(57)【要約】【課題】半導体装置の製造歩留りを向上させる。【解決手段】ウエハ（半導体ウエハ）ＷＨの主面１ａ側に、周縁領域１ｄからデバイス領域１ｃを経由して前記周縁領域に至る走査軌道１５に沿ってレーザ光ＬＺを照射し、ウエハＷＨの主面１ａ側を加熱するレーザアニール処理工程を以下のように行う。ウエハＷＨの周縁領域１ｄには、第１出力ＰＷ１でレーザ光ＬＺを照射し、ウエハＷＨのデバイス領域１ｃには、第１出力ＰＷ１よりも高い第２出力ＰＷ２でレーザ光ＬＺを照射する。そして、半導体基板１の線膨張係数をα１、絶縁膜の残存膜２の線膨張係数をα２、レーザ光ＬＺが照射された時の半導体基板１の温度をＴ１、レーザ光ＬＺが照射された時の残存膜２の温度をＴ２とした時、α１×Ｔ１≧α２×Ｔ２とする。【選択図】図７
2012094698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）デバイス領域、および平面視において前記デバイス領域の周囲を囲むように配置される周縁領域を備えた主面、を有する半導体ウエハを準備する工程と、
（ｂ）前記半導体ウエハの前記主面側に、前記周縁領域から前記デバイス領域を経由して前記周縁領域に至る第１の走査軌道に沿ってレーザ光を照射し、前記半導体ウエハの前記主面側を加熱する工程と、
を含み、
前記（ａ）工程には、
（ａ１）前記半導体ウエハが備える半導体基板の前記主面上に絶縁膜を形成する工程、
（ａ２）前記デバイス領域の前記主面上の絶縁膜を除去する工程、
が含まれ、
前記（ａ２）工程後の前記周縁領域の前記主面上には、前記絶縁膜の一部である残存膜が残っており、
前記レーザ光が照射された時の前記周縁領域の前記半導体基板の温度は、８００℃よりも大きく、
前記半導体ウエハを構成する前記半導体基板の線膨張係数をα１、前記絶縁膜の前記残存膜の線膨張係数をα２、前記レーザ光が照射された時の前記周縁領域の前記半導体基板の温度をＴ１、前記レーザ光が照射された時の前記周縁領域の前記絶縁膜の前記残存膜の温度をＴ２とすると、α１×Ｔ１≧α２×Ｔ２となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記（ｂ）工程には、
（ｂ１）前記半導体ウエハの前記周縁領域に、第１出力で前記レーザ光を照射する工程と、
（ｂ２）前記半導体ウエハの前記デバイス領域に、前記第１出力よりも高い第２出力で前記レーザ光を照射する工程と、
が含まれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記半導体ウエハの前記周縁領域における前記主面は、前記デバイス領域における前記主面に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記残存膜は、前記周縁領域の傾斜面上に存在することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記（ｂ）工程では、
前記周縁領域の一端部から前記半導体ウエハの中心を介して前記一端部の反対側に位置する他端部に向かう第２の走査軌道に沿って複数の前記第１の走査軌道が設けられ、前記複数の第１の走査軌道に沿って前記レーザ光を照射し、
前記複数の第１の走査軌道のそれぞれは、
前記周縁領域において、前記半導体基板の結晶方位が（１１０）面となる面の延在方向に対して傾斜していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記周縁領域における前記複数の第１の走査軌道と前記半導体基板の（１１０）面の延在方向の成す角度（傾斜角度）は５°以上８５°以下となっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項２において、
前記第１の出力は、前記第２の出力に対して、５０％よりも大きく、かつ、７０％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記第１の出力は、前記第２の出力に対して、６５％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１において、
前記半導体ウエハの前記周縁領域には、他の領域よりも歪み量が大きい歪み部が存在し、
前記（ｂ）工程では、
前記周縁領域のうち、前記歪み部には前記レーザ光を照射しないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記（ｂ）工程では、
前記周縁領域の一端部から前記半導体ウエハの中心を介して前記一端部の反対側に位置する他端部に向かう第２の走査軌道に沿って複数の前記第１の走査軌道が設けられ、前記複数の第１の走査軌道に沿って前記レーザ光を照射し、
前記複数の第１の走査軌道のそれぞれは、一つの凸部と、前記凸部の両隣に配置される裾野部を有する曲線形状となっており、
前記歪み部は、前記凸部よりも前記裾野部側に位置するように前記複数の第１の走査軌道を配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
（ａ）デバイス領域、および平面視において前記デバイス領域の周囲を囲むように配置される周縁領域を備えた主面、を有する半導体ウエハを準備する工程と、
（ｂ）前記半導体ウエハの前記主面側に、前記周縁領域から前記デバイス領域を経由して前記周縁領域に至る第１の走査軌道に沿ってレーザ光を照射し、前記半導体ウエハの前記主面側を加熱する工程と、
を含み、
前記（ａ）工程には、
（ａ１）前記半導体ウエハが備える半導体基板の前記主面上に絶縁膜を形成する工程、
（ａ２）前記デバイス領域の前記主面上の絶縁膜を除去する工程、
が含まれ、
前記（ｂ）工程には、
（ｂ１）前記半導体ウエハの前記周縁領域に、第１出力で前記レーザ光を照射する工程と、
（ｂ２）前記半導体ウエハの前記デバイス領域に、前記第１出力よりも高い第２出力で前記レーザ光を照射する工程と、
が含まれ、
前記第１の出力は、前記第２の出力に対して、５０％よりも大きく、かつ、７０％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記半導体ウエハの前記周縁領域における前記主面は、前記デバイス領域における前記主面に対して傾斜する傾斜面を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記（ｂ）工程では、
前記周縁領域の一端部から前記半導体ウエハの中心を介して前記一端部の反対側に位置する他端部に向かう第２の走査軌道に沿って複数の前記第１の走査軌道が設けられ、前記複数の第１の走査軌道に沿って前記レーザ光を照射し、
前記複数の第１の走査軌道のそれぞれは、
前記周縁領域において、前記半導体基板の結晶方位が（１１０）面となる面の延在方向に対して傾斜していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記周縁領域における前記複数の第１の走査軌道と前記半導体基板の（１１０）面の延在方向の成す角度（傾斜角度）は５°以上８５°以下となっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記半導体ウエハの前記周縁領域には、他の領域よりも歪み量が大きい歪み部が存在し、
前記（ｂ）工程では、
前記周縁領域のうち、前記歪み部には前記レーザ光を照射しないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記（ｂ）工程では、
前記周縁領域の一端部から前記半導体ウエハの中心を介して前記一端部の反対側に位置する他端部に向かう第２の走査軌道に沿って複数の前記第１の走査軌道が設けられ、前記複数の第１の走査軌道に沿って前記レーザ光を照射し、
前記複数の第１の走査軌道のそれぞれは、一つの凸部と、前記凸部の両隣に配置される裾野部を有する曲線形状となっており、
前記歪み部は、前記凸部よりも前記裾野部側に位置するように前記複数の第１の走査軌道を配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０において、
前記第１の出力は、前記第２の出力に対して、６５％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
（ａ）デバイス領域、および平面視において前記デバイス領域の周囲を囲むように配置される周縁領域を備えた主面、を有する半導体基板を準備する工程
（ｂ）前記デバイス領域の前記主面上に、ゲート電極を形成する工程、
（ｃ）前記半導体基板の前記主面上に前記主面を覆う絶縁膜を形成する工程、
（ｄ）前記ゲート電極の側面に前記絶縁膜が残るように、前記絶縁膜の一部を除去する工程、
（ｅ）前記ゲート電極の隣に配置される半導体領域に、前記主面側から不純物イオンを注入する工程、
（ｆ）前記不純物イオンが注入された前記半導体領域を加熱して、前記半導体領域を活性化させる工程、
を含み、
前記（ｄ）工程後の前記周縁領域の前記主面上には、前記絶縁膜の一部である残存膜が残っており、
前記（ｆ）工程では、
前記半導体基板の前記主面側に、前記周縁領域から前記デバイス領域を経由して前記周縁領域に至る第１の走査軌道に沿ってレーザ光を照射し、前記半導体領域をアニール温度まで加熱することにより、前記半導体領域が活性化され、
前記レーザ光が照射された時の前記周縁領域の前記半導体基板の温度は、８００℃よりも大きく、
前記半導体ウエハを構成する前記半導体基板の線膨張係数をα１、前記絶縁膜の前記残存膜の線膨張係数をα２、前記レーザ光が照射された時の前記周縁領域の前記半導体基板の温度をＴ１、前記レーザ光が照射された時の前記周縁領域の前記絶縁膜の前記残存膜の温度をＴ２とすると、α１×Ｔ１≧α２×Ｔ２となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記（ｆ）工程には、
（ｆ１）前記半導体基板の前記周縁領域に、第１出力で前記レーザ光を照射する工程と、
（ｆ２）前記半導体基板の前記デバイス領域に、前記第１出力よりも高い第２出力で前記レーザ光を照射する工程と、
が含まれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記第１の出力は、前記第２の出力に対して、５０％よりも大きく、かつ、７０％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記第１の出力は、前記第２の出力に対して、６５％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に半導体基板にレーザ光を照射して、アニール処理を施す工程に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に不純物拡散領域を形成する技術として、半導体領域に不純物イオンを注入した後、加熱処理（アニール処理）を施して不純物イオンを活性化させる技術がある（例えば、特開２００７−２２１１５７号公報（特許文献１）を参照）。
【０００３】
また、加熱源として走査レーザ放射線を用いてアニール処理を行うレーザアニール処理技術がある（例えば、特開２００５−２４４１９１号公報（特許文献２）を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２１１５７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４４１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ（半導体基板、以下、単にウエハと記載する）の主面に複数の不純物拡散領域（不純物イオンが拡散された半導体領域）を形成し、ダイオードやトランジスタなどの半導体素子を形成する。この不純物拡散領域を形成する工程では、例えばイオン注入工程でウエハの主面の半導体領域に不純物イオンを注入した後、アニール工程で熱処理を施す。このアニール工程で熱処理を施すと、注入された不純物イオンが活性化され、また、イオン注入時の半導体領域の結晶の損傷を回復させることができる。
【０００６】
加熱源としてレーザ光を用いたアニール処理であるレーザアニール処理では、ウエハの周縁領域からデバイス領域を経由して周縁領域に至る走査軌道に沿ってレーザ光を照射し、被照射領域を加熱する。このレーザアニール処理では、不純物イオンを注入した半導体領域を短時間で高温に加熱することができるので、加熱時間を短縮することができる。半導体領域の加熱時間を短縮すると、熱処理に伴う不純物イオンの拡散を防止ないしは抑制することができる。したがって、レーザアニール処理は半導体領域の加熱時間を短縮し、半導体素子を微細化することができる点で有利である。
【０００７】
ところが、レーザアニール処理では、レーザ光を照射したウエハが破断してしまうという課題が発生する。本願発明者は、このレーザアニール処理時のウエハの破断について検討し、ウエハの破断はウエハの周縁領域を起点として発生し、レーザ光の走査軌道に沿ってデバイス領域内まで進展することを見出した。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体装置の製造歩留りを向上させる技術を提供することにある。また、その他の目的としては、レーザアニール処理時のウエハの破断を防止ないしは抑制する技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
すなわち、本願発明の一態様である半導体装置の製造方法は、（ａ）デバイス領域、および平面視前記デバイス領域の周囲を囲むように配置される周縁領域を備えた主面、を有する半導体ウエハを準備する工程を含んでいる。また、（ｂ）前記半導体ウエハの前記主面側に、前記周縁領域から前記デバイス領域を経由して前記周縁領域に至る走査軌道に沿ってレーザ光を照射し、前記半導体ウエハの前記主面側を加熱する工程を含んでいる。また、前記（ａ）工程には、（ａ１）前記半導体ウエハが備える半導体基板の前記主面上に絶縁膜を形成する工程と、（ａ２）前記デバイス領域の前記主面上の絶縁膜を除去する工程と、が含まれる。前記（ａ２）工程後の前記周縁領域の前記主面上には、前記絶縁膜の一部である残存膜が残っている。ここで、前記レーザ光が照射された時の前記周縁領域の前記半導体基板の温度は、８００℃よりも大きい。また、前記半導体ウエハを構成する前記半導体基板の線膨張係数をα１、前記絶縁膜の残存膜の線膨張係数をα２、前記レーザ光が照射された時の前記周縁領域の前記半導体基板の温度をＴ１、前記レーザ光が照射された時の前記周縁領域の前記絶縁膜の残存膜の温度をＴ２とすると、α１×Ｔ１≧α２×Ｔ２とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１３】
すなわち、本願発明の一態様によれば、製造歩留りの向上が図れる。また、レーザアニール処理時のウエハの破断を防止ないしは抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法におけるレーザアニール処理工程において、レーザ光を照射するウエハの全体構造を示す平面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大平面図である。
【図３】図１に示すウエハの周縁領域の断面形状の概要を示す拡大断面図である。
【図４】図３に対する変形例を示す拡大断面図である。
【図５】図１に示すウエハにレーザを照射するレーザ照射装置の概要構成を模式的に示す説明図である。
【図６】図１に示すウエハ上におけるレーザ光の走査軌道を示す平面図である。
【図７】図６に示すウエハにレーザ光を照射する工程を模式的に示す説明図である。
【図８】図７に示すウエハの周縁領域にレーザ光を照射した時のレーザ光の出力、被照射領域に発生する応力、およびウエハの温度の関係を示す説明図である。
【図９】図８に示す相関関係をグラフ化して示す説明図である。
【図１０】図８に示すレーザ光の出力と半導体基板の温度の関係の詳細を示す説明図である。
【図１１】図１０に示すレーザ光の出力と半導体温度の関係をグラフ化して示す説明図である。
【図１２】図６に示す半導体ウエハの（１１０）面の平面視における延在方向を模式的に示す説明図である。
【図１３】図２に示す拡大平面において、図６に示すレーザ光の走査軌道および図１２に示す（１１０）面の平面視における延在方向を模式的に示す説明図である。
【図１４】図６に示すウエハにおける歪み部の位置と走査軌道の方向の関係を示す説明図である。
【図１５】半導体基板準備工程で準備する半導体基板の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図１６】図１５に示す半導体基板の主面に素子分離領域を形成した状態を示す拡大断面図である。
【図１７】図１６に示す半導体基板の主面にウェル領域を形成した状態を示す拡大断面図である。
【図１８】図１７に示す半導体基板の主面に半導体素子を形成した状態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（本願における記載形式の説明）
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
【００１６】
＜レーザアニール処理工程＞
まず、本実施の形態の半導体装置の製造方法におけるレーザアニール処理工程の概要について説明する。図１は、本実施の形態のレーザアニール処理工程において、レーザ光を照射するウエハの全体構造を示す平面図、図２は、図１のＡ部の拡大平面図である。また、図３は図１に示すウエハの周縁領域の断面形状の概要を示す拡大断面図、図４は、図３に対する変形例を示す拡大断面図である。また、図５は、図１に示すウエハにレーザを照射するレーザ照射装置の概要構成を模式的に示す説明図、図６は、図１に示すウエハ上におけるレーザ光の走査軌道を示す平面図である。なお、本セクションでは、レーザアニール処理工程の一例として、半導体ウエハのデバイス領域のソース用またはドレイン用の半導体領域（不純物拡散領域）に対してレーザアニール処理を施す工程を取り上げて説明する。
【００１７】
レーザアニール処理工程では、まず、図１に示すようなウエハ（半導体ウエハ）ＷＨを準備する。図１に示すようにウエハＷＨは、平面視において略円形を成す主面（半導体集積回路形成面）１ａ、および主面１ａの反対側に位置する裏面１ｂ（図３参照）を有している。ウエハＷＨの基材となる半導体基板１（図３、図４参照）は、例えば、ｐ型のシリコン（Ｓｉ）単結晶からなり、図３および図４に示すように主面１ａおよび裏面１ｂを有している。主面１ａの直径は、２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度であって本実施の形態では、例えば３００ｍｍである。また、ウエハＷＨの主面１ａは、デバイス領域（チップ領域）１ｃおよび、平面視においてデバイス領域１ｃの周囲を囲むように配置される周縁領域１ｄ（図１および図２においてハッチングを付して示す領域）を備えている。詳しくは、図２に示すように、主面１ａは、平面形状が例えば四角形からなる複数のデバイス領域１ｃ、およびデバイス領域１ｃの間に配置されるスクライブ領域１ｅを備える。この複数のデバイス領域１ｃのそれぞれが、半導体チップ（半導体装置）に相当し、ウエハ状態での製造工程が完了した後、個片化工程において、スクライブ領域１ｅに沿って各デバイス領域１ｃを分割することにより、複数の半導体チップ（半導体装置）が得られる。一方、周縁領域１ｄは、前記した個片化工程でデバイス領域１ｃと分離される外枠領域であり、半導体装置としては製品化されない領域である。
【００１８】
ウエハＷＨの周縁領域１ｄは、図３に示すように、主面１ａ側および裏面１ｂ側のそれぞれに、デバイス領域１ｃにおける主面１ａ、裏面１ｂに対して傾斜する傾斜面を有している。周縁領域１ｄの幅は、例えば２ｍｍ〜３ｍｍ程度であるが、この周縁領域１ｄのうち、主面１ａのエッジ部（端部）側の一部が傾斜面となっている。ウエハＷＨは、前記したように、例えばシリコン（Ｓｉ）単結晶などの半導体材料から成る半導体基板１を備えるが、シリコン（Ｓｉ）は、脆性材料であるため、製造工程中にウエハＷＨ１に衝撃が印加されると、ウエハＷＨのエッジ部（周縁領域１ｄの最外周の端部）が破壊され易い。そこで、ウエハＷＨの周縁領域１ｄのエッジ部（最外周側）に傾斜面を設けることで、ウエハＷＨの破壊を防止ないしは抑制することができる。言い換えれば、ウエハＷＨの周縁領域１ｄのエッジ部（最外周側）に面取り加工を施すことで、ウエハＷＨの破壊を防止ないしは抑制することができる。なお、図３では、面取り加工部の形状の一例として、主面１ａ側および裏面１ｂ側のそれぞれにテーパ状の傾斜面を形成したテーパ型のウエハＷＨ１を示しているが面取り加工部（傾斜面）の形状はテーパ型に限定されない。例えば、図４に変形例として示すウエハＷＨ２のように、曲面状の傾斜面を形成したラウンド型の形状とすることができる。
【００１９】
レーザアニール処理工程では、図５に示すようにレーザ照射装置１０を用いて、ウエハＷＨの主面１ａ側にレーザ光ＬＺを照射し、ウエハＷＨの主面１ａ側を加熱（アニール）する。レーザ照射装置１０は、ウエハＷＨを支持する支持部（ステージ）１１、レーザ光ＬＺの発生源である光源１２、光源１２で発生したレーザ光ＬＺに処理を施し、ウエハＷＨの主面１ａに照射する光学系部１３、およびレーザ光ＬＺの照射位置や加熱温度を制御する制御部１４を備えている。光学系部１３には、ミラー１３ａや減衰器１３ｂなどが含まれる。また制御部１４には、例えば、ウエハＷＨのレーザ光ＬＺが照射された被照射領域の温度を測定する温度計１４ａや、測定データに基いて光源１２などを制御する制御回路部１４ｂが含まれる。また、図示は省略したが、制御部１４には、ウエハＷＨの位置を測定し、制御回路部１４ｂにウエハ位置の測定データを伝送する位置センサが含まれる。また、支持部１１には、ウエハＷＨを例えば吸着保持する保持部１１ａ、および保持されたウエハＷＨを、レーザ光ＬＺを走査する走査軌道に沿って移動させる可動部（移動ステージ）１１ｂが含まれる。
【００２０】
加熱源であるレーザ光ＬＺとしては、種々の変形例を適用することができるが、本実施の形態では、例えば、レーザ光ＬＺを増幅する媒質として炭酸ガス（ＣＯ２ガス）を用いて、約１０μｍ程度の波長の赤外光を発生させる、所謂炭酸ガスレーザを用いている。また、レーザ光ＬＺは、例えば、断続的に発生するパルスレーザよりも高いコヒーレンスが得られるＣＷレーザ（Continuous wave laser）である。
【００２１】
また、レーザ光ＬＺの照射位置を走査させる方式としては、レーザ光ＬＺの光軸を走査する方式、ウエハＷＨを移動させる方式、およびこれらを組み合わせた方式がある。本実施の形態では、高速、かつ正確にレーザ光ＬＺを走査させる観点から、レーザ光ＬＺの光軸を固定し、ウエハを固定した支持部１１を移動させることにより走査させる方式を用いている。可動部１１ｂは、例えば１６０ｍｍ／秒の速度で図５に矢印を付して示すように平面方向に移動する。これにより、走査時の光軸のずれを防止できるので、ウエハＷＨの主面１ａに対するレーザ光ＬＺの入射角度を一定に維持することができる。例えば本実施の形態では、主面の法線方向と、レーザ光ＬＺの光軸の成す角度が７６°となるように照射される。これにより、シリコンに対するレーザ光ＬＺの吸収効率が向上するため、被照射領域を極めて短時間で設定温度（アニール温度）まで昇温させることができる。
【００２２】
また、本実施の形態では、温度計１４ａにより被照射領域の温度を測定する。このため、この測定データを温度計１４ａから制御回路部１４ｂに伝送し、制御回路部１４ｂから制御信号を、例えば光源１２などに伝送することで、ウエハＷＨの被照射領域の温度をフィードバック制御することができる。
【００２３】
また、レーザアニール処理工程では、レーザ光ＬＺが照射された領域周辺が局所的に加熱されるので、図１に示すデバイス領域１ｃの全域に亘ってアニール処理を施すには、レーザ光ＬＺを走査させる必要がある。このため、図６に示すように、周縁領域１ｄからデバイス領域１ｃを経由して反対側の周縁領域１ｄに至る走査軌道（第１の走査軌道）１５に沿って照射する。本実施の形態では、走査軌道１５は、平面視において放物線形状（あるいは円弧形状）を成す。また、図６に示すように、周縁領域１ｄの一端部からウエハＷＨの中心を介して一端部の反対側に位置する他端部に向かう走査軌道（第２の走査軌道）１６に沿って走査軌道１５を移動させて、照射する。言い換えれば、周縁領域１ｄの一端部からウエハＷＨの中心を介して一端部の反対側に位置する他端部に向かう走査軌道（第２の走査軌道）１６に沿って複数の走査軌道１５が設けられ、この複数の走査軌道１５に沿ってレーザ光ＬＺ（図５参照）を照射する。これにより、図１に示すデバイス領域１ｃの全域に亘ってレーザ光ＬＺ（図５参照）を照射することができる。このため、デバイス領域１ｃ内は所定のアニール温度まで加熱され、アニール処理が施される。
【００２４】
ところが、前記したように、レーザアニール処理では、レーザ光ＬＺを照射したウエハが破断してしまうという課題が発生する。本願発明者による検討の結果、レーザアニール処理時のウエハの破断はウエハの周縁領域を起点として発生し、レーザ光ＬＺの走査軌道に沿ってデバイス領域内まで進展することが判った。以下、本願発明者が検討したウエハＷＨの破断の発生要因およびその解決手段について詳細に説明する。図７は、図６に示すウエハにレーザ光を照射する工程を模式的に示す説明図である。
【００２５】
＜１．熱応力による破断＞
ウエハＷＨの破断の発生要因として、まず、レーザアニール処理時に半導体基板１に発生する応力がある。ウエハＷＨにレーザ光ＬＺを照射すると、被照射領域ではウエハＷＨの構成材料が熱膨張する。また、レーザ光ＬＺの照射が終わるとウエハＷＨは冷却され、ウエハＷＨの構成材料が熱収縮する。半導体装置の製造工程では、酸化膜（例えばシリコン酸化膜）や窒化膜（例えばシリコン窒化膜）などの絶縁膜を形成する工程、およびこれらの絶縁膜を除去する工程を繰り返し行う。また、ウエハＷＨの周縁領域１ｄまで完全に絶縁膜を除去することが困難であるため、例えば図３および図４に示すようにウエハＷＨの周縁領域１ｄには、除去しきれなかった絶縁膜の一部が半導体基板１上に残存膜２として残っている。特に、周縁領域１ｄのエッジ部では、デバイス領域１ｃの主面１ａに対して傾斜する傾斜面となっているため、残存膜２が残り易い。この絶縁膜の残存膜２（例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜）と、ウエハＷＨを構成する半導体材料（例えば、半導体基板１を構成するシリコン）は、レーザ光ＬＺの吸収効率が異なるため、照射するレーザ光ＬＺのエネルギーが等しい場合でも、温度が異なる。また、残存膜２と半導体基板１は、線膨張係数が異なるため、例え同じ温度であっても、熱膨張量、あるいは熱収縮量が異なる。このため、残存膜２が残った周縁領域１ｄにレーザ光ＬＺを照射すると、被照射領域には、構成材料のレーザ光吸収効率および線膨張係数の相違に起因する応力（熱応力）が発生する。
【００２６】
この応力をσ、半導体基板１の線膨張係数をα１、残存膜２の線膨張係数をα２、レーザ光ＬＺが照射された時の周縁領域１ｄの半導体基板１の温度をＴ１、レーザ光ＬＺが照射された時の周縁領域１ｄの残存膜２の温度をＴ２とすると、応力σは次式で定義することができる。
【００２７】
σ＝Ｅ（α１×Ｔ１−α２×Ｔ２）      （式１）
（式１）のＥはウエハＷＨを構成する半導体基板１のヤング率であって、例えば単結晶シリコンの場合、１．７×１０１１［Ｐａ］である。また、α１は、例えば単結晶シリコンの場合は４．０×１０−６［１／Ｋ］、α２は、例えば窒化シリコンの場合は３．５×１０−６［１／Ｋ］である。また、Ｔ１およびＴ２は絶対温度［Ｋ］である。
【００２８】
上記（式１）において、σが正の値となる時には半導体基板１に対して圧縮応力が生じ、σが負の値となる時には半導体基板１に対して引張応力が生じる。ここで、応力によりウエハＷＨが破断するのは、半導体基板１に対して引張応力が生じた時、すなわち、σが負になった時である。したがって、（式１）において、０≦Ｅ（α１×Ｔ１−α２×Ｔ２）となれば、応力によるウエハＷＨの破断を防止ないしは抑制することができる。ここで、仮にデバイス領域１ｃ内で引張応力が発生したとしても、応力は周囲に分散するので、例えば５×１０８［Ｐａ］以上の非常に大きな引張応力が発生しない限りはウエハＷＨの破断は発生し難い。一方、周縁領域１ｄでは、応力が開放端となるエッジ部（周縁領域１ｄの最外周）に集中するため、引張応力が発生すると、エッジ部において破断が発生し易い。このため、ウエハＷＨの破断はウエハＷＨの周縁領域１ｄを起点として発生する。そして、周縁領域１ｄに破断が発生すると、破断個所が応力の開放端となるので、レーザ光ＬＺの走査方向に沿って破断が進展することとなる。したがって、（式１）より、周縁領域１ｄにレーザ光ＬＺを照射する時にα１×Ｔ１≧α２×Ｔ２となっていれば、引張応力が発生し難いので、応力によるウエハＷＨの破断（破断の起点）の発生を防止ないしは抑制することができる。また、周縁領域１ｄにおいて破断の発生を防止すれば、破断進展の起点が発生しないので、結果としてデバイス領域１ｃに破断が進展することを防止ないしは抑制することができる。
【００２９】
また、（式１）において、ヤング率Ｅおよび線膨張係数α１、α２は、材料に依存する係数なので、α１×Ｔ１≧α２×Ｔ２とするためには、絶対温度Ｔ１、Ｔ２を調整することとなる。絶対温度Ｔ１、Ｔ２は、ウエハＷＨを構成する半導体基板１および残存膜２のそれぞれが吸収するレーザ光ＬＺのエネルギーにより変化する。デバイス領域１ｃでは、半導体基板１の温度を、アニール温度（アニール処理を行うために必要な温度であって、例えば、約１２００°程度）とするために必要な量のエネルギー（例えば、２１００Ｗ程度）を半導体基板１に吸収させる。しかし、周縁領域１ｄにおける吸収エネルギーがデバイス領域１ｃにおける吸収エネルギーと同じになると、上記したα１×Ｔ１≧α２×Ｔ２の関係を満たさなくなる。したがって、α１×Ｔ１≧α２×Ｔ２の関係を満たすため、周縁領域１ｄにおける吸収エネルギーがデバイス領域１ｃにおける吸収エネルギーよりも小さくなるように調整する必要がある。
【００３０】
周縁領域１ｄにおける吸収エネルギーがデバイス領域１ｃにおける吸収エネルギーよりも小さくなるように調整する方法として、レーザ光ＬＺの照射時間を調整する方法、レーザ光ＬＺの出力を調整する方法、およびこれらを組み合わせる方法が考えられる。レーザアニール処理工程では、各領域に対するレーザ光ＬＺの照射時間は、例えば１ミリ秒以下と非常に短いため、温度制御の精度向上の観点から、本実施の形態では、レーザ光ＬＺの出力を調整する方法を用いている。具体的には、本実施の形態のレーザアニール処理工程には、ウエハＷＨの周縁領域１ｄに第１出力ＰＷ１でレーザ光ＬＺを照射する工程と、ウエハＷＨのデバイス領域１ｃに、第１出力ＰＷ１よりも高い第２出力ＰＷ２でレーザ光ＬＺを照射する工程と、が含まれる。言い換えれば、周縁領域１ｄには、デバイス領域１ｃをアニール温度まで昇温させるのに必要な出力（第２出力ＰＷ２）よりも小さい出力（第１出力ＰＷ１）のレーザ光ＬＺを照射している。また、本実施の形態では、図６に示すように、周縁領域１ｄからデバイス領域１ｃを経由して周縁領域１ｄに至る走査軌道（第１の走査軌道）１５に沿ってレーザ光ＬＺ（図７参照）を照射する。このため、図７に示すように周縁領域１ｄからデバイス領域１ｃに被照射領域が移る際に、レーザ光ＬＺの出力を上昇させる。また、デバイス領域１ｃから周縁領域１ｄに被照射領域が移る際に、レーザ光ＬＺの出力を低下させる。レーザ光ＬＺの出力を小さくすると、レーザ光ＬＺを吸収することによる周縁領域１ｄの温度は、デバイス領域１ｃの温度（アニール温度）よりも低くなる。また、これに伴い、周縁領域１ｄにおける半導体基板１の温度Ｔ１と残存膜２の温度Ｔ２の温度差は小さくなる。つまり、周縁領域１ｄにおけるレーザ光ＬＺの出力をデバイス領域１ｃにおけるレーザ光ＬＺの出力よりも小さくすることにより、絶対温度Ｔ１、Ｔ２を調整し、α１×Ｔ１≧α２×Ｔ２とすることができる。
【００３１】
以下、レーザ光ＬＺの出力と応力σの関係について、図８および図９を用いて説明する。図８は、図７に示すウエハの周縁領域にレーザ光ＬＺを照射した時のレーザ光ＬＺの出力、被照射領域に発生する応力、およびウエハの温度の関係を示す説明図、図９は、図８に示す相関関係をグラフ化して示す説明図である。なお、図８および図９に示すデータは、本願発明者が以下の条件でシミュレーションを行った結果を示している。すなわち、レーザ出力は、シリコンからなるウエハＷＨ（図７参照）のデバイス領域１ｃ（図７参照）の温度をアニール温度まで昇温させるために必要な出力（図７に示す第２出力ＰＷ２）を１００％とし、この第２出力ＰＷ２に対する比率を％表示で示している。また、アニール温度は１１９０［℃］（１４６３［Ｋ］）とした。シリコンからなる半導体基板１をアニール温度である１１９０℃まで昇温させるための出力（第２出力ＰＷ２）は、２１００［Ｗ］である。また、ウエハＷＨの半導体基板１の放射率（吸収効率）は０．６５、窒化シリコンからなる残存膜２の放射率（吸収効率）は０．８５とした。また、応力σは、前記した（式１）より算出した値である。また、図８では、ウエハＷＨの半導体基板１の温度Ｔ１および残存膜２の温度Ｔ２は、絶対温度［Ｋ］の他、参考として［℃］を括弧書きで示したが、応力σを算出する際には、絶対温度［Ｋ］を用いて算出している。
【００３２】
図９に示すように、レーザ光ＬＺ（図７参照）の出力ＰＷと被照射領域に発生する応力σは、一対一の対応関係（比例関係）となることが判る。詳しくは、出力ＰＷが約７３％の時に応力σは０［Ｐａ］となり、出力ＰＷがこれより高い場合には応力σは負の値となり、反対に出力ＰＷがこれより低い場合には応力σは正の値となる。したがって、出力ＰＷを７３％よりも小さくすれば、ウエハＷＨ（図７参照）の破断の原因となる引張応力の発生を防止ないしは抑制することができる。この時、図８に示すように、ウエハＷＨ（図７参照）の半導体基板１（図７参照）の温度Ｔ１および残存膜２（図７参照）の温度Ｔ２は、アニール温度よりも低くなる。したがって、残存膜２の温度がアニール温度よりも低くなる程度まで出力を低下させれば、引張応力の発生を防止ないしは抑制することができる。なお、図８および図９に示す結果は、前記した条件によりシミュレーションを行った一例であって、厳密には、例えば、アニール温度や残存膜２の材料等により応力σが０［Ｐａ］となるレーザ出力が変化する。したがって、条件が変化すれば、例えば出力ＰＷを７３％としても、ウエハＷＨの破断が発生する場合がある。しかし、一般に、レーザアニール処理の場合、アニール温度は例えば１１５０℃〜１３００℃程度の狭い温度範囲で設定される。また、ウエハＷＨを構成する半導体基板１や、残存膜２の材料を変えてもレーザ光ＬＺの出力ＰＷと被照射領域に発生する応力σは一対一の対応関係（比例関係）となり、出力ＰＷが約７０％〜約７５％の範囲で応力σは０［ｐａ］となる。本願発明者が検討した結果によれば、上記条件の変化による誤差を考慮しても、出力ＰＷが７０％以下、もしくは安全率を考慮して６５％以下とすれば、ウエハＷＨの破断の発生は実効上十分に抑制することができる。つまり、出力ＰＷを特に好ましくは６５％以下とすることにより、前記したα１×Ｔ１≧α２×Ｔ２の関係を確実に満足させることができるのでウエハＷＨの破断の発生を防止ないしは抑制することができる。
【００３３】
＜２．半導体基板の歪みによる破断＞
上記の通り、図７に示す周縁領域１ｄに照射するレーザ光ＬＺの出力を低くすることによりウエハＷＨの破断の発生要因である引張応力の発生を防止ないしは抑制することができる。ところが、本願発明者がさらに検討した結果、周縁領域１ｄに照射するレーザ光ＬＺの出力を低くしすぎると、ウエハＷＨの破断が却って発生し易くなることが判った。ウエハＷＨを構成する半導体基板１は、前記した通り例えばシリコン単結晶（不純物イオンが注入されている場合を含む）から成るが、このシリコン単結晶は脆性材料なので、力が加わることにより破壊されやすい。また、ウエハＷＨの周縁領域１ｄには、微細な傷等の歪みが存在する。この歪みは、例えば、ウエハＷＨの周縁領域１ｄのエッジ部（最外周側）に面取り加工を施す際（傾斜面を形成する際）に発生する。また例えば、半導体装置の製造工程において、ウエハＷＨは各種処理装置間を搬送され、搬送時にはロボットなどの搬送装置の保持部をウエハＷＨの周縁領域１ｄに当接させて保持する。このため、搬送装置の保持部と当接したウエハＷＨの周縁領域１ｄの一部に歪みが発生し易い。また例えば、ウエハＷＨの主面上に絶縁膜を形成する工程、あるいはこれを取り除く工程において、ウエハＷＨの周縁領域１ｄに歪みが発生する場合もある。ウエハＷＨ全体を加熱する方式でアニール処理を行う場合、これらの歪みが発生した箇所もアニール温度まで加熱され、結晶中に転位などの格子欠陥が形成されることにより開放される。つまり、加熱されたウエハＷＨが微視的に塑性変形することで、破断することを防止できる。ところが、微視的な塑性変形を生じさせる格子欠陥が形成されるためには、７５０℃〜８００℃以上までウエハＷＨ（詳しくはウエハＷＨを構成する半導体基板１）を加熱する必要があり、８００℃未満では塑性変形する前に半導体基板１がせん断される、所謂、脆性破壊が発生する。このため、ウエハＷＨの周縁領域１ｄを照射された時の半導体基板１の温度が、８００℃未満である場合には、歪みを開放する格子欠陥が形成され難く、この結果、歪みに起因して半導体基板１に脆性破壊、すなわち、ウエハＷＨの破断が発生し易い。したがって、この歪みに起因するウエハＷＨの破断の発生を防止ないしは抑制する観点から、レーザ光ＬＺが照射された時の周縁領域１ｄの半導体基板１の温度（図８に示す温度Ｔ１）は、８００℃以上、より好ましくは、８００℃よりも大きくする必要がある。
【００３４】
温度Ｔ１を調整する方法として、前記したように、レーザ光ＬＺの照射時間を調整する方法、レーザ光ＬＺの出力を調整する方法、およびこれらを組み合わせる方法が考えられるが本実施の形態では、温度制御の精度向上の観点から、レーザ光ＬＺの出力を調整する方法を用いている。図１０は、図８に示すレーザ光の出力と半導体基板１の温度の関係の詳細を示す説明図、図１１は、図１０に示すレーザ光の出力と半導体温度の関係をグラフ化して示す説明図である。なお、図１０および、図１１に示すデータは、前記した図８および図９に示すデータと同じ条件でシミュレーションを行った結果を示している。
【００３５】
図１０および図１１に示すように、レーザ光ＬＺ（図７参照）の出力ＰＷと被照射領域の半導体基板１の温度Ｔ１は、一対一の対応関係（比例関係）となることが判る。詳しくは、出力ＰＷが５０％以下の時には、温度Ｔ１は７９５．３℃以下、出力ＰＷが５５％以上の時には８３４．９℃以上となっている。したがって、図７に示す周縁領域１ｄに照射するレーザ光ＬＺの出力（第１出力）を、アニール温度まで昇温させるために必要な出力（第２出力）に対して５０％よりも大きくすれば、レーザ光ＬＺが照射された時の周縁領域１ｄの半導体基板１の温度Ｔ１を、８００℃以上とすることができる。また、第１出力を第２出力に対して５５％以上にすれば、レーザ光ＬＺが照射された時の周縁領域１ｄの半導体基板１の温度Ｔ１を、確実に８００℃よりも大きくすることができる。言い換えれば、周縁領域１ｄに照射するレーザ光ＬＺの出力（第１出力）を、アニール温度まで昇温させるために必要な出力（第２出力）に対して５０％よりも大きくすれば、半導体基板１の歪みに起因するウエハＷＨの破断の発生を抑制することができる。また、第１出力を第２出力に対して５５％以上にすれば半導体基板１の歪みに起因するウエハＷＨの破断の発生を、より確実に防止ないしは抑制することができる。
【００３６】
なお、上記では、ウエハＷＨの周縁領域１ｄに残存膜２が残っている場合、または、歪みが生じている場合を例にとり説明したが、残存膜２が残っていない場合、または、歪みが生じていない場合についても同様に、周縁領域１ｄにおいて破断の発生が生じる場合がある。即ち、ウエハＷＨの周縁領域１ｄは、テーパ状の傾斜面（図３参照）、または、ラウンド型の形状（図４参照）となっている。この状況下、レーザ光ＬＺをウエハＷＨに対して照射した場合、ウエハＷＨの主面１ａ側と、周縁領域１ｄとでレーザ光ＬＺの入射角が異なるため、それぞれの加熱温度が異なる場合がある。よって、主面１ａ側と周縁領域１ｄの加熱温度の相違に起因する応力（熱応力）が原因である場合も原因として想定される。この場合は、面取り加工されたウエハＷＨの周縁領域１ｄにおける加熱温度を計算して、上述のように、ウエハＷＨの主面１ａ側と周縁領域１ｄとでレーザ光ＬＺの出力を制御すれば良い。
【００３７】
＜３．半導体基板の結晶方位による破断の起こり易さ＞
次に、半導体基板１の結晶方位による破断の起こり易さについて説明する。図１２は、図６に示す半導体ウエハの（１１０）面の平面視における延在方向を模式的に示す説明図である。図１３は、図２に示す拡大平面において、図６に示すレーザ光の走査軌道および図１２に示す（１１０）面の平面視における延在方向を模式的に示す説明図である。なお、図１３では、レーザ光ＬＺ（図７参照）の走査軌道１５と（１１０）面の延在方向２２の成す角度を明確にするため、図２に示すデバイス領域１ｃ、スクライブ領域１ｅの境界線は図示を省略している。
【００３８】
半導体基板１は、前記したように、単結晶シリコン（不純物イオンが注入されている場合を含む）から成るが、半導体基板１の結晶方位によって脆性破壊の発生し易さ（破壊強度）が異なる。詳しくは、結晶方位が、（１１０）面となる面は、例えば、（１００）面等、他の結晶方位の面よりも原子間の結合強度が弱いため、（１１０）面の延在方向に沿って脆性破壊が発生し易い。（１１０）面は、原子間の結合強度が弱く、（１１０）面に沿って半導体基板１が破壊し易いため、例えば、（１１０）面に沿ってへき開を形成し、シリコンからなる半導体基板１にミラー面を形成する事に利用される。ここで、本実施の形態のように、半導体基板１（ウエハＷＨ）にレーザ光ＬＺを照射する場合には、レーザ光ＬＺを（１１０）面に沿って走査すると、脆性破壊が発生し易いので、ウエハＷＨが破壊される原因となる。特に、ウエハＷＨの破壊の起点となる周縁領域１ｄのエッジ部では、平面視において、レーザ光ＬＺの走査軌道が図１２に示す（１１０）面の延在方向２２に対して平行になると、エッジ部で破壊が発生し易い。したがって、半導体基板１の結晶方位に起因する破断を抑制する観点から、周縁領域１ｄでは、レーザ光ＬＺの走査軌道を、（１１０）面の延在方向２２に対して傾斜させることが好ましい。
【００３９】
詳しく説明すると、例えば、本実施の形態では、図１２に示すように、結晶方位を識別するための方向識別部であるノッチ１ｆとウエハＷＨの中心を結ぶ線（仮想線）２１に対して４５°を成す方向、および−４５°を成す方向に沿って（１１０）面が延在している。このため、本実施の形態では、周縁領域１ｄにおいて、図６に示す複数の走査軌道（第１の走査軌道）１５は、それぞれ図１２に示す（１１０）面の延在方向２２に対して傾斜している。言い換えれば、周縁領域１ｄにおいて、図６に示す走査軌道（第１の走査軌道）１５と、図１２に示す（１１０）面の延在方向２２は、交差している。これにより、他の結晶方位と比較して結合強度が低い（１１０）面に対して作用する応力成分を低減することができるので、半導体基板１の結晶方位に起因する破断を抑制することができる。また、図１３に示すように、周縁領域１ｄにおいて、走査軌道１５と（１１０）面の延在方向２２の成す角度（傾斜角度）θは、出来る限り大きな角度とすることが好ましい。角度θを大きくすることで、（１１０）面に対して作用する応力を低減することができるので、半導体基板１の結晶方位に起因する破断を確実に防止ないしは抑制することができる。そこで、本実施の形態では、周縁領域１ｄにおいて、走査軌道１５と（１１０）面の延在方向２２の成す角度（傾斜角度）θは５°以上８５°以下となっている。図１３に示すように（１１０）面の延在方向２２は、直交するため、角度θを５°以上８５°以下とすることが好ましい。これにより、（１１０）面の延在方向２２に対して±５°の範囲を避けて走査軌道１５を配置することができる。この結果、（１１０）面に対して作用する応力を低減し、半導体基板１の結晶方位に起因する破断を確実に防止ないしは抑制することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、前記したように、周縁領域１ｄの一端部からウエハＷＨの中心を介して一端部の反対側に位置する他端部に向かう走査軌道（第２の走査軌道）１６に沿って走査軌道１５を移動させて、複数の走査軌道１５に沿って繰り返しレーザ光ＬＺ（図７参照）を照射する。そして、走査軌道１５を移動させる方向、すなわち、第２の走査軌道である走査軌道１６は、図１３に示すように、（１１０）面の延在方向２２に対して傾斜している。このため、複数の走査軌道１５のそれぞれを、（１１０）面の延在方向２２に対して傾斜させることができる。
【００４１】
＜４．半導体基板の周縁領域の一部に局所的に生じる歪みによる破断＞
次に、半導体基板の周縁領域の一部に局所的に生じる歪みによる破断について説明する。図１４は、図６に示すウエハにおける歪み部の位置と走査軌道の方向の関係を示す説明図である。
【００４２】
前記＜２．半導体基板の歪みによる破断＞で説明したように、ウエハＷＨの周縁領域１ｄには、微細な傷等の歪みが存在する。このような歪みのうち、周縁領域１ｄの一部に局所的に歪みが生じる場合がある。例えば前記した歪みの発生要因のうち、各種処理装置間でウエハＷＨを搬送する際に、ロボットなどの搬送装置の保持部をウエハＷＨの周縁領域１ｄに当接させることにより生じる歪みは、ウエハＷＨの周縁領域１ｄのうちの一部に局所的に発生する。言い換えれば、図１４に示すようにウエハの周縁領域１ｄには、他の領域よりも歪み量が大きい歪み部（搬送装置の保持部が当接する被当接領域）１ｇが存在する。ウエハＷＨの主面１ａ側に歪みを生じさせない方法として、ウエハＷＨの裏面１ｂ（図７参照）を保持することも考えられる。しかし、図５に示すようにウエハＷＨの主面１ａ側に処理を施す場合、支持部１１の支持面と、ウエハＷＨの裏面１ｂ（図７参照）が対向するように配置するには、主面１ａ側の一部を保持する必要がある。この結果、主面１ａ側の一部に図１４に示すような局所的な歪み部１ｇが発生する。また、このように局所的な歪みは、前記した他の要因による歪みと比較して、ウエハＷＨの破断を引き起こし易い。このため、ウエハＷＨの破断を防止ないしは抑制する観点からは、この局所的な歪みが発生した歪み部１ｇには、レーザ光ＬＺを照射しないことが好ましい。
【００４３】
本実施の形態では、図１４に示すように、周縁領域１ｄの一部に、搬送装置の保持部が当接する被当接領域である歪み部１ｇが存在する。このように歪み部１ｇを周縁領域に設けることで、デバイス領域１ｃ内における歪みの発生を抑制し、かつウエハＷＨをしっかりと保持（固定）することができる。図１４では、歪み部１ｇがウエハＷＨの主面１ａの１箇所に存在するので、第２の走査軌道である走査軌道１６は、ウエハＷＨの中心を介して歪み部１ｇの反対側に位置する端部から歪み部１ｇに向かって延在している。詳しくは、本実施の形態では、歪み部１ｇは、ノッチ１ｆとウエハＷＨの中心を結ぶ線（仮想線）２１に対して１３０°を成す位置に存在する。このため、走査軌道１６は線２１に対して５０°傾斜した方向に沿って延在している。そして、レーザアニール処理工程では、第１の走査軌道である走査軌道１５を走査軌道１６に沿って移動させてウエハＷＨの主面１ａに照射するが、歪み部１ｇには、レーザ光ＬＺ（図７参照）を照射しない。このように、ウエハＷＨの破断を引き起こし易い歪み部１ｇには、レーザ光ＬＺを照射しないことにより、レーザアニール処理時のウエハの破断を防止ないしは抑制することができる。
【００４４】
ここで、局所的な歪みが発生した歪み部１ｇにレーザ光ＬＺ（図７参照）を照射しない場合、走査軌道１５の平面形状によっては（例えば、走査軌道１５が直線軌道である場合）、デバイス領域１ｃの一部に照射されない領域（未照射領域）が発生する懸念がある。そこで、図１４に示すように走査軌道１５の平面形状は、それぞれ、一つの凸部１５ａと、凸部１５ａの両隣に配置される裾野部１５ｂを有する曲線形状となっている。例えば、本実施の形態では走査軌道１５は、放物線形状（あるいは円弧形状）を成す。そして、歪み部１ｇが凸部１５ａよりも裾野部１５ｂ側に位置するように走査軌道１５を配置する。これにより、局所的な歪みが発生した歪み部１ｇにはレーザ光ＬＺ（図７参照）を照射しない場合であっても、デバイス領域１ｃには、レーザ光ＬＺを照射することができる。
【００４５】
＜半導体装置の製造方法＞
次に、前記したレーザアニール処理を適用した本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。なお、本実施の形態では、半導体基板の主面に形成する半導体素子の例として、ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）を取り上げて説明する。図１５は、半導体基板準備工程で準備する半導体基板の一部を拡大して示す拡大断面図、図１６は、図１５に示す半導体基板の主面に素子分離領域を形成した状態を示す拡大断面図である。また、図１７は、図１６に示す半導体基板の主面にウェル領域を形成した状態を示す拡大断面図である。また、図１８は、図１７に示す半導体基板の主面に半導体素子を形成した状態を示す拡大断面図である。
【００４６】
本実施の形態の半導体装置の製造方法では、まず、図１５に示すように半導体基板１を準備する（半導体基板準備工程）。半導体基板１は、例えば、ｐ型のシリコン（Ｓｉ）単結晶からなり、主面１ａおよびその反対側に位置する裏面１ｂ（図３参照）を有している。
【００４７】
次に、図１６に示すように、半導体基板１の主面１ａに素子分離領域３を形成する（素子分離領域形成工程）。素子分離領域３は、例えば、酸化シリコン膜から成り、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法またはＬＯＣＯＳ（Local Oxidization of Silicon）法などにより形成される。この素子分離領域形成工程では、まず、半導体基板１の主面１ａ上に例えば、熱酸化処理による酸化シリコン膜、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による窒化シリコン膜、あるいはこれらの積層膜からなる絶縁膜（図示は省略）を成膜する。次に、絶縁膜上にフォトレジスト膜（図示は省略；以下、単にレジスト膜と記載する）を塗布、露光および現像等のような一連のフォトリソグラフィ（以下、単にリソグラフィと記載する）処理、ドライエッチング処理を施すことにより、素子分離領域３の形成領域を絶縁膜から露出させる。次に、上記絶縁膜をエッチングマスクとしてエッチング処理を施し、素子分離領域３の形成領域に溝を形成する。次に、半導体基板１（ウエハＷＨ）の主面１ａ上に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜をＣＶＤ法等によって堆積し、溝内に絶縁膜を埋め込む。その後、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法等により主面１ａ上の絶縁膜を研磨することで、素子分離領域３の周囲の絶縁膜を除去し素子分離領域３を形成する。この時、半導体基板１の周縁領域１ｄに成膜された絶縁膜まで完全に除去することが難しいため、該絶縁膜の一部は除去されず、残存膜２として周縁領域１ｄに残存する。
【００４８】
次に、図１７に示すように、半導体基板１の主面１ａにウェル領域（半導体領域）４を形成する（ウェル領域形成工程）。ウェル領域４は、ｐ型またはｎ型の導電型の不純物を含む半導体領域であって、レジスト膜（図示は省略）の存在下でウェル形成領域に不純物をイオン注入した後、レジスト膜を除去し、不純物イオンを拡散させることにより形成される。例えば、ｎチャネル型の半導体素子が形成される領域には、例えばホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物がイオン注入されることによりｐ型のウェル領域（ｐ型ウェル領域）４が形成される。また、ｐチャネル型の半導体素子が形成される領域には、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）などのｎ型の不純物がイオン注入されることにより、ｎ型のウェル領域（ｎ型ウェル領域）４が形成される。ウェル領域４内に不純物イオンを拡散させる工程では、熱処理を行うことで、不純物イオンを拡散させるとともに、活性化させることができる。この熱処理工程では、例えば、半導体基板１（ウエハＷＨ）を加熱炉内に配置して、加熱炉の熱源（例えばヒータなど）からの熱伝達により半導体基板１全体を加熱して行う、所謂、加熱炉方式を適用することができる。この熱処理工程において、前記したレーザアニール処理を適用することもできるが、加熱時間が短すぎると、半導体基板１の所定の深さ（例えば、素子分離領域３よりも深い位置）まで不純物イオンを拡散させることが困難になるため、本実施の形態では加熱炉方式を適用している。
【００４９】
次に、図１８に示すように、ウェル領域４にゲート電極５およびソース、ドレイン領域（半導体領域）６を形成し、半導体素子Ｑ１を形成する。ゲート電極５は、例えば、熱酸化処理により形成される２ｎｍ〜４ｎｍ程度の薄い酸化シリコン膜から成るゲート絶縁膜５ａ上に、導電膜（例えば、不純物を含む多結晶シリコン膜）５ｂを堆積することで形成される。また、ゲート電極５の側面には、例えば、ＣＶＤ法による酸化シリコン膜、および酸化シリコン膜５ｃ１よりも厚い窒化シリコン膜５ｃ２からなるサイドウォール絶縁膜５ｃが導電膜５ｂを覆うように形成される。このサイドウォール絶縁膜５ｃは、半導体基板１の主面１ａの全面に堆積させた後、例えばエッチングにより導電膜５ｂの側面を残すように不要な部分が取り除かれるが、周縁領域１ｄに成膜された酸化シリコン膜５ｃ１および厚い窒化シリコン膜５ｃ２まで完全に除去することが難しいため、酸化シリコン膜５ｃ１および厚い窒化シリコン膜５ｃ２の一部は除去されず、残存膜２として周縁領域１ｄに残存する。特に、窒化シリコン膜は、下層の酸化シリコン膜よりも厚く、例えば数十ｎｍ程度の厚さで形成されるため、残存膜２には、主として窒化シリコン膜が含まれることとなる。
【００５０】
また、ソース、ドレイン領域６は、ゲート電極５の両隣の半導体領域に不純物を主面１ａ側からイオン注入した後、不純物イオンが注入された半導体領域をアニール温度まで加熱することにより活性化して形成される。例えば、ｎチャネル型の半導体素子Ｑ１が形成されるｐ型のウェル領域４には、リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）などのｎ型の不純物がイオン注入した後、アニール処理により活性化してｎ型半導体領域であるソース、ドレイン領域６が形成される。また、ｐチャネル型の半導体素子Ｑ１が形成される領域には、ホウ素（Ｂ）などのｐ型の不純物がイオン注入した後、アニール処理により活性化してｐ型半導体領域であるソース、ドレイン領域６が形成される。このイオン注入工程は、デバイス領域１ｃの主面１ａ上にサイドウォール絶縁膜５ｃを堆積した後、図示しないレジスト膜をエッチングマスクとしてエッチングを行い、ソース、ドレイン領域６をサイドウォール絶縁膜５ｃから露出させた状態で行う。また、ゲート電極５およびソース、ドレイン領域６の表面には、金属シリサイド膜７が積層される。この金属シリサイド膜７は、ゲート電極５およびソース、ドレイン領域６の表面に、例えばコバルト（Ｃｏ）膜やニッケル（Ｎｉ）膜などの金属膜を形成し、例えば８００°、９０秒程度の熱処理を施すことで、金属膜とシリコンを反応させてシリサイド化することにより形成される。
【００５１】
ソース、ドレイン領域６はウェル領域４、および素子分離領域３よりも浅く形成されるので、不純物イオンが過剰に拡散することを抑制することが好ましい。このため、本実施の形態では、不純物イオンを活性化させるアニール処理は、前記したレーザアニール処理を適用している。レーザアニール処理は、加熱炉方式と比較して極めて短時間で半導体基板１を加熱することができるので、不純物イオンが過剰に拡散することを抑制することができる。また、本実施の形態の半導体素子Ｑ１は、ゲート電極５の両隣に配置されるソース、ドレイン領域６の間にソース、ドレイン領域６よりも相対的に不純物濃度が低い半導体領域６ａが形成された、所謂ＬＤＤ(Lightly Doped Drain)構造となっている。ＬＤＤ構造は、ソース、ドレイン領域６とゲート絶縁膜５ａの下層に配置されるチャンネル領域の間に不純物濃度が低い半導体領域（ＬＤＤ領域）６ａを設けることで、電界集中を抑制することができる。この半導体領域６ａにイオン注入された不純物イオンが過剰に拡散することを抑制する観点からも、アニール処理工程は、前記したレーザアニール処理により行うことが好ましい。
【００５２】
このようにソース、ドレイン領域６に注入した不純物イオンを活性させるためのアニール処理として、レーザアニール処理を施す場合、周縁領域１ｄには、残存膜２が残存している。したがって、前記＜１．熱応力による破断＞で説明したように、半導体基板１（ウエハＷＨ）の破断の発生を防止ないしは抑制する必要がある。そこで、前記したレーザアニール処理工程を適用することにより、半導体基板１（ウエハＷＨ）の破断の発生を防止ないしは抑制することができる。すなわち、前記＜１．熱応力による破断＞で説明したように、α１×Ｔ１≧α２×Ｔ２を満たすように、周縁領域１ｄにおける半導体基板１および残存膜２が吸収するエネルギーを調整することにより、ウエハＷＨの破断の起点の発生を防止ないしは抑制することができる。この吸収エネルギーの調整は、レーザアニール処理工程におけるレーザ光ＬＺの出力を調整することにより実現できる。すなわち、図８および図９に示す出力ＰＷが７０％以下、もしくは安全率を考慮して６５％以下とすれば、ウエハＷＨの破断の発生は実効上十分に抑制することができる。
【００５３】
また、前記＜２．半導体基板の歪みによる破断＞で説明したように、レーザ光ＬＺが照射された時の周縁領域１ｄの半導体基板１の温度（図８に示す温度Ｔ１）を、８００℃以上、より好ましくは、８００℃よりも大きくすることで、周縁領域１ｄに発生した歪みに起因するウエハＷＨの破断の発生を防止ないしは抑制することができる。この周縁領域１ｄにおける半導体基板１の温度は、レーザアニール処理工程におけるレーザ光ＬＺの出力により制御することができ、図７に示す周縁領域１ｄに照射するレーザ光ＬＺの出力（第１出力）を、アニール温度まで昇温させるために必要な出力（第２出力）に対して５０％よりも大きくすれば、レーザ光ＬＺが照射された時の周縁領域１ｄの半導体基板１の温度Ｔ１を、８００℃以上とすることができる。また、第１出力を第２出力に対して５５％以上にすれば、レーザ光ＬＺが照射された時の周縁領域１ｄの半導体基板１の温度Ｔ１を、確実に８００℃よりも大きくすることができる。
【００５４】
また、前記＜３．半導体基板の結晶方位による破断の起こり易さ＞で説明したように、図１３に示すように周縁領域１ｄにおいて、複数の走査軌道（第１の走査軌道）１５を、それぞれ（１１０）面の延在方向２２に対して傾斜させることにより、（１１０）面に沿った脆性破壊の発生を防止ないしは抑制することができる。また、図１３に示すように周縁領域１ｄにおいて、走査軌道１５と（１１０）面の延在方向２２の成す角度（傾斜角度）θを５°以上８５°以下とすることにより、（１１０）面に対して作用する応力を低減し、半導体基板１の結晶方位に起因する破断を確実に防止ないしは抑制することができる。
【００５５】
また、前記＜４．半導体基板の周縁領域の一部に局所的に生じる歪みによる破断＞で説明したように、ウエハＷＨの破断を引き起こし易い歪み部１ｇ（図１４参照）には、レーザ光ＬＺを照射しないことにより、レーザアニール処理時のウエハの破断を防止ないしは抑制することができる。また、図１４に示すように走査軌道１５の平面形状は、それぞれ、一つの凸部１５ａと、凸部１５ａの両隣に配置される裾野部１５ｂを有する曲線形状し、歪み部１ｇが凸部１５ａよりも裾野部１５ｂ側に位置するように走査軌道１５を配置する。これにより、局所的な歪みが発生した歪み部１ｇにはレーザ光ＬＺ（図７参照）を照射しない場合であっても、デバイス領域１ｃには、レーザ光ＬＺを照射することができる。
【００５６】
これ以降は、半導体装置の通常のメタル配線形成工程を経る。すなわち、層間絶縁膜の堆積工程、層間絶縁膜の平坦化工程、コンタクトホールまたはスルーホールの形成工程、プラグ形成工程、配線用メタルの堆積工程および配線用メタルのパターニング工程等を必要とする配線層数に応じて繰り返し行う。その後、保護膜の形成工程、パッド開口部形成工程を経る。その後、検査工程およびウエハダイシング工程を経て、ウエハＷＨをスクライブ領域１ｅ（図２参照）に沿ってデバイス領域１ｃ毎に分割し、１枚のウエハＷＨから複数の半導体チップ（半導体装置）を取得する。
【００５７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５８】
例えば、前記実施の形態では、半導体装置の製造工程のうち、ＭＩＳＦＥＴのソース、ドレイン領域を活性化させる工程にレーザアニール処理工程を適用する例について説明したが、他の工程でレーザアニール処理を施す場合にも適用することができる。
【００５９】
また、例えば、前記実施の形態では、第１の走査軌道である走査軌道１５を曲線形状とする実施態様について説明したが、例えば、局所的な歪み部が形成されていない場合には、主面１ａ全体にレーザ光ＬＺを照射することができるので、第１の走査軌道を例えば直線形状とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、特に半導体基板にレーザ光を照射して、アニール処理を施す半導体装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  半導体基板
１ａ  主面
１ｂ  裏面
１ｃ  デバイス領域
１ｄ  周縁領域
１ｅ  スクライブ領域
１ｆ  ノッチ
１ｇ  歪み部
２  残存膜
３  素子分離領域
４  ウェル領域
５  ゲート電極
５ａ  ゲート絶縁膜
５ｂ  導電膜（多結晶シリコン膜）
５ｃ  サイドウォール絶縁膜（絶縁膜）
５ｃ１  酸化シリコン膜（絶縁膜）
５ｃ２  窒化シリコン膜（絶縁膜）
６  ソース、ドレイン領域（半導体領域）
６ａ  半導体領域
７  金属シリサイド膜
１０  レーザ照射装置
１１  支持部
１１ａ  保持部
１１ｂ  可動部
１２  光源
１３  光学系部
１３ａ  ミラー
１３ｂ  減衰器
１４  制御部
１４ａ  温度計
１４ｂ  制御回路部
１５  走査軌道（第１の走査軌道）
１５ａ  凸部
１５ｂ  裾野部
１６  走査軌道（第２の走査軌道）
２１  線
２２  延在方向
Ｅ  ヤング率
ＬＺ  レーザ光
ＰＷ  出力
ＰＷ１  第１出力
ＰＷ２  第２出力
Ｑ１  半導体素子
Ｔ１、Ｔ２  温度（絶対温度）
ＷＨ、ＷＨ１、ＷＨ２  ウエハ（半導体ウエハ）
α１、α２  線膨張係数
θ  角度
σ  応力
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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