(57)【要約】  不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物に、パルスレーザ光を照射するレーザ照射方法であって、以下を備える：Ａ．被照射物上に設定された矩形状の照射領域に照射されるパルスレーザ光の１パルス当たりのフルーエンスと、照射領域に照射される照射パルス数とを読み込むステップであって、フルーエンスは、パルスレーザ光を照射パルス数だけ被照射物に照射した場合に、不純物源膜にアブレーションが生じる閾値以上であって、かつ、半導体基板の表面に損傷が生じる閾値未満である；Ｂ．照射領域のスキャン方向への幅をＢｘ、照射パルス数をＮｄ、パルスレーザ光の繰り返し周波数をｆとした場合に、Ｖｄｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｄで表される関係式に基づいてスキャン速度Ｖｄｘを算出するステップ；及び、Ｃ．パルスレーザ光を照射領域に繰り返し周波数ｆで照射しながら、照射領域に対して相対的に被照射物をスキャン速度Ｖｄｘで移動させるステップ。
2019123611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともドーパントとしての不純物元素を含む不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物に、前記半導体基板のバンドギャップエネルギよりも大きなフォトンエネルギを有するパルスレーザ光を照射するレーザ照射方法であって、以下を備える：
Ａ．レーザドーピング用の第１の照射条件として、前記被照射物上に設定された矩形状の照射領域に照射されるパルスレーザ光の１パルス当たりのフルーエンスである第１のフルーエンスと、前記照射領域に照射される２以上の照射パルス数である第１の照射パルス数とを読み込むステップであって、前記第１のフルーエンスは、前記パルスレーザ光を前記第１の照射パルス数だけ前記被照射物に照射した場合に、前記不純物源膜にアブレーションが生じる閾値以上であって、かつ、前記半導体基板の表面に損傷が生じる閾値未満である；
Ｂ．前記照射領域のスキャン方向への幅をＢｘ、前記第１の照射パルス数をＮｄ、前記パルスレーザ光の繰り返し周波数をｆとした場合に、下式（ａ）に基づいて第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出するステップ；及び
Ｃ．前記パルスレーザ光を前記照射領域に前記繰り返し周波数ｆで照射しながら、前記照射領域に対して相対的に前記被照射物を前記第１のスキャン速度Ｖｄｘで移動させるステップ。
Ｖｄｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｄ    ・・・（ａ）
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ照射方法であって、
前記照射領域のスキャン方向に直交する方向への幅をＢｙとした場合、Ｂｙは、下式（ｂ）を満たす。
Ｂｙ＝ｎ・Ｃｙ    ・・・（ｂ）
ここで、ｎは１以上の整数であり、Ｃｙは、前記スキャン方向に直交する方向への前記半導体基板のダイシングピッチである。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ照射方法であって、
前記照射領域のスキャン方向に直交する方向への幅をＢｙとした場合、Ｂｙ／Ｂｘは、下式（ｃ）を満たす。
１０≦Ｂｙ／Ｂｘ≦１０００    ・・・（ｃ）
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ照射方法であって、
前記半導体基板はＳｉＣにより形成されており、前記パルスレーザ光の中心波長は２７０ｎｍ以下である。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ照射方法であって、
前記不純物源膜は、アルミニウム金属膜であり、第１のフルーエンスは、１．５Ｊ／ｃｍ2以上１０Ｊ／ｃｍ2以下の範囲内である。
【請求項６】
請求項４に記載のレーザ照射方法であって、
前記不純物源膜の厚みは、５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲内である。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ照射方法であって、
前記第１の照射パルス数は、５以上４０以下の範囲内である。
【請求項８】
請求項４に記載のレーザ照射方法であって、
前記不純物源膜は、ＳｉＮ膜であり、第１のフルーエンスは、１．２Ｊ／ｃｍ2以上１０Ｊ／ｃｍ2以下の範囲内である。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザ照射方法であって、
前記不純物源膜の厚みは、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内である。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ照射方法であって、
前記第１の照射パルス数は、５以上４０以下の範囲内である。
【請求項１１】
請求項１に記載のレーザ照射方法であって、さらに以下を備える：
Ｃ．ポストアニール用の第２の照射条件として、前記照射領域に照射されるパルスレーザ光の１パルス当たりのフルーエンスである第２のフルーエンスと、前記照射領域に照射される２以上の照射パルス数である第２の照射パルス数とを読み込むステップであって、前記第２のフルーエンスは、前記パルスレーザ光を前記第２の照射パルス数だけ前記被照射物に照射した場合に、前記半導体基板中の欠陥が修復され得るフルーエンスの閾値以上であって、かつ、前記半導体基板の表面に損傷が生じる閾値未満である；
Ｄ．前記第２の照射パルス数をＮｐとした場合に、下式（ｄ）に基づいて第２のスキャン速度Ｖｐｘを算出するステップ；及び
Ｃ．前記パルスレーザ光を前記照射領域に前記繰り返し周波数ｆで照射しながら、前記照射領域に対して相対的に前記被照射物を前記第２のスキャン速度Ｖｐｘで移動させるステップ。
Ｖｐｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｐ    ・・・（ｄ）
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ照射方法であって、
前記第１の照射パルス数Ｎｄと前記第２の照射パルス数Ｎｐとは、Ｎｄ＜Ｎｐの関係を満たす。
【請求項１３】
請求項１１に記載のレーザ照射方法であって、
前記レーザドーピング時のスキャン方向と、前記ポストアニール時のスキャン方向とは同一方向である。
【請求項１４】
請求項１１に記載のレーザ照射方法であって、
前記レーザドーピング時のスキャン方向と、前記ポストアニール時のスキャン方向とは逆方向である。
【請求項１５】
レーザ照射システムであって、以下を備える：
Ａ．少なくともドーパントとしての不純物元素を含む不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物を、少なくとも１つのスキャン方向に移動させるステージ；
Ｂ．前記半導体基板のバンドギャップエネルギよりも大きなフォトンエネルギを有するパルスレーザ光を発生するレーザ装置；
Ｃ．前記パルスレーザ光のビーム形状を矩形状に整形し、前記被照射物上に設定された矩形状の照射領域に照射する光学システム；及び
Ｄ．前記ステージ及び前記レーザ装置を制御するレーザ照射制御部であって、以下の処理を行う；
Ｄ１．レーザドーピング用の第１の照射条件として、前記照射領域に照射される前記パルスレーザ光の１パルス当たりのフルーエンスである第１のフルーエンスと、前記照射領域に照射される２以上の照射パルス数である第１の照射パルス数とを読み込む処理であって、前記第１のフルーエンスは、前記パルスレーザ光を前記第１の照射パルス数だけ前記被照射物に照射した場合に、前記不純物源膜にアブレーションが生じる閾値以上であって、かつ、前記半導体基板の表面に損傷が生じる閾値未満である；
Ｄ２．前記照射領域のスキャン方向への幅をＢｘ、前記第１の照射パルス数をＮｄ、前記パルスレーザ光の繰り返し周波数をｆとした場合に、下式（ｅ）に基づいて第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出する処理；及び
Ｄ３．前記パルスレーザ光を前記照射領域に前記繰り返し周波数ｆで照射しながら、前記照射領域に対して相対的に前記被照射物を前記第１のスキャン速度Ｖｄｘで移動させる処理。
Ｖｄｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｄ    ・・・（ｅ）
【請求項１６】
請求項１５に記載のレーザ照射システムであって、
前記レーザ照射制御部は、さらに以下の処理を行う：
Ｄ４．ポストアニール用の第２の照射条件として、前記照射領域に照射される前記パルスレーザ光の１パルス当たりのフルーエンスである第２のフルーエンスと、前記照射領域に照射される２以上の照射パルス数である第２の照射パルス数とを読み込む処理であって、前記第２のフルーエンスは、前記パルスレーザ光を前記第２の照射パルス数だけ前記被照射物に照射した場合に、前記半導体基板中の欠陥が修復され得るフルーエンスの閾値以上であって、かつ、前記半導体基板の表面に損傷が生じる閾値未満である；
Ｄ５．前記第２の照射パルス数をＮｐとした場合に、下式（ｆ）に基づいて第２のスキャン速度Ｖｐｘを算出する処理；及び
Ｄ６．前記パルスレーザ光を前記照射領域に前記繰り返し周波数ｆで照射しながら、前記照射領域に対して相対的に前記被照射物を前記第２のスキャン速度Ｖｐｘで移動させる処理。
Ｖｐｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｐ    ・・・（ｆ）
【請求項１７】
請求項１６に記載のレーザ照射システムであって、さらに以下を備える：
Ｅ．透過率が可変であり、前記レーザ装置から出力された前記パルスレーザ光を前記透過率に応じて減光して出力するアッテネータ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のレーザ照射システムであって、
前記レーザ照射制御部は、さらに以下の処理を行う：
Ｄ７．前記第１のフルーエンスをＦｄ、前記レーザ装置から出力された前記パルスレーザ光のパルスエネルギをＥｔ、前記照射領域のスキャン方向に直交する方向への幅をＢｙとした場合に、レーザドーピング用の前記アッテネータの透過率Ｔｄを、下式（ｇ）に基づいて算出する処理；及び
Ｄ８．前記アッテネータの透過率を、下式（ｇ）に基づいて算出した透過率Ｔｄに設定する処理。
Ｔｄ＝（Ｆｄ／Ｅｔ）（Ｂｘ・Ｂｙ）    ・・・（ｇ）
【請求項１９】
請求項１８に記載のレーザ照射システムであって、
前記レーザ照射制御部は、さらに以下の処理を行う：
Ｄ９．前記第２のフルーエンスをＦｐとした場合に、ポストアニール用の前記アッテネータの透過率Ｔｐを、下式（ｈ）に基づいて算出する処理；及び
Ｄ８．前記アッテネータの透過率を、下式（ｈ）に基づいて算出した透過率Ｔｐに設定する処理。
Ｔｐ＝（Ｆｐ／Ｅｔ）（Ｂｘ・Ｂｙ）    ・・・（ｈ）
【請求項２０】
請求項１９に記載のレーザ照射システムであって、
前記光学システムは、前記アッテネータを透過したパルスレーザ光を、ビーム形状を矩形状に整形するビームホモジナイザを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ照射方法、及びレーザ照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体は、集積回路、パワーデバイス、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどの能動素子を構成する材料であり、電子デバイスの製造には必要不可欠な材料である。このような能動素子を製造するためには、半導体基板にドーパントとしての不純物をドーピングした後、不純物を活性化して、その電気特性をｎ型またはｐ型に制御する必要がある。【０００３】
一般的に、半導体基板への不純物のドーピング及び活性化は、熱拡散法やイオン注入法により行われている。熱拡散法とは、不純物を含むガス中で基板を高温に加熱することにより、半導体基板の表面より半導体基板の内部に不純物を熱拡散させ、さらに不純物を活性化させる方法である。【０００４】
イオン注入法は、イオン注入工程と熱アニール工程とを含む。イオン注入工程は、高速に加速した不純物のイオンビームを半導体基板に照射することにより、半導体基板の内部に不純物を注入する工程である。熱アニール工程は、半導体基板に熱エネルギを付与することにより、不純物注入により生じた半導体内部の欠陥を修復し、不純物を活性化する工程である。イオン注入法は、レジストなどのマスクを用いることでイオン注入領域の局所的な設定が可能であることや、不純物濃度の深さ制御を精密に行うことが可能であることなどの優れた特徴を有する。このため、イオン注入法は、シリコン（Ｓｉ）を用いた集積回路の製造技術として広く用いられている。【０００５】
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、次世代パワーデバイス材料として、開発が進められている。ＳｉＣは、半導体材料として従来使用されているＳｉと比較して、大きいバンドギャップ、Ｓｉのおよそ１０倍程度の高い絶縁破壊電界特性、優れた熱伝導率などを有している。また、ＳｉＣは、熱化学的に安定していることが特徴である。【０００６】
ＳｉＣを用いてトランジスタを構成するためには、ＳｉＣに不純物をドーピングすることが必要である。しかし、Ｓｉに対して用いられている従来のイオン注入法により不純物をドーピングすると、ＳｉＣに熱ダメージが加わり、欠陥が形成され、電気特性が低下するという課題がある。【０００７】
このため、ＳｉＣに対する不純物のドーピング方法として、レーザドーピング法が検討されている。レーザドーピング法とは、半導体基板の表面に、ドーパントを含む不純物源膜を形成し、この不純物源膜にレーザ光を照射することにより、不純物源膜に含まれる不純物を半導体基板中に導入する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−５５２５９号公報
【特許文献２】特開平８−１３９０４８号公報
【特許文献３】特開平８−２６４４６８号公報
【特許文献４】米国公開２０１６／０２４７６８１号公報
【特許文献５】国際公開第２０１６／１５１７２３号
【概要】
【０００９】
本開示の１つの観点に係るレーザ照射方法であって、少なくともドーパントとしての不純物元素を含む不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物に、半導体基板のバンドギャップエネルギよりも大きなフォトンエネルギを有するパルスレーザ光を照射するレーザ照射方法は、以下を備える：
Ａ．レーザドーピング用の第１の照射条件として、被照射物上に設定された矩形状の照射領域に照射されるパルスレーザ光の１パルス当たりのフルーエンスである第１のフルーエンスと、照射領域に照射される２以上の照射パルス数である第１の照射パルス数とを読み込むステップであって、第１のフルーエンスは、パルスレーザ光を第１の照射パルス数だけ被照射物に照射した場合に、不純物源膜にアブレーションが生じる閾値以上であって、かつ、半導体基板の表面に損傷が生じる閾値未満である；
Ｂ．照射領域のスキャン方向への幅をＢｘ、第１の照射パルス数をＮｄ、パルスレーザ光の繰り返し周波数をｆとした場合に、下式（ａ）に基づいて第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出するステップ；及び
Ｃ．パルスレーザ光を照射領域に繰り返し周波数ｆで照射しながら、照射領域に対して相対的に被照射物を第１のスキャン速度Ｖｄｘで移動させるステップ。
Ｖｄｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｄ    ・・・（ａ）
【００１０】
本開示の１つの観点に係るレーザ照射システムであって、以下を備える：
Ａ．少なくともドーパントとしての不純物元素を含む不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物を、少なくとも１つのスキャン方向に移動させるステージ；
Ｂ．半導体基板のバンドギャップエネルギよりも大きなフォトンエネルギを有するパルスレーザ光を発生するレーザ装置；
Ｃ．パルスレーザ光のビーム形状を矩形状に整形し、被照射物上に設定された矩形状の照射領域に照射する光学システム；及び
Ｄ．ステージ及びレーザ装置を制御するレーザ照射制御部であって、以下の処理を行う；
Ｄ１．レーザドーピング用の第１の照射条件として、照射領域に照射されるパルスレーザ光の１パルス当たりのフルーエンスである第１のフルーエンスと、照射領域に照射される２以上の照射パルス数である第１の照射パルス数とを読み込む処理であって、第１のフルーエンスは、パルスレーザ光を第１の照射パルス数だけ被照射物に照射した場合に、不純物源膜にアブレーションが生じる閾値以上であって、かつ、半導体基板の表面に損傷が生じる閾値未満である；
Ｄ２．照射領域のスキャン方向への幅をＢｘ、第１の照射パルス数をＮｄ、パルスレーザ光の繰り返し周波数をｆとした場合に、下式（ｅ）に基づいて第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出する処理；及び
Ｄ３．パルスレーザ光を照射領域に繰り返し周波数ｆで照射しながら、照射領域に対して相対的に被照射物を第１のスキャン速度Ｖｄｘで移動させる処理。
Ｖｄｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｄ    ・・・（ｅ）
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、比較例に係るレーザ照射システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】図２Ａは、第１の実施形態におけるステップ・アンド・リピート方式の照射制御を説明する図であり、図２Ｂは、照射領域の形状を示す図である。
【図３】図３は、レーザ照射制御部によるレーザドーピング制御の処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は、照射条件の読み込みを行う処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図５】図５は、レーザ装置に調整発振を行わせる処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図６】図６は、レーザドーピング用のパラメータを算出する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図７】図７は、レーザドーピング用のパラメータを設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図８】図８は、比較例の課題を説明する図（その１）である。
【図９】図９は、比較例の課題を説明する図（その２）である。
【図１０】図１０は、比較例の課題を説明する図（その３）である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態に係るレーザ照射システムの構成を概略的に示す図である。
【図１２】図１２は、フライアイレンズの構成を示す斜視図である。
【図１３】図１３Ａは、ウエハ状に形成された被照射物の平面図であり、図１３Ｂは、照射領域の形状を示す図である。
【図１４】図１４は、レーザ照射制御部によるレーザドーピング制御の処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、照射条件の読み込みを行う処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図１６】図１６は、レーザドーピング用のパラメータを算出する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図１７】図１７は、レーザドーピング用のパラメータを設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図１８】図１８は、Ｘ軸方向にスキャン照射する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図１９】図１９Ａは、第２の実施形態におけるスキャン照射制御を説明する図であり、図１９Ｂは、照射領域の形状を示す図である。
【図２０】図２０は、第１のフルーエンスＦｄと第２のフルーエンスＦｐとの設定値について説明する図である。
【図２１】図２１は、レーザ照射制御部によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、第１及び第２の照射条件の読み込みを行う処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２３】図２３は、レーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２４】図２４は、レーザドーピング用のパラメータを設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２５】図２５は、ポストアニール用のパラメータを設定する処理の詳細を示すサブルーチンである。
【図２６】図２６は、第１の変形例におけるスキャン経路を示す図である。
【図２７】図２７は、レーザ照射制御部によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。
【図２８】図２８は、第２の変形例に係るレーザ照射システムの構成を概略的に示す図である。
【図２９】図２９は、レーザ装置の変形例を示す図である。
【図３０】図３０は、レーザ照射装置のその他の変形例を示す図である。
【図３１】図３１は、照射シールドの変形例を示す図である。
【実施形態】
【００１２】
＜内容＞
１．概要
２．比較例
２．１  レーザ照射システムの構成
２．２  レーザ照射制御
２．３  アッテネータの透過率の設定値
２．４  レーザ照射システムの動作
２．４．１  メインフロー
２．４．２  Ｓ１１０の詳細
２．４．３  Ｓ１２０の詳細
２．４．４  Ｓ１５０の詳細
２．４．５  Ｓ１６０の詳細
２．５  課題
３．第１の実施形態
３．１  構成
３．２  スキャン照射制御
３．３  パルスレーザ光のフルーエンスの設定値
３．４  レーザ照射システムの動作
３．４．１  メインフロー
３．４．２  Ｓ２１０の詳細
３．４．３  Ｓ２５０の詳細
３．４．４  Ｓ２６０の詳細
３．４．５  Ｓ２７０の詳細
３．５  効果
３．６  半導体基板がＳｉＣの具体例
４．第２の実施形態
４．１  構成
４．２  スキャン照射制御
４．３  パルスレーザ光のフルーエンスの設定値
４．４  アッテネータの透過率の設定値
４．５  レーザ照射システムの動作
４．５．１  メインフロー
４．５．２  Ｓ３１０の詳細
４．５．３  Ｓ３５０の詳細
４．５．４  Ｓ３６０の詳細
４．５．５  Ｓ４１０の詳細
４．６  効果
４．７  パラメータの具体例
４．８  照射領域のアスペクト比
４．９  レーザ装置の種類
５．第１の変形例
５．１  スキャン照射制御
５．２  レーザ照射システムの動作
５．３  効果
６．第２の変形例
７．レーザ装置の変形例
８．その他の変形例
【００１３】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１４】
１．概要
本開示は、不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物にパルスレーザ光を照射することによって、半導体基板中への不純物のドーピングを行うレーザ照射システムに関する。
【００１５】
２．比較例
２．１  レーザ照射システムの構成
図１は、比較例に係るレーザ照射システム２の構成を概略的に示す。レーザ照射システム２は、レーザ装置３と、レーザ照射装置４と、を含む。レーザ装置３とレーザ照射装置４は、光路管５によって接続されている。
【００１６】
レーザ装置３は、マスターオシレータＭＯと、モニタモジュール１１と、シャッタ１２と、レーザ制御部１３と、を含む。レーザ装置３は、Ｆ2、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、またはＸｅＦを含むレーザガスをレーザ媒質として、紫外領域のパルスレーザ光を発生する放電励起式レーザ装置である。
【００１７】
レーザ装置３がＦ2レーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約１５７ｎｍである。レーザ装置３がＡｒＦエキシマレーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約１９３．４ｎｍである。レーザ装置３がＫｒＦエキシマレーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約２４８．４ｎｍである。レーザ装置３がＸｅＣｌエキシマレーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約３０８ｎｍである。レーザ装置３がＸｅＦエキシマレーザ装置である場合、パルスレーザ光の中心波長は約３５１ｎｍである。
【００１８】
マスターオシレータＭＯは、レーザチャンバ２０と、リアミラー２１ａ及び出力結合ミラー２１ｂと、充電器２３と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）２４と、を含む。図１には、レーザ光の進行方向にほぼ垂直な方向から見たレーザチャンバ２０の内部構成が示されている。
【００１９】
レーザチャンバ２０は、レーザガスが封入されるチャンバであり、内部に一対の電極２２ａ及び２２ｂが配置されている。一対の電極２２ａ及び２２ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための放電電極である。
【００２０】
レーザチャンバ２０には開口が形成され、この開口を電気絶縁部２５が塞いでいる。電極２２ａは電気絶縁部２５に支持され、電極２２ｂはリターンプレート２０ｄに支持されている。このリターンプレート２０ｄは、図示しない配線によりレーザチャンバ２０の内面と接続されている。電気絶縁部２５には、導電部が埋め込まれている。導電部は、ＰＰＭ２４から供給される高電圧を電極２２ａに印加する。
【００２１】
充電器２３は、ＰＰＭ２４の中の図示しない充電コンデンサに所定の電圧で充電する直流電源装置である。ＰＰＭ２４は、レーザ制御部１３によって制御されるスイッチ２４ａを含んでいる。スイッチ２４ａがＯＦＦからＯＮになると、ＰＰＭ２４は、充電器２３に保持されていた電気エネルギからパルス状の高電圧を生成し、この高電圧を一対の電極２２ａ及び２２ｂ間に印加する。
【００２２】
一対の電極２２ａ及び２２ｂ間に高電圧が印加されると、一対の電極２２ａ及び２２ｂ間の絶縁が破壊され、放電が生じる。この放電のエネルギにより、レーザチャンバ２１内のレーザ媒質が励起されて高エネルギ準位に移行する。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギ準位に移行するとき、そのエネルギ準位差に応じた光を放出する。
【００２３】
レーザチャンバ２０の両端には、ウインドウ２０ａ及び２０ｂが設けられている。レーザチャンバ２０内で発生した光は、ウインドウ２０ａ及び２０ｂを介してレーザチャンバ２０の外部に出射する。
【００２４】
リアミラー２１ａ及び出力結合ミラー２１ｂは、光共振器を構成している。リアミラー２１ａには高反射膜がコートされており、出力結合ミラー２１ｂには部分反射膜がコートされている。レーザチャンバ２０は、光共振器の光路上に配置されている。したがって、リアミラー２１ａは、レーザチャンバ２０内からウインドウ２０ａを介して出力された光を高反射し、ウインドウ２０ａを介してレーザチャンバ２０内に戻す。また、出力結合ミラー２１ｂは、レーザチャンバ２０内からウインドウ２０ｂを介して出力された光のうちの一部を透過させ、他の一部を反射させてレーザチャンバ２０内に戻す。
【００２５】
したがって、レーザチャンバ２０から出射された光は、リアミラー２１ａと出力結合ミラー２１ｂとの間で往復し、電極２２ａと電極２２ｂとの間の放電空間を通過する度に増幅される。増幅された光の一部が、出力結合ミラー２７を介して、パルスレーザ光として出力される。
【００２６】
モニタモジュール１１は、マスターオシレータＭＯを出射したパルスレーザ光の光路上に配置されている。モニタモジュール１１は、例えば、ビームスプリッタ１１ａと、光センサ１１ｂとを含む。ビームスプリッタ１１ａは、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光を高い透過率でシャッタ１２に向けて透過させるとともに、パルスレーザ光の一部を光センサ１１ｂに向けて反射する。光センサ１１ｂは、入射したパルスレーザ光のパルスエネルギを検出し、検出したパルスエネルギのデータをレーザ制御部１３に出力する。
【００２７】
レーザ制御部１３は、レーザ照射装置４に含まれるレーザ照射制御部３１との間で各種信号を送受信する。例えば、レーザ制御部１３は、レーザ照射制御部３１から、発光トリガＴｒ、目標パルスエネルギＥｔのデータ等を受信する。また、レーザ制御部１３は、充電器２３に対して充電電圧の設定信号を送信し、かつ、ＰＰＭ２４に対してスイッチ２４ａのＯＮまたはＯＦＦの指令信号を送信する。
【００２８】
レーザ制御部１３は、モニタモジュール１１からパルスエネルギのデータを受信し、受信したパルスエネルギのデータを参照して充電器２３の充電電圧を制御する。充電器２３の充電電圧を制御することにより、パルスレーザ光のパルスエネルギが制御される。
【００２９】
シャッタ１２は、モニタモジュール１１のビームスプリッタ１１ａを透過したパルスレーザ光の光路に配置されている。レーザ制御部１３は、レーザ発振の開始後、モニタモジュール１１から受信するパルスエネルギと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲内となるまでの間は、シャッタ１２を閉状態とする。レーザ制御部１３は、モニタモジュール１１から受信するパルスエネルギと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲内となった場合に、シャッタ１２を開状態とする。レーザ制御部１３は、シャッタ１２の開信号と同期して、パルスレーザ光の発光トリガＴｒの受け付けが可能となったことを表す準備完了信号Ｒｄを、レーザ照射制御部３１に送信する。
【００３０】
レーザ照射装置４は、筐体３０と、レーザ照射制御部３１と、テーブル３２と、ＸＹＺステージ３３と、フレーム３４と、照射シールド３５と、光学システム４０と、を含む。筐体３０内には光学システム４０が配置されている。フレーム３４には、筐体３０と、ＸＹＺステージ３３と、照射シールド３５とが固定されている。
【００３１】
テーブル３２上には、レーザ照射装置４によるパルスレーザ光が照射される被照射物５０が載置される。被照射物５０は、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＧａＮ等のようなパワーデバイスに使用される半導体材料である。ＳｉＣの結晶構造は、特に限定されないが、例えば、４Ｈ−ＳｉＣである。被照射物５０は、これらの半導体材料により形成された半導体基板５１と、半導体基板５１の表面上に形成された不純物源膜５２とを含む。不純物源膜５２は、少なくともドーパントとしての不純物元素を含む膜である。
【００３２】
半導体基板５１をドーピングによりｐ型とする場合には、例えば、不純物源膜５２として、ｐ型ドーパントとしてのアルミニウム元素を含むアルミニウム金属膜が用いられる。また、半導体基板５１をドーピングによりｎ型とする場合には、例えば、不純物源膜５２として、ｎ型ドーパントとしての窒素元素を含む窒化膜、例えばＳｉＮ膜が用いられる。
【００３３】
ＸＹＺステージ３３は、テーブル３２を移動自在に支持している。ＸＹＺステージ３３は、レーザ照射制御部３１から入力される制御信号に応じて、テーブル３２を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる。ＸＹＺステージ３３によりテーブル３２の位置を、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に変更することにより、被照射物５０の表面上のパルスレーザ光の照射領域が変更される。なお、Ｚ軸方向は、光学システム４０から出力されるパルスレーザ光の光軸に平行である。Ｘ軸方向とＹ軸方向とは、互いに直交し、かつ、それぞれＺ軸方向と直交する。
【００３４】
光学システム４０は、高反射ミラー４１ａ〜４１ｃと、アッテネータ４２と、ビームホモジナイザ４３と、転写光学系４４と、を含む。高反射ミラー４１ａ〜４１ｃは、紫外領域のパルスレーザ光を高い反射率で反射する。高反射ミラー４１ａは、レーザ装置３から光路管５を介して入射したパルスレーザ光を反射し、反射したパルスレーザ光がアッテネータ４２を通過して高反射ミラー４１ｂに入射するように配置されている。高反射ミラー４１ａ〜４１ｃは、例えば、合成石英やフッ化カルシウム（ＣａＦ2）結晶で形成された透明基板の表面に、パルスレーザ光を高反射する反射膜がコートされたものである。
【００３５】
アッテネータ４２は、高反射ミラー４１ａと高反射ミラー４１ｂの間の光路上に配置されている。アッテネータ４２は、２枚の部分反射ミラー４２ａ及び４２ｂと、回転ステージ４２ｃ及び４２ｄとを含み、透過率が可変に構成されている。回転ステージ４２ｃは、部分反射ミラー４２ａを保持し、部分反射ミラー４２ａへのパルスレーザ光の入射角度を変更するように回転させる。回転ステージ４２ｄは、部分反射ミラー４２ｂを保持し、部分反射ミラー４２ｂへのパルスレーザ光の入射角度を変更するように回転させる。
【００３６】
部分反射ミラー４２ａ及び４２ｂは、それぞれパルスレーザ光の入射角度に応じて透過率が変化する光学素子である。部分反射ミラー４２ａと部分反射ミラー４２ｂとは、パルスレーザ光の入射角度が互いに一致し、かつ、所望の透過率となるように、回転ステージ４２ｃ及び４２ｄによって傾斜角度が調整される。
【００３７】
アッテネータ４２は、レーザ照射制御部３１から入力される制御信号によって回転ステージ４２ｃ及び４２ｄが駆動され、透過率が制御される。アッテネータ４２に入射したパルスレーザ光は、制御信号に基づいて制御される透過率に応じて減光されてアッテネータ４２から出力される。
【００３８】
高反射ミラー４１ｂは、アッテネータ４２から入射したパルスレーザ光を反射し、反射したパルスレーザ光がビームホモジナイザ４３を通過して高反射ミラー４１ｃに入射するように配置されている。
【００３９】
ビームホモジナイザ４３は、高反射ミラー４１ｂと高反射ミラー４１ｃの間の光路上に配置されている。ビームホモジナイザ４３は、フライアイレンズ４５と、コンデンサレンズ４６と、を含む。フライアイレンズ４５は、コンデンサレンズ４６の上流側に配置される。高反射ミラー４１ｂから入射したパルスレーザ光は、フライアイレンズ４５とコンデンサレンズ４６とを透過することによって、コンデンサレンズ４６の焦点面において、ケーラ照明され、光強度分布が所定のビーム形状内で均一化される。また、フライアイレンズ４５は、パルスレーザ光の光軸に垂直な断面のビーム形状を、矩形状に整形する。このようにフライアイレンズ４５から出力されたパルスレーザ光は、コンデンサレンズ４６を介して、コンデンサレンズ４６の焦点面においてケーラ照明され、高反射ミラー４１ｃに入射する。
【００４０】
転写光学系４４は、高反射ミラー４１ｃにより反射されたパルスレーザ光の光路上に配置されている。転写光学系４４は、複数のレンズが組み合わされて構成されている。転写光学系４４は、縮小投影光学系であってもよい。転写光学系４４は、ビームホモジナイザ４３により形成された矩形状のビームを、ウインドウ３６を介して被照射物５０の表面上に転写する。
【００４１】
ウインドウ３６は、転写光学系４４と被照射物５０との間の光路上に配置されており、筐体３０に形成された開口に、図示しないＯリングによってシールされた状態で固定されている。ウインドウ３６は、合成石英やＣａＦ2結晶で形成された透明基板であり、両面に反射抑制膜がコートされていてもよい。
【００４２】
筐体３０には、第１のパージガスを筐体３０内に吸入する吸入ポート３０ａと、筐体３０内から第１のパージガスを排出する排出ポート３０ｂとが設けられている。第１のパージガスは、例えば、窒素（Ｎ2）ガスである。吸入ポート３０ａ及び排出ポート３０ｂには、図示しない吸気管や排出管が接続される。吸入ポート３０ａ及び排出ポート３０ｂは、吸気管や排出管を接続した状態において、筐体３０内に外気が混入するのを抑制するように、図示しないＯリングによってシールされている。吸入ポート３０ａには、第１のパージガスを供給する第１のパージガス供給源３７が接続されている。筐体３０の内部は、第１のパージガスによりパージされる。
【００４３】
光路管５とレーザ照射装置４の接続部分と、光路管５とレーザ装置３との接続部分とは、それぞれ図示しないＯリングでシールされている。光路管５内も第１のパージガスによりパージされる。
【００４４】
照射シールド３５は、テーブル３２に支持された被照射物５０を囲う。照射シールド３５は、テーブル３２及びＸＹＺステージ３３の全体を囲う大きさを有しており、フレーム３４に固定されている。照射シールド３５の上面には、筐体３０に設けられたウインドウ３６と接続される開口が形成されている。この開口とウインドウ３６との間は、図示しないＯリングによってシールされている。
【００４５】
照射シールド３５は、ウインドウ３６と被照射物５０との間を第２のパージガスで満たすことが可能な構成である。照射シールド３５には、第２のパージガスを照射シールド３５内に吸入する吸入ポート３５ａと、照射シールド３５内から第２のパージガスを排出する排出ポート３５ｂとが設けられている。第２のパージガスは、酸素を殆ど含まない不活性ガスであって、例えば、アルゴンガス（Ａｒ）やヘリウムガス（Ｈｅ）である。第２のパージガスは、半導体材料にレーザ光を照射した場合に、半導体表面に酸化物を生成することのない酸素濃度以下の不活性ガスであればよい。吸入ポート３５ａには、第２のパージガスを供給する第２のパージガス供給源３８が接続されている。照射シールド３５の内部は、第２のパージガスによりパージされる。
【００４６】
レーザ照射制御部３１は、所定の繰り返し周波数ｆで、レーザ制御部１３に発光トリガＴｒを出力する。これに応じて、マスターオシレータＭＯは、繰り返し周波数ｆでレーザ発振を行う。また、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング用ビームの照射条件を記憶した図示しない記憶部を含む。この照射条件には、レーザドーピング時に被照射物５０に照射するパルスレーザ光であるレーザドーピング用ビームの１パルス当たりのフルーエンスＦｄが含まれる。レーザ照射制御部３１は、フルーエンスＦｄの値に基づき、レーザドーピング用のアッテネータ４２の透過率Ｔｄを算出する。
【００４７】
詳しくは後述するが、レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、ステップ・アンド・リピート方式により、１つのチップ形成領域毎に１パルスのレーザ照射を行う。
【００４８】
２．２  レーザ照射制御
次に、レーザ照射制御部３１により行われるステップ・アンド・リピート方式のレーザ照射制御について説明する。図２Ａは、前述の半導体基板５１がウエハ状に形成された被照射物５０を示す。半導体基板５１には、複数のチップ形成領域５３がＸ軸方向及びＹ軸方向に２次元配列されている。各チップ形成領域５３は矩形状である。なお、チップ形成領域５３は、半導体基板５１を切断してチップ化する際の最小領域である。
【００４９】
図２Ａにおいて、符号Ａは、ビームホモジナイザ４３から高反射ミラー４１ｃ及び転写光学系４４を介して被照射物５０に照射されるパルスレーザ光のビーム形状、すなわち照射領域を示す。図２Ｂに示すように、照射領域Ａの形状は、矩形状であり、Ｘ軸方向へ第１のビーム幅Ｂｘを有し、Ｙ軸方向へ第２のビーム幅Ｂｙを有する。第１のビーム幅Ｂｘは、チップ形成領域５３のＸ方向軸への長さに等しい。第２のビーム幅Ｂｙは、チップ形成領域５３のＹ方向軸への長さに等しい。
【００５０】
レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、被照射物５０を相対的にＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることにより、所望のチップ形成領域５３にパルスレーザ光の照射領域Ａをセットする。符号ＳＲは、ＸＹＺステージ３３を制御して被照射物５０を移動させることにより、照射領域Ａが移動する経路を示す。レーザ照射制御部３１は、ステップ・アンド・リピート方式により、各チップ形成領域５３に照射領域Ａが位置決めされるたびに、レーザ装置３に１パルスのレーザ照射を行わせる。
【００５１】
２．３  アッテネータの透過率の設定値
次に、パルスレーザ光のフルーエンスを所定値とするためのアッテネータ４２の透過率の設定値について説明する。まず、アッテネータ４２の透過率をＴとし、アッテネータ４２から被照射物５０までの光路における透過率をＴ’とする。また、アッテネータ４２に入射するパルスレーザ光のパルスエネルギをＥｔとし、被照射物５０の表面上におけるパルスレーザ光のフルーエンスをＦとする。この場合、フルーエンスＦは、下式（１）で表される。
【００５２】
Ｆ＝Ｔ・Ｔ’・Ｅｔ／（Ｂｘ・Ｂｙ）    ・・・（１）
【００５３】
なお、本比較例では、例えば、透過率Ｔ’を１００％、すなわちＴ’＝１と仮定する。この場合、アッテネータ４２の透過率Ｔは、下式（２）で表される。
【００５４】
Ｔ＝（Ｆ／Ｅｔ）（Ｂｘ・Ｂｙ）    ・・・（２）
【００５５】
レーザ照射制御部３１は、前述の照射条件に含まれるフルーエンスＦｄの値を上式（２）に代入することにより、レーザドーピング用の透過率Ｔｄを算出する。なお、透過率Ｔ’が１未満の一定値である場合には、下式（３）に基づいて透過率Ｔを算出してもよい。
【００５６】
Ｔ＝（Ｆ／（Ｅｔ・Ｔ’））（Ｂｘ・Ｂｙ）    ・・・（３）
【００５７】
２．４  レーザ照射システムの動作
２．４．１  メインフロー
図３は、レーザ照射制御部３１によるレーザドーピング制御の処理を示すフローチャートである。レーザ照射制御部３１は、以下の処理により、レーザ照射システム２を動作させる。
【００５８】
レーザ照射制御部３１は、テーブル３２上に被照射物５０がセットされる（ステップＳ１００）と、記憶部からレーザドーピング用の照射条件を読み込む（ステップＳ１１０）。この照射条件には、レーザドーピング用のフルーエンスＦｄが含まれる。
【００５９】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザ装置３に調整発振を行わせる（ステップＳ１２０）。調整発振が完了すると、レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、パルスレーザ光の照射領域Ａを、図２Ａに示す１つのチップ形成領域５３である初期位置に設定する（ステップＳ１３０）。また、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０の表面が、ビームホモジナイザ４３のコンデンサレンズ４６の焦点面において矩形状に整形されたビームが転写光学系４４によって転写される位置となるように、ＸＹＺステージ３３をＺ軸方向に調整する（ステップＳ１４０）。
【００６０】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング用のパラメータを算出する（ステップＳ１５０）。レーザドーピング用のパラメータには、アッテネータ４２のレーザドーピング用の透過率Ｔｄが含まれる。
【００６１】
レーザ照射制御部３１は、レーザ照射装置４に、レーザドーピング用のパラメータを設定する（ステップＳ１６０）。そして、レーザ照射制御部３１は、レーザ装置３に発光トリガＴｒを送信し、レーザ装置３にパルスレーザ光をの出力を行わせる（ステップＳ１７０）。レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａにパルスレーザ光が１パルス照射されるたびに、全てのチップ形成領域５３への照射が終了したか否かを判定する（ステップＳ１８０）。
【００６２】
レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了していない場合（ステップＳ１８０でＮＯ）には、ＸＹＺステージ３３を制御し、照射領域Ａを経路ＳＲに沿って次のチップ形成領域５３に移動させる（ステップＳ１９０）。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了するまで、ステップＳ１７０〜Ｓ１９０を繰り返す。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了すると（ステップＳ１８０でＹＥＳ）、レーザドーピング制御を終了する。
【００６３】
２．４．２  Ｓ１１０の詳細
図４は、図３に示されるメインフローにおいて照射条件の読み込みを行う処理（ステップＳ１１０）の詳細を示すサブルーチンである。本比較例では、ステップＳ１１０において、レーザ照射制御部３１は、記憶部から、レーザドーピング用の照射条件としてのフルーエンスＦｄを読み込む（ステップＳ１１１）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【００６４】
２．４．３  Ｓ１２０の詳細
図５は、図３に示されるメインフローにおいてレーザ装置３に調整発振を行わせる処理（ステップＳ１２０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ１２０では、まず、レーザ照射制御部３１は、目標パルスエネルギＥｔのデータ等をレーザ制御部１３に送信する（ステップＳ１２１）。ここで、目標パルスエネルギＥｔは、例えば１Ｊである。
【００６５】
この後、レーザ照射制御部３１は、レーザ制御部１３に繰り返し周波数ｆで発光トリガＴｒを出力する（ステップＳ１２２）。そして、レーザ制御部１３から準備完了信号Ｒｄを受信したか否かを判定する（ステップＳ１２３）。レーザ照射制御部３１は、準備完了信号Ｒｄを受信しなかった場合（ステップＳ１２３でＮＯ）には、ステップＳ１２２に戻る。レーザ照射制御部３１は、準備完了信号Ｒｄを受信すると（ステップＳ１２２でＹＥＳ）、処理をメインフローに戻す。ここで、繰り返し周波数ｆは、ステップ・アンド・リピート方式で露光する際の繰り返し周波数とほぼ同じであって、たとえば、０．５Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の範囲であって、固定値である。
【００６６】
２．４．４  Ｓ１５０の詳細
図６は、図３に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用のパラメータを算出する処理（ステップＳ１５０）の詳細を示すサブルーチンである。本比較例では、ステップＳ１５０において、レーザ照射制御部３１は、ステップＳ１１１で読み込んだフルーエンスＦｄのデータを用い、上式（２）に基づいてレーザドーピング用のアッテネータ４２の透過率Ｔｄを算出する（ステップＳ１５１）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【００６７】
２．４．５  Ｓ１６０の詳細
図７は、図３に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用のパラメータを設定する処理（ステップＳ１６０）の詳細を示すサブルーチンである。本比較例では、ステップＳ１６０において、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率を、ステップＳ１５１で算出した透過率Ｔｄに設定する（ステップＳ１６１）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率が透過率Ｔｄとなるように、アッテネータ４２に含まれる回転ステージ４２ｃ及び４２ｄを設定する。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【００６８】
２．５  課題
次に、比較例に係るレーザ照射システム２の課題を、図８〜図１０を参照しながら説明する。図８〜図１０は、被照射物５０の表面上に設定された照射領域Ａに、半導体基板５１のバンドギャップエネルギよりも高いフォトンエネルギを有するパルスレーザ光を１パルス照射した場合に、ドーピング領域５１ａが形成される様子を示している。
【００６９】
図８は、不純物源膜５２に照射されるパルスレーザ光の光強度の均一性が高く、フルーエンスが最適範囲内である場合に形成されるドーピング領域５１ａを示す。この場合、照射領域Ａにおける不純物源膜５２は、１パルスのパルスレーザ光でアブレーションが生じ、完全に除去される。これにより、半導体基板５１中には、照射領域Ａに対応する領域に、均一に不純物がドーピングされ、均一なドーピング領域５１ａが形成される。
【００７０】
図９は、不純物源膜５２に照射されるパルスレーザ光の光強度が均一でなく、パルスレーザ光の一部のフルーエンスが最適範囲よりも低い場合に形成されるドーピング領域５１ａを示す。図９において破線で示される矢印は、最適範囲よりも低いフルーエンスを有するパルスレーザ光を表している。この場合、フルーエンスが低い部分では、不純物源膜５２の一部がアブレーションされずに残る。これにより、ドーピング領域５１ａ中のドーピング深さが部分的に浅くなる。この結果、形成されたチップは、デバイスとして正常に機能しない恐れがある。
【００７１】
図１０は、不純物源膜５２に照射されるパルスレーザ光の光強度が均一でなく、パルスレーザ光の一部のフルーエンスが最適範囲よりも高い場合に形成されるドーピング領域５１ａを示す。図１０において太い実線で示される矢印は、最適範囲よりも高いフルーエンスを有するパルスレーザ光を表している。この場合、フルーエンスが高い部分では、不純物源膜５２がアブレーションにより除去され、さらにパルスレーザ光が半導体基板５１の表面に照射される。これにより、半導体基板５１の表面が部分的に損傷する。この結果、形成されたチップは、デバイスとして正常に機能しない恐れがある。
【００７２】
また、照射領域Ａにおける不純物源膜５２を完全に除去するために、照射領域Ａに複数パルスのパルスレーザ光を照射することも考えられるが、この場合には、２パルス目以降のパルスレーザ光によって、半導体基板５１の表面が損傷する恐れがある。
【００７３】
以上のように、比較例に係るレーザ照射システム２でレーザドーピングを行う場合には、１パルスのパルスレーザ光で効率よく不純物源膜５２を除去しなければならないため、以下の課題がある。例えば、半導体基板５１がパワー半導体である場合には、レーザドーピングに最適なフルーエンスは、数Ｊ／ｃｍ2程度である。照射領域全体を上記フルーエンスで照射するには、１Ｊ以上のパルスエネルギを有するパルスレーザ光を出力可能なレーザ装置が必要となる。したがって、レーザドーピングを適正に行うためには、従来のようなパルスエネルギが３０ｍＪ〜４００ｍＪと小さいレーザ装置を使用することはできない。
【００７４】
また、レーザドーピングを適正に行うためには、パルスエネルギの安定性が高いレーザ装置が必要である。さらに、照射領域における光強度の均一性を高めるには、ビーム形状が安定したパルスレーザ光を出力するレーザ装置と、ビームを均一化するレーザ照射装置とが必要となる。また、低繰り返し周波数でパルスエネルギの安定性が高いレーザ装置が必要となる。
【００７５】
以下で説明される実施形態においては、この課題を解決するために、パルスレーザ光を照射領域に一定の繰り返し周波数で照射しながら、照射領域に対して相対的に被照射物を一定のスキャン速度で移動させることにより、レーザドーピングを行う。
【００７６】
３．第１の実施形態
３．１  構成
図１１は、本開示の第１の実施形態に係るレーザ照射システム２ａの構成を概略的に示す。第１の実施形態に係るレーザ照射システム２ａは、比較例に係るレーザ照射システム２に含まれるレーザ装置３に代えてレーザ装置３ａを含み、レーザ照射装置４に代えてレーザ照射装置４ａを含む。なお、以下では、比較例に係るレーザ照射システム２の構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７７】
レーザ装置３ａは、マスターオシレータＭＯとモニタモジュール１１との間におけるパルスレーザ光の光路上に配置された光学パルスストレッチャ（ＯＰＳ）１０を含む。ＯＰＳ１０は、ビームスプリッタ１０ｙと、凹面ミラー１０ａ〜１０ｄとを含む。ＯＰＳ１０は、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光の光路上にビームスプリッタ１０ｙが位置するように配置されている。凹面ミラー１０ａ〜１０ｄは、遅延光学系を構成している。
【００７８】
凹面ミラー１０ａ〜１０ｄの各々は、互いに略等しい焦点距離Ｆを有する凹面ミラーである。焦点距離Ｆは、例えば、ビームスプリッタ１０ｙから凹面ミラー１０ａまでの距離に相当する。凹面ミラー１０ａ〜１０ｄは、ビームスプリッタ１０ｙで部分反射された光を、ビームスプリッタ１０ｙに導き、ビームスプリッタ１０ｙに正転写するように配置されている。ＯＰＳ１０は、マスターオシレータＭＯから入力されたパルスレーザ光を、パルスストレッチし、パルス時間幅が伸張されたパルスレーザ光を出力する。
【００７９】
本実施形態では、モニタモジュール１１には、ＯＰＳ１０によりパルス時間幅が伸張されたパルスレーザ光が入射する。
【００８０】
なお、レーザ装置３ａは、フォトンエネルギが、半導体材料のバンドギャップエネルギよりも大きなパルスレーザ光を出力することが好ましい。
【００８１】
レーザ照射装置４ａは、光学システム４０ａにおいて、比較例のビームホモジナイザ４３に代えて、ビームホモジナイザ４３ａを含む。ビームホモジナイザ４３ａは、比較例のフライアイレンズ４５に代えて、図１２に示すフライアイレンズ６０を含む。同図において、Ｉ軸方向は、パルスレーザ光の進行方向を示す。Ｖ軸方向及びＨ軸方向は、互いに直交し、かつ、それぞれパルスレーザ光の進行方向に直交する方向である。
【００８２】
フライアイレンズ６０は、合成石英やフッ化カルシウム（ＣａＦ2）結晶で形成された透明基板を加工することにより形成されている。フライアイレンズ６０のパルスレーザ光が入射する第１の面には、Ｖ軸方向に第１の曲率半径を有し、Ｈ軸方向に延伸した凹状の複数の第１のシリンドリカル面６１が、Ｖ軸方向に第１のピッチＬｖで配列されている。フライアイレンズ６０の第１の面と反対側の第２の面には、Ｈ軸方向に第２の曲率半径を有し、Ｖ軸方向に延伸した凹状の複数の第２のシリンドリカル面６２が、Ｈ軸方向に第２のピッチＬｈで配列されている。第１のピッチＬｖは、第２のピッチＬｈよりも小さい。
【００８３】
また、第１のシリンドリカル面６１の第１の曲率半径と第２のシリンドリカル面６２の第２の曲率半径とは、それぞれ第１のシリンドリカル面６１による凹レンズの焦点位置と第２のシリンドリカル面６２による凹レンズの焦点位置とがほぼ一致するように設定されている。
【００８４】
本実施形態では、レーザ照射制御部３１の記憶部には、レーザドーピング用ビームの照射条件として、レーザドーピング時に被照射物５０に照射するパルスレーザ光であるレーザドーピング用ビームのフルーエンスＦｄ及び照射パルス数Ｎｄが記憶される。記憶部に記憶された照射条件は、図示しない外部装置により適宜書き換えが可能である。
【００８５】
詳しくは後述するが、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング時に、ＸＹＺステージ３３を制御し、被照射物５０をＸＹ面内で移動させながら、パルスレーザ光を照射するスキャン照射を行う。レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング用ビームの照射条件に基づき、レーザドーピング時に設定するアッテネータ４２の透過率Ｔｄとスキャン速度Ｖｄｘとを算出する。
【００８６】
３．２  スキャン照射制御
次に、本実施形態においてレーザ照射制御部３１により行われるスキャン照射制御について説明する。図１３Ａは、前述の半導体基板５１がウエハ状に形成された被照射物５０を示す。半導体基板５１には、複数のチップ形成領域５３がＸ軸方向及びＹ軸方向に２次元配列されている。各チップ形成領域５３は矩形状である。
【００８７】
図１３Ａにおいて、符号Ａは、ビームホモジナイザ４３ａから高反射ミラー４１ｃ及び転写光学系４４を介して被照射物５０に照射されるパルスレーザ光のビーム形状、すなわち照射領域を示す。図１３Ｂに示すように、照射領域Ａの形状は、矩形状であり、スキャン方向であるＸ軸方向へ第１のビーム幅Ｂｘを有し、Ｙ軸方向へ第２のビーム幅Ｂｙを有する。ここで、第２のビーム幅Ｂｙは第１のビーム幅Ｂｘより大きい。すなわち、パルスレーザ光のビーム形状は、ほぼライン状である。なお、第２のビーム幅Ｂｙは、第１のビーム幅Ｂｘの５倍より大きく１０００倍より小さいことが好ましい。
【００８８】
第２のビーム幅Ｂｙは、チップ形成領域５３のＹ軸方向への幅Ｃｙとほぼ同一である。なお、幅Ｃｙは、半導体基板５１をチップ形成領域５３ごとに切断してチップ化する際のＹ軸方向への最小幅、すなわちＹ軸方向へのダイシングピッチを表す。なお、第２のビーム幅Ｂｙは、幅Ｃｙと一致している場合に限定されず、下式（４）を満たす値であればよい。
【００８９】
Ｂｙ＝ｎ・Ｃｙ    ・・・（４）
ここで、ｎは１以上の整数である。
【００９０】
レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、パルスレーザ光の照射領域Ａに対して被照射物５０を相対的にＸ軸方向に一定の速度で等速直線移動させながら、照射領域Ａにパルスレーザ光を照射させるスキャン照射を行う。ここで、レーザドーピング時の被照射物５０の移動速度が前述のスキャン速度Ｖｄｘである。また、符号Ｓｄは、レーザドーピング時のスキャン経路を示している。
【００９１】
スキャン速度Ｖｄｘは、チップ形成領域５３中の各位置に照射されるパルスレーザ光のパルス数が前述の照射パルス数Ｎｄとなるように、レーザ照射制御部３１により算出される。具体的には、レーザ照射制御部３１は、照射パルス数Ｎｄ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｘのデータを用い、下式（５）に基づいてスキャン速度Ｖｄｘを算出する。
【００９２】
Ｖｄｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｄ    ・・・（５）
【００９３】
レーザ照射制御部３１は、レーザドーピングを開始する場合に、第１行目の端部に位置する第１のチップ形成領域５３ａの近傍の初期位置ＩＰに照射領域Ａを設定し、スキャン経路Ｓｄに沿って、Ｘ軸正方向にスキャン速度Ｖｄｘでスキャン照射を開始させる。レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａが第１行目の最終端に位置する第２のチップ形成領域５３ｂを通過すると、照射領域ＡをＹ軸正方向に移動させる。次に、レーザ照射制御部３１は、第２行目の端部に位置する第３のチップ形成領域５３ｃからＸ軸負方向にスキャン照射を実行させる。そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａが２行目の最終端に位置する第４のチップ形成領域５３ｄを通過すると、照射領域ＡをＹ軸正方向に１行分だけ移動させる。
【００９４】
レーザ照射制御部３１は、以上のスキャン照射を繰り返し実行させ、照射領域Ａが最終行の最終端に位置する第５のチップ形成領域５３ｅを通過すると、照射領域Ａを被照射物５０外に移動させ、スキャン照射制御を終了する。
【００９５】
３．３  パルスレーザ光のフルーエンスの設定値
次に、レーザドーピング時におけるパルスレーザ光のフルーエンスについて説明する。ここで、フルーエンスとは、被照射物５０の表面上におけるパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギ密度（Ｊ／ｃｍ2）である。レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率を制御することにより、レーザドーピング用のフルーエンスＦｄを設定する。
【００９６】
フルーエンスＦｄは、下式（６）を満たす範囲内に設定される。
【００９７】
Ｆａｔｈ≦Ｆｄ＜Ｆｄｔｈ    ・・・（６）
【００９８】
ここで、Ｆａｔｈは、被照射物５０に第１の照射パルス数Ｎｄだけパルスレーザ光を照射した場合に、半導体基板５１の表面上に形成された不純物源膜５２にアブレーションが生じるフルーエンスの閾値である。また、Ｆｄｔｈは、被照射物５０に第１の照射パルス数Ｎｄだけパルスレーザ光を照射した場合に、半導体基板５１の表面に損傷が生じ得るフルーエンスの閾値である。例えば、Ｆｄｔｈは、半導体基板５１が昇華温度となるフルーエンスである。
【００９９】
フルーエンスＦｄを上式（６）の範囲内に設定することにより、半導体基板５１の表面に損傷を生じさせずに、不純物源膜５２をアブレーションさせ、不純物を半導体基板５１内にドーピングすることができる。
【０１００】
また、照射パルス数Ｎｄは２以上である。さらに、パルスレーザ光の照射むらを抑制するために、照射パルス数Ｎｄを５以上４０以下の範囲内とすることが好ましい。
【０１０１】
３．４  レーザ照射システムの動作
３．４．１  メインフロー
図１４は、レーザ照射制御部３１によるレーザドーピング制御の処理を示すフローチャートである。レーザ照射制御部３１は、以下の処理により、レーザ照射システム２ａを動作させる。
【０１０２】
レーザ照射制御部３１は、テーブル３２上に被照射物５０がセットされる（ステップＳ２００）と、記憶部からレーザドーピング用の照射条件を読み込む（ステップＳ２１０）。この照射条件には、レーザドーピング用のフルーエンスＦｄと照射パルス数Ｎｄとが含まれる。
【０１０３】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザ装置３に調整発振を行わせる（ステップＳ２２０）。調整発振が完了すると、レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、パルスレーザ光の照射領域Ａを、図１３Ａに示す初期位置ＩＰに設定する（ステップＳ２３０）。また、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０の表面が、ビームホモジナイザ４３ａのコンデンサレンズ４６の焦点面において矩形状に整形されたビーム像の転写位置となるように、ＸＹＺステージ３３をＺ軸方向に調整する（ステップＳ２４０）。
【０１０４】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング用のパラメータを算出する（ステップＳ２５０）。このパラメータには、アッテネータ４２の透過率Ｔｄと、スキャン速度Ｖｄｘとが含まれる。次に、レーザ照射制御部３１は、レーザ照射装置４ａに、レーザドーピング用のパラメータを設定する（ステップＳ２６０）。
【０１０５】
そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａを前述のスキャン経路Ｓｄに沿ってＸ軸方向に一定速度で移動させながら、被照射物５０にパルスレーザ光を照射するスキャン照射を行う（ステップＳ２７０）。レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸方向への１行分のスキャン照射が終了するたびに、全てのチップ形成領域５３への照射が終了したか否かを判定する（ステップＳ２８０）。
【０１０６】
レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了していない場合（ステップＳ２８０でＮＯ）には、照射領域ＡをＹ軸方向に移動させ、次の行のスキャン照射開始位置にセットする（ステップＳ２９０）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をステップＳ２７０に戻し、Ｘ軸方向へのスキャン照射を実行する。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了するまで、ステップＳ２７０〜Ｓ２９０を繰り返す。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了すると（ステップＳ２８０でＹＥＳ）、レーザドーピング制御を終了する。
【０１０７】
３．４．２  Ｓ２１０の詳細
図１５は、図１４に示されるメインフローにおいて照射条件の読み込みを行う処理（ステップＳ２１０）の詳細を示すサブルーチンである。本実施形態では、ステップＳ２１０において、レーザ照射制御部３１は、記憶部から、照射条件としてのレーザドーピング用のフルーエンスＦｄと照射パルス数Ｎｄとを読み込む（ステップＳ２１１）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１０８】
３．４．３  Ｓ２５０の詳細
図１６は、図１４に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用のパラメータを算出する処理（ステップＳ２５０）の詳細を示すサブルーチンである。本実施形態では、ステップＳ２５０において、レーザ照射制御部３１は、ステップＳ２１１で読み込んだフルーエンスＦｄのデータを用い、上式（２）に基づいてレーザドーピング用のアッテネータ４２の透過率Ｔｄを算出する（ステップＳ２５１）。そして、レーザ照射制御部３１は、照射パルス数Ｎｄ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｘのデータを用い、上式（５）に基づいてレーザドーピング用の第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出する（ステップＳ２５２）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１０９】
３．４．４  Ｓ２６０の詳細
図１７は、図１４に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用のパラメータを設定する処理（ステップＳ２６０）の詳細を示すサブルーチンである。本実施形態では、ステップＳ２６０において、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率を、ステップＳ２５１で算出した透過率Ｔｄに設定する（ステップＳ２６１）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率が透過率Ｔｄとなるように、アッテネータ４２に含まれる回転ステージ４２ｃ及び４２ｄを設定する。
【０１１０】
次に、レーザ照射制御部３１は、スキャン照射の速度を、ステップＳ２５２で算出したスキャン速度Ｖｄｘに設定する（ステップＳ２６２）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０に対する照射領域Ａの移動速度がスキャン速度ＶｄｘとなるようにＸＹＺステージ３３を設定する。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１１１】
３．４．５  Ｓ２７０の詳細
図１８は、図１４に示されるメインフローにおいてＸ軸方向にスキャン照射する処理（ステップＳ２７０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ２７０では、まず、レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、照射領域ＡのＸ軸方向への移動を開始させる（ステップＳ２７１）。なお、照射領域Ａの移動には、加速運動、等速直線運動、減速運動が含まれるが、等速直線運動の速度がスキャン速度ＶｄｘとなるようにＸＹＺステージ３３を設定する。
【０１１２】
レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａの移動が開始すると、繰り返し周波数ｆで、レーザ制御部１３に発光トリガＴｒを出力する（ステップＳ２７２）。ここで、繰り返し周波数ｆは、例えば、６０００Ｈｚである。そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域ＡのＸ軸方向への移動が終了するまでの間（ステップＳ２７３でＮＯの間）、ステップＳ２７２を実行し、レーザ制御部１３に発光トリガＴｒを出力する。レーザ照射制御部３１は、照射領域ＡのＸ軸方向への移動が終了すると（ステップＳ２７３でＹＥＳ）、レーザ制御部１３への発光トリガＴｒの出力を停止する（ステップＳ２７４）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１１３】
なお、ステップＳ２７０では、照射領域Ａの移動開始から移動終了までの間、パルスレーザ光の照射を行っているが、等速直線運動以外の加速運動及び減速運動の期間中には、パルスレーザ光の照射は行わなくてもよい。
【０１１４】
また、メインフローのステップＳ２２０の詳細は、比較例で説明したステップＳ１２０の詳細と同様であるので、説明は省略する。
【０１１５】
３．５  効果
本実施形態によれば、上式（６）を満たすフルーエンスＦｄを有するパルスレーザ光を被照射物に照射するので、不純物源膜５２の同じ位置に複数のパルスレーザ光を照射することができる。
【０１１６】
例えば、本実施形態では、不純物源膜５２に照射されるパルスレーザ光の一部のフルーエンスが低く、半導体基板５１の表面に不純物源膜５２の一部が残渣として残ったとしても、後続のパルスレーザ光の照射によって残渣がアブレーションして除去され得る。この後続のパルスレーザ光は、上式（６）の範囲内であるため、半導体基板５１の表面に対する損傷は抑制される。一方、不純物源膜５２に照射されるパルスレーザ光の一部のフルーエンスが高い場合であっても、このフルーエンスは上式（６）の範囲内であるため、半導体基板５１の表面に対する損傷は抑制される。
【０１１７】
また、本実施形態によれば、被照射物５０に対して照射領域Ａを相対的に移動させながらスキャン照射を行い、被照射物５０の表面における各位置に複数のパルスレーザ光を照射するので、被照射物５０の表面上における各位置の照射量の均一性が向上する。
【０１１８】
また、本実施形態によれば、パルスレーザ光のビーム形状をＢｙ＜Ｂｘとし、チップ形成領域５３よりも面積が小さい照射領域Ａによりスキャン照射を行っている。このため、本実施形態では、パルスエネルギが小さなパルスレーザ光を発するレーザ装置３ａであっても、レーザドーピングに適したフルーエンスを得ることができる。
【０１１９】
３．６  半導体基板がＳｉＣの具体例
次に、被照射物５０の半導体基板５１の結晶構造が４Ｈ−ＳｉＣである場合の各種パラメータの具体例を示す。この場合、レーザ装置３ａとして、中心波長が約２４８．４ｎｍのパルスレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置を用いることが好ましい。この場合、パルスレーザ光のパルス幅ＴＩＳは、２０ｎｓ以上５００ｎｓ以下の範囲内であることが好ましい。パルス幅ＴＩＳは、下式（７）により定義される。ここで、ｔは時間、Ｉ（ｔ）は時間ｔにおける光強度を表している。
【０１２０】
【数１】
2019123611.tif 000003
【０１２１】
ＴＩＳ＜２０ｎｓの場合には、レーザドーピングにより半導体基板５１内に形成されるドーピング領域は、拡散長が短くなりドーピング層としての機能が抑制される。一方、ＴＩＳ＞５００ｎｓの場合には、不純物源膜５２がアルミニウム金属膜であると、不純物源膜５２に凝集が生じ、ドーピング領域の均一性が低下する。
【０１２２】
また、パルス幅ＴＩＳが２０ｎｓ以上５００ｎｓ以下の範囲内である場合には、レーザドーピング時に半導体基板５１の表面に損傷が生じ得るフルーエンスの閾値Ｆｄｔｈは、３．５Ｊ／ｃｍ2以上１０Ｊ／ｃｍ2以下の範囲内となる。
【０１２３】
また、不純物源膜５２にアブレーションが生じるフルーエンスの閾値Ｆｄｔｈは、不純物源膜５２がアルミニウム金属膜である場合には、１．５Ｊ／ｃｍ2となる。この場合、不純物源膜５２の厚みは、５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。不純物源膜５２の厚みが５０ｎｍより薄い場合には、不純物源膜５２のアブレーション時に、半導体基板５１の表面に損傷が生じる恐れがある。
【０１２４】
また、閾値Ｆｄｔｈは、不純物源膜５２がＳｉＮ膜である場合には、１．２Ｊ／ｃｍ2となる。この場合、不純物源膜５２の厚みは、２０ｎｍ以上であることが好ましい。不純物源膜５２がＳｉＮ膜である場合には、凝集は生じないため、厚みの上限は、ドーピングの特性上特に制限はない。しかし、不純物源膜５２は、厚みが厚すぎるとスループットが低下するため、厚みは３００ｎｍ以下であることが好ましい。したがって、不純物源膜５２は、ＳｉＮ膜である場合、厚みは１００ｎｍ程度であることが好ましい。
【０１２５】
４．第２の実施形態
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、不純物源膜が半導体基板上に形成されてなる被照射物にパルスレーザ光を照射することによって、半導体基板中への不純物のドーピングと、不純物を活性化させるためのポストアニール処理とを行うレーザ照射システムに関する。
【０１２６】
４．１  構成
第２の実施形態に係るレーザ照射システムの構成は、第１の実施形態に係るレーザ照射システム２ａと同様である。本実施形態では、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング制御に加えて、ポストアニール制御を行う。
【０１２７】
本実施形態では、レーザ照射制御部３１の記憶部には、レーザドーピング用ビームの第１の照射条件と、ポストアニール用ビームの第２の照射条件とが記憶される。第１の照射条件は、レーザドーピング時に被照射物５０に照射するパルスレーザ光であるレーザドーピング用ビームのフルーエンスＦｄ及び照射パルス数Ｎｄを含む。また、第２の照射条件は、ポストアニール時に被照射物５０に照射するパルスレーザ光であるポストアニール用ビームのフルーエンスＦｐ及び照射パルス数Ｎｐを含む。
【０１２８】
以下、フルーエンスＦｄを第１のフルーエンスＦｄという。照射パルス数Ｎｄを第２の照射パルス数Ｎｄという。フルーエンスＦｐを第２のフルーエンスＦｐという。照射パルス数Ｎｐを第２の照射パルス数Ｎｐという。記憶部に記憶された第１及び第２の照射条件は、図示しない外部装置により適宜書き換えが可能である。
【０１２９】
詳しくは後述するが、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング時及びポストアニール時において、ＸＹＺステージ３３を制御し、被照射物５０をＸＹ面内で移動させながら、パルスレーザ光を照射するスキャン照射を行う。レーザ照射制御部３１は、第１の照射条件に基づき、レーザドーピング時に設定するアッテネータ４２の第１の透過率Ｔｄと第１のスキャン速度Ｖｄｘとを算出する。また、レーザ照射制御部３１は、第２の照射条件に基づき、ポストアニール時に設定するアッテネータ４２の第２の透過率Ｔｐと第２のスキャン速度Ｖｐｘとを算出する。
【０１３０】
４．２  スキャン照射制御
次に、本実施形態において、レーザ照射制御部３１により行われるスキャン照射制御について説明する。図１９Ａ及び図１９Ｂは、被照射物５０及び照射領域Ａを示す。本実施形態における照射領域Ａの形状は、第１の実施形態と同様である。
【０１３１】
レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、パルスレーザ光の照射領域Ａに対して被照射物５０を相対的にＸ軸方向に一定の速度で等速直線移動させることによりスキャン照射を行う。ここで、レーザドーピング時の被照射物５０の移動速度が前述の第１のスキャン速度Ｖｄｘであり、ポストアニール時の被照射物５０の移動速度が前述の第２のスキャン速度Ｖｐｘである。また、符号Ｓｄは、レーザドーピング時の第１のスキャン経路を示している。符号Ｓｐは、ポストアニール時の第２のスキャン経路を示している。本比較例では、第１のスキャン経路Ｓｄと第２のスキャン経路Ｓｐとは同一である。
【０１３２】
第１のスキャン速度Ｖｄｘは、チップ形成領域５３中の各位置に照射されるパルスレーザ光のパルス数が前述の第１の照射パルス数Ｎｄとなるように、レーザ照射制御部３１により算出される。具体的には、レーザ照射制御部３１は、前述の式（５）に基づいて第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出する。
【０１３３】
第２のスキャン速度Ｖｐｘは、チップ形成領域５３中の各位置に照射されるパルスレーザ光のパルス数が前述の第２の照射パルス数Ｎｐとなるように、レーザ照射制御部３１により算出される。具体的には、レーザ照射制御部３１は、第２の照射パルス数Ｎｐ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｘのデータを用い、下式（８）に基づいて第２のスキャン速度Ｖｐｘを算出する。
【０１３４】
Ｖｐｘ＝ｆ・Ｂｘ／Ｎｐ    ・・・（８）
【０１３５】
レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング時には、第１の実施形態と同様に、第１のスキャン速度Ｖｄｘで、初期位置ＩＰから第１のスキャン経路Ｓｄに沿って照射領域Ａを移動させる。レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａが最終行の最終端に位置する第５のチップ形成領域５３ｅを通過すると、照射領域Ａを初期位置ＩＰに戻す。この後、レーザ照射制御部３１は、第２のスキャン経路Ｓｐに沿って第２のスキャン速度Ｖｐｘでポストアニール用のスキャン照射を実行させる。
【０１３６】
４．３  パルスレーザ光のフルーエンスの設定値
図２０は、第１のフルーエンスＦｄと第２のフルーエンスＦｐとの設定値について説明する図である。第１のフルーエンスＦｄは、第１の実施形態と同様に、前述の式（６）を満たす範囲内に設定される。
【０１３７】
第２のフルーエンスＦｐは、原理的には、下式（９）を満たす範囲内に設定されればよいが、下式（１０）を満たす範囲内に設定されることがより好ましい。
【０１３８】
Ｆｐｔｈ≦Ｆｐ＜Ｆｄｔｈ    ・・・（９）
Ｆｐｔｈ≦Ｆｐ＜Ｆｄ    ・・・（１０）
【０１３９】
ここで、Ｆｐｔｈは、ドーピング後の半導体基板５１に第２の照射パルス数Ｎｐだけパルスレーザ光を照射した場合に、ドーピングにより半導体基板５１中に生じた欠陥が修復され得るフルーエンスの閾値である。第２のフルーエンスＦｐを上式（９）または上式（１０）の範囲内に設定することにより、半導体基板５１の表面に損傷を生じさせずに、ポストアニール処理を行い、不純物を活性化することができる。
【０１４０】
また、第１の照射パルス数Ｎｄと第２の照射パルス数Ｎｐとは、下式（１１）の関係を満たすことが好ましい。
【０１４１】
２≦Ｎｄ＜Ｎｐ    ・・・（１１）
【０１４２】
４．４  アッテネータの透過率の設定値
次に、パルスレーザ光のフルーエンスを所定値とするためのアッテネータ４２の透過率の設定値について説明する。本実施形態では、レーザ照射制御部３１は、前述の第１のフルーエンスＦｄ及び第２のフルーエンスＦｐを前述の式（２）に代入することにより、前述の第１の透過率Ｔｄ及び第２の透過率Ｔｐをそれぞれ算出する。なお、透過率Ｔ’が１未満の一定値である場合には、前述の式（３）に基づいて第１の透過率Ｔｄ及び第２の透過率Ｔｐを算出してもよい。
【０１４３】
４．５  レーザ照射システムの動作
４．５．１  メインフロー
図２１は、レーザ照射制御部３１によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。レーザ照射制御部３１は、以下の処理により、レーザ照射システム２ａを動作させる。
【０１４４】
レーザ照射制御部３１は、テーブル３２上に被照射物５０がセットされる（ステップＳ３００）と、記憶部からレーザドーピング用の第１の照射条件とポストアニール用の第２の照射条件とを読み込む（ステップＳ３１０）。第１の照射条件には、第１のフルーエンスＦｄ及び第１の照射パルス数Ｎｄが含まれる。第２の照射条件には、第２のフルーエンスＦｐ及び第２の照射パルス数Ｎｐが含まれる。
【０１４５】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザ装置３ａに調整発振を行わせる（ステップＳ３２０）。調整発振が完了すると、レーザ照射制御部３１は、ＸＹＺステージ３３を制御し、パルスレーザ光の照射領域Ａを、図１９Ａに示す初期位置ＩＰに設定する（ステップＳ３３０）。また、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０の表面が、前述の転写位置となるように、ＸＹＺステージ３３をＺ軸方向に調整する（ステップＳ３４０）。
【０１４６】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する（ステップＳ３５０）。レーザドーピング用のパラメータには、アッテネータ４２の第１の透過率Ｔｄと、第１のスキャン速度Ｖｄｘとが含まれる。ポストアニール用のパラメータには、アッテネータ４２の第２の透過率Ｔｐと、第２のスキャン速度Ｖｐｘとが含まれる。
【０１４７】
レーザ照射制御部３１は、レーザ照射装置４ａに、レーザドーピング用のパラメータを設定する（ステップＳ３６０）。そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａを前述の第１のスキャン経路Ｓｄに沿ってＸ軸方向に一定速度で移動させながら、被照射物５０にパルスレーザ光を照射するスキャン照射を行う（ステップＳ３７０）。この後のステップＳ３８０及びＳ３９０については、第１の実施形態のステップＳ２８０及びＳ２９０と同様である。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了すると（ステップＳ３８０でＹＥＳ）、レーザドーピング制御を終了し、照射領域Ａを初期位置ＩＰに戻す（ステップ４００）。
【０１４８】
次に、レーザ照射制御部３１は、レーザ照射装置４に、ポストアニール用のパラメータを設定する（ステップＳ４１０）。そして、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａを前述の第２のスキャン経路Ｓｐに沿ってＸ軸方向に一定速度で移動させながら、被照射物５０にパルスレーザ光を照射するスキャン照射を行う（ステップＳ４２０）。この後のステップＳ４３０及びＳ４４０については、上記ステップＳ３８０及びＳ３９０と同様である。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了すると（ステップＳ４３０でＹＥＳ）、ポストアニール制御を終了する。
【０１４９】
４．５．２  Ｓ３１０の詳細
図２２は、図２１に示されるメインフローにおいて第１及び第２の照射条件の読み込みを行う処理（ステップＳ３１０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ３１０では、まず、レーザ照射制御部３１は、記憶部から、第１の照射条件としての第１のフルーエンスＦｄ及び第１の照射パルス数Ｎｄを読み込む（ステップＳ３１１）。そして、レーザ照射制御部３１は、記憶部から、第２の照射条件としての第２のフルーエンスＦｐ及び第２の照射パルス数Ｎｐを読み込む（ステップＳ３１２）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１５０】
４．５．３  Ｓ３５０の詳細
図２３は、図２１に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用及びポストアニール用のパラメータを算出する処理（ステップＳ３５０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ３５０では、まず、レーザ照射制御部３１は、第１のフルーエンスＦｄのデータを用い、上式（２）に基づいてレーザドーピング用の第１の透過率Ｔｄを算出する（ステップＳ３５１）。そして、レーザ照射制御部３１は、第１の照射パルス数Ｎｄ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｘのデータを用い、上式（５）に基づいてレーザドーピング用の第１のスキャン速度Ｖｄｘを算出する（ステップＳ３５２）。
【０１５１】
次に、レーザ照射制御部３１は、第２のフルーエンスＦｐのデータを用い上式（２）に基づいてポストアニール用の第２の透過率Ｔｐを算出する（ステップＳ３５３）。そして、レーザ照射制御部３１は、第２の照射パルス数Ｎｐ、繰り返し周波数ｆ、及び第１のビーム幅Ｂｘのデータを用い、上式（８）に基づいてポストアニール用の第２のスキャン速度Ｖｐｘを算出する（ステップＳ３５４）。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１５２】
４．５．４  Ｓ３６０の詳細
図２４は、図２１に示されるメインフローにおいてレーザドーピング用のパラメータを設定する処理（ステップＳ３６０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ３６０では、まず、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率を、ステップＳ３５１で算出した第１の透過率Ｔｄに設定する（ステップＳ３６１）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率が第１の透過率Ｔｄとなるように、アッテネータ４２に含まれる回転ステージ４２ｃ及び４２ｄを設定する。
【０１５３】
次に、レーザ照射制御部３１は、スキャン照射の速度を、ステップＳ３５２で算出した第１のスキャン速度Ｖｄｘに設定する（ステップＳ３６２）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０に対する照射領域Ａの移動速度が第１のスキャン速度ＶｄｘとなるようにＸＹＺステージ３３を設定する。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１５４】
４．５．５  Ｓ４１０の詳細
図２５は、図２１に示されるメインフローにおいてポストアニール用のパラメータを設定する処理（ステップＳ４１０）の詳細を示すサブルーチンである。ステップＳ４１０では、まず、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率を、ステップＳ３５３で算出した第２の透過率Ｔｐに設定する（ステップＳ４１１）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、アッテネータ４２の透過率が第２の透過率Ｔｐとなるように、アッテネータ４２に含まれる回転ステージ４２ｃ及び４２ｄを設定する。
【０１５５】
次に、レーザ照射制御部３１は、スキャン照射の速度を、ステップＳ３５４で算出した第２のスキャン速度Ｖｐｘに設定する（ステップＳ４１２）。具体的には、レーザ照射制御部３１は、被照射物５０に対する照射領域Ａの移動速度が第２のスキャン速度ＶｐｘとなるようにＸＹＺステージ３３を制御する。この後、レーザ照射制御部３１は、処理をメインフローに戻す。
【０１５６】
なお、メインフローのステップＳ３７０及びＳ４２０の詳細は、それぞれ上記ステップＳ２７０の詳細と同様であるので、説明は省略する。
【０１５７】
４．６  効果
本実施形態によれば、アッテネータ４２の透過率とスキャン照射の速度とを制御することにより、パルスレーザ光のフルーエンス及び照射パルス数を、それぞれレーザドーピング及びポストアニールに適した値とすることができる。したがって、本実施形態によれば、１つのレーザ照射システムによりレーザドーピングとポストアニールとを行うことができる。
【０１５８】
４．７  パラメータの具体例
下表１は、第２の実施形態において、Ｅｔ＝１００ｍＪとした場合のレーザドーピング時とポストアニール時とにおける各パラメータの具体例を示す。下表２は、第２の実施形態において、Ｅｔ＝４０ｍＪとした場合のレーザドーピング時とポストアニール時とにおける各パラメータの具体例を示す。
【０１５９】
【表１】
2019123611.tif 000004
【０１６０】
【表２】
2019123611.tif 000005
【０１６１】
表１及び表２から、本実施形態では、パルスレーザ光のパルスエネルギが１００ｍＪや４０ｍＪと低い場合であってもレーザドーピング及びポストアニールが可能であることが分かる。前述のように、レーザドーピング時のフルーエンスＦｄとポストアニール時のフルーエンスＦｐは、アッテネータ４２の透過率を調節することによって設定可能である。表１及び表２中のアッテネータ４２の透過率Ｔｄ，Ｔｐの値は、十分に調節可能な値である。
【０１６２】
また、レーザドーピング時の照射パルス数Ｎｄとポストアニール時の照射パルス数Ｎｐは、スキャン速度Ｖｄｘ，Ｖｐｘを調節することによって、それぞれ設定可能である。表１及び表２中のスキャン速度Ｖｄｘ，Ｖｐｘの値は、十分に調節可能な値である。
【０１６３】
また、照射領域Ａのアスペクト比Ｂｙ／Ｂｘは、表１の場合には６０であり、表２の場合には１００である。パルスレーザ光のビーム形状は、ほぼライン状である。
【０１６４】
なお、第２の実施形態では、アッテネータ４２の透過率を変更することによってフルーエンスを設定しているが、フルーエンスの設定方法はこれに限定されない。例えば、レーザ装置３ａが出力するパルスレーザ光のパルスエネルギの安定性が高い場合には、目標パルスエネルギＥｔを変更することによりフルーエンスを設定してもよい。
【０１６５】
４．８  照射領域のアスペクト比
次に、被照射物５０の表面上における照射領域Ａのアスペクト比Ｂｙ／Ｂｘの適正範囲について説明する。照射領域Ａにパルスレーザ光が照射されると、被照射物５０には、照射領域Ａにのみ局所的に熱エネルギが付与され、照射領域Ａとその周辺領域とで温度差が生じることになる。このため、被照射物５０の表面上において、照射領域Ａのみが熱膨張することにより、照射領域Ａの周囲が損傷する恐れがある。特に、照射領域Ａの頂角周辺は、Ｘ軸方向への熱膨張とＹ軸方向への熱膨張との差異により、損傷が生じる恐れが高い。
【０１６６】
このような損傷を抑制するためには、照射領域Ａのアスペクト比Ｂｙ／Ｂｘが高く、照射領域Ａの熱膨張の方向がほぼ一次元的とみなせる程度であることが好ましい。例えば、アスペクト比Ｂｙ／Ｂｘは、下式（１２）の範囲内であることが好ましい。
【０１６７】
１０≦Ｂｙ／Ｂｘ≦１０００    ・・・（１２）
【０１６８】
ここで、上限のアスペクト比Ｂｙ／Ｂｘである１０００は、Ｂｙ＝２４ｍｍ、Ｂｘ＝０．０２４ｍｍ、Ｆｄ＝６Ｊ／ｃｍ2の場合に必要なパルスレーザ光のパルスエネルギが３４ｍＪとなる値である。このことは、パルスエネルギが３４ｍＪのパルスレーザ光でスキャン照射を行うことにより、ドーピングが可能であることを示している。
【０１６９】
第１のビーム幅Ｂｘは、下式（１３）の範囲内であることが好ましい。
【０１７０】
３ｍｍ≦Ｂｙ≦２４ｍｍ    ・・・（１３）
【０１７１】
ここで、下限の第１のビーム幅Ｂｘである３ｍｍは、チップ形成領域５３のＹ軸方向への幅Ｃｙの最小値である。
【０１７２】
４．９  レーザ装置の種類
次に、レーザドーピングとポストアニールとの両方に適したレーザ装置の種類について説明する。表３は、被照射物５０の半導体基板５１を形成する半導体材料の種類と、レーザドーピングとポストアニールとの両方に使用可能なレーザ装置の種類との関係を示す。ポストアニールを可能とするためには、レーザ装置が出力するパルスレーザ光が半導体材料に吸収される必要がある。このため、レーザドーピングとポストアニールとの両方に適したレーザ装置は、フォトンエネルギが、半導体材料のバンドギャップエネルギよりも大きなパルスレーザ光を出力することが好ましい。
【０１７３】
【表３】
2019123611.tif 000006
【０１７４】
表４は、レーザ装置の種類と、パルスレーザ光の中心波長及びフォトンエネルギとの関係を示す。半導体材料が４Ｈ−ＳｉＣ，ＺｎＯ，ＧａＮ，またはＺｎＳである場合には、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光の中心波長は、２７０ｎｍ以下であることが好ましい。すなわち、この場合には、レーザ装置として、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、またはＦ2エキシマレーザ装置を用いることが好ましい。特に、発振効率が高くパルスエネルギが高いＫｒＦエキシマレーザ装置を用いることが好ましい。
【０１７５】
【表４】
2019123611.tif 000007
【０１７６】
また、半導体材料がＡｌＮやＣの場合には、バンドギャップエネルギが大きいため、レーザ装置として、ＡｒＦエキシマレーザ装置またはＦ2エキシマレーザ装置を用いることが好ましい。
【０１７７】
５．第１の変形例
次に、第１の変形例について説明する。第２の実施形態では、図１９を用いて説明したように、被照射物５０上の全ての照射領域Ａに対してレーザドーピング用のスキャン照射を行った後、ポストアニール用のスキャン照射を行っている。これに代えて、レーザドーピング用のスキャン照射と、ポストアニール用のスキャン照射とを交互に行うことも可能である。すなわち、第２の実施形態では、レーザドーピング時とポストアニール時とでスキャン方向が同一であるのに対して、本変形例では、レーザドーピング時とポストアニール時とで逆方向とする。以下、第２の実施形態のスキャン照射制御に関する変形例について説明する。
【０１７８】
５．１  スキャン照射制御
図２６は、本変形例におけるレーザドーピング時の第１のスキャン経路Ｓｄ’と、ポストアニール時の第２のスキャン経路Ｓｐ’とを示す。第１のスキャン経路Ｓｄ’は、Ｘ軸正方向である。第２のスキャン経路Ｓｐ’は、Ｘ軸負方向である。すなわち、レーザドーピング時には、被照射物５０に対して照射領域ＡがＸ軸正方向に移動する。一方、ポストアニール時には、被照射物５０に対して照射領域ＡがＸ軸負方向に移動する。照射領域Ａは、図１９Ｂに示される形状を有する。
【０１７９】
レーザ照射制御部３１は、レーザドーピングを開始する場合に、第１行目の端部に位置する第１のチップ形成領域５３ｆの近傍の初期位置ＩＰに照射領域Ａを設定し、第１のスキャン経路Ｓｄ’に沿って、Ｘ軸正方向に第１のスキャン速度Ｖｄｘでスキャン照射を開始させる。レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａが第１行目の最終端に位置する第２のチップ形成領域５３ｇを通過すると、第２のチップ形成領域５３ｇの近傍に照射領域Ａを設定する。そして、レーザ照射制御部３１は、第２のチップ形成領域５３ｇからＸ軸負方向に第２のスキャン速度Ｖｐｘでスキャン照射を実行させる。
【０１８０】
次に、レーザ照射制御部３１は、照射領域Ａが第１のチップ形成領域５３ｆを通過すると、照射領域ＡをＹ軸正方向に１行分だけ移動させる。そして、レーザ照射制御部３１は、第３のチップ形成領域５３ｈの近傍に照射領域Ａを設定する。レーザ照射制御部３１は、以上のスキャン照射を繰り返し実行させ、照射領域Ａが最終行の端部に位置する第４のチップ形成領域５３ｉを通過すると、照射領域Ａを初期位置ＩＰに戻す。そして、レーザ照射制御部３１は、スキャン照射制御を終了する。この後、被照射物５０が新しい被照射物５０に交換されてもよい。
【０１８１】
５．２  レーザ照射システムの動作
図２７は、レーザ照射制御部３１によるレーザドーピング制御及びポストアニール制御の処理を示すフローチャートである。本実施形態のステップＳ５００〜Ｓ５５０は、第２の実施形態のステップＳ３００〜Ｓ３５０と同様である。本実施形態では、レーザ照射制御部３１は、ステップＳ５６０においてレーザドーピング用のパラメータを設定した後、Ｘ軸正方向に第１のスキャン速度Ｖｄｘで１行分のスキャン照射を実行する（ステップＳ５７０）。
【０１８２】
次に、レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸正方向への１行分のスキャン照射が終了すると、レーザ照射装置４ａに、ポストアニール用のパラメータを設定する（ステップＳ５８０）。そして、レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸負方向に第２のスキャン速度Ｖｐｘで１行分のスキャン照射を実行する（ステップＳ５９０）。レーザ照射制御部３１は、Ｘ軸正方向及びＸ軸負方向への１行分のスキャン照射が終了するたびに、全てのチップ形成領域５３への照射が終了したか否かを判定する（ステップＳ６００）。
【０１８３】
レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了していない場合（ステップＳ６００でＮＯ）には、照射領域をＹ軸方向に移動させ、次の行のスキャン照射開始位置に照射領域をセットする（ステップＳ６１０）。そして、レーザ照射制御部３１は、処理をステップＳ５６０に戻し、同様の処理を繰り返し実行する。レーザ照射制御部３１は、全てのチップ形成領域５３への照射が終了すると（ステップＳ６００でＹＥＳ）、スキャン照射制御を終了する。
【０１８４】
５．３  効果
本変形例に係るスキャン照射制御では、第２の実施形態に比べて、Ｙ軸方向へのＸＹＺステージ３３の移動距離が短縮されるため、スループットが向上する。また、レーザドーピング用のスキャン照射とポストアニール用のスキャン照射とを、１行ずつ実行するので、レーザドーピング時とポストアニール時との照射領域ＡのＹ軸方向への重なり精度が向上する。
【０１８５】
６．第２の変形例
次に、第２の変形例について説明する。第１の実施形態では、図１１に示したように、ビームホモジナイザ４３ａを高反射ミラー４１ｂと高反射ミラー４１ｃとの間の光路上に配置しているが、ビームホモジナイザ４３ａを配置する位置はこれに限られない。
【０１８６】
図２８は、本変形例に係るレーザ照射システム２ｂの構成を概略的に示す。レーザ照射システム２ｂは、レーザ照射装置４ｂに含まれる光学システム４０ｂの構成のみが、第１の実施形態に係るレーザ照射システム２の構成と異なる。光学システム４０ｂでは、前述の転写光学系４４に代えて、ビームホモジナイザ４３ａが、高反射ミラー４１ｃとウインドウ３６の間の光路上に配置されている。
【０１８７】
第１の実施形態と同様に、ビームホモジナイザ４３ａは、フライアイレンズ６０と、コンデンサレンズ４６と、を含む。本変形例では、コンデンサレンズ４６は、その焦点面が被照射物５０の表面に一致するように配置されている。コンデンサレンズ４６は、被照射物５０の表面にケーラ照明を行う。
【０１８８】
本変形例に係るレーザ照射システム２ｂのその他の構成は、第１の実施形態に係るレーザ照射システム２の構成と同様である。
【０１８９】
なお、本変形例に係るレーザ照射システム２ｂを、第２の実施形態に適用することも可能である。
【０１９０】
７．レーザ装置の変形例
第１実施形態のレーザ装置３ａは、種々の変形が可能である。以下に、レーザ装置３ａの１つの変形例を説明する。図２９は、本変形例に係るレーザ装置３ｂの構成を示す。レーザ装置３ｂは、第１実施形態のレーザ装置３ａに、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光のエネルギを増幅する増幅器ＰＡを追加したものである。増幅器ＰＡは、マスターオシレータＭＯとＯＰＳ１０との間のパルスレーザ光の光路上に配置されている。増幅器ＰＡは、光共振器を有しないこと以外は、マスターオシレータＭＯと同様の構成である。増幅器ＰＡは、レーザチャンバ２０、充電器２３、及びＰＰＭ２４を含む。
【０１９１】
レーザ制御部１３は、レーザ照射制御部３１から目標パルスエネルギＥｔ等のデータを受信すると、目標値でレーザ発振するように、マスターオシレータＭＯ及び増幅器ＰＡの各充電器２３の充電電圧を制御する。
【０１９２】
レーザ制御部１３は、レーザ照射制御部３１から発光トリガＴｒを受信すると、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光が増幅器ＰＡの放電空間内に入射したときに放電が生じるように、マスターオシレータＭＯ及び増幅器ＰＡを制御する。具体的には、レーザ制御部１３は、上記放電が生じるように、マスターオシレータＭＯ及び増幅器ＰＡの各スイッチ２４ａに、発光トリガＴｒと同期した信号を入力させ、両スイッチ２４ａのオンタイミングを調整する。この結果、マスターオシレータＭＯから増幅器ＰＡに入射したパルスレーザ光は、増幅器ＰＡにおいて増幅発振される。
【０１９３】
増幅器ＰＡで増幅されて出力されたパルスレーザ光は、ＯＰＳ１０を介してモニタモジュール１１に入射し、モニタモジュール１１においてパルスエネルギが計測される。レーザ制御部１３は、パルスエネルギの計測値が目標パルスエネルギＥｔに近づくように、マスターオシレータＭＯ及び増幅器ＰＡの各充電器２３の充電電圧を制御する。シャッタ１２が開くと、モニタモジュール１１のビームスプリッタ１１ａを透過したパルスレーザ光が、レーザ照射装置４ａに入射する。
【０１９４】
このように、増幅器ＰＡを設けることにより、レーザ装置３ｂは、高いパルスエネルギのレーザ光を出力することができる。
【０１９５】
８．その他の変形例
図３０は、レーザ照射装置のその他の変形例を示す。本変形例に係るレーザ照射装置４ｃに含まれる光学システム４０ｃは、高反射ミラー４１ｃに代えて、ビームスプリッタ１００が設けられている点が、第１の実施形態の光学システム４０ａと異なる。また、レーザ照射装置４ｃは、コンデンサレンズ１０１と、光センサ１０２とを、さらに含む。
【０１９６】
ビームスプリッタ１００は、ビームホモジナイザ４３ａから入射するパルスレーザ光の一部を反射させて転写光学系４４に導き、一部を透過させてコンデンサレンズ１０１に導く。コンデンサレンズ１０１は、ビームスプリッタ１００の透過光を集光して光センサ１０２に入射させる。光センサ１０２は、入射光に基づきパルスレーザ光のパルスエネルギを計測して計測値をレーザ照射制御部３１に入力する。ここで、光の利用効率の低下を抑制するため、ビームスプリッタ１００の反射率は、９８％以上１００％未満の範囲内であることが好ましい。
【０１９７】
レーザ照射制御部３１は、光センサ１０２から入力されたパルスエネルギの計測値に基づいてアッテネータ４２の透過率を制御することにより、高精度にフルーエンスを制御することができる。
【０１９８】
また、本変形例では、照射シールド１１０は、第１の実施形態の照射シールド３５のようにテーブル３２及びＸＹＺステージ３３を全体的に囲うものではなく、被照射物５０の照射位置を含む一部分のみを囲う。照射シールド１１０には、吸入ポート１１１が設けられている。吸入ポート１１１には、第２のパージガスを供給する第２のパージガス供給源３８が接続されている。照射シールド１１０の形状は、例えば、円筒形状である。照射シールド１１０には、下端部の一部に、被照射物５０の表面との間に、僅かな隙間が設けられている。この隙間が照射シールド１１０内のガスを排出する排出ポートとして機能する。
【０１９９】
また、照射シールドの形状は、円筒形状に限られない。図３１に示すように、円筒形状の照射シールド１１０に代えて、円錐形状の照射シールド１２０を用いてもよい。照射シールド１２０は、下端部に向かって径が次第に細くなる。
【０２００】
なお、照射シールドは、必ずしも必要ではなく、被照射物５０を、真空チャンバ内に配置することにより酸化物の生成を抑制してもよい。
【０２０１】
また、上記各実施形態では、レーザ装置内にＯＰＳを設けているが、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光のパルス時間幅が、レーザドーピングが可能な範囲であれば、ＯＰＳは必ずしも必要ではない。
【０２０２】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の各実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０２０３】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」または「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」または「１またはそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【図１】
2019123611.tif 000008
【図２】
2019123611.tif 000009
【図３】
2019123611.tif 000010
【図４】
2019123611.tif 000011
【図５】
2019123611.tif 000012
【図６】
2019123611.tif 000013
【図７】
2019123611.tif 000014
【図８】
2019123611.tif 000015
【図９】
2019123611.tif 000016
【図１０】
2019123611.tif 000017
【図１１】
2019123611.tif 000018
【図１２】
2019123611.tif 000019
【図１３】
2019123611.tif 000020
【図１４】
2019123611.tif 000021
【図１５】
2019123611.tif 000022
【図１６】
2019123611.tif 000023
【図１７】
2019123611.tif 000024
【図１８】
2019123611.tif 000025
【図１９】
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【図２０】
2019123611.tif 000027
【図２１】
2019123611.tif 000028
【図２２】
2019123611.tif 000029
【図２３】
2019123611.tif 000030
【図２４】
2019123611.tif 000031
【図２５】
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【図２６】
2019123611.tif 000033
【図２７】
2019123611.tif 000034
【図２８】
2019123611.tif 000035
【図２９】
2019123611.tif 000036
【図３０】
2019123611.tif 000037
【図３１】
2019123611.tif 000038
【国際調査報告】
2019123611.tif 000039
2019123611.tif 000040
2019123611.tif 000041
2019123611.tif 000042