JP3238220U - レーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムを提供する。
【解決手段】
レーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムであって、マイクロ波電力源システム、レーザー加熱源システム及び測定制御システムを含む。マイクロ波電力源システムは、マイクロ波エネルギーをアニール対象物の第１の領域に提供することにより、アニール対象物の第１の領域をアニールする。レーザー加熱源システムは、レーザーでレーザーエネルギーをアニール対象物の第２の領域に提供することにより、アニール対象物の第２の領域をアニールする。測定制御システムは、マイクロ波及び／又はレーザーの電力をモニタリング及び制御する。本考案は、全体的なアニールに必要な時間を短縮でき、さらに応力差が大きいことによる亀裂又は欠陥を回避できる。
【選択図】図３

Description

本考案は、アニールシステムに関し、特にレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムに関する。

マイクロ波アニールは、高速加熱及び冷却速度を与えるが、マイクロ波共振器の加熱速度の限界が２００℃／分であり、大型ウエハのアニールに適さず、大量加工にも適さない。現在、レーザーを用いてアニールする技術があるが、レーザーアニールエネルギーがレーザースポットに過度に集中するため、注入イオンの過度の拡散が発生しやすくなり、レーザースポットの面積によって制限されるため、アニール対象物を均一に加熱することができず、その集束点と非集束点との間の温度差が大きすぎ、応力や亀裂又は欠陥が発生しやすくなる。

これに鑑みて、本考案の目的は、上記従来技術の課題を解決するために、レーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムを提供することである。

前記目的を達成するために、本考案は、マイクロ波エネルギーをアニール対象物の第１の領域に提供することにより、前記アニール対象物の前記第１の領域をアニールするマイクロ波電力源システムと、レーザーエネルギーを前記アニール対象物の第２の領域に提供することにより、前記アニール対象物の前記第２の領域をアニールするレーザー加熱源システムと、を含む、ことを特徴とするレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムを提供する。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記第１の領域は、前記第２の領域を含む。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムは、前記マイクロ波エネルギーを前記アニール対象物の前記第１の領域に全体的に提供し、前記レーザー加熱源システムは、前記レーザーエネルギーを前記アニール対象物の前記第２の領域に走査して提供する。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムが前記マイクロ波エネルギーを前記第１の領域に提供する第１の時間区間は、前記レーザー加熱源システムが前記レーザーエネルギーを前記第２の領域に提供する第２の時間区間をカバーする。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記レーザー加熱源システムが前記レーザーエネルギーを前記第２の領域に提供する第２の時間区間は、前記マイクロ波電力源システムが前記マイクロ波エネルギーを前記第１の領域に提供する第１の時間区間をカバーする。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムによって提供された前記マイクロ波エネルギーは、第１の軸方向に沿って前記第１の領域に提供され、前記レーザー加熱源システムによって提供された前記レーザーエネルギーは、第２の軸方向に沿って前記第２の領域に提供され、前記第１の軸方向と前記第２の軸方向との夾角は、０度～１８０度の範囲である。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記レーザー加熱源システムは、レーザー発生器及びレンズ群を含み、前記レーザー発生器は、レーザーを発生させ、前記レンズ群は、前記レーザーを前記アニール対象物の前記第２の領域に案内する。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムは、少なくとも１つのマイクロ波発生器及び１つの共振器を含み、前記マイクロ波発生器は、マイクロ波を発生させ、前記共振器は、前記マイクロ波を前記アニール対象物の前記第１の領域に案内する。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムと前記レーザー加熱源システムは、前記アニール対象物の反対側から前記マイクロ波エネルギーと前記レーザーエネルギーをそれぞれ提供する。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムと前記レーザー加熱源システムは、前記アニール対象物の同じ側から前記マイクロ波エネルギーと前記レーザーエネルギーをそれぞれ提供する。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記レーザー加熱源システムの前記レンズ群は、前記レーザーを前記アニール対象物の前記第２の領域に案内するように、前記マイクロ波電力源システムの前記共振器に同軸に設けられる。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムと前記レーザー加熱源システムは、前記アニール対象物の垂直側から前記マイクロ波エネルギーと前記レーザーエネルギーを前記アニール対象物にそれぞれ提供する。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムは、２つのマイクロ波発生器及び１つの共振器を含み、前記２つのマイクロ波発生器は、２つのマイクロ波を発生させ、前記共振器は、前記第１の軸方向の２つの反対方向から前記２つのマイクロ波を前記アニール対象物の前記第１の領域にそれぞれ案内する。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムとともに前記アニール対象物の反対側に位置するマイクロ波吸収素子をさらに含む。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムの前記共振器は、開口部が貫通し、前記アニール対象物は、前記開口部を介して前記共振器内を移動して前記マイクロ波エネルギーを受け取る。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記マイクロ波電力源システムは、前記マイクロ波発生器と前記共振器との間に設けられるアイソレータ及び整合器をさらに含む。

本考案に係るレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムによると、前記第１の領域又は前記第２の領域は、前記アニール対象物の深さ又は表面に位置する。

上記のように、本考案のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムは、以下の利点を有する。

（１）本考案は、マイクロ波エネルギーとレーザーエネルギーで相乗的アニール手順を実行し、マイクロ波アニールとレーザーアニールの利点を組み合わせることに寄与する。

（２）マイクロ波エネルギーによってアニール物の温度を上昇させ、アニール対象物のレーザーエネルギーの吸収率を向上させることに寄与し、従ってレーザーアニール手順を実行するために提供する必要があるレーザーエネルギーを削減でき、又は全体的なアニールに必要な時間を短縮できる。

（３）マイクロ波エネルギーによってアニール対象物の第２の領域と他の領域（非第２の領域）の温度を上昇させ、この２つの領域の温度差（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｏｃｋ）を低減させ、応力差が大きいことによる亀裂又は欠陥を回避することができる。

（４）本考案は、マイクロ波エネルギーでアニール対象物全体をアニールし、温度勾配が大きいことによる欠陥を回避でき、注入イオンの過度の拡散の問題を解決できる。

（５）本考案は、マイクロ波エネルギーでアニール対象物全体をアニールし、アニール対象物に対応する特定のレーザー波長を選択し、特定の深さの領域を選択的にレーザーアニールすることができる。

本考案の技術的特徴および達成し得る技術的効能の理解を深めるために、より良い実施例と詳細な説明を以下に示す。

図１は本考案のレーザーとマイクロ波を統合したアニール方法の作動模式図である。 図２は本考案のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムの作動フローチャートである。 図３は本考案のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムのシステム模式図である。 図４は本考案の第１の実施例に係るアニールシステムの構造模式図である。 図５は本考案の第２の実施例に係るアニールシステムの構造模式図である。 図６は本考案の第３の実施例に係るアニールシステムの構造模式図である。 図７は本考案の第４の実施例に係るアニールシステムの構造模式図である。 図８は図７の別の視角からの模式図である。 図９は本考案のアニール装置が熱源内でアニールする模式図である。

以下、本考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。本考案の実施の形態の図面における各部材の比率は、説明を容易に理解するために示され、実際の比率ではない。また、図に示すアセンブリの寸法の比率は、各部品とその構造を説明するためのものであり、もちろん、本考案はこれに限定されない。一方、理解を便利にするために、下記の実施の形態における同じ部品については、同じ符号を付して説明する。

さらに、明細書全体および実用新案登録請求の範囲で使用される用語は、特に明記しない限り、通常、この分野、本明細書に開示される内容、および特別な内容で使用される各用語の通常の意味を有する。本考案を説明するために使用されるいくつかの用語は、当業者に本考案の説明に関する追加のガイダンスを提供するために、本明細書の以下または他の場所で説明される。

この記事での「第１」、「第２」、「第３」などの使用については、順序や順次を具体的に示すものではなく、本考案を制限するためにも使用されていない。これは、同じ専門用語で説明するコンポーネントまたは操作を区別するだけために使用される。

次に、この記事で「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」などの用語が使用されている場合、それらはすべてオープンな用語である。つまり、これらは、含むがこれに限定されないことを意味する。

図１～図３を参照すると、図１は本考案のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムの作動模式図を示し、図２は本考案のレーザーとマイクロ波を統合したアニール方法の作動フローチャートであり、図３は本考案のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムのシステム模式図である。本考案は、レーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム及びアニール方法を提供し、マイクロ波電力源システム３０を用いてマイクロ波エネルギーをアニール対象物１００の第１の領域に提供し、及びレーザー加熱源システム５０を用いてレーザーエネルギーをアニール対象物の第２の領域に提供することにより、アニール効果を達成でき、提供する必要があるマイクロ波エネルギー及びレーザーエネルギーを制御でき、且つ例えば、全体的なアニールに必要な時間を短縮できる。また、本考案は、さらに、測定制御システム８０によってマイクロ波電力源システム３０及びレーザー加熱源システム５０の作動をモニタリング及び制御することができる。また、実際のプロセス要件に応じて、上記第１の領域と第２の領域は、アニール対象物１００の任意の適切な位置に画定されてもよく、任意の適切な面積又は体積を有してもよく、任意の適切な位置関係にあってもよい。マイクロ波電力源システム３０は、任意の適切な第１の時間区間でマイクロ波エネルギーを提供でき、レーザー加熱源システム５０は、任意の適切な第２の時間区間でレーザーエネルギーを提供できる。

例えば、本考案の第１の領域は、第２の領域と部分的に重なるか、完全に重なるか又は重ならないことに限定されず、本考案の第１の領域の面積又は体積は、第２の領域よりも大きいか、等しいか又はよりも小さいことに限定されない。例えば、第１の領域は第２の領域を含んでもよく、又は、第２の領域は第１の領域を含んでもよく、又は、第１の領域は第２の領域に隣接してもよく、さらに、第１の領域と第２の領域は、それぞれ独立してアニール対象物１００に画定されてもよい。さらに、マイクロ波電力源システム３０がマイクロ波エネルギーを提供する第１の時間区間は、レーザー加熱源システム５０がレーザーエネルギーを提供する第２の時間区間と部分的に重なるか、完全に重なるか又は重ならない。例えば、第１の時間区間は第２の時間区間を含んでもよく、又は、第２の時間区間は第１の時間区間を含んでもよく、又は、第１の時間区間と第２の時間区間は互いに隣接してもよく、又は、第１の時間区間と第２の時間区間はそれぞれ独立してもよい。第１の時間区間の長さは、例えば、第２の時間区間よりも大きいか、よりも小さいか又は等しくてもよい。

続いで、例えば、本考案は、レーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム及びアニール方法を提供し、マイクロ波のマイクロ波エネルギーによってアニール対象物の第１の領域に対してマイクロ波アニール手順を実行して温度を上昇させ、レーザーのレーザーエネルギーを組み合わせてこの第１の領域における第２の領域に対してレーザーアニール手順を実行する。本考案は、マイクロ波エネルギーによってアニール対象物の温度を上昇させるため、アニール対象物（シリコン又は炭化ケイ素などの半導体材料）のレーザーエネルギー吸収率を向上させることに寄与し、従って、本考案は、レーザーアニール手順を実行するために提供する必要があるレーザーエネルギーを削減でき、又は全体的なアニールに必要な時間を短縮できる。逆に、本考案は、レーザーエネルギーによってアニール対象物の温度を上昇させることができ、アニール対象物がマイクロ波エネルギーを吸収することに寄与する。さらに、本考案は、非第２の領域と第２の領域に対してマイクロ波エネルギーを全体的に提供し、非第２の領域（すなわち、非レーザーアニール領域）と第２の領域（すなわち、レーザーアニール領域）との温度差（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｏｃｋ）を低減させ、応力差が大きいことによる亀裂又は欠陥を回避することができる。

上記第１の領域は、アニール対象物の一部又は全部に画定されており、上記第２の領域は、例えば、第１の領域の一部又は全部に画定されている。上記第１の領域と第２の領域の両方は、アニール対象物の深さ又は表面に位置することに限定されない。さらに、本考案の第１の領域と第２の領域の面積、体積及び位置関係は、後述する例に限定されず、全体的なアニールに必要な時間を短縮し、応力差を低減させ、又はレーザーアニール手順を実行するために提供する必要があるレーザーエネルギーを削減することができる限り、いずれも本考案の特許請求する範囲に属する。上記アニール対象物は、例えば、改質処理、分離処理、イオン注入処理又は他の半導体プロセス処理を施した基材などの、アニール処理を実行するのに適する任意の材料であってもよく、この基材は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ又はＩｎＰなどの基板材料など、ウエハ又はインゴットなどの半導体プロセス材料であってもよいが、これらに限定されない。例えば、アニール対象物１００は、例えば、イオン注入を完了するシリコン基材であり、第１の領域（表面のソース、ゲート）に対してマイクロ波アニールを用い、第２の領域（深いウェル（ｄｅｅｐ Ｐ又はＮ ｗｅｌｌ））に対してレーザーアニールを用いる。又は、基材を改質又は外力により剥離して、改質領域又は剥離面（第１の領域／第２の領域）をアニールしてもよく、同時にマイクロ波及びレーザーでアニールして欠陥の修復、結晶格子のリセットの効果を達成する。また、本考案のマイクロ波電力源システムは、アニール対象物の温度を特定の温度に上昇させることに限定されず、任意の上昇した温度値は、アニール対象物のレーザーエネルギー吸収率を向上させ、又は応力差を低減させることができる限り、本考案に適用できる。

図１、図２及び図３を参照すると、本考案のアニールシステム１０は、少なくとも１つのマイクロ波電力源システム３０、１つのレーザー加熱源システム５０及び１つの測定制御システム８０を含む。ステップＳ１０に示すように、先ずマイクロ波アニール手順を実行し、マイクロ波電力源システム３０は、マイクロ波３３を発生させ、このマイクロ波３３をアニール対象物１００の第１の領域に照射させることにより、マイクロ波３３のマイクロ波エネルギーを用いてこの第１の領域の温度を上昇させ、マイクロ波アニール手順を実行する効果を達成できる。アニール対象物１００は、例えば、載置ステージに載置されており、この載置ステージは、例えば、可動載置ステージであるが、これに限定されず、例えば、固定載置ステージであってもよい。マイクロ波電力源システム３０は、第１の電力でマイクロ波エネルギーを提供し、マイクロ波エネルギーは、第１の軸方向に沿って第１の領域に提供される。ステップＳ２０に示すように、本考案のレーザー加熱源システム５０は、レーザー５４を発生させ、このレーザーをアニール対象物１００の第２の領域に照射させる。マイクロ波電力源システム３０は、第１の電力でマイクロ波エネルギーを提供する。レーザー加熱源システム５０は、第２の電力でレーザーエネルギーを提供し、レーザーエネルギーは、第２の軸方向に沿って第２の領域に提供される。上記第１の軸方向と第２の軸方向との夾角は、約０度～１８０度の範囲である。例えば、第１の軸方向は、例えば、第２の軸方向に平行（同じ方向又は反対方向）又は垂直であってもよい。マイクロ波電力源システム３０の出力モードは、連続的マイクロ波源、又はパルス幅が約１μｓ～約１ｍｓの範囲である断続的マイクロ波源であってもよい。マイクロ波電力源システム３０がマイクロ波エネルギーを第１の領域に提供する第１の時間区間は、レーザー加熱源システム５０がレーザーエネルギーを第２の領域に提供する第２の時間区間をカバーしてもよく、すなわち、第２の時間区間は、好ましくは、第１の時間区間と完全に重なる。又は、レーザー加熱源システム５０がレーザーエネルギーを第２の領域に提供する第２の時間区間は、マイクロ波電力源システム３０がマイクロ波エネルギーを第１の領域に提供する第１の時間区間をカバーしてもよい。しかしながら、これは、本考案を限定するものではなく、一例に過ぎず、すなわち、第２の時間区間は、例えば、第１の時間区間と部分的にのみ重なってもよく、又は、第１の時間区間と完全に重ならなくてもよい。マイクロ波電力源システム３０がマイクロ波エネルギーを提供する時間とレーザー加熱源システム５０がレーザーエネルギーを提供する時間との任意の対応関係は、全体的なアニールに必要な時間を短縮し、応力差を低減させ、又はレーザーアニール手順を実行するために提供する必要があるレーザーエネルギーを削減することができる限り、いずれも本考案の特許請求する範囲に属する。

本考案のマイクロ波電力源システム３０では、マイクロ波は、波長範囲が約１ｍｍ～約１ｍであり、周波数範囲が約３００ＧＨｚ～約０．３ＧＨｚである。マイクロ波の電力範囲は、約２００ワット～約５，０００ワットである。本考案は、産業用途に属し、その使用可能な周波数は、ＩＳＭ周波数帯（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｂａｎｄ）に属する。国際電気通信連合無線通信規則で規定されたマイクロ波の周波数範囲は、４３３．０５－４３４．７９ＭＨｚ、９０２－９２８ＭＨｚ、２４００－２４８３．５ＭＨｚ…．などである。本考案は、約２４００－２４８３．５ＭＨｚのマイクロ波周波数を使用でき、さらに国際電気通信連合無線通信規則で規定されていない周波数を使用し、例えば、承諾された５００ＭＨｚ又は他の周波数の使用を要求する必要がある。本考案のレーザー加熱源システム５０では、レーザーの波長は、例えば、約１５０ｎｍ～約１６００ｎｍであり、移動速度は、約１０ミリメートル／秒～約１０００ミリメートル／秒の範囲であり、電力範囲は、約１０ｍＷ～約１００ｋＷであり、スポットサイズ（ｓｐｏｔ ｓｉｚｅ）は、約１μｍ～約５０μｍの範囲であり、レーザーは、パルスレーザーであってもよく、その周波数範囲は、約１Ｈｚ～約１ＭＨｚであってもよく、パルス幅は、約１００ｆｓ～約１００ｎｓの範囲であってもよい。

本考案のアニールシステム１０の測定制御システム８０は、温度測定装置８２、電力測定装置８４及び制御装置８６を含む。ステップＳ３０に示すように、本考案は、測定制御手順を実行するステップをさらに含み、温度測定装置８２は、アニール対象物１００の温度値をモニタリングし、電力測定装置８４は、マイクロ波電力源システム３０とレーザー加熱源システム５０の少なくとも１つの電力変化を測定し、制御装置８６は、上記温度値及び電力変化に応じて、マイクロ波電力源システム３０がマイクロ波エネルギーを提供する第１の電力を調整するか、及び／又はレーザー加熱源システム５０がレーザーエネルギーを提供する第２の電力を調整する。例えば、本考案は、モニタリングされたアニール対象物１００の温度値、及びマイクロ波電力源システム３０及び／又はレーザー加熱源システム５０の電力変化に応じて、マイクロ波電力源システム３０の第１の電力を増加させるか、又はレーザー加熱源システム５０の第２の電力を低減させる。以上から分かるように、本考案は、全体的なアニールに必要な時間を短縮でき、又は、レーザーアニール手順を実行するために提供する必要があるレーザーエネルギーを削減できる。

温度測定装置８２は、例えば、好ましくはアニール対象物１００の温度値をリアルタイムにモニタリングするための赤外線高温計などの光学温度測定装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｙｒｏｍｅｔｅｒ）である。制御装置８６は、例えば、コンピュータであり、温度測定装置８２によるモニタリング信号及び電力測定装置８４によって測定された電力変化を受け取ることにより、マイクロ波電力源システム３０及びレーザー加熱源システム５０を制御し、例えば、マイクロ波電力源システム３０の第１の電力を増加させるか、又はレーザー加熱源システム５０の第２の電力を低減させる。電力測定装置８４は、さらに、例えば、方向性結合器（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ）８４ａ及び電力計（Ｐｏｗｅｒ Ｍｅｔｅｒ）８４ｂを含み、方向性結合器８４ａは、入力及び反射されたマイクロ波／レーザー信号を検出し、検出した信号を電力計８４ｂに送信して、マイクロ波／レーザーとアニール対象物１００との結合をモニタリングすることに用いられる。すなわち、方向性結合器８４ａは、マイクロ波電力源システム３０によって提供されたマイクロ波の前進信号及びアニール対象物１００からの反射信号を検出し、及び／又はレーザー加熱源システム５０によって提供されたレーザーの前進信号及びアニール対象物１００からの反射信号を検出することに用いられてもよい。次に、方向性結合器８４ａは、これらの検出した信号を電力計８４ｂに送信し、マイクロ波及び／又はレーザーとアニール対象物１００との結合変化（電力変化など）をリアルタイムにモニタリングすることに用いられる。これにより、制御装置８６は、この電力変化データを受け取り、上記電力変化に応じて、調整命令をリアルタイムに生成して、マイクロ波電力源システム３０及びレーザー加熱源システム５０の少なくとも１つの作動を制御する。また、本考案の測定制御システム８０は、選択的に、例えば、制御装置８６に電気的に接続されたモニタをさらに含んでもよく、これにより測定制御システム８０の各構成要素のモニタリング結果をリアルタイムに表示し、例えば、すべてのマイクロ波、レーザー及び温度データは、コンピュータに入力されて記録及び処理されて、モニタに直ちに表示され得る。

図１～図４に示すように、図４は本考案の第１の実施例に係るアニールシステムのマイクロ波エネルギーとレーザーエネルギーが反対側からアニール対象物に提供される構造模式図である。第１の実施例では、マイクロ波電力源システム３０は、マイクロ波エネルギーを第１の領域１１０におけるアニール対象物１００に全体的に提供し、レーザー加熱源システム５０は、レーザーエネルギーを第２の領域１２０におけるアニール対象物１００に走査して提供する。第１の実施例では、第１の領域１１０は、第２の領域１２０を含み、すなわち、第１の領域１１０の面積及び体積は、第２の領域１２０よりも大きい。さらに、第１の実施例では、マイクロ波電力源システム３０がマイクロ波エネルギーを第１の領域１１０に提供する第１の時間区間は、レーザー加熱源システム５０がレーザーエネルギーを第２の領域１２０に提供する第２の時間区間をカバーしてもよく、すなわち、第２の時間区間は、第１の時間区間と完全に重なる。マイクロ波エネルギーは、第１の軸方向Ｄ１（図４に示すように下から上へ）からアニール対象物の第１の領域１１０に提供され、レーザーエネルギーは、第２の軸方向Ｄ２（図４に示すように上から下へ）からアニール対象物の第２の領域１２０に提供され、第１の軸方向Ｄ１は、第２の軸方向Ｄ２と重なる。本考案のアニールシステム１０は、マイクロ波電力源システム３０、レーザー加熱源システム５０及び測定制御システム８０を含む。マイクロ波電力源システム３０は、少なくとも１つのマイクロ波発生器３２及び１つの共振器３４を含み、マイクロ波発生器３２は、例えば、上記マイクロ波３３を発生させるためのマグネトロンである。共振器３４は、例えば、同軸共振器である。例えば、共振器３４は、例えば、ＴＥ_１０モードの共振器であり、その内部には中空又は中実の導波路素子があってもよく、実際の使用に応じて調整でき、マイクロ波を案内してマイクロ波をその中に共振させる限り、本考案に適用できる。マイクロ波発生器３２によって発生されるマイクロ波は、例えば、金属棒３１の案内により共振器３４に伝送され、共振器３４は、マイクロ波発生器３２によって発生されるマイクロ波をアニール対象物１００の第１の領域１１０に案内することにより、アニール対象物１００の第１の領域１１０を全体的に加熱して、温度を上昇させる。マイクロ波電力源システム３０は、さらに選択的に、例えば、マイクロ波発生器３２と共振器３４との間に設けられるアイソレータ（Ｉｓｏｌａｔｏｒ）３６及び整合器３８を含んでもよい。マイクロ波電力源システム３０は、マイクロ波発生器３２（マグネトロンなど）によってマイクロ波３３を発生させ、共振器（Ｃｏａｘｉａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）３４の案内によりアニール対象物１００の第１の領域１１０に伝達して、マイクロ波アニール手順を実行する。整合器３８は、好ましくは、マイクロ波の伝送経路（共振器３４など）に設けられ、マイクロ波の反射量を低減させることができ、これにより、マイクロ波は共振器３４に効果的に入って、共振器３４のチャンバ（リング状の円筒形チャンバなど）に沿ってアニール対象物１００に伝達され得る。共振器３４の軸心は、中空又は中実構造に限定されず、マイクロ波を案内できる限り、本考案に適用できる。整合器３８は、例えば、同軸管３８ａ、金属板３８ｂ及び金属棒３８ｃからなる。アイソレータ３６は、好ましくは、マイクロ波発生器３２と共振器３４との間に設けられ、一方向のマイクロ波伝送効果を有し、アイソレータ３６は、好ましくは、マイクロ波発生器３２と整合器３８との間に設けられる。しかしながら、上記マイクロ波電力源システム３０の部材とその配置は、本考案を限定するものではなく、一例に過ぎず、マイクロ波電力源システム３０は、任意の形態のマイクロ波源であってもよく、マイクロ波を提供できる限り、すなわち本考案の特許請求する範囲に属する。

第１の実施例のアニールシステムでは、レーザー加熱源システム５０は、レーザー発生器５２によってレーザー５４を発生させ、このレーザー５４は、パルス光であり、このレーザー５４は、レンズ群５６を介してアニール対象物１００の第２の領域１２０に伝達される。本考案は、パルス光がアニール対象物１００の第２の領域１２０を水平に走査照射するように、可動載置ステージを用いてアニール対象物１００を水平に移動させるか（図４の水平方向の二重矢印Ｃ１に示される）、又は、レーザー発生器５２がパルス光を水平に移動させることができる（図４の水平方向の二重矢印Ｌ１に示される）。また、本考案は、さらに、例えば、パルス光がアニール対象物１００の第２の領域１２０を垂直に走査照射するように、可動載置ステージを用いてアニール対象物１００を垂直に移動させるか（すなわち、レーザー発生器５２は垂直方向に固定されるが、載置ステージは垂直方向に移動可能であり、図４の右側の垂直方向の二重矢印Ｃ２に示される）、又は、レーザー発生器５２がパルス光を垂直に移動させることができる（すなわち、レーザー発生器５２は垂直方向に移動可能であるが、載置ステージは垂直方向に固定され、図４の垂直方向の二重矢印Ｌ２に示される）。換言すると、本考案は、選択的にアニール手順でアニール対象物１００の形態（外観など）に応じて、レーザー発生器５２によって発生されるパルス光の集束点が照射するアニール対象物１００の深さを上下に調整して、好適なアニール効果を達成することができる。

上記のように、第２の領域１２０は、選択的に第１の領域１１０の一部又は全部に位置してもよく、実際の必要に応じて決定される。レーザー発生器５２によって発生されるレーザー５４は、例えば、径方向断面（Ｒａｄｉａｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ）又は軸方向断面（Ａｘｉａｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ）の方向に沿って走査してエネルギーをアニール対象物１００の第２の領域１２０に提供することができ、レーザー５４は、例えば、径方向断面又は軸方向断面の方向に沿って走査してもよく、その走査経路は特に限定されず、レーザーエネルギーをアニール対象物１００の第２の領域１２０に提供できる限り、本考案に適用できる。さらに、第２の領域１２０は、第１の領域１１０に位置し、本考案は、マイクロ波電力源システム３０によって提供されたマイクロ波エネルギーにより第１の領域１１０（第２の領域１２０を含む）の温度を上昇させるため、第２の領域１２０におけるアニール対象物１００のレーザーエネルギー吸収率を向上させることに寄与し、従って、本考案は、レーザーアニール手順を実行するために提供する必要があるレーザーエネルギーを削減でき、又は全体的なアニールに必要な時間を短縮できる。さらに、本考案は、第１の領域１１０と第２の領域１２０に対してマイクロ波エネルギーを全体的に提供し、第２の領域１２０（すなわち、レーザーアニール領域）と非第２の領域（すなわち、非レーザーアニール領域）との温度差を低減させ、応力差が大きいことによる亀裂又は欠陥を回避することができる。

また、本考案のアニールシステム１０では、マイクロ波吸収（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ）素子７０が選択的に設けられてもよく、マイクロ波吸収素子７０とマイクロ波電力源システム３０（マイクロ波発生器３２など）は、アニール対象物１００の反対側に位置し、マイクロ波を他方の側から反射することを減らし、不要な散乱を回避し、マイクロ波吸収の均一性を向上させることを目的とする。マイクロ波吸収素子７０がレーザー加熱源システム５０とアニール対象物１００との間に位置する場合、マイクロ波吸収素子７０は、実際の状況に応じて、レンズ群５６又はレーザーが貫通するための穿孔が設けられる。マイクロ波吸収素子７０は、任意のマイクロ波吸収材料からなるマイクロ波吸収素子層であってもよく、マイクロ波吸収効果を提供できる限り、いずれも本考案の特許請求する範囲に属する。

図１、図２及び図５を参照すると、図５は本考案の第２の実施例に係るアニールシステムのマイクロ波エネルギーとレーザーエネルギーが同じ側からアニール対象物に提供される構造模式図である。第２の実施例の第１の実施例との相違点は、第２の実施例のマイクロ波エネルギーとレーザーエネルギーが第１の軸方向の同じ方向からアニール対象物１００に提供され、レーザー加熱源システム５０によって発生されるレーザー５４がマイクロ波電力源システム３０によって提供されたマイクロ波３３と同軸であることである。例えば、マイクロ波３３は、第１の軸方向Ｄ１（図５に示すように上から下へ）に沿って共振器３４を貫通して、アニール対象物１００の第１の領域１１０に伝送されるが、レーザー５４は、第２の軸方向Ｄ２（図５に示すように上から下へ、第１の軸方向Ｄ１と同じである）に沿って共振器３４を貫通して、アニール対象物１００の第２の領域１２０に伝送される。例えば、レーザー加熱源システム５０のレンズ群５６は、マイクロ波電力源システム３０の共振器３４に同軸に設けられ、レンズ群５６は、好ましくは、共振器３４の軸心に位置し、且つ共振器３４の外部に位置し又はその内部を貫通することに限定されず（図５に示される）、従って、共振器３４は、透明又は不透明な材料であることに限定されず、レーザーがアニール対象物１００の第２の領域１２０に照射されることを可能にする限り、いずれも本考案の特許請求する範囲に属する。

図１、図２及び図６を参照すると、図６は本考案の第３の実施例に係るアニールシステムのマイクロ波エネルギーとレーザーエネルギーが垂直側からアニール対象物に提供される構造模式図である。第３の実施例の他の実施例との相違点は、マイクロ波電力源システム３０の設計が異なり、マイクロ波エネルギーが、第１の軸方向Ｄ１（図６に示すように右から左へ）からアニール対象物の第１の領域１１０に提供され、レーザーエネルギーが、第２の軸方向Ｄ２（図６に示すように上から下へ）からアニール対象物の第２の領域１２０に提供され、第１の軸方向Ｄ１が第２の軸方向Ｄ２に垂直であることである。第３の実施例のマイクロ波電力源システム３０は、同軸に設けられた少なくとも１つのマイクロ波発生器３２及び共振器３４を含む。マイクロ波電力源システム３０は、さらに選択的に、マイクロ波発生器３２と共振器３４との間に設けられる上記アイソレータ３６を含んでもよく、上記アイソレータ３６は、一方向のマイクロ波伝送及びマイクロ波の吸収反射効果を有する。また、マイクロ波電力源システム３０は、さらに選択的に上記整合器（未図示）を含んでもよく、上記整合器は、マイクロ波発生器３２と共振器３４との間に位置し、好ましくは、アイソレータ３６と共振器３４との間に設けられ、マイクロ波の反射量を低減させることができ、これにより、マイクロ波は共振器３４に効果的に入って、アニール対象物１００に伝達され得る。第３の実施例の共振器３４は、より選択的に開口部３５を有することにより、載置ステージ１５０は、この開口部３５を用いてアニール対象物１００上で処理される第１の領域１１０を共振器３４に送り込み、又は共振器３４内を移動することができる。これにより、共振器３４は、同時にマイクロ波反応キャビティとしても機能できることにより、共振器３４内でマイクロ波アニールを実行する。レーザー加熱源システム５０のレンズ群５６は、マイクロ波電力源システム３０の共振器３４に設けられ、共振器３４に位置してもよく、且つ共振器３４の外部に位置し又はその内部を貫通することに限定されず、従って、共振器３４は、透明又は不透明な材料であってもよく、又は、共振器３４は、レーザーが通過するための穴を有してもよく、レーザーが第２の軸方向Ｄ２からアニール対象物１００の第２の領域１２０に照射されることを可能にする限り、いずれも本考案の特許請求する範囲に属する。

図１、図２、図７及び図８を参照すると、図７は本考案の第４の実施例に係るアニールシステムのマイクロ波エネルギーとレーザーエネルギーが垂直側からアニール対象物に提供される構造模式図である。図８は図７の別の視角からの模式図である。本考案の第４の実施例の第３の実施例との相違点は、第４の実施例のマイクロ波電力源システム３０が、二重マイクロ波発生器（すなわち、２つのマイクロ波発生器３２）を有し、二重マイクロ波発生器が、二重マイクロ波を発生させ、共振器３４の２つの反対方向から共振器３４にそれぞれ導入することにより、二重マイクロ波をアニール対象物１００の第１の領域１１０に案内して、アニール対象物１００の第１の領域１１０を均一に受熱することである。

上記各実施例では、本考案の載置ステージ１５０は、例えば、アニール対象物１００を載置するための載置ベース１６０を有する。載置ベース１６０は、特定の材料に限定されず、任意の適切な材料で構成されてもよく、載置ベース１６０の外形も特に限定されず、板状、槽状又は箱形状であってもよく、アニール対象物１００を載置できる限り、いずれも本考案に適用できる。例えば、載置ベース１６０は、マイクロ波吸収材料で構成されてもよく、５０％を超えるマイクロ波が貫通してアニール対象物１００を加熱することを可能にする。気孔率が２０％～３０％の多孔質の焼結炭化ケイ素は、載置ベース１６０の適切な材料であり、焼結により製造された多孔質の炭化ケイ素は、貫通深さが深くなり、上記載置ベース１６０の機能を達成でき、同時に、破損することなく、複数回加熱及び冷却でき、使用寿命が長い。また、載置ベース１６０の材料として、グラファイトが使用されてもよい。アニール対象物１００が炭化ケイ素ウエハであることを例として、炭化ケイ素ウエハの厚さが非常に薄く、マイクロ波に直接露出すると、そのエッジには、高電界強度の分布を発生させやすくなり、過熱やチップ放電が発生する。従って、載置ベース１６０は、アニールされる炭化ケイ素ウエハのエッジを被覆することにより、炭化ケイ素ウエハのエッジの過熱現象を防止することができる。例えば、載置ベース１６０は、例えば、台座及び上部カバーを含み、上部カバーは、例えば、容室を取り囲むように、台座に取り外し可能に被覆され、アニール対象物１００は、台座及び上部カバーで取り囲まれた容室に取り外し可能に位置決めされる。以上は、載置ベース１６０を例示して説明したが、本考案を限定するものではなく、載置ベース１６０は、アニール対象物１００を載置できる限り、すなわち本考案の特許請求する範囲に属する。

また、上記各好ましい実施例では、図９に示すように、本考案のアニール装置は、例えば、上記アニール手順の実行中にアニール対象物１００を加熱するための熱源をさらに含んでもよい。熱源は、例えば、レーザー加熱源システム５０、マイクロ波電力源システム３０、加熱液体タンク９０、別のレーザー加熱源システム、及び／又は赤外線光源である。熱源が加熱液体タンク９０であることを例として、加熱液体タンク９０には液体９２を有するため、アニール対象物１００が液体９２に浸漬される。加熱液体タンク９０は、例えば、熱油タンクであってもよく、且つ油、好ましくは熱油、より好ましくはフッ素油などの耐高温油を有し、上記アニール手順のステップの全部又はステップの一部では、アニール対象物１００を油に浸漬できることにより、熱衝撃による不要な亀裂又は亀裂の拡大を低減させ、熱均一性を向上させることができ、また、加熱液体タンク９０内には上記油に限定されず、必要に応じて、熱源として加熱可能な液体を選択してタンクに入れることができる。

上記のように、本考案のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムは、以下の利点を有する。

（１）本考案は、マイクロ波エネルギーとレーザーエネルギーで相乗的アニール手順を実行し、マイクロ波アニールとレーザーアニールの利点を組み合わせることに寄与する。

（２）マイクロ波エネルギーによってアニール物の温度を上昇させ、アニール対象物のレーザーエネルギーの吸収率を向上させることに寄与し、従ってレーザーアニール手順を実行するために提供する必要があるレーザーエネルギーを削減でき、又は全体的なアニールに必要な時間を短縮できる。

（３）マイクロ波エネルギーによってアニール対象物の第２の領域と他の領域（非第２の領域）の温度を上昇させ、この２つの領域の温度差（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｏｃｋ）を低減させ、応力差が大きいことによる亀裂又は欠陥を回避することができる。

（４）本考案は、マイクロ波エネルギーでアニール対象物全体をアニールし、温度勾配が大きいことによる欠陥を回避でき、注入イオンの過度の拡散の問題を解決できる。

（５）本考案は、マイクロ波エネルギーでアニール対象物全体をアニールし、アニール対象物に対応する特定のレーザー波長を選択し、特定の深さの領域を選択的にレーザーアニールすることができる。

以上の記述は例を挙げたものにすぎず、限定するものではない。本考案の精神及び範疇から逸脱しない、それに対して行ういかなる同等効果の修正又は変更も、添付の請求の範囲に含まれる。

１０：アニールシステム
３０：マイクロ波電力源システム
３１：金属棒
３２：マイクロ波発生器
３３：マイクロ波
３４：共振器
３５：開口部
３６：アイソレータ
３８：整合器
３８ａ：同軸管
３８ｂ：金属板
３８ｃ：金属棒
５０：レーザー加熱源システム
５２：レーザー発生器
５４：レーザー
５６：レンズ群
７０：マイクロ波吸収素子
８０：測定制御システム
８２：温度測定装置
８４：電力測定装置
８４ａ：方向性結合器
８４ｂ：電力計
８６：制御装置
９０：加熱液体タンク
９２：液体
１００：アニール対象物
１１０：第１の領域
１２０：第２の領域
１５０：載置ステージ
１６０：載置ベース
Ｌ１：水平方向の二重矢印
Ｌ２：垂直方向の二重矢印
Ｃ１：水平方向の二重矢印
Ｃ２：垂直方向の二重矢印
Ｓ１０：マイクロ波アニール手順を実行する
Ｓ２０：レーザーアニール手順を実行する
Ｓ３０：測定制御手順を実行する
Ｄ１：第１の軸方向
Ｄ２：第２の軸方向

Claims (17)

1. レーザーとマイクロ波を統合したアニールシステムであって、
   マイクロ波エネルギーをアニール対象物の第１の領域に提供することにより、前記アニール対象物の前記第１の領域をアニールするマイクロ波電力源システムと、
   レーザーエネルギーを前記アニール対象物の第２の領域に提供することにより、前記アニール対象物の前記第２の領域をアニールするレーザー加熱源システムと、を含む、ことを特徴とするレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
2. 前記第１の領域は、前記第２の領域を含む、請求項１に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
3. 前記マイクロ波電力源システムは、前記マイクロ波エネルギーを前記アニール対象物の前記第１の領域に全体的に提供し、前記レーザー加熱源システムは、前記レーザーエネルギーを前記アニール対象物の前記第２の領域に走査して提供する、請求項１に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
4. 前記マイクロ波電力源システムが前記マイクロ波エネルギーを前記第１の領域に提供する第１の時間区間は、前記レーザー加熱源システムが前記レーザーエネルギーを前記第２の領域に提供する第２の時間区間をカバーする、請求項１、２又は３に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
5. 前記レーザー加熱源システムが前記レーザーエネルギーを前記第２の領域に提供する第２の時間区間は、前記マイクロ波電力源システムが前記マイクロ波エネルギーを前記第１の領域に提供する第１の時間区間をカバーする、請求項１、２又は３に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
6. 前記マイクロ波電力源システムによって提供された前記マイクロ波エネルギーは、第１の軸方向に沿って前記第１の領域に提供され、前記レーザー加熱源システムによって提供された前記レーザーエネルギーは、第２の軸方向に沿って前記第２の領域に提供され、前記第１の軸方向と前記第２の軸方向との夾角は、０度～１８０度の範囲である、請求項１に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
7. 前記レーザー加熱源システムは、レーザー発生器及びレンズ群を含み、前記レーザー発生器は、レーザーを発生させ、前記レンズ群は、前記レーザーを前記アニール対象物の前記第２の領域に案内する、請求項１に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
8. 前記マイクロ波電力源システムは、少なくとも１つのマイクロ波発生器及び１つの共振器を含み、前記マイクロ波発生器は、マイクロ波を発生させ、前記共振器は、前記マイクロ波を前記アニール対象物の前記第１の領域に案内する、請求項７に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
9. 前記マイクロ波電力源システムと前記レーザー加熱源システムは、前記アニール対象物の反対側から前記マイクロ波エネルギーと前記レーザーエネルギーをそれぞれ提供する、請求項６に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
10. 前記マイクロ波電力源システムと前記レーザー加熱源システムは、前記アニール対象物の同じ側から前記マイクロ波エネルギーと前記レーザーエネルギーをそれぞれ提供する、請求項６に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
11. 前記レーザー加熱源システムの前記レンズ群は、前記レーザーを前記アニール対象物の前記第２の領域に案内するように、前記マイクロ波電力源システムの前記共振器に同軸に設けられる、請求項８に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
12. 前記マイクロ波電力源システムと前記レーザー加熱源システムは、前記アニール対象物の垂直側から前記マイクロ波エネルギーと前記レーザーエネルギーを前記アニール対象物にそれぞれ提供する、請求項６に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
13. 前記マイクロ波電力源システムは、２つのマイクロ波発生器及び１つの共振器を含み、前記２つのマイクロ波発生器は、２つのマイクロ波を発生させ、前記共振器は、前記第１の軸方向の２つの反対方向から前記２つのマイクロ波を前記アニール対象物の前記第１の領域にそれぞれ案内する、請求項６に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
14. 前記マイクロ波電力源システムとともに前記アニール対象物の反対側に位置するマイクロ波吸収素子をさらに含む、請求項６、９、１０、１２又は１３に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
15. 前記マイクロ波電力源システムの前記共振器は、開口部が貫通し、前記アニール対象物は、前記開口部を介して前記共振器内を移動して前記マイクロ波エネルギーを受け取る、請求項８又は１３に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
16. 前記マイクロ波電力源システムは、前記マイクロ波発生器と前記共振器との間に設けられるアイソレータ及び整合器をさらに含む、請求項８又は１３に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。
17. 前記第１の領域又は前記第２の領域は、前記アニール対象物の深さ方向の領域内又は表面に位置する、請求項１に記載のレーザーとマイクロ波を統合したアニールシステム。

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