JP2016119470A - 超短期滞留時間でのレーザアニーリングシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<QCWレーザアニーリングシステム>
Claims (25)
- パターン化された表面を有する半導体ウエハを、ウエハ表面温度TS又はウエハ表面直下温度TS、及び表面溶融温度TM又は表面直下溶融温度TMでアニーリングする方法であって、
予熱レーザ光線を用いてパターン化表面に予熱線画像を形成することと、
走査レーザ光線を用いて半導体ウエハの表面にアニーリング画像を形成し、前記アニーリング画像が前記予熱線画像の一部と重なるようにして走査重複領域を規定することと、
前記予熱線画像に対して前記アニーリング画像を走査し、前記走査重複領域が、10ns≦τD≦500nsの範囲の滞留時間τDを有し、前記走査重複領域内において、前記ウエハ表面温度TS又はウエハ表面直下温度TSを、前記プレアニール温度TPAから前記表面溶融温度TM又は表面直下溶融温度TMに局所的に上昇させることと
を備え、
前記予熱線画像を形成する工程において、前記予熱線画像は、前記パターン化表面の一部を、(0.5)・TM≦TPA≦(0.9)・TMの範囲のプレアニール温度TPAに加熱するように構成され、前記予熱線画像は、5mmから20mmの間の長さL1と、幅W1とを有し、
前記アニーリング画像を形成する工程において、前記アニーリング画像は、100ミクロンから500ミクロンの間の範囲の長さL2と、10ミクロンから50ミクロンの間の範囲の幅W2とを有し、前記長さL2はL2≧2・W1であり、前記長さL1とL2とは直交方向に測定される、方法。 - 前記滞留時間τDは、25ns≦τD≦250nsの範囲にある、請求項1に記載の方法。
- 光パルスを発する疑似連続波(QCW)レジームでアニールレーザを操作することによって前記走査レーザ光線を形成することをさらに備え、前記走査重複領域が通過する前記半導体ウエハの表面上の各点は、少なくとも5個の光パルスを受光する、請求項1または2に記載の方法。
- 前記QCWレジームは、100MHz以上の反複率を有する、請求項3に記載の方法。
- 前記走査レーザ光線は、アニールレーザから回転ポリゴンミラーへ初期レーザ光線を導くことによって形成される、請求項1から4の何れか1項に記載の方法。
- 前記予熱レーザ光線は、赤外線波長を有し、前記走査レーザ光線は、可視光波長を有する、請求項1から5の何れか1項に記載の方法。
- 前記可視光波長は532nmであり、赤外線ファイバレーザを周波数倍増することによって形成される、請求項6に記載の方法。
- 前記走査重複領域内で前記半導体ウエハの表面温度を測定することと、前記半導体ウエハの測定された表面温度を用いて、前記予熱レーザ光線及びアニールレーザ光線の少なくとも一つの光学出力量を制御することとをさらに備える、請求項1から7の何れか1項に記載の方法。
- 前記半導体ウエハの表面温度を測定することは、前記走査重複領域からの放射率を測定することを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記半導体ウエハは、Si層の真下にあるSi及びGeの層を備える、請求項1から9の何れか1項に記載の方法。
- a)走査光学システムを用いて、前記予熱線画像の近位端における開始位置から前記予熱線画像の遠位端における終了位置まで、アニーリング走査方向に前記アニーリング画像を走査することと、
b)前記アニーリング画像が前記終了位置に到達したときに、前記走査レーザ光線を消すことと、
c)前記半導体ウエハの表面上の新規な位置へ前記予熱線画像を動かすことと、
d)前記アニーリング画像を前記開始位置に方向付けることができるときに、前記走査レーザ光線を引き返させることと
を備え、
工程a)からd)を繰り返し、前記半導体ウエハの略全表面にわたって前記走査重複領域を走査する、請求項1から10の何れか1項に記載の方法。 - 工程c)は、前記予熱線画像を、前記アニーリング走査方向に直交する予熱走査方向に連続的に動かすことを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記走査レーザ光線を消すことは、前記走査レーザ光線を音響光学変調器で遮断することを含む、請求項11または12に記載の方法。
- 前記予熱線画像は、前記半導体ウエハの表面又は表面直下を、(0.6)・TM≦TPA≦(0.8)・TMの範囲のプレアニール温度TPAに加熱する、請求項11から13の何れか1項に記載の方法。
- パターン化された表面を有する半導体ウエハを、ウエハ表面温度TS又はウエハ表面直下温度TS、及び表面溶融温度TM又は表面直下溶融温度TMでアニーリングするためのシステムであって、
予熱レーザシステムと、アニーリングレーザシステムとを備え、
前記予熱レーザシステムは、パターン化表面に予熱線画像を形成する予熱レーザ光線を形成し、前記予熱線画像は、前記パターン化表面の一部を、(0.5)・TM≦TPA≦(0.9)・TMの範囲のプレアニール温度TPAに加熱するように構成され、前記予熱線画像は、5mmから20mmの間の長さL1を有する長手方向と、幅W1を有する幅狭方向とを有し、
前記アニーリングレーザシステムは、前記半導体ウエハの表面にアニーリング画像を形成する走査レーザ光線を形成し、これにより、前記アニーリング画像が前記予熱線画像の一部と重なって走査重複領域を規定し、
前記アニーリング画像は、100ミクロンから200ミクロンの範囲の長さL2で長手方向を有し、10ミクロンから25ミクロンの範囲の幅W2の幅狭方向を有し、ここで、前記長さL2は、L2≧2・W1であり、前記長さL1とL2とは直交方向に測定され、
前記アニーリングレーザシステムは、前記予熱線画像に対して前記アニーリング画像を走査する走査光学システムを含み、これにより、前記走査重複領域は、10ns≦τD≦500nsの範囲の滞留時間τDを有し、前記走査重複領域内において、前記ウエハ表面温度TS又はウエハ表面直下温度TSを、前記プレアニール温度TPAから前記表面溶融温度TM又は表面直下溶融温度TMに局所的に上昇させる、システム。 - 前記滞留時間τDは、25ns≦τD≦250nsの範囲にある、請求項15に記載のシステム。
- 前記アニーリングレーザシステムは、疑似連続波(QCW)レジームで動作するアニールレーザを含み、これにより、前記走査レーザ光線は、光パルスを含み、前記走査重複領域が通過する前記半導体ウエハの表面上の各点は、少なくとも5個の光パルスを受光する、請求項15または16に記載のシステム。
- 前記QCWレジームは、100MHz以上の反複率を有する、請求項17に記載のシステム。
- 前記アニーリングレーザシステムは、初期レーザ光線を発するアニールレーザを含み、前記走査光学システムは、前記初期レーザ光線を受光し、前記走査レーザ光線を形成する回転ポリゴンミラーを含む、請求項15から18の何れか1項に記載のシステム。
- 前記アニーリングレーザシステムは、変調器駆動部に動作可能に接続された変調器を含み、前記変調器は、前記初期レーザ光線に配列され、前記アニーリング画像がその走査を完了したときに前記初期レーザ光線を遮断し、前記アニーリング画像が別の走査を開始したときに前記初期レーザ光線を送信する、請求項19に記載のシステム。
- 前記アニールレーザは、周波数倍増化結晶で赤外線励起されたファイバレーザを含み、前記走査レーザ光線は、532nmの波長を有する、請求項17から20の何れか1項に記載のシステム。
- 前記予熱レーザ光線は赤外線波長を有する、請求項15から21の何れか1項に記載のシステム。
- 前記走査光学領域からの熱放射を測定する熱放射検出システムをさらに含む、請求項15から22の何れか1項に記載のシステム。
- 前記半導体ウエハは、可動ウエハ台によって順次支持されるチャックによって支持されており、前記アニーリング画像は、アニーリング方向に走査し、前記可動ウエハ台は、前記アニーリング方向に直交する予熱走査方向に前記予熱線画像を走査するように移動する、請求項15から23の何れか1項に記載のシステム。
- 前記予熱線画像は、前記半導体ウエハの表面又は表面直下を、(0.6)・TM≦TPA≦(0.8)・TMの範囲のプレアニール温度TPAに加熱する、請求項15から24の何れか1項に記載のシステム。
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