JP2012503311A - Control of heat during substrate annealing - Google Patents

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Abstract

基板を処理する方法および装置が提供される。基板は、熱処理チャンバ内の支持体上に位置決めされる。基板の一部分をアニールするために、基板の方へ電磁放射が誘導される。基板の一部分を予熱するために、基板の方へ他の電磁放射が誘導される。予熱により、予熱領域とアニール領域の間の境界における熱応力を低減させる。特有の実施形態に対して必要に応じて、様々な形状および温度プロファイルをもつ任意の数のアニールおよび予熱領域が企図される。レーザ、熱ランプ、白色光ランプ、またはフラッシュランプなど、任意の好都合な電磁放射源を使用することができる。  Methods and apparatus for processing a substrate are provided. The substrate is positioned on a support in the heat treatment chamber. In order to anneal a portion of the substrate, electromagnetic radiation is induced toward the substrate. Other electromagnetic radiation is induced towards the substrate to preheat a portion of the substrate. Preheating reduces the thermal stress at the boundary between the preheat region and the anneal region. Any number of anneal and preheat regions with various shapes and temperature profiles are contemplated as needed for a particular embodiment. Any convenient source of electromagnetic radiation can be used, such as a laser, heat lamp, white light lamp, or flash lamp.

Description

本発明の実施形態は、半導体デバイスを製造する方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、基板を熱加工する方法を対象とする。   Embodiments of the invention relate to a method of manufacturing a semiconductor device. More particularly, embodiments of the present invention are directed to a method of thermally processing a substrate.

集積回路(IC)市場は、より大きいメモリ容量、より速いスイッチング速度、およびより小さいフィーチャ寸法を絶えず求めている。これらの要求に対処するために当業界がとってきた主要なステップの1つは、大きな炉内でのシリコンウェーハのバッチ加工から、小さいチャンバ内での単一のウェーハ加工へ変更することである。   The integrated circuit (IC) market is constantly seeking greater memory capacity, faster switching speeds, and smaller feature dimensions. One of the major steps the industry has taken to address these requirements is to change from batch processing of silicon wafers in a large furnace to single wafer processing in a small chamber. .

そのような単一のウェーハ加工中、ウェーハは通常、高い温度まで加熱され、その結果、ウェーハ内に画定された複数のICデバイス内で様々な化学反応および物理的反応を起こすことができる。特に重要なことは、ICデバイスの好ましい電気的性能には、注入領域をアニールする必要があることである。アニールすることで、ウェーハのうち以前に非晶質にした領域からさらなる結晶構造を再現し、またドーパントの原子を基板またはウェーハの結晶格子内に組み込むことによってドーパントを活性化する。アニールなどの熱加工では、短時間で比較的大量の熱エネルギーをウェーハへ提供し、その後ウェーハを急速に冷却して熱加工を終了させる必要がある。現在使用されている熱加工の例には、急速熱加工(RTP)およびインパルス(スパイク)アニールが含まれる。そのような加工は広く使用されているが、現在の技術は、長時間高温に露出される傾向がある大きな基板には理想的ではない。これらの問題は、スイッチング速度の増大および/またはフィーチャ寸法の低減とともにより深刻になる。   During such single wafer processing, the wafer is typically heated to an elevated temperature so that various chemical and physical reactions can occur within a plurality of IC devices defined in the wafer. Of particular importance is that the preferred electrical performance of the IC device requires that the implanted region be annealed. Annealing reproduces additional crystal structures from previously amorphous regions of the wafer and activates the dopants by incorporating dopant atoms into the crystal lattice of the substrate or wafer. In thermal processing such as annealing, it is necessary to provide a relatively large amount of thermal energy to the wafer in a short time, and then rapidly cool the wafer to finish the thermal processing. Examples of thermal processing currently in use include rapid thermal processing (RTP) and impulse (spike) annealing. Although such processing is widely used, current technology is not ideal for large substrates that tend to be exposed to high temperatures for extended periods of time. These problems become more serious with increasing switching speed and / or reducing feature dimensions.

一般に、これらの熱加工では、所定の熱レシピに従って制御された条件下で基板を加熱する。これらの熱レシピは基本的に、温度の変化率、すなわち温度ランプアップおよびランプダウン率で半導体基板を加熱しなければならない温度と、熱加工システムが特定の温度で維持される時間とからなる。たとえば、一部の熱レシピでは、基板上に形成されたデバイスの熱量を超過する加工時間にわたって、基板全体を室温から400℃以上の温度まで加熱する必要があることがある。   In general, in these thermal processing, the substrate is heated under controlled conditions according to a predetermined thermal recipe. These thermal recipes basically consist of the temperature at which the semiconductor substrate must be heated at a rate of temperature change, i.e., a temperature ramp up and ramp down rate, and the time during which the thermal processing system is maintained at a particular temperature. For example, in some thermal recipes, the entire substrate may need to be heated from room temperature to a temperature of 400 ° C. or higher for a processing time that exceeds the amount of heat of the device formed on the substrate.

さらに、半導体基板の異なる領域間の材料の相互拡散を最小にすることなど、特定の目的を満たすために、各半導体基板が高い温度にさらされる時間の量を制約しなければならない。これを実現するために、温度のランプアップ率とランプダウン率の両方が高いことが好ましい。言い換えれば、可能な限り短時間で基板の温度を低い温度から高い温度にまたは逆も同様に調整できることが望ましい。   In addition, the amount of time each semiconductor substrate is exposed to elevated temperatures must be constrained to meet certain objectives, such as minimizing material interdiffusion between different regions of the semiconductor substrate. In order to realize this, it is preferable that both the ramp-up rate and the ramp-down rate of the temperature are high. In other words, it is desirable that the temperature of the substrate can be adjusted from a low temperature to a high temperature or vice versa in the shortest possible time.

高い温度ランプ率に対する要件は急速熱加工(RTP)の発展をもたらし、典型的な温度ランプアップ率は、従来の炉の場合の5〜15℃/分と比較すると、200〜400℃/秒の範囲である。典型的なランプダウン率は、80〜150℃/秒の範囲である。RTPの欠点は、ICデバイスがシリコンウェーハの上部数ミクロンのみに存在する場合でも、ウェーハ全体を加熱することである。これにより、どれだけ速くウェーハを加熱および冷却できるかが制限される。さらに、ウェーハ全体が高温になった後、熱は、周辺の空間または構造内へ放散することしかできない。その結果、今日の現況技術のRTPシステムでは、400℃/秒のランプアップ率および150℃/秒のランプダウン率を実現するのに苦慮している。   The requirement for a high temperature ramp rate leads to the development of rapid thermal processing (RTP), with typical temperature ramp-up rates of 200-400 ° C./sec compared to 5-15 ° C./min for conventional furnaces. It is a range. Typical ramp-down rates are in the range of 80-150 ° C./second. The disadvantage of RTP is that the entire wafer is heated even if the IC device is only on the top few microns of the silicon wafer. This limits how fast the wafer can be heated and cooled. Furthermore, after the entire wafer is hot, heat can only be dissipated into the surrounding space or structure. As a result, today's state-of-the-art RTP systems struggle to achieve a ramp-up rate of 400 ° C./sec and a ramp-down rate of 150 ° C./sec.

基板上のデバイス寸法が将来より小さくなるにつれて、より小さいデバイスは材料の相互拡散によってより容易に劣化することがあるため、熱量も同様に減少しなければならない。アニール時間をたとえば1秒未満に圧縮するには、温度ランプアップおよびランプダウン率を増大させなければならない。   As device dimensions on the substrate become smaller in the future, the amount of heat must be reduced as well, as smaller devices can be more easily degraded by interdiffusion of materials. In order to compress the annealing time to, for example, less than 1 second, the temperature ramp-up and ramp-down rates must be increased.

従来のRTPタイプの加工で提起された問題のいくつかを解決するために、様々な走査型レーザアニール技法が、基板の表面(複数可)をアニールするために使用されてきた。一般に、これらの技法では、基板の表面上の小さい領域へ一定のエネルギー束を送達しながら、その小さい領域へ送達されるエネルギーに対して基板を平行移動または走査する。他のレーザ走査加工では、基板を静止したまま保持し、基板表面全体にわたってレーザを動かす。均一性要件が厳密であり、また基板表面全体にわたって走査される領域の重複を最小にするのが複雑であるため、これらのタイプの加工は、基板の表面上に形成されたコンタクトレベルのデバイスを熱加工するには効果的でない。さらに、極端な局部的な加熱に関連する高い熱勾配によって基板内に生成される熱応力の結果、基板の損傷を生じることがある。   In order to solve some of the problems posed in conventional RTP type processing, various scanning laser annealing techniques have been used to anneal the surface (s) of the substrate. In general, these techniques translate or scan the substrate relative to the energy delivered to the small area while delivering a constant energy flux to the small area on the surface of the substrate. In other laser scanning processes, the substrate is held stationary and the laser is moved across the substrate surface. Because of the strict uniformity requirements and the complexity of minimizing the overlap of the scanned area across the substrate surface, these types of processing allow contact-level devices formed on the surface of the substrate. Not effective for thermal processing. In addition, the thermal stresses generated in the substrate by the high thermal gradients associated with extreme local heating can result in substrate damage.

上記を考慮すると、高いランプアップおよびランプダウン率で半導体基板をアニールする新規な装置および方法が必要とされている。これは、より小さいデバイスの製作に対してより大きい制御を提供し、性能の増大をもたらす。   In view of the above, there is a need for new apparatus and methods for annealing semiconductor substrates with high ramp-up and ramp-down rates. This provides greater control over the fabrication of smaller devices and results in increased performance.

本発明の実施形態は一般に、基板を処理する方法を提供する。本発明の一態様は、基板を処理する方法であって、基板を可動式の基板支持体上に位置決めすることと、基板の一部分より下にある第1の固定位置の方へ第1の数量の加熱エネルギーを誘導することと、基板の一部分より下にある第2の固定位置の方へ第2の数量の加熱エネルギーを誘導することと、基板支持体を動かし、第1の固定位置、次いで第2の固定位置の上にそれぞれの選択された領域を順次位置決めすることによって、基板の選択された領域を処理することと、基板の一部分を500℃より低い温度で維持することとを含む方法を提供する。   Embodiments of the present invention generally provide a method for processing a substrate. One aspect of the present invention is a method of processing a substrate comprising positioning a substrate on a movable substrate support and a first quantity toward a first fixed position below a portion of the substrate. A second amount of heating energy toward a second fixed position below a portion of the substrate, moving the substrate support to the first fixed position, then Processing the selected region of the substrate by sequentially positioning each selected region over the second fixed position and maintaining a portion of the substrate at a temperature below 500 degrees Celsius. I will provide a.

他の実施形態は、基板を処理する方法であって、基板を固定の基板支持体上に位置決めすることと、基板の方へ加熱エネルギーを誘導して、基板表面上に少なくとも1つの熱い区間および少なくとも1つのアニール区間を形成することと、加熱エネルギーを動かし、それぞれの選択された領域の上に熱い区間、次いでアニール区間を順次位置決めすることによって、基板の選択された領域を処理することとを含む方法を提供する。   Another embodiment is a method of processing a substrate, wherein the substrate is positioned on a stationary substrate support, and heating energy is induced toward the substrate to cause at least one hot section on the substrate surface and Forming at least one anneal zone, and processing the selected region of the substrate by moving the heating energy and sequentially positioning the hot zone and then the anneal zone over each selected region. A method of including is provided.

他の実施形態は、基板を熱処理する装置であって、可動式の基板支持体と、基板支持体の表面の第1の部分の方へアニールエネルギーを誘導するような向きにした第1のエネルギー源と、基板支持体の表面の第2の部分の方へ予熱エネルギーを誘導するような向きにした第2のエネルギー源と、第1および第2のエネルギー源を収容する光学アセンブリとを備える装置を提供する。   Another embodiment is an apparatus for heat treating a substrate, wherein the first energy is oriented to induce annealing energy toward the movable substrate support and the first portion of the surface of the substrate support. An apparatus comprising: a source; a second energy source oriented to induce preheating energy toward a second portion of the surface of the substrate support; and an optical assembly containing the first and second energy sources I will provide a.

他の実施形態は、基板を熱処理する装置であって、固定の基板支持体と、基板支持体の表面の第1の部分の方へアニールエネルギーを誘導し、基板支持体の表面の第2の部分の方へ予熱エネルギーを誘導するような向きにした1つまたは複数のエネルギー源と、1つまたは複数のエネルギー源を収容する光学アセンブリと、固定の基板支持体に対してアニールエネルギーおよび予熱エネルギーを動かすためのアクチュエータとを備える装置を提供する。   Another embodiment is an apparatus for heat treating a substrate that induces annealing energy toward a stationary substrate support and a first portion of the surface of the substrate support, and a second of the surface of the substrate support. One or more energy sources oriented to induce preheating energy towards the portion, an optical assembly containing the one or more energy sources, and annealing energy and preheating energy for a fixed substrate support And an actuator for moving the device.

本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明について、実施形態を参照してより具体的に説明することができる。実施形態のいくつかは、添付の図面に図示する。しかし、本発明には他の等しく効果的な実施形態が認められるので、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを例示し、したがって本発明の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。   The present invention, briefly summarized above, can be more specifically described with reference to the embodiments so that the above features of the present invention can be understood in detail. Some of the embodiments are illustrated in the accompanying drawings. However, since other equally effective embodiments of the present invention are recognized, the accompanying drawings only illustrate exemplary embodiments of the present invention and therefore should not be construed as limiting the scope of the invention. Please note that.

本発明の一実施形態による装置の概略等角図である。1 is a schematic isometric view of an apparatus according to an embodiment of the invention. 図1Aのエネルギー源の一実施形態の概略底面図である。1B is a schematic bottom view of one embodiment of the energy source of FIG. 1A. FIG. 本発明の別の実施形態による装置の概略等角図である。FIG. 6 is a schematic isometric view of an apparatus according to another embodiment of the invention. 本発明の一実施形態による加工にかけられている基板上の温度と位置の関係のグラフである。It is a graph of the relationship between the temperature and the position on the substrate being subjected to processing according to an embodiment of the present invention. 本発明の2つの実施形態による加工にかけられている基板の概略上面図である。FIG. 3 is a schematic top view of a substrate that has been subjected to processing according to two embodiments of the present invention. 本発明の2つの実施形態による加工にかけられている基板の概略上面図である。FIG. 3 is a schematic top view of a substrate that has been subjected to processing according to two embodiments of the present invention. 本発明の一実施形態による装置の概略側面図である。1 is a schematic side view of an apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による加工チャンバを示す概略横断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating a processing chamber according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による加工にかけられている基板の概略上面図である。1 is a schematic top view of a substrate being processed according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による加工チャンバを示す概略横断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating a processing chamber according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による加工にかけられている基板上の温度と時間の関係のグラフである。It is a graph of the relationship between temperature and time on a substrate being subjected to processing according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による加工にかけられている基板上の温度と時間の関係のグラフである。It is a graph of the temperature on the board | substrate currently subjected to the process by embodiment of this invention, and the relationship of time. 本発明の一実施形態による方法を要約する流れ図である。5 is a flow diagram summarizing a method according to an embodiment of the invention. 本発明の別の実施形態による方法を要約する流れ図である。6 is a flow diagram summarizing a method according to another embodiment of the invention. 本発明の別の実施形態による方法を要約する流れ図である。6 is a flow diagram summarizing a method according to another embodiment of the invention.

理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すために、同一の参照番号を使用した。一実施形態に開示の要素を、特有の記述なく他の実施形態上でも利用できると有益であることが企図される。   To facilitate understanding, identical reference numerals have been used, where possible, to refer to identical elements that are common to multiple figures. It is contemplated that it would be beneficial for elements disclosed in one embodiment to be available on other embodiments without specific description.

基板上のデバイス寸法がより小さくなるにつれて、そして基板自体がより大きくなるにつれて、基板全体で一度に熱処理を実行することはますます非現実的になる。処理が不均一になる可能性と同様に、表面全体を付勢するのに必要な電力も非常に高くなる。したがって、RTPチャンバなどの熱処理器具は、基板表面の一部分を順に処理するように構成されることがある。カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials社から入手可能なDSA(登録商標)チャンバなどの例示的な熱加工装置を使用して、基板表面の小さい部分をレーザ光で照射して表面をアニールすることができる。レーザビームの縁部では、基板表面は極端な率で加熱されることがあり、照射された部分と処理されていない部分の間の温度勾配により、基板内で損傷を与える熱応力をもたらすことがある。この理由で、基板は通常、アニール温度まで加熱する応力を低減させるために、基板全体を高くした周囲温度で維持する加熱されたチャック上に配置される。しかし、基板を高温で維持する要件により、熱処理の利益を低減させることが多い。本発明の実施形態は一般に、基板を熱処理する改善された方法を企図する。   As device dimensions on a substrate become smaller and as the substrate itself becomes larger, it becomes increasingly impractical to perform a heat treatment on the entire substrate at once. Similar to the potential for non-uniform processing, the power required to energize the entire surface is also very high. Accordingly, a thermal processing apparatus such as an RTP chamber may be configured to sequentially process a portion of the substrate surface. An exemplary thermal processing apparatus such as the DSA® chamber available from Applied Materials, Inc., Santa Clara, California can be used to irradiate a small portion of the substrate surface with laser light to anneal the surface. . At the edge of the laser beam, the substrate surface can be heated at an extreme rate, and the temperature gradient between the irradiated and untreated areas can cause damaging thermal stresses in the substrate. is there. For this reason, the substrate is typically placed on a heated chuck that maintains the entire substrate at an elevated ambient temperature to reduce the stress heating to the annealing temperature. However, the requirement of maintaining the substrate at high temperatures often reduces the benefits of heat treatment. Embodiments of the present invention generally contemplate an improved method of heat treating a substrate.

一般に、本明細書では「基板」という用語は、何らかの自然の導電能力を有する任意の材料または電気を伝える能力を提供するように改質できる材料から形成された物品を指すことができる。典型的な基板材料には、それだけに限定されるものではないが、シリコン(Si)およびゲルマニウム(Ge)などの半導体、ならびに半導電性の特性を示す他の化合物が含まれる。そのような半導体化合物には通常、第III−V族および第II−VI族化合物が含まれる。代表的な第III−V族の半導体化合物には、それだけに限定されるものではないが、ヒ化ガリウム(GaAs)、リン化ガリウム(GaP)、および窒化ガリウム(GaN)が含まれる。通常、「半導体基板」という用語には、バルク半導体基板、ならびに堆積層が上に配置された基板が含まれる。このため、本発明の方法によって加工されるいくつかの半導体基板内の堆積層は、ホモエピタキシャル(たとえば、シリコンオンシリコン)またはヘテロエピタキシャル(たとえば、GaAsオンシリコン)成長によって形成される。たとえば、本発明の方法は、ヘテロエピタキシャル方法によって形成されたヒ化ガリウムと窒化ガリウムの基板とともに使用することができる。同様に、本発明の方法を適用して、絶縁基板(たとえば、シリコン−オン−インシュレータ[SOI]基板)上に形成された比較的薄い結晶シリコン層上に、薄膜トランジスタ(TFT)などの統合デバイスを形成することもできる。   In general, the term “substrate” as used herein can refer to any material having some natural conducting ability or an article formed from a material that can be modified to provide the ability to conduct electricity. Typical substrate materials include, but are not limited to, semiconductors such as silicon (Si) and germanium (Ge), and other compounds that exhibit semiconducting properties. Such semiconductor compounds typically include Group III-V and Group II-VI compounds. Exemplary Group III-V semiconductor compounds include, but are not limited to, gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), and gallium nitride (GaN). Usually, the term “semiconductor substrate” includes bulk semiconductor substrates as well as substrates with deposited layers disposed thereon. Thus, deposited layers in some semiconductor substrates that are processed by the method of the present invention are formed by homoepitaxial (eg, silicon on silicon) or heteroepitaxial (eg, GaAs on silicon) growth. For example, the method of the present invention can be used with gallium arsenide and gallium nitride substrates formed by heteroepitaxial methods. Similarly, by applying the method of the present invention, an integrated device such as a thin film transistor (TFT) is formed on a relatively thin crystalline silicon layer formed on an insulating substrate (eg, a silicon-on-insulator [SOI] substrate). It can also be formed.

本発明のいくつかの実施形態は、基板を熱処理する方法を提供する。図1Aは、本発明の一実施形態による装置100の概略等角図である。図1Aは、エネルギー源102が、作業表面108上に配置された基板106の画定された領域またはアニール領域104上に、ある量のエネルギーを投射するように適合されることを特徴とする。アニール領域104上へ投射されるエネルギーの量は、基板106の表面をアニールするように選択される。いくつかの実施形態では、エネルギー源によって送達されるエネルギーは、基板106の一部分を溶融するのに必要なエネルギーより小さい。他の実施形態では、送達されるエネルギーは、基板106の一部分を優先的に溶融するように選択される。   Some embodiments of the present invention provide a method of heat treating a substrate. FIG. 1A is a schematic isometric view of an apparatus 100 according to one embodiment of the present invention. FIG. 1A is characterized in that the energy source 102 is adapted to project an amount of energy onto a defined region or anneal region 104 of the substrate 106 disposed on the work surface 108. The amount of energy projected onto the anneal region 104 is selected to anneal the surface of the substrate 106. In some embodiments, the energy delivered by the energy source is less than that required to melt a portion of the substrate 106. In other embodiments, the energy delivered is selected to preferentially melt a portion of the substrate 106.

いくつかの実施形態では、エネルギー源102は、図1Bに概略的に示すように、複数の放射体を備え、放射体102A〜102Eは、エネルギー源102内に埋め込まれた状態で示す。放射体102A〜102Eは通常、基板106上へ誘導される放射を放出する。いくつかの実施形態では、放射体102A〜102Eはそれぞれ、同じ量のエネルギーを放出する。他の実施形態では、放射体102A〜102Eは、異なる量のエネルギーを放出することができる。1つの例示的な実施形態では、放射体102Aは、基板106のアニール領域104をアニールするように選択された量のエネルギーを放出することができ、放射体102B〜102Eは、基板106のうちアニール領域104に近接、隣接、または重複する1つまたは複数の部分を予熱するように選択された量のエネルギーを放出する。   In some embodiments, the energy source 102 comprises a plurality of radiators, as shown schematically in FIG. 1B, and the radiators 102A-102E are shown embedded within the energy source 102. Radiators 102A-102E typically emit radiation that is directed onto substrate 106. In some embodiments, each of the radiators 102A-102E emits the same amount of energy. In other embodiments, the radiators 102A-102E can emit different amounts of energy. In one exemplary embodiment, the radiator 102A can emit an amount of energy selected to anneal the anneal region 104 of the substrate 106, and the radiators 102B-102E are annealed out of the substrate 106. Release a selected amount of energy to preheat one or more portions adjacent, adjacent, or overlapping region 104.

一例では、図1Aに示すように、任意の所与の時間において、アニール領域104など、基板の1つの画定された領域だけが、エネルギー源102からの放射に露出される。本発明の一態様では、基板の所望の領域を優先的に溶融するように、基板106の複数の領域が、エネルギー源102から送達される所望の量のエネルギーに順次露出される。別の態様では、基板106の複数の領域が、基板の所望の領域を溶融しないでアニールするように選択された量のエネルギー源102からのエネルギーに順次露出される。   In one example, as shown in FIG. 1A, at any given time, only one defined region of the substrate, such as the anneal region 104, is exposed to radiation from the energy source. In one aspect of the invention, multiple regions of the substrate 106 are sequentially exposed to the desired amount of energy delivered from the energy source 102 so as to preferentially melt the desired region of the substrate. In another aspect, multiple regions of the substrate 106 are sequentially exposed to an amount of energy from the energy source 102 selected to anneal without melting the desired region of the substrate.

一般に、基板の表面上の領域は、電磁放射源の出力に対して基板を平行移動させること(たとえば、従来のX/Yステージ、高精度ステージ)、および/または基板に対して放射源の出力を平行移動させることによって、順次露出させることができる。通常、基板106の動きおよび位置を制御するために、1つまたは複数の従来の電気アクチュエータ110(たとえば、リニアDCサーボモータ、親ねじ、およびサーボモータ)が使用される。電気アクチュエータ110は、別個の高精度ステージ(図示せず)の一部とすることができる。基板106を支持および位置決めするために使用できる従来の高精度ステージは、カリフォルニア州ローナートパークのParker Hannifin Corporationから入手可能である。   In general, the area on the surface of the substrate translates the substrate relative to the output of the electromagnetic radiation source (eg, conventional X / Y stage, precision stage) and / or the output of the radiation source relative to the substrate. Can be exposed in sequence by moving them in parallel. Typically, one or more conventional electric actuators 110 (eg, linear DC servo motors, lead screws, and servo motors) are used to control the movement and position of the substrate 106. The electric actuator 110 can be part of a separate precision stage (not shown). A conventional precision stage that can be used to support and position the substrate 106 is available from Parker Hannifin Corporation, Rohnert Park, California.

他の実施形態では、電磁放射源を基板に対して平行移動させることができる。たとえば図1Aの実施形態では、エネルギー源102は、基板106の所望の領域の上にエネルギー源102を位置決めするように適合されたデカルトフレームなどの位置決め装置(図示せず)に結合することができる。位置決め装置は、基板106の上でエネルギー源の高度を調整するようにさらに構成することができる。   In other embodiments, the electromagnetic radiation source can be translated relative to the substrate. For example, in the embodiment of FIG. 1A, the energy source 102 can be coupled to a positioning device (not shown) such as a Cartesian frame adapted to position the energy source 102 over a desired area of the substrate 106. . The positioning device can be further configured to adjust the height of the energy source on the substrate 106.

図1Aを再び参照すると、基板106の表面上に予熱領域112が画定される。いくつかの実施形態では、予熱領域112は、アニール領域104を取り囲む。他の実施形態では、予熱領域は、アニール領域104に隣接することができ、またはアニール領域104と重複することができる。さらに他の実施形態では、予熱領域112は、アニール領域104に近接することができ、予熱領域112とアニール領域104の間に間隙または空間が生じる。いくつかの実施形態では、予熱領域は、アニール領域から隔置することができる。したがって、予熱領域は、図1Aの実施形態に示す円形の予熱領域112など、任意の好都合な形状を有することができる。   Referring again to FIG. 1A, a preheat region 112 is defined on the surface of the substrate 106. In some embodiments, the preheat region 112 surrounds the anneal region 104. In other embodiments, the preheat region can be adjacent to the anneal region 104 or can overlap the anneal region 104. In still other embodiments, the preheat region 112 can be proximate to the anneal region 104, creating a gap or space between the preheat region 112 and the anneal region 104. In some embodiments, the preheat region can be spaced from the anneal region. Thus, the preheat zone can have any convenient shape, such as the circular preheat zone 112 shown in the embodiment of FIG. 1A.

図2は、本発明の別の実施形態による装置200の概略等角図である。エネルギー源202が、作業表面206上に配置された基板204の方へエネルギーを誘導するように構成される。いくつかの実施形態では、エネルギー源202は、基板204の表面を熱処理するように選択された性質の電磁エネルギーを放出する複数の放射体202Aを備える。放射体202Aの少なくとも1つは、基板204のアニール部分208をアニールするように適合することができ、放射体202Aの少なくとも1つは、基板204の予熱部分210を予熱するように適合される。図2の実施形態では、予熱部分210は、アニール部分208に隣接した状態で示す。他の実施形態は、予熱部分210がアニール部分208に重複すること、またはアニール部分208から隔置されることを特徴とすることができる。   FIG. 2 is a schematic isometric view of an apparatus 200 according to another embodiment of the present invention. An energy source 202 is configured to direct energy toward a substrate 204 disposed on the work surface 206. In some embodiments, the energy source 202 comprises a plurality of radiators 202A that emit electromagnetic energy of a property selected to heat treat the surface of the substrate 204. At least one of the radiators 202A can be adapted to anneal the annealed portion 208 of the substrate 204, and at least one of the radiators 202A is adapted to preheat the preheated portion 210 of the substrate 204. In the embodiment of FIG. 2, the preheated portion 210 is shown adjacent to the annealed portion 208. Other embodiments may be characterized in that the preheat portion 210 overlaps or is spaced from the anneal portion 208.

図3Aは、本発明の一実施形態を実施することで基板に与える影響を示す概略的なグラフである。図3Aに示すように、基板の複数の部分が、異なる区間において異なる温度で維持される。図3Aのグラフは、アニール加工にかけられている基板の表面上の複数の点の温度を概略的に表す。これらの点は、処理区間を通って描いた一線上に配列される。第1の区間302は、基板表面をアニールするように選択された高い温度で維持することができる。この区間は、図1Aのアニール領域104、図2のアニール領域204、または高い温度に加熱すべき基板の任意の領域に対応することができる。   FIG. 3A is a schematic graph showing the effect on the substrate of implementing one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3A, portions of the substrate are maintained at different temperatures in different sections. The graph of FIG. 3A schematically represents the temperature of a plurality of points on the surface of the substrate being subjected to annealing. These points are arranged on a line drawn through the processing section. The first section 302 can be maintained at a high temperature selected to anneal the substrate surface. This section may correspond to anneal region 104 of FIG. 1A, anneal region 204 of FIG. 2, or any region of the substrate that is to be heated to a high temperature.

図3Aの実施形態は、第2の区間304が通常、異なる温度で維持されることを特徴とする。この温度は、図3Aの例ではより低い。いくつかの実施形態では、第2の区間304は第1の区間302を取り囲むことができる。他の実施形態では、第2の区間304は、第1の区間302に隣接することができ、第1の区間302に重複することができ、または第1の区間302から隔置することができる。第2の区間304の温度は通常、第1の区間302の温度より低い。第2の区間304の温度は、基板の部分を予熱するように選択することができ、それによって非常に急激な温度変化のための基板上の熱応力を低減させる。   The embodiment of FIG. 3A is characterized in that the second section 304 is typically maintained at a different temperature. This temperature is lower in the example of FIG. 3A. In some embodiments, the second section 304 can surround the first section 302. In other embodiments, the second section 304 can be adjacent to the first section 302, can overlap the first section 302, or can be spaced from the first section 302. . The temperature in the second zone 304 is typically lower than the temperature in the first zone 302. The temperature of the second zone 304 can be selected to preheat portions of the substrate, thereby reducing thermal stress on the substrate due to very rapid temperature changes.

通常、基板上には第3の区間306も画定される。大部分の実施形態では、第3の区間306は、周囲温度が優勢である区間である。したがって、多くの実施形態では、第3の区間306を周囲区間とすることができる。しかし、いくつかの実施形態では、第3の区間306はまた、たとえば加熱された支持体による周囲の加熱によって、または電磁エネルギーのさらなる使用によって印加された熱エネルギーを受け取ることができる。第1の区間302により近づくにつれて漸進的に予熱するという概念に従って、第3の区間306の温度は通常、第2の区間304の温度より低い。第3の区間306は、いくつかの実施形態では、第2の区間304を取り囲むことができ、または他の実施形態では、第2の区間に隣接することができる。いくつかの実施形態では、第3の区間の温度は、約500℃未満で維持される。   Typically, a third section 306 is also defined on the substrate. In most embodiments, the third zone 306 is the zone where ambient temperature prevails. Accordingly, in many embodiments, the third section 306 can be a surrounding section. However, in some embodiments, the third section 306 can also receive thermal energy applied, for example, by ambient heating by a heated support, or by further use of electromagnetic energy. According to the concept of progressively preheating as it approaches the first section 302, the temperature of the third section 306 is typically lower than the temperature of the second section 304. The third section 306 can surround the second section 304 in some embodiments, or can be adjacent to the second section in other embodiments. In some embodiments, the temperature in the third zone is maintained at less than about 500 degrees Celsius.

第2の区間304は、第1の区間302の温度と第3の区間306の温度の間の温度を有することができる。所望の予熱を実現するために、第2の区間304の温度は、第3の区間306の温度から第1の区間302の温度への全温度上昇の約30%〜約70%の温度上昇をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、第3の区間306に対する第2の区間304の温度上昇は、第3の区間306に対する第1の区間302の温度上昇の約50%である。   The second section 304 can have a temperature between the temperature of the first section 302 and the temperature of the third section 306. In order to achieve the desired preheating, the temperature in the second zone 304 is about 30% to about 70% of the total temperature rise from the temperature in the third zone 306 to the temperature in the first zone 302. Can bring. In some embodiments, the temperature increase in the second section 304 relative to the third section 306 is about 50% of the temperature increase in the first section 302 relative to the third section 306.

いくつかの実施形態では、第1の区間302の温度は、約1,250℃〜約1,350℃など、約1,100℃〜約1,400℃とすることができる。いくつかの実施形態では、第1の区間302と周囲温度の温度差は、基板の融点と周囲温度の温度差の約95%など、約90%〜約99%である。いくつかの実施形態では、第2の区間304の温度は、約300℃〜約800℃とすることができる。第2の区間304の温度は通常、第1の区間302と第2の区間304の間の境界における熱応力を減らすように選択されるが、また通常、基板の部分が非晶質化されるレベルより低い。第2の区間304の温度は通常、アニールすべき基板の部分を予熱しながら、アニールされた部分を冷却するように選択される。第2の区間304の温度は通常、結晶格子から原子を取り除くのに必要な温度より低い。シリコンを含有する基板を特徴とする1つの例示的な実施形態では、第1の区間302の温度を約1,350℃とし、第2の区間304の温度を約650℃とし、そして第3の区間306の温度を約20℃または別の周囲温度とすることができる。   In some embodiments, the temperature of the first section 302 can be about 1,100 ° C. to about 1,400 ° C., such as about 1,250 ° C. to about 1,350 ° C. In some embodiments, the temperature difference between the first interval 302 and ambient temperature is between about 90% and about 99%, such as about 95% of the temperature difference between the melting point of the substrate and ambient temperature. In some embodiments, the temperature of the second section 304 can be between about 300 degrees Celsius and about 800 degrees Celsius. The temperature of the second section 304 is typically selected to reduce thermal stress at the boundary between the first section 302 and the second section 304, but also typically a portion of the substrate is amorphized. Below level. The temperature of the second zone 304 is typically selected to cool the annealed portion while preheating the portion of the substrate to be annealed. The temperature in the second section 304 is typically lower than that required to remove atoms from the crystal lattice. In one exemplary embodiment featuring a silicon-containing substrate, the temperature of the first section 302 is about 1,350 ° C., the temperature of the second section 304 is about 650 ° C., and a third The temperature in section 306 can be about 20 ° C. or another ambient temperature.

図3Bおよび3Cは基板の概略図であり、それぞれの基板上には複数の処理区間が画定される。これらの処理区間は、基板のうち電磁放射によって加熱されている領域を表す。図3Bの実施形態では、第1の区間302Bが第2の区間304Bおよび第3の区間306Bによって取り囲まれる。これらの区間は、類似の形状または異なる形状を有することができることに留意されたい。図3Bの実施形態は、第1の区間302Bが方形であり、第2の区間304Bおよび第3の区間306Bが円形であることを特徴とする。代替実施形態では、3つの区間すべてに対して円形の形状を有することができる。図3Cの実施形態は、第1の区間302Cが方形であり、第1の区間302Cに片側で隣接する第2の区間304Cが方形または正方形であり、これらがすべて、周囲区間である第3の区間306Cによって取り囲まれることを特徴とする。第2の区間を全体にわたって単一の温度で維持でき、または第2の区間の部分を異なる温度で維持できることにも留意されたい。たとえば、図3Bの実施形態の第2の区間304Bは、全体にわたって単一の温度とすることができ、図3Cの実施形態の第2の区間304Cは、異なる温度の部分を有することができる。第2の区間304Cの一部分を予熱区間とし、別の部分を冷却区間とした場合、予熱部分を冷却部分より高い温度で維持することができる。円形、方形、または任意の他の平面形状など、任意の妥当な形状の基板は、本明細書に記載の本発明の実施形態から利益を得ることに留意されたい。   3B and 3C are schematic views of the substrates, with a plurality of processing sections defined on each substrate. These processing sections represent areas of the substrate that are heated by electromagnetic radiation. In the embodiment of FIG. 3B, the first section 302B is surrounded by the second section 304B and the third section 306B. Note that these sections can have similar or different shapes. The embodiment of FIG. 3B is characterized in that the first section 302B is square and the second section 304B and the third section 306B are circular. In an alternative embodiment, all three sections can have a circular shape. In the embodiment of FIG. 3C, the first section 302C is a square, the second section 304C adjacent on one side to the first section 302C is a square or a square, all of which are the surrounding sections. It is characterized by being surrounded by a section 306C. Note also that the second section can be maintained at a single temperature throughout, or portions of the second section can be maintained at different temperatures. For example, the second section 304B of the embodiment of FIG. 3B can be a single temperature throughout, and the second section 304C of the embodiment of FIG. 3C can have portions of different temperatures. When a part of the second section 304C is a preheating section and another part is a cooling section, the preheating section can be maintained at a higher temperature than the cooling section. Note that any reasonable shaped substrate, such as circular, square, or any other planar shape, would benefit from the embodiments of the invention described herein.

いくつかの実施形態では、周囲区間とアニール区間の間に、高温の複数の区間が存在することがある。いくつかの実施形態は、単一のアニール区間に対して複数の予熱区間があることを特徴とすることができる。いくつかの実施形態は、第1の複数の予熱区間および第2の複数の冷却区間を特徴とすることができる。いくつかの実施形態では、1つの区間が、次により高い温度の区間を取り囲むことができ、したがって各区間が別の区間を取り囲み、また別の区間によって取り囲まれる。そのような実施形態では、形状が同心円状の円、または複数の中心が異なる点に位置する入れ子状の円(すなわち、同心円状でない円)に近い区間を有することができる。いくつかの実施形態では、様々な異なる多角形の形状、たとえば三角形、方形、正方形、台形、六角形など、多くの異なる形状の区間が有用であろう。当然、異なる区間に対して異なる形状を使用することができる。他の実施形態では、ある区間が、片側では次により高い温度の区間に隣接し、反対側では次により低い温度の区間に隣接することができる。さらに他の実施形態では、いくつかの区間が他の区間に隣接することができ、またいくつかの区間が他の区間を取り囲むことができる。たとえば、第1の区間をアニール区間として規定することができ、隣接する第2の区間のうち、第1の区間の第1の側は予熱のためのものであり、第1の区間の第2の側は冷却のためのものである。第1の区間と第2の区間はどちらも第3の区間によって取り囲まれ、第3の区間は周囲温度を上回る温度で維持され、また周囲温度で維持される他の区間すべてを第4の区間が取り囲む。   In some embodiments, there may be multiple hot zones between the ambient zone and the anneal zone. Some embodiments may be characterized in that there are multiple preheat sections for a single anneal section. Some embodiments may feature a first plurality of preheating sections and a second plurality of cooling sections. In some embodiments, one section can surround the next higher temperature section, so that each section surrounds another section and is surrounded by another section. In such an embodiment, the shape may have concentric circles, or sections close to nested circles (ie, non-concentric circles) located at different points in the center. In some embodiments, many differently shaped sections may be useful, such as a variety of different polygonal shapes, such as triangles, squares, squares, trapezoids, hexagons, and the like. Of course, different shapes can be used for different sections. In other embodiments, a section can be adjacent to the next higher temperature section on one side and the next lower temperature section on the other side. In still other embodiments, some sections can be adjacent to other sections, and some sections can surround other sections. For example, the first section can be defined as the annealing section, and among the adjacent second sections, the first side of the first section is for preheating, and the second section of the first section is the second section. The side is for cooling. Both the first section and the second section are surrounded by the third section, the third section is maintained at a temperature above the ambient temperature, and all other sections maintained at the ambient temperature are the fourth section. Surrounds.

1つの例示的な実施形態では、反対側が三角形である長方形のような形状の1つまたは複数の予熱区間によって、方形のアニール区間を取り囲むことができる。そのような先細りした形状により、所望の形で基板表面の加熱および冷却を容易にすることができる。別の例示的な実施形態では、方形または円形とすることができるアニール区間を、涙滴形状を有する1つまたは複数の予熱区間で取り囲むことができる。涙滴形状の丸い部分を予熱区間とすることができ、涙滴の「後尾」を冷却区間とすることができる。   In one exemplary embodiment, the square anneal zone may be surrounded by one or more preheat zones shaped like a rectangle with the opposite side being a triangle. Such a tapered shape can facilitate heating and cooling of the substrate surface in a desired manner. In another exemplary embodiment, the annealing section, which can be square or circular, can be surrounded by one or more preheating sections having a teardrop shape. The round part of the teardrop shape can be used as the preheating section, and the “tail” of the teardrop can be used as the cooling section.

いくつかの実施形態では、予熱または冷却区間の1つまたは複数をアニール区間から隔置することができ、アニール区間と予熱および/または冷却区間の間には間隙が設けられる。たとえば、アニールすべき基板表面上に、周囲区間、予熱区間、アニール区間、および冷却区間という4つの区間を画定することができる。アニール区間は、11mmの2つの長辺および100μmの2つの短辺を有する長方形とすることができる。予熱区間は、13mmの底辺および5mmの高さをもつ二等辺三角形とすることができる。この底辺は、アニール区間の長辺に対して平行であり、アニール区間の長辺から約1mm隔置され、アニール区間に対して中心に位置決めされており、したがって二等辺三角形を二等分する線が、アニール区間も二等分して、長さ5.5mmおよび幅100μmの2つの長方形にする。冷却区間も同様に、予熱区間に類似の二等辺三角形とすることができる。アニール区間の温度が1,200℃である場合、予熱区間の温度は約600℃〜約700℃とすることができ、したがって基板表面の温度は、基板が予熱区間とアニール区間の間の間隙を通過するにつれて、わずかに低下する。たとえば、基板表面の温度は、アニール区間内へ進む前に、約500℃まで低下する。そのような予熱プロファイルは、表面の予熱中に基板の嵩の奥深くで原子の摂動を最小にするのに有用であろう。予熱区間を形成する二等辺三角形の底辺の長さを延ばすことで、アニール区間の短辺に隣接する基板表面の領域に対する加熱を提供し、基板上の損傷を与える熱応力を防止することができる。アニール区間のうち、予熱区間とは反対側の長辺に隣接して位置する類似の冷却区間は、損傷を与える熱応力を回避しながら冷却を加速させるのに有用であろう。   In some embodiments, one or more of the preheating or cooling sections can be spaced from the annealing section, with a gap between the annealing section and the preheating and / or cooling section. For example, four sections can be defined on the substrate surface to be annealed: a peripheral section, a preheating section, an annealing section, and a cooling section. The annealing section can be a rectangle having two long sides of 11 mm and two short sides of 100 μm. The preheating section can be an isosceles triangle with a base of 13 mm and a height of 5 mm. This base is parallel to the long side of the annealing section, is spaced about 1 mm from the long side of the annealing section and is centered with respect to the annealing section, and thus a line that bisects the isosceles triangle However, the annealing section is also equally divided into two rectangles having a length of 5.5 mm and a width of 100 μm. The cooling zone can also be an isosceles triangle similar to the preheating zone. When the temperature of the annealing zone is 1,200 ° C., the temperature of the preheating zone can be about 600 ° C. to about 700 ° C. Therefore, the temperature of the substrate surface can be set so that the substrate has a gap between the heating zone and the annealing zone. Slightly decreases as it passes. For example, the temperature of the substrate surface decreases to about 500 ° C. before proceeding into the annealing zone. Such a preheating profile would be useful to minimize atomic perturbations deep in the bulk of the substrate during surface preheating. By extending the length of the base of the isosceles triangle that forms the preheating section, it is possible to provide heating to the region of the substrate surface adjacent to the short side of the annealing section and prevent thermal stress that causes damage on the substrate. . A similar cooling section located adjacent to the long side of the annealing section opposite the preheating section may be useful for accelerating cooling while avoiding damaging thermal stresses.

いくつかの実施形態は、複数のアニール区間、および異なる中間温度を有する複数の区間を特徴とすることができる。各アニール区間は、個々の実施形態の必要に応じて、同じ温度で、または異なる温度で維持することができる。この種の実施形態では、予熱区間は、アニール区間同士の間に、アニール区間の中に、アニール区間の周りに、アニール区間に隣接して、アニール区間を取り囲んで、またはアニール区間から隔置して画定することができる。たとえば、一実施形態では、基板は、4つの部分ずつ、各部分内に複数の処理区間を画定する装置によって加工することができる。したがって、各部分では、アニール区間を予熱区間によって、さらに周囲区間によって取り囲むことができ、これらの区間は、同時に各部分を横切って平行移動して基板を加工する。そのような実施形態では、これらの区間は、本明細書の別の個所に記載の方法のいずれかで成形および構成することができ、また基板の全体的な熱量を管理するために、各部分内の加熱された区間の位置は、他の部分内の加熱された区間から事前に選択された距離のところで維持することができる。   Some embodiments may feature multiple annealing zones and multiple zones having different intermediate temperatures. Each anneal section can be maintained at the same temperature or at a different temperature, as required by individual embodiments. In this type of embodiment, the preheating section is between the annealing sections, in the annealing section, around the annealing section, adjacent to the annealing section, surrounding the annealing section, or spaced from the annealing section. Can be defined. For example, in one embodiment, the substrate may be processed by an apparatus that defines multiple processing sections within each portion, in four portions. Accordingly, in each portion, the annealing section can be surrounded by a preheating section and further by surrounding sections, which simultaneously translate across each section to process the substrate. In such embodiments, these sections can be formed and configured in any of the ways described elsewhere herein, and each section can be used to manage the overall heat quantity of the substrate. The position of the heated section within can be maintained at a pre-selected distance from the heated section within other parts.

いくつかの実施形態では、予熱区間、または予熱および冷却区間は、好都合な形で成形することができる。図3Cの実施形態に示すように、予熱および冷却区間が方形であり、アニール区間の2つの側に配置される実施形態について説明した。他の実施形態では、予熱および冷却区間の形状は、アニール区間から離れて先細りさせることができる。予熱および冷却区間がアニール区間を取り囲まない実施形態では、予熱および冷却区間は概して、アニール区間の少なくとも1つの次元と同一の広がりを有する。いくつかの実施形態では、予熱および冷却区間は、アニール区間からの距離とともにより狭くなることができる。いくつかの実施形態では、予熱および冷却区間は、三角形、台形、放物線状、長円形、楕円形、または不規則な形状を有することができる。他の実施形態では、予熱および冷却区間は、半円に結合された長方形の形状を有することができる。これらの形状は、予熱区間がある形状を有し、冷却区間が別の形状を有するように、混合することができる。予熱および冷却区間がアニール区間を取り囲んで単一の中間温度区間を形成する実施形態では、単一の中間温度区間も同様に成形することができる。いくつかの実施形態では、アニール区間を取り囲む中間温度区間は、長円形、楕円形、またはダイヤモンドの形状を有することができる。他の実施形態では、アニール区間を方形の区間で取り囲むことができる。さらに他の実施形態では、中間温度区間は、1対の当接する台形など、不規則な形状または複雑な規則的な形状を有することができる。   In some embodiments, the preheating section, or preheating and cooling section, can be shaped in a convenient manner. As shown in the embodiment of FIG. 3C, an embodiment has been described in which the preheating and cooling sections are square and are disposed on two sides of the annealing section. In other embodiments, the shape of the preheat and cool sections can be tapered away from the anneal section. In embodiments where the preheating and cooling sections do not surround the annealing section, the preheating and cooling sections generally have the same extent as at least one dimension of the annealing section. In some embodiments, the preheating and cooling sections can become narrower with distance from the annealing section. In some embodiments, the preheating and cooling sections can have a triangular, trapezoidal, parabolic, oval, elliptical, or irregular shape. In other embodiments, the preheating and cooling sections can have a rectangular shape coupled to a semicircle. These shapes can be mixed so that the preheating section has one shape and the cooling section has another shape. In embodiments where the preheating and cooling sections surround the annealing section to form a single intermediate temperature section, the single intermediate temperature section can be similarly shaped. In some embodiments, the intermediate temperature zone surrounding the anneal zone can have an oval, elliptical, or diamond shape. In other embodiments, the anneal zone can be surrounded by a square zone. In still other embodiments, the intermediate temperature section can have an irregular shape or a complex regular shape, such as a pair of abutting trapezoids.

一実施形態では、中間温度区間は、概して楕円形の形状を有することができ、アニール区間に対して不規則に配置することができる。そのような実施形態では、アニール区間の質量中心は、中間温度区間の質量中心からずらされる。したがって、中間温度区間の縁部上の始点からアニール区間の縁部上の終点まで描かれる複数の線分は、最大値から最小値に及ぶ長さを有する。各線分は、それぞれの始点で中間温度区間の縁部に対して直角である。アニール経路の方向でアニール区間の縁部と中間温度区間の縁部の間により多くの距離を維持し、したがってアニールエネルギーが基板の表面全体にわたって動くにつれて、基板の損傷を防止するのに十分な予熱エネルギーが印加され、またアニールが終了した後は、損傷なく急速な冷却を容易にするのに十分なエネルギーが冷却区間に印加されると有利であろう。そのような実施形態では、基板表面上の特定の点に対する温度と時間の関係のグラフは、涙滴の半分の形状を有することができる。   In one embodiment, the intermediate temperature zone can have a generally oval shape and can be irregularly positioned relative to the anneal zone. In such an embodiment, the center of mass of the anneal section is offset from the center of mass of the intermediate temperature section. Therefore, the plurality of line segments drawn from the start point on the edge of the intermediate temperature section to the end point on the edge of the annealing section have a length ranging from the maximum value to the minimum value. Each line segment is perpendicular to the edge of the intermediate temperature zone at the respective start point. Sufficient preheating to maintain more distance in the direction of the anneal path between the edge of the anneal zone and the edge of the intermediate temperature zone and thus prevent substrate damage as the anneal energy moves across the surface of the substrate Once energy is applied and after annealing is complete, it may be advantageous to apply sufficient energy to the cooling section to facilitate rapid cooling without damage. In such an embodiment, the graph of temperature versus time for a particular point on the substrate surface can have a half-drop shape.

図4は、本発明の別の実施形態による装置400の概略側面図である。第1のエネルギー源402および第2のエネルギー源404が、基板410のそれぞれ第1の表面406および第2の表面408の方へエネルギーを誘導するように配置される。第1のエネルギー源402は、基板410の第1の区間412の方へエネルギーを誘導する。第2のエネルギー源404は、基板410の第2の区間414の方へエネルギーを誘導する。大部分の実施形態では、第1の区間412は第2の区間414より小さく、第2の区間414の境界は、すべての側で第1の区間412の境界を越えて延びる。大部分の実施形態では、第1のエネルギー源402は、基板410の方へ電磁エネルギーを誘導して、第1の区間412をアニール温度に加熱するように選択されたエネルギーで第1の区間412を照射し、第2のエネルギー源404は、第2の区間414を中間温度に加熱するように選択されたエネルギーで第2の区間414を照射する。第2の区間414を中間温度に加熱することで、第1の区間412の縁部における急激な温度変化のための極度の熱応力を回避するために、基板のうちアニールすべき部分を予熱する働きをする。一般に、基板をアニールするように設計されたエネルギー源は、少なくとも1W/cmの電力密度を基板表面に送達し、単に基板を加熱するように設計されたエネルギー源は、少なくとも0.1W/cmであるがアニールに必要な電力密度より小さい電力密度を送達する。 FIG. 4 is a schematic side view of an apparatus 400 according to another embodiment of the invention. A first energy source 402 and a second energy source 404 are arranged to direct energy toward the first surface 406 and the second surface 408 of the substrate 410, respectively. The first energy source 402 induces energy toward the first section 412 of the substrate 410. The second energy source 404 induces energy toward the second section 414 of the substrate 410. In most embodiments, the first section 412 is smaller than the second section 414 and the boundary of the second section 414 extends beyond the boundary of the first section 412 on all sides. In most embodiments, the first energy source 402 induces electromagnetic energy toward the substrate 410 and the first section 412 with energy selected to heat the first section 412 to an annealing temperature. The second energy source 404 irradiates the second section 414 with energy selected to heat the second section 414 to an intermediate temperature. By heating the second section 414 to an intermediate temperature, the portion of the substrate to be annealed is preheated to avoid extreme thermal stress due to abrupt temperature changes at the edges of the first section 412. Work. In general, an energy source designed to anneal the substrate delivers a power density of at least 1 W / cm 2 to the substrate surface, and an energy source designed to simply heat the substrate is at least 0.1 W / cm. is a 2 to deliver less power density than the power density required for annealing.

一態様では、アニール領域は、基板の表面上に形成される個々のダイ(たとえば、40個の「ダイ」を図1Aに示す)または半導体デバイス(たとえば、メモリチップ)の寸法に一致するように寸法設定される。図1Aを再び参照すると、一態様では、アニール領域104の境界は、各ダイの境界を画定する「カーフ」または「スクライブ」ライン114内に嵌合するように位置合せおよび寸法設定される。一実施形態では、アニール領域104をダイへ適当に位置合せできるように、アニール加工を実行する前に、通常基板の表面上に見られる位置合せマークおよび他の従来の技法を使用して、基板をエネルギー源102の出力に位置合せする。スクライブまたはカーフライン114などのダイ間の自然に発生する未使用の空間/境界内だけで重複するようにアニール領域104を順次配置することで、基板上でデバイスが形成される領域内でエネルギーを重複させる必要を低減させ、したがって重複するアニール領域間の加工結果の変動を低減させる。この技法では、重複がダイ間の未使用の空間に制限されるせいで、基板の所望の領域全体にわたって均一のアニールを保証するために隣接して走査される領域間の重複を厳重に制御する必要が問題ではなくなるため、基板の表面全体にわたってレーザエネルギーを掃引する従来の加工に勝る利点がある。また、ダイ間の未使用の空間/境界に重複を制限することで、基板のすべての領域を横切る隣接する重複領域を利用する従来の走査アニール型の方法に対して、加工の均一性結果を改善する。したがって、順次配置されたアニール領域104間の送達されるエネルギーのあらゆる重複を最小にすることができるため、基板の重要な領域を加工するためにエネルギー源102から送達されるエネルギーへの露出量が変動することによる加工変動量が最小になる。   In one aspect, the anneal region matches the dimensions of individual dies (eg, 40 “dies” shown in FIG. 1A) or semiconductor devices (eg, memory chips) formed on the surface of the substrate. Dimensions are set. Referring again to FIG. 1A, in one aspect, the anneal region 104 boundaries are aligned and dimensioned to fit within “kerf” or “scribe” lines 114 that define the boundaries of each die. In one embodiment, alignment marks and other conventional techniques typically found on the surface of the substrate are used before performing the annealing process so that the anneal region 104 can be properly aligned to the die. Is aligned with the output of the energy source 102. By sequentially placing the anneal regions 104 so that they only overlap within naturally occurring unused spaces / boundaries between dies such as scribe or kerf lines 114, energy is transferred within the region where the device is formed on the substrate. The need for overlap is reduced, thus reducing variations in processing results between overlapping anneal regions. This technique tightly controls the overlap between adjacent scanned regions to ensure uniform annealing across the desired region of the substrate because the overlap is limited to unused space between the dies. There is an advantage over conventional processing that sweeps the laser energy across the surface of the substrate because the need is no longer a problem. Also, by limiting the overlap to unused space / boundaries between the dies, processing uniformity results can be achieved over conventional scan anneal-type methods that utilize adjacent overlapping regions across all regions of the substrate. Improve. Thus, any overlap of energy delivered between the sequentially disposed annealed regions 104 can be minimized, so that the amount of exposure to energy delivered from the energy source 102 to process critical regions of the substrate is reduced. The amount of machining fluctuation due to fluctuation is minimized.

図1Aを参照すると、一例では、順次配置されたアニール領域104はそれぞれ、寸法約22mm×約33mm(たとえば、面積726平方ミリメートル(mm))の方形の領域である。一態様では、基板の表面上に形成された順次配置されたアニール領域104のそれぞれの面積は、約4mm(たとえば、2mm×2mm)〜約1000mm(たとえば、25mm×40mm)である。アニール領域104を円形の予熱領域112で取り囲むことができ、アニール領域104の縁部を越えて最高約100mmまで延びることができる。図1Aに示すものなどの一実施形態では、予熱領域112は、アニール領域104の縁部を越えて約50mm以上延びることが好ましい。予熱領域または中間温度領域がアニール領域を越える程度は通常、基板の寸法および利用可能なエネルギー送達資源に依存する。大部分の実施形態では、実施形態に必要な熱量管理を提供しながら電力要件が最小になるように、様々な中間温度領域を寸法設定することが望ましい。いくつかの実施形態では、中間温度領域は、少なくとも1つの方向にアニール領域を越えて、50mm未満、たとえば約30mmなど、100mm未満だけ延びる。 Referring to FIG. 1A, in one example, each sequentially disposed annealed region 104 is a rectangular region with dimensions of about 22 mm × about 33 mm (eg, area 726 square millimeters (mm 2 )). In one aspect, the area of each sequentially disposed anneal region 104 formed on the surface of the substrate is between about 4 mm 2 (eg, 2 mm × 2 mm) to about 1000 mm 2 (eg, 25 mm × 40 mm). The anneal region 104 can be surrounded by a circular preheat region 112 and can extend up to about 100 mm beyond the edge of the anneal region 104. In one embodiment, such as that shown in FIG. 1A, the preheat region 112 preferably extends about 50 mm or more beyond the edge of the anneal region 104. The extent to which the preheat region or intermediate temperature region exceeds the anneal region typically depends on the size of the substrate and the energy delivery resources available. In most embodiments, it is desirable to dimension the various intermediate temperature regions so that power requirements are minimized while providing the heat management required for the embodiments. In some embodiments, the intermediate temperature region extends less than 100 mm, such as less than 50 mm, for example about 30 mm, beyond the anneal region in at least one direction.

図2を次に参照すると、別の例では、各アニール部分208は、図1Aのアニール領域104のものに類似の寸法を有することができる。予熱領域210は、アニール部分208に両側で隣接し、アニール部分208の1つの次元で同一の広がりを有する状態で示す。いくつかの実施形態では、予熱領域210は、アニール部分208の縁部を越えて約50mm〜約100mm延びることができる。   Referring now to FIG. 2, in another example, each anneal portion 208 can have dimensions similar to those of the anneal region 104 of FIG. 1A. The preheat region 210 is shown on both sides adjacent to the annealed portion 208 and is coextensive in one dimension of the annealed portion 208. In some embodiments, the preheat region 210 can extend from about 50 mm to about 100 mm beyond the edge of the annealed portion 208.

予熱区間または領域の寸法は通常、予熱区間内で十分な予熱を可能にするように選択される。いくつかの実施形態では、各予熱区間は、十分な予熱を可能にするために、アニール区間より大きくすることができる。連続するアニール領域を順次露出させることを特徴とする一実施形態では、予熱区間を所望の温度に予熱するのに必要な時間は、アニール区間をアニールするのに必要な時間より長くすることができる。したがって、基板上の個々の位置を2つ以上の予熱加工にかけることができる。   The dimensions of the preheating section or region are usually selected to allow sufficient preheating within the preheating section. In some embodiments, each preheating section can be larger than the annealing section to allow sufficient preheating. In one embodiment characterized by sequentially exposing successive anneal regions, the time required to preheat the preheat zone to the desired temperature can be longer than the time required to anneal the anneal zone. . Accordingly, each position on the substrate can be subjected to two or more preheating processes.

大部分の実施形態では、エネルギー源は通常、基板表面の特定の所望の領域をアニールするために電磁エネルギーを送達するように適合される。典型的な電磁エネルギー源には、それだけに限定されるものではないが、光学放射源(たとえば、レーザ)、電子ビーム源、イオンビーム源、マイクロ波エネルギー源、可視光源、および赤外光源が含まれる。一態様では、基板は、所望の期間にわたって1つまたは複数の適切な波長で放射を放出するレーザからのエネルギーのパルスに露出させることができる。別の態様では、フラッシュランプを使用して、基板上へパルシングするための可視光エネルギーを生成することができる。一態様では、エネルギー源からのエネルギーのパルスは、アニール領域へ送達されるエネルギー量および/またはそのパルスの期間にわたって送達されるエネルギー量を最適化して所望の領域の標的を合わせたアニールを実行するように調節される。一態様では、レーザの波長は、基板上に配置されたシリコン層によって放射の大部分が吸収されるように同調される。シリコンを含有する基板上で実行されるレーザアニール加工では、放射の波長は通常、約800nmより小さく、遠紫外(UV)、赤外(IR)、または他の所望の波長で送達することができる。一実施形態では、エネルギー源は、約500nm〜約11マイクロメートルの波長で放射を送達するように適合されるレーザなどの高強度の光源とすることができる。大部分の実施形態では、アニール加工は通常、約1秒以下程度などの比較的短時間にわたって、基板の所与の領域上で行われる。   In most embodiments, the energy source is typically adapted to deliver electromagnetic energy to anneal a particular desired region of the substrate surface. Typical electromagnetic energy sources include, but are not limited to, optical radiation sources (eg, lasers), electron beam sources, ion beam sources, microwave energy sources, visible light sources, and infrared light sources. . In one aspect, the substrate can be exposed to pulses of energy from a laser that emits radiation at one or more suitable wavelengths for a desired period of time. In another aspect, a flash lamp can be used to generate visible light energy for pulsing onto the substrate. In one aspect, a pulse of energy from an energy source optimizes the amount of energy delivered to the anneal region and / or the amount of energy delivered over the duration of the pulse to perform a targeted anneal of the desired region. Adjusted as follows. In one aspect, the wavelength of the laser is tuned so that most of the radiation is absorbed by a silicon layer disposed on the substrate. In laser annealing processes performed on silicon-containing substrates, the wavelength of radiation is typically less than about 800 nm and can be delivered in the far ultraviolet (UV), infrared (IR), or other desired wavelengths. . In one embodiment, the energy source can be a high intensity light source such as a laser adapted to deliver radiation at a wavelength of about 500 nm to about 11 micrometers. In most embodiments, the annealing process is typically performed on a given area of the substrate for a relatively short time, such as on the order of about 1 second or less.

いくつかの実施形態では、エネルギー源は複数の放射体を含み、放射体の少なくとも1つは上記のアニールエネルギーを放出し、放射体の少なくとも1つは予熱エネルギーを放出する。予熱エネルギーは、連続波エネルギーとすることができ、またはパルス状で送達することができる。予熱エネルギーは、干渉性もしくは非干渉性、単色もしくは多色、偏光もしくは非偏光、またはこれらの任意の組合せもしくは程度とすることができる。予熱エネルギーは、高強度の白色光として、赤外光として、またはレーザ光として送達することができる。高強度の白色光は、キセノンランプを使用して送達することができる。赤外光は、熱ランプを使用して送達することができる。いくつかの実施形態では、予熱エネルギーは、アニールエネルギーがパルス状で送達される状態で、連続波放射として送達することができる。予熱エネルギーは通常、アニールまたは溶融に必要な量の数分の1だけ基板の温度を上昇させるように選択される。一実施形態では、作業表面の上にレーザが配置され、このレーザを4つの熱ランプが取り囲み、アニール区間の周りの領域を予熱する。別の実施形態では、熱ランプの代わりに4つのキセノンランプを使用して、高強度の白色光を送達することができる。   In some embodiments, the energy source includes a plurality of radiators, at least one of the radiators emits the annealing energy described above, and at least one of the radiators emits preheat energy. The preheat energy can be continuous wave energy or can be delivered in pulses. The preheating energy can be coherent or non-coherent, monochromatic or polychromatic, polarized or non-polarized, or any combination or degree thereof. The preheat energy can be delivered as high intensity white light, as infrared light, or as laser light. High intensity white light can be delivered using a xenon lamp. Infrared light can be delivered using a heat lamp. In some embodiments, the preheat energy can be delivered as continuous wave radiation, with annealing energy delivered in pulses. The preheating energy is usually selected to raise the temperature of the substrate by a fraction of the amount required for annealing or melting. In one embodiment, a laser is placed over the work surface and the laser is surrounded by four heat lamps to preheat the area around the anneal zone. In another embodiment, four xenon lamps can be used instead of heat lamps to deliver high intensity white light.

図5は、本発明の実施形態を実施するのに有用な加工チャンバ500を示す概略横断面図である。加工チャンバ500は、チャンバ本体504上に形成された光学的に透明な窓506を含む。チャンバ本体504は、加工体積502を画定する。一実施形態では、加工体積502は、加工体積502に接続された不活性ガス源512および真空ポンプ510によって維持される不活性環境を有することができる。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a processing chamber 500 useful for practicing embodiments of the present invention. The processing chamber 500 includes an optically transparent window 506 formed on the chamber body 504. The chamber body 504 defines a processing volume 502. In one embodiment, the processing volume 502 can have an inert environment maintained by an inert gas source 512 and a vacuum pump 510 connected to the processing volume 502.

加工体積502内には基板支持体508が配置される。基板支持体508は、上面516上に配置された基板514を支持して動かすように構成される。チャンバ本体504の外側にはエネルギー源518が位置決めされ、光学的に透明な窓506を通ってエネルギーを投射するように構成される。このエネルギー源は、本明細書の別の個所に記載の方法のいずれかでアニールエネルギー520および予熱エネルギー522を投射するように構成することができる。基板支持体508は、基板支持体508上に配置された基板514に対する冷却および加熱能力を有する温度制御ユニット524に接続することができる。基板支持体508は、加工中に基板514とエネルギー源518の間の正確な位置合せおよび相対的な動きを可能にする1つまたは複数の高精度ステージ526に接続することができる。   A substrate support 508 is disposed in the processing volume 502. The substrate support 508 is configured to support and move the substrate 514 disposed on the upper surface 516. An energy source 518 is positioned outside the chamber body 504 and is configured to project energy through an optically transparent window 506. This energy source can be configured to project the anneal energy 520 and preheat energy 522 in any of the ways described elsewhere herein. The substrate support 508 can be connected to a temperature control unit 524 having cooling and heating capabilities for the substrate 514 disposed on the substrate support 508. The substrate support 508 can be connected to one or more precision stages 526 that allow for precise alignment and relative movement between the substrate 514 and the energy source 518 during processing.

一実施形態では、光センサ528を使用して、基板514とエネルギー源518の位置合せを助けることができる。光センサ528は、光学的に透明な窓506付近に位置決めすることができ、制御ユニット530に接続することができる。制御ユニット530は、高精度ステージ526にさらに接続される。位置合せ中、光センサ528は、光学的に透明な窓506から「観察」して、基板514上の視覚マーカ、たとえばノッチ、およびダイの周りのスクライブラインの位置を突き止めることができる。制御ユニット530は、光センサ528からの信号を処理して、位置合せ調整のための高精度ステージ526への制御信号を生成する。   In one embodiment, a light sensor 528 can be used to help align the substrate 514 and the energy source 518. The optical sensor 528 can be positioned near the optically transparent window 506 and can be connected to the control unit 530. The control unit 530 is further connected to the high precision stage 526. During alignment, the optical sensor 528 can be “observed” from the optically transparent window 506 to locate visual markers on the substrate 514, such as notches, and scribe lines around the die. The control unit 530 processes the signal from the optical sensor 528 to generate a control signal to the high precision stage 526 for alignment adjustment.

上記のように、電力要件のため、基板は通常、一度に一部分だけアニールされる。それぞれの個々のアニール後、次のアニール部分を照らすには、電磁エネルギーを基板に対して平行移動させなければならない。図6は、アレイ状に配列された40個の方形のダイ602を含む基板600の概略上面図である。各ダイ602は、スクライブライン604によって区切られる。スクライブライン604はまた、ダイ間の未使用領域606を画定する。単一のダイ602の方へ第1の数量のエネルギーを投射するために、第1のエネルギー投射領域608が設けられる。一般に、第1のエネルギー投射領域608は、各ダイ602の領域以上であるが、各ダイ602の領域にスクライブライン604を取り囲む未使用領域606を加えた和より小さい領域をカバーすることができ、したがってエネルギー投射領域608内で送達されるエネルギーは、ダイ602を完全にカバーするが、隣接するダイ602と重複しない。第1のエネルギー投射領域608を取り囲んで、第2の数量のエネルギーを基板600へ送達するために、第2のエネルギー投射領域610が設けられる。第1の数量のエネルギーは通常、第2の数量のエネルギーとは異なる。いくつかの実施形態では、第1の数量のエネルギーは、第2の数量のエネルギーより高い強度および大きな電力を有する。いくつかの実施形態では、第1の数量のエネルギーは、基板表面のうち第1のエネルギー投射領域608内部の部分をアニールするように選択することができる。他の実施形態では、第1の数量のエネルギーは、基板表面のうち第1のエネルギー投射領域608内部の部分を優先的に溶融するように選択することができる。第2の数量のエネルギーは、基板表面のうち第2のエネルギー投射領域610内部の部分を予熱するように選択することができる。第2のエネルギー投射領域610の予熱温度の上昇は、約30%〜約70%、好ましくは約50%など、第1のエネルギー投射領域608内で到達する温度の数分の1とすることができる。したがって第2のエネルギー投射領域610は、その領域内の基板表面の温度を、第1のエネルギー投射領域608内で到達する温度より低く維持し、したがって、第1および第2のエネルギー投射領域間の境界面の温度勾配が基板内に生成する熱応力は、基板を損傷するのに必要なものより小さくなる。   As noted above, due to power requirements, the substrate is typically annealed only a portion at a time. After each individual anneal, the electromagnetic energy must be translated relative to the substrate to illuminate the next anneal portion. FIG. 6 is a schematic top view of a substrate 600 including 40 square dies 602 arranged in an array. Each die 602 is delimited by a scribe line 604. Scribe line 604 also defines an unused area 606 between the dies. In order to project a first quantity of energy toward a single die 602, a first energy projection region 608 is provided. In general, the first energy projection area 608 is greater than or equal to the area of each die 602, but can cover an area that is smaller than the sum of the area of each die 602 plus the unused area 606 surrounding the scribe line 604, Thus, the energy delivered within energy projection region 608 completely covers die 602 but does not overlap with adjacent die 602. A second energy projection region 610 is provided to surround the first energy projection region 608 and deliver a second quantity of energy to the substrate 600. The first quantity of energy is typically different from the second quantity of energy. In some embodiments, the first quantity of energy has a higher intensity and greater power than the second quantity of energy. In some embodiments, the first quantity of energy can be selected to anneal a portion of the substrate surface within the first energy projection region 608. In other embodiments, the first quantity of energy can be selected to preferentially melt a portion of the substrate surface within the first energy projection region 608. The second quantity of energy can be selected to preheat a portion of the substrate surface within the second energy projection region 610. The increase in preheat temperature of the second energy projection region 610 may be a fraction of the temperature reached in the first energy projection region 608, such as about 30% to about 70%, preferably about 50%. it can. Thus, the second energy projection region 610 maintains the temperature of the substrate surface in that region below the temperature reached in the first energy projection region 608, and thus between the first and second energy projection regions. The thermal stress generated in the substrate by the interface temperature gradient is less than that required to damage the substrate.

基板表面全体にわたって広がった複数のダイ602上でアニール加工を実行するために、基板および/またはエネルギー源の出力が、各ダイ602に対して位置決めおよび位置合せされる。一実施形態では、曲線612は、基板600の表面上の各ダイ602上で実行されるアニールシーケンス中の基板600のダイ602とエネルギー投射領域608および610の間の相対的な動きを示す。一実施形態では、この相対的な動きは、曲線612をたどるようにxおよびy方向に基板を平行移動させることによって実現することができる。別の実施形態では、この相対的な動きは、静止した基板600に対してエネルギー投射領域608および610を動かすことによって実現することができる。エネルギー投射領域608および610は、基板600に対してエネルギー源を動かすことによって、またはエネルギー自体を操作することによって動かすことができる。電磁エネルギーを使用する一実施形態では、エネルギーは、基板とエネルギー源のいずれも動かさないで、光学系を使用して操作することができる。たとえば、1つまたは複数の鏡またはレンズで、投射されたエネルギーを連続するダイ602の方へ誘導し、それに応じてエネルギー投射領域608および610を動かすことができる。   In order to perform the annealing process on a plurality of dies 602 extending across the entire substrate surface, the output of the substrate and / or energy source is positioned and aligned with respect to each die 602. In one embodiment, the curve 612 shows the relative movement between the die 602 of the substrate 600 and the energy projection regions 608 and 610 during the annealing sequence performed on each die 602 on the surface of the substrate 600. In one embodiment, this relative movement can be achieved by translating the substrate in the x and y directions to follow the curve 612. In another embodiment, this relative movement can be achieved by moving energy projection areas 608 and 610 relative to stationary substrate 600. The energy projection areas 608 and 610 can be moved by moving the energy source relative to the substrate 600 or by manipulating the energy itself. In one embodiment using electromagnetic energy, the energy can be manipulated using optics without moving either the substrate or the energy source. For example, one or more mirrors or lenses can direct the projected energy toward a continuous die 602 and move the energy projection areas 608 and 610 accordingly.

さらに、曲線612によって表す経路とは違う経路を使用して、ダイ602の特定の配列に応じて処理能力および加工品質を最適化することができる。たとえば、代替アニール経路は、実質上螺旋状のパターンをたどることができ、基板600の中心付近のダイ602から開始して、拡大する円形のパターンで進み、または基板の1つの縁部のダイ602から開始して、収縮する円形のパターンで進む。一実施形態では、対角線に沿ったアニール経路を追求し、ダイ602の対角線を通って描かれた経路に沿って進むと有利であろう。そのような経路は、連続するダイ602上でアニール領域が重複する可能性を最小にすることができる。   In addition, a different path than that represented by curve 612 can be used to optimize throughput and processing quality depending on the particular arrangement of dies 602. For example, the alternate anneal path can follow a substantially spiral pattern, starting with a die 602 near the center of the substrate 600 and progressing in an expanding circular pattern, or a die 602 on one edge of the substrate. Start with a circular pattern that shrinks. In one embodiment, it may be advantageous to pursue an annealing path along a diagonal and proceed along a path drawn through the diagonal of die 602. Such a path can minimize the possibility of overlapping anneal regions on successive dies 602.

エネルギー源がアニール経路に沿って進むにつれて、エネルギー投射領域は基板の表面に沿って動く。図6の第2のエネルギー投射領域610は、すべての方向で第1のエネルギー投射領域608に先行する。したがって、第2のエネルギー投射領域610を使用して、基板のうち第1のエネルギー投射領域608内でアニールすべき部分を予熱することができる。予熱することで、基板上の熱応力の衝撃を低減させて、アニール領域の縁部で基板の損傷を防止する。   As the energy source travels along the annealing path, the energy projection region moves along the surface of the substrate. The second energy projection area 610 in FIG. 6 precedes the first energy projection area 608 in all directions. Accordingly, the second energy projection region 610 can be used to preheat the portion of the substrate that is to be annealed within the first energy projection region 608. Preheating reduces the impact of thermal stress on the substrate and prevents damage to the substrate at the edge of the anneal region.

代替実施形態では、第2のエネルギー投射領域は、第1のエネルギー投射領域に隣接させることができる。たとえば、第2のエネルギー投射領域は、第1のエネルギー投射領域の両側で、アニール経路の方向に外方へ延びることができる。したがって、第2のエネルギー投射領域のうち、投射されたエネルギーがアニール経路に沿って進むにつれて第1のエネルギー投射領域の前を進む部分は、基板のうちアニールすべき部分を予熱することができ、他の部分は、アニール領域の後ろの基板の冷却を和らげる。この種のアニール加工を実行するように適合された装置は、基板の先端に到達したときにエネルギー源を回転させ、したがってエネルギー源が異なる方向に進み、第2のエネルギー投射領域が引き続き第1のエネルギー投射領域に先行できるようにする特性を有すると有利であろう。   In an alternative embodiment, the second energy projection area can be adjacent to the first energy projection area. For example, the second energy projection region can extend outward in the direction of the annealing path on both sides of the first energy projection region. Accordingly, the portion of the second energy projection region that advances in front of the first energy projection region as the projected energy proceeds along the annealing path can preheat the portion of the substrate that is to be annealed, The other part moderates the cooling of the substrate behind the anneal region. An apparatus adapted to perform this type of annealing process rotates the energy source when the tip of the substrate is reached, so that the energy source travels in a different direction and the second energy projection region continues to the first It would be advantageous to have a property that allows the energy projection area to be preceded.

一実施形態では、アニール加工中、基板600は、図6の曲線612によって示すように、エネルギー投射領域608および610に対して動く。特定のダイ602が第1のエネルギー投射領域608内に位置決めおよび位置合せされると、エネルギー源は、基板600の方へエネルギーのパルスを投射し、したがってダイ602は、特定のアニール加工レシピに従って、規定の持続時間にわたって特定の量のエネルギーに露出される。パルスエネルギーの持続時間は通常、基板600と第1のエネルギー投射領域608の間の相対的な動きが各ダイ602全体にわたっていかなる「ぼけ」、すなわち不均一なエネルギー分配ももたらさず、基板の損傷をもたらさないのに十分なほど短い。したがって、エネルギー投射領域608および610は、基板600に対して連続して動くことができ、アニールエネルギーの短いバーストが、第1のエネルギー投射領域内の様々なダイ602に衝突する。第2のエネルギー投射領域610に衝突するエネルギーも同様に、パルス状であっても連続であってもよい。パルス状の場合、第2のエネルギー投射領域の方へ投射されるエネルギーは通常、基板の熱量を管理するために第1のエネルギー投射領域の露出時間にわたって第1のエネルギー投射領域に与えられる温度上昇の約30%〜約70%、より好ましくは約50%など、かなりの割合で第2のエネルギー投射領域内の基板表面の温度を上昇させるように選択された性質のものである。   In one embodiment, during the annealing process, the substrate 600 moves relative to the energy projection areas 608 and 610 as shown by curve 612 in FIG. Once a particular die 602 is positioned and aligned within the first energy projection region 608, the energy source projects a pulse of energy toward the substrate 600, so that the die 602 is subject to a particular annealing process recipe. You are exposed to a specific amount of energy for a specified duration. The duration of the pulse energy typically results in relative motion between the substrate 600 and the first energy projection region 608 not causing any “blur” or non-uniform energy distribution across each die 602, resulting in substrate damage. Short enough to not bring. Thus, the energy projection areas 608 and 610 can move continuously with respect to the substrate 600, and a short burst of annealing energy strikes the various dies 602 in the first energy projection area. Similarly, the energy colliding with the second energy projection region 610 may be pulsed or continuous. If pulsed, the energy projected towards the second energy projection region is typically a temperature rise applied to the first energy projection region over the exposure time of the first energy projection region to manage the amount of heat of the substrate. Of about 30% to about 70%, more preferably about 50%, of a property selected to raise the temperature of the substrate surface in the second energy projection region at a significant rate.

たとえば、第1のエネルギー投射領域が、10ナノ秒のレーザバーストなど、基板の温度を20℃から1,300℃へ増大させる入射エネルギーの第1のパルスを受ける場合、第2のエネルギー投射領域へ送達される入射エネルギーの第2のパルスは、第1のバースト中、その領域内の基板の温度を少なくとも約600℃まで上昇させるはずである。必要な場合、第2のパルスを第1のパルスより大きくして、第2のエネルギー投射領域時間で加熱することができる。いくつかの実施形態では、第2のエネルギー投射領域が第1のエネルギー投射領域を包含し、第1のパルス前に開始して第1のパルス後に終了し、したがって第1のパルスを包含する間隔にわたって送達される第2のパルスが、基板の隣接する領域とともに、第1のパルスにかけられる領域を予熱すると有利であろう。   For example, if the first energy projection region receives a first pulse of incident energy that increases the temperature of the substrate from 20 ° C. to 1,300 ° C., such as a 10 nanosecond laser burst, to the second energy projection region. The second pulse of incident energy delivered should raise the temperature of the substrate in that region to at least about 600 ° C. during the first burst. If necessary, the second pulse can be made larger than the first pulse and heated in the second energy projection region time. In some embodiments, the second energy projection region includes the first energy projection region, an interval that begins before the first pulse and ends after the first pulse, and thus includes the first pulse. It may be advantageous for the second pulse delivered across to preheat the area subjected to the first pulse along with the adjacent area of the substrate.

他の実施形態では、第1のエネルギー投射領域へ送達されるエネルギーがパルス状であるのに対して、第2のエネルギー投射領域へ送達されるエネルギーを連続とすることができる。いくつかの実施形態では、第2のエネルギー投射領域へ連続エネルギーが送達されるのに対して、第1のエネルギー投射領域へエネルギーの複数のパルスを送達することができる。   In other embodiments, the energy delivered to the first energy projection region is pulsed, whereas the energy delivered to the second energy projection region can be continuous. In some embodiments, multiple pulses of energy can be delivered to the first energy projection region while continuous energy is delivered to the second energy projection region.

図7は、本発明の別の実施形態による装置700の概略横断面図である。装置700は、基板704を加工するためのチャンバ702を備える。基板は、チャンバ702内部の基板支持体706上に位置決めされる。図7の実施形態では、前面および裏面から基板704に照射するため、基板支持体706をリングとして表す。代替実施形態では、片面のみから基板704に照射することができ、基板704は、図5の例示的な基板支持体508などの基板支持体上に位置することができる。基板を挿入し、またチャンバ702から取り出すために、リフトピン756がアクチュエータ758とともに、基板支持体706を上下させる。チャンバ702は、ともに加工体積712を画定する下部部分708および上部部分710を有する。上部部分は通常、基板704の上に上部加工体積712Aを画定する上壁726を有する。上部部分710は、基板を置いたり回収したりするための開口714と、プロセスガス源718からプロセスガスを提供するためのガス入口716とを有することができる。上部部分710は、光透過および吸収特性のために選択された材料から作られた第1の窓720を支持する。チャンバ702の外側には第1のエネルギー源722が位置決めされ、第1のエネルギー724を第1の窓720の方へ誘導する。第1の窓は、第1のエネルギー724の一部または全部をチャンバ702内へ通すことが好ましい。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an apparatus 700 according to another embodiment of the present invention. The apparatus 700 includes a chamber 702 for processing the substrate 704. The substrate is positioned on a substrate support 706 inside the chamber 702. In the embodiment of FIG. 7, the substrate support 706 is represented as a ring to irradiate the substrate 704 from the front and back surfaces. In an alternative embodiment, the substrate 704 can be irradiated from only one side, and the substrate 704 can be located on a substrate support, such as the exemplary substrate support 508 of FIG. Lift pins 756, together with actuators 758, raise and lower the substrate support 706 to insert and remove the substrate from the chamber 702. Chamber 702 has a lower portion 708 and an upper portion 710 that together define a processing volume 712. The upper portion typically has an upper wall 726 that defines an upper working volume 712A on the substrate 704. The upper portion 710 may have an opening 714 for placing and retrieving a substrate and a gas inlet 716 for providing process gas from a process gas source 718. The upper portion 710 supports a first window 720 made from a material selected for light transmission and absorption properties. A first energy source 722 is positioned outside the chamber 702 and directs the first energy 724 towards the first window 720. The first window preferably passes some or all of the first energy 724 into the chamber 702.

チャンバ702の下部部分708は、下部加工体積712Bを画定する下部チャンバ壁728を含む。下部部分708は、チャンバ702からプロセスガスを除去するためのポンプ732に結合されたガス出口730を有することができる。チャンバ702の下部部分708は、第2のエネルギー源734を収容する。第2のエネルギー源734は、第2のエネルギー738を生成して第2のエネルギー738を基板704の方へ誘導するための複数の光源736を備える。第2の窓740は、複数の光源736を覆う。各光源は管746内に収容され、管746は、光源736からのエネルギーを基板704の方へ誘導するように反射性を有することができる。光源736は通常、電源742によって電力供給される。図7の実施形態では、電源742からの電力はスイッチングボックス744へ経路指定され、スイッチングボックス744は、電源742からの電力を光源736の1つまたは複数へ経路指定する。スイッチングボックス744の動作を制御することによって、光源736を選択的に付勢することができる。   The lower portion 708 of the chamber 702 includes a lower chamber wall 728 that defines a lower processing volume 712B. The lower portion 708 can have a gas outlet 730 coupled to a pump 732 for removing process gas from the chamber 702. The lower portion 708 of the chamber 702 houses the second energy source 734. The second energy source 734 includes a plurality of light sources 736 for generating the second energy 738 and directing the second energy 738 toward the substrate 704. The second window 740 covers the plurality of light sources 736. Each light source is housed within a tube 746 that can be reflective to direct energy from the light source 736 towards the substrate 704. The light source 736 is typically powered by a power source 742. In the embodiment of FIG. 7, power from power source 742 is routed to switching box 744, which switches power from power source 742 to one or more of light sources 736. By controlling the operation of the switching box 744, the light source 736 can be selectively energized.

多くの実施形態では、光源736は、熱ランプなどの赤外光生成器とすることができるが、光源736はまた、広域スペクトル光、紫外光、または紫外から赤外までの広域スペクトル全体にわたる波長の組合せを生成するように構成することもできる。いくつかの実施形態では、光源736は、ハロゲンランプなどの白色光ランプ、またはフラッシュランプとすることができる。光源736によって生成される第2のエネルギー738は、基板704の一部分を、基板をアニールするには十分でない高さの温度まで加熱する。したがって、光源736は予熱エネルギー源として働く。したがって、基板704のうち第2のエネルギー738によって処理される部分は、予熱区間746である。   In many embodiments, the light source 736 can be an infrared light generator, such as a heat lamp, but the light source 736 can also be a broad spectrum light, ultraviolet light, or wavelength across the broad spectrum from ultraviolet to infrared. It can also be configured to generate a combination of In some embodiments, the light source 736 can be a white light lamp, such as a halogen lamp, or a flash lamp. The second energy 738 generated by the light source 736 heats a portion of the substrate 704 to a temperature that is not high enough to anneal the substrate. Accordingly, the light source 736 serves as a preheating energy source. Accordingly, the portion of the substrate 704 that is processed by the second energy 738 is the preheating section 746.

多くの実施形態では、第1のエネルギー源722は、基板704によって容易に吸収される波長の光を生成することが可能なレーザとすることができる。他の実施形態では、第1のエネルギー源722は、フラッシュランプまたは白色光源とすることができる。第1のエネルギー源722によって生成される第1のエネルギー724は、基板704の一部分をアニールするのに十分な高さの温度まで基板704のその部分を加熱する。したがって、第1のエネルギー源722はアニールエネルギー源として働く。したがって、基板704のうち第1のエネルギー724によって処理される部分は、アニール区間748である。   In many embodiments, the first energy source 722 can be a laser capable of generating light of a wavelength that is easily absorbed by the substrate 704. In other embodiments, the first energy source 722 can be a flash lamp or a white light source. The first energy 724 generated by the first energy source 722 heats that portion of the substrate 704 to a temperature high enough to anneal the portion of the substrate 704. Accordingly, the first energy source 722 serves as an annealing energy source. Accordingly, the portion of the substrate 704 that is processed by the first energy 724 is the anneal zone 748.

上記のように、基板704は、部分ごとに処理されることが好ましい。第1のエネルギー源722をアニール領域748の上に位置決めするために、アクチュエータ750が設けられる。制御装置752は、アクチュエータ750を動作して、第1のエネルギー源722をアニール区間748の上へ位置決めさせ、またスイッチングボックス744を動作して、予熱エネルギーを予熱区間746の方へ誘導するように1つまたは複数の光源736へ電力を切り換えさせる。このようにして、アニール前に基板の一部分が予熱される。制御装置752は、基板704のうちアニールされる任意の部分がまず予熱されるように、予熱区間746とアニール区間748をともに動かすように動作するが、周囲区間754を画定する基板704の大部分は周囲温度のままである。   As described above, the substrate 704 is preferably processed part by part. An actuator 750 is provided to position the first energy source 722 over the anneal region 748. The controller 752 operates the actuator 750 to position the first energy source 722 above the annealing section 748 and operates the switching box 744 to direct the preheating energy toward the preheating section 746. The power is switched to one or more light sources 736. In this way, a portion of the substrate is preheated before annealing. The controller 752 operates to move both the preheat section 746 and the anneal section 748 so that any portion of the substrate 704 that is annealed is first preheated, but the majority of the substrate 704 that defines the peripheral section 754. Remains at ambient temperature.

図8Aおよび8Bは、本発明の2つの実施形態に対する温度−時間プロファイルを示すグラフである。各グラフは、本発明の実施形態による熱加工にかけられている基板の表面上の1つの点の温度を示す。上記のように、基板は、エネルギーを基板表面の方へ誘導するエネルギー源に対して動く。図8Aでは、基板表面上の例示的な点が周囲区間から第1の予熱区間へ動くと、その点の温度は、周囲温度間隔800内の周囲温度から第1の予熱間隔802内の第1の予熱温度へ動く。本明細書の別の個所に記載のように、第1の予熱温度は通常、基板表面をアニールするのに必要な温度より低い。例示的な点が第1の予熱区間から第2の予熱区間へ動くと、その点の温度は、第1の予熱間隔802内の第1の予熱温度から第2の予熱間隔804内の第2の予熱温度へ動く。図8Aの実施形態は、基板表面上に画定された、周囲区間、2つの予熱区間、およびアニール区間という4つの区間を示す。基板表面上の例示的な点が第2の予熱区間からアニール区間へ動くと、その点の温度は、第2の予熱間隔804内の第2の予熱温度からアニール間隔806内のアニール温度へ動く。例示的な点は、アニール区間から再びより低い温度区間へ動くと、第1の冷却間隔808内の第2の予熱間隔804の条件まで、第2の冷却間隔810内の第1の予熱間隔802の条件まで、そして最後に第2の周囲間隔812内の周囲条件まで冷却を受ける。代替実施形態は、冷却間隔808および810中の温度が予熱間隔802および804内の温度とは異なることを特徴とすることができることに留意されたい。したがって、冷却間隔808内の温度は、予熱間隔802内の温度より高くても低くてもよく、また冷却間隔810内の温度は、予熱間隔804内の温度より高くても低くてもよい。類似の実施形態は、1つだけの予熱間隔または3つ以上の予熱間隔を特徴とすることができることを理解されたい。同様に、いくつかの実施形態は、1つだけの冷却間隔または3つ以上の冷却間隔を特徴とすることができる。   8A and 8B are graphs showing temperature-time profiles for two embodiments of the present invention. Each graph shows the temperature at one point on the surface of the substrate being subjected to thermal processing according to an embodiment of the present invention. As described above, the substrate moves relative to an energy source that directs energy toward the substrate surface. In FIG. 8A, when an exemplary point on the substrate surface moves from the ambient section to the first preheat section, the temperature at that point is changed from the ambient temperature in the ambient temperature interval 800 to the first in the first preheat interval 802. Move to the preheating temperature. As described elsewhere herein, the first preheat temperature is typically lower than the temperature required to anneal the substrate surface. As the exemplary point moves from the first preheating interval to the second preheating interval, the temperature at that point is changed from the first preheating temperature in the first preheating interval 802 to the second in the second preheating interval 804. Move to the preheating temperature. The embodiment of FIG. 8A shows four sections defined on the substrate surface: a peripheral section, two preheat sections, and an anneal section. As an exemplary point on the substrate surface moves from the second preheat interval to the anneal interval, the temperature at that point moves from the second preheat temperature within the second preheat interval 804 to the anneal temperature within the anneal interval 806. . An exemplary point is that when moving from the annealing interval to the lower temperature interval again, the first preheating interval 802 in the second cooling interval 810 up to the condition of the second preheating interval 804 in the first cooling interval 808. And finally to ambient conditions within the second ambient interval 812. Note that alternative embodiments may be characterized in that the temperature during the cooling intervals 808 and 810 is different from the temperature within the preheating intervals 802 and 804. Accordingly, the temperature within the cooling interval 808 may be higher or lower than the temperature within the preheating interval 802, and the temperature within the cooling interval 810 may be higher or lower than the temperature within the preheating interval 804. It should be understood that similar embodiments may feature only one preheat interval or more than two preheat intervals. Similarly, some embodiments may feature only one cooling interval or more than two cooling intervals.

図8Bのグラフは、本発明の別の実施形態による熱加工にかけられている基板表面上の1つの点の温度−時間プロファイルについて説明する。図8Bの実施形態では、図8Aの実施形態と同様に、基板表面上の例示的な点は周囲間隔850から第1の予熱間隔852へ動く。次いで例示的な点は、第2の予熱間隔854内へ動く。第2の予熱間隔854は、変動する温度−時間プロファイルを特徴とする。この実施形態では、例示的な点が第2の予熱間隔854を通って動くにつれて、その点の温度は、第1の予熱温度から第2の予熱温度へ上昇する。この上昇は、間隔854内に示すように直線的なものとすることができ、または何らかの他のプロファイルを有することができ、さらには第2の予熱間隔854の概して上昇する温度−時間プロファイル内に温度が低下する短い間隔を含むこともできる。例示的な点は、アニール間隔856内へ、次いで第1の冷却間隔858内へ動く。第1の冷却間隔858もまた、第2の予熱間隔854のものとよく似ている変動する温度−時間プロファイルを有することができる。次いで例示的な点は、第2の冷却間隔860内へ動き、それに続いて第2の周囲間隔862へ動く。   The graph of FIG. 8B illustrates the temperature-time profile of one point on the substrate surface that has been subjected to thermal processing according to another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 8B, similar to the embodiment of FIG. 8A, the exemplary points on the substrate surface move from the peripheral spacing 850 to the first preheating spacing 852. The exemplary point then moves into the second preheat interval 854. The second preheat interval 854 is characterized by a varying temperature-time profile. In this embodiment, as the exemplary point moves through the second preheat interval 854, the temperature at that point increases from the first preheat temperature to the second preheat temperature. This increase can be linear as shown in interval 854, or can have some other profile, and even within the generally rising temperature-time profile of the second preheat interval 854. Short intervals where the temperature decreases can also be included. An exemplary point moves into the anneal interval 856 and then into the first cooling interval 858. The first cooling interval 858 can also have a varying temperature-time profile that is similar to that of the second preheating interval 854. The exemplary point then moves into the second cooling interval 860 followed by the second peripheral interval 862.

図9は、本発明の一実施形態による方法900を示す流れ図である。910では、熱処理チャンバに基板が設けられる。920では、基板の表面上に複数の区間が画定される。各区間は、電力レベルの異なる電磁エネルギーを使用して処理される。大部分の実施形態では、少なくとも3つの区間が存在するが、本発明の実施形態は、2つの区間または4つ以上の区間を特徴とすることが企図される。大部分の実施形態では、少なくとも1つの区間はアニール区間であり、基板の表面をアニールするように選択された電磁エネルギーで処理される。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのアニール区間内で基板表面を溶融することが望ましいであろう。大部分の実施形態では、少なくとも1つの区間は予熱区間である。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の区間を、予熱と冷却を組み合わせた区間とすることができ、他の実施形態では、1つまたは複数の区間を、排他的に予熱または冷却の区間とすることができる。   FIG. 9 is a flow diagram illustrating a method 900 according to one embodiment of the invention. At 910, a substrate is provided in the heat treatment chamber. At 920, a plurality of sections are defined on the surface of the substrate. Each section is processed using electromagnetic energy with a different power level. In most embodiments, there are at least three sections, but embodiments of the invention are contemplated to feature two sections or more than four sections. In most embodiments, at least one section is an anneal section and is treated with electromagnetic energy selected to anneal the surface of the substrate. In some embodiments, it may be desirable to melt the substrate surface within at least one anneal zone. In most embodiments, at least one section is a preheat section. In some embodiments, one or more sections can be sections that combine preheating and cooling, while in other embodiments, one or more sections are exclusively preheating or cooling sections. It can be.

一態様では、基板支持体上に基板が配置され、基板の第1の部分の方へ第1の数量の電磁エネルギーが誘導される。さらに、基板の第2の部分の方へ第2の数量の電磁エネルギーが誘導される。基板の第1の部分は基板の第2の部分を取り囲んでおり、第1の数量の電磁エネルギーは基板の第1の部分を予熱し、第2の数量の電磁エネルギーは基板の第2の部分をアニールする。第1の数量および第2の数量は基板全体にわたって動かされ、2つの量のエネルギー間で一定の空間関係を維持し、したがってエネルギーが動くにつれて、基板のうち第1および第2の部分内の領域が動く。   In one aspect, a substrate is disposed on the substrate support and a first quantity of electromagnetic energy is induced toward the first portion of the substrate. In addition, a second quantity of electromagnetic energy is induced towards the second portion of the substrate. The first portion of the substrate surrounds the second portion of the substrate, the first quantity of electromagnetic energy preheats the first portion of the substrate, and the second quantity of electromagnetic energy is applied to the second portion of the substrate. Anneal. The first quantity and the second quantity are moved across the substrate to maintain a constant spatial relationship between the two quantities of energy, and thus the regions in the first and second portions of the substrate as the energy moves. Moves.

別の態様では、2つの量で送達される電磁エネルギーは、任意の所望の性質のものとすることができる。各数量のエネルギーは、任意の程度で干渉性のまたは非干渉性、単色または多色、偏光または非偏光、および連続またはパルス状とすることができる。各数量のエネルギーは、1つもしくは複数のレーザ、高強度の白色光ランプ、フラッシュランプ、熱ランプ、またはこれらの組合せによって送達することができる。2つの量のエネルギーは、強度だけが異なる電磁エネルギーによって送達することができ、または2つの量は、上記の特性のいずれかにおいて、任意の所望の程度だけ異なってもよい。一例では、第1の数量は、1つまたは複数のレーザによって送達することができ、各レーザは、約850nm未満の波長で少なくとも100W/cmの電力を送達する。これらのレーザは、パルス状または連続波のエネルギー源とすることができる。パルス状の実施形態では、パルシングは、電力をレーザへ循環させることによって、またはレーザ光が光学アセンブリを離れるのを断続的に阻止する光スイッチングによって実現することができる。別の例では、第2の数量は、約25W/cmなど、50W/cm未満の電力レベルで第2の部分へ非干渉性の光を送達する1つまたは複数のランプによって送達することができる。 In another aspect, the electromagnetic energy delivered in the two quantities can be of any desired nature. Each quantity of energy can be coherent or incoherent, monochromatic or polychromatic, polarized or non-polarized, and continuous or pulsed to any degree. Each quantity of energy can be delivered by one or more lasers, high intensity white light lamps, flash lamps, heat lamps, or combinations thereof. The two quantities of energy can be delivered by electromagnetic energy that differs only in intensity, or the two quantities may differ by any desired degree in any of the above characteristics. In one example, the first quantity can be delivered by one or more lasers, each laser delivering at least 100 W / cm 2 of power at a wavelength of less than about 850 nm. These lasers can be pulsed or continuous wave energy sources. In pulsed embodiments, pulsing can be achieved by circulating power to the laser or by optical switching that intermittently prevents the laser light from leaving the optical assembly. In another example, the second quantity, be delivered by about 25W / cm 2, such as one or more lamps delivering incoherent light at 50 W / cm 2 less than the power level to the second portion Can do.

図10は、本発明の別の実施形態による方法1000を要約する流れ図である。1010では、熱処理チャンバ内の基板支持体上に基板が位置決めされる。1020では、基板の第1の部分の方へ第1の電磁エネルギー源が誘導される。1030では、同時に基板の第2の部分の方へ第2の電磁エネルギー源が誘導される。本明細書の別の個所に記載のように、これらの源の1つはアニールエネルギーを送達するように構成することができ、他の源は予熱エネルギーを送達するように構成される。1040では、基板は、第1および第2のエネルギー源に対して平行移動される。基板を平行移動させることで、送達されるエネルギーが基板表面全体にわたって平行移動し、表面全体を部分ごとにアニールする。図10の実施形態では、基板が動くのに対してこれらのエネルギー源は実質上静止しているが、特定の実施形態は、基板が動くことに加えてエネルギー源またはエネルギーも動くことを特徴とすることができる。基板の平行移動は通常、装置内の正確な位置に基板を位置決めすることが可能な高精度ステージなどの可動式の基板支持体を使用することによって実現される。   FIG. 10 is a flow diagram summarizing a method 1000 according to another embodiment of the invention. At 1010, a substrate is positioned on a substrate support in a thermal processing chamber. At 1020, a first source of electromagnetic energy is directed toward a first portion of the substrate. At 1030, a second source of electromagnetic energy is simultaneously directed toward the second portion of the substrate. As described elsewhere herein, one of these sources can be configured to deliver annealing energy and the other source is configured to deliver preheating energy. At 1040, the substrate is translated relative to the first and second energy sources. By translating the substrate, the energy delivered is translated across the entire surface of the substrate, annealing the entire surface in portions. In the embodiment of FIG. 10, these energy sources are substantially stationary as the substrate moves, but certain embodiments are characterized in that the energy source or energy moves in addition to the substrate moving. can do. The translation of the substrate is typically accomplished by using a movable substrate support such as a high precision stage that can position the substrate at a precise location within the apparatus.

大部分の実施形態では、これらの区間は異なる温度で維持される。いくつかの実施形態では、これらの区間は、様々なタイプおよび強度の電磁エネルギーを基板表面の方へ誘導することによって加熱される。図9の実施形態では、930で、各区間には、異なる電力レベルの電磁エネルギーを使用して照射される。他の実施形態では、基板の裏面に接触する加熱された基板支持体を使用することによって、基板へ追加の熱を与えることができる。さらに他の実施形態では、基板の裏面に接触する冷却された基板支持体によって、基板の部分を選択的に冷却することができる。これらの区間の少なくとも1つ内の温度は、基板の表面をアニールするように選択される。これらの区間の少なくとも1つ内の温度は、基板の表面を予熱するように選択され、基板表面をアニールするのに必要な温度より低い。1つの区間は、最大の電力レベルを受け取る。この区間をアニール区間とすることができる。他の区間は、より小さい電力レベルを受け取る。1つまたは複数の区間は、最大の電力レベルを下回る高い電力レベルを受け取ることができる。これらの区間を予熱区間とすることができる。さらに他の区間は、無視できるほどの電力を受け取ることができ、または冷却することができる。いくつかの区間は周囲区間とすることができ、基板の温度は周囲温度で維持される。   In most embodiments, these sections are maintained at different temperatures. In some embodiments, these sections are heated by inducing various types and strengths of electromagnetic energy toward the substrate surface. In the embodiment of FIG. 9, at 930, each section is illuminated using different power levels of electromagnetic energy. In other embodiments, additional heat can be applied to the substrate by using a heated substrate support that contacts the backside of the substrate. In still other embodiments, portions of the substrate can be selectively cooled by a cooled substrate support that contacts the backside of the substrate. The temperature within at least one of these sections is selected to anneal the surface of the substrate. The temperature in at least one of these sections is selected to preheat the surface of the substrate and is lower than the temperature required to anneal the substrate surface. One leg receives the maximum power level. This section can be an annealing section. The other leg receives a lower power level. One or more intervals may receive a high power level below the maximum power level. These sections can be preheated sections. Still other sections can receive negligible power or can be cooled. Some sections can be ambient sections and the substrate temperature is maintained at ambient temperature.

いくつかの実施形態では、異なる区間には、異なる電磁エネルギー源を使用して照射することができる。1つまたは複数のレーザは、電磁エネルギーを提供することができる。第1のレーザは、基板のうちある区間内の一部分をアニールするためのエネルギーを生成することができ、第2のレーザは、基板のうち別の区間内の一部分を予熱するためのエネルギーを生成することができる。代替実施形態では、複数のレーザが基板の部分を予熱することができる。別の実施形態、たとえば図7の実施形態では、1つまたは複数の熱ランプが基板の部分を予熱することができる。   In some embodiments, the different sections can be illuminated using different electromagnetic energy sources. One or more lasers can provide electromagnetic energy. The first laser can generate energy for annealing a portion of the substrate in one section, and the second laser can generate energy for preheating a portion of the substrate in another section. can do. In an alternative embodiment, multiple lasers can preheat portions of the substrate. In another embodiment, such as the embodiment of FIG. 7, one or more heat lamps can preheat portions of the substrate.

複数の区間がアニール区間を含む実施形態では、予熱または冷却機能を提供する区間は、予熱または冷却を容易にするように成形することができる。アニール区間が片側に予熱区間を有し、反対側に冷却区間を有する例示的な実施形態では、予熱区間および冷却区間は、先細りした形状を有することができ、第1の縁部は、アニール区間の縁部に当接してアニール区間の縁部と同一の広がりを有し、また第1の縁部の反対側の第1の縁部より短い第2の縁部は、台形の形状を形成する。代替実施形態では、予熱および冷却区間は、三角形の形状とすることができ、それぞれの1つの縁部は、アニール区間の縁部と同一の広がりを有する。他の代替実施形態では、予熱および冷却区間の先細りした先端を湾曲させることができ、いくつかの実施形態では、放物線状または半円形とすることができる。   In embodiments where the plurality of sections include annealing sections, sections that provide a preheating or cooling function can be shaped to facilitate preheating or cooling. In an exemplary embodiment where the annealing section has a preheating section on one side and a cooling section on the opposite side, the preheating section and the cooling section can have a tapered shape, and the first edge is the annealing section. A second edge that is in contact with the edge of the substrate and is coextensive with the edge of the anneal zone and shorter than the first edge opposite the first edge forms a trapezoidal shape. . In an alternative embodiment, the preheating and cooling sections can be triangular shaped, each one edge having the same extent as the edge of the annealing section. In other alternative embodiments, the tapered tip of the preheating and cooling section can be curved, and in some embodiments can be parabolic or semi-circular.

異なる温度および形状を有する複数の区間は通常、超えた場合は基板を損傷するはずの閾値レベルより低く熱応力を保ちながら、基板格子内で原子の動きを励起するように設計された電磁エネルギーに基板表面の部分を露出させることによって、基板の急速アニールを可能にする。予熱および冷却区間により、高温からアニール処理を始めて、アニール中の最終的な温度ランプアップおよび冷却を速めることができる。予熱および冷却区間の先細りした形状は、基板のうちアニールされていない部分の熱露出を最小にする働きをすることができ、それによって、アニール加工によって別の位置に移った可能性のある原子、またはアニール加工前に所望の位置に存在した可能性のある原子の望ましくない動きを最小にする。一般に、予熱および冷却区間の数および形状は、所望のアニール加工を容易にするように選択することができる。   Multiple sections with different temperatures and shapes are typically subject to electromagnetic energy designed to excite atomic motion within the substrate lattice while maintaining thermal stress below a threshold level that would otherwise damage the substrate. Exposing a portion of the substrate surface allows rapid annealing of the substrate. The preheating and cooling section allows the annealing process to begin at a high temperature to speed up the final temperature ramp up and cooling during annealing. The tapered shape of the preheat and cool sections can serve to minimize thermal exposure of the unannealed portion of the substrate, thereby allowing atoms that may have been moved to another position by the annealing process, Or, minimize the undesirable movement of atoms that may have been in the desired location prior to annealing. In general, the number and shape of the preheating and cooling sections can be selected to facilitate the desired annealing process.

上記の実施形態は通常、複数の区間が実質上一定の温度を有することを特徴とする。第1の区間は第1の温度で維持され、第2の区間は第2の温度で維持され、以下同様である。他の実施形態では、1つまたは複数の区間は、アニール区間付近で加熱または冷却を容易にするために温度勾配を有することができる。たとえば、3つの区間の実施形態では、予熱区間とすることができる第1の区間は、アニール区間とすることができる第2の区間の方へ増大する温度勾配を有することができる。同様に、冷却区間とすることができる第3の区間は、第2の区間の方へ増大する温度勾配を有することができる。温度勾配は、上記の先細りした区間形状と同じ一般的な機能を提供する。光学系を使用して送達されたエネルギーを調整し、所望の温度プロファイルを実現することによって、所与の区間内に温度勾配を確立することができる。   The above embodiments are usually characterized in that the plurality of sections have a substantially constant temperature. The first interval is maintained at the first temperature, the second interval is maintained at the second temperature, and so on. In other embodiments, the one or more sections can have a temperature gradient to facilitate heating or cooling near the annealing section. For example, in a three-section embodiment, the first section, which can be a preheating section, can have a temperature gradient that increases toward a second section, which can be an annealing section. Similarly, the third section, which can be a cooling section, can have a temperature gradient that increases towards the second section. The temperature gradient provides the same general function as the tapered section shape described above. A temperature gradient can be established within a given interval by adjusting the delivered energy using an optical system to achieve a desired temperature profile.

1つの例示的な実施形態では、基板をアニールするのに十分な電力の単一のエネルギー源は、基板の方へ電磁エネルギーを誘導するような向きにすることができる。エネルギー源と基板の間には、焦点ぼけ特性を有するレンズを配置することができる。このレンズは、電磁エネルギーの対応する第1の部分の焦点をぼかす第1の部分と、電磁エネルギーの第2の部分をさらに集束させ、または変化しないままにする第2の部分とを有することができる。たとえば、電磁エネルギー源としてレーザが使用され、成形光学系を使用して直径2mmの円形のアニールエネルギービームを形成する場合、成形光学系と基板の間に、半径0.5mmの円形の中心部分が半径1.5mmの同心円状の環状の外側部分によって取り囲まれたレンズを配置することができる。円形の中心部分は、所望の場合、中性の光学系を有することができ、またはその部分に入射するアニールエネルギービームの部分を集束させることができる。レンズの同心円状の環状の外側部分は、アニールエネルギービームの外側部分の強度を低減させるように成形することができる。強度が低減されたエネルギーは、次いで、表面の予熱部分をアニールしないで予熱するのに十分な電力で基板の表面に当たり、変化していないまたは集束された部分は、予熱部分内のアニール部分をアニールする。   In one exemplary embodiment, a single energy source with sufficient power to anneal the substrate can be oriented to induce electromagnetic energy toward the substrate. A lens having a defocus characteristic can be disposed between the energy source and the substrate. The lens may have a first portion that defocuses a corresponding first portion of electromagnetic energy and a second portion that further focuses or leaves the second portion of electromagnetic energy unchanged. it can. For example, when a laser is used as the electromagnetic energy source and a circular annealing energy beam having a diameter of 2 mm is formed using the shaping optical system, a circular central portion having a radius of 0.5 mm is formed between the shaping optical system and the substrate. A lens surrounded by a concentric annular outer part with a radius of 1.5 mm can be arranged. The circular central portion can have neutral optics, if desired, or can focus a portion of the annealing energy beam incident on that portion. The concentric annular outer portion of the lens can be shaped to reduce the strength of the outer portion of the anneal energy beam. The reduced intensity energy then strikes the surface of the substrate with sufficient power to preheat without annealing the preheated portion of the surface, and the unaltered or focused portion anneals the annealed portion within the preheated portion. To do.

図11は、本発明の別の実施形態による方法1100を要約する流れ図である。1102では、熱処理チャンバ内の基板支持体上に基板が位置決めされる。1104では、基板表面上に複数の区間が画定される。1106では、これらの区間の第1の部分が、周囲温度で維持される。周囲温度は、いくつかの実施形態では室温とすることができ、または他の実施形態では高温とすることができる。大部分の実施形態では、周囲温度は約200℃より低いが、いくつかの実施形態は、周囲温度が350℃もの高さであることを特徴とすることができる。周囲温度は、加熱された基板支持体を使用することによって、または所望の加熱に適した電磁エネルギーで基板を照射することによって維持することができる。   FIG. 11 is a flow diagram summarizing a method 1100 according to another embodiment of the invention. At 1102, a substrate is positioned on a substrate support in a thermal processing chamber. At 1104, a plurality of sections are defined on the substrate surface. At 1106, the first portion of these sections is maintained at ambient temperature. The ambient temperature can be room temperature in some embodiments, or can be elevated in other embodiments. In most embodiments, the ambient temperature is below about 200 ° C., but some embodiments may be characterized by the ambient temperature as high as 350 ° C. Ambient temperature can be maintained by using a heated substrate support or by irradiating the substrate with electromagnetic energy suitable for the desired heating.

1108では、画定された区間の第2の部分に予熱エネルギーを提供して、これらの区間を、周囲温度より高い1つまたは複数の中間温度に加熱する。各区間は、同じ中間温度に、または異なる中間温度に加熱することができる。アニールすべき領域により近い区間は通常、アニールすべき領域からより遠い区間の温度以上の温度で維持される。第2の部分が2つ以上の区間を含む実施形態では、中間温度は、周囲温度からアニール温度へ段階的に上昇することができる。中間温度と周囲温度の温度差は通常、アニール温度と周囲温度の温度差の約30%〜約70%、たとえば約50%など、約10%〜約90%である。第2の部分が2つの区間を含む例示的な実施形態では、第1の中間温度区間と周囲区間の温度差は、アニール温度と周囲温度の温度差の約40%とすることができ、第2の中間温度区間と周囲区間の差は、アニール温度と周囲温度の差の約60%である。   At 1108, preheating energy is provided to a second portion of the defined sections to heat these sections to one or more intermediate temperatures above ambient temperature. Each section can be heated to the same intermediate temperature or to a different intermediate temperature. The interval closer to the region to be annealed is usually maintained at a temperature above the temperature of the region further away from the region to be annealed. In embodiments where the second portion includes more than one section, the intermediate temperature can be stepped up from the ambient temperature to the annealing temperature. The temperature difference between the intermediate temperature and the ambient temperature is typically about 10% to about 90%, such as about 30% to about 70%, such as about 50%, of the temperature difference between the annealing temperature and the ambient temperature. In an exemplary embodiment where the second portion includes two sections, the temperature difference between the first intermediate temperature section and the ambient section can be about 40% of the temperature difference between the anneal temperature and the ambient temperature, The difference between the intermediate temperature interval and the ambient interval is about 60% of the difference between the annealing temperature and the ambient temperature.

1110では、画定された区間の第3の部分にアニールエネルギーを提供して、これらの区間を、周囲および中間温度より高く、基板表面をアニールするように選択された1つまたは複数のアニール温度に加熱する。画定された区間の第3の部分を含むこれらのアニール区間は、本明細書に記載の空間関係のいずれかを有することができる。さらに、所望の場合、異なるアニール区間には異なるアニール温度を加えることができる。   At 1110, annealing energy is provided to a third portion of the defined intervals to cause the intervals to be higher than ambient and intermediate temperatures to one or more annealing temperatures selected to anneal the substrate surface. Heat. These annealing sections, including the third portion of the defined section, can have any of the spatial relationships described herein. In addition, different annealing temperatures can be applied to different annealing sections if desired.

1112では、上記の温度の1つまたは複数を検出および使用して、区間間の熱勾配を閾値レベルより低く保つように、予熱エネルギー、アニールエネルギー、または両方の送達を制御することができる。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の熱撮像デバイスを使用して、様々な区間の温度を検出することができる。ある区間の温度を別の区間の温度と比較して、区間間の熱勾配が過度であるかどうかを判断することができる。検出された区間の1つまたは複数へ送達されるエネルギーは、検出された温度に基づいて、これらの2つの区間間の熱勾配を増大または低減させるように変調することができる。エネルギー源を動かすことによって基板がアニールされる場合、検出器は、基板の周りのアニールおよび予熱区間をたどるように、エネルギー源と同じ場所に位置することができる。エネルギーだけを動かす(たとえば、鏡を使用)ことによって基板がアニールされる場合、類似の光学系を使用して、制御装置の指示下で、基板のうち処理されている部分上に検出器を集束させることができ、または基板全体を標本化し、コンピュータを使用して当該熱勾配を判断することができる。   At 1112, one or more of the above temperatures can be detected and used to control the delivery of preheat energy, anneal energy, or both to keep the thermal gradient between intervals below a threshold level. In some embodiments, one or more thermal imaging devices can be used to detect various intervals of temperature. The temperature of one section can be compared with the temperature of another section to determine if the thermal gradient between sections is excessive. The energy delivered to one or more of the detected intervals can be modulated based on the detected temperature to increase or decrease the thermal gradient between these two intervals. If the substrate is annealed by moving the energy source, the detector can be located at the same location as the energy source so as to follow the annealing and preheating section around the substrate. If the substrate is annealed by moving only the energy (eg, using a mirror), similar optics are used to focus the detector on the portion of the substrate being processed under the direction of the controller. Or the entire substrate can be sampled and the computer can be used to determine the thermal gradient.

1つの例示的な実施形態では、熱加工装置内の支持体上に基板を位置決めすることができる。基板は、静電または真空の手段を含めて、当技術分野では知られている任意の手段によって、支持体上で定位置に保持することができる。基板の上にレーザが配置され、基板の平面に対して実質上垂直な方向で基板に当たる光ビームを生じさせるような向きにする。このレーザは、レーザを3次元で位置決めするように適合された光学アセンブリに結合することができる。レーザは、22mm×33mmの基板のアニール領域へ最高10kW/cmのレーザエネルギーを送達するように適合することができる。レーザは、シリコン基板の場合800nm未満など、基板によって容易に吸収される波長に同調されることが好ましい。 In one exemplary embodiment, the substrate can be positioned on a support in a thermal processing apparatus. The substrate can be held in place on the support by any means known in the art, including electrostatic or vacuum means. A laser is positioned over the substrate and oriented to produce a light beam that impinges on the substrate in a direction substantially perpendicular to the plane of the substrate. This laser can be coupled to an optical assembly adapted to position the laser in three dimensions. The laser can be adapted to deliver up to 10 kW / cm 2 of laser energy to an anneal region of a 22 mm × 33 mm substrate. The laser is preferably tuned to a wavelength that is easily absorbed by the substrate, such as less than 800 nm for a silicon substrate.

動作の際には、レーザは、電源に結合された電気スイッチまたはレーザもしくは光学アセンブリに結合された光スイッチを使用して切り換えることができる。これらのスイッチは、1マイクロ秒(μsec)未満でレーザのオンとオフを切り換えるように構成することができ、したがってレーザは、約1μsec〜約10ミリ秒(msec)続くエネルギーのパルスを送達することができる。   In operation, the laser can be switched using an electrical switch coupled to a power source or an optical switch coupled to a laser or optical assembly. These switches can be configured to switch the laser on and off in less than 1 microsecond (μsec), so that the laser delivers a pulse of energy lasting from about 1 μsec to about 10 milliseconds (msec). Can do.

この例では、光学アセンブリ内のレーザと同じ場所に予熱光源が位置する。この予熱光源は、別のレーザ、キセノンランプ、または熱ランプとすることができ、アニール領域を包含しそれと同心円状の直径約2cmの実質上円形の領域へ、最大500Wの電磁エネルギーを送達するように適合することができる。予熱光源は、予熱光源のエネルギーすべてを捕獲および誘導するように、適切なレンズおよび鏡を使用して集束させることができる。予熱光源は、レーザ源に近接して位置決めされた筐体内に位置することができ、したがって予熱光源からの光は、基板のうちアニールすべき領域を包含する領域を照らす。予熱光源は、アニール領域の周りで予熱領域を中心に位置決めするように、わずかに傾斜させることができる。代替として、予熱光源は、基板の平面に対して実質上垂直に基板上へエネルギーを投射することができ、光学系を使用して、アニール領域を包含する予熱領域全体にわたって光を広げる。次いで予熱光源は、レーザに対して、予熱領域がアニール経路の方向へアニール領域からさらに延びるように位置すると有利であろう。光学アセンブリは、アニール経路が方向を変化させるにつれて予熱光源がレーザに対して有利な位置を維持するように回転するようにさらに適合することができる。   In this example, the preheating light source is located at the same location as the laser in the optical assembly. This preheating light source can be another laser, a xenon lamp, or a heat lamp, so as to deliver up to 500 W of electromagnetic energy to a substantially circular region of about 2 cm in diameter that includes and is concentric with the annealing region. Can be adapted. The preheating light source can be focused using a suitable lens and mirror to capture and direct all of the energy of the preheating light source. The preheating light source can be located in a housing positioned proximate to the laser source, so that light from the preheating light source illuminates the area of the substrate that includes the area to be annealed. The preheating light source can be slightly tilted to center the preheating region around the anneal region. Alternatively, the preheating light source can project energy onto the substrate substantially perpendicular to the plane of the substrate and uses optics to spread the light across the preheating region, including the annealed region. The preheating light source may then advantageously be positioned with respect to the laser such that the preheating region extends further from the annealing region in the direction of the annealing path. The optical assembly can be further adapted to rotate so that the preheating light source maintains an advantageous position relative to the laser as the annealing path changes direction.

加工装置は、当技術分野では知られているタイプの可動ステージを使用することによって、光学アセンブリに対して基板を平行移動させるように構成されることが好ましい。動作の際には、このステージは、基板の標的領域が光学アセンブリに露出されるように、基板を光学アセンブリの下へ位置決めする。予熱光源は、連続して点灯させることができ、アニールエネルギーが存在しないときは予熱エネルギーで基板を照らす。連続する予熱エネルギーは、アニール標的領域を包含する領域内の基板の表面を少なくとも600℃に加熱する。レーザは、標的アニール領域に1つまたは複数のパルスを発する。これらのパルスは、ステージがレーザパルスをぼかすことなくアニール経路をたどって連続して動くのに十分な短さのものとすることができる。予熱領域は、ステージが動くにつれて基板の表面に沿って動き、標的アニール領域に接近するにつれて、基板の部分を標的予熱温度に加熱する。したがって、基板のうち標的アニール領域にすぐ隣接している部分は、標的アニール領域の縁部における高い熱勾配のための損傷を与える熱応力を受けない。   The processing apparatus is preferably configured to translate the substrate relative to the optical assembly by using a movable stage of a type known in the art. In operation, this stage positions the substrate below the optical assembly so that the target area of the substrate is exposed to the optical assembly. The preheating light source can be lit continuously and illuminates the substrate with preheating energy when there is no annealing energy. The continuous preheating energy heats the surface of the substrate in the region including the anneal target region to at least 600 ° C. The laser emits one or more pulses to the target anneal region. These pulses can be short enough that the stage moves continuously along the annealing path without blurring the laser pulse. The preheat zone moves along the surface of the substrate as the stage moves and heats a portion of the substrate to the target preheat temperature as it approaches the target anneal zone. Thus, the portion of the substrate that is immediately adjacent to the target anneal region is not subjected to thermal stress that causes damage due to the high thermal gradient at the edge of the target anneal region.

例示的な代替実施形態では、光学アセンブリ内でレーザの周りに隔置された2〜4つの予熱エネルギー源によって、レーザを取り囲むことができる。複数の予熱源を使用することで、基板の予熱領域全体にわたって均一の予熱が可能になる。代替として、レーザは、基板の異なる領域を照らすように適合された2つの異なる予熱エネルギー源を伴うことができる。1つの予熱エネルギー源は、たとえば、直径約3cmの円形の領域を照らすように適合することができ、別の予熱エネルギー源は、アニール領域とも同心円状である直径約1.5cmの同心円状の円形の領域を照らす。したがって、2つの予熱領域が形成される。2つの予熱源は類似の量のエネルギーを送達することができ、したがってより広い領域を照らす源では、より集束された源より温度上昇が小さい。一実施形態では、広い領域を照らす予熱源は、その領域を300℃以上の温度に加熱することができ、広い予熱領域内のより小さい領域を照らす予熱源は、増分エネルギーによって、そのより小さい領域を700℃以上の温度に加熱することができる。次いで、アニールパルスは、基板材料を溶融しないでアニール領域の温度を1,200℃以上に上昇させるのに十分なエネルギーを送達することによって、基板をアニールすることができる。   In an exemplary alternative embodiment, the laser can be surrounded by two to four preheat energy sources spaced around the laser in an optical assembly. By using multiple preheating sources, uniform preheating is possible over the entire preheating area of the substrate. Alternatively, the laser can involve two different preheat energy sources adapted to illuminate different areas of the substrate. One source of preheat energy can be adapted to illuminate a circular area, for example, about 3 cm in diameter, and another source of preheat energy can be a concentric circle, about 1.5 cm in diameter, that is also concentric with the annealed area. Illuminate the area. Accordingly, two preheating regions are formed. The two preheat sources can deliver a similar amount of energy, so a source that illuminates a larger area has a lower temperature rise than a more focused source. In one embodiment, a preheat source that illuminates a large area can heat the area to a temperature of 300 ° C. or higher, and a preheat source that illuminates a smaller area within the wide preheat area Can be heated to a temperature of 700 ° C. or higher. The anneal pulse can then anneal the substrate by delivering sufficient energy to raise the temperature of the anneal region to 1200 ° C. or higher without melting the substrate material.

別の例示的な実施形態では、単一のエネルギー源を使用することができる。たとえば、予熱エネルギーとアニールエネルギーの両方に使用できる単一のカラムの光を生じさせるように、レーザを適合することができる。通常、所望の極性または可干渉性を有するようにレーザ光を同調させるために、鏡、レンズ、フィルタ、およびビームスプリッタを含めて、光学系が使用される。そのような光学系はまた、レーザ光の一部分の焦点をぼかすレンズを含むことができる。次いで、レーザ光の焦点をぼかした部分を、アニール領域を取り囲む領域へ誘導することができる。たとえば、適切な光学系に装着されたレーザは、直径約1mmの円筒形の可干渉性光ビームを生じさせることができる。このビームは、直径約0.8mmの円形の非屈折性の中心部分と、内径が0.8mmで外径が1mmより大きい環状の焦点をぼかす外側部分とを有するレンズを通って誘導することができる。レーザビームのうちレンズの非屈折性の部分を通過した部分は、継続して基板に到達し、基板の露出された部分アニールするのに対して、レーザビームのうちレンズの焦点をぼかす部分を通過した部分は、強度が低減され、より広い領域に広がって、その領域をより低い温度に加熱する。   In another exemplary embodiment, a single energy source can be used. For example, the laser can be adapted to produce a single column of light that can be used for both preheating and annealing energy. Typically, optics are used, including mirrors, lenses, filters, and beam splitters, to tune the laser light to have the desired polarity or coherence. Such an optical system may also include a lens that blurs a portion of the laser light. Next, the portion where the focus of the laser beam is blurred can be guided to a region surrounding the annealing region. For example, a laser mounted in a suitable optical system can produce a cylindrical coherent light beam with a diameter of about 1 mm. The beam may be directed through a lens having a circular, non-refractive central portion having a diameter of about 0.8 mm and an outer portion that blurs an annular focus having an inner diameter of 0.8 mm and an outer diameter greater than 1 mm. it can. The part of the laser beam that passes through the non-refractive part of the lens continues to reach the substrate and anneals the exposed part of the substrate, whereas it passes through the part of the laser beam that defocuses the lens. The part that has been reduced in intensity spreads over a wider area and heats the area to a lower temperature.

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができる。   While the above is directed to embodiments of the present invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof.

Claims (15)

基板を処理する方法であって、
前記基板を可動式の基板支持体上に位置決めすることと、
前記基板の一部分より下にある第1の固定位置の方へ第1の数量の加熱エネルギーを誘導することと、
前記基板の一部分より下にある第2の固定位置の方へ第2の数量の加熱エネルギーを誘導することと、
前記基板支持体を動かし、前記第1の固定位置の上、次いで前記第2の固定位置の上にそれぞれの選択された領域を順次位置決めすることによって、前記基板の選択された領域を処理することと、
前記基板の一部分を500℃より低い温度で維持することとを含む、方法。
A method of processing a substrate, comprising:
Positioning the substrate on a movable substrate support;
Inducing a first quantity of heating energy toward a first fixed position below a portion of the substrate;
Inducing a second quantity of heating energy toward a second fixed position below a portion of the substrate;
Processing the selected region of the substrate by moving the substrate support and sequentially positioning each selected region over the first fixed position and then over the second fixed position; When,
Maintaining a portion of the substrate at a temperature below 500 degrees Celsius.
前記第2の数量の加熱エネルギーが、前記基板の一部分をアニールするのに十分な電力を有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the second quantity of heating energy has sufficient power to anneal a portion of the substrate. 前記第1の数量の加熱エネルギーが、前記基板の一部分をアニールするのに必要な電力より小さい電力を有する、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the first quantity of heating energy has a power that is less than a power required to anneal a portion of the substrate. 基板表面をアニールする方法であって、
前記基板表面の予熱部分を、前記予熱部分にエネルギーを印加することによって予熱することと、
前記基板の前記予熱部分を予熱しながら、前記予熱部分内の前記基板のアニール部分を、前記アニール部分に増分エネルギーを印加することによってアニールすることとを含む、方法。
A method of annealing a substrate surface,
Preheating the preheated portion of the substrate surface by applying energy to the preheated portion;
Annealing the annealed portion of the substrate within the preheated portion by applying incremental energy to the annealed portion while preheating the preheated portion of the substrate.
基板を熱処理する装置であって、
可動式の基板支持体と、
前記基板支持体の表面の第1の部分の方へアニールエネルギーを誘導するような向きにした第1のエネルギー源と、
前記基板支持体の前記表面の第2の部分の方へ予熱エネルギーを誘導するような向きにした第2のエネルギー源と、
前記第1および第2のエネルギー源を収容する光学アセンブリとを備える、装置。
An apparatus for heat-treating a substrate,
A movable substrate support;
A first energy source oriented to induce annealing energy toward a first portion of the surface of the substrate support;
A second energy source oriented to induce preheating energy toward a second portion of the surface of the substrate support;
And an optical assembly containing said first and second energy sources.
前記第1のエネルギー源がレーザであり、前記第2のエネルギー源がレーザである、請求項5に記載の装置。   The apparatus of claim 5, wherein the first energy source is a laser and the second energy source is a laser. 前記第1のエネルギー源がレーザであり、前記第2のエネルギー源が複数のランプである、請求項5に記載の装置。   The apparatus of claim 5, wherein the first energy source is a laser and the second energy source is a plurality of lamps. 前記光学アセンブリが、前記アニールエネルギーを成形するための第1の光チューナと、前記予熱エネルギーを成形するための第2の光チューナとをさらに備える、請求項5に記載の装置。   The apparatus of claim 5, wherein the optical assembly further comprises a first optical tuner for shaping the annealing energy and a second optical tuner for shaping the preheating energy. 前記基板支持体に結合された制御装置をさらに備える、請求項5に記載の装置。   The apparatus of claim 5, further comprising a control device coupled to the substrate support. 基板を熱処理する装置であって、
固定の基板支持体と、
前記基板支持体の表面の第1の部分の方へアニールエネルギーを誘導し、前記基板支持体の前記表面の第2の部分の方へ予熱エネルギーを誘導するような向きにした1つまたは複数のエネルギー源と、
前記1つまたは複数のエネルギー源を収容する光学アセンブリと、
前記固定の基板支持体に対して前記アニールエネルギーおよび前記予熱エネルギーを動かすためのアクチュエータとを備える、装置。
An apparatus for heat-treating a substrate,
A fixed substrate support;
One or more oriented to induce annealing energy toward a first portion of the surface of the substrate support and to induce preheating energy toward a second portion of the surface of the substrate support. Energy sources,
An optical assembly containing the one or more energy sources;
And an actuator for moving the annealing energy and the preheating energy relative to the fixed substrate support.
少なくとも1つのエネルギー源がレーザである、請求項10に記載の装置。   The apparatus of claim 10, wherein the at least one energy source is a laser. 前記光学アセンブリが、前記アニールエネルギーおよび前記予熱エネルギーを成形するための1つまたは複数の光チューナをさらに備える、請求項10に記載の装置。   The apparatus of claim 10, wherein the optical assembly further comprises one or more optical tuners for shaping the annealing energy and the preheating energy. 前記アクチュエータに結合された制御装置をさらに備える、請求項10に記載の装置。   The apparatus of claim 10, further comprising a controller coupled to the actuator. 前記基板の1つまたは複数の部分の温度を感知するための検出器をさらに備える、請求項10に記載の装置。   The apparatus of claim 10, further comprising a detector for sensing the temperature of one or more portions of the substrate. 前記アクチュエータが、前記アニールエネルギーおよび前記予熱エネルギーを向けるように前記光学アセンブリを回転させる、請求項10に記載の装置。   The apparatus of claim 10, wherein the actuator rotates the optical assembly to direct the annealing energy and the preheating energy.
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