CN111247625B - 激光照射系统 - Google Patents

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Abstract

一种激光掺杂和后退火用的激光照射系统，其具有：A.激光装置，其产生紫外线区域的脉冲激光；B.载台，其使在半导体基板上形成至少包含作为掺杂剂的杂质元素的杂质源膜而构成的被照射物在至少1个扫描方向上移动；以及C.光学系统，其包含均束器，该均束器将脉冲激光的射束形状整形为矩形，生成沿扫描方向的第1射束宽度不同且与扫描方向垂直的第2射束宽度相同的激光掺杂用射束和后退火用射束。

Description

激光照射系统
技术领域
本公开涉及激光照射系统。
背景技术
半导体是构成集成电路、功率器件、LED(Light-Emitting Diode：发光二极管)、液晶显示器、有机EL(Electro Luminescence：电致发光)显示器等有源元件的材料，并且是电子器件的制造必不可少的材料。为了制造这样的有源元件，需要在将作为掺杂剂的杂质掺杂到半导体基板中之后，使杂质活化，将该杂质的电特性控制为n型或p型。
一般而言，向半导体基板的杂质的掺杂和活化通过热扩散法、离子注入法来进行。热扩散法是指如下方法：通过在包含杂质的气体中将基板加热为高温来使杂质从半导体基板的表面热扩散至半导体基板的内部，进一步使杂质活化。
离子注入法包含离子注入工序和热退火工序。离子注入工序是通过对半导体基板照射加速为高速后的杂质的离子射束来向半导体基板的内部注入杂质的工序。热退火工序是通过对半导体基板施加热能来修复由于杂质注入而产生的半导体内部的缺陷并使杂质活化的工序。离子注入法具有能够通过使用抗蚀剂等掩模来进行离子注入区域的局部设定、能够精密地进行杂质浓度的深度控制等的优异特征。因此，离子注入法被广泛用作使用硅(Si)的集成电路的制造技术。
碳化硅(SiC)被作为下一代功率器件材料开展了开发。SiC与以往被用作半导体材料的Si相比，具有较大的带隙、Si的大致10倍左右的高绝缘损坏电场特性、优异的导热率等。此外，SiC的特征在于热化学性稳定。
为了使用SiC构成晶体管，需要在SiC中掺杂杂质。但是，当通过针对Si使用的现有离子注入法来掺杂杂质时，存在如下问题：对SiC施加热损伤，形成缺陷，电特性下降。
因此，作为针对SiC的杂质的掺杂方法，研究了激光掺杂法。激光掺杂法是指如下方法：通过在半导体基板的表面形成包含掺杂剂的杂质源膜，并对该杂质源膜照射激光，将杂质源膜所包含的杂质导入半导体基板中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-55259号公报
专利文献2：日本特开平8-139048号公报
专利文献3：日本特开平8-264468号公报
专利文献4：美国公开2016/0247681号公报
发明内容
本公开的1个观点的激光掺杂和后退火用的激光照射系统，其具有：
A.激光装置，其产生紫外线区域的脉冲激光；
B.载台，其使在半导体基板上形成杂质源膜而构成的被照射物在至少1个扫描方向上移动，该杂质源膜至少包含作为掺杂剂的杂质元素、；以及
C.光学系统，其包含均束器，该均束器将脉冲激光的射束形状整形为矩形，生成沿扫描方向的第1射束宽度不同且与扫描方向垂直的第2射束宽度相同的激光掺杂用射束和后退火用射束。
附图说明
以本公开的多个实施方式为单纯的例子，以下参照附图进行说明。
图1是概略性地示出比较例的激光照射系统的结构的图。
图2是示出复眼透镜的结构的立体图。
图3A是呈晶片状地形成的被照射物的俯视图，图3B是示出照射区域的形状的图。
图4是说明第1注量Fd和第2注量Fp的设定值的图。
图5是示出激光照射控制部的激光掺杂控制和后退火控制的处理的流程图。
图6是示出进行第1照射条件和第2照射条件的读入的处理的详细内容的子例程。
图7是示出使激光装置进行调整振荡的处理的详细内容的子例程。
图8是计算激光掺杂用和后退火用的参数的处理的详细内容的子例程。
图9是示出设定激光掺杂用的参数的处理的详细内容的子例程。
图10是示出设定后退火用的参数的处理的详细内容的子例程。
图11是示出沿X轴方向扫描照射的处理的详细内容的子例程。
图12是概略性地示出第1实施方式的激光照射系统的结构的图。
图13A是示出第1复眼透镜的结构的图，图13B是示出第2复眼透镜的结构的图。
图14A是示出在激光掺杂时照射到被照射物的脉冲激光的照射区域的图，图14B是示出在后退火时照射到被照射物的脉冲激光的照射区域的图。
图15是示出激光照射控制部的激光掺杂控制和后退火控制的处理的流程图的前半部分。
图16是示出激光照射控制部的激光掺杂控制和后退火控制的处理的流程图的后半部分。
图17是示出计算激光掺杂用和后退火用的参数的处理的详细内容的子例程。
图18是示出设定激光掺杂用的参数的处理的详细内容的子例程。
图19是示出设定后退火用的参数的处理的详细内容的子例程。
图20是示出切换第1射束宽度的处理的详细内容的子例程。
图21是概略性地示出第2实施方式的激光照射系统的结构的图。
图22A是从H轴方向观察均束器时的图，图22B是从V轴方向观察均束器时的图。
图23是示出计算激光掺杂用和后退火用的参数的处理的详细内容的子例程。
图24是示出设定激光掺杂用的参数的处理的详细内容的子例程。
图25是示出设定后退火用的参数的处理的详细内容的子例程。
图26是示出切换第1射束宽度的处理的详细内容的子例程。
图27是示出第1变形例中的扫描路径的图。
图28是示出激光照射控制部的激光掺杂控制和后退火控制的处理的流程图。
图29是概略性地示出第2变形例的激光照射系统的结构的图。
图30是概略性地示出第3实施方式的激光照射系统的结构的图。
图31是示出反射率可变分束器的结构的图。
图32是示出第1均束器和第2均束器的结构的图。
图33A是示出扫描路径的图，图33B是示出照射区域的形状的图。
图34是示出激光照射控制部的激光掺杂控制和后退火控制的处理的流程图。
图35是示出计算激光掺杂用和后退火用的参数的处理的详细内容的子例程。
图36是设定激光掺杂用和后退火用的参数的处理的详细内容的子例程。
图37是概略性地示出第4实施方式的激光照射系统的结构的图。
图38A是从H轴方向观察均束器时的图，图38B是从V轴方向观察均束器时的图。
图39是示出激光装置的变形例的图。
图40是示出激光照射装置的其他变形例的图。
图41是示出照射护罩的变形例的图。
具体实施方式
<内容>
1.概要
2.比较例
2.1结构
2.2复眼透镜的结构
2.3扫描照射控制
2.4脉冲激光的注量的设定值
2.5衰减器的透过率的设定值
2.6激光照射系统的动作
2.6.1主流程
2.6.2 S110的详细内容
2.6.3 S120的详细内容
2.6.4 S150的详细内容
2.6.5 S160的详细内容
2.6.6 S210的详细内容
2.6.7 S170的详细内容
2.7课题
3.第1实施方式
3.1结构
3.2激光照射系统的动作
3.2.1主流程
3.2.2 S350的详细内容
3.2.3 S360的详细内容
3.2.4 S420的详细内容
3.2.5 S370的详细内容
3.3效果
4.第2实施方式
4.1结构
4.2第2射束宽度的设定方法
4.3激光照射系统的动作
4.3.1主流程
4.3.2 S350’的详细内容
4.3.3 S360’的详细内容
4.3.4 S420’的详细内容
4.3.5 S370’的详细内容
4.4效果
5.第1变形例
5.1扫描照射控制
5.2激光照射系统的动作
5.3效果
6.第2变形例
7.第3实施方式
7.1结构
7.2扫描照射控制
7.3反射率的设定方法
7.4激光照射系统的动作
7.4.1主流程
7.4.2 S750的详细内容
7.4.3 S760的详细内容
7.5效果
8.第4实施方式
8.1结构
8.2动作
8.3效果
9.激光装置的变形例
10.其他变形例
以下，参照附图详细地说明本公开的实施方式。以下说明的实施方式示出本公开的多个例子，不限定本公开的内容。此外，在各实施方式中说明的结构和动作全部不一定作为本公开的结构和动作是必需的。另外，对相同的结构要素标注相同的参考标号，并省略重复的说明。
1.概要
本公开涉及通过对在半导体基板上形成杂质源膜而构成的被照射物照射脉冲激光来进行向半导体基板中的杂质的掺杂和用于使杂质活化的后退火处理的激光照射系统。
2.比较例
2.1激光照射系统的结构
图1概略性地示出比较例的激光照射系统2的结构。激光照射系统2包含激光装置3和激光照射装置4。激光装置3与激光照射装置4通过光路管5连接。
激光装置3包含主振荡器MO、光学脉冲展宽器(OPS)10、监视器模块11、快门12和激光控制部13。激光装置3是将包含F2、KrF、ArF、XeCl或XeF的激光气体作为激光介质产生紫外线区域的脉冲激光的放电激发式激光装置。
在激光装置3为F2激光装置的情况下，脉冲激光的中心波长为大约157nm。在激光装置3为ArF准分子激光装置的情况下，脉冲激光的中心波长为大约193.4nm。在激光装置3为KrF准分子激光装置的情况下，脉冲激光的中心波长为大约248.4nm。在激光装置3为XeCl准分子激光装置的情况下，脉冲激光的中心波长为大约308nm。在激光装置3为XeF准分子激光装置的情况下，脉冲激光的中心波长为大约351nm。
主振荡器MO包含激光腔20、后视镜21a和输出耦合镜21b、充电器23、脉冲功率模块(PPM)24。图1示出了从与激光的行进方向大致垂直的方向观察到的激光腔20的内部结构。
激光腔20是封入有激光气体的腔，在内部配置有一对电极22a和22b。一对电极22a和22b是用于通过放电激发激光介质的放电电极。
在激光腔20中形成开口，电绝缘部25堵塞该开口。电极22a被支承于电绝缘部25，电极22b被支承于返回板20d。该返回板20d通过未图示的配线与激光腔20的内表面连接。在电绝缘部25中嵌入有导电部。导电部将从PPM 24供给的高电压施加到电极22a。
充电器23是以规定的电压对PPM 24中的未图示的充电电容器充电的直流电源装置。PPM 24包含开关24a，该开关24a通过激光控制部13控制。当开关24a从断开变为接通时，PPM 24根据充电器23所保持的电能生成脉冲状的高电压，对一对电极22a和22b之间施加该高电压。
当对一对电极22a和22b之间施加高电压时，一对电极22a和22b之间的绝缘损坏，产生放电。通过该放电的能量，激光腔20内的激光介质被激发，转移到高能级。在被激发的激光介质之后转移到低能级时，释放与该能级差对应的光。
在激光腔20的两端设置有窗20a和20b。在激光腔20内产生的光经由窗20a和20b射出到激光腔20的外部。
后视镜21a和输出耦合镜21b构成光谐振器。在后视镜21a上涂覆高反射膜，在输出耦合镜21b上涂覆部分反射膜。激光腔20配置在光谐振器的光路上。因此，后视镜21a对从激光腔20内经由窗20a输出的光进行高反射，并经由窗20a返回激光腔20内。此外，输出耦合镜21b使从激光腔20内经由窗20b输出的光中的一部分透过，使其他一部分反射并返回激光腔20内。
因此，从激光腔20射出的光在后视镜21a与输出耦合镜21b之间往返，每次通过电极22a与电极22b之间的放电空间时被放大。所放大的光的一部分经由输出耦合镜21b作为脉冲激光输出。
OPS 10包含分束器10y和凹面镜10a～10d。OPS 10配置成使分束器10y位于从主振荡器MO输出的脉冲激光的光路上。凹面镜10a～10d构成延迟光学系统。
凹面镜10a～10d分别为具有相互大致相等的焦距F的凹面镜。焦距F例如相当于从分束器10y对凹面镜10a的距离。凹面镜10a～10d配置成将被分束器10y部分反射的光引导至分束器10y，并正转印到分束器10y。OPS 10对从主振荡器MO输入的脉冲激光进行脉冲拉伸，输出拉伸脉冲时间宽度后的脉冲激光。
监视器模块11配置在从主振荡器MO射出的脉冲激光的光路上。监视器模块11例如包含分束器11a和光传感器11b。分束器11a使从OPS 10输出的脉冲激光以较高的透过率朝向快门12透过，并且将脉冲激光的一部分朝向光传感器11b反射。光传感器11b检测所入射的脉冲激光的脉冲能量，将检测出的脉冲能量的数据输出到激光控制部13。
激光控制部13与激光照射装置4所包含的激光照射控制部31之间收发各种信号。例如，激光控制部13从激光照射控制部31接收发光触发Tr、目标脉冲能量Et的数据等。此外，激光控制部13向充电器23发送充电电压的设定信号，并且向PPM 24发送开关24a的接通或断开的指令信号。
激光控制部13从监视器模块11接收脉冲能量的数据，参考接收到的脉冲能量的数据来控制充电器23的充电电压。通过控制充电器23的充电电压，可控制脉冲激光的脉冲能量。
快门12配置在在监视器模块11的分束器11a中透过的脉冲激光的光路上。激光控制部13在开始激光振荡之后到从监视器模块11接收的脉冲能量与目标脉冲能量Et之差位于容许范围内为止的期间内，使快门12成为关闭状态。在从监视器模块11接收的脉冲能量与目标脉冲能量Et之差位于容许范围内的情况下，激光控制部13使快门12成为打开状态。激光控制部13与快门12的打开信号同步地将表示能够受理脉冲激光的发光触发Tr的准备完成信号Rd发送到激光照射控制部31。
激光照射装置4包含壳体30、激光照射控制部31、工作台32、XYZ载台33、框架34、照射护罩35和光学系统40。在壳体30内配置有光学系统40。在框架34上固定有壳体30、XYZ载台33和照射护罩35。
在工作台32上载置有被照射物50，该被照射物50被激光照射装置4照射脉冲激光。被照射物50是如SiC、金刚石、GaN等用于功率器件的半导体材料。SiC的晶体构造未特别限定，但是，例如为4H-SiC。被照射物50包含：半导体基板51，其由这些半导体材料形成；以及杂质源膜52，其形成在半导体基板51的表面上。杂质源膜52为至少包含作为掺杂剂的杂质元素的膜。
在通过掺杂使半导体基板51成为p型的情况下，例如，作为杂质源膜52，使用包含作为p型掺杂剂的铝元素的铝金属膜。此外，在通过掺杂使半导体基板51成为n型的情况下，例如，作为杂质源膜52，使用包含作为n型掺杂剂的氮元素的氮化膜、例如SiN膜。
XYZ载台33移动自如地支承工作台32。XYZ载台33根据从激光照射控制部31输入的控制信号，使工作台32在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上移动。通过利用XYZ载台33在X轴方向或Y轴方向上变更工作台32的位置，被照射物50的表面上的脉冲激光的照射区域移动。另外，Z轴方向与从光学系统40输出的脉冲激光的光轴平行。X轴方向与Y轴方向相互垂直，并且分别与Z轴方向垂直。
光学系统40包含高反射镜41a～41c、衰减器42、均束器43和转印光学系统44。高反射镜41a～41c以较高的反射率反射紫外线区域的脉冲激光。高反射镜41a配置成对从激光装置3经由光路管5入射的脉冲激光进行反射，所反射的脉冲激光通过衰减器42入射到高反射镜41b。高反射镜41a～41c例如在由合成石英、氟化钙(CaF2)晶体形成的透明基板的表面上涂覆对脉冲激光进行高反射的反射膜。
衰减器42配置在高反射镜41a与高反射镜41b之间的光路上。衰减器42包含2片的部分反射镜42a和42b、旋转载台42c和42d。旋转载台42c保持部分反射镜42a，以变更脉冲激光向部分反射镜42a入射的入射角度的方式旋转。旋转载台42d保持部分反射镜42b，以变更脉冲激光向部分反射镜42b入射的入射角度的方式旋转。
部分反射镜42a和42b分别是透过率与脉冲激光的入射角度对应地发生变化的光学元件。部分反射镜42a与部分反射镜42b的倾斜角度通过旋转载台42c和42d调整成脉冲激光的入射角度相互一致并且成为期望的透过率。
衰减器42利用从激光照射控制部31输入的控制信号对旋转载台42c和42d进行驱动，控制透过率。入射到衰减器42的脉冲激光与根据控制信号来控制的透过率对应地衰减并从衰减器42输出。
高反射镜41b配置成对从衰减器42入射的脉冲激光进行反射，所反射的脉冲激光通过均束器43入射到高反射镜41c。
均束器43配置在高反射镜41b与高反射镜41c之间的光路上。均束器43包含复眼透镜45和聚光透镜46。复眼透镜45配置于聚光透镜46的上游侧。从高反射镜41b入射的脉冲激光通过透过复眼透镜45和聚光透镜46，在聚光透镜46的焦点面上进行科勒(Kohler)照明，使光强度分布在规定的射束形状内均匀化。此外，复眼透镜45将与脉冲激光的光轴垂直的截面的射束形状整形为矩形。以这样的方式从复眼透镜45输出的脉冲激光经由聚光透镜46在聚光透镜46的焦点面上进行科勒照明，入射到高反射镜41c。
转印光学系统44配置在被高反射镜41c反射的脉冲激光的光路上。转印光学系统44组合多个透镜来构成。转印光学系统44也可以为缩小投影光学系统。转印光学系统44将由均束器43形成的矩形的射束经由窗36转印到被照射物50的表面上。
窗36配置在转印光学系统44与被照射物50之间的光路上，在被未图示的O型环密封的状态下固定于开口，该开口形成在壳体30上。窗36也可以是由合成石英、CaF2晶体形成的透明基板，在双面上涂覆反射抑制膜。
在壳体30上设置有将第1净化气体吸入壳体30内的吸入口30a和从壳体30内排出第1净化气体的排出口30b。第1净化气体例如为氮(N2)气。吸入口30a和排出口30b与未图示的进气管、排出管连接。吸入口30a和排出口30b在与进气管或排出管连接的状态下被未图示的O型环密封，以抑制外部气体混入壳体30内。吸入口30a与第1净化气体提供源37连接，该第1净化气体提供源37提供第1净化气体。壳体30的内部通过第1净化气体净化。
光路管5与激光照射装置4的连接部分和光路管5与激光装置3的连接部分分别通过未图示的O型环密封。光路管5内也通过第1净化气体净化。
照射护罩35包围被照射物50，该被照射物50被支承于工作台32。照射护罩35具有包围工作台32和XYZ载台33整体的大小，被固定于框架34上。在照射护罩35的上表面形成有与窗36连接的开口，该窗36设置于壳体30。该开口与窗36之间通过未图示的O型环密封。
照射护罩35构成为能够用第2净化气体填满窗36与被照射物50之间。在照射护罩35上设置有吸入口35a和排出口35b，该吸入口35a将第2净化气体吸入照射护罩35内，该排出口35b从照射护罩35内排出第2净化气体。第2净化气体是几乎不含氧的惰性气体，例如是氩气(Ar)、氦气(He)。第2净化气体是在对半导体材料照射激光的情况下不会在半导体表面生成氧化物的氧浓度的惰性气体即可。吸入口35a与第2净化气体提供源38连接，该第2净化气体提供源37提供第1净化气体。照射护罩35的内部通过第2净化气体净化。
激光照射控制部31以规定的反复频率f向激光控制部13输出发光触发Tr。与此相对应地，主振荡器MO以反复频率f进行激光振荡。此外，激光照射控制部31包含存储有激光掺杂用射束的第1照射条件和后退火用射束的第2照射条件的未图示的存储部。
第1照射条件包含在激光掺杂时照射到被照射物50的脉冲激光即激光掺杂用射束的注量Fd和照射脉冲数Nd。此外，第2照射条件包含在后退火时照射到被照射物50的脉冲激光即后退火用射束的注量Fp和照射脉冲数Np。以下，将注量Fd称作第1注量Fd。将照射脉冲数Nd称作第2照射脉冲数Nd。将注量Fp称作第2注量Fp。将照射脉冲数Np称作第1照射脉冲数Np。存储部所存储的第1照射条件和第2照射条件能够通过未图示的外部装置适当改写。
如后文之详述，激光照射控制部31在激光掺杂时和后退火时对XYZ载台33进行控制，使被照射物50在XY面内移动，并进行照射脉冲激光的扫描照射。激光照射控制部31根据第1照射条件，计算在激光掺杂时设定的衰减器42的第1透过率Td和第1扫描速度Vdx。此外，激光照射控制部31根据第2照射条件，计算在后退火时设定的衰减器42的第2透过率Tp和第2扫描速度Vpx。
2.2复眼透镜的结构
接着，说明均束器43所包含的复眼透镜45的结构。图2示出复眼透镜45的结构。在该图中，I轴方向表示脉冲激光的行进方向。V轴方向和H轴方向是相互垂直并且分别与脉冲激光的行进方向垂直的方向。
复眼透镜45通过对由合成石英、氟化钙(CaF2)晶体形成的透明基板进行加工来形成。在复眼透镜45的脉冲激光入射的第1面上沿V轴方向以第1间距Lv排列有凹状的多个第1圆柱面451，该多个第1圆柱面61在V轴方向上具有第1曲率半径，并在H轴方向上延伸。在复眼透镜45的与第1面相反的一侧的第2面上沿H轴方向以第2间距Lh排列有凹状的多个第2圆柱面452，该多个第2圆柱面62在H轴方向上具有第2曲率半径，并在V轴方向上延伸。第1间距Lv小于第2间距Lh。
此外，第1圆柱面451的第1曲率半径和第2圆柱面452的第2曲率半径分别设定成使基于第1圆柱面451的凹透镜的焦点位置与基于第2圆柱面452的凹透镜的焦点位置大致一致。
当使脉冲激光入射到复眼透镜45时，在第1圆柱面451和第2圆柱面452的焦点位置生成作为面光源的2次光源。从复眼透镜45输出的脉冲激光通过聚光透镜46对聚光透镜46的焦点面的位置进行科勒照明。这里，被科勒照明的区域的射束形状是构成为复眼透镜45的1个透镜的形状、即与V轴方向的长度为Lv且H轴方向的长度为Lh的长方形相似的形状。即，脉冲激光的与光轴垂直的截面的射束形状通过均束器43整形为矩形。
2.3扫描照射控制
接着，对由激光照射控制部31进行的扫描照射控制进行说明。图3A示出被照射物50，在该被照射物50上呈晶片状地形成有上述的半导体基板51。在半导体基板51上沿X轴方向和Y轴方向二维排列有多个芯片形成区域53。各芯片形成区域53为矩形。
在图3A中，标号A表示从均束器43经由高反射镜41c和转印光学系统44照射到被照射物50的脉冲激光的射束形状、即照射区域。如图3B所示，照射区域A的形状为矩形，沿X轴方向具有第1射束宽度Bx，沿Y轴方向具有第2射束宽度By。这里，第2射束宽度By大于第1射束宽度Bx。即，脉冲激光的射束形状大致为线状。另外，第2射束宽度By优选大于第1射束宽度Bx的5倍且小于1000倍。
第2射束宽度By与芯片形成区域53沿Y轴方向的宽度Cy几乎相同。另外，宽度Cy表示按照每个芯片形成区域53对半导体基板51进行切断并进行芯片化时的沿Y轴方向的最小宽度、即沿Y轴方向的切割间距。另外，第2射束宽度By不限定于与宽度Cy一致的情况下，只要是满足下式(1)的值即可。
By＝n·Cy…(1)
这里，n为1以上的整数。
激光照射控制部31对XYZ载台33进行控制，使被照射物50相对于脉冲激光的照射区域A相对地沿X轴方向以固定的速度进行等速直线移动，由此，进行扫描照射。这里，激光掺杂时的被照射物50的移动速度为上述的第1扫描速度Vdx，后退火时的被照射物50的移动速度为上述的第2扫描速度Vpx。此外，标号Sd表示激光掺杂时的第1扫描路径。标号Sp表示后退火时的第2扫描路径。在本比较例中，第1扫描路径Sd与第2扫描路径Sp相同。
第1扫描速度Vdx通过激光照射控制部31计算，以使照射到芯片形成区域53中的各位置的脉冲激光的脉冲数成为上述的第1照射脉冲数Nd。具体而言，激光照射控制部31使用第1照射脉冲数Nd、反复频率f和第1射束宽度Bx的数据，根据下式(2)计算第1扫描速度Vdx。
Vdx＝f·Bx/Nd…(2)
第2扫描速度Vpx通过激光照射控制部31计算，以使照射到芯片形成区域53中的各位置的脉冲激光的脉冲数成为上述的第2照射脉冲数Np。具体而言，激光照射控制部31使用第2照射脉冲数Np、反复频率f和第1射束宽度Bx的数据，根据下式(3)计算第2扫描速度Vpx。
Vpx＝f·Bx/Np…(3)
在开始激光掺杂的情况下，激光照射控制部31将照射区域A设定为位于第1行的端部的第1芯片形成区域53a的附近的初始位置IP，沿着第1扫描路径Sd，在X轴正方向上以第1扫描速度Vdx开始扫描照射。激光照射控制部31在照射区域A通过位于第1行的最末端的第2芯片形成区域53b时，使照射区域A在Y轴正方向上移动。接着，激光照射控制部31从位于第2行的端部的第3芯片形成区域53c起在X轴负方向上执行扫描照射。然后，激光照射控制部31在照射区域A通过位于第2行的最末端的第4芯片形成区域53d时，使照射区域A在Y轴正方向上移动1行。
激光照射控制部31反复执行以上的扫描照射，当照射区域A通过位于最末行的最后端的第5芯片形成区域53i时，使照射区域A返回初始位置IP。然后，激光照射控制部31沿着第2扫描路径Sp以第2扫描速度Vpx执行后退火用的扫描照射。
2.4脉冲激光的注量的设定值
接着，对激光掺杂时和后退火时的脉冲激光的注量进行说明。这里，注量是被照射物50的表面上的脉冲激光的每一个脉冲的能量密度(J/cm2)。激光照射控制部31通过对衰减器42的透过率进行控制，分别设定激光掺杂时的第1注量Fd和后退火时的第2注量Fp。
图4是说明第1注量Fd和第2注量Fp的设定值的图。第1注量Fd设定在满足下式(4)的范围内。
Fath≦Fd<Fdth…(4)
这里，Fath是在对被照射物50照射第1照射脉冲数Nd的脉冲激光的情况下在形成于半导体基板51的表面上的杂质源膜52中产生烧蚀的注量的阈值。此外，Fdth是在对被照射物50照射第1照射脉冲数Nd的脉冲激光的情况下可能在半导体基板51的表面产生损伤的注量的阈值。通过将第1注量Fd设定在上式(4)的范围内，能够使半导体基板51的表面不产生损伤，而使杂质源膜52烧蚀，将杂质掺杂在半导体基板51内。
第2注量Fp在原理上设定为满足下式(5)的范围内即可，但是，优选设定在满足下式(6)的范围内。
Fpth≦Fp<Fdth…(5)
Fpth≦Fp<Fd…(6)
这里，Fpth是在对掺杂后的半导体基板51照射第2照射脉冲数Np的脉冲激光的情况下能够修复由于掺杂而在半导体基板51中产生的缺陷的注量的阈值。通过将第2注量Fp设定在上式(5)或上式(6)的范围内，能够不使半导体基板51的表面产生损伤，而进行后退火处理，使杂质活化。
此外，第1照射脉冲数Nd与第2照射脉冲数Np优选满足下式(7)的关系。
2≦Nd<Np…(7)
2.5衰减器的透过率的设定值
接着，对用于使脉冲激光的注量成为规定值的衰减器42的透过率的设定值进行说明。首先，设衰减器42的透过率为T、从衰减器42到被照射物50的光路中的透过率为T’。此外，设入射到衰减器42的脉冲激光的脉冲能量为Et、被照射物50的表面上的脉冲激光的注量为F。该情况下，注量F通过下式(8)表示。
F＝T·T’·Et/(Bx·By)…(8)
另外，在本比较例中，例如，将透过率T’假设为100％、即T’＝1。该情况下，衰减器42的透过率T通过下式(9)表示。
T＝(F/Et)(Bx·By)…(9)
激光照射控制部31通过将上述的第1注量Fd和第2注量Fp代入上式(9)中，分别计算上述的第1透过率Td和第2透过率Tp。另外，在透过率T’为小于1的固定值的情况下，也可以根据下式(10)计算第1透过率Td和第2透过率Tp。
T＝(F/(Et·T’))(Bx·By)…(10)
2.6激光照射系统的动作
2.6.1主流程
图5是示出激光照射控制部31的激光掺杂控制和后退火控制的处理的流程图。激光照射控制部31通过以下的处理，使激光照射系统2进行动作。
激光照射控制部31在将被照射物50设置在工作台32上(步骤S100)时，从存储部读入激光掺杂用的第1照射条件和后退火用的第2照射条件(步骤S110)。第1照射条件包含第1注量Fd和第1照射脉冲数Nd。第2照射条件包含第2注量Fp和第2照射脉冲数Np。
接着，激光照射控制部31使激光装置3进行调整振荡(步骤S120)。当调整振荡完成时，激光照射控制部31对XYZ载台33进行控制，将脉冲激光的照射区域A设定为图3A所示的初始位置IP(步骤S130)。此外，激光照射控制部31以使被照射物50的表面位于通过转印光学系统44对在均束器43的聚光透镜46的焦点面上整形为矩形的射束进行转印的位置的方式，沿Z轴方向调整XYZ载台33(步骤S140)。
接着，激光照射控制部31计算激光掺杂用和后退火用的参数(步骤S150)。激光掺杂用的参数包含衰减器42的第1透过率Td和第1扫描速度Vdx。后退火用的参数包含衰减器42的第2透过率Tp和第2扫描速度Vpx。
激光照射控制部31在激光照射装置4中设定激光掺杂用的参数(步骤S160)。然后，激光照射控制部31使照射区域A沿着上述的第1扫描路径Sd在X轴方向上以固定速度移动，并进行对被照射物50照射脉冲激光的扫描照射(步骤S170)。激光照射控制部31在每次沿X轴方向的1行的扫描照射结束时，判定对全部芯片形成区域53的照射是否结束(步骤S180)。
在对全部芯片形成区域53的照射未结束的情况(步骤S180中为“否”)下，激光照射控制部31使照射区域A沿Y轴方向移动，并设置在下一行的扫描照射开始位置(步骤S190)。然后，激光照射控制部31使处理返回步骤S170，执行沿X轴方向的扫描照射。激光照射控制部31直到对全部芯片形成区域53的照射结束为止，反复步骤S170～S190。激光照射控制部31在对全部芯片形成区域53的照射结束时(步骤S180中为“是”)，结束激光掺杂控制，使照射区域A返回初始位置IP(步骤200)。
接着，激光照射控制部31在激光照射装置4中设定后退火用的参数(步骤S210)。然后，激光照射控制部31使照射区域A沿着上述的第2扫描路径Sp在X轴方向上以固定速度移动，并进行对被照射物50照射脉冲激光的扫描照射(步骤S220)。关于之后的步骤S230和S240，与上述步骤S180和S190相同。激光照射控制部31在对全部芯片形成区域53的照射结束时(步骤S230中为“是”)，结束后退火控制。
2.6.2S110的详细内容
图6是示出在图5所示的主流程中进行第1照射条件和第2照射条件的读入的处理(步骤S110)的详细内容的子例程。在步骤S110中，首先，激光照射控制部31从存储部读入作为第1照射条件的第1注量Fd和第1照射脉冲数Nd(步骤S111)。然后，激光照射控制部31从存储部读入作为第2照射条件的第2注量Fp和第2照射脉冲数Np(步骤S112)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
2.6.3S120的详细内容
图7是示出在图5所示的主流程中使激光装置3进行调整振荡的处理(步骤S120)的详细内容的子例程。在步骤S120中，首先，激光照射控制部31将目标脉冲能量Et的数据等发送到激光控制部13(步骤S121)。这里，目标脉冲能量Et例如为100mJ。
然后，激光照射控制部31以反复频率f向激光控制部13输出发光触发Tr(步骤S122)。然后，判定是否从激光控制部13接收到准备完成信号Rd(步骤S123)。在未接收到准备完成信号Rd的情况下(步骤S123中为“否”)，激光照射控制部31返回步骤S122。激光照射控制部31在接收到准备完成信号Rd时(步骤S123中为“是”)，使处理返回主流程。这里，反复频率f与进行扫描曝光时的反复频率几乎相同，例如为6000Hz。
2.6.4S150的详细内容
图8是示出在图5所示的主流程中计算激光掺杂用和后退火的参数的处理(步骤S150)的详细内容的子例程。在步骤S150中，首先，激光照射控制部31使用第1注量Fd的数据，根据上式(9)计算激光掺杂用的第1透过率Td(步骤S151)。然后，激光照射控制部31使用第1照射脉冲数Nd、反复频率f和第1射束宽度Bx的数据，根据上式(2)计算激光掺杂用的第1扫描速度Vdx(步骤S152)。
接着，激光照射控制部31使用第2注量Fp的数据，根据上式(9)计算后退火用的第2透过率Tp(步骤S153)。然后，激光照射控制部31使用第2照射脉冲数Np、反复频率f和第1射束宽度Bx的数据，根据上式(3)计算后退火用的第2扫描速度Vpx(步骤S154)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
2.6.5S160的详细内容
图9是示出在图5所示的主流程中设定激光掺杂用的参数的处理(步骤S160)的详细内容的子例程。在步骤S160中，首先，激光照射控制部31将衰减器42的透过率设定为在步骤S151中计算出的第1透过率Td(步骤S161)。具体而言，激光照射控制部31以使衰减器42的透过率为第1透过率Td的方式，设定衰减器42所包含的旋转载台42c和42d。
接着，激光照射控制部31将扫描照射的速度设定为在步骤S152中计算出的第1扫描速度Vdx(步骤S162)。具体而言，激光照射控制部31以使照射区域A相对于被照射物50的移动速度为第1扫描速度Vdx的方式，设定XYZ载台33。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
2.6.6S210的详细内容
图10是示出在图5所示的主流程中设定后退火用的参数的处理(步骤S210)的详细内容的子例程。在步骤S210中，首先，激光照射控制部31将衰减器42的透过率设定为在步骤S153中计算出的第2透过率Tp(步骤S211)。具体而言，激光照射控制部31以使衰减器42的透过率为第2透过率Tp的方式，设定衰减器42所包含的旋转载台42c和42d。
接着，激光照射控制部31将扫描照射的速度设定为在步骤S154中计算出的第2扫描速度Vpx(步骤S212)。具体而言，激光照射控制部31以使照射区域A相对于被照射物50的移动速度为第2扫描速度Vpx的方式，控制XYZ载台33。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
2.6.7S170的详细内容
图11是在图5所示的主流程中沿X轴方向进行扫描照射的处理(步骤S170)的详细内容的子例程。在步骤S170中，首先，激光照射控制部31对XYZ载台33进行控制，开始照射区域A沿X轴方向的移动(步骤S171)。另外，照射区域A的移动中包含加速运动、等速直线运动和减速运动，但是，以使等速直线运动的速度为第1扫描速度Vdx的方式设定XYZ载台33。
激光照射控制部31在照射区域A的移动开始时，以反复频率f向激光控制部13输出发光触发Tr(步骤S172)。这里，反复频率f例如为6000Hz。然后，激光照射控制部31在直到照射区域A沿X轴方向的移动结束为止的期间(步骤S173中为“否”的期间)内，执行步骤S172，向激光控制部13输出发光触发Tr。激光照射控制部31在照射区域A沿X轴方向的移动结束时(步骤S173中为“是”)，停止向激光控制部13的发光触发Tr的输出(步骤S174)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
另外，主流程的步骤S220的详细内容与上述步骤S170的详细内容相同，因此，省略说明。
2.7课题
适于激光掺杂的第1注量Fd与适于后退火的第2注量Fp存在较大不同。因此，在本比较例中，为了在激光掺杂时和后退火时变更注量，变更了衰减器42的透过率T。具体而言，照射区域A的面积S(＝Bx·By)是固定的，因此，衰减器42的透过率T根据上式(9)或上式(10)，变更为与注量F成比例的值。
第1注量Fd与第2注量Fp为Fd>Fp的关系，因此，相对于激光掺杂时，在后退火时，会在衰减器42中损失(Td-Tp)/Td的比例的能量。因此，在后退火时，存在脉冲激光的脉冲能量的使用效率较低的课题。这样，在后退火时，当脉冲能量的使用效率较低时，扫描照射需要较长的时间，生产率会下降。
在以下说明的实施方式中，为了解决该课题，通过使用可变更沿脉冲激光的扫描方向的射束宽度的均束器，用均束器进行注量的变更。
3.第1实施方式
3.1结构
图12概略性地示出本公开的第1实施方式的激光照射系统2a的结构。第1实施方式的激光照射系统2a替代比较例的激光照射系统2所包含的激光照射装置4，包含激光照射装置4a。另外，以下，对与比较例的激光照射系统2的结构要素大致相同的部分标注相同的标号，适当省略说明。
激光照射系统2a包含激光装置3和激光照射装置4a。激光装置3是与比较例的激光装置3相同的结构。激光照射装置4a在光学系统40a中替代比较例的均束器43，包含均束器43a。
均束器43a包含激光掺杂用射束生成用的第1复眼透镜45a、后退火用射束生成用的第2复眼透镜45b、作为第1致动器的一轴移动载台47和聚光透镜46。第1复眼透镜45a和第2复眼透镜45b配置在一轴移动载台47上。一轴移动载台47通过从激光照射控制部31输入的控制信号来控制。激光照射控制部31对一轴移动载台47进行控制，将第1复眼透镜45a和第2复眼透镜45b中的任意一方选择性地配置在脉冲激光的光路上。即，均束器43a能够选择性地生成激光掺杂用射束和后退火用射束。
图13A示出第1复眼透镜45a的结构。图13B示出第2复眼透镜45b的结构。第1复眼透镜45a和第2复眼透镜45b为除了圆柱面的间距不同以外均与图2所示的比较例的复眼透镜45相同的结构。
在第1复眼透镜45a的第1面上沿V轴方向以第1间距Lv1排列有多个第1圆柱面451a，该多个第1圆柱面451a在V轴方向上具有负的曲率，并在H轴方向上延伸。在第1复眼透镜45a的第2面上沿H轴方向以第2间距Lh1排列有多个第2圆柱面452a，该多个第2圆柱面452a在H轴方向上具有负的曲率，并在V轴方向上延伸。在第2复眼透镜45b的第1面上沿V轴方向以第1间距Lv2排列有多个第1圆柱面451b，该多个第1圆柱面451b在V轴方向上具有负的曲率，并在H轴方向上延伸。在第2复眼透镜45b的第2面上沿H轴方向以第2间距Lh2排列有多个第2圆柱面452b，该多个第2圆柱面452b在H轴方向上具有负的曲率，并在V轴方向上延伸。
这里，各间距满足Lv1<Lh1、Lv2<Lh2、Lv1<Lv2、Lh1＝Lh2的关系。第1复眼透镜45a在激光掺杂时配置在脉冲激光的光路上。第2复眼透镜45b在后退火时配置在脉冲激光的光路上。
图14A示出由第1复眼透镜45a生成的激光掺杂用射束的被照射物50上的照射区域Ad。图14B示出由第2复眼透镜45b生成的后退火用射束的被照射物50上的照射区域Ap。照射区域Ad的形状为矩形，沿X轴方向具有第1射束宽度Bdx，沿Y轴方向具有第2射束宽度Bdy。照射区域Ap的形状为矩形，沿X轴方向具有第1射束宽度Bpx，沿Y轴方向具有第2射束宽度Bpy。
这里，各射束宽度满足Bdx<Bdy、Bpx<Bpy、Bdx<Bpx、Bdy＝Bpy的关系。另外，第2射束宽度Bdy和Bpy为与比较例的第1射束宽度By相同的长度，满足上式(1)。
3.2激光照射系统的动作
3.2.1主流程
图15和图16是示出激光照射控制部31的激光掺杂控制和后退火控制的处理的流程图。激光照射控制部31通过以下的处理，使激光照射系统2a进行动作。
本实施方式的步骤S300～S350与比较例的步骤S100～S150相同。在本实施方式中，激光照射控制部31在步骤S350之后，在激光照射装置4a中设定激光掺杂用的参数(步骤S360)。然后，激光照射控制部31对沿照射到被照射物50的脉冲激光的X轴方向的第1射束宽度进行切换(步骤S370)。由此，第1射束宽度设定为激光掺杂用的第1射束宽度Bdx。之后的步骤S380～S410与比较例的步骤S170～S200相同。
在本实施方式中，激光照射控制部31在步骤S410之后，在激光照射装置4a中设定后退火用的参数(步骤S420)。然后，激光照射控制部31对沿照射到被照射物50的脉冲激光的X轴方向的第1射束宽度进行切换(步骤S430)。由此，第1射束宽度设定为后退火用的第1射束宽度Bpx。之后的步骤S440～S460与比较例的步骤S220～S240相同。
3.2.2S350的详细内容
图17是示出在图15所示的主流程中计算激光掺杂用和后退火的参数的处理(步骤S350)的详细内容的子例程。在步骤S350中，首先，激光照射控制部31使用第1注量Fd的数据，根据下式(11)计算激光掺杂用的衰减器42的第1透过率Td(步骤S351)。
Td＝(Fd/Et)(Bdx·Bdy)…(11)
然后，激光照射控制部31使用第1照射脉冲数Nd、反复频率f和第1射束宽度Bdx的数据，根据下式(12)计算激光掺杂用的第1扫描速度Vdx(步骤S352)。
Vdx＝f·Bdx/Nd…(12)
接着，激光照射控制部31使用第2注量Fp的数据，根据上式(13)计算后退火用的衰减器42的第2透过率Tp(步骤S353)。这里，Bdy＝Bpy。
Tp＝(Fp/Et)(Bpx·Bpy)…(13)
然后，激光照射控制部31使用第2照射脉冲数Np、反复频率f和第1射束宽度Bpx的数据，根据下式(14)计算后退火用的第2扫描速度Vpx(步骤S354)。
Vpx＝f·Bpx/Np…(14)
然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
3.2.3S360的详细内容
图18是示出在图15所示的主流程中设定激光掺杂用的参数的处理(步骤S360)的详细内容的子例程。步骤S361和S362与比较例的步骤S161和162相同。激光照射控制部31在步骤S362之后，将标志FL设定为FL＝FLd(步骤S363)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
3.2.4S420的详细内容
图19是示出在图16所示的主流程中设定后退火用的参数的处理(步骤S420)的详细内容的子例程。步骤S421和S422与比较例的步骤S211和212相同。激光照射控制部31在步骤S422之后，将标志FL设定为FL＝FLp(步骤S423)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
3.2.5S370的详细内容
图20是示出在图16所示的主流程中对第1射束宽度进行切换的处理(步骤S370)的详细内容的子例程。在步骤S370中，首先，激光照射控制部31判定标志FL是否为FLd(步骤S371)。在满足FL＝FLd的情况下(步骤S371中为“是”)，激光照射控制部31对一轴移动载台47进行控制，将第1复眼透镜45a配置在脉冲激光的光路上(步骤S372)。由此，图14A所示的照射区域Ad成为脉冲激光的照射区域。
另一方面，在不满足FL＝FLd的情况下(步骤S371中为“否”)，激光照射控制部31对一轴移动载台47进行控制，将第2复眼透镜45b配置在脉冲激光的光路上(步骤S373)。由此，图14B所示的照射区域Ap成为脉冲激光的照射区域。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
另外，主流程的步骤S430的详细内容与上述步骤S370的详细内容相同，因此，省略说明。
3.3效果
在本实施方式中，优选将第1复眼透镜45a和第2复眼透镜45b构成为使第1间距Lv1和Lv2满足下式(15)。
Lv1/Lv2＝Fp/Fd…(15)
该情况下，激光掺杂用的第1射束宽度Bdx与后退火用的第1射束宽度Bpx满足下式(16)。
Bdx·Fd＝Bpx·Fp…(16)
其结果，在几乎满足上式(15)的情况下，在步骤S353中计算的后退火用的第2透过率Tp与在步骤S351中计算的激光掺杂用的第1透过率Td几乎相同。
这样，在本实施方式中，在激光掺杂时和后退火时，衰减器42的透过率几乎相同，因此，可抑制后退火时相对于激光掺杂时的能量的损耗。因此，在本实施方式中，与比较例相比，脉冲激光的脉冲能量的使用效率提高，可缩短扫描照射所需的时间，因此，生产率提高。
另外，在第1实施方式中，使第1复眼透镜45a和第2复眼透镜45b的各圆柱面成为凹状，但是不限定于此，还可以使各圆柱面成为凸状。此外，还能够通过将具有与柱面透镜相同的光学特性的菲涅耳透镜形成在基板上来构成复眼透镜。
此外，在第1实施方式中，使第1复眼透镜45a和第2复眼透镜45b分别成为一体的光学元件，但是，还可以由2个柱面阵列构成各个复眼透镜。该情况下，将2个柱面阵列配置成使圆柱面的排列方向垂直即可。
4.第2实施方式
4.1结构
图21概略性地示出本公开的第2实施方式的激光照射系统2b的结构。第2实施方式的激光照射系统2b替代第1实施方式的激光照射系统2a所包含的激光照射装置4a，包含激光照射装置4b。另外，以下，对与第1实施方式的激光照射系统2a的结构要素大致相同的部分标注相同的标号，适当省略说明。
激光照射系统2b包含激光装置3和激光照射装置4b。激光装置3是与第1实施方式的激光装置3相同的结构。另外，在图21中，省略激光装置3的图示。激光照射装置4b在光学系统40b中替代比较例的均束器43，包含均束器43b。此外，在本实施方式中，光学系统40b中不包含衰减器42。
均束器43b替代第1实施方式的第1复眼透镜45a、第2复眼透镜45b和一轴移动载台47，包含柱面透镜组48和作为第2致动器的一轴移动载台49。柱面透镜组48构成复眼透镜。
图22A和图22B示出均束器43b的结构的详细内容。图22A是从H轴方向观察均束器43b时的图。图22B是从V轴方向观察均束器43b时的图。柱面透镜组48包含第1柱面透镜阵列48a、第2柱面透镜阵列48b和第3柱面透镜阵列48c。第1柱面透镜阵列48a、第2柱面透镜阵列48b、第3柱面透镜阵列48c和聚光透镜46从上游侧起按照该顺序配置在脉冲激光的光路上。
在第1柱面透镜阵列48a中沿V轴方向以第1间距Lv配置有凸状的多个圆柱面481a，该多个圆柱面481a在V轴方向上具有规定的曲率半径，并在H轴方向上延伸。在第2柱面透镜阵列48b中沿V轴方向以第1间距Lv配置有凸状的多个圆柱面482a，该多个圆柱面482a在V轴方向上具有规定的曲率半径，并在H轴方向上延伸。第1柱面透镜阵列48a与第2柱面透镜阵列48b为相同的结构，配置成平面侧相互对置。
一轴移动载台49根据从激光照射控制部31输入的控制信号，使第1柱面透镜阵列48a在I轴方向上移动。通过使第1柱面透镜阵列48a在I轴方向上移动，第1柱面透镜阵列48a与第2柱面透镜阵列48b之间的间隔D发生变化。
在第3柱面透镜阵列48c中沿H轴方向以第2间距Lh配置有凹状的多个圆柱面481c，该多个圆柱面481c在H轴方向上具有规定的曲率半径，并在V轴方向上延伸。第3柱面透镜阵列48c配置成使圆柱面481c与第2柱面透镜阵列48b对置。
第2间距Lh设定成使聚光透镜46的焦点面Pf沿脉冲激光的H轴方向的射束宽度ILh满足下式(17)。
By＝M·ILh…(17)
这里，M为转印光学系统44的转印倍率。By为图3所示的照射区域A沿X轴方向的宽度、即第2射束宽度，满足上式(1)。
4.2第2射束宽度的设定方法
接着，对图3所示的照射区域A沿X轴方向的宽度、即第1射束宽度Bx的设定方法进行说明。在本实施方式中，聚光透镜46的焦点面Pf沿脉冲激光的V轴方向的射束宽度ILv与间隔D的值对应地发生变化。设射束宽度ILv为最小的间隔Dw用下式(18)表示。
Dw≒Fb1+Ff2…(18)
这里，Fb1为第1柱面透镜阵列48a的后侧焦距。Ff2为第2柱面透镜阵列48b的前侧焦距。
激光照射控制部31对一轴移动载台49进行控制，使间隔D在下式(19)的范围内发生变化，由此，能够使射束宽度ILv连续地发生变化。
Ff2<D<Fb1+Ff2…(19)
第1射束宽度Bx与射束宽度ILv处于下式(20)的关系，因此，通过使间隔D发生变化，能够对第1射束宽度Bx进行控制。
Bx＝M·ILv…(20)
这里，第1射束宽度Bx为图3所示的照射区域A沿X轴方向的宽度。
激光照射控制部31预先存储有表示间隔D与第1射束宽度Bx的对应关系的函数D＝f(Bx)或数据。激光照射控制部31根据这些对应关系，对一轴移动载台49进行控制，调整间隔D，由此，将第1射束宽度Bx设定为期望的值。
4.3激光照射系统的动作
4.3.1主流程
本实施方式的主流程与第1实施方式中所示的图15和图16相同。以下，仅对与第1实施方式不同的步骤，说明详细内容。在本实施方式中，图15和图16所示的主流程中的步骤S350、S360、S370、S420和S430的详细内容不同。以下，说明这些与第1实施方式不同的步骤S350’、S360’、S370’、S420’和S430’的详细内容。
4.3.2 S350’的详细内容
图23是示出本实施方式中计算激光掺杂用和后退火的参数的处理(步骤S350’)的详细内容的子例程。在步骤S350’中，首先，激光照射控制部31使用第1注量Fd的数据，根据下式(21)计算激光掺杂用的第1射束宽度Bdx(步骤S351’)。
Bdx＝Et/(Fd·By)…(21)
这里，上式(21)基于上述的式(11)。在本实施方式中，未设置有衰减器42，因此，设为Td＝1，并且，设为Bdy＝By。
然后，激光照射控制部31使用第1照射脉冲数Nd、反复频率f和第1射束宽度Bdx的数据，根据上述的式(12)计算激光掺杂用的第1扫描速度Vdx(步骤S352’)。
接着，激光照射控制部31使用第2注量Fp的数据，根据下式(22)计算后退火用的第1射束宽度Bpx(步骤S353’)。
Bpx＝Et/(Fp·By)…(22)
这里，上式(22)基于上述的式(13)。在本实施方式中，未设置有衰减器42，因此，设为Tp＝1，并且，设为Bpy＝By。
然后，激光照射控制部31使用第2照射脉冲数Np、反复频率f和第1射束宽度Bpx的数据，根据上述的式(14)计算后退火用的第2扫描速度Vpx(步骤S354’)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
4.3.3 S360’的详细内容
图24是示出在本实施方式中设定激光掺杂用的参数的处理(步骤S360’)的详细内容的子例程。在步骤S360’中，首先，激光照射控制部31将照射区域A中的第1射束宽度Bx设定为激光掺杂用的第1射束宽度Bdx(步骤S361’)。接着，激光照射控制部31将扫描照射的速度设定为在步骤S352’中计算出的第1扫描速度Vdx(步骤S362’)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
4.3.4 S420’的详细内容
图25是示出在本实施方式中设定后退火用的参数的处理(步骤S420’)的详细内容的子例程。在步骤S420’中，首先，激光照射控制部31将照射区域A中的第1射束宽度Bx设定为后退火用的第1射束宽度Bpx(步骤S421’)。接着，激光照射控制部31将扫描照射的速度设定为在步骤S354中计算出的第2扫描速度Vpx(步骤S422’)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
4.3.5 S370’的详细内容
图26是示出在本实施方式中设定后退火用的参数的处理(步骤S421’)的详细内容的子例程。激光照射控制部31对一轴移动载台49进行控制，将间隔D设定为与在步骤S361’中所设定的激光掺杂用的第1射束宽度Bdx对应的值(步骤S371’)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
另外，主流程的步骤S430’的详细内容与上述步骤S430的详细内容相同，因此，省略说明。
4.4效果
在本实施方式中，扫描照射方向的第1射束宽度是连续地可变的，能够高精度地控制脉冲激光的注量。由此，能够不使用衰减器而高精度地设定满足上述的式(16)的激光掺杂用的第1注量Fd和后退火用的第2注量Fp。因此，在本实施方式中，脉冲激光的脉冲能量的使用效率进一步提高，可缩短扫描照射所需的时间，因此，生产率进一步提高。
另外，在本实施方式中，使第3柱面透镜阵列48c的圆柱面481c成为凹状，但是，不限于此，也可以形成为凸状。
此外，第1柱面透镜阵列48a与第2柱面透镜阵列48b也可以分别为单一的柱面透镜。即使在该情况下，也能够通过控制一对柱面透镜间的间隔来调整射束宽度ILv。
下表1表示在第2实施方式中设为Et＝100mJ的情况下的激光掺杂时和后退火时的各参数的具体例。下表2表示在第2实施方式中设为Et＝40mJ的情况下的激光掺杂时和后退火时的各参数的具体例。
[表1]
[表2]
根据表1和表2可知，在本实施方式中，即使在脉冲激光的脉冲能量低至100mJ、40mJ的情况下，也能够进行激光掺杂和后退火。如上所述，激光掺杂时的注量Fd和后退火时的注量Fp能够通过调节扫描照射的扫描方向的射束宽度Bdx来分别设定。表1和表2中的射束宽度Bdx的值为能够充分调节的值。此外，激光掺杂时的照射脉冲数Nd和后退火时的照射脉冲数Np能够通过调节扫描速度Vdx、Vpx来分别设定。表1和表2中的扫描速度Vdx、Vpx的值为能够充分调节的值。
5.第1变形例
接着，对第1变形例进行说明。在第1实施方式和第2实施方式中，如使用图3所说明的那样，在对被照射物50上的全部照射区域A进行激光掺杂用的扫描照射之后，进行后退火用的扫描照射。取而代之，还能够交替地进行激光掺杂用的扫描照射和后退火用的扫描照射。以下，对与第1实施方式和第2实施方式的扫描照射控制相关的变形例进行说明。
5.1扫描照射控制
图27示出本变形例中的激光掺杂时的第1扫描路径Sd’和后退火时的第2扫描路径Sp’。第1扫描路径Sd’为X轴正方向。第2扫描路径Sp’为X轴负方向。即，在激光掺杂时，照射区域Ad相对于被照射物50在X轴正方向上移动。另一方面，在后退火时，照射区域Ap相对于被照射物50在X轴负方向上移动。照射区域Ad和照射区域Ap具有图14B所示的形状。
在开始激光掺杂的情况下，激光照射控制部31将照射区域Ad设定为位于第1行的端部的第1芯片形成区域53f的附近的初始位置IP，沿着第1扫描路径Sd’，在X轴正方向上以第1扫描速度Vdx开始扫描照射。激光照射控制部31在照射区域Ad通过位于第1行的最末端的第2芯片形成区域53g时，对第1射束宽度进行切换，在第2芯片形成区域53g的附近设定照射区域Ap。然后，激光照射控制部31从第2芯片形成区域53g起在X轴负方向上以第2扫描速度Vpx执行扫描照射。
接着，激光照射控制部31在照射区域Ap通过第1芯片形成区域53f时，使照射区域Ap在Y轴正方向上移动1行。然后，激光照射控制部31对第1射束宽度进行切换，在第3芯片形成区域53h的附近设定照射区域A。激光照射控制部31反复执行以上的扫描照射，当照射区域Ap通过位于最末行的端部的第4芯片形成区域53i时，使照射区域Ap返回初始位置IP。然后，激光照射控制部31结束扫描照射控制。然后，也可以将被照射物50更换为新的被照射物50。
5.2激光照射系统的动作
图28是示出激光照射控制部31的激光掺杂控制和后退火控制的处理的流程图。本实施方式的步骤S500～S570与第1实施方式的步骤S300～S370相同。在本实施方式中，激光照射控制部31在步骤S560中设定激光掺杂用的参数，在步骤S570中将第1射束宽度切换为激光掺杂用的第1射束宽度Bdx。然后，激光照射控制部31在X轴正方向上以第1扫描速度Vdx执行1行的扫描照射(步骤S580)。
接着，激光照射控制部31在沿X轴正方向的1行的扫描照射结束时，在激光照射装置4b中设定后退火用的参数(步骤S590)。然后，激光照射控制部31将第1射束宽度切换为后退火用的第1射束宽度Bpx(步骤S600)，沿X轴负方向以第2扫描速度Vpx执行1行的扫描照射(步骤S610)。激光照射控制部31每次沿X轴正方向和X轴负方向的1行的扫描照射结束时，判定对全部芯片形成区域53的照射是否结束(步骤S620)。
在对全部芯片形成区域53的照射未结束的情况(步骤S620中为“否”)，激光照射控制部31使照射区域在Y轴方向上移动，将照射区域设置在下一行的扫描照射开始位置(步骤S630)。然后，激光照射控制部31使处理返回步骤S560，反复执行相同的处理。激光照射控制部31在对全部芯片形成区域53的照射结束时(步骤S620中为“是”)，结束扫描照射控制。
5.3效果
在本变形例的扫描照射控制中，与第1实施方式和第2实施方式相比，可缩短Y轴方向上的XYZ载台33的移动距离，因此，生产率进一步提高。此外，逐行执行激光掺杂用的扫描照射和后退火用的扫描照射，因此，激光掺杂时和后退火时的照射区域沿Y轴方向的重叠精度提高。
6.第2变形例
接着，对第2变形例进行说明。在第1实施方式中，如图3所示，将均束器43a配置在高反射镜41b与高反射镜41c之间的光路上，但是，配置均束器43a的位置不限于此。
图29概略性地示出本变形例的激光照射系统2c的结构。在激光照射系统2c中，仅激光照射装置4c所包含的光学系统40c的结构与第1实施方式的激光照射系统2的结构不同。在光学系统40c中，替代上述的转印光学系统44，将均束器43a配置在高反射镜41c与窗36之间的光路上。
与第1实施方式同样，均束器43a包含第1复眼透镜45a、第2复眼透镜45b、一轴移动载台47和聚光透镜46。激光照射控制部31对一轴移动载台47进行控制，将第1复眼透镜45a和第2复眼透镜45b中的任意一方选择性地插入到脉冲激光的光路上。在本变形例中，聚光透镜46的焦点面配置成与被照射物50的表面一致。聚光透镜46对被照射物50的表面进行科勒照明。
本变形例的激光照射系统2c的其他结构与第1实施方式的激光照射系统2的结构相同。
此外，也可以与本变形例相同，替代转印光学系统44，将在第2实施方式中所说明的均束器43b配置在高反射镜41c与窗36之间的光路上。
7.第3实施方式
7.1结构
图30概略性地示出本公开的第3实施方式的激光照射系统2d的结构。第3实施方式的激光照射系统2b替代第2实施方式的激光照射系统2b所包含的激光照射装置4b，包含激光照射装置4d。另外，以下，对与第2实施方式的激光照射系统2b的结构要素大致相同的部分标注相同的标号，适当省略说明。
激光照射系统2包含激光装置3和激光照射装置4d。激光装置3是与第1实施方式的激光装置3相同的结构。激光照射装置4d包含反射率可变分束器60，该反射率可变分束器60在光学系统40d中，配置在高反射镜41a与高反射镜41b之间的光路上。此外，光学系统40d替代第2实施方式的均束器43b，包含激光掺杂用的第1均束器70和后退火用的第2均束器80。
图31示出反射率可变分束器60的结构。图31是从后述的图32中的箭头α方向观察反射率可变分束器60时的图。反射率可变分束器60由部分反射镜61、保持架61a和一轴移动载台62构成。部分反射镜61为长方形，反射率沿着作为其长度方向的H轴方向单调地发生变化。保持架61a保持部分反射镜61的外缘部。一轴移动载台62与保持架61a卡合，根据从激光照射控制部31输入的控制信号，在H轴方向上使部分反射镜61移动。
标号63示出从激光装置3经由光路管5和高反射镜41a入射到部分反射镜61的脉冲激光的入射区域。入射区域63对一轴移动载台62进行驱动，使部分反射镜61在H轴方向上移动，由此，使位置发生变化。即，通过使部分反射镜61在H轴方向上移动，使入射区域63的反射率R发生变化。部分反射镜61使入射到入射区域63的脉冲激光的一部分透过，使一部分反射。
图32示出第1均束器70和第2均束器80的结构。第1均束器70配置在透过部分反射镜61的透过光的光路上。该透过光被高反射镜41b反射，入射到第1均束器70。第2均束器80配置在被部分反射镜61反射的反射光的光路上。
当设入射到部分反射镜61的脉冲激光的脉冲能量为Et时，入射到第1均束器70的脉冲激光的脉冲能量为(1-R)Et。入射到第2均束器80的脉冲激光的脉冲能量为R·Et。
第1均束器70包含柱面透镜组71、聚光透镜72和作为第3致动器的一轴移动载台73。柱面透镜组71构成复眼透镜。柱面透镜组71包含第1柱面透镜阵列71a、第2柱面透镜阵列71b和第3柱面透镜阵列71c。第1均束器70的结构与第2实施方式的均束器43b的结构相同。
一轴移动载台73使第1柱面透镜阵列71a在I轴方向上移动，由此，第1柱面透镜阵列71a与第2柱面透镜阵列71b之间的间隔Dd发生变化。通过使间隔Dd发生变化，能够控制聚光透镜72的焦点面Pf沿脉冲激光的V轴方向的射束宽度ILvd。
图33A和图33B所示的标号Ad表示从第1均束器70经由高反射镜41c和转印光学系统44照射到被照射物50的脉冲激光的射束形状、即照射区域。照射区域Ad沿X轴方向的宽度即第1射束宽度Bdx与射束宽度ILvd具有下式(23)的关系。
Bdx＝M·ILvd…(23)
因此，激光掺杂用的第1射束宽度Bdx能够通过使间隔Dd发生变化来控制。
第2均束器80包含柱面透镜组81、聚光透镜82和作为第4致动器的一轴移动载台83。柱面透镜组81构成复眼透镜。柱面透镜组81包含第4柱面透镜阵列81a、第5柱面透镜阵列81b和第6柱面透镜阵列81c。第2均束器80的结构与第2实施方式的均束器43b的结构相同。
一轴移动载台83使第4柱面透镜阵列81a在I轴方向上移动，由此，第4柱面透镜阵列81a与第5柱面透镜阵列81b之间的间隔Dp发生变化。通过使间隔Dp发生变化，能够控制聚光透镜82的焦点面Pf沿脉冲激光的V轴方向的射束宽度ILvp。
图33A和图33B所示的标号Ap表示从第2均束器80经由高反射镜41c和转印光学系统44照射到被照射物50的脉冲激光的射束形状、即照射区域。照射区域Ap沿X轴方向的宽度即第1射束宽度Bpx与射束宽度ILvp具有下式(24)的关系。
Bpx＝M·ILvp…(24)
因此，后退火用的第1射束宽度Bpx能够通过使间隔Dp发生变化来控制。
另外，照射区域Ad与照射区域Ap的沿Y轴方向的宽度相同，即为第2射束宽度By。
7.2扫描照射控制
接着，对在本实施方式中由激光照射控制部31进行的扫描照射控制进行说明。在本实施方式中，在对照射区域Ad照射激光掺杂用的脉冲激光并对照射区域Ap照射后退火用的脉冲激光的状态下，通过XYZ载台33使被照射物50以固定的速度移动。即，在本实施方式中，同时执行激光掺杂用射束的扫描照射和后退火用射束的扫描照射。
具体而言，在被照射物50的表面上以在X轴方向上相邻的方式设定有激光掺杂用的照射区域Ad和后退火用的照射区域Ap。照射区域Ad配置在比照射区域Ap靠扫描方向的起始侧的位置。即，激光照射控制部31对XYZ载台33进行控制，以使照射区域Ad在照射区域Ap之前通过各芯片形成区域53的方式，以固定的扫描速度Vx使被照射物50进行等速直线运动。激光照射控制部31在X轴正方向上逐行进行扫描照射，每次在1行的扫描照射结束时，停止脉冲激光的照射，使照射区域返回各行的起始侧。在图33A中，标号Sdp表示扫描照射的路径。标号Soff表示停止脉冲激光的照射而使XYZ载台33移动的路径。
7.3反射率的设定方法
接着，对基于第1照射条件和第2照射条件的、入射区域63的反射率R的设定方法进行说明。首先，在本实施方式中，激光掺杂时的注量Fd用下式(25)表示。此外，后退火时的注量Fp用下式(26)表示。
Fd＝(1-R)Et/(Bdx·By)…(25)
Fp＝R·Et/(Bpx·By)…(26)
能够根据上式(25)和上式(26)，获得下式(27)。
α＝Fp/Fd＝(R/(1-R))(Bdx/Bpx)…(27)
在本实施方式中，在激光掺杂时和后退火时，扫描速度相同，即Vx＝Vdx＝Vpx，因此，能够根据上述的式(12)和(14)，获得下式(28)。
β＝Np/Nd＝Bpx/Bdx…(28)
然后，能够根据上式(27)和上式(28)，获得下式(29)。
R＝α·β/(1+α·β)…(29)
因此，能够使用第1照射条件所包含的第1注量Fd和第1照射脉冲数Nd、第2照射条件所包含的第2注量Fp和第2照射脉冲数Np，根据上式(27)～(29)计算反射率R。
激光照射控制部31对反射率可变分束器60所包含的一轴移动载台62进行驱动，使部分反射镜61移动到入射区域63的反射率R成为上述计算值的位置，由此，进行反射率R的设定。
7.4激光照射系统的动作
7.4.1主流程
图34是示出激光照射控制部31的激光掺杂控制和后退火控制的处理的流程图。本实施方式的步骤S700～S740与第1实施方式的步骤S300～S340相同。在本实施方式中，激光照射控制部31在步骤S740之后，计算激光掺杂用和后退火用的参数(步骤S750)，将计算出的各参数设定在激光照射装置4d中(步骤S760)。
然后，激光照射控制部31使照射区域Ad和照射区域Ap均沿着扫描路径Sdp在X轴正方向上以固定速度移动，并进行对被照射物50照射脉冲激光的扫描照射(步骤S770)。激光照射控制部31在沿X轴正方向的1行的扫描照射结束时，使照射区域Ad和照射区域Ap沿着路径Soff在X轴负方向上移动(步骤S780)。
接着，激光照射控制部31判定对全部芯片形成区域53的照射是否结束(步骤S790)。在对全部芯片形成区域53的照射未结束的情况(步骤S790中为“否”)，激光照射控制部31使照射区域Ad和照射区域Ap在Y轴方向上移动，并设置在下一行的扫描照射开始位置(步骤S800)。然后，激光照射控制部31使处理返回步骤S770，反复执行相同的处理。激光照射控制部31在对全部芯片形成区域53的照射结束时(步骤S790中为“是”)，结束扫描照射控制。
7.4.2 S750的详细内容
图35是示出在图34所示的主流程中计算激光掺杂用和后退火的参数的处理(步骤S750)的详细内容的子例程。在步骤S750中，首先，激光照射控制部31计算第1注量Fd与第2注量Fp之比α和第1照射脉冲数Nd与第2照射脉冲数Np之比β(步骤S751)。然后，激光照射控制部31根据上式(29)计算反射率R(步骤S752)。
接着，激光照射控制部31根据使上式(25)变形后的下式(30)，计算激光掺杂用的第1射束宽度Bdx(步骤S753)。
Bdx＝(1-R)Et/(Fd·By)…(30)
此外，激光照射控制部31根据使上式(26)变形后的下式(31)，计算后退火用的第1射束宽度Bpx(步骤S754)。
Bpx＝R·Et/(Fp·By)…(31)
然后，激光照射控制部31根据下式(32)，计算扫描速度Vx(步骤S755)。
Vx＝f·Bdx/Nd…(32)
然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
7.4.3 S760的详细内容
图36是在图34所示的主流程中设定激光掺杂用和后退火用的参数的处理(步骤S760)的详细内容的子例程。在步骤S760中，首先，激光照射控制部31对反射率可变分束器60所包含的一轴移动载台62进行控制，使部分反射镜61移动到入射区域63的反射率R成为在步骤S752中计算出的值的位置(步骤S761)。
接着，激光照射控制部31对第1均束器70所包含的一轴移动载台73进行控制，以与在步骤S753中计算的第1射束宽度Bdx的计算值对应的方式设定间隔Dd(步骤S762)。此外，激光照射控制部31对第2均束器80所包含的一轴移动载台83进行控制，以与在步骤S754中计算出的第1射束宽度Bpx的计算值对应的方式设定间隔Dp(步骤S763)。然后，激光照射控制部31使处理返回主流程。
另外，步骤S770的详细内容与第1实施方式所说明的步骤S170的详细内容相同，省略说明。另外，在本实施方式中，激光照射控制部31以使等速直线运动的速度成为在步骤S755中计算出的扫描速度Vx的方式设定XYZ载台33，执行沿X轴正方向的扫描照射。
7.5效果
在本实施方式中，能够通过1次的扫描照射进行激光掺杂和后退火。此外，在本实施方式中，通过反射率可变分束器60对从激光装置3提供的脉冲激光进行分离，将分离后的一方的光作为激光掺杂用射束、另一方的光作为后退火用射束，因此，脉冲能量的使用效率较高。
另外，在本实施方式中，将被反射率可变分束器60反射的反射光作为激光掺杂用射束、透过光作为后退火用射束，但是，也可以与此相反，将透过光作为激光掺杂用射束、反射光作为后退火用射束。
此外，在本实施方式中，仅沿X轴正方向进行扫描照射，但是，还能够逐行交替地进行沿X轴正方向的第1扫描照射和沿X轴负方向的第2扫描照射。该情况下，在第1扫描照射和第2扫描照射中，需要使照射区域Ad与照射区域Ap的关于X轴方向的位置关系相反。即，在第2扫描照射中，需要设第2均束器80为激光掺杂用、第1均束器70为后退火用。
因此，在第2扫描照射中，作为α＝Fd/Fp、β＝Nd/Np，根据上式(29)，计算反射率R即可。此外，该情况下，激光掺杂用射束的第1射束宽度Bdx满足下式(33)。后退火用射束的第1射束宽度Bpx满足下式(34)。
Bdx＝R·Et/(Fd·By)…(33)
Bpx＝(1-R)Et/(Fp·By)…(34)
在本实施方式中，激光掺杂用的第1均束器70包含柱面透镜组71，后退火用的第2均束器80包含柱面透镜组81。也可以替代柱面透镜组71，固定配置第1复眼透镜45a，并替代柱面透镜组81，固定配置第2复眼透镜45b。
下表3表示在第3实施方式中设为Et＝100mJ的情况下的激光掺杂时和后退火时的各参数的具体例。下表4表示在第3实施方式中设为Et＝40mJ的情况下的激光掺杂时和后退火时的各参数的具体例。
[表3]
[表4]
根据表3和表4可知，在本实施方式中，即使在脉冲激光的脉冲能量低至100mJ、40mJ的情况下，也能够进行激光掺杂和后退火。如上所述，激光掺杂时的注量Fd和后退火时的注量Fp能够通过调节扫描照射的扫描方向的射束宽度Bdx和反射率R来分别设定。表3和表4中的射束宽度Bdx和反射率R的值为能够充分调节的值。此外，表3和表4中的扫描速度Vx的值为能够充分调节的值。
8.第4实施方式
8.1结构
图37概略性地示出本公开的第4实施方式的激光照射系统2e的结构。第4实施方式的激光照射系统2e替代第1实施方式的激光照射系统2a所包含的激光照射装置4a，包含激光照射装置4e。另外，以下，对与第1实施方式的激光照射系统2a的结构要素大致相同的部分标注相同的标号，适当省略说明。
激光照射系统2e包含激光装置3和激光照射装置4e。激光装置3是与第1实施方式的激光装置3相同的结构。激光照射装置4e在光学系统40e中，替代比较例的均束器43，包含均束器90。
如图38A和图38B所示，均束器90包含高反射镜91、部分反射镜92、柱面阵列93、聚光透镜94和旋转载台95。高反射镜91、部分反射镜92、柱面阵列93和聚光透镜94从上游侧起按照该顺序配置在脉冲激光的光路上。
高反射镜91通过在透明的平行平板基板91a上形成反射抑制膜91b和高反射膜91c来构成。高反射镜91配置成使平行平板基板91a的双面与VH面大致平行。反射抑制膜91b在被高反射镜41b反射的脉冲激光入射到平行平板基板91a的区域中，形成于平行平板基板91a的两面侧。高反射膜91c形成于反射光从部分反射镜92入射的区域。
部分反射镜92通过在透明的平行平板基板92a上形成部分反射膜92b、第1反射抑制膜92c和第2反射抑制膜92d来构成。部分反射镜92不与高反射镜91平行，配置成以H轴为中心倾斜的状态。部分反射膜92b形成于平行平板基板92a的高反射镜91侧的面上。第1反射抑制膜92c形成于平行平板基板92a的柱面阵列93侧的面上。第2反射抑制膜92d形成于高反射镜91侧、即由部分反射膜92b三次反复进行部分反射之后的脉冲激光入射的区域。
旋转载台95以H轴为中心旋转自如地保持部分反射镜92。旋转载台95根据从激光照射控制部31输入的控制信号使部分反射镜92旋转，由此，使部分反射镜92与高反射镜91所成的角度θ发生变化。
柱面阵列93和聚光透镜94分别为与第2实施方式的第3柱面透镜阵列48c和聚光透镜46相同的结构。
8.2动作
接着，对激光照射系统2e的动作进行说明。从激光装置3入射到激光照射装置4e的脉冲激光被高反射镜41a反射，经由衰减器42入射到高反射镜41b。入射到高反射镜41b的脉冲激光被高反射镜41b反射，入射到均束器90。
入射到均束器90的脉冲激光入射到高反射镜91的形成有反射抑制膜91b的区域，透过高反射镜91，入射到部分反射镜92。该脉冲激光的一部分透过部分反射镜92而作为第1脉冲激光I1输出，一部分被部分反射镜92反射。
该反射光入射到高反射镜91，被高反射膜91c通过反射而反射。该反射光的一部分透过部分反射镜92并作为第2脉冲激光I2输出，一部分被部分反射镜92反射。该反射光入射到高反射镜91，被高反射膜91c通过反射而反射。该反射光的一部分透过部分反射镜92并作为第3脉冲激光I3输出，一部分被部分反射镜92反射。
该反射光入射到高反射镜91，被高反射膜91c通过反射而反射。该反射光入射到部分反射镜92的形成有第2反射抑制膜92d的区域，透过部分反射镜92而作为第4脉冲激光I4输出。
第1脉冲激光I1的光路轴与I轴平行。第2脉冲激光I2～第4脉冲激光I4的各光路轴相对于I轴的沿V方向的倾斜依次增加。第1脉冲激光I1～第4脉冲激光I4通过聚光透镜94会聚。具体而言，第1脉冲激光I1～第4脉冲激光I4以在V方向上排列的方式在聚光透镜94的焦点面Pf上会聚。
例如，在设部分反射镜92的部分反射膜92b的反射率为75％、Et＝100mJ的情况下，当忽略损耗时，第1脉冲激光I1～第4脉冲激光I4的脉冲能量依次为25mJ、25mJ、14mJ、42mJ。该情况下，第4脉冲激光I4的脉冲能量与其他相比较大增加，因此，能够使第4脉冲激光I4成为激光掺杂用的射束、第1脉冲激光I1～第3脉冲激光I3成为后退火用的射束。
会聚第1脉冲激光I1～第4脉冲激光I4所得的聚光射束被转印光学系统44转印到被照射物50的表面。第4脉冲激光I4的第1注量Fd满足上述的式(4)即可。第1脉冲激光I1～第3脉冲激光I3的第2注量Fp满足上述的式(5)或式(6)即可。也可以调节衰减器42的透过率，以使第1注量Fd和第2注量Fp成为适当值。
此外，在本实施方式中，焦点面Pf的第4脉冲激光I4沿V轴方向的射束宽度ILvd、第1脉冲激光I1～第3脉冲激光I3沿V轴方向的射束宽度ILvp能够通过对旋转载台95进行控制来调整。即，通过对旋转载台95进行控制，能够调整激光掺杂用的第1射束宽度Bdx和后退火用的第1射束宽度Bpx。
本实施方式中的扫描照射控制与第3实施方式相同。扫描速度Vx例如能够根据上述的式(32)来设定。
8.3效果
在本实施方式中，能够通过均束器90使激光掺杂用射束与后退火用射束接近。此外，在本实施方式中，与第3实施方式相比，能够通过小型的均束器90，同时生成激光掺杂用射束和后退火用射束。
9.激光装置的变形例
上述各实施方式中的激光装置3能够进行各种变形。以下，说明激光装置3的1个变形例。图39示出本变形例的激光装置3a的结构。激光装置3a对第1实施方式的激光装置3追加放大器PA，该放大器PA放大从主振荡器MO输出的脉冲激光的能量。放大器PA配置在主振荡器MO与OPS 10之间的脉冲激光的光路上。放大器PA为除了不具有光谐振器以外均与主振荡器MO相同的结构。放大器PA包含激光腔20、充电器23和PPM 24。
激光控制部13在从激光照射控制部31接收到目标脉冲能量Et等数据时，控制主振荡器MO和放大器PA的各充电器23的充电电压，使得以目标值进行激光振荡。
激光控制部13在从激光照射控制部31接收到发光触发Tr时，控制主振荡器MO和放大器PA，使得在从主振荡器MO输出的脉冲激光入射到放大器PA的放电空间内时产生放电。具体而言，激光控制部13向主振荡器MO和放大器PA的各开关24a输入与发光触发Tr同步的信号，调整双开关24a的打开时机，使得产生上述放电。其结果，从主振荡器MO入射到放大器PA的脉冲激光在放大器PA中进行放大振荡。
被放大器PA放大并输出的脉冲激光经由OPS 10入射到监视器模块11，在监视器模块11中计测脉冲能量。激光控制部13控制主振荡器MO和放大器PA的各充电器23的充电电压，使得脉冲能量的计测值接近目标脉冲能量Et。当快门12打开时，在监视器模块11的分束器11a中透过的脉冲激光入射到激光照射装置4a。
这样，通过设置放大器PA，激光装置3a能够输出较高的脉冲能量的激光。
10.其他变形例
图40示出激光照射装置的其他变形例。本变形例的激光照射装置4f所包含的光学系统40f替代高反射镜41c设置有分束器100，该方面与第1实施方式的光学系统40a不同。此外，激光照射装置4f还包含聚光透镜101和光传感器102。
分束器100使从均束器43a入射的脉冲激光的一部分反射并引导至转印光学系统44，使一部分透过并引导至聚光透镜101。聚光透镜101使分束器100的透过光会聚并入射到光传感器102。光传感器102根据入射光计测脉冲激光的脉冲能量，将计测值输入到激光照射控制部31。这里，为了抑制光的使用效率的下降，分束器100的反射率优选位于98％以上且小于100％的范围内。
激光照射控制部31通过根据从光传感器102输入的脉冲能量的计测值来控制衰减器42的透过率，能够高精度地控制注量。
此外，在本变形例中，照射护罩110不如第1实施方式的照射护罩35那样整体上包围工作台32和XYZ载台33，仅包围包含被照射物50的照射位置的一部分。在照射护罩110中设置有吸入口111。吸入口111与提供第2净化气体的第2净化气体提供源38连接。照射护罩110的形状例如为圆筒形状。在照射护罩110的下端部的一部分中，与被照射物50的表面之间设置有少量的间隙。该间隙作为排出照射护罩110内的气体的排出口发挥功能。
此外，照射护罩的形状不限于圆筒形状。如图41所示，也可以替代圆筒形状的照射护罩110，使用圆锥形状的照射护罩120。照射护罩120的直径朝向下端部逐渐变细。
另外，不一定需要照射护罩，也可以通过将被照射物50配置在真空腔内，抑制氧化物的生成。
此外，在上述各实施方式中，在激光装置内设置有OPS，但是，只要从激光装置输出的脉冲激光的脉冲时间宽度位于能够掺杂激光的范围即可，不一定需要OPS。
上述的说明不是限制，旨在单纯的例示。因此，对于本领域人员来说，很明显，能够在不脱离附上的权利要求的情况下对本公开的实施方式施加变更。
在本说明书和附上的权利要求整体中使用的用语应该解释为“非限定的”用语。例如，“包含”或“包括”的用语应该解释为“不限定于记载为包括的内容”。“具有”的用语应该解释为“不限定于记载为具有的内容”。此外，本说明书和附上的权利要求所记载的修饰词“1个”应该被解释为“至少1个”或“1个或1个以上”。

Claims (20)

1.一种激光照射系统，其是激光掺杂和后退火用的激光照射系统，所述激光照射系统具有：
A.激光装置，其产生紫外线区域的脉冲激光；
B.载台，其使在半导体基板上形成杂质源膜而构成的被照射物在至少1个扫描方向上移动，该杂质源膜至少包含作为掺杂剂的杂质元素；以及
C.光学系统，其包含均束器，该均束器将所述脉冲激光的射束形状整形为矩形，生成沿所述扫描方向的第1射束宽度不同且与所述扫描方向垂直的第2射束宽度相同的激光掺杂用射束和后退火用射束。
2.根据权利要求1所述的激光照射系统，其中，
所述均束器根据从所述激光装置入射的所述脉冲激光，选择性地生成所述激光掺杂用射束和所述后退火用射束。
3.根据权利要求2所述的激光照射系统，其中，该激光照射系统还具有：
D.激光照射控制部，该激光照射控制部对所述均束器进行控制，对所述激光掺杂用射束与所述后退火用射束进行切换。
4.根据权利要求3所述的激光照射系统，其中，
所述均束器包含激光掺杂用的第1复眼透镜、后退火用的第2复眼透镜和使所述第1复眼透镜和第2复眼透镜移动的第1致动器，
所述激光照射控制部对所述第1致动器进行控制，将所述第1复眼透镜和第2复眼透镜中的任意一方选择性地插入到所述脉冲激光的光路上。
5.根据权利要求3所述的激光照射系统，其中，
所述均束器包含配置在所述脉冲激光的光路上的第1柱面透镜阵列、第2柱面透镜阵列、第3柱面透镜阵列和使所述第1柱面透镜阵列与所述第2柱面透镜阵列的间隔发生变化的第2致动器，
所述激光照射控制部对所述第2致动器进行控制，控制所述间隔而使所述第1射束宽度发生变化，由此，使所述均束器选择性地生成所述激光掺杂用射束和所述后退火用射束。
6.根据权利要求3所述的激光照射系统，其中，
在设所述脉冲激光的脉冲能量为Et、激光掺杂用的第1注量为Fd、后退火用的第2注量为Fp、所述第2射束宽度为By的情况下，
所述激光掺杂用射束的所述第1射束宽度Bdx满足下式(a)，所述后退火用射束的所述第1射束宽度Bpx满足下式(b)：
Bdx＝Et/(Fd·By)…(a)
Bpx＝Et/(Fp·By)…(b)。
7.根据权利要求6所述的激光照射系统，其中，
在设所述激光装置的激光振荡的反复频率为f、激光掺杂用的第1照射脉冲数为Nd、后退火用的第2照射脉冲数为Np的情况下，
激光掺杂时的所述被照射物沿所述扫描方向的移动速度即第1扫描速度Vdx满足下式(c)，后退火时的所述被照射物沿所述扫描方向的移动速度即第2扫描速度Vpx满足下式(d)：
Vdx＝f·Bdx/Nd…(c)
Vpx＝f·Bpx/Np…(d)。
8.根据权利要求1所述的激光照射系统，其中，
所述均束器根据从所述激光装置入射的所述脉冲激光，生成所述激光掺杂用射束和所述后退火用射束。
9.根据权利要求8所述的激光照射系统，其中，
所述载台在将所述激光掺杂用射束与所述后退火用射束照射到所述被照射物的状态下，使所述被照射物移动。
10.根据权利要求9所述的激光照射系统，其中，
所述载台的所述激光掺杂用射束的照射区域位于比所述后退火用射束的照射区域靠所述扫描方向的起始侧的位置。
11.根据权利要求10所述的激光照射系统，其中，
所述光学系统包含分束器，该分束器使所述脉冲激光的一部分反射，并使一部分透过，
所述均束器包含：第1均束器，其配置在透过所述分束器的透过光的光路上；以及第2均束器，其配置在被所述分束器反射的反射光的光路上，
由所述第1均束器和第2均束器中的一方生成所述激光掺杂用射束，由另一方生成所述后退火用射束。
12.根据权利要求11所述的激光照射系统，其中，
所述分束器能够变更所述脉冲激光入射的入射区域的反射率。
13.根据权利要求12所述的激光照射系统，其中，
在设所述第1均束器为激光掺杂用、所述第2均束器为后退火用、激光掺杂用的第1注量为Fd、后退火用的第2注量为Fp、激光掺杂用的第1照射脉冲数为Nd、后退火用的第2照射脉冲数为Np的情况下，
所述反射率R被设定为满足下式(d)～(f)：
α＝Fp/Fd…(d)
β＝Np/Nd…(e)
R＝α·β/(1+α·β)…(f)。
14.根据权利要求13所述的激光照射系统，其中，
在设所述脉冲激光的脉冲能量为Et、所述第2射束宽度为By的情况下，
所述激光掺杂用射束的所述第1射束宽度Bdx满足下式(g)，所述后退火用射束的所述第1射束宽度Bpx满足下式(h)：
Bdx＝(1-R)Et/(Fd·By)…(g)
Bpx＝R·Et/(Fp·By)…(h)。
15.根据权利要求14所述的激光照射系统，其中，
所述被照射物的移动速度即扫描速度Vx满足下式(i)：
Vx＝f·Bdx/Nd…(i)。
16.根据权利要求12所述的激光照射系统，其中，
在设所述第2均束器为激光掺杂用、所述第1均束器为后退火用、激光掺杂用的第1注量为Fd、后退火用的第2注量为Fp、激光掺杂用的第1照射脉冲数为Nd、后退火用的第2照射脉冲数为Np的情况下，
所述反射率R被设定为满足下式(j)～(l)：
α＝Fd/Fp…(j)
β＝Nd/Np…(k)
R＝α·β/(1+α·β)…(l)。
17.根据权利要求16所述的激光照射系统，其中，
在设所述脉冲激光的脉冲能量为Et、所述第2射束宽度为By的情况下，
所述激光掺杂用射束的所述第1射束宽度Bdx满足下式(m)，所述后退火用射束的所述第1射束宽度Bpx满足下式(n)：
Bdx＝R·Et/(Fd·By)…(m)
Bpx＝(1-R)Et/(Fp·By)…(n)。
18.根据权利要求17所述的激光照射系统，其中，
所述被照射物的移动速度即扫描速度Vx满足下式(o)：
Vx＝f·Bdx/Nd…(o)。
19.根据权利要求11所述的激光照射系统，其中，
所述第1均束器包含配置在所述脉冲激光的光路上的第1柱面透镜阵列、第2柱面透镜阵列、第3柱面透镜阵列和使所述第1柱面透镜阵列与所述第2柱面透镜阵列的间隔发生变化的第3致动器，
所述第2均束器包含配置在所述脉冲激光的光路上的第4柱面透镜阵列、第5柱面透镜阵列、第6柱面透镜阵列和使所述第4柱面透镜阵列与所述第5柱面透镜阵列的间隔发生变化的第4致动器。
20.根据权利要求1所述的激光照射系统，其中，
所述半导体基板是SiC半导体基板，
所述杂质源膜是铝金属膜。
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