間プロファイルを有するレーザビームで走査するように走査レーザを制御することにより照射パルスを生成するように構成してもよく、またプロセッサ回路は走査レーザを制御してレーザビームから面積セグメントへ供給されるパワーを低減することにより照射パルスを修正するように構成してもよい。
【００６４】
あるいは、プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して期待値が少なくとも１つのパラメータを閾値差よりも越えておれば、後続維持部分の持続時間を延ばすことにより照射パルスを修正するように構成してもよい。
【００６５】
たとえば、目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側を含むことができ、照射パルス生成システムは複数のフラッシュ・ランプを含むことができ、プロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御して複数のフラッシュ・ランプの少なくとも１つが放電される電気経路のインダクタンスを増すことにより後続維持部分の持続時間を延ばすように構成してもよい。
【００６６】
あるいは、目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側の面積セグメントを含んでもよく、照射パルス生成システムは非対称空間プロファイルを有するレーザビームを生成するように構成された走査レーザを含んでもよく、プロセッサ回路はワークピースの熱伝導時間よりも短い面積セグメントを横切るような非対称空間プロファイルを有するレーザビームで走査するように走査レーザを制御することにより照射パルスを生成するように構成してもよく、またプロセッサ回路は照射パルス生成システムを制御してレーザビームから面積セグメントへ供給されるパワーを増加することにより照射パルスを修正するように構成してもよい。
【００６７】
本発明のもう１つの実施例では、ワークピースを熱処理する装置が提供される。この装置はワークピースの目標表面積に入射する照射パルスの初期加熱部分を生成する手段と、ワークピースの目標表面積に入射する照射パルスの後続維持部分を生成する手段とを含んでいる。初期加熱部分および後続維持部分の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。この装置は、さらに、照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータを監視する手段と、少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して照射パルスを修正する手段とを含んでいる。ワークピースは半導体ウェーハを含んでもよい。
【００６８】
当業者ならば、本発明の特定実施例の下記の説明を添付図と共に読めば本発明の他の側面および特徴が自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】２つの垂直正面側壁を除いて示す、本発明の第１の実施例に従った高速昇降温（ＲＴＰ；Ｒａｐｉｄ  Tｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）システムの斜視図である。
【図２】図１のシステムの高速昇降温システム・コンピュータ（ＲＳＣ；Ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Sｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）のフロー図である。
【図３】初期加熱部分および後続維持部分を有する典型的な照射パルスに対する照射電力対時間のグラフである。
【図４】図１に示すシステムにより実行される高速昇降温（ＲＴＰ）ルーチンのフロー図である。
【図５】図１に示すシステムより生成される、初期加熱部分および後続維持部分を有する照射パルスに対する照射パワー対時間のグラフである。
【図６】図５に示す照射パルスにあてた時のワークピースの目標表面積の温度のグラフである。
【図７】本発明の第２の実施例に従った超高速放射計のブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施例に従った高速昇降温（ＲＴＰ）システムのフラッシュ・ランプのパワー制御回路の回路図である。
【図９】本発明の第２の実施例に従った、図１に示すシステムにより実行される高速昇降温（ＲＴＰ）ルーチンのフロー図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に従った高速昇降温（ＲＴＰ）システムの代表的な図面である。
【図１１】本発明の第３の実施例に従った照射パルスを生成するレーザビームの空間プロファイルのグラフである。
【図１２】本発明の実施例を使用して達成できるドーパント活性化と、従来の照射パルスを使用して修正され延ばされた従来のパルスから達成できるドーパント活性化のグラフ比較である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
（詳細な説明）
図１に、本発明の１実施例に従ってワークピースを熱処理する装置が一般的に１００に示されている。この実施例では、装置１００は照射パルス生成システム１８０、およびプロセッサ回路１１０を含んでいる。
【００７１】
図１および５について、この実施例ではプロセッサ回路１１０は照射パルス生成システム１８０を制御してワークピース１０６の目標表面積に入射する照射パルス５０６の初期加熱部分５０２および後続維持部分５０４を生成するように構成される。この実施例では、初期加熱部分５０２および後続維持部分５０４の結合持続時間はワークピース１０６の熱伝導時間よりも短い。
【００７２】
図１、５および６について、この実施例では、初期加熱部分５０２はワークピース１０６の目標表面積を望まれる温度まで加熱し、後続維持部分５０４は目標表面積を望まれる温度６０２から望まれる範囲６０４内に維持する。
【００７３】
（ワークピース）
図１について、この実施例では、目標表面積はワークピース１０６の第１表面１０４全体を含み、それはこの実施例では半導体ウェーハ１２０である。より詳細には、この実施例では、ウェーハは半導体チップ、たとえば、マイクロプロセッサ等の製作に使用する直径３００ｍｍのシリコン半導体ウェーハである。本発明の実施例では、ワークピース１０６の第１表面１０４はウェーハ１２０の上面すなわちデバイス側１２２を含んでいる。同様に、この実施例では、ワークピースの第２表面１１８はウェーハ１２０の背面すなわち基板側１２４を含んでいる。
【００７４】
あるいは、目標表面積は第１表面１０４全体を含む必要はない。たとえば、後述する実施例に関して、目標表面積は表面１０４上の小さな面積セグメントを含んでもよい。より一般的に、同じまたは異なるタイプの、他のタイプの目標表面積に代えることができる。
【００７５】
この実施例では、ウェーハ１２０をチャンバ１３０内へ挿入する前に、ウェーハのデバイス側１２２でイオン注入プロセスが行われ、ウェーハのデバイス側の表面領域中に不純物原子すなわちドーパントが導入される。イオン注入プロセスはウェーハの表面領域の結晶格子構造に損傷を与え、注入されたドーパント電子は格子間サイトに残されて電気的に不活性となる。ドーパント電子を格子内の代理サイトへ移して電気的に活性とし、かつイオン注入中に生じる結晶格子構造の損傷を修復するために、前記したように、ウェーハのデバイス側の表面領域はここに記述されているように熱処理によりアニールされる。
【００７６】
（高速昇降温チャンバ）
さらに、図１について、本実施例では、ここに記述されているように、装置１００はその中にワークピース１０６が熱処理のために支持されるチャンバ１３０を含んでいる。一般的に、ここで検討される場合を除き、本実施例の装置１００は前記した同一譲受人による米国特許出願第２００７／００６９１６１［ＳＦＪ４］号に記載されている熱処理装置と同じであり、それは本開示の一部としてここに組み入れられている。したがって、簡潔にするため、米国特許出願第２００７／００６９１６１号に記載されている装置１００の非常に多くの詳細が省かれている。
【００７７】
米国特許出願第２００７／００６９１６１号で詳細に検討されているように、この実施例では、チャンバ１３０は上部および下部選択放射吸収壁１３２および１３４を含み、それらは、それぞれ、選択吸収壁水冷窓１８６および１５６を含んでいる。チャンバ１３０は（複数の）鏡面反射側壁をも含んでおり、その２つが１３６および１３８に示されており他の２つは例示目的で省かれている。ワークピース１０６は、本開示の一部としてここに組み入れられている、米国特許出願第２００４／０１７８５５３［ＳＦＪ５］号に開示されているのと同様のワークピース支持システム（図示せず）によりチャンバ１３０の内壁１４０の空洞内に支持してもよい。しかしながら、ワークピースは複数の石英ピン（図示せず）、または任意他の適切な手段により支持されてもよい。この実施例では循環水冷システムを含む冷却システム１４４はチャンバ１３０のさまざまな表面を冷却するように働く。
【００７８】
装置は測定システム１０２を含んでもよく、さらなる実施例について後述するように、それはウェーハ１２０のデバイス側１２２の温度測定、その他の目的に使用される。あるいは、所望により、測定システム１０２は定められた実施例から省いてもよい。
【００７９】
本実施例では、装置１００は、さらに、ウェーハ１２０を予熱するための予熱システム１５０を含んでいる。米国特許出願第２００７／００６９１６１号に詳細に記載されているように、予熱システム１５０は水冷窓１５６の下に配置された高輝度アークランプ１５２およびリフレクタ・システム１５４を含んでいる。
【００８０】
装置１００は、さらに、たとえば、診断用照明光源１６０等の複数の追加測定装置、および撮像装置１６２および高速放射計１６４等の放射検出器を含むことができ、所望により、それらは米国特許出願第２００７／００６９１６１号および米国特許出願第２００５／００６３４５３号に記載されているように使用してもよい。
【００８１】
前記したように、ここに記載されている新しい機能および対応する構造以外の装置１００のさらなる詳細およびその構造部品とそれらの機能は米国特許出願第２００７／００６９１６１号から見つけてもよい。
【００８２】
（照射パルス生成システム）
さらに、図１について、本実施例では、装置１００はさらに照射パルス生成システム１８０を含んでいる。この実施例では、照射パルス生成システム１８０はフラッシュ・ランプ・システムを含んでいる。より詳細には、この実施例では、照射パルス生成システム１８０は、チャンバ１３０の水冷ウィンドウ１８６のすぐ上に配置された、第１、第２、第３および第４のフラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７およびリフレクタ・システム１８４を含んでいる。
【００８３】
あるいは、４個よりも少ない、たとえば、１個のフラッシュ・ランプを利用してもよい。逆に、４個よりも多いフラッシュ・ランプ、たとえば、遥かに多数のフラッシュ・ランプのアレイを利用してもよい。
【００８４】
この実施例では、各フラッシュ・ランプ１８２が、本開示の一部としてここに組み入れられている、同一譲受人による米国特許出願第２００５／０１７９３５４号に記載されているのと同様な、カナダ、バンクーバのＭａｔｔｓｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃａｎａｄａ社製液冷フラッシュ・ランプを含んでいる。これに関して、この特定タイプのフラッシュ・ランプは、たとえば、熱処理の一貫性および反復性の改善を含む、従来のフラッシュ・ランプに優る非常に多くの利点を提供する。あるいは、他のタイプのフラッシュ・ランプに代えることができる。より一般的には、たとえば、マイクロ波パルス生成器または走査レーザ等の他のタイプの照射パルス生成器をフラッシュ・ランプに代えてもよい。
【００８５】
本実施例では、リフレクタ・システム１８４は２個の外部フラッシュ・ランプ、すなわち、第１および第４のフラッシュ・ランプ１８２および１８７が同時に点火される時にウェーハ１２０のデバイス側１２２を均一に照射するように構成される。この実施例では、リフレクタ・システム１８４は２個の内部フラッシュ・ランプのいずれか、すなわち、第２のフラッシュ・ランプ１８３または第３のフラッシュ・ランプ１８５が個別に点火される時にウェーハ１２０のデバイス側１２２を均一に照射するようにも構成される。このようなリフレクタ・システムの例は、フラッシュ・アシスト高速昇降温（ｆＲＴＰＴＭ）システムのコンポーネントとしてカナダ、バンクーバのＭａｔｔｓｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃａｎａｄａ社で製作されている。
【００８６】
この実施例では、照射パルス生成システム１８０は、さらに、フラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７へ電力を供給して照射フラッシュを生成する給電システム１８８を含んでいる。この実施例では、給電システム１８８は個別のフラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７へ、それぞれ、電力を供給する個別の給電システム１８９、１９１、１９３および１９５を含んでいる。
【００８７】
より詳細には、この実施例では、給電システム１８８の各給電システム１８９、１９１、１９３および１９５が各フラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７に対する給電システムとして作用し、入力電力の「スパイク」を各フラッシュ・ランプに供給して望まれる照射フラッシュを生成するためにプリチャージして急放電してもよいようなパルス放電ユニットを含んでいる。より詳細には、本実施例では、各パルス放電ユニットが、３５００Ｖで充電されて電気エネルギを９６．７７５ｋＪまで蓄積することができ、かつ、たとえば、０．５から１．５ｍｓ等の短時間内にこのような蓄積エネルギをその各フラッシュ・ランプへ放電することができる、一対の７．９ｍＦキャパシタ（図示せず）（パルス放電ユニット当たり１５．８ｍＦ）を含んでいる。それゆえ、この実施例では、照射パルス生成システム１８０は電気エネルギを３８７．１ｋＪまで蓄積することができ、ワークピース１０６の熱伝導時間よりも短い総持続時間を有する照射パルス内でこのようなエネルギをフラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７を介して放電することができる。あるいは、より大きいまたは小さい電源、あるいは他のタイプの電源に代えることができる。
【００８８】
所望により、各給電システム１８９、１９１、１９３および１９５は、各照射フラッシュを生成するパルス放電の帰還制御のために、パルス放電ユニットおよび各フラッシュ・ランプと通信する電力制御回路を含むことができる。あるいは、このような電力制御回路および帰還制御は特定の実施例に対して望ましくなければ省いてもよい。実例として、本実施例はこのような帰還制御を省いているが、後述する代替実施例はそれを含んでいる。
【００８９】
このような対応する電力制御回路だけでなく、個別の給電システム１８９、１９１、１９３および１９５のさらなる詳細は前記した米国特許出願第２００７／００６９１６１号に開示されている。
【００９０】
（ＲＴＰシステム・コンピュータ（ＲＳＣ））
図１および２について、ＲＴＰシステム・コンピュータ（ＲＳＣ）１１２が図２により詳細に示されている。この実施例では、ＲＳＣはプロセッサ回路１１０を含み、本実施例では、それはマイクロプロセッサ２１０を含んでいる。しかしながら、より一般的には、この明細書では「プロセッサ回路」という用語は本明細書および一般常識により当業者ならばここに記載されている機能をマイクロプロセッサ２１０に代えて実施できる任意タイプのデバイスまたはその組合せを広く包含するものとする。このようなデバイスは（限定はしないが）、たとえば、他のタイプのマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、他の集積回路、他のタイプの回路またはその組合せ、論理ゲートまたはゲートアレイ、または任意タイプのプログラマブル・デバイスを、単独でまたは同じ場所に配置されたまたは互いに離れた他のこのようなデバイスと組み合わせて含むことができる。
【００９１】
本実施例では、マイクロプロセッサ２１０は記憶装置２２０と通信しており、この実施例では、記憶装置はハードディスク装置を含んでいる。記憶装置２２０はマイクロプロセッサ２１０を構成またはプログラムしてここに記載されているさまざまな機能を実施させる１つ以上のルーチンを格納するのに使用される。より詳細には、この実施例では、後述するように、記憶装置２２０はメイン高速昇降温（ＲＴＰ）ルーチン２２１を格納する。この実施例では、記憶装置２２０は、たとえば、ワークピース・パラメータ・ストア２４０等のマイクロプロセッサ２１０により受信または使用されるさまざまなタイプのデータを格納するのに使用してもよい。所望により、記憶装置２２０は前記した米国特許出願第２００７／００６９１６１号で検討されている任意のルーチンおよびデータ等の追加機能を実施するための追加ルーチンおよびデータを格納してもよい。
【００９２】
本実施例では、マイクロプロセッサ２１０はメモリ・デバイス２６０とも通信システムしており、この実施例では、メモリ・デバイスはランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を含んでいる。この実施例では、記憶装置２２０に格納されたさまざまなルーチンは、他のストアおよび／またはレジスタ（図示せず）だけでなく、パルス・パラメータ・ストア２７８を含む、マイクロプロセッサ２１０により測定され、計算されまたは使用されるさまざまなプロパティまたはパラメータを格納するＲＡＭ内のさまざまなレジスタやストアを定義するようマイクロプロセッサ２１０を構成する。
【００９３】
本実施例のマイクロプロセッサ２１０は、測定システム１０２（有れば）および照射パルス生成システム１８０だけでなく予熱システム１５０、診断照明光源１６０、撮像デバイス１６２、高速放射計１６４等の他のシステム・コンポーネント、およびキーボード、マウス、モニタ、ＣＤ−ＲＷドライブおよびフロッピー・ディスケット・ドライブ等の１つ以上のディスク装置、およびプリンタ等のさまざまなユーザ入出力装置（図示せず）を含む、図１に示す装置１００のさまざまなデバイスと通信するための、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス２５０とさらに通信する。この実施例では、Ｉ／Ｏインターフェイス２５０はファイバ光ネットワーク（図示せず）を介してこれらのデバイスの少なくともいくつか（たとえば、高速放射計１６４および測定システム１０２）と通信して、大電流による電磁干渉および電気的ノイズや予熱システム１５０および照射パルス生成システム１８０によって必要とされた突然の放電によりもたらされる困難を回避するための光電コンバータを含んでいる。
【００９４】
（等価時間）
この実施例では、照射パルス生成システム１８０により生成される照射パルスの時間形状がさまざまな熱プロセスに対する等価時間の概念を考慮して本発明者により設計されている。
【００９５】
典型的な熱反応プロセスに対して、反応率Ｒは次の関係により記述することができる。
【数１】
2015057842.tif 000003
ここに、
ＥＡ  反応エネルギ、すなわち、反応を生じるのに必要なエネルギ・レベル
ｋ    ボルツマン定数
Ｔ（ｔ）  時間ｔの関数としての温度Ｔ
【００９６】
反応の総量ＡＲは反応率Ｒの時間ｔにわたる積分である。
【数２】
2015057842.tif 000004
【００９７】
この関係は異なる温度−時間プロファイルＴ（ｔ）、たとえば、異なる熱サイクルに対する反応ＡＲの総量の比較を容易にする。等価時間（ｔＥＱ）は定められた時間−変動温度プロファイルＴ（ｔ）中に生じうるものと同量の反応ＡＲをもたらす一定温度ＴＥＱにおける時間長として定義してもよい。
【数３】
2015057842.tif 000005
【数４】
2015057842.tif 000006
【数５】
2015057842.tif 000007
【００９８】
前記したことから、方程式（５）の同じ等価時間ｔＥＱを有する任意の温度−時間プロファイルＴ（ｔ）は同じ量の反応ＡＲとなる。たとえば、定められた反応エネルギＥＡにより定義される定められたプロセスに対して、２つの温度依存関数の２つの各時間間隔にわたる積分が同じであれば、より高温Ｔ１（ｔ）で費やされるより短い時間ｔ１でより低温Ｔ２（ｔ）で費やされるより長い時間ｔ２と同量の反応ＡＲを作り出すことができる。
【００９９】
また、前記関係は望まれない反応プロセスよりも望まれる反応プロセスを促進させる１つ以上の特定の熱サイクルＴ（ｔ）の選択を容易にする。たとえば、ＥＡ１が望まれる熱反応プロセスに対する反応エネルギであり、ＥＡ２が望まれない熱反応プロセスに対する反応エネルギであれば、望まれる温度−時間プロファイルの性質は反応エネルギＥＡ１およびＥＡ２によって決まる。望まれるプロセスの反応エネルギＥＡ１が望まれないプロセスの反応エネルギＥＡ２よりも大きければ、比較的高温における比較的短い時間を選択することにより望まれるプロセスを選択的に促進させて望まれないプロセスを選択的に抑制することができる。
【０１００】
逆に、望まれるプロセスの反応エネルギＥＡ１が望まれないプロセスの反応エネルギＥＡ２よりも小さければ、比較的低温における比較的長い時間が望まれるプロセスを促進させて望まれないプロセスを抑制する。
【０１０１】
ワークピース１０６が半導体ウェーハ１２０であり、前記したように、そのデバイス側１２２に活性化を要するドーパントが注入されている本実施例では、これらのドーパントを活性化させる望まれるプロセスに必要な活性化エネルギＥＡは、典型的に、ドーパントを大部分のウェーハ１２０内に不適当に拡散させる拡散エネルギＥＤよりも大きい。たとえば、問題とするドーパントおよびウェーハに応じて、活性化エネルギＥＡは５ｅＶまたはそれ以上となることがあり（たとえば、公称Ｂ注入に対しては５ｅＶ、あるいは１ｋｅＶ  １Ｅ１４Ｂ注入に対しては７ｅＶ）、拡散エネルギはおよそ３ｅＶとなることがある。したがって、その上のデバイスに損傷を与えることなくできるだけ高い温度Ｔでできるだけ短い持続時間を有する温度−時間サイクルＴ（ｔ）をデバイス側１２２にかけると、望まれない拡散プロセスを最小限に抑えながら望まれる拡散プロセスを最大にする傾向となる。本発明者は、デバイス側１２２をできるだけ「方形の」温度−時間プロファイルにかけること、アニール温度における「フラット・トップ」滞留時間が続く望まれるアニール温度まで迅速に高め、全てワークピースの熱伝導時間よりも著しく短い時間内に行って、ウェーハ１２０のより冷たい大部分がヒートシンクとして作用して加熱したデバイス側１２２を滞留時間後に急冷するようにして、これを達成できることに気付いている。
【０１０２】
しかしながら、本発明者は、デバイス側からチャンバ１３０内に含まれる雰囲気中への放射および伝導熱損失だけでなく、デバイス側１２２からウェーハ１２０のより冷たい大部分内への熱伝導を含む、照射加熱と適用可能な冷却機構のような複雑な相互作用により、デバイス側１２２を「方形の」照射パルス形状にかけるだけではデバイス側１２２内に望まれる「方形の」温度−時間プロファイルは生じないことにも気付いている。
【０１０３】
さらに、図１および３について、この実施例では、プロセッサ回路１１０は照射パルス生成システム１８０を制御して図３に示す照射パルス３００に近似したものを生成するように構成される。この実施例では、照射パルス３００はデバイス側１２２を望まれる温度まで加熱する初期加熱部分３０２、およびデバイス側１２２を望まれる温度から望まれる範囲内に維持する後続維持部分３０４を含んでいる。より詳細には、この実施例では、維持部分３０４はデバイス側１２２を望まれる温度に維持する。照射パルス３００は主として維持部分３０４により従来の照射パルス３０６とは異なっている。この実施例では、照射パルス３００は、維持部分３０４に露呈した後でデバイス側１２２の冷却の急速性を高めるために、急峻な勾配の後縁３０５をも有する。しかしながら、特定の応用に対して急冷がそれほど重要でなければ、他の実施例においてパルス３００の後縁はより連続的に徐々に減衰することができる。
【０１０４】
図３および５について、この実施例では、後述するように、プロセッサ回路１１０は照射パルス生成システム１８０を制御して図５に示す照射パルス５０６を、パルス３００に近似したものとして、生成するように構成される。
【０１０５】
（操作）
図１、２、４および５について、メインＲＴＰルーチン２２１が図４により詳細に示されている。一般的に、この実施例では、メインＲＴＰルーチン２２１は照射パルス生成システム１８０を制御して、ワークピース１０６の目標表面積上に入射する、図５に示す照射パルス５０６の初期加熱部分５０２および後続維持部分５０４を生成するようにプロセッサ回路１１０を構成する。この実施例では、初期加熱部分５０２および後続維持部分５０４の結合持続時間はワークピース１０６の熱伝導時間よりも短い。初期加熱部分５０２は目標表面積を望まれる温度まで加熱し、後続維持部分５０４は目標表面積を望まれる温度から望まれる範囲内に維持する。
【０１０６】
図１、２、４および５について、メインＲＴＰルーチン２２１は、コードの第１ブロック４０２で始まり、第１ブロックは照射パルス生成システム１８０およびワークピース１０６が照射パルス５０６の準備をするようプロセッサ回路１１０に命令する。この実施例では、ブロック４０２がフラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７の個別の給電システム１８９、１９１、１９３および１９５のキャパシタ・バンク（図示せず）をメモリ・デバイス２６０内のパルス・パラメータ・ストア２７８内に指定された充電電圧までプリチャージするようプロセッサ回路に命令する。本実施例では、４つのキャパシタ・バンクの各々が２７００Ｖまで充電される。より一般的に、このような充電電圧および他のパラメータは、たとえば、前記米国特許出願第２００７／００６９１６１号に記載されているように、または、任意他の適切な方法で計算または決定してもよい。しかしながら、米国特許出願第２００７／００６９１６１号に開示されている充電電圧の他に、本実施例では、パルス・パラメータ・ストア２７８はフラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７が放電される相対時間を表す値も格納する。この実施例では、デフォルトによりこれらの時間はフラッシュ・ランプ１８２および１８７に対してはｔ＝０に、フラッシュ・ランプ１８３に対してはｔ＝０．８に、フラッシュ・ランプ１８５に対してはｔ＝１．８に設定される。あるいは、後述するように、これらの相対時間は、所望により、メインＲＴＰルーチン２２１の命令の元で調節することができる。
【０１０７】
次に、ブロック４０２は、照射パルス生成システム１８０を作動させる前に、予熱システム１５０を制御してワークピース１０６を望まれる温度よりも低い中間温度まで予熱するようプロセッサ回路１１０に命令する。より詳細には、この実施例では、ブロック４０２はアークランプ１５２を作動してウェーハ１２０の基板側１２４を照射し、１５０℃／秒の割合でほぼ８００℃の中間温度までウェーハ１２０を予熱するようプロセッサ回路１１０に命令する。同一譲受人による米国特許出願第２００５／００６３４５３号により詳細に記載されているように、ブロック４０２は、さらに、高速放射計１６４から受信される信号をモニタして予熱される時のウェーハ１２０の温度を監視するようプロセッサ回路１１０に命令する。
【０１０８】
ワークピース１０６が中間温度まで予熱されていることをブロック４０２において検出すると、ブロック４０４は照射パルス生成システム１８０を制御して、ワークピース１０６の目標表面積上に入射する、図５に示す照射パルス５０６の初期加熱部分５０２および後続維持部分５０４を生成するようにプロセッサ回路１１０に命令する。
【０１０９】
より詳細には、この実施例では、ワークピース１０６の目標表面積は半導体ウェーハ１２０のデバイス側１２２を含み、照射パルス生成システム１８０は複数のフラッシュ・ランプ、すなわち、フラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７を含んでいる。
【０１１０】
この実施例では、ブロック４０４は照射パルス生成システム１８０を制御して、照射パルス開始時間に複数のフラッシュ・ランプの少なくとも１つを点火し、続いて複数のフラッシュ・ランプの少なくとも他の１つを点火することにより照射パルスを生成するようにプロセッサ回路１１０を構成する。より詳細には、この実施例では、プロセッサ回路１１０は照射パルス生成システム１８０を制御して照射パルス開始時間に複数のフラッシュ・ランプの少なくとも２つを同時に点火するよう構成される。より詳細には、この実施例では、ブロック４０４は照射パルス生成システム１８０の個別の給電システム１８９および１９５を制御して、照射パルス開始時間に、２つの外側フラッシュ・ランプ、すなわち、フラッシュ・ランプ１８２および１８７を同時に点火するようプロセッサ回路１１０に命令する。リフレクタ・システム１８４はこれら２つの外側フラッシュ・ランプが同時に点火される時にデバイス側１２２を均一に照射するように構成されることが想起される。この実施例では、フラッシュ・ランプ１８２および１８７の同時点火により図５に示す第１の照射パルス・コンポーネント５０８を生成する。
【０１１１】
本実施例では、次にブロック４０４は照射パルス生成システム１８０を制御して照射パルス開始時間に続く第１の時間間隔で複数のフラッシュ・ランプの少なくとも第１の他の１つを続いて点火し、照射パルス開始時間に続く第２の時間間隔で複数のフラッシュ・ランプの少なくとも第２の他の１つを続いて点火するようにプロセッサ回路１１０に命令する。より詳細には、この実施例では、プロセッサ回路１１０は第２のフラッシュ・ランプ１８３を照射パルス開始時間に続く第１の時間間隔で点火するよう個別の電源１９１を制御し、第３のフラッシュ・ランプ１８５を照射パルス開始時間に続く第２の時間間隔で点火するよう個別の電源１９３を制御する。この実施例では、第１および第２の時間間隔は照射パルス開始時間に続いて、それぞれ、およそ１ミリ秒およびおよそ２ミリ秒である。より詳細には、この実施例では、第１および第２の時間間隔は照射パルス開始時間に続いて、それぞれ、およそ０．８ミリ秒およびおよそ１．８ミリ秒である。本実施例では、第２のフラッシュ・ランプ１８３の点火により第２の照射パルス・コンポーネント５１０が生じ、第３のフラッシュ・ランプ１８５の点火により第３の照射パルス・コンポーネント５１２が生じる。リフレクタ・システム１８４によりこれらの各照射パルス・コンポーネントがデバイス側１２２を均一に照射することが想起される。
【０１１２】
図５について、この実施例では、第１、第２および第３の照射パルス・コンポーネント５０８、５１０および５１２は時間的に重畳する。それゆえ、照射パルス生成システム１８０は、フラッシュ・ランプ１８２および１８７を最初に同時点火し、次にフラッシュ・ランプ１８３および１８５を続いて点火することにより、個別照射パルス・コンポーネント５０８、５１０および５１２の和である単一連続照射パルス５０６を生成する。
【０１１３】
この実施例では、初期加熱部分５０２および後続維持部分５０４の結合持続時間は照射パルス５０６（初期加熱部分５０２および後続維持部分５０４を含む）の半値全幅（ＦＷＨＭ；Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）５１４がワークピース１０６の熱伝導時間の半分より小さくなるようにされる。より詳細には、この実施例では、ウェーハ１２０の熱伝導時間は１０−１５ミリ秒のオーダーであり、照射パルス５０６のＦＷＨＭ５１４はおよそ２ミリ秒である。この実施例では、照射パルス５０６の１／４値全幅（ＦＷＱＭ；Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  ｏｎｅ−Ｑｕａｒｔｅｒ  Ｍａｘｉｍｕｍ）もワークピースの熱伝導時間の半分より小さい。より詳細には、この実施例では、照射パルス５０６のＦＷＱＭはおよそ３ミリ秒である。したがって、都合のよいことに、初期加熱部分および後続維持部分の結合持続時間はウェーハの熱伝導時間よりも著しく短いため、ウェーハの大部分は照射パルスが開始する前にブロック４０２においてウェーハが予熱された中間温度に比較的近いままとされ、ウェーハの大部分を有効なヒートシンクとして作用して照射パルス５０６の終了に続いてデバイス側１２２を急速に冷却することができる。
【０１１４】
図３、５および６について、デバイス側１２２を照射パルス５０６に露光して得られるデバイス側の温度−時間プロファイルが図６に一般的に６０８に示されている。例示の目的で、照射パルス５０６により生じる温度−時間プロファイル６０８は、たとえば、図３の３０６に示すものと同様な従来の照射パルス形状に対してデバイス側１２２を露光して得られるより従来通りの温度−時間プロファイル６１０と対比される。
【０１１５】
図５および６について、この実施例では、初期加熱部分５０２および後続維持部分５０４は非対称的である。本実施例では、初期加熱部分５０２は、この例ではおよそ１１５０℃である、望まれる温度６０２まで加熱するのに十分なパワーを目標表面積（この例ではデバイス側１２２全体）へ送る。次に、後続維持部分５０４は目標表面積とその周囲の環境との間の熱放射および伝導による熱交換を補償するのに十分なパワーだけでなく、目標表面積からワークピース１０６の本体内への熱伝導を補償するのに十分なパワーを送る。この実施例では、周囲の環境はチャンバ１３０およびその中の雰囲気を含む。しかしながら、代替実施例では、たとえば、ワークピースが放射的ではなく伝導的に予熱されれば、周囲の環境はホットプレート等の他の物体を含むことがある。本実施例では、後続維持部分５０４はこのような熱伝導および放射を補償するために、目標表面積を望まれる温度６０２から望まれる範囲６０４内に維持するために、少なくとも１×１０２Ｗ／ｃｍ２の平均レートで目標表面積へパワーを送る。
【０１１６】
この例では、望まれる範囲６０４は望まれる温度６０２からおよそ５×１０１℃以内の範囲であり、この実施例では、それはおよそ１１５０℃の温度である。より詳細には、この実施例では、望まれる範囲６０４は望まれる温度６０２からおよそ２×１０１℃以内の範囲である。あるいは、望まれる範囲６０４は望まれる温度６０２からおよそ１×１０１℃以内の範囲としてもよい。より特定の代替実施例として、望まれる範囲は望まれる温度からおよそ３℃以内としてもよい。
【０１１７】
図３、５および６について、この実施例では、照射パルス５０６に対してデバイス側１２２に露光して得られる温度−時間プロファイル６０８は３０６に示すものと同様な従来の照射パルス形状に対してデバイス側１２２に露光して得られるより従来通りの温度−時間プロファイル６１０に優る非常に多くの利点を有する。たとえば、望まれる（ピーク）温度６０２から５０℃の望まれる範囲６０４内へのデバイス側１２２の滞留時間は、より従来通りの温度−時間プロファイル６１０よりも温度−時間プロファイル６０８の方がほぼ３倍長く、望まれる反応（活性化）の量は著しく増加する。しかしながら、逆に、パルス５０６により生じるこの滞留時間の増加により従来のパルス形状３０６に比べてワークピースのバルク温度はおよそ７５℃しか増加せず、その結果パルス５０６は比較的冷たい大部分をまだ残して滞留時間に続く急速なデバイス側冷却を促進して、望まれない低エネルギ反応（拡散）を最小限に抑えるものと推測できる。
【０１１８】
等価時間の概念に戻って、方程式（１）−（５）から、望まれるプロセスの反応エネルギが、たとえば（１ｋｅＶ  １Ｅ１４Ｂ注入と矛盾しない）、ＥＡ＝７ｅＶの活性化エネルギであれば、温度−時間プロファイル６０８により従来の温度−時間プロファイル６１０のそれよりもほぼ１００倍の等価時間となる。
【０１１９】
たとえば（公称Ｂ注入と矛盾しない）、ＥＡ＝５ｅＶの低活性化エネルギであっても、温度−時間プロファイル６０８により従来の温度−時間プロファイル６１０のそれよりもほぼ１５倍の等価時間となる、いいかえると、照射パルス５０６により生成される温度−時間プロファイル６０８により達成される反応ＡＲの総量は３０６に示すものと同様なより従来通りの照射パルス形状により生成される温度−時間プロファイル６１０より達成されるものよりも１５倍大きい。
【０１２０】
照射パルス５０６から流れる前記結果とは対照的に、従来のパルス３０６の持続時間すなわちパルス幅を単純に広げて反応ＡＲの総量を温度−時間プロファイル６１０に比べて１５倍増すよう試みようとすると、ほぼ１５倍長いパルス幅、すなわちおよそ２０ｍｓの持続時間（ＦＷＨＭ）が必要となり、これはワークピースの典型的な熱伝導時間よりも長いであろう。総エネルギ（パルス持続時間の平方根に比例する）はほぼ４倍増加し、ワークピースのバルク温度はほぼ３００℃だけ上昇し、ワークピースの大部分と加熱したデバイス側との間に小さな温度差しか残さず、デバイス側の冷却は遥かに緩やかなものとなるであろう。これは実質的には等温加熱に近づき、非常に長い滞留時間および非常に長い冷却時間により大量の望ましくない拡散反応が生じてフラッシュ・アシスト高速昇降温処理の目的が挫かれるであろう。
【０１２１】
図３、５および１２について、望まれるプロセス温度のＴＰの関数としてのシート抵抗ＲＳが図１２に一般的に１２００に示されている。望まれる熱プロセスが注入ドーパントの活性化であるこの実施例では、より低いシート抵抗ＲＳはより高いドーパント活性化を示し、したがって、望まれる熱プロセスのより大きい達成を示す。図１２は結晶性シリコン中への低エネルギ・ボロン注入（５００ｅＶ１０１５ｃｍ２）をアニールする熱サイクルに対応する。図１２は４つの異なる活性化曲線を示し、各々が異なるタイプの熱サイクルに対応する。
【０１２２】
より詳細には、第１の活性化曲線１２０２は複数の異なる熱サイクルに対応する。このような各熱サイクルにおいて、半導体ウェーハ１２０は７００℃の中間温度へ予熱され、続いてデバイス側１２２は、およそ０．９ｍｓの持続時間（ＦＷＨＭ）を有する図３の３０６に示すような従来のすなわち標準（ＳＴＤ）パルス形状を有する照射パルスに対して露光されて、デバイス側１２２を望まれる処理温度ＴＰまで加熱する。活性化曲線１２０２はおよそ１２００から１２９５℃までの範囲の望まれる処理温度ＴＰの熱サイクルを例示している。
【０１２３】
第２の活性化曲線１２０４は複数の同様な熱サイクルに対応し、半導体ウェーハ１２０は７００℃の同じ中間温度へ予熱され、続いてデバイス側１２２はそれを望まれる処理温度ＴＰまで加熱する照射パルスで露光される。従来のすなわち標準パルス３０６に比べて、第２の活性化曲線１２０４に対応する熱サイクルの照射パルスはおよそ１．５ｍｓの半値全幅を有するようにそれらを一時的に引き延ばすことにより修正されている、若しくはそれらの形状を維持することにより、「長い」若しくは従来形状のパルスを形成する。活性化曲線１２０４はおよそ１２００から１２８５℃の範囲の望まれる処理温度ＴＰを有する熱サイクルを例示している。
【０１２４】
第３の活性化曲線１２０６は複数の熱サイクルに対応し、半導体ウェーハ１２０は７００℃の同じ中間温度へ予熱され、続いてデバイス側１２２を望まれる処理温度ＴＰまで加熱するために照射パルスをデバイス側１２２に露光される。しかしながら、従来のパルス形状または引き延ばされたパルス形状を使用するのではなく、活性化曲線１２０６に対応する熱サイクルの照射パルスは本発明の実施例に従って生成され図５に示す照射パルス５０６と同様な形状を有している。それゆえ、定められた熱サイクルの照射パルスはデバイス側１２２を望まれる処理温度ＴＰまで加熱する初期加熱部分、およびデバイス側１２２を望まれる処理温度ＴＰから望まれる範囲内に維持する後続維持部分を含んでいる。活性化曲線１２０６はおよそ１２００から１２５５℃の範囲の望まれる処理温度ＴＰを有する熱サイクルを例示している。
【０１２５】
第４の活性化曲線１２０８は第３の活性化曲線１２０６と同様な熱サイクルに対応するが、図５に示すパルス５０６と同様な、初期加熱部分および後続維持部分を有する本発明の実施例に従った照射パルスにデバイス側１２２をさらす前にワークピースはより高い中間温度である８００℃に予熱される。この事について、発明者はウェーハが急速に照射予熱されることがここに記載されているような実施例では、中間温度を７００℃から８００℃まで高めても著しいドーパント拡散（多くの応用に対して無視できる、２ｎｍよりも小さい典型的な深さ方向プロファイルの動き）を生じないことに気づいた。活性化曲線１２０８はおよそ１２００から１２５５℃の範囲の望まれる処理温度ＴＰを有する熱サイクルを例示している。
【０１２６】
全ての４つの活性化曲線はより高い処理温度ＴＰはより低いシート抵抗ＲＳを生じることを例示している。これは低いＲＳが唯一の考慮すべき事柄であれば、可能な最大温度を使用すべきことを示唆している。しかしながら、実際上、理想的に使用すべき処理温度に制限を課す傾向のある相殺する考慮すべき事柄がある。
【０１２７】
第１の最も単純な温度制限はデバイス構造またはシリコン基板の望ましくないまたは許可できない位相変化、または温度だけで決定される他の望ましくない変化により決定される。この例はポリシリコンまたはシリコン基板の融解である。
【０１２８】
第２のより複雑な制限は臨界制限を超えるウェーハ内に誘起される熱応力により決定される。例として引張応力によるウェーハ折損、または過剰な圧縮および／または引張応力による反りや歪みが含まれる。
【０１２９】
フラッシュ・アシスト熱処理中にウェーハ内に生じる応力は主としてフラッシュによる中間温度から望まれるプロセス温度までの温度ジャンプの大きさにより変動し、温度ジャンプの大きさの減少はウェーハ内の熱応力を著しく減少させる傾向がある。中間予熱温度を高めてジャンプの大きさを減少させる能力は、望ましくないドーパント拡散が適切な活性化温度のごく近くでは遥かに高い割合で生じるという事実により幾分制限され、それゆえに、等温加熱とは反対にフラッシュ・アシスト高速昇降温を介して活性化温度近くで費やされる時間を最小限に抑える要望となる。それゆえ、望まれる活性化レベルを達成できれば、熱処理温度を下げることは温度ジャンプの大きさを減少させる１つの可能な方法である。
【０１３０】
図１２は本発明の実施例を使用してドーパント活性化またはシート抵抗の望まれるレベルを達成できることを例示しており、従来のパルス形状または時間的に引き延ばされた従来のパルス形状を使用して達成されるものよりも温度ジャンプは低くそれゆえワークピース内の応力は小さい。
【０１３１】
任意の例として、望まれるシート抵抗がＲＳ＝４００Ω／ｓｑであれば、７００℃の中間温度で開始して、第１の活性化曲線１２０２は従来のパルスが１２９５℃のプロセス温度を達成するであろうことを例示している。対照的に、第３の活性化曲線１２０６は本発明の実施例に従った照射パルスが、７００℃の同じ中間温度への予熱に続いて、４００Ω／ｓｑの同じシート抵抗を達成するのに１２５０℃のプロセス温度を達成するだけでよいであろうということを例示している。それゆえ、この例では、本発明の実施例に従った照射パルスを使用して、温度ジャンプの大きさを従来のパルスと比べて４５℃だけ低減することができ、ワークピース内に生成される応力を著しく低くして同じシート抵抗を達成する。
【０１３２】
共に本発明の実施例に従った照射パルス形状に対応するが異なる中間温度から開始する第３および第４の活性化曲線１２０６および１２０８を比べると、中間温度を７００℃から８００℃へ高めるがプロセス温度を一定に保つとシート抵抗はおよそ６０Ω／ｓｑだけ増加する傾向がある。望まれるプロセス温度ＴＰを１２５０℃から１２５５℃へ僅か５℃高めるだけで、４００Ω／ｓｑの同じ望まれるシート抵抗を達成することができるが、７００℃ではなく８００℃のより高い中間温度で開始すると、望まれるプロセス温度となる。それゆえ、第１の活性化曲線１２０２に比べて、この例では、温度ジャンプの大きさは１４０℃（５９５℃から４５５℃）だけ低減することができ、ワークピース内に生成される応力を著しく低くしながら同じ望まれるシート抵抗を達成することができる。
【０１３３】
したがって、従来のパルスを利用する第１の活性化曲線１２０２により例示されるものと同様な熱サイクルと比べて、本発明の実施例に従った照射パルスを利用する活性化曲線１２０６および１２０８により例示されるものと同様な熱サイクルはより低いプロセス温度および中間温度からプロセス温度への低減された温度ジャンプで匹敵するシート抵抗を達成することができる。都合のよいことに、このような実施例はウェーハ内の応用を著しく低減し、従来のパルスを利用する熱サイクルと比べて、ウェーハ折損または反りや歪みの発生確率を著しく低減する。
【０１３４】
逆に、所望により、本発明の実施例に従ったパルスを利用する熱サイクルは温度ジャンプの大きさを増すことなく著しく大きなドーパント活性化および著しく低いシート抵抗を達成することができ、折損または反りや歪みの可能性を高めることなく改善された活性化結果を達成する。
【０１３５】
温度および温度ジャンプの理想的なバランスは異なる応用に対して変動することがあり、温度と応力の組合せに対する特定のデバイス構造の感度に依存することもある。より低い温度ジャンプにより生じるより低い応力により損傷することなくより高いプロセス温度をなすことができる。
【０１３６】
拡散に関して、活性化曲線１２０６および１２０８に対応するものと同様な熱サイクルに対して、望まれるプロセス温度を１２００℃から１３００℃へ高めても、２−３ｎｍの拡散しか導入しない傾向がある。このような拡散は小さくかつ急峻性を増すが接合深さは増すことがない傾向のある高濃度において主として生じる傾向があるとされており、この傾向は有利となることがある。これらの観察は、ウェーハのより冷たい大部分の急速な「ヒートシンク」冷却効果により、ウェーハの熱伝導時間よりも著しく短い時間プロセス温度にデバイス側が維持される本発明の実施例に従った熱サイクルに限定される。デバイス側温度が長い期間１３００℃に維持されて、ウェーハの等温加熱に近づくと、多くの現代および将来の応用に対して拡散は急速に許容限界を超え始め、フラッシュ・アシスト処理の目的が挫かれる。
【０１３７】
（代替案）
図１および２について、本発明の実施例に従ってワークピースを熱処理する装置は図１に示す装置１００を含み、それはプロセッサ回路１１０および照射パルス生成システム１８０を含んでいる。前の実施例と同様に、プロセッサ回路１１０は照射パルス生成システム１８０を制御してワークピース１０６の目標表面積上に入射する照射パルスの初期加熱部分および後続維持部分を生成するように構成され、ここに初期加熱部分および後続維持部分の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。しかしながら、この実施例では、装置はさらにオプショナルな測定システム１０２を含んでいる。本実施例では、プロセッサ回路１１０は測定システム１０２と協働して照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータを監視するように構成され、かつ照射パルス生成システム１８０を制御して少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して照射パルスを修正するように構成される。
【０１３８】
より詳細には、この実施例では、照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータは、前記方程式（２）で与えられる時間ｔにおいて生じている反応ＡＲの総量を含んでいる。
【０１３９】
この事については、たとえば、米国特許出願第２００７／００６９１６１号に記載されているように、たとえ表面上同一のワークピースであっても実際上ワークピース毎に放出率の差を有することもあるため、同じ照射サイクルでなされる時に異なるエネルギ吸収量を生じ異なる大きさの熱サイクルとなる。そのためこのような表面上同一のワークピースは、たとえワークピースが同じ照射サイクルでなされても、異なる量の完了した熱プロセス反応が得られる。したがって、都合のいいことに、照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示すパラメータを監視し、次に、少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応じて照射パルスを修正することにより、このようなワークピース毎の放出率の差に無関係に、望まれる量の望まれる熱プロセスが達成されることを保証するようにパルスを修正するようにしてもよい。それゆえ、望まれる熱プロセスの現在完了している量の監視ではなくプロセス温度の監視に応答してパルスが修正されるような前記した同一譲受人による米国特許出願第２００５／００６３４５３号に比べてプロセス一貫性および反復性のさらなる改善を達成する可能性がある。
【０１４０】
図１および７について、この実施例では、測定システム１０２は米国特許出願第２００５／００６９１６１号に詳細に記載されているような、広いダイナミックレンジおよび超高速応答を有するように設計された超高速放射計１４００を含んでいる。それゆえ、この実施例では、米国特許出願第２００７／００６９１６１号に詳細に記載されているように、超高速放射計１４００は１４５０ｎｍ狭帯域フィルタ１４０２、光学スタック１４０４、高速ＩｎＧａＡｓ  ＰＩＮダイオード１４０６、集積熱電クーラ１４０８、増幅器１４１０、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１４１２、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス１４６０およびシールディング１４７０を含んでいる。
【０１４１】
図１および８について、この実施例では、給電システム１８８の個別の各給電システム１８９、１９１、１９３および１９５が、その各フラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５または１８７と通信する、８００に示すような電力制御回路を含んでいる。例として、フラッシュ・ランプ１８２に対する電力制御回路８００だけが図８に示されている。この実施例では、各電力制御回路８００は米国特許出願第２００７／００６９１６１号に記載されている対応する電力制御回路と同一である。したがって、この実施例では、各電力制御回路が給電ユニット８０２と、キャパシタ・バンク８２８と、第１および第２のダイオード８０４および８０６と、第１および第２の抵抗器８０８および８１０と、抵抗器８１２と、ダンプリレー８１４と、もう１つのリレー８１６とインダクタ８２４と抵抗器８２６とサイリスタまたはシリコン制御整流器８２２とを含み一般的に８２０に示す第１の電力低減回路と、サイリスタ８３２とインダクタ８３４とを含み一般的に８３０に示す電力点灯回路と、照射フラッシュを開始するサイリスタ８３６と、抵抗器８４０と、フリーホイール・ダイオード８４２と、インダクタ８５４と抵抗器８５６とサイリスタまたはシリコン制御整流器８５２とを含み一般的に８５０に示す第２の電力低減回路と、を含んでいる。これらのコンポーネントとそれらの機能は米国特許出願第２００７／００６９１６１号に記載されている。
【０１４２】
図２に戻って、この実施例では、記憶装置２２０は、さらに、パルス帰還制御ルーチン２９０とプロセス完了ルックアップ・テーブル２９８とシミュレーション・ルーチン２２６と熱解析ルーチン２３０とを格納している。また、この実施例では、メモリ装置２６０はデバイス側１２２の温度測定値を一時的に格納するデバイス側温度ストア２８０と、期待された温度値を一時的に格納する期待された温度ストア２８２と、照射パルス中にさまざまな時間間隔で完了していると期待される望まれる熱プロセスの量を表す期待値を一時的に格納する期待されたプロセス完了ストア２９４と、照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示すパラメータを格納する現在プロセス完了レジスタ２９６と、を含んでいる。
【０１４３】
図１、２、５および９について、パルス帰還制御ルーチン２９０が図９により詳細に示されている。一般的に、パルス帰還制御ルーチン２９０はメインＲＴＰルーチン２２１のものと同様な機能を含んでいるが、照射パルス生成システム１８０を制御して照射パルス５０６をリアルタイムで修正するようにプロセッサ回路１１０を構成する。より詳細には、パルス帰還制御ルーチン２９０は測定システム１０２と協働して照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも１つのパラメータを監視し、かつ照射パルス生成システム１８０を制御して少なくとも１つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して照射パルスを修正するようにプロセッサ回路１１０を構成する。したがって、都合のいいことに、照射パルス５０６中の定められたポイントにおいて、期待されるよりも著しく少ないまたは著しく多い望まれる熱プロセスが確かに生じておれば（たとえば、デバイス側１２２が期待されたものとは異なる放出率を有していれば、それに期待されたものとは異なるパーセンテージの照射パルス５０６を吸収させること）、プロセッサ回路は照射パルス５０６の残りを修正して補償するように照射パルス生成システムを制御してもよく、完了した熱反応の最終量をそうしない場合よりもその期待値に近づける。その結果、照射フラッシュが望まれる熱プロセスの現在完了している量を示すパラメータに応じてではなくフラッシュ中のリアルタイム温度測定値だけに応答して修正されたことが記載された、米国特許出願第２００７／００６９１６１号におけるよりもウェーハ毎の反復性および一貫性のさらなる改善を達成できる可能性がある。
【０１４４】
この実施例では、パルス帰還制御ルーチン２９０はコードの第１のブロック９０２で開始され、このブロックでは照射パルス５０６中の複数の各時間間隔に対する１組の期待されたプロセス完了パラメータ値を生成するようプロセッサ回路１１０に命令する。本実施例では、パルス・パラメータつまり期待された照射パルス５０６は既知であり、ワークピース・パラメータつまりデバイス側１２２側の得られると期待される温度−時間プロファイルＴ（ｔ）６０８も既知であり、望まれる熱活性化プロセスの活性化エネルギＥＡが既知である。したがって、この実施例では、ブロック９０２は、前記した方程式（２）を使用して、照射パルス５０６中に１０μｓの間隔で複数の時間ｔｎに対する１組の期待されたプロセス完了値ＡＲＥ（ｔｎ）を生成するようプロセッサ回路に命令する。この実施例では、期待されたプロセス完了値ＡＲＥ（ｔｎ）は実際のプロセス完了値と比較されるため、方程式（２）の右辺内のいかなる潜在的定数も期待および実際プロセス完了値の計算において無視することができ、比較において外に出されるためである。それゆえ、期待されたプロセス完了値ＡＲＥ（ｔｎ）は次式で表わしてもよい。
【数６】
2015057842.tif 000008
【０１４５】
この実施例では、ｔｎは１０マイクロ秒間隔で照射パルス５０６の開始時のｔ０＝０から照射パルス５０６の終りのｔ４００＝４までの範囲である。この実施例では、この時間範囲は照射パルスが開始する前の期待されるプロセス完了を無視する。本実施例において例により記述された活性化プロセスは照射パルスにより生じる高温のほぼ全体的に行われ、パルスに先行する予熱段階中に生じる反応の量は小さい。しかしながら、代わりに、照射パルス段階に対して生成される値に対してここに記載されているのと同様に、期待されたプロセス完了値と実際のプロセス完了値の両方の生成において（後述する）、予熱段階中に生じる反応を考慮してもよい。予熱段階中の比較的緩やかな温度変化により、連続する値間の著しく長い時間間隔でも足りることがある。たとえば、期待されたプロセス完了値および実際のプロセス完了値は本実施例の照射パルス段階に対して利用された１０μｓ間隔ではなく予熱段階に対する１ｍｓの間隔で得られる。
【０１４６】
この実施例では、ブロック９０２はメモリ・デバイス２６０内の期待されたプロセス完了ストア２９４内に期待されたプロセス完了パラメータＡＲＥ（ｔｎ）を格納するようプロセッサ回路１１０に命令する。
【０１４７】
代わりに、パルス・パラメータ・ストア２７８の内容および／またはワークピース・パラメータ・ストア２４０の内容が期待された照射パルス５０６または期待された温度−時間プロファイル６０８またはその両方が前もって知らない熱サイクルに対応すれば、ブロック９０２は期待された照射パルス５０６を予測し、温度−時間プロファイル６０８を予測して、前記したように期待されたプロセス完了値を得るようプロセッサ回路に命令してもよい。たとえば、代わりにブロック９０２は最初にシミュレーション・ルーチン２２６を実行して照射パルス生成システム１８０により生成される照射パルス５０６を予測するようプロセッサ回路に命令することができる。より詳細には、この実施例では、シミュレーション・ルーチン２２６はＯｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ  ｏｆ  Ｐａｓａｄｅｎａ，ＣＡ，ＵＳＡから入手できるＬＩＧＨＴＴＯＯＬＳＴＭ３Ｄソリッド・モデリング照明解析ソフトアェアを含んでいる。シミュレーション・ルーチン２２６はパルス・パラメータ・ストア２７８の内容（各フラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７に対するキャパシタ・バンク充電回路および相対放電時間を含む）を読み取り、装置１００の光学的および幾何学的性質を解析し、実際にデバイス側１２２に到達する照射パルス５０６のエネルギ量を計算するようプロセッサ回路に命令する。次に、ブロック９０２は熱解析ルーチン２３０を実行し、照射パルス５０６から生じる期待された温度−時間プロファイル６０８を計算するようプロセッサ回路に命令してもよい。この実施例では、熱解析ルーチン２３０はＨａｒｖａｒｄ，ＭＡ，ＵＳＡのＨａｒｖａｒｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｎｃ．社製ＴＡＳ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓソフトアェアを含んでおり、新バージョン、ＡＮＳＹＳ（登録商標）ＴＡＳＴＭ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍは現在Ｈａｒｖａｒｄの後継者であるＣａｎｏｎｓｂｕｒｇ，ＰＡ，ＵＳＡのＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．社から入手できる。あるいは、ウェーハ１２０のデバイス側１２２に対する期待された温度軌跡を決定する他の方法で代用してもよい。得られる期待された温度データはメモリ・デバイス２６０内の期待された温度ストア２８２内に一時的に格納してもよく、次に、前記したように、１組の期待されたプロセス完了値ＡＲＥ（ｔｎ）を計算するのに使用してもよい。
【０１４８】
この実施例では、ブロック９０４は、次に、フラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７の個別の給電システム１８９、１９１、１９３および１９５のキャパシタ・バンク８２８を、メモリ・デバイス２６０内のパルス・パラメータ・ストア２７８内に指定された充電電圧まで、プリチャージすることにより照射パルス生成システム１８０およびワークピース１０６が照射パルス５０６に対して準備するようプロセッサ回路１１０に命令する。
【０１４９】
ブロック４０２に関して詳細に説明しかつ米国特許出願第２００５／００６３４５３号に記載されているように、ブロック９０４は、次に、予熱システム１５０を制御してワークピース１０６を望まれる温度よりも低い中間温度まで予熱し、かつ高速放射計１６４から受信した信号を監視して予熱される時のウェーハ１２０の温度を監視するようプロセッサ回路１１０に命令する。
【０１５０】
ワークピース１０６は中間温度まで予熱されていることをブロック９０４において検出すると、ブロック９０６は、ブロック４０４において検討したように、照射パルス生成システム１８０を制御して照射パルス５０６の初期加熱部分５０２および後続維持部分５０４を生成し、同時に、測定システム１０２と協働を開始して望まれる熱活性化プロセスの現在完了している量を示すパラメータを監視するようプロセッサ回路１１０に命令する。後述するブロック９０８から９１２の引き続く実行中に、ブロック９０６はスレッドとして実行し続け、プロセス完了パラメータを監視し続けながら照射パルス５０６の残りを生成し続ける。
【０１５１】
プロセス完了パラメータのこのような監視を達成するために、この実施例では、たとえば、米国特許出願第２００７／００６９１６１号または米国特許出願第２００５／００６３４５３号に詳細に記述されているように、ブロック９０６は最初に照射パルス中にウェーハ１２０のデバイス側１２２のリアルタイム温度を表す測定システム１０２からの温度測定信号を受信開始するようプロセッサ回路１１０に命令する。この実施例では、ブロック９０６は照射フラッシュ中に１０μｓ毎に測定システム１０２からデバイス側温度測定値を受信し、測定値が取得された時間間隔に対応するフィールド内で、デバイス側温度ストア２８０内にこのような各測定値を格納するようプロセッサ回路１１０に命令する。
【０１５２】
この実施例では、このような各温度測定値が受信され格納されると、ブロック９０６は望まれるプロセスの現在完了した量を示すパラメータを計算して格納するようプロセッサ回路に命令する。十分な処理パワーおよび速度が得られれば、ブロック９０６は各時間間隔にわたって方程式（２）を積分し最も最近の時間間隔内で完了している望まれる活性化プロセスの実際の量ΔＡＲＡを計算するようプロセッサ回路１１０に命令してもよい。
【０１５３】
しかしながら、替わりに、完了しているプロセスの実際の量を得る他の方法に代えてもよい。たとえば、温度曲線のファミリを予め計算し測定された温度値をそれらと比較して、最も最近の時間間隔にわたる方程式（２）の指数項の積分を予測してもよい。
【０１５４】
あるいは、さらなる例として、本実施例では、プロセス完了ルックアップ・テーブル２９２を使用して最も最近の時間間隔で完了している望まれる熱プロセスの実際の量ΔＡＲＡが計算される。
【０１５５】
この実施例では、プロセス完了ルックアップ・テーブル２９２は予め計算されて格納される。これをどのように達成するかの１例として、デバイス側１２２の真の温度−時間曲線がステップワイズ関数として近似され、その測定値ＴＭｎはそれが測定された１０μｓ時間間隔（ｔｎ−１，ｔｎ）内では一定のままであったと想定されるが、その測定値はそれが測定される任意他の１０μｓ時間間隔内では異なる一定値となることがあり、各１０μｓ時間間隔（ｔｎ−１，ｔｎ）に対して、方程式（２）の積分は定数の積分となる、すなわち、
【数７】
2015057842.tif 000009
【０１５６】
したがって、この実施例では、処理完了ルックアップ・テーブル２９２は望まれる活性化エネルギＥＡを指定する第１列、測定温度ＴＭｎを指定する第２列、および方程式（７）からのΔＡＲＡの対応する予め計算された値を格納する第３列を含んでいる。各１０μｓ時間間隔に対して、ブロック９０６は、既知の活性化エネルギＥＡおよび測定温度ＴＭｎを使用して、ＴＭｎが測定された１０μｓ時間間隔中に生じている望まれるプロセスの近似量を表す対応する値ΔＡＲＡを見つけるようプロセッサ回路１１０に命令する。次に、ブロック９０６は見つけた値ΔＡＲＡｎを現在プロセス完了レジスタ２９６（この実施例では、時間ｔ＝０においてゼロに初期設定される）の内容に加えるようプロセッサ回路１１０に命令する。それ故、任意の定められた時間間隔ｔｎにおいて、現在プロセス完了レジスタ２９６は下記の値を含み、
【数８】
2015057842.tif 000010
時間ｔｎを介してここまで経過した全時間間隔内で生じた望まれる活性化プロセスの量の和を表す。言い換えると、時間ｔｎにおいて現在プロセス完了レジスタは時間ｔｎにおける望まれる活性化プロセスの現在完了した量を示すパラメータを含んでいる。期待値ＡＲＥｎ（ｔｎ）に関して前記したように、本実施例は照射パルス加熱段階中だけ期待されたプロセス完了値および実際のプロセス完了値を生成して比較するが、代わりに、このような値は予熱段階に対しても生成し比較してもよい。
【０１５７】
この実施例では、次に、ブロック９０８は望まれる温度プロセスの現在完了した量を示すパラメータを監視するようプロセッサ回路１１０に命令する。より詳細には、ブロック９０８は現在プロセス完了レジスタ２９６の内容ＡＲＡ（ｔｎ）を読み取り、これらの内容を現在時間間隔ｔｎに対応する期待されたプロセス完了ストア２９４のフィールド内に格納された期待されたプロセス完了値ＡＲＥ（ｔｎ）と比較するようプロセッサ回路１１０に命令する。現在プロセス完了レジスタ２９６内に格納されたパラメータＡＲＡ（ｔｎ）の値が期待されたプロセス完了ストア２９４のアドレスされたフィールド内に格納された期待された値ＡＲＥ（ｔｎ）から逸脱する場合、プロセッサ回路１１０は照射パルス生成システムを制御して照射パルス５０６を修正するように命令される。より詳細には、ブロック９０８において現在プロセス完了レジスタ２９６の内容が、期待されたプロセス完了ストア２９４のアドレスされたフィールドの内容から閾値差よりも多く逸脱すれば、ブロック９１０は照射パルス５０６を修正して逸脱の打消しを試みるようプロセッサ回路に命令する。この実施例では、閾値差は期待値の１％である。あるいは、特定の応用に対して望まれる反復性のレベルに応じて他の閾値に代えてもよい。
【０１５８】
より詳細には、この実施例では、ブロック９０８において現在プロセス完了レジスタ２９６内に格納されたパラメータが期待されたプロセス完了ストア２９４内に格納された期待値を閾値差よりも多く超える場合、ブロック９１０は照射パルス生成システム１８０を制御して後続維持部分５０４の持続時間を短縮することにより照射パルス５０６を修正するようプロセッサ回路１１０を構成する。
【０１５９】
この実施例では、照射パルスの持続時間を短縮するために、ブロック９１０は照射パルス生成システム１８０を制御して複数のフラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７の少なくとも１つにより作り出される照射フラッシュを早まって消すようプロセッサ回路に命令する。より詳細には、この実施例では、ブロック９１０は現在および期待されたプロセス完了値間の差を使用して記憶装置２２０内に格納されたパルス干渉ルックアップ・テーブル２９８内の対応するレコードを見つけてアドレスするようプロセッサ回路１１０に命令する。差の符号（正または負）は１つ以上のランプが、それぞれ、消されるか点灯されるかを示し、この例では、正の差（ＡＲＡ（ｔｎ）＞ＡＲＥ（ｔｎ））は１つ以上のフラッシュ・ランプを早まって消すべきことを示す。差の大きさは早まって消すべき１つ以上のフラッシュ・ランプを識別し、それらを消すべき時間を識別する。たとえば、現在および期待されたプロセス完了値間の差が閾値差をわずかにだけ超える場合、パルス干渉ルックアップ・テーブル２９８内の対応するレコードは第３の照射パルス・コンポーネント５１２を作り出す第３のフラッシュ・ランプ１８５の識別符号だけ格納されてもよく、また第３の照射パルス・コンポーネント５１２の持続時間内で比較的遅く下降する干渉時間を格納してもよい。逆に、現在および期待されたプロセス完了値間の差が閾値差をはなはだしく超える場合、パルス干渉ルックアップ・テーブル２９８内の対応するレコードは第２および第３の両方のフラッシュ・ランプ１８３および１８５の識別符号を格納してもよく、また照射パルス５０６の持続時間の比較的早期に第２および第３の照射パルス・コンポーネント５１０および５１２の両方を消すようプロセッサ回路１１０に命令する消灯時間を格納してもよい。あるいは、全フラッシュ・ランプを同時にまたは異なる時間に消してもよい。
【０１６０】
この実施例では、このような消灯時間が決定されていると、消灯時間の到達を待つ間、ブロック９０８で検討したように、ブロック９１０は消灯時間に先行する連続時間間隔において実際のプロセス完了値ＡＲＡ（ｔｎ）を監視して期待されたプロセス完了値ＡＲＥ（ｔｎ）と比較することを継続するようプロセッサ回路に命令する。ブロック９１０は前記したように連続時間間隔においてパルス干渉ルックアップ・テーブル２９８を調べ、消灯時間が近づく時に連続時間間隔における実際および期待されたプロセス完了値のさらなる比較に基づいて消灯時間を再確認し、必要であれば、変更することを継続するようプロセッサ回路に命令する。
【０１６１】
本実施例では、消灯時間に到達すると、ブロック９１０はパルス干渉ルックアップ・テーブル２９８により指定されたフラッシュ・ランプの電力制御回路８００の電力低減回路８２０のサイリスタ８２２にゲート電圧を加えるようプロセッサ回路に命令する。このようにフラッシュ・ランプを消灯することは米国特許出願第２００７／００６９１６１号により詳細に記述されている。
【０１６２】
逆に、ブロック９０８において期待されたプロセス完了ストア２９４内に格納された期待値が現在プロセス完了レジスタ２９６内に格納されたパラメータを閾値差よりも多く超える場合、ブロック９１０は照射パルス生成システム１８０を制御して後続維持部分５０４の持続時間を延ばすことにより照射パルス５０６を修正するようプロセッサ回路１１０を構成する。より詳細には、ブロック９１０は現在および期待されたプロセス完了値間の差を使用してパルス干渉ルックアップ・テーブル２９８内の対応するレコードを見つけてアドレスするようプロセッサ回路１１０に命令する。差の符号（正または負）は１つ以上のランプが、それぞれ、消されるか点灯されるかを示し、この例では、負の差（ＡＲＡ（ｔｎ）＜ＡＲＥ（ｔｎ））は１つ以上のフラッシュ・ランプを点灯すべきことを示す。差の大きさは点灯すべき１つ以上のフラッシュ・ランプを識別し、それらを点灯すべき時間を識別する。たとえば、現在および期待されたプロセス完了値間の差が閾値差（この実施例では、期待値の１％）を僅かにだけ超える場合、パルス干渉ルックアップ・テーブル２９８内の対応するレコードは第３の照射パルス・コンポーネント５１２を作り出す第３のフラッシュ・ランプ１８５の識別符号だけ格納してもよく、第３の照射パルス・コンポーネント５１２の持続時間内で比較的遅く下降する干渉時間を格納してもよい。逆に、現在および期待されたプロセス完了値間の差が閾値差をはなはだしく超える場合、パルス干渉ルックアップ・テーブル２９８内の対応するレコードは第２および第３の両方のフラッシュ・ランプ１８３および１８５の識別符号を格納してもよく、照射パルス５０６の持続時間の比較的早期に第２および第３の照射パルス・コンポーネント５１０および５１２の両方を点灯するようプロセッサ回路１１０に命令する点灯時間を格納してもよい。
【０１６３】
再度、この実施例では、このような点灯時間が決定されていると、点灯時間の到達を待つ間、ブロック９０８で検討したように、ブロック９１０は点灯時間に先行する連続時間間隔において実際のプロセス完了値ＡＲＡ（ｔｎ）を監視して期待されたプロセス完了値ＡＲＥ（ｔｎ）と比較することを継続するようプロセッサ回路に命令する。ブロック９１０は前記したように連続時間間隔においてパルス干渉ルックアップ・テーブル２９８を調べ、点灯時間が近づく時に連続時間間隔における実際および期待されたプロセス完了値のさらなる比較に基づいて点灯時間を再確認し、必要であれば、変更することを継続するようプロセッサ回路に命令する。
【０１６４】
本実施例では、点灯時間に到達すると、ブロック９１０は照射パルス生成システム１８０を制御して複数のフラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７の少なくとも１つが放電される電気経路のインダクタンスを増加することにより後続維持部分の持続時間を長くするようプロセッサ回路１１０に命令する。より詳細には、このインダクタンスの増加を達成するために、ブロック９１０は、パルス干渉ルックアップ・テーブル２９８により指定された点灯時間に、パルス干渉ルックアップ・テーブル２９８の内容により指定されたフラッシュ・ランプに対応する電力制御回路８００の電力点灯回路８３０のサイリスタ８３２にゲート電圧を加えるようプロセッサ回路１１０に命令する。このインダクタンスの増加は米国特許出願第２００７／００６９１６１号により詳細に記述されている。所望により、米国特許出願第２００７／００６９１６１号に記述されているように補足キャパシタ（図示せず）を設けることができ、補足キャパシタはサイリスタ８３２にゲート電圧が加わる時に影響を受けたフラッシュ・ランプを介して即座に放電を開始するようにされてもよい。
【０１６５】
ブロック９１０におけるパルス修正に続いて、パルス帰還制御ルーチン２９０が終了される。あるいは、定められた実施例では、ブロック９１０における干渉の１つの作用にブロック９１０の後続実行への干渉の第２の作用が続くことがあり、プロセッサ回路はブロック９１２へ向けられて処理を続けてもよい。
【０１６６】
この実施例では、ブロック９０８において現在プロセス完了レジスタ２９６内に格納されたパラメータが期待されたプロセス完了ストア２９４内に格納された期待値から閾値差よりも多く逸脱しなければ、ブロック９１２は照射パルス５０６の生成が完了しているかどうかを決定するようプロセッサ回路１１０に命令する。本実施例では、これはパルス５０６の生成開始以来４ｍｓよりも長く経過しているかどうかを決定して達成されるが、代わりに照射パルス５０６の生成完了を決定する他の基準を適用してもよい。照射パルス５０６の生成がまだ完了していなければ、前記したように、プロセッサ回路１１０はその期待値からの可能な逸脱に対して望まれる熱活性化プロセスの現在完了した量を示すパラメータの監視を続けるようブロック９０８へ戻される。照射パルス５０６の生成が完了すると、パルス帰還制御ルーチン２９０が終了される。
【０１６７】
本発明のもう１つの同様な実施例では、このようなパルス修正はワークピースへのその影響が期待された影響から閾値差を超えて逸脱するものだけではなく、各照射パルスに対して行ってもよい。たとえば、例示する実施例では、フラッシュ・ランプのキャパシタ・バンクは故意にオーバチャージされ、ブロック９１０は照射パルス生成システム１８０を制御して、全フラッシュ・ランプにより作り出される照射フラッシュを消すことにより、後続維持部分５０４の持続時間を短縮するよう常にプロセッサ回路１１０を命令するようにされる。したがって、図３に戻って、この代替実施例では、得られる照射パルスは常に照射パルス３００の後縁３０５と同様な急峻勾配の後縁を有する。この代替実施例は照射パルスの維持部分で処理された後のワークピースの目標表面積の冷却の急速化を向上させる傾向があり、より一貫性のある全体の熱サイクルを保証し、達成される実際のプロセス結果のコントロールをさらに向上させることもできる可能性がある。この代替実施例では、閾値の概念は省かれ、前記したように、ブロック９１０においてパルス干渉ルックアップ・テーブル２９８が自動的に使用され、プロセス完了値の期待値と実際値との比較に基づいて、フラッシュ・ランプを消すべき時間を決定する。
【０１６８】
あるいは、さらにもう１つの実施例では、図３の３０５に示すものと同様な急峻勾配の後縁を提供するようにフラッシュ・ランプを消ことにより照射パルスは常に早まって終了されるが、帰還制御は省かれる。照射パルスは、たとえば、ソフトアェア制御を介してユーザにより指定される可調整時間、またはユーザにより指定される熱サイクルの他のより一般的なパラメータに応答してメインＲＴＰルーチンにより指令される時間、またはデフォールト時間により早まって消滅させることができる。
【０１６９】
前記したこのようなリアルタイム帰還制御の替わりに、または追加して、照射パルス５０６および得られる温度−時間プロファイル６０８は、ハードウェア・コンポーネントを物理的に除去または交換することなく、ソフトアェア制御だけで他の方法で容易に修正してもよい。たとえば、照射パルス・コンポーネント５０８、５１０および５１２は関連する個別の給電システム１８９、１９１、１９３および１９５の各サイリスタ８３６へゲート電圧を加えるプロセッサ回路により生成されてもよく、メインＲＴＰルーチン２２１またはパルス帰還制御ルーチン２９０はユーザが照射パルス・コンポーネントの相対タイミングを容易に変えられるように修正してもよい。同様に、プロセッサ回路１１０は関連するキャパシタ・バンク８２８を異なる可調整ＤＣ電圧にチャージする個別の各給電システム１８９、１９１、１９３または１９５の給電ユニット８０２を制御することにより個別のパルス・コンポーネント５０８、５１０および５１２の大きさを調整できるため、メインＲＴＰルーチンまたはパルス帰還制御ルーチン２９０はユーザがこれらのコンポーネントの相対的大きさを容易に調整できるように修正してもよい。さらに、ここに記載されているパルス修正方法の例は、ゲート電圧をサイリスタ８２２に加えてパルスを早まって消したりサイリスタ８３２に加えてパルスを延ばしたり点灯したりするプロセッサ回路１１０によるアプリケーションのように、容易にソフトアェア可調整である。したがって、これらのパルス修正方法は、ハードウェア再設計を必要とするのではなくソフトアェアを介して、個別フラッシュ・ランプにより作り出される個別のパルス・コンポーネントを全体的にまたは選択的に制御するユーザにより容易に調整されてもよい。照射パルス・コンポーネントの相対的タイミング、大きさおよび形状のこのような修正は、このような帰還制御を提供する実施例だけでなく、前記したような照射パルス中のリアルタイム帰還制御を欠く実施例でも行ってもよい。説明の目的でハイパワー・フラッシュ・ランプについて説明してきたが、遥かに多数のローパワー・フラッシュ・ランプを使用して照射パルス５０６の全体形状のより優れた制御を容易にしてもよい。
【０１７０】
このような技術は他の実施例において結合することができる。たとえば、前記した実施例は４つのフラッシュ・ランプ１８２、１８３、１８５および１８７の各々に対して同様な回路を使用する傾向があったが、代わりに、異なる電力制御回路コンポーネントを使用してパルス形状をさらに変えてもよい。それゆえ、異なるフラッシュ・ランプ用電力制御回路は、たとえば、前記したものとは異なるインダクタ、キャパシタ、抵抗器その他のコンポーネントを有してもよい。このようなさまざまな電力制御回路は全ランプに対して同じとしてもよく、あるいは、各フラッシュ・ランプが異なる一意的電力制御回路を使用してもよい。同様に、前記したものと同じまたは異なる電力制御回路を有する実施例において、このような回路が全ランプに対して同じであっても各ランプに対して一意的であっても、異なる可調整充電電圧およびパルス開始時間を結合してもよい。たとえば、異なるランプに対する異なる給電回路、各ランプに対する異なる充電電圧、異なる相対的放電時間および個別のパルス修正能力を有する実施例等の、２つ以上のこれらの方法を組み合わせる実施例は、より優れたパルス整形制御を行ってもよい。それゆえ、得られる照射パルスは図３に示す典型的な照射パルス３００をより近似する。その結果、このような実施例では、パルスの維持部分はワークピースの目標表面積の温度を図６の６０４に示すものよりも望まれる温度からより小さい望まれる範囲内に維持することができる。たとえば、好ましくは、ある実施例では、望まれる範囲は望まれる温度６０２からおよそ１×１０１℃以内とすることができる。他のこのような実施例では、望まれる範囲は望まれる温度からおよそ３℃以内とすることができる。
【０１７１】
さらなる代替策として、複数の時間的にずれてかつ重畳する照射パルス・コンポーネント５０８、５１０および５１２が結合されて照射パルス５０６を生成するが、代わりに、複数の同時開始電気パルス・コンポーネントを利用して複数の対応する同時開始照射パルス・コンポーネントを作り出してもよく、ここにおよび米国特許出願第２００７／００６９１６１号に記載されているような適切な電流低減または点灯技術により電気パルス・コンポーネントを修正して、得られる全体結合照射パルスを、たとえば、図３の３００または図５の５０６に示すような望まれる新しいパルス形状に一致させてもよい。
【０１７２】
あるいは、単一照射源を複数のフラッシュ・ランプの代わりにしてもよい。たとえば、図１０について、本発明の第三の実施例に従った熱処理装置が１０００に一般的に示されている。ワークピース１０６の目標表面積が全体デバイス側表面１２２であった前記した実施例に対して、この実施例では、ワークピースの目標表面積は半導体ウェーハ１２０のデバイス側１２２の面積セグメント１００２を含んでいる。本実施例では、照射パルス生成システムは走査レーザ１００４を含み、このレーザは図１に示す複数のフラッシュ・ランプの代わりとされる。この実施例では、走査レーザ１００４は非対称的空間プロファイルを有するレーザビーム１００６を生成するように構成される。プロセッサ回路１１０（図１０には図示せず）は走査レーザ１００４を制御することにより照射パルスを生成して、非対称的空間プロファイルを有するレーザビーム１００６でワークピース１０６の熱伝導時間よりも短い時間で面積セグメント１００２を横切るように走査するように構成される。
【０１７３】
図３および１０について、この実施例では、プロセッサ回路１１０は照射パルス生成システム（この実施例では、走査レーザ１００４）を制御して、この実施例では面積セグメント１００２であるワークピース１０６の目標表面積上に入射する照射パルス３００の初期加熱部３０２および後続維持部分３０４を生成するように構成される。前記した実施例のように、初期加熱部３０２および後続維持部分３０４の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。初期加熱部３０２は目標表面積、すなわち、面積セグメント１００２を望まれる温度まで加熱し、後続維持部分３０４は目標表面積を望まれる温度から望まれる範囲内に維持する。
【０１７４】
より詳細には、この実施例では、走査レーザ１００４はプログレッシブ・ライン走査でデバイス側１２２を横切るようにレーザビーム１００６で走査し、レーザビームはワークピースの熱伝導時間よりも短い時間で面積セグメント１００２を横切るように掃引し、ワークピースの熱伝導時間よりも短い時間で面積セグメント１００２と同じ走査線上の各隣接面積セグメントを横切るように走査するようにされるが、全走査線にわたる走査は典型的にワークピースの熱伝導時間よりも長くかかる。レーザビーム１００６は、デバイス側の各個別面積セグメントがワークピースの熱伝導時間よりも短い時間でレーザビーム１００６により走査されるまで、デバイス側１２２の連続ラインを横切るように走査される。それゆえ、レーザビーム１００６はこのような各面積セグメントを急速に加熱し、面積セグメントの下の大部分のワークピースは比較的冷たい中間温度に留まり、ヒートシンクとして作用してレーザビーム１００６がその上を走査した後で面積セグメントの急速冷却を促進する。所望により、このようなレーザ走査は、他の実施例に関して前記したように、予熱と結合してもよい。
【０１７５】
図３、１０および１１について、この実施例では、プロセッサ回路１１０は走査レーザ１００４を制御して、面積セグメント１００２を横切るようにレーザビーム１００６の第１の空間部分１１０２を走査することにより初期加熱部分３０２を生成し、また面積セグメント１００２を横切るようにレーザビーム１００６の第２の空間部分１１０４を走査することにより後続維持部分３０４を生成するように構成され、第１の空間部分１１０２および第２の空間部分１１０４は非対称的である。より詳細には、この実施例では、図１１に示すレーザビーム１００６はデバイス側１２２の各連続ラインを横切るように左から右へ走査され、第１の空間部分１１０２の先縁は面積セグメント１００２等の任意の定められた目標表面積を横切るように走査開始するレーザビームの最初の部分となり、第２の空間部分１１０４の後縁は目標表面積にわたる走査を終了するレーザビームの最後の部分となるようにされる。図１１に示すレーザビーム１００６の空間プロファイルは事実上図３に示す照射パルス３００の時間プロファイルのミラーイメージであり、ワークピースの熱伝導時間よりも短い時間で面積セグメント１００２を横切るように左から右へレーザビーム１００６を急速に走査させると事実上その面積セグメントは図３の３００に示すような時間的形状を有する照射パルスで露光される。
【０１７６】
図１１に示すレーザビーム１００６の空間プロファイルは任意適切な方法で達成することができる。たとえば、米国特許第７，００５，６０１号に記載されているレンズおよび他の光学コンポーネントを修正して図１１に示す空間プロファイルを有するレーザビームを生成することができる。このような修正は本明細書の教示を受けたレンズ設計の当業者の技量の範囲内であると思われる。
【０１７７】
所望により、図１０および１１に示す実施例は定められた目標表面積にわたるレーザビーム１００６の走査から得られる照射パルスのリアルタイム帰還制御を内蔵するように修正してもよい。たとえば、前記したように、照射パルス中の望まれる熱プロセスの現在完了した量を示すパラメータを監視してもよい。フラッシュ・ランプ・システムに関して前記したパルス修正技術の替わりに、プロセッサ回路１１０は走査レーザ１００４を制御して、総レーザパワーを変えるかまたは横切るように走査する時にレーザビームにより面積セグメント１００２へ供給されるパワーを低減することにより、あるいは、逆にレーザビームにより面積セグメント１００２へ供給されるパワーを増加することにより照射パルスを修正するように構成してもよい。
【０１７８】
あるいは、本発明の実施例に従った他の照射パルス生成方法を前記したこれらの方法に代えてもよい。たとえば、単一照射源または少数の照射源を使用するのではなく、多数の照射源を使用してもよい。説明の例として、多数のフラッシュ・ランプを利用してもよく、多数のフラッシュ・ランプを放電させて初期加熱部分を生成し、連続するまたは連続するグループの少数のフラッシュ・ランプが維持部分を生成して維持する。あるいは、市販のパルス形成ネットワークを単一または多数のソースに給電して本発明の例示のための例に従った照射パルスを生成するように構成してもよい。
【０１７９】
図３および５に戻って、他の実施例は図３に示す理想的な照射パルス３００および図５に示す例示のための照射パルス５０６の両方と異なる照射パルスを含んでもよい。たとえば、例示のための代替実施例では、後続維持部分は持続時間が著しく長いことがある。このような実施例では、維持部分が時間的に延ばされることと、理想的な維持部分大きさは時間と共に次第に弱まる事実により、維持部分の平均的な大きさはパルスの初期加熱部分のピーク大きさの半分よりも小さくなることがある。その結果、半値全幅は主として初期加熱部分の持続時間を表し半値を下回る大概の維持部分は除外されることがあり、１／４値全幅（ＦＷＱＭ）は全体パルス持続時間のより有意のインジケータとなる。図５に示す照射パルス５０６とは異なり、他の実施例における照射パルスのＦＷＱＭはワークピースの熱伝導時間の半分よりも大きいことがある。このような１つの実施例では、全体照射パルスの１／４値全幅（ＦＷＱＭ）は、照射パルス５０６に対するおよそ３ｍｓのＦＷＱＭに比べて、およそ１×１０−２（１０ｍｓ）のオーダとなることがある。このような代替パルスに対する１／１０値全幅は１０ｍｓを超えることさえあるが、多くの応用に対して表面上の目標表面積の温度をワークピースの熱伝導時間以上の時間だけ維持することを回避し、望ましくない量の拡散その他の望ましくない影響を回避することが好ましい。このような照射パルスの半値全幅（ＦＷＨＭ）は、たとえば、およそ２−３ｍｓとしてもよい。
【０１８０】
より一般的に、本発明の特定実施例について記述し例示してきたが、このような実施例は本発明を例示するにすぎず、添付特許請求の範囲に従って解釈される本発明を限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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