(57)【要約】      （修正有）【課題】走査レーザ放射線を用いて基板を熱処理するための装置および方法を提供する。【解決手段】基板の領域を熱処理する装置は、連続する第１の放射線ビームと、前記基板の領域を加熱できる波長とを供給できる連続放射源と、第１の放射線ビームを受け、前記基板上に像を形成する第２の放射線ビームを第１の放射線ビームから形成する光学系と、前記基板に放射線を向け返すように配置されたリサイクル光学系、前記基板を支持し、前記光学系からの第１の放射線パルスと前記リサイクル光学系からの第２の放射線パルスとによって前記領域を熱処理するために十分な温度に前記リサイクル光学系からの第２の放射線パルスとによって前記領域を熱処理するにために十分な温度に前記領域を加熱するように、前記像に対して前記基板を走査するステージと、を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の領域を熱処理する装置であって、
連続する第１の放射線ビームと前記基板の領域を加熱できる波長とを供給することができる連続放射線源と、
前記第１の放射線ビームを受け、前記基板において像を形成する第２の放射線ビームを前記第１の放射線ビームから形成する光学系と、
前記基板によって反射された放射線を受け、前記反射放射線をリサイクル放射線ビームとして前記基板に向け返すように配置されたリサイクル光学系と、
前記基板を支持し、前記光学系からの第１の放射線パルスと前記リサイクル光学系からの第２の放射線パルスとによって前記領域を熱処理するために十分な温度に前記領域を加熱するように、前記像に対して前記基板を走査するステージと、
を含む、装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記像は線像である、装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記リサイクル光学系は、集光／集束レンズおよびコーナーキューブ反射体を含む、装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記リサイクル放射線ビームおよび前記第２の放射線ビームはそれぞれの入射角を有し、
前記リサイクル光学系は光軸を有し、
前記コーナーキューブ反射体は、前記リサイクル放射線ビームの入射角と前記第２の放射線ビームの入射角とを少なくとも部分的に分離させるように前記光軸に対して変位している、装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記リサイクル光学系は、テレセントリックリレーおよび回折格子を含む、装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記リサイクル光学系は、光軸に沿って前記基板から順に、
円柱ミラーと、
単位倍率（１×）リレーと、
前記反射放射線を反射して前記単位倍率リレーを介して前記基板に戻す偏光保存ルーフミラーと、
を含む、装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記単位倍率リレーは、
同一の焦点距離を有し、前記焦点距離の２倍の距離によって分離された第１および第２の円柱レンズと、
前記第１および第２の円柱レンズの中間の瞳と、
を含む、装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記リサイクル光学系は、前記リサイクル放射線ビームをブリュースター角またはその近傍の入射角で前記基板に向ける、装置。
【請求項９】
基板の領域を熱処理する装置であって、
連続する第１の放射線ビームと前記基板の領域を加熱できる波長とを供給することができる２以上の連続放射線源と、
それぞれが対応する前記第１の放射線ビームの１つを受け、前記基板に像を形成する第２の放射線ビームを前記第１の放射線ビームから形成し、それによって前記基板に２以上の像を形成する２以上の光学系と、
前記基板を支持し、２以上の放射線パルスによって前記領域を熱処理するために十分な温度に前記領域を加熱するように、前記２以上の像に対して前記基板を走査するステージと、
を含む、装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記２以上の光学系は前記２以上の像を線像として形成する、装置。
【請求項１１】
基板の１以上の領域を熱処理する方法であって、
ａ．前記１以上の領域を加熱できる波長を有する連続放射線ビームを生成すること、
ｂ．前記基板に第１の放射線ビームとして前記連続放射線ビームを照射すること、
ｃ．前記基板の前記１以上の領域からの反射連続放射線を捕らえ、前記反射放射線をリサイクル放射線ビームとして前記１以上の領域に向け返すこと、および
ｄ．前記１以上の領域が、前記１以上の領域を処理することができる量の熱エネルギーを受けるように、前記第１の放射線ビームおよび前記リサイクル放射線を前記１以上の領域の上方で走査すること、
を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記リサイクル放射線ビームは、選択波長における最小基板反射率に対応する入射角を有するように形成される、方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記反射放射線を前記１以上の領域に向け返すことは、コーナーキューブ反射体を用いて前記反射放射線を反射させることを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記反射放射線を前記１以上の領域に向け返すことは、ルーフミラーおよび円柱ミラーを用いて前記反射放射線を反射させることを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１１において、
前記反射放射線を前記１以上の領域に向け返すことは、前記基板に向け返さられる前記反射放射線が前記１以上の領域において焦点合わせされるように、前記反射放射線に対して傾けられた回折格子によって前記反射放射線を回折させることを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１１において、
前記反射放射線を前記１以上の領域に向け返すことは、円柱ミラーおよび単位倍率（１×）リレーとを介して偏光保存ルーフミラーに前記反射光を向けることを含み、
前記偏光保存ルーフミラーは、前記基板の一部に集束像を形成するために、前記単位倍率リレーを介して前記反射放射線を反射し返す、方法。
【請求項１７】
基板の領域を熱処理する方法であって、
前記基板の領域を加熱することのできる波長を有する２以上の連続する第１の放射線ビームを発生すること、
前記２以上の連続する第１の放射線ビームを、対応する２以上の光学系を用いて受け、前記２以上の光学系は、対応する前記第１の放射線ビームの１つを受け、前記第１の放射線ビームから第２の放射線ビームを前記基板に形成し、
前記第２の放射線ビームはそれぞれ前記基板に像を形成することにより、前記基板に少なくとも部分的に重なる２以上の像をそれぞれ形成すること、および
２以上の同時放射線パルスによって前記領域を熱処理するために十分な温度に前記領域を加熱するように、前記２以上の像に対して前記基板を走査すること、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】
本発明は、基板、特に、集積デバイスまたは回路が形成された半導体基板を熱処理するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路（ＩＣ）の製造は、フォトレジスト塗布、フォトリソグラフィ露光、フォトレジスト現像、エッチング、研磨、および加熱または「熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」などの多くのプロセスが半導体基板に対して施されることが含まれる。ある種の用途では、熱処理は、基板のドープ領域（例えば、ソース・ドレイン領域）のドーパントを活性化するために行われる。熱処理としては、高速熱アニール（ＲＴＡ）やレーザ熱処理（ＬＴＰ）などの様々な加熱（および冷却）方法が挙げられる。熱処理を行うためにレーザが使用される場合には、この技術は「レーザ処理」または「レーザアニール」と呼ばれることがある。
【０００４】
半導体基板のレーザ処理を行うための様々な技術および装置が知られており、集積回路（ＩＣ）製造業界で使用されている。レーザ処理は、アニールされる材料の温度をアニール温度まで上昇させ、次いで開始（例えば、周囲）温度まで低下させる単一のサイクルで行うことが好ましい。
【０００５】
活性化やアニールなどに必要な熱処理サイクルを１ミリ秒以下に維持することができれば、ＩＣの性能を大きく向上させることができる。１マイクロ秒未満の熱サイクル時間は、１以上の回路上に均一に広がるパルスレーザからの放射線を使用して容易に得られる。パルスレーザ源を使用してレーザ熱処理を行うための装置の一例が「レーザ熱処理装置および方法（Ｌａｓｅｒ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）」と題する米国特許第６，３６６，３０８Ｂ１号に記載されている。しかし、放射線パルスが短いほど、熱処理できる領域は浅くなり、回路素子それ自体は大きな温度ばらつきを生じる可能性が高くなるだろう。例えば、厚いフィールド酸化物分離領域上のポリシリコン導体は、シリコンウエハの表面の浅い接合よりもはるかに急速に加熱される。
【０００６】
より長い放射線パルスを使用することによって、より均一な温度分布を得ることができる。なぜなら、パルス間隔において、加熱深さがより大きく、横方向の熱伝導のための時間がより長くなって、回路上の温度が均等化されるためである。しかしながら、５ｃｍ２以上の回路面積にわたって、レーザパルス幅を１マイクロ秒より長くすることは非実用的である。なぜなら、パルスあたりのエネルギーが高くなり過ぎ、そのような高いエネルギーを供給するために必要なレーザおよびそれに関連する電源は非常に大きくかつ高価であるためである。
【０００７】
パルス放射線を使用することに代わるアプローチは、連続放射線を使用することである。レーザダイオードの形態で連続放射線源を使用する熱処理装置の一例が、２０００年３月２７日に出願され、本出願と同じ譲受人に譲渡された「基板を露光するための放射エネルギー線源を有する装置（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｌｉｎｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  Ｒａｄｉａｎｔ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｆｏｒ  Ｅｘｐｏｓｉｎｇ  ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」と題する米国特許出願第０９／５３６，８６９号に記載されている。レーザダイオードバーアレイでは、１００Ｗ／ｃｍの範囲の出力パワーが得られ、約１ミクロンの幅の線像を形成するように結像させることができる。また、電気から放射線への変換も非常に効率的である。さらに、わずかに異なる波長でそれぞれ動作する多くのダイオードがバーに存在するため、均一な線像を形成するように結像することができる。
【０００８】
しかしながら、ダイオードを連続放射線源として使用することは、ある種の用途のみにとって最適である。例えば、１ミクロン未満の深さを有するソース・ドレイン領域をアニールする場合には、放射線はその深さを超えてシリコンに吸収されないことが好ましい。しかしながら、０．８ミクロンの波長で動作する典型的なレーザダイオードに対する吸収長は、室温のシリコンでは約２０ミクロンである。したがって、基板の最上部領域（例えば、１ミクロンより浅い）を処理するための熱処理用途では、ダイオードからの放射線の大部分は、必要または所望の深さよりもはるかに深くシリコンウエハ内に浸透してしまう。これによって、必要とされる総パワーが増加する。この問題を緩和するために薄い吸収性コーティングを使用することもできるが、既にかなり複雑な製造プロセスに複雑さを加えることになる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の態様は、基板の領域を熱処理する装置である。この装置は、連続放射線ビームを供給することができる連続放射線源を含む。連続放射線源は、基板の領域を加熱することができる第１の強度プロファイルおよび波長を有する。光学系が連続放射線源の下流に配置され、放射線ビームを受けて第２の放射線ビームを形成し、第２の放射線ビームは基板に像を形成する。一実施形態では、像は線像である。この装置はまた、基板を支持するように適応させたステージを含む。光学系およびステージのうち少なくとも１つは、走査方向において基板に対して像を走査し、放射線パルスを用いて前記領域を熱処理するために十分な温度に前記領域を加熱する。
【００１０】
本発明の別の態様は、基板の領域を熱処理する方法である。この方法は、基板の領域を加熱することができる波長を有する連続放射線ビームを生成すること、および前記領域の各点が基板の領域を処理することができる量の熱エネルギーを受けるように、領域の上方で放射線を走査方向に走査することを含む。
【００１１】
図面に示される各要素は説明のみのためのものであり、縮尺によって制限されるものではない。ある要素の縮尺は誇張され、一方、その他の要素は最小化されている場合もある。各図面は、本発明の様々な実施態様を例示することを意図するものであり、当業者が理解し、かつ適切に実施することができる。
【００１２】
［発明の詳細な説明］
以下の本発明の実施形態の詳細な説明では、本発明の説明の一部をなし、本発明を実施する特定の実施形態を例示する添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に説明されており、その他の実施形態も利用することができ、本発明の範囲から逸脱しない限りにおいて変更を加えることができることを理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求項のみによって定義されるものである。
【００１３】
［装置および方法の概括］
図１Ａは、本発明のレーザ走査装置の概括的な一実施形態の模式図である。図１Ａの装置１０は、光軸Ａ１に沿って連続放射線ビーム１４Ａを放射する連続放射線源１２を含み、この連続放射線ビーム１４Ａは、光軸に垂直な角度で測定された出力パワーおよび強度プロファイルＰ１を有する。また、一実施形態では、放射線ビーム１４Ａはコリメートされている。さらに、一実施形態では、放射線源１２はレーザであり、放射線ビーム１４Ａはレーザビームである。一実施形態では、放射線源１２は、約９．４ミクロンから約１０．８ミクロンの間の波長で動作する炭酸ガス（ＣＯ２）レーザである。ＣＯ２レーザは、非常に効率的に電気を放射線に変換し、出力ビームは通常非常にコヒーレントであるため、プロファイルＰ１はガウス型である。また、後述するように、ＣＯ２レーザによって発生する赤外線波長は、シリコン（例えば、半導体ウエハなどのシリコン基板）を処理（例えば、加熱）するために適している。また、一実施形態では、放射線ビーム１４Ａは直線偏光され、基板に入射する放射線がｐ偏光状態Ｐのみ、ｓ−偏光状態Ｓのみ、または両方を含むように操作することができる。放射線源１２は連続放射線ビーム１４Ａを放射するため、本明細書では「連続放射線源」と呼ぶ。通常、放射線ビーム１４Ａは、基板によって吸収され、これにより、基板を加熱することのできる波長の放射線を含む。
【００１４】
また、装置１０は、放射線源１２の下流に、放射線ビーム１４Ａを変化（例えば、集束または成形）させて放射線ビーム１４Ｂを形成する光学系２０を含む。光学系２０は、単一素子（例えば、レンズ部材またはミラー）または複数の部材からなることができる。一実施形態では、光学系２０は、以下に詳述するように、走査ミラーなどの可動部材を含むことができる。
【００１５】
装置１０は、光学系２０の下流に、上面４２を有するチャック４０をさらに含む。チャック４０はステージ４６によって支持され、ステージ４６は圧盤５０によって支持されている。一実施形態では、チャック４０はステージ４６に組み込まれている。別の実施形態では、ステージ４６は移動可能である。また、一実施形態では、基板ステージ４６は、ｘ、ｙ、ｚ軸の１以上を中心として回転することができる。チャックの上面４２は基板６０を支持することができ、基盤６０は、表面法線Ｎを有する表面６２とエッジ６３とを有する。
【００１６】
一実施形態では、後述するように、基板６０は、装置１０内での基板の位置合わせを容易にするための参照形状６４を含む。一実施形態では、参照形状６４はまた、単結晶基板６０の結晶方位を特定するためにも機能する。一実施形態では、基板６０は、サンノゼ市９５１３４ザンカーロード３０８１（３０８１  Ｚａｎｋｅｒ  Ｒｏａｄ，  Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ  ９５１３４）の国際半導体製造装置協会（ＳＥＭＩ）から入手できる＃Ｓｅｍｉ  Ｍ１−６００「研磨単結晶シリコンウエハの仕様」に記載されているような単結晶シリコンウエハであり、当該文書はこの参照によって本願の開示に含まれるものとする。
【００１７】
また、一実施形態では、基板６０は、基板内に形成された回路（例えば、トランジスタ）６７の一部として表面６２またはその近傍に形成されたソース領域およびドレイン領域６６Ａ，６６Ｂを含む。一実施形態では、ソース領域およびドレイン領域６６Ａ，６６Ｂは浅く、基板内部に向かって１ミクロン以下の深さを有する。
【００１８】
軸Ａ１と基板法線Ｎとは角度Φを形成し、角度Φは放射線ビーム１４Ｂ（および軸Ａ１）が基板表面法線Ｎとなす入射角φである。一実施形態では、放射線ビーム１４Ｂは入射角φ＞０を有し、基板の表面６２から反射される放射線は放射線源１２に戻らないようになっている。通常、入射角は０°≦φ＜９０°の範囲で変化することができる。しかしながら、より詳細に後述するように、ある種の用途では、この範囲内の選択された入射角で装置を動作させることが有益である。
【００１９】
一実施形態では、装置１０はコントローラ７０をさらに含み、コントローラ７０は、通信ライン（「ライン」）７２を介して放射線源１２と接続され、ライン７８を介してステージコントローラ７６と接続される。ステージコントローラ７６は、ライン８０を介してステージ４６に動作的に接続され、ステージの移動を制御する。一実施形態では、コントローラ７０は、ライン８２を介して光学系２０と接続されている。コントローラ７０は、各信号９０，９２，９４を介して、放射線源１２、ステージコントローラ７６、および光学系２０（例えば、内部の部材の移動）の動作を制御する。
【００２０】
一実施形態では、１以上のライン７２，７８，８０，８２はワイヤであり、対応する１以上の信号９０，９２，９４は電気信号であり、別の実施形態では、１以上の上記ラインは光ファイバーであり、対応する１以上の上記信号は光信号である。
【００２１】
一実施形態では、コントローラ７０は、パーソナルコンピューターまたはワークステーションなどのコンピュータであり、テキサス州オースチンのデルコンピュータ社などの多数の著名なコンピュータ会社から入手できる。好ましくは、コントローラ７０は、インテルＰｅｎｔｉｕｍシリーズまたはＡＭＤ  Ｋ６またはＫ７プロセッサなどの市販されている多数のマイクロプロセッサのいずれかと、プロセッサをハードディスクドライブなどの記憶装置に接続するための適当なバスアーキテクチャと、適当な入出力装置（例えば、それぞれキーボードおよびディスプレイ）とを含む。
【００２２】
引き続き図１Ａを参照すると、放射線ビーム１４Ｂは、軸Ａ１に沿って光学系２０によって基板の表面６２に向けられる。一実施形態では、光学系２０は、放射線ビーム１４Ｂを集束させて像１００を基板の表面６２上に形成する。本明細書において、「像」という用語は、放射線ビーム１４Ｂによって基板の表面６２に形成される光の分布を表現するために通常使用される。したがって、像１００は、従来の意味における関連する物体を必ずしも有する必要はない。また、像１００は、必ずしも光線を点集束させることによって形成される必要はない。例えば、像１００は、アナモルフィック光学系２０によって形成された楕円形のスポットであってもよく、円対称の光学系から形成された法線入射集束ビームによって形成された円形のスポットであってもよい。また、「像」という用語は、ビーム１４Ｂを基板６０で遮ることによって基板の表面６２に形成される光の分布を含む。
【００２３】
像１００は、正方形、長方形、楕円形などのあらゆる形状を有することができる。また、像１００は、均一な線像分布に対応するものを含む、様々な異なる強度分布を有することができる。図１Ｂは、線像として像１００の一実施形態を示す。理想化された線像１００は、長次元（長さ）Ｌ１と、短次元（幅）Ｌ２と、均一な（すなわち、フラットトップな）な強度とを有する。実際には、回折効果のために線像１００は完全に均一ではない。
【００２４】
図１Ｃは、実際の線像の強度分布を示す２次元プロットである。ほとんどの用途では、短次元Ｌ２における断面積は長次元Ｌ１において実質的に均一であればよく、像の動作的に役立つ部分での強度分布均一性は約±２％である。
【００２５】
図１Ｂおよび図１Ｃを引き続き参照すると、一実施形態では、長さＬ１は約１．２５ｃｍから４．４ｃｍの範囲であり、幅Ｌ２は約５０ミクロンである。別の実施形態では、長さＬ１は１ｃｍ以下である。また、一実施形態では、像１００は、５０ｋＷ／ｃｍ２から１５０ｋＷ／ｃｍ２までの範囲の強度を有する。像１００の強度は、特定の用途のために基板に与える必要のあるエネルギー、像幅Ｌ２、ならびに像が基板の表面６２の上方を走査される速度に基づいて選択される。
【００２６】
図１Ｄは、基板の表面に線像を形成するための円錐ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３を含む光学系２０の模式図である。図１Ｄの光学系２０は、平行ビームを線像１００に集束させるために反射円錐のセグメントをどのように使用することができるかを示している。一実施形態では、光学系２０は、円柱放物面ミラーセグメントＭ１，Ｍ２と、円錐ミラーセグメントＭ３を含む。円錐ミラーセグメントＭ３は、円錐ミラー全体に関連づけられた軸Ａ３を有する（幻像（ｐｈａｎｔｏｍ）として示す）。軸Ａ３は平行ビーム１４Ａに平行であり、基板の表面６２に沿って位置する。
【００２７】
線像１００は、軸Ａ３に沿って基板の表面６２上に形成される。光学系２０のこの配置の利点は、入射角φの最小のばらつきで狭い回折制限像１００を形成するということである。線像の長さＬ１は、入射角φとｙ−方向で測定された平行ビームのサイズとに主として依存する。異なる入射角φは、異なる円錐ミラーセグメント（例えば、ミラーＭ３’）を放射線ビーム１４Ａ’の経路に切り換えることによって達成できる。線像１００の長さＬ１は、例えば、調節可能な（例えば、ズーム）コリメート光学系１０４を使用して平行ビームサイズを変化させることによって変更することができる。
【００２８】
図１Ｄを引き続き参照すると、一実施形態では、平行ビーム１４Ａ’のサイズは、円柱放物面ミラーＭ１，Ｍ２を使用して変更することができる。平行ビーム１４Ａ’は最初に、正の円柱放物面ミラーＭ１によって点Ｆにおいて線集束される。点Ｆで集束される前に、集束ビーム１４Ａ’は負の放物面ミラーＭ２によって遮られ、放物面ミラーＭ２は集束ビームをコリメートする。２つの円柱放物面ミラーＭ１，Ｍ２は、平行ビームの幅をｙ−方向のみにおいて変化させる。したがって、放物面ミラーＭ１，Ｍ２はまた、基板の表面６２で線像１００の長さＬ１を変化させるが、図の平面に垂直な方向における線像の幅Ｌ２を変化させない。
【００２９】
また、図１Ｄには、代替の放物面ミラーＭ１’，Ｍ２’および代替の円錐ミラーＭ３’が示されており、これらは、例えば、インデックスホイール１０６，１０８，１１０を使用して光路における所定の固定位置に配置させることができる。
【００３０】
図１Ａを再び参照すると、一実施形態では、基板の表面６２は、以下により詳細に説明するように、多くの走査パターンの１つを使用して像１００の下で走査される。走査は、基板ステージ４６または放射線ビーム１４Ｂのいずれかを移動させることを含む多くの方法によって行うことができる。したがって、本明細書において使用する「走査」という用語は、どのように達成されるかには関係なく、基板の表面に対する像の移動を含む。
【００３１】
基板の表面６２、例えば、領域６６Ａ，６６Ｂなどの１以上の選択領域、またはトランジスタ６７などの１以上の回路の上方で、連続放射線のビームを走査することによって、基板上の各照射点は放射線パルスを受ける。２００マイクロ秒の滞在時間（すなわち、像が所与の点の上方にある時間）を採用した実施形態では、単一のスキャン時に基板の各走査点が受けるエネルギー量は５Ｊ／ｃｍ２から５０Ｊ／ｃｍ２の範囲である。重複する走査によって、全吸収エネルギーはさらに増加する。したがって、装置１０では、パルス放射源ではなく連続放射線源を、基板上の各点への制御されたパルスまたはバースト放射線に、１以上の領域、例えば内部または上部に形成された回路または回路素子を処理するために十分なエネルギーを与えるために使用できるようになっている。本明細書で使用する「処理」という用語は、特に、選択溶融、エクスプローシブ再結晶、およびドーパント活性化を含む。
【００３２】
また、本明細書で使用する「処理」という用語は、レーザブレーション、基板のレーザ洗浄、またはフォトリソグラフィ露光ならびにその後のフォトレジストの化学的な活性化は含まない。むしろ、例えば、像１００は、１以上の領域の表面温度を上昇させて１以上の領域を処理するため（例えば、ソース領域およびドレイン領域６６Ａ，６６Ｂのドーパントを活性化させるため、または前記１以上の領域の結晶構造を変化させるため）に十分な熱エネルギーを供給するため、基板６０の上方を走査される。熱処理の一実施形態では、装置１０は、浅いソース・ドレイン領域（すなわち、基板内部に表面６２から１ミクロン以下の深さを有するトランジスタ６７のソース領域およびドレイン領域６６Ａ，６６Ｂなど）を加熱および冷却し、それによって活性化するために使用される。
【００３３】
以下に述べる例によって例示されるように、装置１０は多くの異なる実施形態を有する。
【００３４】
［ビームコンバータを有する実施形態］
図１Ａに示す実施形態では、放射線ビーム１４ＡのプロファイルＰ１は不均一である。このような状況は、例えば、放射線源１２が実質的にコヒーレントなレーザであり、平行ビームにおける最終的なエネルギー分布がガウス型である場合に発生する場合があり、その結果、平行ビームを基板に結像した場合に同様なエネルギー分布が生じる。用途によっては、像１００がその用途において基板の熱処理を行うために適当な強度分布およびサイズを有するように、放射線ビーム１４Ａ，１４Ｂをより均一な分布にし、かつ放射線ビーム１４Ａ，１４Ｂの大きさを変化させることが望ましい場合がある。
【００３５】
図２Ａは、図１Ａのレーザ走査装置１０の一実施形態を示す模式図であり、このレーザ走査装置１０は、光学系２０と連続放射線源１２との間に軸Ａ１に沿って配置されたビームコンバータ１５０をさらに含む。ビームコンバータ１５０は、強度プロファイルＰ１を有する放射線ビーム１４Ａを、強度プロファイルＰ２を有する変形放射線ビーム１４Ａ’に変換する。一実施形態では、ビームコンバータ１５０および光学系２０は結合されて、単一のコンバータ／光学系１６０を形成する。ビームコンバータ１５０は光学系２０の上流に配置されているが、光学系２０の下流に配置されていてもよい。
【００３６】
図２Ｂは、ビームコンバータ１５０が、強度プロファイルＰ１を有する放射線ビーム１４Ａを、強度プロファイルＰ２を有する変形放射線ビーム１４Ａ’に変換する様子を示す模式図である。放射線ビーム１４Ａ，１４Ａ’は光線１７０から構成されるように示され、光線間隔は放射線ビームの相対的な強度分布に対応している。ビームコンバータ１５０は、光線１７０の相対的な間隔（すなわち、密度）を調整して放射線ビーム１４ＡのプロファイルＰ１を変化させ、プロファイルＰ２を有する変形放射線ビーム１４Ａ’を形成する。実施形態では、ビームコンバータ１５０はジオプトリック、カトプトリックまたはカタディオプトリックなレンズ系である。
【００３７】
図２Ｃは、コンバータ／光学系１６０の一実施形態の断面図であり、コンバータ／光学系１６０は、コンバータ１５０と、光学系２０とを有する。コンバータ１５０は、ガウス型プロファイルＰ１を有する放射線ビーム１４Ａをフラットトップの（すなわち、均一な）プロファイルＰ２を有する放射線ビーム１４Ａ’に変換する。光学系２０は、集束放射線１４Ｂおよび線像１００を形成する。図２Ｃのコンバータ／集束系１６０は円柱レンズＬ１〜Ｌ５を含む。ここで、「レンズ」は、個々のレンズ部材または一群のレンズ部材（すなわち、レンズ群）を意味することができる。最初の２つの円柱レンズＬ１，Ｌ２は、放射線ビーム１４Ａの直径を減少させるのに対し、円柱レンズのＬ３，Ｌ４は、放射線ビームをほぼ元のサイズに拡大するが、レンズの球面収差により生じる変形放射線ビームプロファイル１４Ａ’を有するようにする。第５の円柱レンズＬ５は光学系２０として機能し、他のレンズと相対的に９０°回転しているために、倍率は図の平面からはずれている。レンズＬ５は放射線ビーム１４Ｂを形成し、放射線ビーム１４Ｂは基板６０上に線像１００を形成する。
【００３８】
一実施形態では、図２Ｃのコンバータ／集束系１６０はまた、レンズＬ１の上流に配置されたビネット開口１８０を含む。ビネット開口１８０は、入力ビーム１４Ａの最も外側の光線を取り除き、これらの光線は系における球面収差によって過補正され、一方、平坦な強度プロファイルのエッジにおける強度バンプとなる。
【００３９】
図２Ｄは、典型的なビームコンバータ１５０によって形成されるような、ビネットされていない均一な放射線ビーム１４Ａ’の強度プロファイルＰ２の一例のプロットである。通常、フラットトップ放射線ビームプロファイルＰ２は、長さのほとんどの部分で平坦部２００を有し、ビーム端部２０４の近傍に強度ピーク２１０を含む。ビネット開口１８０を用いてビームの外側の光線を取り除くことによって、図２Ｅに示すように、より均一な放射線ビームプロファイルＰ２を得ることも可能である。
【００４０】
放射線ビーム１４Ａの最も外側の光線をビネットすることにより、ビーム端部２０４における強度の上昇を防ぐことができるが、ビーム端部近傍でのある程度の強度の上昇は、均一な加熱を生じさせるために望ましい。熱は、ビーム端部２０４において線像１００（図１Ｂ）に平行な方向および垂直な方向で失われる。したがって、ビーム端部２０４において強度が大きければ、高い熱損矢を補償することができる。このため、像１００が基板６０の上方を走査される際に、基板におけるより均一な温度分布が得られる。
【００４１】
［さらなる実施形態］
図３は、図１Ａの装置と同様の装置１０の模式図であり、装置１０は、図の上部であって基板６０の上方に配置される多くの追加部材をさらに含む。これらの追加部材は、単独または様々な組み合わせにおいて、本発明の付加的な実施形態を示すために含まれる。以下の各実施形態によって行われる動作には、図３において導入された追加部材のいくつが必要であり、上述した実施形態で述べられた部材が述べられる実施形態でも必要であるか否かは当業者に明らかであると思われる。説明を簡単にするために、これらの実施形態のいくつかは先に述べられた実施形態に基づくものであるため、図３はこれらの付加的な実施形態に必要な部材のすべてを含むように示されている。これらの付加的な実施形態について以下に説明する。
【００４２】
［減衰器］
図３を参照すると、一実施形態では、装置１０は、放射線源１２の下流に配置された減衰器２２６を含み、減衰器の位置によって、放射線ビーム１４Ａ、ビーム１４Ａ’またはビーム１４Ｂを選択的に減衰させる。一実施形態では、放射線ビーム１４Ａは特定の方向（例えば、ｐ、ｓまたはそれらの組み合わせ）に偏光され、減衰器２２６は偏光子２２７を含み、偏光子２２７は、放射線ビームの偏光方向に相対的に回転させて、ビームを減衰させる。別の実施形態では、減衰器２２６は、除去可能な減衰フィルター、または複数の減衰器部材を含むプログラマブル減衰ホイールの少なくとも１つを含む。
【００４３】
一実施形態では、減衰器２２６はライン２２８を介してコントローラ７０と接続され、コントローラからの信号２２９によって制御される。
【００４４】
［１／４波長板］
別の実施形態では、放射線ビーム１４Ａは直線偏光され、装置１０は、放射線源１２の下流に、直線偏光を円偏光に変換するための１／４波長板２３０を含む。減衰器が、基板６２から反射または散乱された放射線が放射線源１２に戻るのを防ぐための偏光子２２７を含む実施形態では、１／４波長板２３０は減衰器２２６と連動して動作する。特に、戻り経路において、反射された円偏光放射線は直線偏光放射線に変換され、偏光子２２７によって遮られる。この構成は、入射角φが０またはほぼ０である（すなわち、法線入射またはほぼ法線入射である）場合に特に有用である。
【００４５】
［ビームエネルギー監視システム］
別の実施形態では、装置１０は、各ビームのエネルギーを監視するために軸Ａ１に沿って放射線源１２の下流に配置されたビームエネルギー監視システム２５０を含む。システム２５０は、ライン２５２を介してコントローラ７０に接続され、測定された各ビームエネルギーを示す信号２５４をコントローラに供給する。
【００４６】
［フォールドミラー］
別の実施形態では、装置１０はフォールドミラー２６０を含み、フォールドミラー２６０は、装置をよりコンパクトにするか、または特定の装置ジオメトリーを形成する。一実施形態では、フォールドミラー２６０は移動可能であり、ビーム１４Ａ’の方向を調整する。
【００４７】
また、一実施形態では、フォールドミラー２６０は、ライン２６２を介してコントローラ７０に接続され、コントローラからの信号２６４によって制御される。
【００４８】
［反射放射線モニタ］
図３を引き続き参照すると、別の実施形態では、装置１０は、基板の表面６２によって反射された放射線２８１を受けるように配置された反射放射線モニタ２８０を含む。モニタ２８０はライン２８２を介してコントローラ７０に接続され、測定した各反射放射線２８１の量を示す信号２８４をコントローラに供給する。
【００４９】
図４は、入射角φ（図１および図２Ａ）が０°またはほぼ０°である装置１０の実施形態のための反射放射線モニタ２８０の一実施形態を示し、反射放射線モニタ２８０は、軸Ａ１に沿ったビームスプリッター２８５を利用して、反射放射線２８１（図３）の小さな部分を検知器２８７に向ける。モニタ２８０はライン２８２を介してコントローラ７０に接続され、検知した各放射線を示す信号２８４をコントローラに供給する。一実施形態では、検知器２８７に反射放射線２８１を集束させるために集束レンズ２９０を含む。
【００５０】
反射放射線モニタ２８０は、複数の用途を有する。１つの動作モードでは、像１００をできる限り小さくし、反射放射線モニタ信号２８４の変化を測定する。この情報は、基板上の反射率のばらつきを評価するために使用される。この動作モードでは、検知器（例えば、検知器２８７）の応答時間が走査ビームの滞在時間未満に等しいことが必要となる。反射率のばらつきは、入射角φを調整するか、入射ビーム１４Ｂの偏光方向を調整するか、またはその両方によって最小化される。
【００５１】
第２の動作モードでは、ビームエネルギー監視システム２５０からのビームエネルギー監視信号２５４（図３）と放射線監視信号２８４とを組み合わせて、吸収放射線の量の正確な測定値を得る。次に、放射線ビーム１４Ｂのエネルギーを調節して、吸収放射線を一定のレべルに維持する。この動作モードの変形として、吸収放射線にある程度対応する走査速度を調整することを含む。
【００５２】
第３の動作モードでは、反射放射線監視信号２８４は閾値と比較され、閾値を超える信号は、さらなる調査を必要とする予期しない異常が発生したことの警告として使用される。一実施形態では、反射放射線のばらつきに関するデータは、対応する基板識別コードと共にアーカイブされ（例えば、コントローラ７０のメモリに保存）、基板の処理が完了した後に発見された異常の根本原因を決定する際の手助けとなる。
【００５３】
［診断システム］
多くの熱処理では、最高温度または処理される表面の温度−時間プロファイルを知ることが有益である。例えば、接合のアニールの場合では、ＬＴＰ時に達する最高温度を非常に厳密に制御することが望ましい。厳密な制御は、測定された温度を使用して、連続放射線源の出力パワーを制御することにより達成される。理想的には、そのような制御システムは、走査像の滞在時間よりも速いまたは同等の応答能力を有する。
【００５４】
したがって、図３を再び参照すると、別の実施形態では、装置１０は、基板６０と通信する診断システム３００を含む。診断システム３００はライン３０２を介してコントローラ７０に接続され、基板６２の温度の測定などの所定の診断動作を行う。診断システム３００は、基板温度などの各診断測定値を示す信号３０４をコントローラに供給する。
【００５５】
図４を再び参照すると、入射角φが０°またはほぼ０°である場合、診断システム３００を集束光学系２０からはずれるように回転させる。
【００５６】
図５は、診断システム３００の一実施形態の拡大図であり、この診断システム３００は、走査像１００の位置またはその近傍における温度を測定するために使用される。図５のシステム３００は、軸Ａ２に沿って、発せられた放射線３１０を集光するための集光光学系３４０と、集光された放射線３１０を分離し、ライン３０２Ａ，３０２Ｂそれぞれを介してコントローラ７０に接続された２つの検知器３５０Ａ，３５０Ｂに放射線を向けるためのビームスプリッター３４６とを含む。検知器３５０Ａ，３５０Ｂは、放射線３１０の異なるスペクトルバンドを検出する。
【００５７】
診断システム３００の非常に単純な構成は、放射線ビーム（図３）の立ち下がりエッジにおける最も熱いスポットを観測するためのシリコン検出器３５０Ａなどの単一の検知器を含むものである。通常、像１００が遭遇する基板上の様々な膜（図示せず）は異なる反射率を有するため、そのような検知器からの信号３０４は変化するだろう。例えば、シリコン、酸化シリコン、および酸化物層上方のポリシリコン薄膜はすべて、法線入射において異なる反射率を有し、したがって異なる熱放射率を有する。
【００５８】
この問題に対処する１つの方法は、所与の期間に得られる最も高い信号のみを使用して温度を推定することである。このアプローチでは、検知器の応答時間が減少する代わりに、精度が向上する。
【００５９】
図５を引き続き参照すると、一実施形態では、集光光学系３４０は（矢印３５４によって示される方向に移動する）像１００の立ち下がりエッジ上に集束されて、基板６０上の最も熱いポイントから放射される放射線３１０を集光する。したがって、基板６０上の最も熱い（すなわち、最も高い）温度を監視して、直接制御することができる。基板温度の制御は、連続放射線源１２のパワーを変化させること、減衰器２２６（図３）を調整すること、基板走査速度または像走査速度を変化させること、あるいはそれらの組み合わせを含む多くの方法によって達成できる。
【００６０】
基板６０の温度は、表面６２全体が同じ放射率を有するという条件で、単一の波長の放射された放射線３１０をモニタすることによって測定することができる。表面６２がパターニングされている場合には、放射率が波長によって急速に変化しないと仮定して、走査動作時に２つの密接な間隔の波長間の比率をモニタすることによって、温度を測定することができる。
【００６１】
図６は、１４１０℃の温度における強度対波長の黒体温度分布（プロット）であり、この温度は、半導体トランジスタのソース領域およびドレイン領域、すなわちトランジスタ６７（図３）のソース領域およびドレイン領域６６Ａ，６６Ｂのドーパントを活性化させるための熱処理に使用される上限である。図６から明らかなように、１４１０℃付近の温度は、シリコン検出器アレイの形態の検知器３５０Ａ，３５０Ｂを使用して０．８ミクロンと１．０ミクロンでモニタされる。単一の検出器と比較して検知器アレイを使用することの利点は、像１００に沿って像１００上で多くの温度サンプルが得られ、あらゆる温度の不均一性または不規則性を迅速に見つけることができることである。ソース領域およびドレイン領域６６Ａ，６６Ｂのドーパントの活性化に関する一実施形態では、温度は、１０℃未満の二点間の最高温度ばらつきを有する１４００℃まで上昇させる必要がある。
【００６２】
１４００℃の領域における温度制御では、２つのスペクトル領域は５００〜８００ｎｍおよび８００〜１１００ｎｍであり得る。２つの検知器からの信号の比率は、２つのスペクトル領域での放射率の比率が基板の表面上の様々な材料によって変化しないと仮定すると、正確に温度に関連し得る。温度調節にシリコン検出器３５０Ａ，３５０Ｂからの信号３０４Ａ，３０４Ｂの比率を使用すると、滞在時間とほぼ等しい応答時間を有する制御ループ帯域幅を比較的容易に達成することができる。
【００６３】
別のアプローチは、検知器アレイの形態の検知器３５０Ａ，３５０Ｂを使用することであり、この場合、両方のアレイが基板の同じ領域に結像するが、異なるスペクトル領域を使用する。この配置によって、処理された領域の温度プロファイルが得られ、最高温度および温度均一性の両方を正確に評価することができる。この配置はまた、強度プロファイルの均一性を調整することができる。そのような配置のシリコン検出器を使用することによって、滞在時間とほぼ等しい応答時間を有する制御ループ帯域幅が可能となる。
【００６４】
基板上に存在する膜の放射率のばらつきを補償する別の方法は、診断システム３００を、ｐ−偏光放射線を使用してシリコンのブルースター角に近い角度で基板の表面６２に対向するように配置することである。この場合、ブルースター角は、診断システム３００によって検出された波長に対応する波長で計算される。吸光係数はブルースター角と非常に一致しているため、放射率も同様である。一実施形態では、この方法を、２つの検知器アレイを使用して２つの隣接する波長における信号の比率を得る方法と組み合わせる。この場合、図７に示すように、診断システム３００の視軸を含む平面は、放射線ビーム１４Ｂおよび反射放射線２８１を含む平面４４０と直角であり得る。
【００６５】
走査像１００は、基板の大きな部分で均一な加熱を生じさせることができる。しかしながら、光学縦列で発生し得る多くの欠陥とともに、回折は、像の形成を干渉し、不均一な加熱といった予測されない結果を引き起こし得る。したがって、像におけるエネルギーの均一性を直接測定できる内蔵の像監視システムを有することが非常に望ましい。
【００６６】
図５に、像監視システム３６０の一実施形態を示す。一実施形態では、像監視システム３６０は、走査経路に配置され、かつ、基板の表面６２によって定義される平面ＰＳに配置されている。像監視システム３６０は、走査経路を向いたピンホール３６２と、ピンホールの後ろの検知器３６４とを含む。動作時には、検知器３６４が、像の典型的な走査時に見られるであろう基板上の点を示す像１００をサンプリングするように、基板ステージ４６が配置されている。像監視システム３６０はライン３６６を介してコントローラ７０に接続され、検出された放射線を示す信号３６８をコントローラに供給する。
【００６７】
像の一部をサンプリングすることによって、像強度プロファイル（例えば、図１Ｃ）が測定されるのに必要なデータが得られ、それによって基板の加熱均一性を測定することができる。
【００６８】
［基板プレアライナー］
再び図３を参照すると、ある場合には、基板６０は所定の向きでチャック４０上に配置される必要がある。例えば、基板６０は結晶性（例えば、結晶性シリコンウエハ）であり得る。本発明者らは、結晶性基板を利用する熱処理では、処理を最適化するために、結晶軸が像１００に対して選択された方向に整列されていることが好ましいことが多いことを見出した。
【００６９】
したがって、一実施形態では、装置１０は、ライン３７８を介してコントローラ７０に接続されたプレアライナー３７６を含む。プレアライナー３７６は、基板６０を受け、フラットや切込みなどの参照形状６４の位置を定め、参照形状が選択された方向に整列するまで基板を移動させる（例えば、回転させる）ことによって、基板６０を基準位置ＰＲに位置合わせし、処理を最適化する。基板が位置合わせされると、信号３８０がコントローラ７０に送信される。次に、基板は、基板ハンドラー３８６を介してプレアライナー４０からチャック４０に送られる。基板ハンドラー３８６は、チャックおよびプレアライナー３７６と動作的に接続される。基板ハンドラー３８６はライン３３８を介してコントローラ７０に接続され、信号３９０によって制御される。次に、基板６０は、プレアライナー３７６上で予め位置合わせされた基板の向きに対応する選択された向きでチャック４０上に配置される。
【００７０】
［吸収放射線の測定］
ビームエネルギー監視システム２５０を使用して放射線ビーム１４Ａ、１４Ａ’または１４Ｂのエネルギーを測定し、監視システム２８０を使用して反射放射線２８１のエネルギーを測定することによって、基板６０によって吸収された放射線を定量することができる。これにより、基板の表面６２の反射率の変化に関わらず、基板６０によって吸収される放射線を走査時に一定に維持することができる。一実施形態では、単位面積あたりの一定のエネルギー吸収率を維持することは、連続放射線源１２の出力エネルギー、基板の表面６２上方における像１００の走査速度、および減衰器２２６の減衰度のうち１以上を調節することにより達成される。
【００７１】
一実施形態では、単位面積あたりの一定のエネルギー吸収は、放射線ビーム１４Ｂの偏光を変化させること（例えば１／４波長板２３０を回転させること）によって達成される。別の実施形態では、上述した手法の組み合わせによって単位面積あたりに吸収されるエネルギーを変化または維持させる。選択赤外線波長のシリコンにおける吸収は、シリコンの導電性を向上させるドーパント不純物によって大きく増加する。入射放射線の最小吸収が室温で達成されるとしても、温度の上昇によって吸収が増加し、数ミクロンの深さの表層のみに全ての入射エネルギーが吸収される急上昇サイクルが生じる。
【００７２】
したがって、シリコンウエハにおける加熱深さは、赤外線波長の室温における吸収深さによって決定されるというよりむしろ、シリコンの表面からの熱の拡散によって主として決定される。また、ｎ−型不純物またはｐ−型不純物によるシリコンのドーピングによって室温における吸収が増加し、材料の表面から数ミクロンにおける強い吸収へと導く急上昇サイクルがさらに促進される。
【００７３】
［ブリュースター角またはその近傍の入射角］
一実施形態では、入射角φはブリュースター角に対応するように設定されている。ブリュースター角では、ｐ−偏光放射線Ｐ（図３）はすべて基板６０に吸収される。ブリュースター角は、放射線が入射する材料の屈折率に依存する。例えば、ブリュースター角は、室温のシリコンで波長λが１０．６ミクロンの場合には７３．６９°である。入射放射線ビーム１４Ｂの約３０％は法線入射（φ＝０）で反射されるため、ブリュースター角またはほぼブリュースター角のｐ−偏光放射線を使用することによって、熱処理を行うために必要な単位面積あたりのエネルギーを大きく減少させることができる。ブリュースター角などの比較的大きな入射角φを使用することによって、一方向における像１００の幅をｃｏｓ−１φ倍または法線入射の像幅の約３．５倍に拡大することができる。像１００の有効焦点深度も同様な倍率で減少する。
【００７４】
典型的にはＩＣを形成するための半導体処理のように、基板６０が、複数の層を有するものも含む様々な異なる領域を有する表面６２を有する場合には、処理のための最適な角度は、様々な領域において反射率対入射角φをプロットすることによって決定することができる。通常、ｐ−偏光放射線では、最小反射率は基板のブリュースター角近傍で発生する。通常、各領域の反射率を最小化および均等化させる角度または角度の小さな範囲を見つけることができる。
【００７５】
一実施形態では、入射角φは、ブリュースター角を取り囲む角度範囲に制限される。例えば、ブリュースター角が７３．６０°である上述の実施形態では、入射角φは６５°〜８０°の間に制限される。
【００７６】
［放射線ビームジオメトリーの最適化］
一実施形態では、像１００を表面６２の上方で走査して基板６０を熱処理することによって、基板の表面における材料の非常にわずかな部分が基板の融点近くまで加熱される。したがって、基板の加熱された部分にはかなりの量の応力と歪みが生じる。状況によっては、応力によって表面６２に伝播する望ましくない滑り面が発生する。
【００７７】
また、一実施形態では、放射線ビーム１４Ａは偏光される。このような場合、基板の表面６２に対する放射線ビーム１４Ｂの偏光方向と表面６２に入射する放射線ビーム１４Ｂの方向を選択することが実用的であり、これにより、最も効率的な処理が得られる。また、基板６０の熱処理は、基板の特性（例えば、構造やトポグラフィーを変化させる）多くの他のプロセスを経た後に行われることが多い。
【００７８】
図７は、上部に形成されたパターン４００を有する半導体ウエハの形態としての基板６０の一例の拡大等角図である。一実施形態では、パターン４００は、グリッド（すなわち、マンハッタンジオメトリー）に則ったラインまたはエッジ４０４，４０６を含み、ライン／エッジはＸ−方向およびＹ−方向に延びている。ライン／エッジ４０４，４０６は、例えば、ポリランナー、ゲート、フィールド酸化物分離領域のエッジまたはＩＣチップ境界に対応する。一般に、ＩＣチップの製造では、基板は大部分が互いに直角に延びる形状によってパターニングされる。
【００７９】
したがって、例えば、ＩＣチップを形成するプロセスにおいて、基板（ウエハ）６０がソース領域およびドレイン領域６６Ａ，６６Ｂのアニールまたは活性化が必要な段階に達した時には、表面６２はかなり複雑になっている。例えば、典型的なＩＣの製造プロセスでは、表面６２の一領域はベアシリコンであり、表面の別の領域は比較的厚い酸化シリコン分離トレンチを有し、表面のさらに別の領域は厚い酸化物トレンチを横切る薄いポリシリコン導体であるかもしれない。
【００８０】
したがって、注意を怠った場合には、ライン／エッジ４０４，４０６の主方向を含む表面構造によっては、線像１００が基板の表面６２のある部分では反射または回折され、他の部分では選択的に吸収され得る。これは、放射線ビーム１４Ｂを偏光させる実施形態に特に当てはまる。その結果、一般に熱処理においては望ましくない不均一な基板の加熱が生じる。
【００８１】
したがって、図７を引き続き参照すると、本発明の一実施形態では、基板６０における放射線ビーム１４Ｂの吸収のばらつきを最小化する最適な放射線ビームジオメトリー、すなわち、偏光方向、入射角度φ、走査方向、走査速度、および像角θを見つけ出すことが望ましい。さらに、基板における滑り面の形成を最小化する放射線ビームジオメトリーを見つけ出すことが望ましい。
【００８２】
基板６０から反射される放射線２８１の二点間ばらつきは、膜組成のばらつき、ライン／エッジ４０４，４０６の数と割合、偏光方向の向き、および入射角度θなどの多くの要因によって引き起こされる。
【００８３】
図７を引き続き参照すると、平面４４０は、放射線ビーム１４Ｂおよび反射放射線２８１を含む平面として定義される。ライン／エッジ４０４，４０６の存在による反射のばらつきは、平面４４０がライン／エッジ４０４，４０６に対して４５°で基板の表面６２と交差するように放射線ビーム１４Ｂを基板に照射することによって最小化することができる。線像は、長さ方向が平面４４０と整列するか、または該平面と直角になるように形成される。したがって、入射角φとは関係なく、線像１００と各ライン／エッジ４０４，４０６との間の像角θは４５°である。
【００８４】
基板の表面６２上の様々な構造（例えば、ライン／エッジ４０４，４０６）による反射放射線２８１の量のばらつきは、入射角度φを適切に選択することによってさらに減少させることができる。例えば、ＩＣの一部としてのトランジスタを形成する場合、基板６０に対してソース領域およびドレイン領域６６Ａ，６６Ｂのアニールまたは活性化を行なう準備ができた時には、基板は通常以下のトポグラフィーのすべてを含む：ａ）ベアシリコン、ｂ）シリコンに埋め込まれた酸化物分離領域（例えば、厚さ約０．５ミクロン）、ｃ）埋め込まれた酸化物分離領域上の薄い（例えば、０．１ミクロン）ポリシリコンランナー。
【００８５】
図８は、無限に深い二酸化シリコン層の反射率とともに、波長１０．６ミクロンのレーザ放射線の場合における、ドープされていないシリコン基板上の上記トポグラフィーのそれぞれのｐ−偏光Ｐおよびｓ−偏光Ｓの室温反射率のプロットである。図８から、反射率は偏光および入射角度φによって大きく変化することが明らかである。
【００８６】
入射角度φが約６５°および約８０°の間である場合のｐ−偏光Ｐ（すなわち、平面４４０における偏光）では、４つのケースすべての反射率は最小であり、ケース間のばらつきも最小である。したがって、必要とされる総エネルギーと吸収放射線の二点間ばらつきが最小化されるため、約６５°から約８０°までの間の入射角度φの範囲が半導体基板を熱処理する（例えば、シリコン基板に形成されたドープ領域を活性化する）ための装置１０に特に適している。
【００８７】
ドーパントまたは高温の存在によって、シリコンはさらに金属的になり、ブリュースター角に対応した最小値から、より高い角度およびより高い反射率に移行する。したがって、ドープされた基板および／またはより高い温度では、最適な角度は、ドープされていない材料の室温におけるブリュースター角に対応する角度よりもさらに高くなるだろう。
【００８８】
図９は、半導体ウエハの形態の基板６０を処理するために使用される装置１０の平面等角図であり、最適な放射線ビームジオメトリーにおける装置の動作を示している。ウエハ６０は上部に形成されたグリッドパターン４００を含み、グリッドにおける各正方形４６８は、例えば（図１Ａの回路６７などの）ＩＣを表している。線像１００は、４５°の像角θとなる方向４７０において基板（ウエハ）の表面６２に対して走査される。
【００８９】
［結晶方位の説明］
上述したように、単結晶シリコンウエハなどの結晶性基板は、主結晶面の１つに対応するエッジ６３において基板に形成された参照形状６４（例えば、図９に示す切込みまたはフラット）によって示される方位を有する結晶面を有する。線像１００の走査によって、走査方向４７０（図９）に垂直な方向４７４において大きな熱勾配と応力集中が発生し、結晶性基板の構造の完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）に悪影響を及ぼし得る。
【００９０】
引き続き図９を参照すると、通常、シリコン基板６０は（１００）結晶方位を有し、ライン／エッジ４０４，４０６はウエハの表面の２つの主結晶軸（１００），（０１０）に対して４５°で配置されている。結晶中の滑り面の形成を最小化するために、好ましい走査方向は主結晶軸の１つに沿った方向である。したがって、結晶中の滑り形成を最小化するために好ましい走査方向は、通常の場合におけるシリコン基板のライン／エッジ４０４，４０６に対する好ましい方向とも一致する。線像１００、ライン／エッジ４０４，４０６、および結晶軸（１００），（０１０）の間で一定の方位が維持される場合、基板（ウエハ）６０に対する線像の走査は、円形またはアーチ形ではなく直線的（例えば、前後）に行わなければならない。また、結晶方位に対して特定の走査方向が望ましいため、一実施形態では、基板は、例えば、基板プレアライナー３７６（図３）を使用してチャック４０上で予め位置合わせする。
【００９１】
基板結晶軸（１００），（０１０）と走査方向４７０との間の方位を慎重に選択することによって、熱誘発応力によって基板の結晶格子内に滑り面が形成される可能性を最小化することができる。結晶格子が急激な熱勾配によって誘発される滑りに対して最大の抵抗性を有する最適な走査方向は、結晶基板の性質によって異なると考えられる。しかしながら、単結晶基板上で像１００をスパイラルパターンで走査し、ウエハを検査して滑りを示す前にどの方向が最も高い温度勾配に耐え得るかを決定することによって、最適な走査方向を実験的に見つけ出すことができる。
【００９２】
（１００）結晶シリコンウエハの形態の基板６０では、最適な走査方向は、（１００）基板結晶格子方向またはライン／エッジ４０４，４０６によって示されるパターングリッド方向に対して４５°に合わせられる。これは、放射状の線像１００を、基板の中心からの距離の関数として最高温度を徐々に増加させるスパイラルパターンで走査することによって、本発明者らによって実験的に確認された。最適な走査方向は、滑りに対して最も高い抵抗性を示す方向と、結晶軸の方向とを比較することによって決定された。
【００９３】
［像の走査］
（牛耕式（ｂｏｕｓｔｒｏｐｈｅｄｏｎｉｃ）走査）
図１０は、像が横断する基板上の各点で短い熱パルスを発生させる基板の表面６２の上方の像１００の牛耕式（すなわち、交互前後または「Ｘ−Ｙ」）走査パターン５２０を示す基板の平面図である。走査パターン５２０は線走査セグメント５２２を含む。牛耕式走査パターン５２０は、従来の双方向Ｘ−Ｙステージ４６によって行うことができる。しかしながら、そのようなステージは、通常は相当な大きさおよび限られた加速能力を有する。非常に短い滞在時間（すなわち、走査像が基板上の所与のポイント上に位置する時間）が望ましい場合、従来のステージは加速および減速にかなりの時間が必要である。また、そのようなステージにはかなりのスペースが必要である。例えば、１００ミクロンのビーム幅で１０マイクロ秒の滞在時間では、１０メートル／秒（ｍ／秒）のステージ速度が必要となる。１ｇまたは９．８ｍ／ｓ２の加速では、加速／減速に１．０２秒および５．１ｍの移動が必要である。加速および減速のために１０．２ｍのスペースをステージに供給することは望ましくない。
【００９４】
（光学的走査）
基板の表面６２上の像１００の走査は、静止した基板および移動する像を使用するか、基板を移動させて像を静止したままに維持するか、あるいは基板および像の双方を移動させることによって行うことができる。
【００９５】
図１１は、可動走査ミラー２６０を含む光学系２０の一実施形態の断面図である。光学的走査を使用することによって、非常に高い加速／減速速度（すなわち、ステージが同じ走査効果を達成するために移動しなければならない速度）を達成することができる。
【００９６】
図１１の光学系２０では、放射線ビーム１４Ａ（または１４Ａ’）は、円柱部材Ｌ１０〜Ｌ１３からなるｆ−θリレー光学系２０の瞳に位置する走査ミラー２６０によって反射される。一実施形態では、走査ミラー２６０は、サーボモーターユニット５４０に接続・駆動され、サーボモーターユニット５４０はライン５４２を介してコントローラ７０に接続されている。サーボユニット５４０は、コントローラ７０からのライン５４２を介した信号５４４によって制御される。
【００９７】
光学系２０は、放射線ビーム１４Ｂを基板の表面６２の上方を走査して、移動する像１００を形成する。ステージ４６は、各スキャン後に基板の位置を交差走査方向に増加させ、基板の所望の領域をカバーする。
【００９８】
一実施形態では、レンズ部材Ｌ１０〜Ｌ１３はＺｎＳｅからなり、ＣＯ２レーザによって放射される放射線の赤外線の波長と、基板の加熱部分によって放射される近赤外線および可視放射線との両方に対して透明である。これによって、ダイクロイックビームスプリッター５５０を走査ミラー２６０の上流で放射線ビーム１４Ａの経路に配置することができ、かつ、基板から放射される放射線の可視および近赤外波長を、基板を加熱するために使用される放射線ビーム１４Ａの波長の長い放射線から分離することができる。
【００９９】
放射された放射線３１０は、基板の熱処理を監視および制御するために使用され、ビーム診断システム５６０によって検出される。ビーム診断システム５６０は、集光レンズ５６２およびライン５６８を介してコントローラ７０に接続された検知器５６４を有する。一実施形態では、放射された放射線３１０はフィルターにかけられ、別々の検知器アレイ５６４（１つのみを図示）に集束される。検知器５６４によって検出された放射線の量に対応する信号５７０は、ライン５６８を介してコントローラ７０に供給される。
【０１００】
図１１は入射角φ＝０を有する放射線ビーム１４Ｂを示しているが、他の実施形態では、入射角はφ＞０である。一実施形態では、入射角φは、軸ＡＲを中心として基板ステージ４６を適切に回転させることによって変化させる。
【０１０１】
光学的走査の利点は、非常に高速で行うことができるため、ビームまたはステージの加速および減速のために最小限の時間しか失われないということである。市販の走査光学系を使用して、８０００ｇ相当のステージ加速を達成することができる。
【０１０２】
（スパイラル走査）
別の実施形態では、像１００はスパイラルパターンで基板６０に対して走査される。図１２は、ステージ４６上に配置された４つの基板６０の平面図であり、ステージは、回転的および直線的に像１００と相対的に移動してスパイラル走査パターン６０４を形成することができる。回転移動は回転中心６１０をほぼ中心として行われる。また、ステージ４６は複数の基板を支持することができ、図では説明の便宜のために４つの基板が示されている。
【０１０３】
一実施形態では、ステージ４６は、直線ステージ６１２および回転ステージ６１４を含む。スパイラル走査パターン６０４は、基板の直線移動および回転移動の組み合わせによって形成され、各基板はスパイラル走査パターンの一部によって覆われている。基板上の各点で滞在時間を一定に維持するために、回転速度は回転中心６１０からの像１００の距離に反比例して変化させる。スパイラル走査の利点は、処理の開始時と終了時以外には急速な加速／減速が全くないことである。したがって、そのような配置を使用して短い滞在時間を得ることが実用的である。別の利点は、一回の走査動作で複数の基板を処理できるということである。
【０１０４】
（交互ラスタ走査）
隣接する経路セグメント間の間隔が小さい状態で牛耕式パターンによって基板６０の上方で像１００を走査すると１つのセグメントが完了し、次の新しいセグメントが開始される走査セグメントの端部で基板が過熱されることになる。そのような場合、新しい走査経路セグメントの最初の部分は完了直後の走査経路セグメントに起因する著しい熱勾配を含む。この勾配によって、ビーム強度を適切に修正しない場合には、新しい走査によって生じる温度が上昇する。このため、走査時に基板全体で一定の最高温度を達成することが困難となる。
【０１０５】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、交互ラスタ走査経路７００を示す基板６０の平面図であり、交互ラスタ走査経路７００は、線走査経路セグメント７０２，７０４を有する。図１３Ａを参照すると、交互ラスタ走査経路７００では、隣接する走査経路間にギャップ７０６が存在するように、走査経路セグメント７０２の走査を最初に行う。一実施形態では、ギャップ７０６は、線走査の実効長の整数倍と等しい寸法を有する。一実施形態では、ギャップ７０６の幅は、像１００の長さＬ１と同じかほぼ等しい。次に、図１３Ｂに示すように、ギャップを埋めるように走査経路セグメント７０４の走査が行われる。この走査方法は、密接な間隔で連続する走査経路セグメントとともに生じる、走査経路における熱勾配を大きく減少させ、走査時に基板全体で均一な最高温度を達成することがより容易になる。
【０１０６】
（走査パターンのスループット比較）
図１４は、スパイラル走査方法（曲線７２０）、光学的走査方法（曲線７２４）、および牛耕式（Ｘ−Ｙ）走査方法（曲線７２６）の、シミュレートしたスループット（基板／時間）対滞在時間（秒）のプロットである。この比較は、ガウス型ビームを形成するために使用される連続放射線源として５ｋＷレーザを用いる実施形態を想定しており、したがって、１００ミクロンのビーム幅Ｌ２を有するガウス型像１００が重なり合う走査経路において走査されて、約±２％の放射線均一性が達成される。
【０１０７】
このプロットから、スパイラル走査方法がすべての条件下で優れた効率を有することが分かる。しかしながら、スパイラル走査方法は一度に複数の基板を処理するため、４つのチャックを支持することができる大きな表面が必要となる。例えば、４つの３００ｍｍウエハの場合では、表面は直径が約８００ｍｍよりも大きくなるだろう。この方法の別の欠点は、走査線像と基板の結晶方位との間の距離を一定の方向を維持できないため、結晶性基板のために最適な処理ジオメトリーを維持できないことである。
【０１０８】
光学的走査方法は、滞在時間からほとんど独立したスループットを有し、かつ、高い走査速度を必要とする滞在時間の短いＸ−Ｙステージ走査システムに対して利点を有する。
【０１０９】
［リサイクル光学系］
本発明では、できるだけ多くのエネルギーを連続放射線源１２から基板６０に伝達することが重要である。したがって、図１９を簡単に参照すると、以下に詳述するように、一実施形態では、放射線ビーム１４Ｂは、基板においてかなりの範囲の入射角を有する。すなわち、光学系２０は実質的な開口数ＮＡ＝ｓｉｎθ１４Ｂを有し、θ１４Ｂは、軸Ａ１と放射線ビーム１４Ｂの外側の光線１５Ａまたは１５Ｂとによって形成された半角である。なお、入射角φ１４Ｂは表面法線Ｎと軸Ａ１との間で測定され、軸Ａ１は放射線ビーム１４Ｂの軸光線も表している。軸光線（軸Ａ１）と基板表面法線Ｎとによって形成される角度φ１４Ｂは、本明細書では、放射線ビーム１４Ｂによって与えられる角度範囲の「中央角度」と呼ぶ。
【０１１０】
一実施形態では、中央角度φ１４Ｂは、基板上の様々な膜積層体（図示せず）間の反射率のばらつきを最小化するように選択される。
【０１１１】
実際には、放射線ビーム１４Ｂの一部が基板の表面６２から反射されることを防ぐことは困難である。したがって、本発明の一実施形態では、反射放射線２３Ｒを捕らえ、「リサイクル放射線２３ＲＤ」として基板に向け返し、リサイクル放射線２３ＲＤは入射ビーム１４Ｂが反射された位置で基板に吸収される。リサイクル放射線２３ＲＤは、処理される１以上の基板領域（例えば、図１Ａの領域６６Ａ，６６Ｂ）に追加の熱を供給することによってアニールプロセスにさらに寄与する。
【０１１２】
したがって、図１５には、本発明のレーザ走査装置１０の一実施形態の拡大模式図が示されている。図１５の装置１０は図１Ａの装置と同様だが、図１５の装置１０は、反射放射線２３Ｒを受け、反射放射線２３Ｒをリサイクル放射線２３ＲＤとして基板に向け返すように配置されたリサイクル光学系９００を含む。リサイクル光学系９００は、表面法線Ｎに対して角度φ２３ＲＤをなす軸ＡＲに沿って配置されている。リサイクル系９００が反射放射線２３Ｒを最適に受けられるように、一実施形態では、角度φ２３ＲＤは放射線ビームの入射角φ１４Ｂと等しくなっている。
【０１１３】
本発明では、基板には放射線パルスが照射されることを留意するべきである。上述したように、放射線「パルス」は、基板の選択部分が所与の時間（すなわち、ビームの滞在時間）にわたって放射線ビーム１４Ｂに暴露されるように、放射線ビーム１４Ｂに対して基板を走査することによって形成される。厳密に言うと、リサイクル光学系９００を用いる装置１０の実施形態では、反射放射線２３ＲＤは、入射放射線１４Ｂによるパルスよりも弱い第２の光パルスを構成する。第２のパルスは第１のパルスから時間ΔＴ＝ＯＰＬ／ｃにわたって遅れ、ここで、ＯＰＬは、反射光２３Ｒが基板に戻る前に光学系９００内を移動する光路長であり、ｃは、光の速度である（〜３×１０８ｍ／秒）。
【０１１４】
ＯＰＬは１ｍ以下のオーダーであるため、パルス間の時間遅延ΔＴはｌ０−９秒のオーダーである。走査速度は１ｍ／秒のオーダーであるため、基板の表面６２における第１のパルスおよび第２のパルスの空間間隔は〜（１ｍ／秒）（１０−９秒）〜１０−９ｍで与えられ、これはレーザアニールではわずかな空間間隔である。したがって、入射放射線パルスおよび反射放射線パルスは効率的に重なり、すなわち、入射放射線パルスおよび反射放射線パルスは、実際上は基板の同じ部分に同時に到達する。したがって、入射放射線パルスおよび反射放射線パルスの組み合わせによって、単一のエネルギー強化放射線パルスが得られる。別の言い方をすると、事実上、入射（第１の）放射線ビーム１４Ｂおよびリサイクル（第２の）放射線ビーム２３ＲＤは、基板（例えば、基板上の１以上の領域）に同時に照射される。
【０１１５】
図１６は、リサイクル光学系３００の一実施形態の断面図であり、リサイクル光学系３００は、中空のコーナーキューブ反射体９１０と、軸ＡＲに沿ったレンズから基板の表面６２への距離に対応する焦点距離Ｆを有する集光／焦点レンズ９１６とを含む。中空のコーナーキューブ反射体９１０は直角に交差する３つの反射表面を有するが、図１６では簡略化のために、２つの表面９１２，９１４のみが模式的に示されている。
【０１１６】
図１６の光学系９００の動作時には、レンズ９１６は基板の表面６２からの反射放射線２３Ｒを集光し、反射放射線２３Ｒを並列光線９２０としてコーナーキューブ反射体の表面９１２，９１４に向ける。並列光線は３つの反射表面から反射され、軸ＡＲの反対側にて、レンズ９１６の正反対の方向に並列光線９２０’として向け返される。この場合、並列光線９２０’はリサイクル放射線２３ＲＤを構成する。並列光線９２０’はレンズ９１６によって集光され、基板の表面６２において元の点３２１に再集束される。
【０１１７】
図１７は、図１６に示す実施形態の変形の断面図であり、コーナーキューブ反射体９１０は軸ＡＲに対してΔＤ変位して（ずれて）いる。このため、反射放射線ビーム２３Ｒとリサイクル放射線ビーム２３ＲＤとの間には、基板における入射角のずれが生じている。なお、基板上のビーム位置は同じであり、入射角のみが変化している。２つのビームの入射角間の相対的なずれは、反射放射線が連続放射線源１２（図１５）に戻ることを防ぐために利用することができる。この特定の実施形態では、ビームの偏光が保存されないため、全内部反射を使用する反射コーナーキューブは好ましいものではない。
【０１１８】
図１８は、リサイクル光学系９００の別の実施形態の断面図である。リサイクル光学系９００は、軸ＡＲに沿って基板６０から順に、円柱ミラー９５０と、第１の円柱レンズ３５２と、瞳９５４と、第２の円柱レンズ９５６と、傾斜偏光保存ルーフミラー９６０とを含む。一実施形態では、第１および第２の円柱レンズ３５２，９５６は同じ焦点距離（Ｆ’）を有し、焦点距離の２倍（２Ｆ’）で分離され、中間に瞳９５４を有する１×リレーを構成する。ルーフミラー９６０は円柱レンズ９５６からＦ’離れて位置し、ルーフラインはルーフミラー９６０が反射するｐ−偏光放射線の方向を向いている。
【０１１９】
図１８のリサイクル光学系９００の一実施形態では、放射線ビーム１４Ｂは光学系２０によって集束され、基板上に線像１００を形成する（図１５）。円柱ミラー９５０は、反射放射線２３Ｒを受けてコリメートし、反射放射線２３Ｒは円柱レンズ９５２，９５６を通過する。ルーフミラー９６０は、円柱レンズを介して放射線を円柱ミラーに向け返し、基板の表面に戻すように配置されている。入射放射線ビーム２３に対するルーフミラー９６０の傾斜は、向け返された予熱放射線ビーム２３ＲＤの基板６０への入射角を決定する。一実施形態では、偏光保存ルーフミラー９６０は、リサイクル放射線２３ＲＤが連続放射線源１２に戻るのを防ぐように設計された小さな傾斜を含む。レーザまたはレーザダイオードの共振キャビティに戻った放射線は、レーザの出力パワーレベルの不安定さなどの動作上の問題を引き起こす場合がある。
【０１２０】
図１９は、リサイクル光学系９００の別の実施形態の断面図であり、リサイクル光学系９００は、集光／集束レンズ１０５０と、格子表面１０６２を有する回折格子１０６０とを含む。一実施形態では、レンズ１０５０は、高解像度テレセントリックリレーであり、第１および第２のレンズ１０７０，１０７２と、第１および第２のレンズの間に配置された開口絞り１０７４とを有する。一実施形態では、レンズ１０５０は基板側で焦点距離Ｆ１を、回折格子側で焦点距離Ｆ２を有し、レンズは、基板の表面６２がレンズ１０７０から軸Ａ３に沿って測定された距離Ｆｌ離れて位置し、回折格子１０６０がレンズ１０７２から軸ＡＲに沿って測定された距離Ｆ２離れて位置するように配置されている。２つのレンズ１０７０，１０７２は、２つの焦点距離の合計と等しい距離によって分離されている。
【０１２１】
格子表面１０６２は、好ましくは、反射放射線ビーム２３Ｒの放射線の波長を最適に回折させ、格子表面に入射した放射線が入射経路に沿って戻るように回折されるようになっている。最適な格子期間ＰはＰ＝ｎλ／２ｓｉｎφＧによって与えられ、λは放射線の波長であり、φＧは表面法線ＮＧに対する回折格子への入射角であり、ｎは回折格子を取り囲む媒質の屈折率（空気の場合はｎ＝１）である。回折格子の目的は、基板における傾斜焦点面を補償することであり、さもなければ、返像は、点３２１とリレー１０５０の軸との間の図１９の平面における距離に依存する量によって焦点がずれる。リレー１０５０が−１×で動作するこのジオメトリーでは、φＧ＝φ１４Ｂ＝φ２３Ｒ＝φ２３ＲＤである。通常、ｔａｎφＧ＝Ｍｔａｎφ２３Ｒであり、Ｍは、基板から回折格子までのリレー１０５０の倍率である。
【０１２２】
動作時には、反射放射線２３Ｒは、レンズ１０７０およびレンズ１０７２を含むテレセントリックリレー１０５０によって集光され、放射線は格子表面１０６２に集束される。格子表面１０６２は放射線をリレー１０５０に向け返し（より正確には回折させ）、リレー１０５０は、反射放射線が由来する点３２１またはその近傍における表面６２にリサイクル放射線２３ＲＤを向け返す。
【０１２３】
図１９の実施形態の欠点は、反射放射線２３Ｒが連続的に回折格子の非常に小さな点に結像され、回折格子を溶融または損傷させる可能性があることである。回折格子の代わりに法線入射ミラー（図示せず）を使用した場合にも同様な問題が起こり得る。したがって、図１９のリサイクル光学系９００の実施形態を使用して装置１０を動作させる場合には注意が必要である。
【０１２４】
図２０は、基板６０をアニールするためのレーザ走査装置の一実施形態の断面模式図であり、この装置は、軸Ａ１，Ａ１’にそれぞれ沿って配置された２次元レーザダイオードアレイ放射線源１２，１２’をそれぞれ有する２つの光学系２０，２０’を採用する。連続放射線源１２，１２’はいずれもコントローラ７０に動作的に接続され、放射線ビーム１４Ａ，１４Ａ’をそれぞれ放射する。対応する光学系２０，２０’が各放射線ビームをそれぞれ受ける。光学系２０，２０’は、放射線ビーム１４Ａ，１４Ａ’から対応する放射線ビーム１４Ｂ，１４Ｂ’を形成し、放射線ビーム１４Ｂ，１４Ｂ’は基板の表面６２において像１００，１００’を形成する。
【０１２５】
一実施形態では、光学系２０，２０’は、基板において少なくとも部分的に互いに重なる像１００，１００’を形成する。別の実施形態では、像１００，１００’は線像である。一実施形態では、アニール放射線ビーム１４Ｂ，１４Ｂ’の少なくとも１つは、シリコンのブルースター角φＢまたはその近傍の入射角φ１４Ｂまたはφ’１４Ｂで基板の表面６２に入射する。
【０１２６】
このような配置によって、連続放射線源１２，１２’は高パワー放射線ビーム１４Ｂ，１４Ｂ’を出力する必要性が低くなる。図２０の装置の実施形態は、２つの放射線ビーム１４Ｂ，１４Ｂ’に限定されるものではない。通常、所望のアニール効果を達成するために、対応する像１００，１００’，１００’’・・・（例えば、線像）を基板の表面６２に形成するためにいずれかの適当な数の連続放射線源１２，１２’，１２’’・・・および対応する光学系２０，２０’，２０’’・・・を使用することができる。
【０１２７】
本発明の多くの特徴および利点は詳細な明細書から明らかであり、したがって、添付した請求項によって本発明の精神と範囲に従う上述した装置の特徴および利点をすべて網羅することを意図するものである。また、当業者は数多くの変形および変更を容易に想到するものと考えられるため、本発明をここで説明された構造および動作そのものに限定することは望ましくない。したがって、その他の実施形態も添付した請求項の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の装置の概括的な一実施形態の模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの装置によって基板上に形成される、長次元Ｌ１および短次元Ｌ２を有する理想化された線像の一実施形態を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、実際の線像に関連する強度分布を示す２次元プロットである。
【図１Ｄ】図１Ｄは、基板の表面に線像を形成するための円錐ミラーを含む、図１Ａの装置の光学系の一実施形態の模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、放射線源と光学系との間に配置されたビームコンバータをさらに含む、図１Ａに示すレーザ走査装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの装置のビームコンバータが放射線ビームプロファイルを変更する様子を示す模式図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ガウス・フラットトップコンバータを含むコンバータ／光学系の一実施形態の断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、例えば図２Ｃのコンバータ／光学系によって形成される、ビネットされていない放射線ビームの強度プロファイルの一例のプロットである。
【図２Ｅ】図２Ｅは、エッジ光線を用いる図２Ｄと同様のプロットであり、このエッジ光線はビネット開口によってビネットされて、像の端部の強度ピークを減少させる。
【図３】図３は、本発明の異なる実施形態を示す追加要素を用いた、図１Ａの装置の模式図と同様の模式図である。
【図４】図４は、入射角φが０°またはほぼ０°である、図３の装置の反射放射線モニタの一実施形態を示す。
【図５】図５は、図３の装置の診断システムの一実施形態の拡大図であり、走査像の位置またはその近傍における基板の温度を測定するために使用される。
【図６】図６は、１４１０℃黒体の相対強度対波長のプロファイル（プロット）であり、この温度は、半導体トランジスタのソース領域およびドレイン領域のドーパントを活性化させるために使用される温度よりもわずかに高い。
【図７】図７は、グリッドパターンに配列された外観を有する基板の拡大等角図であり、グリッドパターン外観に対する入射レーザビームおよび反射レーザビームを含む平面の４５度の方位を示す。
【図８】図８は、以下の表面から反射する１０．６ミクロンの波長のレーザ放射線ビームのｐ−偏光およびｓ−偏光方向の反射率対入射角のプロットである：（ａ）ベアシリコン、（ｂ）シリコンの上部にある０．５ミクロンの酸化物分離領域、（ｃ）シリコン上の０．５ミクロンの酸化物分離領域の上部にある０．１ミクロンのポリシリコンランナー、および（ｄ）無限に深い酸化シリコン層。
【図９】図９は、上部にグリッドパターンが形成された半導体ウエハとしての基板を処理するために使用される本発明の装置の実施形態の平面等角図であり、最適な放射線ビーム配置における装置の動作を示している。
【図１０】図１０は、基板の表面の上方において、像の牛耕式走査パターンを示す基板の平面図である。
【図１１】図１１は、可動走査ミラーを含む光学系の一実施形態の断面図である。
【図１２】図１２は、回転および直線的に移動して像のスパイラル走査を基板上で行うことができるステージに配置された４つの基板の平面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、交互ラスタ走査パターンを示す基板の平面図であり、走査経路が空間によって分離されて、隣接する走査経路を走査する前に基板を冷却することができる。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、交互ラスタ走査パターンを示す基板の平面図であり、走査経路が空間によって分離されて、隣接する走査経路を走査する前に基板を冷却することができる。
【図１４】図１４は、本発明の装置における、スパイラル走査方法、光学的走査方法、および牛耕式走査方法の、シミュレートされたスループット（基板／時間）対滞在時間（マイクロ秒）のプロットである。
【図１５】図１５は、図１Ａと同様のＬＴＰ装置の一実施形態の拡大模式図であり、ＬＴＰ装置は、反射放射線を受け、この反射放射線をリサイクル放射線として基板の方向へと向け返すように配置されたリサイクル光学系をさらに含む。
【図１６】図１６は、コーナー反射体および集光／集束レンズを含む、図１５のリサイクル光学系の一実施形態の断面図である。
【図１７】図１７は、図１６のリサイクル光学系の一実施形態の変形の断面図であり、コーナー反射体は軸（ＡＲ）に対してΔＤ変位（ずれて）おり、直接入射する放射線ビームとリサイクル放射線ビームとの間で入射角のずれが生じている。
【図１８】図１８は、単位倍率リレーおよびルーフミラーを含む、図１５のリサイクル光学系の一実施形態の模式的な断面図である。
【図１９】図１９は、集光／集束レンズおよび回折格子を含む、図１５のリサイクル光学系の別の実施形態の断面図である。
【図２０】図２０は、ＬＴＰ装置の実施形態の模式的な断面図であり、このＬＴＰ装置は、基板法線の反対側から同様の入射角で基板に光を照射するように配置された、２つのレーザダイオードアレイおよび対応する２つのＬＴＰ光学系を使用する。
【図１Ａ】
2005244191.tif 000002
【図１Ｂ】
2005244191.tif 000003
【図１Ｃ】
2005244191.tif 000004
【図１Ｄ】
2005244191.tif 000005
【図２Ａ】
2005244191.tif 000006
【図２Ｂ】
2005244191.tif 000007
【図２Ｃ】
2005244191.tif 000008
【図２Ｄ】
2005244191.tif 000009
【図２Ｅ】
2005244191.tif 000010
【図３】
2005244191.tif 000011
【図４】
2005244191.tif 000012
【図５】
2005244191.tif 000013
【図６】
2005244191.tif 000014
【図７】
2005244191.tif 000015
【図８】
2005244191.tif 000016
【図９】
2005244191.tif 000017
【図１０】
2005244191.tif 000018
【図１１】
2005244191.tif 000019
【図１２】
2005244191.tif 000020
【図１３Ａ】
2005244191.tif 000021
【図１３Ｂ】
2005244191.tif 000022
【図１４】
2005244191.tif 000023
【図１５】
2005244191.tif 000024
【図１６】
2005244191.tif 000025
【図１７】
2005244191.tif 000026
【図１８】
2005244191.tif 000027
【図１９】
2005244191.tif 000028
【図２０】
2005244191.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月7日(2005.6.7)
【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】
基板の領域を熱処理する装置であって、
前記基板の領域を加熱できる波長を有する連続する第１の放射線ビームを供給することができる連続放射線源と、
前記第１の放射線ビームを受け、前記基板において像を形成する第２の放射線ビームを前記第１の放射線ビームから形成する光学系と、
前記基板によって反射された放射線を受け、前記反射放射線をリサイクル放射線ビームとして前記基板に向け返すように配置されたリサイクル光学系と、
前記基板を支持し、前記光学系からの第１の放射線パルスと前記リサイクル光学系からの第２の放射線パルスとによって前記領域を熱処理するために十分な温度に前記領域を加熱するように、前記像に対して前記基板を走査するステージと、
を含む、装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記像は線像である、装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記リサイクル光学系は、集光／集束レンズおよびコーナーキューブ反射体を含む、装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記リサイクル放射線ビームおよび前記第２の放射線ビームはそれぞれの入射角を有し、
前記リサイクル光学系は光軸を有し、
前記コーナーキューブ反射体は、前記リサイクル放射線ビームの入射角と前記第２の放射線ビームの入射角とを少なくとも部分的に分離させるように前記光軸に対して変位している、装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記リサイクル光学系は、テレセントリックリレーおよび回折格子を含む、装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記リサイクル光学系は、光軸に沿って前記基板から順に、
円柱ミラーと、
単位倍率（１×）リレーと、
前記反射放射線を反射して前記単位倍率リレーを介して前記基板に戻す偏光保存ルーフミラーと、
を含む、装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記単位倍率リレーは、
同一の焦点距離を有し、前記焦点距離の２倍の距離によって分離された第１および第２の円柱レンズと、
前記第１および第２の円柱レンズの中間の瞳と、
を含む、装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記リサイクル光学系は、前記リサイクル放射線ビームをブリュースター角またはその近傍の入射角で前記基板に向ける、装置。
【請求項９】
基板の領域を熱処理する装置であって、
前記基板の領域を加熱できる波長を有する連続する第１の放射線ビームを供給することができる２以上の連続放射線源と、
それぞれが対応する前記第１の放射線ビームの１つを受け、前記基板に像を形成する第２の放射線ビームを前記第１の放射線ビームから形成し、それによって前記基板に２以上の像を形成する２以上の光学系と、
前記基板を支持し、２以上の放射線パルスによって前記領域を熱処理するために十分な温度に前記領域を加熱するように、前記２以上の像に対して前記基板を走査するステージと、
を含む、装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記２以上の光学系は前記２以上の像を線像として形成する、装置。
【請求項１１】
基板の１以上の領域を熱処理する方法であって、
ａ．前記１以上の領域を加熱できる波長を有する連続放射線ビームを生成すること、
ｂ．前記基板に第１の放射線ビームとして前記連続放射線ビームを照射すること、
ｃ．前記基板の前記１以上の領域からの反射連続放射線を捕らえ、前記反射放射線をリサイクル放射線ビームとして前記１以上の領域に向け返すこと、および
ｄ．前記１以上の領域が、前記１以上の領域を処理することができる量の熱エネルギーを受けるように、前記第１の放射線ビームおよび前記リサイクル放射線を前記１以上の領域の上方で走査すること、
を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記リサイクル放射線ビームは、選択波長における最小基板反射率に対応する入射角を有するように形成される、方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記反射放射線を前記１以上の領域に向け返すことは、コーナーキューブ反射体を用いて前記反射放射線を反射させることを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記反射放射線を前記１以上の領域に向け返すことは、ルーフミラーおよび円柱ミラーを用いて前記反射放射線を反射させることを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１１において、
前記反射放射線を前記１以上の領域に向け返すことは、前記基板に向け返さられる前記反射放射線が前記１以上の領域において焦点合わせされるように、前記反射放射線に対して傾けられた回折格子によって前記反射放射線を回折させることを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１１において、
前記反射放射線を前記１以上の領域に向け返すことは、円柱ミラーおよび単位倍率（１×）リレーとを介して偏光保存ルーフミラーに前記反射光を向けることを含み、
前記偏光保存ルーフミラーは、前記基板の一部に集束像を形成するために、前記単位倍率リレーを介して前記反射放射線を反射し返す、方法。
【請求項１７】
基板の領域を熱処理する方法であって、
前記基板の領域を加熱することのできる波長を有する２以上の連続する第１の放射線ビームを発生すること、
前記２以上の連続する第１の放射線ビームを、対応する２以上の光学系を用いて受け、前記２以上の光学系は、対応する前記第１の放射線ビームの１つを受け、前記第１の放射線ビームから第２の放射線ビームを前記基板に形成し、
前記第２の放射線ビームはそれぞれ前記基板に像を形成することにより、前記基板に少なくとも部分的に重なる２以上の像をそれぞれ形成すること、および
２以上の同時放射線パルスによって前記領域を熱処理するために十分な温度に前記領域を加熱するように、前記２以上の像に対して前記基板を走査すること、
を含む、方法。
【外国語明細書】
2005244191.tif 000030
2005244191.tif 000031
2005244191.tif 000032
2005244191.tif 000033
2005244191.tif 000034
2005244191.tif 000035
2005244191.tif 000036
2005244191.tif 000037
2005244191.tif 000038
2005244191.tif 000039
2005244191.tif 000040
2005244191.tif 000041
2005244191.tif 000042
2005244191.tif 000043
2005244191.tif 000044
2005244191.tif 000045
2005244191.tif 000046
2005244191.tif 000047
2005244191.tif 000048
2005244191.tif 000049
2005244191.tif 000050
2005244191.tif 000051
2005244191.tif 000052
2005244191.tif 000053
2005244191.tif 000054
2005244191.tif 000055
2005244191.tif 000056
2005244191.tif 000057
2005244191.tif 000058
2005244191.tif 000059
2005244191.tif 000060
2005244191.tif 000061
2005244191.tif 000062
2005244191.tif 000063
2005244191.tif 000064
2005244191.tif 000065
2005244191.tif 000066
2005244191.tif 000067
2005244191.tif 000068
2005244191.tif 000069
2005244191.tif 000070
2005244191.tif 000071
2005244191.tif 000072
2005244191.tif 000073
2005244191.tif 000074
2005244191.tif 000075
2005244191.tif 000076
2005244191.tif 000077
2005244191.tif 000078
2005244191.tif 000079
2005244191.tif 000080
2005244191.tif 000081
2005244191.tif 000082
2005244191.tif 000083
2005244191.tif 000084
2005244191.tif 000085