JP2022539847A - 溶融検出システム及びその使用方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】【解決手段】 超短滞留時間とスポットサイズを有するレーザアニールシステムによって処理されるウエハ中の溶融開始を検出するように構成された高帯域幅の時間空間分解相転移顕微鏡システム。【選択図】図１

Description

関連出願データ
本出願は、２０１９年７月９日に出願された「溶融検出システムおよびその使用方法」という名称の米国仮特許出願第６２／８７１，８７７号の優先権の利益を主張する。また、その米国仮特許出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
発明の属する技術分野
本開示は一般に、熱反射顕微鏡法に関し、特に、高帯域幅時間空間分解相転移顕微鏡法に関する。
パルスレーザ溶融アニールシステムは、チップを高速で熱処理する目的で先端集積回路（ＩＣ）チップ製造に利用されている。このようなレーザシステムによる熱処理は、ドーパントを活性化したり、接合を規定したり、その他の方法でチップの材料や電気特性を変更したりするなどの様々な効果を得る目的で用いられ得る。しかしながら、パルスレーザシステムによるアニール中においてウエハ温度を正確に測定したり制御したりすることは重要であるが、レーザがウエハ温度を融点まで上昇させる時間や、レーザが作用するウエハの表面積が減少するにつれて困難になるおそれがある。
一実施態様では、本開示は、レーザアニールプロセス中に半導体表面の対象領域内の溶融の開始を検出する方法を対象とする。この方法は、半導体表面に放射パルスを照射することと、画素化イメージセンサを用いて、前記半導体表面から反射した放射線の一部を捕捉する画像を捕捉することと、前記画像を処理して、前記画像の対象領域内の反射放射線の強度における新しい不連続性を検出することとを含む。新しい不連続性は、対象領域内の半導体の溶融の開始を示す。
別の実施態様では、本開示は、溶融検出システムを対象とする。溶融検出システムは、半導体ウエハの表面上に入射する放射パルスを放出するように構成されるプローブを含む。前記表面は、高速走査アニールレーザシステムによって加熱される対象領域を有する。また、溶融検出システムは、（ｉ）対象領域から入射放射線の反射部分を捕捉し、（ｉｉ）入射放射線の反射部分の捕捉画像を生成するように構成された画素化画像センサと、捕捉画像を処理して、前記表面の対象領域における溶融の開始を検出するように構成されるプロセッサとを含む。
本発明を図示する目的で、図面は、本発明の１つまたは複数の実施形態の態様を示す。しかし、本発明は、図面に示される詳細な構成および手段に限定されないことを理解されたい。
本開示による溶融検出を伴う例示的な超高速レーザアニールシステムの概略図である。 予備ライン像およびアニール像によるウエハ表面の走査方法の一例を示すウエハのトップダウン図である。 ウエハ表面上に形成された予熱ライン像およびアニール像の拡大トップダウン図であり、２つの像の相対寸法および走査方向、ならびに、溶融アニール処理の滞留時間を規定する走査オーバラップ領域を示している。 溶融検出システムの一例の概略図である。 発生反射率と、温度と、材料が溶融し始めるときの反射率の不連続性との関係を概念的に示す図である。 溶融検出システムの一例の概略図である。 溶融検出システムの他の例の概略図である。 制御装置の一例の機能ブロック図である。 本開示の態様を実装するために使用され得る例示的なコンピューティングシステムの図である。
本開示の態様は、超短滞留時間およびスポットサイズを有するレーザアニールシステムにより処理されるウエハの溶融開始を検出するように構成される高帯域幅の時間および空間の分解相転移顕微鏡システムを含む。いくつかの例では、本開示の溶融検出システムは、１０ｎｓから５００ｎｓまたは２５ｎｓから２５０ｎｓの範囲の超短滞留時間および１０μｍから５０μｍ×１０μｍから５０μｍの範囲のスポットサイズを有するレーザによる溶融開始を正確かつ確実に検出するように構成される。
溶融アニールは、典型的には、それが溶融するまで、ウエハ表面または表面下の温度を局所的に上昇させることを含む。ウエハ表面が、より低い融点を有する材料（例えば、ゲルマニウムまたはゲルマニウム－シリコン）の層の上にあるシリコンの薄層によって構成される例では、表面下材料が溶融する間、ウエハ表面は固体のままであり得る。本明細書に記載の溶融検出システムは、ウエハ表面上で溶融が起こる表面溶融プロセスにおける溶融を検出するように構成されてもよく、および／またはウエハ表面が固体のままであり、ウエハ表面下の材料の体積が溶融する表面下溶融プロセスにおける溶融を検出するように構成されてもよい。
図１は、本開示の溶融検出システムを組み込むことができる、例示的な準連続波（ＱＣＷ）レーザアニールシステム（「システム」）１００の概略図である。理解されるように、システム１００は例として図示されると共に説明されており、本開示の溶融検出システムは、他のレーザアニールシステムを含む、様々な他の用途のいずれにも用いられ得る。システム１００の例示的な実施形態の特定の態様は、２０１８年９月２５日公開の「超短滞留時間レーザアニールシステムおよび方法」との名称の米国特許第１０，０８３，８４３号に記載されている。なお、この記載は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。米国特許第１０，０８３，８４３号に組み込まれる参考文献もまた、米国特許第８，３０９，４７４号、第８，５４６，８０５号、第８，８６５，６０３号および米国特許出願第１４／４９７，００６号（現在、米国特許第９，３４３，３０７号として発行されている）を含めて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
システム１００は、ウエハステージ１２０を含む。ウエハステージ１２０は、上面１３２を有するチャック１３０を動作可能に支持する。ウエハステージ１２０は、ステージ制御装置１２４に動作可能に接続され、ステージ制御装置の動作を介してＸ－Ｙ平面内で、随意にＺ方向に移動するように構成される。チャック上面１３２は、ＩＣチップを製造する種々の段階に典型的に関連する半導体構造によって画定されるパターンを含み得る表面１２を有するウエハ１０を動作可能に支持するように構成される。一例では、チャック１３０はウエハ１０を予熱することができるように加熱される。ウエハステージ１２０は、ステージ制御装置１２４に動作可能に接続される。
図示された例では、システム１００は、予熱レーザシステム１５０も含む。予熱レーザシステム１５０は、予熱レーザビーム１６８を生成するように構成される。予熱レーザビーム１６８は、ウエハ表面（またはウエハ表面下）の温度ＴＳを、融点ＴＭ未満の予備アニール温度ＴPAまで上昇させることによってウエハ表面１２を予熱するために用いられる。
予熱レーザシステム１５０は、予熱レーザ１６０とライン形成光学システム１６６とを含む。予熱レーザ１６０は、ダイオードレーザ、ファイバーレーザ、または連続波(ＣＷ)ｐ偏光１０．６ μｍＣＯ2レーザなどのＣＯ2レーザを含み得る。一例では、ライン形成光学システム１６６は、予熱レーザビーム１６８がほぼ垂直入射角または大きな斜め入射角でウエハ表面１２に入射するように構成される。一実施形態では、予熱レーザビーム１６８の入射角はウエハ表面１２のブルースター角と実質的に等しく、その結果、不均一な光学吸収に起因する悪いパターン密度効果が低減または最小化される。
ライン形成光学システム１６６は、予熱レーザ１６０から初期レーザビーム１６２を受けて、そこから予熱ライン像１７０（図２および図３）をウエハ表面１２上に形成するように構成される。
システム１００はまた、アニールレーザシステム２５０を含む。アニールレーザシステム２５０は、ウエハ表面１２上にアニール像２７０を形成する走査レーザビーム２６８を生成するように構成される。アニールレーザシステム２５０は、初期レーザビーム２６２を放射するアニールレーザ２６０と、変調器ドライバに動作可能に接続された変調器２６４と、初期レーザビームを受けて走査レーザビーム２６８を生成する走査光学システム２６６とを含む。一例では、変調器２６４は、音響光学変調器（ＡＯＭ）である。音響光学変調器は、初期レーザビーム２６２を選択的かつ交互に遮ると共に通過させるために用いられ、アニール像２７０の走査を制御する。
ライン形成光学システム１６６および走査光学システム２６６は、それぞれ、複数のレンズ、複数のミラー、複数の開口、複数のフィルタ、複数の能動光学素子（例えば、可変減衰器など）、およびそれらの組み合わせを含み得る。一例では、ライン形成光学システム１６６および走査光学システム２６６の一方または両方は、例えば、それらのそれぞれのレーザビーム１６２および２６２を均一化するように、および／または、レーザビームに任意の断面形状を与えるように構成され得る。そのようなビーム調整を実行するのに適した例示的な光学システムは、米国特許第７，５１４，３０５号、第７，４９４，９４２号、第７，３９９，９４５号、および第６，３６６，３０８号に開示されており、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。一例では、アニールレーザ２６０からの初期レーザビーム２６２は、高品質（例えば、実質的にガウス型）を有し、実質的に（いくかの場合によってはいずれのビーム調製もなしに）ビーム調整なしに用いられる。
システム１００は溶融検出システム２８０も含む。さらに後述するように、溶融検出システム２８０は、ウエハ表面１２の対象領域にパルス放射線源を導入し、入射光の反射部分をセンサで捕捉して、反射光の強度を時間的および空間的に分解して溶融の開始を検出するように構成される。
一実施形態では、レーザアニールシステム１００は、制御装置３００をさらに含む。一実施形態では、制御装置ラ３００は、パーソナルコンピュータまたはワークステーションのようなコンピュータであるか、またはそれらを含む。制御装置３００は、好ましくは多数の市販のマイクロプロセッサのいずれか、プロセッサをハードディスクドライブのようなメモリデバイスに接続するための適当なバスアーキテクチャ、および適当な入出力デバイス（例えば、キーボードおよびディスプレイ）を含む。制御装置３００は、非一時的なコンピュータ可読媒体（例えば、メモリ、プロセッサ、またはその両方）に具現化された命令（ソフトウェア）を介してプログラムされることができる。この命令は制御装置に、システム１００の様々な機能を実行させて、ウエハ１０のアニールを達成させる。
制御装置３００は、予熱レーザシステム１５０および走査レーザシステム２５０に動作可能に接続されており、これらのシステムの動作を制御する。制御装置３００は、変調器２６３に電気的に接続されており、制御信号ＳＭｏｄによって変調器の動作を制御する。一例では、制御装置３００は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）（図示せず）を含み、予熱および走査レーザシステム１５０および２５０における走査機能を制御する。また、制御装置３００は、溶融検出システム２８０および走査光学システム２６６に動作可能に接続されており、以下に説明するように溶融信号ＳＭを受信および処理し、プローブおよびセンサ露光および積分時間などの制御プローブ６０２およびセンサ６２４などの第４セットのデジタル制御信号Ｓ４を介して溶融検出信号を制御するように構成される。
システム１００の動作の一例では、システム制御装置３００は、第１制御信号Ｓ１を予熱レーザ１６０に送り、これに応答して初期レーザビーム１６２を生成する。この初期レーザビーム１６２は、光学システム１６６によって受光され、それから予熱レーザビーム１６８を形成する。これがウエハ表面１２で予熱ライン像１７０を形成する。
また、システム制御装置３００は、第２の制御信号Ｓ２としてアニールレーザ２６０に送り、これに応答して初期レーザビーム２６２を生成する。この初期レーザビーム２６２は、走査光学システム２６６によって受光され、制御信号ＳＳによって制御されて走査レーザビーム２６８を形成し、次いで、これがウエハ表面１２にアニール像２７０を形成する。
また、システム制御装置３００は、ステージ制御装置１２４に第３制御信号Ｓ３を送信して、ステージ１２０の制御された移動を、予熱ライン像１７０およびアニール像２７０に対してウエハ１０を移動（走査）させる。チャック１３０がウエハに予熱を与える例では、システム制御装置３００は、チャック制御装置１３４に別の制御信号（図示せず）を送信してウエハ予熱プロセスを開始することもできる。典型的なチャックの予熱範囲は、室温（２５℃）から４００℃である。
一例では、システム制御装置３００はまた、溶融検出システム２８０から溶融信号ＳＭを受信し、ＳＭを用いて予熱レーザビーム１６８および走査レーザビーム２６８の一方または両方の強度を制御する。
図２は、予備ライン像１７０およびアニール像２７０によるウエハ表面の走査の一例の方法を示す、ウエハ１０のトップダウン図である。予熱ライン像１７０は、本明細書において予熱走査方向とも呼ばれる矢印ＡＲ１によって示されるように、ウエハ表面１２のｙ方向に移動する。予熱ライン像１７０に関連するウエハ表面１２の部分は、ウエハ表面の局所的に予熱された部分を表し、ウエハ表面温度ＴＳは、予備アニール温度ＴＰＡまで上昇される。アニール像２７０は、本明細書においてアニール走査方向とも呼ばれる矢印ＡＲ２によって示されるように、ウエハ表面１２のｘ方向に移動する。
走査光学システム２６６は、アニール像２７０を、予熱ライン像の長さにわたって予熱ライン像１７０上をｘ方向に走査または掃引するように構成される。一例では、アニール像２７０の走査速度は、予熱ライン像１７０の移動と比較して、予熱ライン像がアニール像の走査中に本質的に静止しているほど十分に急速である。
アニール像２７０が予熱ライン像１７０の端に到達すると、走査ビーム２６８およびそれに対応するアニール像２７０は、変調器２６４（図１）を起動することによってオフにされ、その結果、初期レーザビーム２６２の透過が阻止される。走査ビーム１６８が「オフ」である間、予熱ライン像１７０は、ｙ方向に移動することができ、その結果、ウエハ表面１２の次の部分を走査することができる。一例では、予熱ライン像１７０は、例えば、連続的に移動するステージ１２０によって連続的に移動してもよい。予熱ライン像１７０が所定の位置にあると、走査ビーム１６８は、走査光学システム１６６が走査レーザビーム２６８と、それに対応するアニール像２７０とを、新たに位置する予熱ライン像１７０の第１端の開始位置に向けることができるときに、変調器２６４を透過モードにすることによって再びオンにされる。次いで、新たに配置された予熱ライン像１７０上でアニール像２７０の走査が行われる。図２は、上述の走査方法を繰り返すことによって、ウエハ表面１２全体（例えば、少なくともパターン化部分）を実質的に走査する例示的な方法を示す。
図３は、ウエハ表面１２上に形成された予熱ライン像１７０およびアニール像２７０の１つの拡大トップダウン図である。予熱ライン像１７０は、近位端１７２、遠位端１７４、および、反対側１７３を有する。予熱ライン像１７０は、近位端１７２から遠位端１７４まで延びる長手方向（寸法）を有し、長さＬ１を有する。予熱ライン像１７０はまた、幅Ｗ１で対向する側面１７３の間で測定される狭い方向（寸法）を有する。一例では、長さＬ１は５ｍｍから２０ｍｍの範囲であり、例示的な長さＬ１は７ｍｍから１２ｍｍの範囲である。また、一例では、幅Ｗ１は５０μｍから２００ μｍの範囲であり、例示的な幅Ｗ１は１５０ μｍである。一実施形態では、予熱レーザビーム１６８（図１）は、走査方向（例えば、ｙ方向）にガウス強度プロファイルを有し、長手（交差走査）方向（例えば、ｘ方向）に比較的平坦なトッププロファイルを有する。ビーム幅Ｗ１は、ガウスプロファイルの１／ｅ２強度値、または、ガウスプロファイルの半値全幅（ＦＷＨＭ）で規定され得る。
アニール像２７０は、予熱ライン像１７０の一部に重なり合う。重なり合う領域は、本明細書において「走査重なり領域」ＳＯＲと呼ばれる。アニール像２７０は、長さＬ２を有する長寸法と、幅Ｗ２を有する短寸法とを有する。図示された例では、アニール像２７０は、ｘ方向およびｙ方向に実質的にガウス強度分布を有する。アニール像２７０の長寸法Ｌ２は、予熱ライン像１７０の短寸法Ｗ１の方向に向いている。一例では、長さＬ２が１００μｍから５００ μｍの範囲であり、一方、幅は１０ μｍから５０ μｍの範囲であり、いくつかの例では、幅は１５ μｍから２０μｍの範囲または１６μｍから１８ μｍの範囲である。アニール像２７０の走査方向ＡＲ２は、その長手方向に対して垂直（直交）である。走査方向ＡＲ２は、アニール走査方向とも呼ばれ、予熱走査方向ＡＲ１と実質的に直交している。アニール像２７０の幅Ｗ２は、アニール走査方向ＡＲ２における走査重なり領域ＳＯＲの幅を規定する。
一例では、図３に示されるように、長さＬ２は、アニール像２７０の端が予熱ライン像１７０の側面１７３を越えて延在するように、幅Ｗ１よりも実質的に長い（例えば、２ｘと４ｘより長い）。これにより、予熱ライン像１７０とアニール像２７０を位置合わせして、走査重なり領域ＳＯＲを画定することが比較的容易になる。この構成は、アニール像２７０の中央の高強度部を利用して、予熱ライン像１７０によって与えられるウエハ表面の局所的な予熱に加えて、ウエハ表面温度ＴＳを溶融温度ＴＭまで上昇させる。
一例では、走査重なり領域ＳＯＲの滞留時間τＤは１０ｎｓ≦τＤ≦５００ｎｓの範囲であり、別の例では２５ｎｓ≦τＤ≦２５０ｎｓの範囲である。幅Ｗ２＝１５ μｍであり、滞留時間が２５ｎｓである場合、アニール像１７０および走査重なり領域ＳＯＲの走査速度は、ｖＳ＝Ｗ２／τＤ＝６００ｍ／ｓである。２５０ｎｓの滞留時間τＤの場合、走査速度はｖＳ＝６０ｍ／ｓである。５００ｎｓの滞留時間τＤの場合、走査速度はｖＳ＝３０ｍ／ｓである。１０ｎｓの滞留時間τＤの場合、走査速度は１５００ｍ／ｓである。一例では、走査光学システム２６６は、これらの速度を実現するように構成される。
上述のように、一例では、アニールレーザ２６０は、ＱＣＷレジームで動作される。アニールレーザ２６０の動作周波数の一例は、f＝１００ＭＨｚ以上、またはf＝１５０ＭＨｚ以上である。周波数をf＝１５０ＭＨｚした場合、毎秒１５０×１０６の光パルスを生成するアニールレーザ２６０が生成される。走査速度ｖＳ＝１５０ｍ／ｓの走査ビーム１６８の場合、これは、アニール像２７０が移動する距離のミクロンごとに、すなわち１ｐ／μｍごとに、距離当たりのパルス速度ＲＰ＝ｆ／ｖＳ＝１パルス（ｐ）に変換される。滞留時間τＤは、アニール像の幅Ｗ２と走査重なり領域ＳＯＬがウエハ１２上の所定の点を通過するのに要する時間である。したがって、アニール像２７０が幅Ｗ２＝１５μｍを有し、ｖＳ＝１５０ｍ／ｓでウエハ表面１２上の任意の点上を移動する場合、その点は、多数のパルスＮＰ＝ＲＰ・Ｗ２＝（１ｐ／μｍ）・（１５ μｍ）＝１５パルスとなるであろう。走査速度が６００ｍ／ｓであり、幅Ｗ２＝２０μｍである場合、単位距離当たりのパルス速度ＲＰ＝ｆ／ｖＳ＝０．５ｐ／μｍとなり、パルス数ＮＰ＝ＲＰ・Ｗ２＝（０．５ｐ／μｍ）・（２０ μｍ）＝１０パルスとなる。
走査処理中、溶融検出システム２８０は、走査重なり領域ＳＯＲからの熱反射放射線１８２の監視に用いることができる。溶融検出システム２８０は、検出された熱反射を表す溶融信号ＳＭを生成し、この信号を制御装置３００に送信する。制御装置３００は、熱溶融信号ＳＭを受信し、この信号を用いて、予熱レーザシステム１５０およびアニールレーザシステム２５０の少なくとも一方によって生成される出力の大きさを制御するフィードバックループを生成し、予熱レーザビーム１６８および走査レーザビーム２６８の少なくとも一方におけるレーザ出力を制御して、ウエハ表面温ＴＳを制御することができる。
図４および図５は溶融検出システム２８０の形態を示しており、図４は、例えば、ウエハ表面１２に入射する光４０４のようなパルス状の放射線を放射し、ウエハ表面から反射される入射光４０４の反射部分４０６を捕捉するように構成されたパルス状プローブおよびカメラ４０２を示している。溶融検出システム２８０は、ウエハ１０が例えば、レーザビーム１６８および２６８などのアニールレーザによって加熱されるときに、反射光４０６の強度を測定することによって、ウエハ１０の反射率の過渡的変化を検出するように構成される。図５は、ウエハ表面１２の反射率σがウエハ１０の温度および材料相の関数としてどのように変化するかを概念的に示す。下側のプロットは、位置ｘの関数として表面温度Ｔとして示される、任意の時点におけるウエハ表面１２の局所領域の温度プロファイル５０２を示す。上側のプロットは、ウエハ表面の局所領域の対応する反射率プロファイル５０４を示し、温度Ｔによって変化するウエハ表面の反射率σを示す。また、図５は、ウエハ材料に相変化が生じたウエハ表面１２上の無定形の固体から液体への相転移位置Ｌ＿ＳＬでの反射率プロファイル５０４における第１不連続部５０６と、液体から無定形化した固体相への転移位置Ｌ＿ＬＳでの第２不連続部５０８とを示し、ここで、溶融したウエハ材料は、定形化した単結晶材料構造として冷却し始めると共に凝固し始める。反射率の不連続部５０６および５０８は、局所温度が融点に達し、材料が無定形の固体から液相へ遷移し始め、その後、冷却中に凝固温度に達することにつれて起こるウエハ材料の相変化によって引き起こされ、両方の不連続部は急峻であるか、または実質的に不連続であり、材料の反射率を変化させる。
図２および図３に関連して上述したように、アニール像２７０は、アニール像の走査方向ＡＲ２において高速で移動する小さな走査重なり領域ＳＯＲを形成する予熱ライン像１７０の一部と重なっている。制御装置３００は、予熱およびアニールレーザビーム１６８および２６８を制御して、それらが、２つのビームのＳＯＲに曝されるウエハ１０の部分を溶融させるように構成される。反射率の不連続部５０６および５０８の間に延在するウエハ１０の部分は、ビーム１６８、２６８のＳＯＲに曝されるウエハの溶融領域５１０である。その溶融領域５１０は、アニール像２７０（図３）の速度に対応するウエハ１０を横切る速度で移動する。図５に示される例では、溶融領域５１０の右側のウエハ１０の部分はまだ溶融しておらず、結晶の不連続性および不活性化ドーパントのような材料構造の不連続性および不規則性を含み得る無定形の固体であり得る。溶融領域５１０では、ウエハ材料は液相に遷移し、ウエハ材料中の原子の移動度を著しく増大させ、原子の再配列を可能にする。ＳＯＲがウエハの溶融領域から離れるにつれて、ウエハ材料は冷却し始め、ウエハ１０の一部分のウエハ材料中の原子を溶融領域５１０の左側に位置させ、不連続５０８によって示される、それらの単結晶基底状態に近づく定形の固体にすることを可能にする。したがって、不連続部５０６は無定形の固相－液相転移に関連し、不連続部５０８は液相－定形の固相転移に関連する。より後で述するように、溶融検出システム２８０および制御装置３００は、ウエハの溶融の開始およびウエハのその後の凝固の両方を検出するように構成することができる。いくつかの例では、溶融検出システム２８０および制御装置３００は、予熱レーザシステム１０５および／またはアニールレーザシステム２５０の閉ループフィードバック制御において溶融および再凝固を実質的に即座に検出するのに用いられる。したがって、溶融検出システムは、液相の移動境界、例えば、不連続部５０６および／または５０８を観察することにより、熱力学的に不可逆的な相転移対を測定するように設計されると共に構成される。例えば、溶融検出システム２８０は、ウエハ材料が液相にある持続時間を決定するように構成することができる。制御装置３００は、予熱レーザシステム１０５および／またはアニールレーザシステム２５０を目標溶融相持続時間に対して調整するように構成することができる。例えば、ウエハ材料の不連続性を除去すると共に、材料の原子を無定形の配置から定形の配置に遷移させるために、最小の溶融相持続時間が存在してもよい。目標溶融相持続時間は、目標材料構造の変更が起こる一方で、ウエハ材料の追加の不必要な加熱を可能な限り最小限に抑えるように、最小溶融相持続時間に等しいか、それよりわずかに長くてもよい。
図６Ａは、溶融検出システム２８０の一例の構成要素を示す。溶融検出システム２８０は、走査重なり領域(ＳＯＲ)(図３）を含むＲＯＩのような対象領域を、パルスプローブ６０２から放射される光に露光し、その照射されたウエハ表面１２をカメラ６０８のイメージセンサ６２４上に結像させるように構成される。溶融検出システム２８０は、ウエハ表面１２に垂直または斜めにある既知または未知の偏光を利用することができる。以下に説明するように、図示された例では、溶融検出システム２８０は、ウエハ表面１２を、ウエハ表面１２に垂直な円偏光に曝す。
プローブ６０２は、偏光ビームスプリッタキューブ（ＰＢＣ）６０６を介してウエハ表面１２に入射するパルス光６０４を放射するように構成されてもよい。システム２８０は、ウエハ表面１２から反射した光６０４の反射部分６１０を捕捉するように構成されたカメラ６０８を含んでもよい。いくつかの例では、プローブ６０２はダイオードであってもよいし、レーザ源に接続された光ファイバであってもよい。一例において、プローブ６０２は、青色光を放射するように構成されたレーザ光源である。青色光は、Ｓｉおよび他の半導体材料において比較的短い浸透深さを有する。浸透深さが短いと、緑色光、赤色光、または近赤外光よりも薄い半導体層が測定される。他の例では、プローブ６０２は、緑色光または赤色光のうちの１つまたは複数を含む他の波長の光を放出することができる。一例では、プローブは４５０ｎｍの光を放射する。青色光はまた、Ｓｉが固相にあるとき、温度の関数として反射率を単調に変化させる。これにより、ウエハ上のスポットの温度処理履歴全体を抽出することが容易になる。いくつかの実施形態で利用可能なパルスレーザ源の１つの市販例は、Ｔｈｏｒｌａｂｓ（登録商標）、部品番号ＮＰＬ４５Ｃから入手可能なナノ秒パルスレーザダイオードシステムである。他の例では、プローブ６０２は、例えば、１２６０ｎｍと１６７５ｎｍとの間の電気通信帯域において光を放射するように構成され得る。例えば、Ｓｉよりも融点が低いＳｉＧｅの溶融層をＳｉ中に沈めることができる。固相ではＳｉ，ＳｉＧｅともに波長１５５０ｎｍまで透明であるため、浸漬層が溶融して大きな反射率シフトを示す場合に溶融検出が可能である。
一例において、プローブ６０２は、パルスレーザ６３０を含む。パルスレーザ６３０は、光ファイバ６３２を介して伝送されるコヒーレント光ＣＬを放射する。一例では、光ファイバ６３２は、マルチモード光ファイバである。マルチモード光ファイバは、それを通って伝播するコヒーレント光ＣＬの位相および振幅プロファイルを無秩序化する。マルチモード光ファイバ６３２によって放射される光、ＥＬは、望ましくない光スペックルを含んでもよい。一例では、機械的発振器６３４が動作可能にファイバ６３２に結合される。機械的発振器６３４は、ファイバを揺らすように構成される。それによって、放射光ＥＬにおける光スペックルの位相プロファイルを、時間的に迅速に変化させ、その結果、時間平均フラットプローブ場が得られる。これにより、カメラ６０８によって捕捉される画像の品質が改善される。より後で詳述するように、プローブ６０２は、溶融開始の迅速な検出を目的として、アニールレーザ源の周波数と同期する周波数で光のパルスを放射するように制御されてもよい。
図示された溶融検出システム２８０はまた、プレート６１２およびレンズ６１４を含む。プレート６１２およびレンズ６１４は、プローブ６０２を、画像に共役面内に置くように構成される。これにより、それがウエハ表面１２に到達したとき、および、反射光６１０がカメラ６０８に到達したときに、平行光６０４の場が作られる。ＰＢＣ６０６および四半期波長遅延板６１６は、プローブ６０２用の２つのビーム経路を作り出す。ビームは、四半期波長遅延板６１６を２回通過すると、その後、ＰＢＣ６０６を直接通過してカメラ６０８に到達する。四半期波長遅延板６１６は、プローブ６０２によって照射される例えば４５０ｎｍの波長の放射線の放射に設定され得る。対物レンズ６２０および画像形成レンズ６２２は、センサ６２４上で画像面を再撮像する。一例では、対物レンズおよび画像形成レンズは、局所的な溶融の開始を捕捉するのに十分な光学分解能を有するように構成される。例えば、対物レンズおよび画像形成レンズは、ＳＯＲを、例えば、約１０μｍ×１０μｍの面積に光学的に分解するように構成される。一例では、対物レンズおよび画像形成レンズは、３マイクロメートル幅のスポットを光学的に分解するように構成された回折限界１開口数（ＮＡ）画像化システムを含む。これは、より大きな溶融領域、例えば、１０μｍ×２０μｍ領域の溶融ウエハ表面１２を分解するために用いられ得る。一例では、溶融開始時に、溶融領域スポットは、最近傍の光学的に分解可能なスポットよりも明るくてもよく、例えば、その明るさは閾値Ｔを超えてもよい。いくつかの例では、Ｔは、最近傍の光学的に分解可能なスポットよりも１０％から４０％大きくてもよい。また、いくつかの例では、Ｔは１５％から３５％、または２０％から３０％、または約２５％であってもよい。一例では、対物レンズ６２０および画像形成レンズ６２２の倍率を画像センサ６２４の画素ピッチに一致させて、光学的に分解可能な各スポットをｎｘｎ画素正方形、例えば２ｘ２または４ｘ４等の画素正方形上に投影することができる。倍率をピクセルピッチに一致させると、光学解像度をオーバサンプリングしながら、エイリアシングが除去され、デジタルシフト可能な擬似ピクセルのウェル深度を効果的に増加させ、ＳＮＲを増加させるために用いることができる。光子吸収はポアソニアン過程であり、ＳＮＲ～１／ｓｑｒｔ（Ｎ）である。さらに、他の物理的観測量と共に、物体の質量中心のサブ画素分解能を可能にする、フィッティングおよびフーリエ空間ベースの両方のアルゴリズムにおけるオーバサンプリングに対して無数の利益がある。
一例では、対物レンズ６２０および像形成レンズ６２２は、ＳＯＲの面積よりも著しく大きい視野（ＦＯＶ）、例えば、ＳＯＲよりも数百倍大きい視野、また、例えば、４分の１平方インチから１平方インチの範囲のＦＯＶ、更にいくつかの例では約１／２平方インチのＦＯＶを有する。いくつかの例では、プローブ６０２、および、システム２８０の下流光学構成要素は、対物レンズ６２０および画像形成レンズ６２２のＦＯＶよりも小さいウエハ表面１２の領域を照明するように構成される。また、いくつかの例では、それらは、予熱ライン像１７０の長さＬ１以上、例えば５ｍｍから２０ｍｍの範囲の幅を有する領域を照明する。
光学フィルタ６２６は、ウエハ表面１２上の特徴部によって散乱される走査レーザビーム１６８および２６８からの光など、反射光６１０以外の光を除去する。光学フィルタ６２６または対物レンズ６２０の表面、または四半期波長板６１６から反射されるプローブ６０２からの光は、ＰＢＣ６０６によってプローブ６０２に伝送されて戻る。いくつかの例では、光検出器６２８を用いて、画像分析中に、プローブ６０２によって放出される光を正規化することができる。これにより、プローブ光源が不安定である場合に有用であり得る。図示された例では、カメラ６０８は、画素化ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ６２４を備える可視光カメラである。
図６Ｂは、溶融検出システム２８０の別の例の構成要素を示す。図示された例では、溶融検出システム２８０は、走査重なり領域(ＳＯＲ)(図３）を含むＲＯＩのような対象領域（ＲＯＩ）を、パルスプローブ６５０から放射される光に露光し、照射されたウエハ表面１２をカメラ６５４の画像センサ６５２上に結像させるように構成されている。図示された例では、カメラ６５４は、画素化ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ６５２を備える可視光カメラである。溶融検出システム２８０は、ウエハ表面１２に垂直または斜めである既知または未知の偏光を利用することができる。図６Ｂに示される例では、溶融検出システム２８０は、ウエハ表面１２を、ウエハ表面１２に垂直な円偏光に曝す。
プローブ６５０は、偏光バンドパスフィルタ６５８を介してウエハ表面１２に入射するパルス光６５６を放射するように構成されてもよい。この偏光バンドパスフィルタ６５８は、プローブ６５０によって放射される光、例えばｐ偏光またはｓ偏光に対する偏光スプリッタとして作用すると共に、他の入射可視放射線および近赤外放射線に対する非偏光ミラーとして作用する。偏光された光は、対物レンズ６６０、四半期波長位相差板６６２、およびミラー６６４を通過する。一例では、対物レンズ６６０は、図６Ａに示される例のような一重項対物レンズ構成と比較して、低いレベルの色収差および視野（ＦＯＶ）デフォーカス効果を有するスーパーアポクロマトである。非限定的な例として、対物レンズ６６０として用いることができる市販の対物レンズは、Schnieder Kreuznach(登録商標）から入手可能なＣｏｍｐｏｎ－Ｓ５．６／１５０である。一例では、対物レンズ６６０の平面場結像は、モデル系のデコンボリューションのような、カメラ６５４によって捕捉された画像の必要な後処理量を減少させ、フルＦＯＶから情報を抽出する。対物レンズ６６０に関連する低色収差は、同じ画像システムでウエハ表面１２からの熱放射を測定して、第２形態の温度測定を提供する能力も可能にする。熱放出放射線測定は、カラーカメラセンサ６５２を用いて、狭帯域４５０ｎｍの熱反射率および広帯域５５０から９００ｎｍの黒体／フォトルミネセンス熱放出画像を同時に得るか、単色カメラ６５４を用いて、フリッパミラー（図示せず）を有する４５０ｎｍ帯域通過フィルタによって独立して行うことができる。
カメラ６５４は、ウエハ表面１２から反射した光６５６の反射部分６６６を捕捉する。いくつかの例では、プローブ６５０は、ダイオードであってもよく、またはレーザ源に接続された光ファイバであってもよい。一例では、プローブ６５０は、青色光を放射するように構成されたレーザ光源であり、一例では４５０ｎｍの光を放射する。いくつかの実施例で使用することができるパルスレーザ源の１つの市販の例は、Ｔｈｏｒｌａｂｓ（登録商標）、部品番号ＮＰＬ４５Ｃから入手可能なナノ秒パルスレーザダイオードシステムである。他の例では、プローブ６０２は、他の色の光、または、例えば１２６０ｎｍと１６７５ｎｍとの間の電気通信帯域の光を放射するように構成されてもよい。図示された例では、プローブ６５０は、パルスレーザ６６３を含む。パルスレーザ６６３は、ビーム整形光学系６７０を介して整形されたコヒーレント光を放射する。一例では、ビーム整形光学系６７０は、球面レンズおよび一対の円筒レンズを含み、撮像対物レンズ６６０と関連して、物体－空間内に平行化プローブビームを生成するように構成される。
対物レンズ６６０は、センサ６５２上で画像面を再撮像する。一例では、対物レンズは、局所的な溶融の開始を捕捉するのに十分な光学分解能を有するように構成される。例えば、対物レンズ６６０は、ＳＯＲを、例えば、約１０μｍ×１０μｍの面積に光学的に分解するように構成される。一例では、対物レンズ６６０は、３マイクロメートル幅のスポットを光学的に分解するように構成される回折限界１開口数（ＮＡ）イメージングシステムを含む。これは、より大きな溶融領域、例えば、溶融ウエハ表面１２の１０μｍ×２０μｍ領域を分解するために用いられ得る。一例では、対物レンズ６６０の倍率を画像センサ６５２の画素ピッチに一致させて、光学的に分解可能な各スポットをｎｘｎ画素正方形、例えば２ｘ２または４ｘ４等の画素正方形上に投影することができる。一例では、対物レンズ６６０は、ＳＯＲの面積よりも著しく大きい視野（ＦＯＶ）、例えば、ＳＯＲよりも数百倍大きい視野、例えば、４分の１平方インチから１平方インチの範囲のＦＯＶ、いくつかの例では約２分の１平方インチのＦＯＶを有する。いくつかの例では、プローブ６５０、および、システム２８０の下流光学構成要素は、対物レンズ６６０のＦＯＶよりも小さいウエハ表面１２の領域を照明するように構成される。いくつかの例では、それらは、予熱ライン像１７０の長さＬ１にほぼ等しいかまたはそれよりも大きい、たとえば５ｍｍから２０ｍｍの範囲の幅を有する領域を照明する。光学フィルタ６６８は、ウエハ表面１２上の特徴部によって散乱される走査レーザビーム１６８および２６８からの光のような、反射光６６６以外の光を除去する。
図６Ｂに示される例では、撮像ビーム経路全体（プローブおよびその他）は、ミラー６６４を介して反射される。成形プローブ放射線は、偏光帯域通過フィルタ６５８を通る透過を通して注入される。それは、図６Ａに示される例において、ビームキューブを通る透過撮像経路によって導入される球面収差を排除する。さらに、レーザプローブ６５０によって放射される放射線は、マルチモードファイバからではなく、レーザのビーム整形光学系６７０から直接整形される。そして、これにより、機械的シェーカーの必要性が排除され、任意の放射線パルスからの光束に対してより効率的となる。また、このような構成は、ファイバによって生じる光スペックルが除去されるため、後処理がより少なくて済む。
他の実施形態では、図６Ａまたは６Ｂに示される配置からのレンズ、ミラー、開口、およびフィルタの様々な代替の組合せおよび配置のいずれかを用いて、ウエハ表面１２のＲＯＩにおけるパルス光源のようなパルス状の放射線源を導入し、センサで入射光の反射部分を捕捉して、反射光の強度を時間的および空間的に分解し、溶融の開始を検出するように構成されることができる。
制御装置
図７は、制御装置３００の特定の構成要素および機能の例示的な機能ブロック図である。理解されるように、図７および添付の説明は、制御装置３００の構成要素および機能の限定されたサブセットに対応する。図示された例では、制御装置３００は、プロセッサ７０２を含む。プロセッサ７０２は、メモリ７０６に記憶された１つ以上のアプリケーション７０４を実行するように構成される。図示される例では、アプリケーション７０４は、プローブ制御アプリケーション７０８を含む。プローブ制御アプリケーション７０８は、プローブ６０２によって放射されるパルス放射線の強度、位相および／または周波数、および／または、プローブによって放射される放射線のパルスタイミングを制御するように構成される。上述のように、走査光学システム２６６は、掃引周波数ｆＳＷＥＥＰで、予熱ライン像の長さに亘って予熱ライン像１７０上でｘ方向にアニール像２７０を繰り返し走査または掃引するように構成される。一例では、掃引周波数ｆsweepは、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚであり、いくつかの例では４０ｋＨｚから８０ｋＨｚであり、いくつかの例では５０ｋＨｚから７０ｋＨｚである。
プローブ制御アプリケーション７０８は、コモンクロックを介してプローブを掃引周波数ｆＳＷＥＥＰに同期させて、掃引周波数、掃引位相、および、測定されるウエハ材質相転移処理の態様の関数としてプローブ６０２のパルス周波数、ｆＰｒｏｂｅ、および、パルス位相、Φｐｒｏｂｅを決定するための命令を含むことができる。一例では、ｆＰｒｏｂｅ＜＜ｆＳＷＥＥＰであり、その結果、カメラ露出ごとのｎｐｒｏｂｅｓが１となる。その結果、単一スポットの集合に対して、溶融、その幅、および位相遷移の境界を個別に確認することができる。一例では、周波数比、Ｒ＝ｆＳＷＥＥＰ／ｆＰｒｏｂｅは任意の整数であってもよい。そのため、相遷移過程の安定性に関する統計が抽出されてもよい。一例では、ｆＰｒｏｂｅは存在しないが、むしろ、広帯域統計を抽出するために、既知の時間におけるパルスのランダム分布が収集され得る。いくつかの例では、ｆＰｒｏｂｅは、ｆＳＷＥＥＰを用いた有理拍数の頻度である場合があり、その際、掃引の均一性を決定すると共に最適化する。一例では、プローブパルス周波数ｆＰｒｏｂｅは、ｆＰｒｏｂｅがｘ方向のアニール像２７０の掃引と同期するように選択される。その結果、１組のアニール像掃引において同期された瞬間のサブセットが個々のパルスで、撮像センサ６２４によって単一の画像フレームに収集される複数のパルスでプローブされ、その結果、相転移の高帯域幅の一貫性が溶融域の対比から抽出され得る。いくつかの例では、プローブ６０２は、３ｎｓから２０ｎｓ、いくつかの例では５ｎｓから１５ｎｓ、いくつかの例では５ｎｓから１０ｎｓ、いくつかの例では５ｎｓから７ｎｓの持続時間を有する光パルスを放射するように構成される。
アプリケーション７０４はまた、カメラ制御アプリケーション７１０および画像処理アプリケーション７１２を含んでもよい。カメラ制御アプリケーション７１０および画像処理アプリケーション７１２は、フレームレートおよびシャッタ速度などのカメラ６０８を制御するための命令、および、カメラによって撮像された画像を処理するための命令を含む。画像処理アプリケーション７１２は、レーザ処理中に撮像された画像を、その溶融温度を下回ったときの、例えば、周囲温度での、ウエハ表面の反射基準画像と比較することによって、ウエハ表面１２の反射率における分数シフトを測定するように構成することができる。アニール像２７０によって、ＳＯＬ内のウエハ表面１２上またはその下の材料が溶融し始めると、ウエハ表面１２の反射率に新たな不連続部が生じる。画像処理アプリケーション７１２は、様々な画像処理アルゴリズムのいずれかを用いて不連続部を識別するように構成され得る。例えば、フィッティングアルゴリズム、エッジ検出アルゴリズム、固有基底分解、フィードフォワード分類、または、固相のウエハ材料の最大反射率に関連する閾値を超える捕捉画像フレーム中の任意の強度の検出、または、固液相転移の溶融側上の目標材料の反射率に対応する目標強度値のうちの１つ以上。一例として図５を参照すると、画像処理アプリケーション７１２は、一対の相転移境界に対応する移動不連続対、例えば、不連続部５０６、５０８を検出することによって、溶融領域５１０の寸法および速度を検出するように構成されてもよい。また、画像処理アプリケーション７１２は、リアルタイム溶融相持続時間を決定するように構成されてもよい。制御装置３００は、予熱およびアニールレーザシステム１６２、２５０の１つ以上のパラメータを制御して、溶融相持続時間を目標値に維持するように構成されてもよい。
例えば、センサ３２４は、ｆＰｒｏｂｅより小さい最高露出頻度を有してもよい。また、上述したように、ｆＰｒｏｂｅは、ｆＳＷＥＥＰより小さくてもよい。上述のように、センサ３２４上に撮像される画像のＦＯＶは、ＳＯＲよりも有意に大きくてもよく、複数の予熱ライン像を含んでもよい。したがって、カメラ６０８の１つの露光装置によって撮像される単一の画像は、プローブの複数のパルスおよび多数の掃引アニール像２７０を含んでもよい。画像処理アプリケーション７１２は、材料相転移の既知の強度プロファイルに関する所定の情報を利用して、複数のプローブパルスの捕捉強度から１つまたは複数の統計的相関関数を抽出して、溶融過程の一貫性を特徴付けるか、または、デバイスウエハ上のマルチサンプラとして働くか、または、高速フーリエ変換による溶融検出を単純化するための空間ロックイン周波数として働くことができる。
本明細書で説明される態様および実施形態の任意の１つまたは複数は、コンピュータ技術の当業者には明らかなように、本明細書の教示に従ってプログラムされた１つまたは複数のマシン（例えば、電子ドキュメントのユーザコンピューティングデバイスとして利用される１つまたは複数のコンピューティングデバイス、ドキュメントサーバなどの１つまたは複数のサーバデバイスなど）を用いて都合よく実装することができる。ソフトウェア技術の当業者には明らかなように、適切なソフトウェアコーディングは、本開示の教示に基づいて、熟練したプログラマによって容易に準備することができる。ソフトウェアおよび／またはソフトウェアモジュールを採用する上述の側面および実装は、ソフトウェアおよび／またはソフトウェアモジュールのマシン実行可能命令の実装を支援するための適切なハードウェアを含むこともできる。
このようなソフトウェアは、機械可読記憶媒体を用いるコンピュータプログラム製品であってもよい。機械可読記憶媒体は、機械（例えば、コンピューティングデバイス）による実行のための一連の命令を記憶および／または符号化することができると共に、本明細書で説明される方法および／または実施形態のうちのいずれか１つを機械に実行させる任意の媒体とすることができる。機械可読記憶媒体の例として、磁気ディスク、光ディスク（例えば、ＣＤ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－Ｒなど）、光磁気ディスク、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）デバイス、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス、磁気カード、光カード、固体メモリデバイス、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびこれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書で使用される機械可読媒体は、単一の媒体、ならびに、例えば、コンパクトディスクの集合、またはコンピュータメモリと組み合わせた１つまたは複数のハードディスクドライブなど、物理的に別個の媒体の集合体を含むことが意図される。本明細書で用いられるように、機械可読記憶媒体は、信号伝送の一時的な形態を含まない。
そのようなソフトウェアはまた、搬送波などのデータ搬送波上でデータ信号として搬送される情報（例えば、データ）を含むことができる。例えば、機械実行可能情報は、機械（例えば、コンピューティングデバイス）による実行のために、信号が命令のシーケンスまたはその一部を符号化するデータキャリアに具現化されたデータ搬送信号、および、本明細書で説明される方法論および／または実施形態のいずれか１つを機械に実行させる任意の関連情報（例えば、データ構造およびデータ）として含まれてもよい。
計算デバイスの例として、電子ブック読取りデバイス、コンピュータワークステーション、端末コンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルドデバイス（例えば、タブレットコンピュータ、スマートフォン等）、ウェブ装置、ネットワークルータ、ネットワークスイッチ、ネットワークブリッジ、その機械が取るべき動作を指定する命令のシーケンスを実行することができる任意のマシン、および、それらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。一例では、コンピューティングデバイスがキオスクを含むことができ、かつ／またはキオスクに含めることができる。
図８は、図１および図７の制御装置３００などの制御システムに、本開示の態様および／または方法のうちの任意の１つまたは複数を実行させるための命令セットが実行され得る、コンピュータシステム８００の例示的な形態のコンピューティングデバイスの一実施形態の概略図を示す。また、複数のコンピューティングデバイスを用いて、デバイスの１つまたは複数に、本開示の態様および／または方法の任意の１つまたは複数を実行させるための命令の特別に構成されたセットを実装することができることも企図される。コンピュータシステム８００は、プロセッサ８０４およびメモリ８０８を含む。プロセッサ８０４およびメモリ８０８は、バス８１２を介して互いに通信すると共に、他の構成要素と通信する。バス８１２は、いくつかのタイプのバス構造のいずれかを含むことができる。バス構造として、様々なバスアーキテクチャのいずれかを用いるメモリバス、メモリ制御部、周辺バス、ローカルバス、およびそれらの任意の組合せが挙げられるが、それらに限定されない。
メモリ８０８は、様々な部品（例えば、機械可読媒体）を含むことができる。様々な部品として、ランダムアクセスメモリ部品、読み出し専用部品、およびそれらの任意の組合せが挙げられるが、それらに限定されない。一例では、起動中など、コンピュータシステム８００内の要素間で情報を転送するのに役立つ基本ルーチンを含む基本入出力システム８１６をメモリ８０８に記憶させることができる。メモリ８０８はまた、本開示の態様および／または方法の任意の１つまたは複数を実施する命令（たとえば、ソフトウェア）８２０を含むことができる（たとえば、１つまたは複数の機械可読媒体上に記憶されることができる。）。別の例では、メモリ８０８は、任意の数のプログラムモジュールをさらに含むことができる。そのようなプログラムモジュールとして、オペレーティングシステム、１つまたは複数のアプリケーションプログラム、他のプログラムモジュール、プログラムデータ、およびそれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない
コンピュータシステム８００は、記憶デバイス８２４も含むことができる。記憶デバイス（例えば、記憶デバイス８２４）の例として、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、光媒体と組み合わせた光ディスクドライブ、固体メモリデバイス、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。記憶デバイス８２４は、適切なインターフェース（図示せず）によってバス８１２に接続することができる。インターフェースの例として、ＳＣＳＩ、アドバンスト・テクノロジー・アタッチメント（ＡＴＡ）、シリアルＡＴＡ、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）、ＩＥＥＥ１３９４（ＦＩＲＥＷＩＲＥ）、およびこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。一例では、記憶デバイス８２４（またはその１つまたは複数の部品）は、（例えば、外部ポートコネクタ（図示せず）を介して）コンピュータシステム８００と取り外し可能にインターフェースすることができる。特に、記憶デバイス８２４、および、関連する機械可読媒体８２８は、コンピュータシステム８００のために、機械可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および／または他のデータの不揮発性および／または揮発性記憶デバイスを提供することができる。一例では、ソフトウェア８２０は、完全にまたは部分的に、機械可読媒体８２８内に存在してもよい。別の例では、ソフトウェア８２０は、プロセッサ８０４内に完全にまたは部分的に存在してもよい。
コンピュータシステム８００はまた、入力装置８３２を含むことができる。一例では、コンピュータシステム８００のユーザは、入力装置８３２を介してコンピュータシステム８００に命令および／または他の情報を入力することができる。入力デバイス８３２の例として、英数字入力デバイス（例えば、キーボード）、ポインティングデバイス、ジョイスティック、ゲームパッド、オーディオ入力デバイス（例えば、マイクロフォン、音声応答システムなど）、カーソル制御デバイス（例えば、マウス）、タッチパッド、光学スキャナ、ビデオキャプチャデバイス（例えば、スチルカメラ、ビデオカメラ）、タッチスクリーン、およびこれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない。入力デバイス８３２としては、シリアルインターフェース、パラレルインターフェース、ゲームポート、ＵＳＢインターフェース、ＦＩＲＥＷＩＲＥインターフェース、バス８１２への直接インターフェース、およびこれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない様々なインターフェース（図示せず）のいずれかを介してバス８１２にインターフェースされ得る。入力装置８３２は、以下でさらに議論されるディスプレイ８３６の一部であっても、またはそれとは別体であってもよいタッチスクリーンインターフェースを含んでもよい。入力装置８３２は、上述したようなグラフィカルインターフェースにおける１つ以上の映像表現を選択するためのユーザ選択装置として利用することができる。
ユーザは、記憶デバイス８２４（例えば、リムーバブルディスクドライブ、フラッシュドライブなど）および／またはネットワークインターフェースデバイス８４０を介して、コンピュータシステム８００に命令および／または他の情報を入力することもできる。ネットワーク・インターフェース・デバイス８４０などのネットワーク・インターフェース・デバイスは、コンピュータシステム８００を、ネットワーク８４４などの様々なネットワークの１つまたは複数、およびそれに接続された１つまたは複数のリモートデバイス８４８に接続するために利用することができる。ネットワークインターフェースデバイスの例として、ネットワークインターフェースカード（例えば、モバイルネットワークインターフェースカード、ＬＡＮカード）、モデム、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。ネットワークの例として、広域ネットワーク（例えば、インターネット、企業ネットワーク）、ローカルエリアネットワーク（例えば、オフィス、建物、キャンパスまたは他の比較的小さな地理的空間に関連するネットワーク）、電話ネットワーク、電話／音声プロバイダに関連するデータネットワーク（例えば、移動通信プロバイダデータおよび／または音声ネットワーク）、２つの計算デバイス間の直接接続、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。ネットワーク８４４のようなネットワークは、有線および／または無線通信モードを採用することができる。一般に、任意のネットワークトポロジを使用することができる。情報（例えば、データ、ソフトウェア８２０など）は、ネットワークインターフェースデバイス８４０を介してコンピュータシステム８００と通信することができる。
コンピュータシステム８００は、表示デバイス８３６などの表示デバイスに対して表示可能な画像を通信するためのビデオディスプレイアダプタ８５２をさらに含むことができる。表示デバイスの例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、およびこれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない。ディスプレイアダプタ８５２および表示デバイス８３６は、本開示の態様の映像表現を提供する目的でプロセッサ８０４と組み合わせて利用され得る。表示デバイスに加えて、コンピュータシステム８００は、１つまたは複数の他の周辺出力デバイスを含むことができる。周辺出力デバイスとして、オーディオスピーカ、プリンタ、およびこれらの任意の組合せが挙げられるが、これらに限定されない。そのような周辺出力デバイスは、周辺機器インターフェース８５６を介してバス８１２に接続され得る。周辺機器インターフェースの例として、シリアルポート、ＵＳＢ接続、ＦＩＲＥＷＩＲＥ接続、パラレル接続、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
上記は、本発明の例示的な実施形態の詳細な説明であった。本明細書、および、本明細書に添付される特許請求の範囲において、「Ｘ、ＹおよびＺの少なくとも１つ」および「Ｘ、ＹおよびＺの１つ以上」という語句で用いられる結合言語は、特に記載または別段の指示がない限り、結合リスト中の各項目がリスト中の他のすべての項目を排除する任意の数で、または、結合リスト中の任意または他のすべての項目と組み合わせた任意の数で存在することができ、それらの各項目はまた任意の数で存在することができることを意味すると解釈されるものとすることに留意されたい。この一般的なルールを適用するに当たって、結合リストが、Ｘ、Ｙ、Ｚの各々を包含するものとする。すなわち、１つ以上のＸ、１つ以上のＹ、１つ以上のＺ、１つ以上のＸおよび１つ以上のＹ、１つ以上のＹおよび１つ以上のＺ、１つ以上のＸおよび１つ以上のＺ、ならびに、１つ以上のＸ、１つ以上のＹおよび１つ以上のＺを包含する。
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正および追加を行うことができる。上述した様々な実施形態の各々の特徴は、関連する新しい実施形態において多数の特徴の組み合わせを提供するために、適宜、他の説明した実施形態の特徴と組み合わせることができる。さらに、上記ではいくつかの別個の実施形態を説明したが、本明細書で説明したものは、本発明の原理の適用の単なる例示に過ぎない。さらに、本明細書における特定の方法は特定の順序で実行されるものとして図示および／または説明され得るが、順序付けは、通常の技術の範囲内で非常に可変であり、本開示の態様を達成する。したがって、この説明は、単に例として解釈されることを意味し、本発明の範囲を他の方法で限定することを意味しない。

Claims (25)

  1. レーザアニール処理中に半導体表面の対象領域における溶融の開始を検出する方法であって、
    前記半導体表面に放射パルスを照射することと、
    画素化イメージセンサを用いて、前記半導体表面から反射した放射線の一部を捕捉する画像を捕捉することと、
    前記画像を処理して、前記画像の対象領域内の反射放射線の強度における新しい不連続性を検出することと
    を備え、
    前記新しい不連続性は、対象領域内の半導体の溶融の開始を示す
    方法。
  2. 前記レーザアニール処理は、掃引周波数ｆSWEEPで前記半導体表面に亘って順次掃引を実行することを含み、前記照射することは、パルス周波数ｆProbeで放射パルスを放射することを含み、ｆProbe＜ｆSWEEPである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ｆProbeが前記ｆSWEEPの有理ビート周波数である、請求項２記載の方法。
  4. 前記ｆProbeが前記ｆSWEEPと同期され、複数の前記放射パルスが、前記画素化イメージセンサによって単一の画像フレーム内に捕捉される、請求項２に記載の方法。
  5. 前記照射することはパルスのランダムな分布を放射することを含み、前記処理は、捕捉された前記画像に広帯域統計を適用して前記新しい不連続性を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記画素化イメージセンサは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサである、請求項１に記載の方法。
  7. 前記処理は、フィッティングアルゴリズム、エッジ検出アルゴリズム、固有基底分解、フィードフォワード分類、または、閾値を超える捕捉画像フレーム内の任意の強度の検出のうちの１つまたは複数の適用を含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記処理は、閾値を超える捕捉画像フレームにおける強度の検出を含み、前記閾値は、固相における前記半導体の最大反射率、または、固液相転移の溶融側における前記半導体の反射率に対応する、請求項１に記載の方法。
  9. 前記放射線は青色光である、請求項１に記載の方法。
  10. 前記放射線は、通信帯域内の波長を有する、請求項１に記載の方法。
  11. 前記画像を処理して新しい不連続性を検出するステップは、前記画像を処理して、前記半導体の溶融領域に対応する前記反射放射線の強度において移動不連続対を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
  12. 検出された前記不連続対から溶融相持続時間を決定し、決定された前記溶融相持続時間を目標溶融相持続時間と比較することをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
  13. 半導体ウエハの表面上に入射する放射パルスを放出するように構成されるプローブを備え、
    前記表面は、高速走査アニールレーザシステムによって加熱される対象領域を有し、
    （ｉ）前記対象領域からの入射放射線の反射成分を捕捉し、（ｉｉ）前記入射放射線の反射成分の捕捉画像を生成するように構成される画素化イメージセンサと、
    前記捕捉画像を処理して前記表面の前記対象領域における溶融の開始を検出するように構成されるプロセッサと
    をさらに備える、溶融検出システム。
  14. 前記高速走査アニールレーザシステムは、掃引周波数ｆSWEEPで前記ウエハ表面を横切る連続掃引を実行し、前記プローブは、パルス周波数ｆProbeで放射パルスを放出するように構成され、ｆProbe＜ｆSWEEPである、請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記ｆProbeが前記ｆSWEEPの有理ビート周波数である、請求項１４記載のシステム。
  16. 前記ｆProbeが前記ｆSWEEPと同期され、複数の放射パルスが、前記画素化イメージセンサによって単一の画像フレーム内に捕捉される、請求項１４に記載のシステム。
  17. 前記プローブは、パルスのランダムな分布を放出するように構成され、前記プロセッサは、捕捉された前記画像に広帯域統計を適用して前記反射放射線における新たな不連続性を検出するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
  18. 前記画素化イメージセンサは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサである、請求項１３に記載のシステム。
  19. 前記プロセッサは、フィッティングアルゴリズム、エッジ検出アルゴリズム、固有基底分解、フィードフォワード分類、または、閾値を超える捕捉画像フレーム内の任意の強度の検出のうちの１つまたは複数を適用するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
  20. 前記プロセッサは、閾値を超える捕捉画像フレームにおける強度を検出するように構成されており、前記閾値は、固相における前記半導体の最大反射率、または、固液相転移の溶融側における前記半導体の反射率に対応する、請求項１３に記載のシステム。
  21. 前記放射線は青色光である、請求項１３に記載のシステム。
  22. 前記放射線は、通信帯域内の波長を有する、請求項１３に記載のシステム。
  23. 前記プロセッサは、前記対象領域における前記反射放射線の強度の新たな不連続性を検出して、溶融の開始を示すように構成される、請求項１３に記載のシステム。
  24. 前記プロセッサは、前記捕捉画像を処理して、前記放射の反射部分の強度において移動不連続対を検出するように構成され、前記移動不連続対は、前記半導体の溶融領域に対応する、請求項１３に記載のシステム。
  25. 前記プロセッサは、検出された前記不連続対から溶融相持続時間を決定し、決定された前記溶融相持続時間を目標溶融相持続時間と比較して、前記高速走査アニールレーザシステムのパラメータを制御するようにさらに構成される、請求項２４に記載のシステム。
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