JP2008199019A - 光学放出分光工程監視及び材料特性測定 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体材料を集束レーザー・ビームで処理する方法及び装置。
【解決手段】ビーム直径及び走査経路に沿った範囲に限定された制御された処理効果を提供するようにサンプル表面上での集束レーザー・ビームの走査が行なわれる。例えば、硬化、焼きなまし、インプラント活性化、選択的溶融、デポジション、及び化学反応のような処理効果が、集束ビーム直径によって限定された寸法で達成されることができる。レーザー光は、また、処理中のサンプル表面での光学的放出を励起するべくサンプル上に集中させることができ、これはレーザー工程を含むことが可能である。生成される光学的放出は、その工程中に、各種の特性を求めるため効果的に分析され得る。例えば、化学的組成分析、化学種濃度、深さ輪郭、均質特性測定及びマッピング、純度、並びに反応性のような処理効果が、光学的分光分析法によって監視され得る。
【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）

本出願は、２００７年２月９日に出願された「集束レーザービーム処理方法（FOCUSED LASER BEAM PROCESSING）」という標題の米国特許出願番号第１１／６７３，３０６号の一部継続出願である。

この明細書の開示は、概略、レーザー及びその他の処理方法と関連する集束レーザー・ビームによる半導体基板の特性測定、監視及び制御の処理に関する。

処理に影響する種濃度を評価するために幾つかの形の分光学に結合したインサイチュー（ｉｎ ｓｉｔｕ）半導体処理工程の化学分析のためには、多数の技法が有効である。その各々は固有の有用性を有してはいるが、インサイチュー即ち元位置での方法との結合は困難又は不可能となる不都合が存在する。多くの場合、抜気チャンバー低圧作動が必要である。付け加えるに、多くのそれらの処理工程は、少なくとも基板の一部に対して破壊的であり、したがって、処理特性測定の包括的なマッピングはできない。例えば、誘電結合プラズマ質量分光法（ＩＣＰ−ＭＳ）は、質量分光を可能とするため低圧プラズマ放電を必要とする。グロー放電質量分光法（ＧＤＭＳ）も低圧を必要とする。付け加えるに、サンプルは導電性でなければならず、又は、導電性コーティングを必要とする。これは、処理分析及び製造を複雑にする。スパッター光学放出分光法（ＳＯＥＳ）は、深さ輪郭計測のため材料をスパッターするため低圧作動を必要とする。オージェ電子分光法（ＸＰＳ）、二次イオン質量分光法（ＳＩＭＳ）、及びＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）は、また、材料のスパッターのためと質量分光のために低圧を必要とする。上述した分析的センサー装置は、すべて、複雑な低圧環境を必要とし、幾つかの質量移動（例えば、スパッタリング、質量分光）又はＸ線生成装置を含む。すべての光学的技法は実施容易であり、透明窓又は光ファイバーを介してのみの処理環境へのアクセスを必要とし、したがって、真空への適合性を必要としない。付け加えるに、通常の処理工程での結果を越えた幾つかの形の励起を必要としない分光学の光学的方法が有効である。

集束レーザー・ビームは、シリコンのような半導体ウエハの穴あけ、スクライブ、及び切断での適用を見出した。プリント回路基板及び製品ラベルのような非半導体材料の印付け及びスクライブは、集束レーザー・ビームの追加的な共通適用である。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置はレーザー加工されて、５μｍまでのレーザー点寸法で、１μｍの解像度で位置付けられ、溝、ポケット及び貫通造作（孔）を設ける。溝およびポケットはデバイスの伸縮を可能とする。このような処理は全てレーザー・ビーム焦点に極端に限定された領域での材料温度の有効な上昇に依拠する。

しかしながら、前述した適用は、全て、ある程度破壊的であり、概略、材料を除去するように企図された出力密度での集束レーザー・ビームに関する。すなわち、破壊的でなく、干渉することなく、又は他のレーザーを基礎とした及び／又はレーザーによらない製造方法と適合する半導体ウエハ上での電子及び／又は光学デバイス製造のための処理監視を達成するレーザー・ビームの提供及び制御の必要が存在していた。

集束レーザー・ビームによる半導体材料及びデバイス処理工程の特性測定及び／又は監視の方法及び装置が開示される。特定的には、開示の実施例に従い、半導体基板、材料及びデバイスの処理工程を監視する方法は、選択された波長と選択されたピーク出力を提供する過程を含む。レーザー・ビームは、選択された平均出力への連続（ＣＷ）でも良いし、又は別々の時間パルス幅のパルスを生成するように調整されても良い。レーザー・ビームは、半導体材料の表面に集束させられる。各レーザー・パルスの全エネルギーは、選択された値に制御される。レーザー・ビームは、予定されたパターン内で、半導体材料の表面にわたって走査される。レーザー・ビームは、特定の深さでの処理効果を好適に監視するため、基板表面より下方の特定深さに集束され得る。処理の監視は、基板を照射し且つ基板材料の組成の記述である分光情報を含む散乱光学放出を収集することによって達成される。この方法は、処理を監視し制御するのに使用可能である。この方法は、さらに、レーザーを基礎とする処理方法と結合させることができる。デバイス製造は、半導体材料の表面での材料電子的及び／又は光学特性及び特徴を改変することによって達成される。

図１は、デバイス製造の処理工程の間、半導体基板に集束レーザー・ビームを向けるためのガルバノメータ・ビーム基板走査装置１００の図である。平行にされたレーザー・ビーム１０が、例えば、第１の軸を中心とした軸方向で、レーザー・ビーム１０を走査するように構成された第１の反照検流計２０に向けられる。レーザー・ビーム１０は、次に、例えば、前記第１の軸に垂直な第２の軸を中心とした軸方向で、レーザー・ビーム１０を走査するように構成された第２の反照検流計に向けられる。この２個の反照検流計２０及び３０の効果は、半導体基板６０面内の垂直なＸ及びＹ方向にレーザー・ビーム１０を走査することである。レーザー・ビーム１０は、反照検流計２０と３０の組み合わせにより、平坦視野集束レンズ４０を介して方向制御される。平坦視野集束レンズ４０の機能は、走査される全領域を横切る集束ビームの歪みは最小にしたまま、レーザ・ビーム１０を、半導体基板６０表面の集束点５０へ導くことである。レンズ４０は、単一レンズ、又は、代替的には、同一の目的を達成するように構成された複合レンズ装置とすることが可能である。反照検流計２０及び３０のプログラム可能なコントロール（図示しない）は、次に、集束点５０を基板６０上の特定箇所に位置付ける。

図２は、この明細書の開示実施例によるレーザー処理工程２００半導体材料及びデバイスの方法の図表である。ブロック２１０に提示されるように、レーザー・ビーム１０は、処理工程の適用に適合する波長を有するように選択されることが可能である。そのような多くの可能な適用において、波長は、例えば、１４０ナノメートルから３ミクロンまでの範囲とすることが可能であり、また、幾つかの処理工程では、この範囲を越えた波長が有効であり得る。レーザー・ビーム１０は、連続状でも可能であり、又は代替的には、パルス状でも可能である。いずれにしても、レーザー・ビーム１０は、特定処理工程適用の必要に合致した選択されたピーク出力を必要とする。

必要とされる適用のため、レーザー・ビーム１０は適切に調整されることができる（ブロック２２０）。調整は、処理工程適用に依拠して、パルス幅が概算１０フェムトセコンド（ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｓ）と概算１００ミリセコンド（ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄｓ）の範囲であるレーザー光パルスを提供する過程を含むことができる。パルス反復率は、半導体基板の表面に対して選択された平均出力とピーク・パルス出力でレーザー・エネルギーを提供するように選択されることができる。この選択された平均出力は、ピーク出力がパルスの長さにわたって一定であると仮定して、概略、選択されたデューテイサイクルに符合する分数とピーク出力とパルス幅を掛けた積である。デューテイサイクルは、パルス反復率に符合する期間によって分割されたパルス幅の分数に符合するパーセンテージであり、ここで、この期間はパルス反復率の逆元である。

次に、レーザー・ビーム１０は、平坦視野レンズ４０によって半導体基板６０を含有する焦点面で好適ビーム直径に集束されることができる（ブロック２３０）。適用に依拠して、好適ビーム直径は、概算０．１ミクロンから１ミリメートルの範囲とすることができる。この「点」の寸法は、波長と、レンズ口径と、基板に対するレンズの光学的構成に依存する。レンズ４０は、又は複合レンズ光学装置の場合、反照検流計２０と３０の装置の間に配置されて示されるが、また、光学ビーム装置の他の場所に配置されることも可能である。

ビーム直径は、その全てが事実上ビーム直径の定義として機能する種々の方法で定められることができる。ガウス曲線（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）の強度を有する円形ビームに関し、１つの典型的な定義では、出力密度がビーム中心の出力密度１／ｅ^２に降下するビーム中心からの半径距離に応じて、ビーム直径を特定し、この式中、ｅは、自然対数の底である。円形ビームの強度が、点寸法の口径を越えて事実上一定の場合、他の定義は、例えば、出力密度が中心出力密度の５０％又は１０％のような一定のパーセントに降下する半径距離である。この明細書に開示の実施例にしたがい、他のビーム直径の定義も受容可能である。究極的な要求は、表面において及び抑制された、しかし十分な深さまで、半導体基板又はサンプルの非常に限定された領域内に十分な熱を供給して所望の処理効果を達成することである。

パルス幅にわたって出力が一定とした場合、単一レーザー・パルス内の全エネルギーは、概ねピーク出力とパルス幅の積である。単一レーザー・パルス内の全エネルギーは、ピーク出力とパルス幅の組合せを選択することによって制御されることが可能である（ブロック２４０）。全パルスエネルギーの典型的範囲は、概算１マイクロジュール（ｍｉｃｒｏ−Ｊｏｕｌｅ）から１ジュールまで延ばすことが可能であるが、各種の処理工程適用では、比較的高い又は比較的低い全パルスエネルギーを必要とする。実施事項として、ピーク・レーザー・エネルギーが非常に低い場合、半導体基板及びこれを支持する各取付体の熱伝導率が無視可能な温度上昇をもたらすことは、注目に値する。したがって、ピーク・レーザー出力は、その処理工程適用に十分な程度に熱伝導効果を克服することができなければならない。レーザー・パルス幅の検討は、以下の説明中に含まれる。

レーザー・ビーム１０は、反照検流計２０及び３０の作動により基板６０を走査するように方向制御される（プロック２５０）。走査される領域は、単一集束レーザー点５０と同様の７，８４０ｎａｎｏｍｅｔｅｒ^２から、潜在的に基板６０の全領域である約４００ｃｍ^２までの範囲とすることができる。走査は、基板６０の１つの区画にわたり一度に実施することが可能であり、必要なように繰り返されることも可能であり、又は、単一の予定された走査経路内で全基板にわたり実施することも可能である。基板６０の制限されたセグメント領域を走査し、且つ、次に、他の領域の後続走査のための基板６０の並進に適した基板処理ステーション（以下に説明する）の助けにより基板６０の再位置設定を行なうことが有益である。この方法において、光学ビームの歪み、並びに、反照検流計２０及び３０に必要であり得る大きな角度偏倚から生ずる集束点５０の結果的な減少は、必要とされる走査視野を制限することによって、回避されることができ、これにより、処理工程実施の正確度及び均一性が改善される。セグメント走査とセグメント走査の間に基板６０上の必要でない箇所においていずれの処理効果の発生も生起しないように、レーザー・ビーム１０は遮断され、又は別の方法として、止められることが可能である。代替的には、全基板は、ビーム走査と基板並進の同時的組合せによって走査されることができる。

集束点５０としてのレーザー・ビーム１０を使用して非常に多くの種類の処理工程効果の達成が可能である（ブロック２６０）。これらは、焼きなまし、インプラント活性化、ドーパント拡散制御、デポジション、薄膜形成、化学反応、硬化、ベーキング、及び他の形態の材質改変を含むことができる。これらの効果が達成される空間範囲は、集束点５０の寸法によって精確に制御されることができる。

集束レーザー走査の効果の１例として、図３は、この明細書に開示の実施例に従う基板６０及びこの基板内に作成されるデバイス上での、レーザー・パルス幅処理工程３００の効果の図解である。基板６０は、各種パルス幅のレーザー・パルスにさらされることができる。或る例として、各パルスが、或る所定の繰り返し期間内で同一の全エネルギーを有し且つ同一の点寸法５０を有していると考えると、比較的長いパルスは、低いピーク出力と密度を有し、逆に、比較的短いパルスは、高いピーク出力と密度を有する。パルス幅は潜在的に１１等級の大きさで変更可能であると考えるならば、相当の範囲の処理工程の可能性が存在し得る。

１つの極端例としては、レーザーは、持続波（ｃ．ｗ．）モード３１０で作動されることができる。したがって、ピーク及び平均出力は、完全に低いことが可能である。この場合、熱衝撃は、無視可能な効果を有する程度から焼きなまし又は局部的溶融のような処理を生起するに十分な程度までの範囲であり得る或る程度の温度の加熱を生ずることが出来る。ナノセカンド（ｎｓ）持続期間３２０のレーザー・パルスの場合、仮定される好例条件において、ピーク出力は、相対的により高くすることができる。発生した熱衝撃は、金属トレースのような、例えば、ホトレジスト又は他の堆積材料の融除除去（ａｂｌａｔｉｖｅ ｒｅｍｏｖａｌ）を生ずることができる。付け加えるに、パルス幅は、熱可塑性効果が、ビーム１０によって与えられるエネルギーを散らす追加的手段として弾性波発生に結合した衝撃波の基板６０への提供を生ずる程度のもので可能である。ピコセカンド（ｐｓ）又はフェムトセカンド（ｆｓ）パルス３３０の場合、例えば、基板６０の表面下位層と現最上位表面層又は後続の過程において基板６０上に堆積される層との間の接触を可能とする、融除材料（ａｂｌａｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）の生成に伴う小孔の穿孔を介するような処理工程においてエネルギーが散らされる程度に、ピーク出力は高く且つパルス幅は狭くされることができる。この場合、有効なエネルギーを弾性波に効果的に結合するには、パルス幅が余りにも短すぎ、処理結果の効率はこれにより改善されることができる。

図４は、この明細書の開示の実施例に従う走査作動及び段替え作動４００を説明する図である。基板６０は、多数のセグメント４１０を含有することができる。単一セグメント４１０内において、基板走査装置１００は、プロセッサー及びコントローラー（両方共、図示せず、以下に言及する）の指令の下、集束点５０の寸法、パルス幅、デューティサイクル、ピーク出力及び全パルス・エネルギーのような上記のように導入される各種の他のパラメーターの制御と同様に、追従される集束点５０のためのラスター（ｒａｓｔｅｒ）走査のような走査経路４２０を生成することができる。最初の一セグメント４１０内の走査経路４２０が終了したとき、基板６０は再位置設定され、すなわち、第２の一セグメント４１０を走査装置１００の最適中央視野に位置付けるように段替え作動され、この工程は、全ての選択されたセグメンド４１０が走査され且つ処理効果が各選択されたセグメント４１０内において達成されるまで、繰り返される。したがって、段替え作動経路４３０は、基板６０を位置付ける基板処理ステーションによって提供されることが可能である。段替え作動経路４３０は、図示のように、近似ラスター走査パターン、又は他の適当な段替え又は走査パターンとすることが可能である。

図５は、この明細書の開示の実施例に従う好例基板処理ステーション５００の図解である。基板処理ステーション５００は、基板走査装置１００とサンプル取り扱い装置５０１を含む。基板処理ステーション５００は、さらに、例えば、サンプル配送カセット装置５８０とサンプル回収カセット装置５９０であるロボットアームのようなサンプルハンドラー５７０を含む。サンプルハンドラー５７０は、配送カセット装置５８０からの基板６０を捕捉して、基板６０を基板ステージ５０５上に載せる。基板ステージ５０５は、基板６０を整合することができ、又は、代替的には、サンプル取り扱い装置５０１内に別に追加的な基板整合／配向ステージ（図示しない）を設けることも可能である。整合／配向作動は、基板ステージ５０５の平面内でのＸ及びＹ並進と、ステージ５０５の平面に対して直角なＺ並進と、Ｘ−Ｙ平面に対して垂直な軸を中心とした回転θを含む。Ｚ並進は、基板６０の表面より上方に、又は、その表面より下方に、又はその表面に集束点５０を位置付けるような、レンズ４０に対する基板６０の位置の変更を可能とする作動を提供する。代替的には、レンズ４０は、圧電モーター又は他の周知の機械的並進ステージによってＺ方向に並進させることが可能である。サンプルハンドラー５７０は、また、整合ステージから基板ステージ５０５への基板６０の移送を提供可能である。基板処理の後、基板６０は、サンプルハンドラー５７０によってステージ５０５から回収カセット装置５９０へと移送される。サンプルハンドラー５７０と、配送カセット装置５８０と、回収カセット装置５９０を含むサンプル取り扱い装置５０１構成要素は、さらに、プロセッサー５７３及びコントローラー５７５に接続され、これにより制御されることが可能である。基板６０の整合は、ステージ５０５上で実施されることが可能であり、又は、代替的には、サンプル取り扱い装置５０１内に含まれる別のサンプル整合器（図示しない）上で実施されることが可能である。サンプルハンドラー５７０は、基板６０を配送カセット装置５８０から基板走査装置１００へ移動し、次に、回収カセット装置５９０へと移動する動作を含むサンプル搬送作動を実施する。関連するサンプル取り扱い装置の詳細は、共通して所有する「Wafer Processing System Including a Robot（ロボットを含むウエハ処理装置）」との標題の米国特許第９５６８８９９号に見ることができ、これは、引用としてこの明細書に加えられる。

図６は、この明細書に開示の実施例に従うレーザー光学分光装置６００の図解である。装置６００は、集束点５０の形成を目的として平坦視野レンズ４０又は類似の対物集束光学部品を介して基板６０に向けられるレーザー・ビーム１０を含む。基板６０は、基板ステージ５０５上に配置され、該基板ステージは、ステージ５０５平面内のＸ及びＹ作動、ステージ５０５に直角なＺ並進、並びに基板に直角な軸を中心とした基板６０の角度的回転θを与えるのに適している。代替的には、レンズ４０（図１）は、基板６０と集束点５０の間に同一効果のＺ相対並進を提供する圧電モーター又は他の周知の型式の機械的並進ステージによって並進させられることができる。付け加えるに、レーザー・ビーム１０に対して直角又は非直角となるべき基板６０の配向を可能とするため、ゴニオメーター配向能力（図示しない）を設けることも可能である。

Ｚ並進は、集束点５０に対して、基板６０の表面の上、下又はその位置に、基板６０を位置付けることを可能とする。例えば、ビーム１０が十分なエネルギーであり且つ基板６０の表面より下の、徐々に増大する深さの点５０に集束された場合、材料は、基板６０から深さのファンクション（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として融除される（ａｂｌａｔｅｄ）ことが出来る。レーザー・ビーム１０からの照射から生成する基板６０上の集束点５０からの光放出の一部は、放出光成分のスペクトル分析のため、集光光学部品６９３によって分光計６９５の入力へと向けられる。もしも、例えば、光ビーム１０からの集束点５０としての光学放出からの集光された光の結果が、基板表面下方の増加する深さで材料を融除する（ａｂｌａｔｅ）ならば、深さのファンクションとして光学放出スペクトルを得ることができ、これが、表面下材料の特性測定のための情報を提供する。

集光光学部品６９３は、レンズと鏡（図示しない）の組み合わせを含むことができ、さらに、フィルター及び集光された光放出を分光計に提供するための他の標準的な光学的構成要素を含むことができる。集光光学部品６９３は、さらに、光ファイバー（図示しない）及び同一の又は均等の機能を遂行する関連する光学的構成要素を含むことができる。装置６００は、さらに、コントローラー５７５と、プロセッサー５７３と、分光計６９５の間のインターフェースを含むことができる。

図７は、この明細書に開示の実施例に従う別のレーザー光学分光装置の図解である。装置７００は、以下の例外を除き、装置６００と概略類似である。単一波長又は多重波長で可能なレーザー７０１は、ＣＷとすることができる。代替的には、レーザー７０１は、特定のパルス幅とデューティサイクルを備えたパルスとすることができる。パルス形成は、レーザー７０１に構成されたＱスイッチ７０２を使用して達成されることができる。装置７００は、さらに、少なくとも、対物（又は平坦視野）レンズ光学部品４０（これは上述したようにＺ並進で装着される）を介して基板６０の表面に対して又は表面での集束点５０へビーム１０を向けることを目的として、レーザー・ビーム１０が、正六面体プリズム又は部分反射鏡のようなビーム・スプリッター／結合器７０３によって基板６０に提供されるという点において、装置６００とは相異する。装置７００では、装置６００とは対照的に、基板６０から放出された光は、同一の光学部品４０を介して集光され、少なくとも、ビーム・スプリッター／結合器７０３を介して部分的に送られ、そして、少なくとも１つの鏡７０４及び焦点形成光学部品７０５によって分光計５９５へと向けられる。この構成は、光学的構成部分がよりコンパクトな配置なので、有効であり得る。基板６０は、半導体材料、導電体、又は絶縁体であることも可能であり、含むことも可能であることをご留意されたい。

図８は、この明細書に開示の実施例に従う光学放出分光学に基づく半導体材料及びデバイス処理を制御する方法の説明図である。方法８００は、以下の例外を除き、方法２００と概略類似である。ビーム走査８５０の間に放出される光スペクトルは、集光され（８７０）、分光計５９５内で分析される（８８０）。得られた分析結果に基づいて、プロセッサー５７３とコントローラー５７５は、したがって、所望の結果を最適化するために、処理パラメーター８９０を調節することができる。この処理工程は、パラメーターを連続的に調節し、所望の設定を監視し且つ維持するために反復的又は連続的とすることが可能である。レーザーは、基板又はデバイスの所望の深さからのスペクトルが分析されるように、調節されることができる。結果として、基板の特定箇所及び深さの物性が分析されることができ、必要ならば、処理パラメーターの調節がなされる。図６−８の実施例では、レーザー・ビームは、パターン又はその他の中で走査される必要のないことにご留意されたい。単純点照明は、基板上の単一点からの放出スペクトルを得るために使用されることができる。

光学放出分光法の１つの例が図９に示される。Ａｌ，Ｓｉ，及びＡｌＳｉをサンプルとした光学スペクトルが、標準化された強度の同一図表内に重ねて示されており、各トレースは、観察の便宜のためオフセットされている。計測は、周囲の大気条件下で実施された。レーザー・ビーム１０は、最初ＣＷであったが、光変調素子が、概算５％から５０％の間のデューティサイクルで、概算２ナノセカンドから５０ナノセカンドのパルス幅を有する１，０６４ｎｍ波長光の送出ビームを供給した。レーザー・パルス出力は、５０ｋＷと１００ｋＷの間であった。点寸法は、概算１マイクロメーターから４０マイクロメーターまで変更することが可能である。計測は、深さ輪郭線計測を目的としたものであったので、基板領域の走査は行なわれず、点位置は静止状態であった。焦点距離は１００ｍｍから４００ｍｍまで変化して、短焦点距離では小寸法点と短深度視野焦点を提供した。スペクトル放出信号内の信号対雑音比は、時間を越えて信号を積分することにより、特にこの実施例での変調分光法により改善される。典型的な積分時間は、概算１ｍｓから１００ｍｓまでとすることが可能である。

図９を参照するに、材料が表面から除去されるので、スペクトル放出は、放射を生ずる原子種又は分子種の変化のように変化するであろう。例えば、図９の下方のトレースは、Ａｌのスペクトルを提供するが、これは、基板の一部からのアルミニウムの融除除去（ａｂｌａｔｉｖｅ ｒｅｍｏｖａｌ）の結果であり得る。Ｓｉ基板上のＡｌの融除除去が完全である場合には、得られるスペクトルは、中間のトレース、即ち、Ｓｉスペクトルのように見えるであろう。前記２種の材料の間のインターフェースの検出は、上方のトレースにおいて明白であり、ここでのＡｌＳｉのスペクトル記述は、追加可能なより複雑な構造と同様に、両方の原子種の特徴を示す。

実施においては、上述した技法及びその変形は、少なくとも部分的に、プロセッサー５７３及びコントローラー５７５にて作動するコンピューター・ソフトウェア・インストラクションとして実施されることが可能である。このようなインストラクションは、１つ以上の機械判読可能な記憶媒体又はデバイス上に記憶されることが可能であり、例えば、１つ以上のコンピューター・プロセッサーによって実行され。又は、記述された機能と作動を遂行するように機械を励起する。プロセッサー５７３は、好例基板処理ステーション５００、光学放出装置６００又は７００の全ての構成要素を制御するスクリプトを発生することができる。例えば、スクリプトは、セグメント４１０内の１組の走査経路４２０の指令、及び、典型的にはコントローラー５７５を介して基板ステージ５０５に、Ｘ−Ｙ並進及び／又はθ回転の指令を生成することができる。さらに、集束レーザー・ビーム処理工程は、プロセッサー５７３からの指示の下、基板走査装置１００と基板ステージ５０５の同時的組合せ作動により達成されることができる。追加的な制御処理工程は、この明細書の開示の範囲内と考えることができる。レーザ・ビームは、慣用的なレーザースクライバー又は任意の適当なレーザー装置から可能である。

請求の範囲にて使用の「手段」との用語は３５ＵＳＣ１１２第６項にしたがい理解されることを企図している。さらに、そのような限定が明白に請求項中に表現されている場合を除き、明細書での限定は、いずれの請求項内への読み込みをも企図していない。したがって、他の実施例は、添付請求の範囲内である。例えば、上述した特定のレーザー走査方法のほか、振動する鏡、回転する鏡、ガルボミラー装置、及び／は圧電微小位置制御装置を含む任意の適当なレーザー・ビーム走査機構が使用されることが可能である。

この明細書に開示の実施例によるガルバノメータ・ビーム走査装置の図である。 この明細書に開示の実施例による半導体材料及びデバイスを処理する方法の説明図である。 この明細書に開示の実施例によるレーザー・パルス幅の効果の図解である。 この明細書に開示の実施例による走査と段替え作動の図解である。 この明細書に開示の実施例による基板処理ステーションの図解である。 この明細書に開示の実施例によるレーザー光学分光検査装置の図解である。 この明細書に開示の実施例によるレーザー光学分光検査装置の図解である。 この明細書に開示の実施例に従い光学放出分光学を基礎として半導体材料及びデバイスの処理を制御する方法の説明図である。 この明細書に開示の実施例に従い得られた光学的放出スペクトルの一例である。

符合の説明

１０ レーザー・ビーム
２０ 反照検流計
３０ 反照検流計
４０ 平坦視野集束レンズ
５０ 集束点
６０ 半導体基板

Claims (36)

1. 半導体材料及びデバイスを処理する方法であって、
   選択された波長と選択されたピーク出力のレーザー・ビームを提供する過程と、
   別々のパルス幅のパルスを提供するように前記レーザー・ビームを調整する過程と、
   半導体材料の表面に前記レーザー・ビームを集束する過程と、
   各レーザー・パルスの全エネルギーを選択された値に制御する過程と、
   前記半導体材料の前記表面上の予定されたパターン内を前記レーザー・ビームで走査する過程と、
   前記半導体材料を変質する過程とを含むことを特徴とする方法。
2. 前記選択された波長が、概算１４０ナノメートルと３マイクロメートルの間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記別々のパルス幅が、概算１０フェムトセカンド（ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｓ）と１００ミリセカンド（ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄｓ）の間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 選択されたパルス毎の全エネルギーが、１マイクロジュールと１ジュールの間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記走査する過程が、
   前記半導体材料の前記表面の第１の走査領域を提供する過程と、
   前記第１の走査領域内の第１の予定された経路に沿って集束レーザー・ビームを方向制御する過程と、
   前記第１の走査領域の走査の完了したときに前記集束レーザー・ビームを遮断する過程と、
   前記半導体材料の前記表面の第２の走査領域を提供する過程と、
   前記第２の走査領域内の第２の予定された経路に沿って集束レーザー・ビームを方向制御する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記第１及び第２の走査領域が、７，８４０ｎａｎｏｍｅｔｅｒ^２と４００ｃｍ^２の間であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記変質する過程が、焼きなまし、インプラント活性化、ドーパント拡散制御、デポジション、薄膜形成、化学反応、硬化、ベーキング及び材質改変より成るグループから選ばれる処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記第１の予定された経路と前記第２の予定された経路が同一であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 前記予定されたパターンが、前記第１及び第２の予定された経路及び前記半導体材料の前記表面上の複数の走査領域を走査する経路を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記複数の走査領域が前記半導体材料の全表面を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. サンプル処理装置であって、
    集束レーザー・ビームをサンプルに向けるのに適したサンプル走査装置と、
    サンプル配送装置と、
    サンプル回収装置と、
    サンプルの前記サンプル配送装置から前記サンプル走査装置への搬送及び前記サンプル走査装置から前記サンプル回収装置への搬送に適したサンプル取り扱い装置と、
    前記サンプル配送装置、前記サンプル回収装置、前記サンプル取り扱い装置、及び前記サンプル走査装置の作動の制御に適したコントローラーと、
    前記コントローラー、前記サンプル配送装置、前記サンプル回収装置、前記サンプル取り扱い装置、及び前記サンプル走査装置とのインターフェースに適したプロセッサーとを含み、前記プロセッサーが、前記コントローラーへのインストラクションを提供し且つ処理装置のすべての作動のための処理スクリプト（ｓｃｒｉｐｔ）を発生することを特徴とする装置。
12. 前記サンプル走査装置が、さらに、
    第１走査方向でレーザー・ビームを走査するに適した第１の反照検流計と、
    前記第１走査方向に事実上垂直な第２走査方向でレーザー・ビームを走査するに適した第２の反照検流計と、
    サンプル焦点面の選択された点寸法に前記走査されたレーザー・ビームを集束するに適した平坦視野レンズ装置を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記集束レーザー・ビームの前記点寸法が、７，８４０ｎａｎｏｍｅｔｅｒ^２と４００ｃｍ^２の間であることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 半導体処理方法であって、
    レーザー・ビームを特定のビーム幅に集束する過程と、
    半導体材料を変質するために半導体材料の表面を横切って前記集束されたレーザー・ビームを走査する過程とを含むことを特徴とする方法。
15. 前記走査する過程が、
    前記表面の第１の部分を走査する過程と、
    前記第１の部分の走査が完了したときに前記表面の第２の部分を走査する過程とを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１の部分及び第２の部分の前記走査が、ラスター走査であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. さらに、前記走査する過程の前に、前記レーザー・ビームを調整する過程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 前記変質する過程が、焼きなまし、インプラント活性化、ドーパント拡散制御、デポジション、薄膜形成、ドーピング、化学反応、応力制御、硬化、ベーキング、及び材質改変より成るグループから選ばれた処理を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
19. 材料処理方法であって、
    選択された波長と選択されたピーク出力のレーザー・ビームを提供する過程と、
    材料の所望の深さに前記レーザー・ビームを集束する過程と、
    前記レーザーの全エネルギーを選択値に制御する過程と、
    前記所望の深さでの材料特性を決定するために前記材料からの光学放出スペクトルを収集する過程とを含むことを特徴とする方法。
20. 前記材料の前記表面上の予定されたパターン内で前記レーザー・ビームを走査する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 概算１０フェムトセコンドと１００ミリセコンドの間の別々のパルス幅を提供するように前記レーザー・ビームが調整されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
22. 前記調整する過程が、前記レーザー・ビームに与えられる選択された平均出力を前記材料の前記表面に提供するパルス反復率を選択する過程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記走査する過程が、
    前記材料の前記表面の第１の走査領域を提供する過程と、
    前記第１の走査領域内の第１の予定された経路に沿って前記集束レーザー・ビームを方向制御する過程と、
    前記第１の走査領域の走査の完了したときに前記集束レーザー・ビームを遮断する過程と、
    前記材料の前記表面の第２の走査領域を提供する過程と、
    前記第２の走査領域内の第２の予定された経路に沿って前記集束レーザー・ビームを方向制御する過程とを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
24. 前記収集する過程が、前記材料から放出される光を分光計へと向ける過程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
25. さらに、前記収集された光学放出スペクトルに基づいて材料処理を制御する過程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
26. 前記第１の予定された経路と前記第２の予定された経路が同一であることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
27. 前記予定されたパターンが、前記第１の予定された経路と前記第２の予定された経路、並びに前記材料の前記表面上の複数の走査領域を走査する経路を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 前記材料が、半導体、絶縁体又は導電体を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
29. 前記処理が、インサイチュー（ｉｎ−ｓｉｔｕ）であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
30. 前記材料特性が、化学組成分析、深さ輪郭計測、空間等質特性測定、純度又は反応性のために使用されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
31. 前記集束する過程が、前記所望の深さの前記材料を除去（ａｂｌａｔｅ）することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
32. サンプル処理監視制御装置であって、
    レーザー装置と、
    前記レーザーからの集束ビームをサンプルの所望の深さに向けるのに適したサンプル走査装置と、
    光学放出スペクトルに基づいて前記サンプルの処理を特性測定するに適した光学分光計と、
    前記半導体関連材料から得られる前記光学放出スペクトルを前記光学分光計に結合するに適した光学構成要素と、
    前記サンプル走査装置と前記光学分光計の作動を制御するに適したコントローラーと、
    前記コントローラー、前記サンプル走査装置、及び前記光学分光計とのインターフェースに適したプロセッサーとを含み、前記プロセッサーが、前記コントローラーへのインストラクションを提供し且つ少なくとも前記得られた光学放出スペクトルに基づき前記処理装置の作動のための処理スクリプトを発生することを特徴とする装置。
33. 前記サンプル走査装置が、サンプル保持ステージの平面内のＸ及びＹ方向でサンプルを並進し、また、前記サンプル保持ステージの前記平面に直角なＺ方向でサンプルを並進し、また、前記Ｚ方向を中心としてサンプルを角度的に回転するに適した該サンプル保持ステージを含むことを特徴とする請求項３２に記載の装置。
34. 前記サンプル走査装置が、前記サンプルに対して直角の配向を前記サンプル保持ステージの前記平面のＺ方向及び／又は前記集束レーザー・ビームの軸方向に対する直角に角度的に変更するに適したゴニオメーターを含むことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
35. 前記集束レーザー・ビームが、前記所望の深さで前記サンプルから材料を融除することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
36. さらに、前記レーザー・ビームを所望の深さに集束させるため前記サンプルに対して直線的に移動するのに適したレンズを含むことを特徴とする請求項３２に記載の装置。

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