(57)【要約】  熱処理システム（１０）は、レーザ波長で光を発するレーザアレイ（３４）を有するレーザ放射ソースと、基板サポートと、該ソースと該基板サポートとの間に配置された、該レーザ放射ソースによって発せられた該光から該基板サポートの基板平面にラインビームを形成する光学部品（４８、５２、６２、６４、６６、７０）と、該ラインビームの長手方向軸を横断する方向で該基板サポートに対して該ラインビームを移動させるための走査装置（１６、１８）とを含む。該システムはさらに、該光学部品を包含するハウジング（６８）と、該ハウジング内に配置された、環境光レベルを検知する光検出器（８１）と、該レーザ放射ソースに結合された電源（１００）と、該電源を統制し、かつ該光検出器（８１）に応答的であり、閾値環境レベルを上回る該光検出器（８１）の出力増加時に該電源を中断するためのコントローラ（９０）と、を含む。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を熱処理する装置であって、
レーザ波長で光を発するレーザ放射ソースと、
前記ソースと前記基板との間に配置された、前記基板を熱処理するために前記ソースから光を受信するための光学システムであって、複数の光学要素を備えている光学システムと、
前記光学システムを中に保持するハウジングであって、前記レーザ光放射が所定のレベルで該ハウジングの中に維持され、また前記光学システムからの少なくとも１つの光学要素の劣化によって前記ハウジング内の前記光放射が前記所定のレベルを超えるハウジングと、
前記電気信号が所定の基準レベルを超えたか否かを検証して、過剰なレーザ光放射の検出時にコントロール信号を発生させることによって、前記ハウジング内の前記過剰なレーザ光放射を検出するための、前記ハウジング内に配置された光検出器と、
前記レーザ光放射ソースに電力を発生させるための電源と、
前記光検出器からの前記過剰なレーザ光放射信号に基づいて前記電源をコントロールするためのコントローラと、
を備える装置。
【請求項２】
前記光学要素が光学レンズと、前記光学要素を相互に固定して取り付けるためのシーラントと、光学コーティングとを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光検出器が、前記ハウジングへの前記光放射を測定するためのフォトダイオードと、前記測定を、前記ハウジングへの前記光放射のベースラインレベルと関連した所定の値と比較するためのコンパレータとを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラが、前記ハウジングにおける過剰な光放射の信号に基づいて前記電源を停止させるように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記レーザ波長がおよそダイオード発光波長である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ハウジング内の前記光検出器を前記光学システムに対して移動させる変換機構をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
基板を熱処理するシステムであって、
前記基板を熱処理するためにレーザ波長で光を発するレーザ放射ソースと、
前記ソースと前記基板との間に配置された、前記光学近位端で前記レーザ放射ソースから前記光を受信するための光学部品と、
前記ソースから発せられた前記レーザ光から隔離された前記ハウジング内の間隙に前記光学部品を保持するためのハウジングと、
前記光学近位端を前記レーザ放射ソースに固定して取り付けるためのシーラントであって、前記光学部品の劣化によって前記シーラントが劣化することによって、前記光学部品からの前記レーザ光が前記ハウジングにおける前記間隙に放射するシーラントと、
前記ハウジングにおける前記隔離された間隙内に配置された、前記光学部品から前記ハウジングに発せられた前記レーザ光を検出して、劣化信号を送るための光検出器と、
前記レーザ放射ソースに電力を発生させる電源と、
前記光検出器からの前記劣化信号に基づいて前記電源をコントロールするためのコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項８】
前記シーラントがＵＶ硬化エポキシ樹脂である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
インタフェースを有する光学部品を含むレーザ照射システムの動作を監視する方法であって、
前記光学部品のハウジング内の前記システムに含まれたレーザの波長の環境光のレベルを測定するステップと、
前記レベルを所定の閾値と比較するステップと、
前記レベルが前記所定の閾値を超える場合に、前記レーザへの電力を低下させるステップと、
を備える方法。
【請求項１０】
第１の方向に沿った短い寸法と、第２の方向に沿った長い寸法とを有するラインビームにおいて前記レーザから基板に光を投影するステップと、
前記第１の方向に沿って前記基板上に前記ラインビームを走査するステップと、
をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
基板を熱処理するシステムであって、
レーザ波長で光を発するレーザアレイを備えるレーザ放射ソースと、
基板サポートと、
前記ソースと前記基板サポートとの間に配置された、前記レーザ放射ソースによって発せられた前記光から前記基板サポートの基板平面にラインビームを形成する光学部品と、
前記ラインビームの長手方向軸を横断する高速軸に沿って前記基板サポートに対して前記ラインビームを移動させるための走査装置と、
前記光学部品を包含するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された、環境光レベルを検知する光検出器と、
前記レーザ放射ソースに結合された電源と、
前記電源を統制し、かつ前記光検出器に応答的であり、閾値の環境レベルを上回る前記光検出器の出力増加時に前記電源を中断するためのコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項１２】
前記光学部品が、前記高速軸に沿って光をコリメートするための、前記高速軸を横断する低速軸に沿って前記レーザアレイのそれぞれの列を覆うそれぞれの円筒形小型レンズを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記それぞれの円筒形小型レンズを前記レーザアレイの前記それぞれの列に固着させる接着材料をさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記低速軸に沿って前記円筒形小型レンズからの光の多くの内部反射を生成するように整列された均質化光パイプをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明者】
【０００１】
Ｂｒｕｃｅ  Ｅ．Ａｄａｍｓ、Ｄｅａｎ  Ｊｅｎｎｉｎｇｓ、Ａａｒｏｎ  Ｍ．Ｈｕｎｇｅｒ、Ａｂｈｉｌａｓｈ  Ｊ．ＭａｙｕｒおよびＶｉｊａｙ  Ｐａｒｉｈａｒ
【関連出願の相互参照】
【０００２】
[001]本出願は、２００４年１１月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／６２７，５２９号の利益を主張するものである。
【発明の分野】
【０００３】
[002]本発明は一般的に、半導体基板の熱処理に関する。とりわけ、本発明は、半導体基板のレーザ熱処理に関する。
【発明の背景】
【０００４】
[003]熱処理は、シリコンウェーハや、ディスプレイ用のガラスパネルなどの他の基板に形成されたシリコンおよび半導体集積回路の製作に必要とされる。必要とされる温度は、２５０℃未満の比較的低い温度から、１０００℃、１２００℃、さらには１４００℃よりも高い温度に及ぶことがあり、またドーパント注入アニーリング、結晶化、酸化、窒化、シリコン化および化学気相堆積法などのさまざまなプロセスに使用されてもよい。
【０００５】
[004]高度な集積回路に必要な非常に浅い回路特徴について、必要な熱処理を達成する際に全熱量を減らすことが大いに望まれる。熱量は、所望の処理温度を達成するのに必要な高温での全時間とみなされることがある。ウェーハが最高温度にとどまる必要がある時間は極めて短い可能性がある。
【０００６】
[005]急速加熱処理（ＲＴＰ）は、チャンバの残りの部分ではなくウェーハのみを加熱するために極めて迅速にＯＮおよびＯＦＦにされることが可能な放射ランプを使用する。極めて短い（約２０ｎｓ）レーザパルスを使用するパルスレーザアニーリングは、下地ウェーハではなく表面層のみを加熱するのに効果的であるため、極めて短いランプアップおよびランプダウンレートを許容することができる。
【０００７】
[006]熱流束レーザアニーリングや動的表面アニーリング（ＤＳＡ）と称されることもある種々の形態の近年開発された手法が、２００２年１２月１８日に出願された米国特許出願第１０／３２５，４９７号に基づいたＪｅｎｎｉｎｇｓらによるＰＣＴ／２００３／００１９６９６６号に説明されており、これは全体を参照として個々に組み込まれている。Ｍａｒｋｌｅは異なる形態を米国特許第６，５３１，６８１号に、Ｔａｌｗａｒはさらに別のバージョンを米国特許第６，７４７，２４５号に説明している。
【０００８】
[007]ＪｅｎｎｉｎｇｓおよびＭａｒｋｌｅのバージョンは、ウェーハに衝突する極めて強力な光ビームを放射の細長いラインとして生成するためにＣＷダイオードレーザを使用する。このラインは次いで、ラインビームの長い寸法に直交する方向でウェーハの表面に走査される。
【発明の概要】
【０００９】
[008]熱処理システムは、レーザ波長の光を発するレーザアレイを有するレーザ放射ソースと、基板サポートと、該ソースと該基板サポートとの間に配置された、該レーザ放射ソースによって発せられた光から該基板サポートの基板平面にラインビームを形成する光学部品と、該ラインビームの長手方向軸を横断する方向の該基板サポートに対して該ラインビームを移動させる走査装置とを含む。該システムはさらに、該光学部品を包含するハウジングと、環境光レベルを検知するための、該ハウジング内に配置された光検出器と、該レーザ放射ソースに結合された電源と、該光検出器の出力が閾値環境レベルより上昇すると該電源を中断させるための、該電源を統制し、かつ該光検出器に応答的なコントローラとを含む。
【発明の詳細な説明】
【００１０】
[0014]Ｊｅｎｎｉｎｇｓらによる上記参照された出願に説明されている装置の一実施形態が図１の概略的正投影図に図示されている。２次元走査用の構台（gantry）構造１０は、１対の固定パラレルレール１２、１４を含んでいる。２つのパラレル構台ビーム１６、１８は、固定レール１２、１４から離れて、かつこれにサポートされている設定距離において共に固定され、図示されていないモータと、固定レール１２、１４に沿ってローラやボール軸受上をスライドするドライブ機構とによってコントロールされる。ビームソース２０は構台ビーム１６、１８にスライド可能にサポートされており、図示されていないモータと、これらに沿ってスライドするドライブ機構とによってコントロールされるビーム１６、１８の下方に吊るされることがある。シリコンウェーハ２２や他の基板は構台構造１０の下方に静止してサポートされる。ビームソース２０は、レーザ光ソースと、ウェーハ２２に衝突する下方ファン形状ビーム２４を、従来低速方向と称される固定レール１２、１４に略平行に延びるラインビーム２６として生成するための光学部品とを含んでいる。本明細書に図示されていないが、構台構造はさらに、ファン形状ビーム２４に略平行な方向にレーザ光ソースおよび光学部品を移動させるためのＺ軸ステージを含んでいるため、ビームソース２０とウェーハ２２間の距離をコントロール可能に変更させることができ、したがってウェーハ２２に対するラインビーム２６の焦点合わせをコントロールすることができる。ラインビーム２６の例示的な寸法は長さ１ｃｍかつ幅６６ミクロンであり、例示的な電力密度は２２０ｋＷ／ｃｍ２である。代替的に、ビームソースおよび関連光学部品は静止していてもよいのに対して、ウェーハは、２次元に走査するステージ上にサポートされる。
【００１１】
[0015]通常の動作において、構台ビーム１６、１８は固定レール１２、１４に沿った特定の位置に設定され、ビームソース２０は構台ビーム１６、１８に沿って均一な速度で移動されて、従来高速方向と称される方向の長い寸法に直交するラインビーム２６を走査する。したがって、ラインビーム２６は、ウェーハ２２の一方の側から他方に走査されて、ウェーハ２２の１ｃｍ範囲を照射する。ラインビーム２６は十分狭く、高速方向の走査速度は、ウェーハの特定のエリアがラインビーム２６の光学放射に瞬間的にだけ暴露される程度高速であるが、ラインビームのピークの強度は、表面領域を極めて高い温度に加熱するのに十分である。しかしながら、ウェーハ２２のより深い部分はそれほど加熱されず、さらに表面領域を迅速に冷却するためのヒートシンクとして作用する。高速走査が完了されると、ラインビーム２６が、低速軸に沿って延びる長い寸法に沿って移動されるように、構台ビーム１６、１８は固定レール１２、１４に沿って新たな位置に移動される。次いで高速走査が実行されて、ウェーハ２２の近接する範囲を照射する。ウェーハ２２全体が熱処理されるまで、交互の高速および低速走査が、恐らくビームソース２０の蛇行経路で反復される。
【００１２】
[0016]光学ビームソース２０はレーザアレイを含んでいる。一例が図２および３に正投影的に図示されており、ここで約８１０ｎｍのレーザ放射が２つのレーザバースタック３２から光学システム３０に生成され、このうちの一方が図４の端面図に図示されている。各レーザバースタック３２は、ＧａＡｓ半導体構造の垂直ｐ−ｎ接合に一般的に対応し、横方向に約１ｃｍ延び、かつ約０．９ｍｍで分離されている１４個のパラレルバー３４を含んでいる。通常、水冷却層はバー３４間に配置される。４９個のエミッタ３６が各バー３４に形成され、各々は、直交方向に異なる発散角を有するそれぞれのビームを発する個別ＧａＡｓレーザを構成する。図示されているバー３４は、長い寸法が多くのエミッタ３６に対して延びるように位置決めされ、低速軸に沿って整列され、この短い寸法は高速軸に沿って整列された１ミクロン未満のｐ−ｎ空乏層に対応する。高速軸に沿った小型ソースサイズは高速軸に沿った効果的なコリメーションを許容する。発散角は高速軸に沿って大きく、低速軸に沿っては比較的小さい。
【００１３】
[0017]図２および図３に戻ると、２つの円筒形小型レンズアレイ４０がレーザバー３４に沿って位置決めされ、高速軸に沿って狭ビームのレーザ光をコリメートする。これらは接着剤によってレーザスタック３２に固着され、発光エリア３６に延びるようにバー３４と整列されてもよい。
【００１４】
[0018]光学ビームソース２０はさらに従来の光学要素を含むことができる。当業者によるこのような要素の選択はこのような例に制限されないが、このような従来の光学要素は、インタリーバおよび偏光マルチプレクサを含むことができる。図２および３の実施例において、２つのバースタック３２からの２セットのビームがインタリーバ４２に入力され、これは、多ビームスプリッタータイプの構造を有しており、２つの内部斜面、例えば光を選択的に反射および透過させる反射パラレルバンド上に特殊コーティングを有している。このようなインタリーバはＲｅｓｅａｒｃｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｐｔｉｃｓ（ＲＥＯ）から市販されている。インタリーバ４２において、バー３４からスタック３２の一方の側へビームが代替的に反射または透過されることによって、対応する選択的な透過／反射を経るバー３４からのビームとスタック３２のもう一方の側でインタリーブ（交互に配置）されて、個別エミッタ３６から他の方法で間隔をあけられた放射プロファイルを充填することができるように、パターン化金属反射バンドが、２つのバースタック３２から１セットのビームごとに角度付き表面に形成される。
【００１５】
[0019]第１のセットのインタリーブビームが４分の１波長板４８を通過して、第２のセットのインタリーブビームに対してその偏光を回転させる。両セットのインタリーブビームは、ダブル偏光ビームスプリッタの構造を有する偏光マルチプレクサ（ＰＭＵＸ）５２に入力される。このようなＰＭＵＸはＲｅｓｅａｒｃｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｐｔｉｃｓから市販されている。第１の対角インタフェース層５４および第２の対角インタフェース層５６によって２つのセットのインタリーブビームは、その前面から共通軸に沿って反射される。第１のインタフェース５４は通常、ハードリフレクタ（ＨＲ）として設計された誘電干渉フィルタとして実現されるのに対して、第２のインタフェース５６はレーザ波長で偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）として設計された誘電干渉フィルタとして実現される。結果として、第１のインタフェース層５４から反射された第１のセットのインタリーブビームは第２のインタフェース層５６の背面に衝突する。４分の１波長板４８によって導入された偏光回転ゆえに、第１のセットのインタリーブビームは第２のインタフェース層５６を通過する。ＰＭＵＸ５２によって出力されたソースビーム５８の強度は、２つのセットのインタリーブビームのどちらかの強度から倍増される。
【００１６】
[0020]図面において個別に示されているが、インタリーバ４２、４分の１波長板４８およびＰＭＵＸ５２およびこのインタフェース５４、５６、ならびに入力および出力面に取り付けられることがある追加フィルタは通常、ＵＶ硬化性エポキシなどのプラスチックカプセル材料によって共に接合されて、剛性光学システムを提供する。重要なインタフェースは、レーザスタック３２への小型レンズ４０のプラスチック固着であり、この上でこれらはバー３４に整列されなければならない。ソースビーム５８は１セットの円筒形レンズ６２、６４、６６を通過して、低速軸に沿ってソースビーム５８に焦点に合わせる。
【００１７】
[0021]１次元光パイプ７０は低速軸に沿ってソースビームを均質化する。円筒形レンズ６２、６４、６６によって焦点を合わされたソースビームは光パイプ７０に入り、有限発散角は低速軸に沿っているが、実質的には高速軸に沿ってコリメートされている。図５の正投影図により明確に図示されている光パイプ７０はビームホモゲナイザーとて作用し、低速軸上で間隔をあけられているバースタック３２において多くのエミッタ３６によって導入された低速軸に沿ってビーム構造を減らす。光パイプ７０は、全内部反射を減らすためにかなり高い屈折率を有する光学ガラスの矩形スラブ７２として実現されてもよい。これは低速軸に沿った短い寸法と、高速軸に沿った長い寸法とを有している。スラブ７２は、入力面７６上の低速軸に沿って収束するソースビーム５８の軸７４に沿って実質的な距離を延びている。ソースビーム５８は、スラブ７２の上部および底部表面から数回内部反射されることによって、低速軸に沿ってテクスチャリングの多くを除去することができ、かつ、これが出力面７８に延びる場合に低速軸に沿ってビームを均質化することができる。しかしながら、ソースビーム５８はすでに、高速軸に沿って（円筒形小型レンズ４０によって）十分コリメートされ、スラブ７２は、ソースビーム５８がスラブ７２のサイド表面に内部反射されないが、高速軸に沿ってそのコリメーションを維持するのに十分幅広いものである。光パイプ７０は、出入りアパーチャとビームの収束および発散をコントロールするために軸方向に沿って先細りされてもよい。１次元光パイプは代替的に、スラブ７２の上面および下面に一般的に対応する２つの平行反射表面として実現可能であり、ソースビームはこれらの間を通過する。
【００１８】
[0022]光パイプ７０によって出力されたソースビームは一般的に均一である。図６の概略図にさらに図示されているように、さらなるアナモルフィックレンズセット、つまり光学部品８０、８２は低速軸において出力ビームを拡大させ、またウェーハ２２上に所望のラインビーム２６を投影するために略球状レンズを含んでいる。アナモルフィック光学部品８０、８２はソースビームを２次元に成形し、制限長の狭ラインビームを生成する。高速軸の方向において、（システムは有限ソース共役によって設計されてもよいよいが）出力光学部品は、光パイプの出力のソースの無限共役と、ウェーハ２２の結像平面の有限共役とを有しているのに対して、低速軸の方向においては、出力光学部品は、光パイプ７０の出力におけるソースの有限共役と、結像平面の有限共役とを有している。さらに、低速軸の方向において、レーザバーの多くのレーザダイオードからの不均一放射は光パイプ７０によって均質化される。光パイプ７０の均質化能力は、光が光パイプ７０を横切って反射される回数に大きく左右される。この回数は、光パイプ７０の長さ、もしあれば先細りの方向、出入りアパーチャのサイズならびに光パイプ７０への発射角によって判断される。更なるアナモルフィック光学部品は、ウェーハ２２の表面上の所望の寸法のラインビームにソースビームの焦点を合わせる。
【００１９】
[0023]レーザ放射熱処理の問題は、光学部品の統合性を維持して、この劣化を急速に検出することによって、レーザソースの差し迫った不具合を防止することである。大体において、光学部品の統合性は、光学コンポーネントが接合されるインタフェースの条件に左右される。通常、光学コンポーネントはこのインタフェースにおいて接着剤によって相互に取り付けられる。コンポーネントのうちの１つまたは接着剤が劣化すると、かなりの量の放射電力が、光学部品を通して基板に伝搬することなく、光学部品をカプセル化しているハウジング内に拡散される。不具合が生じているコンポーネントの一部へのダメージを制限することが望ましい。例えば、小型レンズはレーザバースタックに暴露されて、レーザ光をチャンバ内で拡散させるスタックからはがれることがある。小型レンズへのダメージを制限して、他のコンポーネント、例えばＰＭＵＸおよびインタリーバ、およびこれらに取り付けられたインタフェースを拡散放射が加熱および劣化させないようにすることが望ましい。従来、熱伝対が、ハウジング内の環境温度や、レーザ放射の増加に起因する光学アセンブリの温度の増加を測定するのに使用された。しかしながら、熱伝対の応答時間はしばしば遅すぎて、急速な最悪なシステム不具合を報告することができず、またシステムはハウジング温度のかなりの上昇が生じる前に崩壊することがある。したがって、ハウジング内の放射エネルギーレベルの急速表示は、コンポーネントの不具合を検出して、システムの最悪の劣化を防止するのに望ましい。本発明の一態様は、システムコンポーネントの不具合を検出して、システムのタイムリーなシャットダウンを可能にするフォトダイオードを使用する。
【００２０】
[0024]図３および図６を参照すると、インタリーバ４２と、４分の１波長板４８と、ＰＭＵＸ５２およびそのインタフェース５４、５６とを含む光学部品は共に接合されて、基板２２に面する出力アパーチャ７９を有する図１のビームソース２０の遮光ハウジング６８内にカプセル化される。同様に、小型レンズ４０は接着剤によってレーザバースタック３２に固着される。光検出器つまりフォトダイオード８１とコントローラ９０は、ハウジング６８における１つ以上の光学コンポーネントの劣化時に電源１００からレーザバースタック３２への電力を遮断することによってレーザ熱処理システムの動作に高速介入をもたらして、熱処理システムの差し迫った不具合を防止するために使用される。
【００２１】
[0025]光検出器８１は、好ましくは、レーザスタック３２、インタリーバ４２またはＰＭＵＸ５２に隣接するハウジング６８内に設置されて、ハウジング６８に取り付けられたサポートリングなどのサポート構造８２によってサポート可能である。光検出器８１は、光学コンポーネントが劣化していないとすると、レーザ光の直接経路外になければならない。これはまた無駄な光、例えば、不完全に反射またはインタリーブされたインタリーバ４２からの無駄なビーム１１０や、ＰＭＵＸ５２のインタフェース５４、５６などの波長や偏光選択リフレクタを介して透過された残渣光１１１の経路外になければならない。光検出器８１はまた、恐らくウェーハ表面構造ゆえに反射性ではない角度で、ウェーハ２２から反射されたレーザ光の直接経路外になければならない。光検出器８１はまた、無駄な放射を抑制するのに使用される放射ダンプに向けられるべきではない。そうではなく、光検出器８１は、名目上暗い方向を向いていなければならない。例えば、光検出器８１はレーザスタック３２の後方に設置されてもよく、また、通常はレーザバーから放射を受け取らないレーザスタック３２の横方向サイドのハウジング６８の一部に向けられた光軸１１２に沿って向けられてもよい。光学コンポーネントのうちの１つが不具合をきたし始めたり、この接着剤やカプセル材料が緩んだりする場合、しっかりとコントロールされた光学焦点化が失われ、バースタック３２からのレーザ放射が意図していない経路に沿って伝搬し、ハウジング６８内の意図していない反射構造に衝突し始める。つまり、差し迫った不具合が、レーザ波長で、ハウジング６８内の環境放射の増加によってマークされる。
【００２２】
[0026]場合によって、光検出器８１のサポート構造８２は、ハウジング６８にわたる種々のエリアにおける光放射レベルを検知するために、光検出器８１を垂直に移動させる変換機構であってもよい。
【００２３】
[0027]変換機構８２はハウジング６８のフレームに固定して取り付けられることが可能であり、また光検出器８１について最も光学的に好都合な位置を取得するためにハウジング６８にわたる経路に沿って伸縮可能である。変換機構８２は、ハウジング６８における光検出器８１と光学部品との間の距離を調整するために、光検出器を横方向に移動させることができる水平アクチュエーターを含むことができる。場合によって、回転アクチュエーターが、ハウジングの光学部品周辺に光検出器８１を回転させるために、ハウジング６８に接続可能である。
【００２４】
[0028]図３、図４および図６を参照すると、光検出器８１は、光軸１１２を中心に視界内に受け取られるハウジング６８内で放射された光を測定するためのフォトダイオードであってもよい。レンズ１１４は視界をコントロールするのに使用されてもよい。光学フィルタ１１６は、レーザ波長を優先的に通過して、より長い波長での熱放射を抑制するために、光検出器８１への入力の前に設置されてもよい。コンパレータ８６は（例えばフォトダイオードからの光電流などの）光検出器の電気出力を受け取り、光検出器８１によってなされた測定を、正常なシステム動作でハウジング６８に放射された拡散光のベース量と比較する。光検出器８１は、好ましくは、レーザ放射の波長、例えばＧａＡｓレーザバーでは８１０ｎｍに敏感である。シリコンフォトダイオードやピン検出器は必要な感度を提供する。光検出器８１の可能な位置は、側面を指しているか、レーザスタック３２から離れた視界のレーザスタック３２の背後である。
【００２５】
[0029]フォトダイオードは、好ましくは、「ｎ」型シリコン材料からなるシリコンフォトダイオードである。フォトダイオード８１の基本要素は、デバイスの前面に形成された「ｐ」層を含んでいる。「ｐ」層と「ｎ」シリコン間のインタフェースはｐｎ接合として知られている。代替的に、フォトダイオード８１は「ｐ」基板上に「ｎ」層から形成される。ピンフォトダイオードおよび電荷結合デバイスなどの他のタイプのシリコン光検出器が知られており、他の材料からなる光検出器が使用可能である。金属コンタクトがフォトダイオードの陽極および陰極に接続される。図示されていないバイアス回路は、必要なバイアス電圧をフォトダイオードに提供し、コンパレータ８６への光電流を増幅および分離する。
【００２６】
[0030]光検出器８１は、光透過性ウィンドウによって、あるいはハウジング６８内で放射を受け取り、これを外部に配置された光検出器に搬送する光ファイバによって、ハウジング６８内に設置されてもよく、あるいは代替的にこの外部に設置されてもよい。逆バイアスフォトダイオードは、この回路が光により敏感であるため、ハウジング６８におけるレーザ放射増加を急速検出するのにより好ましいが、ゼロまたは逆バイアスフォトダイオード７４が使用可能である。
【００２７】
[0031]放射に対するダイオードの感度を増加させるために高電圧が逆バイアスダイオードのダイオードコンタクトに好ましくは印加される。この電圧は、逆バイアス半導体接合の高抵抗にわたって印加される。高抵抗は、適切な周波数の光がダイオードに衝突する場合に低下する。システム３０に必要な高速応答時間について、フォトダイオード８１の抵抗および動作電圧は、８１０ｎｍ〜１５５０ｎｍの動作波長に対応して選択されなければならない。代替的に記されたように、検出された光子はｐｎ接合の近傍に電子ホール対を発生させて、これは検知回路において光電流として検出される。
【００２８】
[0032]図６を参照すると、コンパレータ８６は、フォトダイオード８１からの信号を受信、処理および分析するインタフェースデバイスである。コンパレータ８６は、フォトダイオード８１からの信号を正規化または増幅するためのアナログ処理回路（図示せず）と、アナログ信号をディジタル信号に変換するためのアナログ／ディジタルコンバーター（図示せず）とを含んでもよい。コンパレータ８６は、フォトダイオード８１からの実際の電流信号を連続監視して、これを測定し、またフォトダイオード８１からの処理済み信号を、光学システム３０の正常動作時のハウジングの拡散光のベースライン量に対応する所定の値と比較する。フォトダイオード８１からの信号の値が所定のベースライン値の閾値を超えると、コンパレータは作用しない。電圧レベルが所定の基準レベルを超える場合は常に、またもし超える場合は、コンパレータ８６は、ハウジング６８内で拡散された放射電力の相当な増加の有無を示すコントローラ９０に対して信号を発生させる。コンパレータはまた、光電流から雑音を除去するための電子フィルタリングを含んでもよいため、光電流が所定の時間に閾値を超える場合のみ差し迫った不具合がフラッグされる。この検出信号の受信時に、コントローラ９０はコントロール信号を電源１００に送り、ビームソース２０からの放射ビームの放出に対して電力を供給させる。コンパレータ８６は、フォトダイオード８１から離れたハウジング６８内部に設置可能であり、あるいは変換機構８２によってフォトダイオード８１と結合され、これによって移動されることが可能であり、さらに代替的には、柔軟性配線によって移動するビームソース２０に対して静止的であっても、これにリンクされてもよい。代替的に、コンパレータ８６はハウジング６８の外部に位置決めされたコントローラ９０に含まれてもよい。
【００２９】
[0033]図１のシステムの動作はコントローラ９０によって調節可能である。コントローラ９０は、コンパレータ８６、電源１００、場合によって光検出器８１をサポートする変換機構８２ならびに構台構造１０の変換機構に接続された汎用プログラマブルディジタルコンピュータであってもよい。コントローラ９０は、光透過性ウィンドウの最良の暴露のためにフォトダイオード８１を静止して位置決めし、電源１００を起動または中断し、ハウジング６８の光放射のレベルを判断し、ビジュアルおよびサウンド緊急アラームを起動させ、また場合によってハウジング６８内のフォトダイオード８１を移動させるようにプログラミング可能である。
【００３０】
[0034]動作において、電源１００はビームソース２０にエネルギー付与するための電源を提供し、これは、基板を熱処理するために下方向ビーム２４を発するためのレーザ光ソースおよび光学システム３０を含んでいる。システム３０の正常な動作条件下で光学システム３０からの、ハウジング６８内で拡散された光は、フォトダイオード８１によって検知可能である。フォトダイオード８１は、インタリーバ４２およびＰＭＵＸ５２によってハウジング６８において発せられた正常動作光エネルギーに対して敏感であり、受信された拡散光の量の強度に比例して、コンパレータ８６に対して連続電流応答信号を発生させる。反射および反射防止コーティング、あるいはインタリーバ４２およびＰＭＵＸ５２または円筒形レンズ６２、６４、６６のインタフェースをシールする接着剤を含むシステム３０の光学コンポーネントのうちの１つ以上が不具合を生じ始めると、破壊されたコンポーネントを介して放射された光は光学システム３０からハウジング６８に逃げる。ハウジング６８内で拡散された放射電力の大幅な増加は即座にフォトダイオード８１によって検出され、放射増加に比例する電流信号がコンパレータ８６に送られる。コントローラ９０はコンパレータ８６から、正常動作でのハウジング６８における放射に対応する所定のベースライン値を超える条件と関連した信号を受信する。このことは、光学システム３０の劣化の有無を示しており、またコントローラ９０は、コンパレータ８６からのデータに基づいて電源１００を即座に接続解除して、ビームソース２０からの光放射のさらなる発射を停止する。
【００３１】
[0035]本発明は線形レーザビームの走査に関して説明されてきたが、本発明は、高強度放射を伴う他の熱処理システム、例えば画素パルスレーザシステムやブランケット照射システムに適用されてもよい。
【００３２】
[0036]基板の熱処理を光学コントロールするためのシステムはいくつかの利点を有している。このシステムは、レーザ熱処理システムの高温および高放射レベル環境に適した光放射レベルの測定技術を提供する。さらに、光検出器８１はハウジング６８内で移動可能であり、結果として、光検出器８１は、フォトダイオードウィンドウや光ファイバ接続９２が過剰な光放射を検知するのに最も好都合な位置を取得することができる。システムは簡素、ロバストかつ安価であることが可能であり、またレーザ熱処理システムのレイアウトへの変更を必要としない。より重要なことは、システムによって、急速仲介の欠如で生じることがある最悪の不具合を検出および防止するための既存の測定技術よりもかなり急速な応答を可能にする。
【００３３】
[0037]インタリーバ４２または偏光マルチプレクサ５２のどちらかはなしで、あるいはこれら両方ともなしで本発明を実施可能である。本発明は好ましい実施形態を具体的に参照して詳細に説明されてきたが、この変形および修正が本発明の主旨および範囲から逸脱することなくなされてもよいことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明で用いられる熱流束レーザアニーリング装置の正投影図である。
【図２】図１の装置の光学コンポーネントの異なる視点からの正投影図である。
【図３】図１の装置の光学コンポーネントの異なる視点からの正投影図である。
【００３５】
【図４】図１の装置の半導体レーザアレイの一部の端面図である。
【図５】図１の装置の均質化光パイプの正投影図である。
【図６】本発明の実施形態に従った光学システムの概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…構台構造、１２、１４…固定パラレルレール、１６、１８…パラレル構台ビーム、２０…ビームソース、２２…ウェーハ、２４…ファン形状ビーム、２６…ラインビーム、３０…光学システム、３２…レーザバースタック、３４…バー、４０…小型レンズ、４２…インタリーバ、４８…４分の１波長板、５２…偏光マルチプレクサ、５４…第１のインタフェース、５６…第２のインタフェース、５８…ソースビーム、６２、６４、６６…円筒形レンズ、６８…ハウジング、７０…光パイプ、７２…スラブ、８０、８２…光学部品、８１…光検出器、１１２…光軸、１１６…光学フィルタ
【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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【国際調査報告】
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