JP5602787B2 - 集積回路の製造における、パターン密度効果を低減させた超高速レーザーアニーリング - Google Patents
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Description
システム100の運転の例において、システムコントローラ300が第1の制御信号S1を非溶融レーザー160に送信すると、これに応答して、非溶融レーザー160は、最初の非溶融レーザービーム162を生成する。この最初の非溶融レーザービーム162は、非溶融光学システム166に受け入れられ、ここで非溶融レーザービーム168が形成される。非溶融レーザービーム168は、第1光学軸A1に沿って進み、ウエハ表面12において非溶融ラインイメージ170を形成する。
本発明にかかる超高速レーザーアニーリングシステムおよび方法の利点は、前述したパターン密度効果の不利益を軽減することによってウエハ表面12の温度均一性を向上させる点にある。第1に、レーザーアニーリング処理の実施に関係する温度変動(すなわち、非均一性)ΔTは、下記の数式によって見積もることができる。
Claims (33)
- パターン付き表面および溶融温度を有する半導体基板のアニーリング方法であって、
前記溶融温度から400℃以内にある非溶融温度Tnonmeltまで前記パターン付き表面を加熱する少なくとも一つの第1レーザービームで前記パターン付き表面を走査し、
パルス状であり、かつ、前記非溶融温度から前記溶融温度まで前記パターン付き表面を加熱する、前記第1レーザービームと関連する少なくとも一つの第2レーザービームで前記パターン付き表面を走査し、
最小非溶融温度T nonmelt が、下記の関係に基づいて決定される、
方法。
ここで、ΔTは基板表面温度ムラの許容量であり、ΔT melt は従来の溶融レーザーアニーリングによるパターン密度効果に起因する基板表面温度ムラであり、T melt は前記基板の溶融温度であり、T sub は当初の基板表面温度である。 - 前記第1レーザービームで走査して、前記溶融温度よりも約50℃から約400℃低い非溶融温度まで前記パターン付き表面を加熱する工程を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第1レーザービームは、前記パターン付き表面において少なくとも一つの非溶融ラインイメージを形成し、
前記少なくとも一つの第2レーザービームは、前記パターン付き表面において少なくとも一つの溶融ラインイメージを形成し、
前記パターン付き表面において、前記少なくとも一つの溶融ラインイメージは、前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージと部分的に重なり合っている、請求項1または2に記載の方法。 - 前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージおよび前記少なくとも一つの溶融ラインイメージの一方は、前記パターン付き表面における領域の寸法に対応した長さに形成されている、請求項3に記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第1レーザービームおよび前記少なくとも一つの第2レーザービームは、複数のICチップの間における隙間内で重なり合うように走査を行う、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージは、前記少なくとも一つの第1レーザービームで前記パターン付き表面を走査することによる、前記パターン付き表面の最大非溶融温度に対応するピーク温度軸に関連付けされており、
前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージおよび前記少なくとも一つの溶融ラインイメージによる走査は、前記少なくとも一つの溶融ラインイメージが実質的に前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージの前記ピーク温度軸に沿って形成されるようにして実行される、請求項3に記載の方法。 - 前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージおよび前記少なくとも一つの溶融ラインイメージによる前記走査は、前記少なくとも一つの第1レーザービームによって走査される前記パターン付き表面における各点が前記少なくとも一つの第2レーザービームからの少なくとも一つの光パルスを受けるように実行される、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第1レーザービームは、走査中における、前記パターン付き表面上での100マイクロ秒から20ミリ秒の間の滞留時間を有している、請求項1から7のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第1レーザービームはCO2レーザーを用いて生成される、請求項1から8のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第1レーザービームは、実質的にブルースター角で前記パターン付き表面に入射する、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第1レーザービームおよび少なくとも一つの第2レーザービームは、前記パターン付き表面付近のガス状のドーパントプレカーサを伴って走査を行う、請求項1から10のいずれかに記載の方法。
- 前記走査は、二つの第1レーザービームおよび一つの第2レーザービームを用いて実施される、請求項1から11のいずれかに記載の方法。
- 吸収層および反射防止層の内の少なくとも一方が前記パターン付き表面上に配設されている、請求項1から12のいずれかに記載の方法。
- 前記パターン付き表面はドーパントプロファイルを含んでおり、前記ドーパントプロファイルは、a)前記少なくとも一つの第1レーザービームおよびb)前記少なくとも一つの第2レーザービームの少なくとも一方を調整することによって調整される、請求項1から13のいずれかに記載の方法。
- パターン付き表面および溶融温度を有する半導体基板のレーザーアニーリングに用いられるシステムであって、
前記溶融温度から約400℃内にある非溶融温度Tnonmeltまで前記パターン付き表面を加熱する少なくとも一つの第1レーザービームを生成するとともに、前記少なくとも一つの第1レーザービームで前記パターン付き表面を走査する第1レーザーシステムと、
パルス状で、かつ、前記非溶融温度から前記溶融温度まで前記パターン付き表面を加熱する少なくとも一つの第2レーザービームを生成するとともに、前記第1レーザービームに関連して前記少なくとも一つの第2レーザービームで前記パターン付き表面を走査する第2レーザーシステムとを備え、
最小非溶融温度T nonmelt が、下記の関係に基づいて決定される、
システム。
ここで、ΔTは基板表面温度ムラの許容量であり、ΔT melt は従来の溶融レーザーアニーリングによるパターン密度効果に起因する基板表面温度ムラであり、T melt は前記基板の溶融温度であり、T sub は当初の基板表面温度である。 - 前記少なくとも一つの第1レーザービームは、前記パターン付き表面における少なくとも一つの非溶融ラインイメージを形成し、
前記第2レーザービームは、前記パターン付き表面における少なくとも一つの溶融ラインイメージを形成し、
前記第1レーザーシステムおよび前記第2レーザーシステムは、前記少なくとも一つの溶融ラインイメージおよび前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージを前記パターン付き表面において少なくとも部分的に重複させる、請求項15に記載のシステム。 - 前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージは、前記少なくとも一つの第1レーザービームによる前記パターン付き表面の走査に起因する前記パターン付き表面の最大非溶融に対応するピーク温度軸に関連し、かつ、
前記第1レーザーシステムおよび前記第2レーザーシステムは、前記少なくとも一つの溶融ラインイメージが、実質的に前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージの前記ピーク温度軸に沿って形成されるように構成されている、請求項16に記載のシステム。 - 前記少なくとも一つの第1レーザービームを生成するCO2レーザーをさらに含んでいる、請求項15から17のいずれかに記載のシステム。
- 前記第1レーザーシステムは、前記少なくとも一つの第1レーザービームが前記パターン付き表面に対して実質的にブルースター角で入射するように構成されている、請求項15から18のいずれかに記載のシステム。
- ガス状のドーパントプレカーサを前記パターン付き表面付近で使用可能にするチャンバーをさらに有する、請求項15から19のいずれかに記載のシステム。
- パターン付き表面および所定の溶融温度Tmeltを有する基板のレーザーアニーリング方法であって、
前記パターン付き表面における温度ムラΔTを選択し、
下記の関係から最小非溶融温度Tnonmeltを決定し、
ここで、ΔTmeltは、従来の一つのビームによる溶融レーザーアニーリングによるパターン密度効果に起因するパターン付き表面温度ムラであり、また、Tsubは、前記パターン付き表面の当初温度である。
少なくとも一つの第1レーザービームで走査して前記パターン付き表面を前記最小非溶融温度Tnonmeltから前記溶融温度よりも約50℃低い温度の範囲の非溶融温度まで加熱し、前記第1レーザービームに関連する少なくとも一つの第2パルス状レーザービームで走査して前記基板溶融温度Tmeltまで前記パターン付き表面を加熱するレーザーアニーリングを実施する方法。 - 前記少なくとも一つの第1レーザービームはCO2レーザーである、請求項21に記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第1レーザービームは、前記パターン付き表面に対してブルースター角あるいはそれに近い角度で向けられている、請求項21または請求項22に記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第1レーザービームは偏光されている、請求項21から23のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第2レーザービームは繰返し率が1kHz以上である、請求項21から24のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第2レーザービームは、エキシマレーザー、ダイオード励起の固体レーザー、Qスイッチレーザー、および周波数変換レーザーのうちの一つを用いて生成される、請求項21から25のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第2レーザービームは、20Wから500Wの出力で提供される、請求項21から26のいずれかに記載の方法。
- 前記走査は、二つの第1レーザービームと一つの第2レーザービームとで実施される、請求項21から27のいずれかに記載の方法。
- 前記少なくとも一つの第1レーザービームおよび前記少なくとも一つの第2レーザービームは、前記パターン付き表面の近傍のガス状ドーパントプレカーサを伴って走査を行う、請求項21から28のいずれかに記載の方法。
- 前記パターン付き表面において、前記少なくとも一つの第1レーザービームで少なくとも一つの非溶融ラインイメージが形成されるとともに、前記少なくとも一つの第2レーザービームで少なくとも一つの溶融ラインイメージが形成され、
前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージおよび前記少なくとも一つの溶融ラインイメージの一方が前記パターン付き表面における領域の寸法に対応した長さを有している、請求項21から29のいずれかに記載の方法。 - 前記少なくとも一つの非溶融ラインイメージおよび前記少なくとも一つの溶融ラインイメージは、前記パターン付き表面上における複数のICチップの隙間において互いに重なるようにして走査をする、請求項30に記載の方法。
- 吸収層および反射防止層の内、少なくとも一方が前記パターン付き表面上に配設されている請求項21から31のいずれかに記載の方法。
- 前記パターン付き表面は、前記少なくとも一つの第1レーザービームおよび前記少なくとも一つの第2レーザービームの内、少なくとも一方を調整することによって調整されるドーパントプロファイルを有している、請求項21から32のいずれかに記載の方法。
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