(57)【要約】  走査されたレーザ放射線を用いて基板を熱処理する装置および方法が開示されている。装置は、連続放射線源と、基板上に像を形成する光学系とを含む。前記処理領域の各点が、前記領域を熱処理するのに十分な放射線パルスを受けるように、前記基板の表面に関して前記像が走査される。
2006505953.tif 000002
【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、
連続的な第１の放射ビームを提供可能な連続放射線源と、
前記第１の放射ビームを受けて、前記基板に像を形成する第２の放射線ビームを形成するように構成された光学系と、
前記基板を支持するように構成されたステージと、
を軸に沿って含み、
前記第１の放射ビームは、前記基板の領域を加熱可能な第１の強度プロファイルおよび波長を有し、
前記光学系および前記ステージのうち少なくとも１つは、走査方向において前記基板に関して前記像を走査して、放射線パルスを用いて、前記領域の熱処理が十分である温度へと前記領域を加熱するように構成される、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、
前記光学系は、１以上の曲状ミラーを含む、装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記１以上の曲状ミラーは円錐ミラーである、装置。
【請求項５】
請求項４において、
複数の円錐ミラーをさらに含み、
前記複数の円錐ミラーは、それぞれが異なる円錐角および選択的配置可能性を有し、かつ、異なる大きさの線像を形成するために前記第１の放射線ビームから除去可能である、装置。
【請求項６】
請求項３において、
前記第１の放射線ビームは大きさを有し、
前記１以上の曲状ミラーは、反対出力の２以上の組の柱状放物面ミラーを含み、
前記柱状放物面ミラーは、前記第１の放射線ビーム中に配置されて、前記第１の放射線ビームの大きさおよび方向を変える、装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記組の柱状放物面ミラーは、前記第１の放射線ビームの大きさを変えるために選択的配置可能性を有し、かつ、前記第１の放射線ビームから除去可能である、装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記放射線源の下流に配置されたビームコンバータを含み、
前記ビームコンバータは、前記第１の放射線ビームを受けて、前記第１の強度プロファイルを第２の強度プロファイルへと変換する、装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記ビームコンバータおよび前記光学系は、単一のコンバータ／光学系内で結合されている、装置。
【請求項１０】
請求項８において、
前記第１の強度プロファイルは、ガウス分布である、装置。
【請求項１１】
請求項８において、
前記第２の強度プロファイルは、前記走査方向に垂直な方向において実質的に均一である、装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記連続放射線源は、レーザである、装置。
【請求項１３】
請求項１において、
前記レーザは、ＣＯ２レーザである、装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記波長は、約９．４μｍ〜約１０．８μｍである、装置。
【請求項１５】
請求項１において、
前記ステージに結合されたステージコントローラを含む、装置。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記放射線源、前記光学系、および前記ステージコントローラの少なくとも１つに結合されたコントローラを含む、装置。
【請求項１７】
請求項１において、
前記放射線源の下流に配置された調整可能な減衰器と、
前記放射線源の下流に配置された１／４波長板と、
前記放射線源の下流に配置されたフォールドミラーと、
前記ステージと連動し、かつ、前記基板を受けて、前記基板を参照位置に位置合わせするプレアライナーと、
前記ステージに隣り合うように配置され、かつ、前記基板から反射された放射線を受け取って測定するモニタと、
前記ステージに隣り合うように配置され、かつ、前記基板から放出される放射線を受け取って測定する診断システムと、
前記放射線源の下流に配置され、かつ、前記第１および第２の放射線ビームのうち一方のエネルギーを測定するビームエネルギー監視システムと、
のうち１以上を含む、装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記装置は前記フォールドミラーを含み、
前記フォールドミラーは、前記基板の上方で前記像を走査するために移動可能である、装置。
【請求項１９】
請求項１７において、
前記装置は前記減衰器を含み、
前記減衰器は調整可能な偏光子を含む、装置。
【請求項２０】
請求項１７において、
前記装置は前記診断システムを含み、
前記診断システムは、第１および第２の検出器を含み、
前記第１および第２の検出器はそれぞれ、前記基板から放出される前記放射線の第１および第２のスペクトルバンドを検出して、前記基板の最大温度を確定するように構成されている、装置。
【請求項２１】
請求項１において、
前記光学系は、前記基板の領域の上方で前記像を走査するように構成された走査ミラーを含む、装置。
【請求項２２】
請求項１において、
前記第１の放射線ビームは偏光されている、装置。
【請求項２３】
請求項２２において、
前記偏光は円形である、装置。
【請求項２４】
請求項１において、
前記軸は、前記基板の表面の法線と入射角Φを形成し、かつ、０≦Φ＜９０°である、装置。
【請求項２５】
請求項２４において、
前記入射角Φは、ブリュースター角と等しいかまたはその近傍であり、
前記第２の放射線ビームは、前記基板に関してｐ−偏光されている、装置。
【請求項２６】
請求項２５において、
前記基板は単結晶半導体であり、
前記入射角Φは５０°〜８０°の間である、装置。
【請求項２７】
請求項１において、
前記基板は格子パターンを含み、
前記像は、前記格子パターンに関して４５°に配向している、装置。
【請求項２８】
基板の１以上の領域を熱処理する方法であって、
ａ．前記領域を加熱可能な波長を有する連続放射線ビームを生成する工程、および
ｂ．前記１以上の領域における各点が、前記１以上の領域それぞれを処理可能な量の熱エネルギーを受けるように、走査方向において前記１以上の領域の上方で前記放射線を走査する工程
を含む、方法。
【請求項２９】
請求項２８において、
前記基板は単結晶であり、
前記１以上の領域の各点において、前記像がマイクロ秒からミリ秒の間の滞在時間を有するように、前記工程ｂが実行される、方法。
【請求項３０】
請求項２９において、
前記１以上の領域は集積回路を含み、
前記工程ｂの前記放射線は、前記走査方向と垂直に、１ｃｍまたはそれ未満の面積を有する像を形成する、方法。
【請求項３１】
請求項２８において、
前記連続放射線ビームは、第１のプロファイルを有し、かつ、
ｃ．前記連続放射線ビームを変更して、第２のプロファイルを形成する工程をさらに含む、方法。
【請求項３２】
請求項３１において、
前記工程ｃは、前記第２のプロファイルが前記基板において実質的に均一な強度を有する像を形成するように、前記連続放射線ビームを変更する、方法。
【請求項３３】
請求項２８において、
ｃ．前記連続放射線ビームを減衰させて、前記１以上の領域を選択された温度に維持する工程をさらに含む、方法。
【請求項３４】
請求項２８において、
前記連続放射線ビームは出力パワーを有し、かつ、
ｃ．前記出力パワーを変化させて、前記１以上の領域を選択された温度に維持する工程をさらに含む、方法。
【請求項３５】
請求項２８において、
ｃ．線像を形成する工程をさらに含む、方法。
【請求項３６】
請求項３５において、
ｄ．前記線像の長寸を、入射放射線のビームおよび反射放射線のビームに関連付けられた軸によって定義された平面に相対的に位置合わせする工程をさらに含む、方法。
【請求項３７】
請求項３５において、
ｄ．円錐ミラーから前記放射線ビームを反射することにより、前記線像を形成する工程をさらに含む、方法。
【請求項３８】
請求項３５において、
前記線像は長さＬ１および幅Ｌ２を有し、かつ、
ｄ．少なくとも前記長さおよび前記幅を変化させる工程をさらに含む、方法。
【請求項３９】
請求項２８において、
ｃ．前記基板の領域から反射された放射線を測定する工程をさらに含む、方法。
【請求項４０】
請求項２８において、
ｃ．前記基板の領域の温度を測定する工程をさらに含む、方法。
【請求項４１】
請求項４０において、
前記工程ｃはさらに、
Ｉ．２つの異なるスペクトルバンド内で前記基板から放出される放射線を測定する工程を含む、方法。
【請求項４２】
請求項４０において、
ｄ．各検出器アレイを用いて、異なるスペクトルバンド内で前記基板の共通領域を撮像する工程、および
ｅ．前記検出器アレイからの各出力信号を比較して、前記共通領域における最大温度点および前記最大温度点における温度を決定する工程
をさらに含む、方法。
【請求項４３】
請求項２８において、
前記放射線ビームは偏光されている、方法。
【請求項４４】
請求項４３において、
ｃ．前記放射線ビームの偏光を１／４波長回転する工程をさらに含む、方法。
【請求項４５】
請求項４３において、
ｃ．第１の放射線ビームを変化させて、円形に偏光した放射線のビームを形成する工程をさらに含む、方法。
【請求項４６】
請求項２８において、
前記放射線ビームは、前記基板に関してｐ−偏光され、
ｃ．ブリュースター角と等しいかまたはその近傍の角度の前記放射線ビームを前記基板に照射する工程をさらに含む、方法。
【請求項４７】
請求項２８において、
前記基板は単結晶半導体であり、
前記放射線ビームはｐ−偏光され、かつ、
ｃ．入射角Φが５０°〜８０°の間にて前記放射線ビームを前記基板に照射する工程をさらに含む、方法。
【請求項４８】
請求項２８において、
前記工程ｂは、牛耕状パターン、らせん状パターン、および交互ラスタ状パターンのうち１つにて行なわれる、方法。
【請求項４９】
請求項２８において、
ｃ．第１の放射線ビームの偏光を変化させて、前記基板を選択された温度に維持する工程をさらに含む、方法。
【請求項５０】
請求項２８において、
前記工程ｂを可変速度にて行ない、前記基板を選択された温度に維持する、方法。
【請求項５１】
請求項２８において、
前記第１の放射線ビームの波長は、９．４〜１０．８μｍである、方法。
【請求項５２】
請求項２８において、
前記工程ｂは、前記基板から反射された放射線の変化を最小限にするために、以下の工程を含む：
ｉ．前記基板の上方で連続放射線ビームを走査する工程、
ｉｉ．連続的な第１の放射線ビームの入射角の範囲にわたって、前記反射された放射線の変化を測定して、少なくとも前記反射された放射線の量の変化が最も小さい点に相当する最適入射角を決定する工程、および
ｉｉｉ．前記最適入射角またはその近傍を走査して、前記１以上の領域を熱処理する工程。
【請求項５３】
請求項２８において、
前記工程ｂは、前記基板上で生成された最大温度の変化を最小限にするために、以下の工程を含む：
ｉ．前記連続放射線ビームから像を形成する工程、
ｉ．前記基板の上方で前記像を走査する工程、
ｉｉｉ．入射角の範囲にわたって、各入射角に関して前記基板上の異なる位置で形成された最大温度の変化を測定して、少なくとも前記最大温度の変化量が最も小さい点に相当する最適入射角を決定する工程、および
ｉｖ．前記最適入射角またはその近傍を走査して、前記１以上の領域を熱処理する工程。
【請求項５４】
請求項２８において、
前記基板は結晶性であり、かつ、
前記工程ｂは、前記基板において滑り面の形成を最小限にする方向に前記像を走査する、方法。
【請求項５５】
請求項５４において、
前記基板は結晶軸を有し、
前記工程ｂは、前記結晶軸の１つに沿った方向にて前記像を走査する、方法。
【請求項５６】
請求項２８において、
前記１以上の領域は、パターン化された形状を有し、かつ、
さらに以下の工程を含む：
ｃ．前記連続放射線ビームを用いて線像を形成する工程、および
ｄ．前記パターン化された形状に関する像角にて前記線像を用いて、かつ、入射角にて前記連続放射線ビームを前記基板に照射する工程。
【請求項５７】
請求項５６において、
前記入射角および像角は、前記１以上の領域における温度変化を最小限にするために選択される、方法。
【請求項５８】
請求項５７において、
前記基板は結晶性であり、かつ、
ｅ．走査方向を選択して、前記基板における滑り面の形成を最小限にする、方法。
【請求項５９】
請求項１７において、
前記診断システムは検出器を含み、
前記検出器は、前記基板に存在する前記検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記加熱された基板を観察するように配置された、装置。
【請求項６０】
請求項５９において、
前記診断システムは、０．５〜０．８μｍの波長を有する放射線を受け、かつ測定する、装置。
【請求項６１】
請求項５９において、
前記診断システムは、３〜１１μｍの波長を有する放射線を受け、かつ測定する、装置。
【請求項６２】
請求項１７において、
前記診断システムは検出器アレイを含み、
前記検出器アレイは、前記基板に存在する前記検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記加熱された基板を観察するように配置された、装置。
【請求項６３】
請求項６２において、
前記診断システムは、０．５〜０．８μｍの波長を有する放射線を受け、かつ測定する、装置。
【請求項６４】
請求項６２において、
前記診断システムは、３〜１１μｍの波長を有する放射線を受け、かつ測定する、装置。
【請求項６５】
請求項１において、
前記基板上で前記放射線ビームを小さいサイズへと縮小させるビーム形成システムと、
前記基板から反射された放射線を受け、かつ測定するように配置された、前記ステージに隣り合う放射線モニタと、
１以上のチップを含む、限られた領域において、前記小さいサイズにされた放射線ビームを前記基板の上方で走査するように構成された走査システムと、
を含み、
前記放射線モニタは、前記限られた領域において、反射率の変化を示す放射線を受ける、装置。
【請求項６６】
請求項１において、
前記基板上で前記放射線ビームを小さいサイズへと縮小させるビーム形成システムと、
前記基板から反射される放射線を受け、かつ測定するように配置された、前記ステージに隣り合う放射線モニタと、
１以上のチップを含む、限られた領域において、前記小さいサイズにされた放射線ビームを前記基板の上方で走査するように構成された走査システムと、
を含み、
前記小さいサイズにされた放射線ビームは、前記基板上に存在する膜に対してブリュースター角にて前記基板に入射し、
前記放射線モニタは、前記限られた領域において、反射率の変化を示す放射線を受ける、装置。
【請求項６７】
請求項１において、
前記診断システムはさらに、
前記基板に存在する検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記基板の加熱された領域を観察するように配置された検出器と、
１以上のチップを含む、限られた領域において、前記基板の上方で前記第２の放射線ビームを走査する走査システムと、
を含み、
前記基板の限られた領域の上方で、前記第２の放射線ビームが走査されると、前記検出器は、前記第２の放射線ビームによって生じた温度変化を示す放射線を受ける、装置。
【請求項６８】
請求項６７において、
前記診断システムは、０．５〜０．８μｍの波長を採用する、装置。
【請求項６９】
請求項６７において、
前記診断システムは、３〜１１μｍの波長を採用する、装置。
【請求項７０】
請求項１において、
前記診断システムはさらに、
前記基板に存在する検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記基板の加熱された領域を観察するように配置された検出器と、
１以上のチップを含む、限られた領域において、前記第２の放射線ビームの波長および前記基板上に存在する膜に対してブリュースター角にて、前記基板の上方で前記第２の放射線ビームを走査する走査システムと、
を含み、
前記走査システムが前記基板の限られた領域の上方を走査すると、前記検出器は、前記第２の放射線ビームによって生じた温度変化を示す放射線を受ける、装置。
【請求項７１】
請求項７０において、
前記診断システムは、０．５〜０．８μｍの波長を採用する、装置。
【請求項７２】
請求項７０において、
前記診断システムは、３〜１１μｍの波長を採用する、装置。
【請求項７３】
請求項１において、
前記診断システムはさらに、
前記基板に存在する検出器および膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記基板の加熱された領域を観察するように配置された検出器アレイと、
１以上のチップを含む、限られた領域において、前記基板の上方で前記第２の放射線ビームを走査する走査システムと、
を含み、
前記限られた領域の上方で、前記第２の放射線ビームが走査されると、前記検出器は、前記第２の放射線ビームによって生じた温度変化を示す放射線を受ける、装置。
【請求項７４】
請求項１において、
前記基板上に存在する膜に対してブリュースター角にて、前記第２の放射線ビームを前記基板に入射させるビーム位置決めシステムをさらに含み、
前記診断システムは、
前記基板に存在する検出器および前記膜に使用される波長に対してブリュースター角にて、前記基板の加熱された領域を観察するように配置された検出器アレイと、
１以上のチップを含む、限られた領域において、前記基板の上方で前記第２の放射線ビームを走査する走査システムと、
を含み、
前記基板の限られた領域の上方で、前記第２の放射線ビームが走査されると、前記検出器は、前記第２の放射線ビームによって生じた温度変化を示す放射線を受ける、装置。
【請求項７５】
請求項４６において、
前記放射線ビームは、レーザダイオードアレイによって生じる、装置。
【請求項７６】
請求項７５において、
前記レーザダイオードアレイからの前記放射線ビームの波長は、０．６〜１．５μｍである、装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】
本発明は、基板を熱処理する装置および方法に関し、特に、集積装置または集積回路を含む半導体基板を熱処理する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を半導体基板に対して施すことが含まれる。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。熱処理には、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）技術が挙げられる。熱処理を行なうためにレーザが使用される場合、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な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なうことが好ましい。
【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（ｍ sec）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（μ sec）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な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。しかしながら、放射線パルスが短いほど、熱処理できる領域は浅くなり、回路素子それ自体に大きな温度変化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、回路全体の温度が均等化されるからである。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を得ることができ、かつ、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ミクロンまたはそれ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、必要とされる（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。これにより、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】
［発明の要約］
本発明の第１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提供可能な連続放射線源を含み、前記連続放射線ビームは、前記基板の領域を加熱可能な第１の強度プロファイルおよび波長を有する。任意のシステムが、前記連続放射線源の下流に配置され、かつ、前記放射線ビームを受け、第２の放射線ビームを形成するように構成されている。前記第２の放射線ビームは、前記基板上に像を形成する。実施形態の一例においては、前記像は線像である。前記装置はまた、前記基板を支持するように構成されたステージを含む。前記光学系および前記ステージのうち少なくとも１つは、前記基板に関して走査方向に前記像を走査して、放射線パルスを用いて、前記領域の処理が十分である温度へと前記領域を加熱するように構成される。
【００１０】
本発明の他の態様は、基板の領域を熱処理する方法である。この方法は、前記基板の領域を加熱可能な波長を有する連続放射線ビームを生成する工程と、次いで、前記領域における各点が、前記基板の領域を処理可能な量の熱エネルギーを受けるように、前記領域の上方で走査方向に前記放射線を走査する工程を含む。
【００１１】
各図面に示される各種の要素は単に具体化されたものであり、縮尺に必ずしも制限されるものではない。ある要素の比率は誇張され、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、当業者によって理解でき、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、本発明を実施可能な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は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、実施形態の一例では、放射線ビーム１４Ａはコリメートされている。さらに、実施形態の一例では、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はガウス分布（Gaussian）型である。さらに、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）からなるか、または複数の部材から製造されていることができる。一実施形態では、光学系２０はまた、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（chuck）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。実施形態の一例では、チャック４０はステージ４６に組み込まれている。実施形態の別例では、ステージ４６は移動可能である。また、実施形態の一例では、基板ステージ４６は、ｘ，ｙ，およびｚ軸の約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、基板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】
実施形態の一例では、後述するように、基板６０は参照形状６４を含み、この参照形状１０は、装置１０内での基板の位置合わせを容易にする。一実施形態の一例では、参照形状６４はまた、単結晶基板６０の結晶方位を識別するために機能する。実施形態の一例では、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、この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、実施形態の一例では、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。実施形態の一例では、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、この角度Φは放射線ビーム１４Ｂ（および軸Ａ１）が基板表面の法線Ｎとなす入射角Φである。実施形態の一例では、放射線ビーム１４Ｂは入射角Φ＞０を有し、この入射角によって、基板の表面６２から反射される放射線が放射線源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】
実施形態の一例では、装置１０はコントローラ７０をさらに含み、このコントローラ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。実施形態の一例では、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，および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】
実施形態の一例では、１以上のライン７２，７８，８０，および８２はワイヤであり、対応する１以上の信号９０，９２，および９４は電気信号であり、実施形態の別例では、１以上の上記ラインは光ファイバであり、対応する１以上の上記信号は光信号である。
【００２１】
実施形態の一例では、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周知の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（登録商標）シリーズまたはＡＭＤ  Ｋ６またはＫ７プロセッサなどの商業的に入手可能な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切なバスアーキテクチャと、適切な入出力装置（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。実施形態の一例では、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ることができ、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数の形状を有することができる。また、像１００は、均一な線像分布に相当するものを含む、様々な異なる強度分布を有することができる。図１Ｂは、線像としての像１００の実施形態の一例を示す。理想化された線像１００は、長寸（長さ）Ｌ１と、短寸（幅）Ｌ２と、均一な（すなわち、フラットトップ（flat-top，上部が平坦な）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、実際の線像に関する強度分布を示す２次元プロットである。ほとんどの用途では、短寸Ｌ２における統合的な断面積は、長寸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統合的な強度分布の均一性は約±２％である。
【００２５】
図１Ｂおよび図１Ｃを引き続き参照すると、実施形態の一例では、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。実施形態の別例では、長さＬ１は１ｃｍ以下である。さらに、実施形態の一例では、像１００は、５０ｋＷ／ｃｍ２から１５０ｋＷ／ｃｍ２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があるエネルギーの量、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円錐ミラーＭ１，Ｍ２，および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、反射円錐セグメントをどのように使用できるかを示している。実施形態の一例では、光学系２０は、柱状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とを含む。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）にて示す）。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が最小のばらつきにて、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は主として、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、実施形態の一例では、平行ビーム１４Ａ’のサイズは、柱状放物面ミラー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、この放物面ミラーＭ２は集束ビームをコリメートする。２つの柱状放物面ミラー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にて線像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，および１１０を用いて、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、実施形態の一例では、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のいずれか一方を移動させることを含む多くの方法によって行なうことができる。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存在する時間）を採用した実施形態の一例では、各走査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、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、レーザアブレーション、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。熱処理の実施形態の一例では、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分布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、与えられた用途において像１００が基板の熱処理を行な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の実施形態の一例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。実施形態の一例では、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の下流に配置させることもできる。
【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’に変換する方法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。実施形態の一例では、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の実施形態の一例の断面図であり、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、ガウス分布型プロファイル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、集束放射線ビーム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１４Ａをほぼ元のサイズへと拡大するが、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】
実施形態の一例では、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、その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、ビーム端部近傍における、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いほど、より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。以下の各実施形態の例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の例について以下に説明する。
【００４２】
［減衰器］
図３を参照すると、実施形態の一例では、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ることができ、これにより、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ム可能な減衰ホイールの少なくとも１つを含む。
【００４３】
実施形態の一例では、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］
実施形態の別例では、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を含む実施形態の一例では、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０の近傍である（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］
実施形態の別例では、装置１０は、軸Ａ１に沿って放射線源１２の下流に配置され、各ビームのエネルギーを監視する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］
実施形態の別例では、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。実施形態の一例では、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、実施形態の一例では、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、実施形態の別例では、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０°の近傍である装置１０の実施形態の一例のための反射放射線モニタ２８０の実施形態の一例を示す。反射放射線モニタ２８０は、軸Ａ１に沿ったビームスプリッタ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。実施形態の一例では、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はできる限り小さく作成され、反射放射線監視信号２８４の変化が測定される。次いで、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とが組み合わされて、吸収放射線の量の正確な測定が達成される。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には、吸収放射線に対応する方法にて走査速度を調整することが含まれる。
【００５２】
第３の動作モードでは、反射放射線監視信号２８４が閾値と比較され、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。実施形態の一例では、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的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、処理される表面の最高温度または温度−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、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、走査された像の滞在時間と同等かまたはそれよりも速い応答能力を有する。
【００５４】
したがって、図３を再び参照すると、実施形態の別例では、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なうように構成されている。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０°の近傍である場合、診断システム３００を集束光学系２０の経路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の実施形態の一例の拡大図であり、この診断システム３００は、走査された像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、生じた放射線３１０を集光する集光光学系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、実施形態の一例では、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、あるいはこ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、単一波長の生じた放射線３１０を監視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、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つの近接した間隔の波長間の比率を監視することによって、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、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所定の熱処理用途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ミクロンおよび１．０ミクロンで監視される。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を含む実施形態の一例では、１０℃未満の二点間の最高温度のばらつきを有する１４００℃まで温度を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、２つの検知器からの信号の比率は、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の比率を使用することにより、滞在時間とほぼ等しい応答時間を有する制御ループバンド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で検知器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バンド幅が可能となる。
【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リュースター角近傍の角度で基板の表面６２に対向するように配置することである。この場合、ブリュースター角は、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。吸光係数はブリュ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つの隣り合う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】
走査された像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期せぬ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の実施形態の一例を示す。実施形態の一例では、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）が決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、予め規定された向きでチャック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）であることができる。本発明者らは、結晶性基板を利用する熱処理用途では、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位置合わせされているのが好ましい場合が多いことを見出した。
【００６９】
したがって、実施形態の一例では、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（pre-aligner）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のうち１つのエネルギーを測定し、かつ、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決定することができる。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。実施形態の一例では、単位面積あたりの一定のエネルギー吸収を維持することは、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】
実施形態の一例では、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。実施形態の別例では、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。選択された赤外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、室温における赤外波長の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−型不純物を有す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］
実施形態の一例では、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その近傍でのｐ−偏光放射線を使用することによって、熱処理を行なうために必要な単位面積あたりのパワーを大きく減少させることができる。また、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の倍率で減少する。
【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】
実施形態の一例では、入射角Φは、ブリュースター角の周辺の角度範囲に制限される。例えば、ブリュースター角が７３．６９°である上述の例では、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］
実施形態の一例では、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量の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、実施形態の一例では、放射線ビーム１４Ａは偏光される。このような場合、表面６２に入射する放射線ビーム１４Ｂの方向とともに、基板の表面６２に対する放射線ビーム１４Ｂの偏光方向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。さらに、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。実施形態の一例では、パターン４００は、格子（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、このライン／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、および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は極めて複雑になっている。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ってもよく、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ていてもよく、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を有していてもよい。
【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、本発明の実施形態の一例では、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Φなどを含む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。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、ライン／エッジ４０４，４０６の存在による反射のばらつきを最小化することができる。線像は、長さ方向が平面４４０と位置合わせされるか、または、この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だろう：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Φによって大きく変化することが非常に明らかである。
【００８６】
入射角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、必要とされる総パワーおよび吸収された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Φの範囲は、半導体基板（例えば、シリコン基板に形成された、活性化されたドープ領域）を熱処理するための装置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が、より高い角度およびより高い反射率へと移行する。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、室温におけるドープされていない材料の対応するブリュースター角よりも高くなるだろう。
【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、上部に形成された格子パターン４００を含み、格子における各正方形４６８は、例えばＩＣチップ（図１Ａの回路６７など）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に関して走査される。
【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、参照形状６４（例えば、図９に示す切込みまたはフラット）によってしばしば示される方位を有する結晶面を有する。参照形状６４は、基板において、主結晶面の１つの方向に対応するエッジ６３に形成されている。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、大きな熱勾配および応力集中が発生し、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、通常の場合、シリコン基板６０は（１００）結晶方位を有し、ライン／エッジ４０４，４０６はウエハの表面において、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）に行な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、実施形態の一例では、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される。
【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、熱により誘発される応力によって、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、単一の結晶基板上で像１００をらせん状パターンで走査し、ウエハを検査して、滑りを示す前に最も高い温度勾配に耐え得る方向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格子方向に対して４５°に位置合わせされる。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らせん状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］
（牛耕状（boustrophedonic）走査）
図１０は、像が横断する基板上の各点において短い熱パルスを発生させる、基板の表面６２上方における像１００の牛耕状（すなわち、交互に前後または「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。牛耕状走査パターン５２０は、従来の双方向Ｘ−Ｙステージ４６を用いて行なうことができる。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、走査された像が、基板上の所与のポイント上に存在する時間）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を要する。また、そのようなステージに大きな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して行なってもよいし、基板を移動させて像を静止したままに維持してもよいし、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なってもよい。
【００９５】
図１１は、可動走査ミラー２６０を含む光学系２０の実施形態の一例の断面図である。光学的走査を使用することによって、非常に効率的な加速／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であろう速度）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、円柱状素子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。実施形態の一例では、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、ライン５４２を介して、コントローラ７０からの信号５４４によって制御される。
【００９７】
光学系２０は、基板の表面６２の上方において、放射線ビーム１４Ｂを走査して、移動する像１００を形成する。ステージ４６は、各走査後に交差走査方向に基板の位置を増加させて、基板の所望の領域をカバーする。
【００９８】
実施形態の一例では、レンズ素子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可視波長の放射線および近赤外波長の放射線を、基板を加熱するために使用される放射線ビーム１４Ａの長波長の放射線から分離することができる。
【００９９】
生じた放射線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と、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とを有する。実施形態の一例では、生じた放射線３１０はフィルターを通過し、別々の検知器アレイ５６４（１つのみが図示されている）に集束される。検知器５６４によって検出された放射線量に対応する信号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。実施形態の一例では、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、入射角Φを変化させる。
【０１０１】
光学的走査の利点は、非常に高速で行な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】
（らせん状走査）
別の実施形態では、像１００は、基板６０に対してらせん状パターンで走査される。図１２は、ステージ４６上に位置する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らせん状走査パターン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】
実施形態の一例では、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。らせん状走査パターンの一部によって各基板が覆われるように、らせん状走査パターン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から像１００までの距離に反比例して変化させる。らせん状走査の利点は、処理の開始時と終了時を除いて、急速な加速／減速が存在しない点である。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点である。
【０１０４】
（交互ラスタ状走査）
隣り合う経路セグメントの間隔が小さい状態で、牛耕状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がある。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。ビーム強度が適切に修正されない限り、この勾配によって、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均一な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、交互ラスタ状走査経路７００を示す基板６０の平面図であり、交互ラスタ状走査経路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、まず、交互ラスタ状走査経路７００では、隣り合う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の走査を行なう。実施形態の一例では、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。実施形態の一例では、ギャップ７０６の幅は、像１００の長さＬ１と同じかまたはほぼ等しい。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、らせん状走査方法（曲線７２０）、光学的走査方法（曲線７２４）、および牛耕状（Ｘ−Ｙ）走査方法（曲線７２６）に関する、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、ガウス分布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の一例を想定しており、したがって、１００ミクロンのビーム幅Ｌ２を用いて、重なり合う走査経路において走査されたガウス分布型の像１００が、約±２％の放射線均一性で得られる。
【０１０７】
このプロットから、らせん状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、らせん状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、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も有効である。
【０１０９】
本発明の多くの利点および特徴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、本発明の目的と範囲に従う上述した装置の利点および特徴をすべて網羅されることを意図する。さらに、当業者は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、ここで説明された構造および動作そのものに本発明を限定することは望ましくない。したがって、他の実施形態は添付した請求項の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の概括的な実施形態の装置を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの装置によって基板上に形成された長寸（長さ）Ｌ１および短寸（幅）Ｌ２を有する理想的な線像の実施形態の一例を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、実際の線像と関連付けられた強度分布を示す２次元プロットである。
【図１Ｄ】図１Ｄは、基板の表面で線像を形成する円錐ミラーを含む、図１Ａの装置のための光学系の実施形態の一例を示す模式図である。
【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のレーザ走査装置の実施形態の一例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どのように放射線ビームのプロファイルを変更するかを説明する模式図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ガウス分布−フラットトップコンバータを含むコンバータ／光学系の実施形態の一例の断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、例えば図２Ｃのコンバータ／光学系により形成される、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、像の端部における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の一例を示す、付加的な要素を有する図１Ａの装置と同様の装置を示す模式図である。
【図４】図４は、入射角Φが０°または０°の近傍である場合における、図３の装置の反射された放射線モニタの実施形態の一例を示す。
【図５】図５は、走査時に、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３の装置の診断システムの実施形態の一例の拡大図である。
【図６】図６は、１４１０℃の黒体に関する、相対的強度 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およびドレイン領域でドーパントを活性化するために用いられる温度よりも若干高い。
【図７】図７は、格子パターンにおいて位置合わせされた形状を有する基板の拡大等角図であり、格子パターン形状に相対的な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°配向が示されている。
【図８】図８は、以下の表面から反射する波長１０．６ミクロンのレーザ放射線ビームのｐ−偏光およびｓ−偏光方向に関する、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、例えば形成された格子パターンを有する半導体ウエハの形態で基板を処理するのに使用される、本発明の一実施形態の装置の平面等角図であり、最適放射線ビームジオメトリーでの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、像の牛耕状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実施形態の一例の断面図である。
【図１２】図１２は、回転式および直線的に移動して像のらせん状走査を基板の上方にて行なうことができる、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、交互ラスタ状の走査パターンを示す基板の平面図であり、走査経路は空間によって分離されて、隣り合う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、交互ラスタ状の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、隣り合う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、本発明の装置にかかる、らせん状の走査方法、光学的走査方法、および牛耕状走査方法に関する、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１Ａ】
2006505953.tif 000003
【図１Ｂ】
2006505953.tif 000004
【図１Ｃ】
2006505953.tif 000005
【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
2006505953.tif 000007
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2006505953.tif 000009
【図２Ｄ】
2006505953.tif 000010
【図２Ｅ】
2006505953.tif 000011
【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】
2006505953.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
2006505953.tif 000023
【図１４】
2006505953.tif 000024
【国際調査報告】
2006505953.tif 000025
2006505953.tif 000026