JP5597251B2 - ファイバレーザによる基板処理 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2009年4月20日出願の米国仮特許出願第61/171,011号の利益を主張するものであり、同出願を、あらゆる目的で全体として参照により本明細書に組み込む。
半導体業界で使用されるいくつかのプロセスでは、基板を処理するのに費やす時間を低減させるために基板を急速に加熱することが望ましい。通常、急速熱処理システムでは、高輝度の光源を利用して、場合によっては真空条件下で、処理チャンバ内で保持されている基板を急速に加熱する。高輝度ランプのアレイから構成できる高輝度の光源は、チャンバの内側またはチャンバの外側で透明窓に隣接して位置し、この透明窓を通って、光がチャンバ内へ入る。チャンバの内側では、基板は、物理的にほとんど接触しないで(通常、縁部の周りで)支持され、したがって基板の温度は、入ってくる光に迅速に反応することができる。ウェーハの前面は露出しており、高輝度ランプからの光を受け取る。これらのランプは、本質的に黒体放射体であり、可能な限り迅速に(通常、300〜500ms)動作温度に加熱される。集積回路の製造で一般に使用されるシリコン基板のような多くの基板の場合、特に基板が室温により近い加熱サイクルの初めには、波長が短ければ短いほど光吸収は高い。急速なシリコン基板の加熱は、これらのランプが高温(約3000℃)に到達した後に始まり、この時点で、ランプは短波長の光の大部分を放出し始める。
図1は、投光タイプの急速熱的加熱装置の概略横断面図を示す。この装置では、チャンバ105内に配置されたウェーハ100が、チャンバの蓋120上に取り付けられたランプ125からの放射によって加熱される。ランプ125は通常、タングステンハロゲンランプであり、基板を均等に加熱するように、異なる温度にすることができる。高温測定は、チャンバ105内の窓135を通じて光を監視することによって行うことができる。ランプ125のオンとオフを切り換えられる速度は、典型的な熱ランプでは制限されており、その結果、基板をどれだけ速く加熱できるかに関して制限が生じる。
これらの制限の一部を克服するために、そしてパルス持続時間を短くして処理時間目標内に収めるために、代替の光源が使用されてきた。しかしこれらの新しい代替の光源は、50ns〜100μsに低減されたウェーハを処理する時間要件を含む新しい処理要件を満たすのに最適ではない。したがって、約100nsを下回る加熱パルスを使用してウェーハを確実かつ急速に処理するシステムおよび方法が必要とされている。様々な基板プロセスには、高輝度の照射パルスの開始および終了ならびに持続時間および繰返し率の追加の制御が必要とされる。
本発明の実施形態は、光パルスの持続時間、形状、および繰返し率の独立した制御を提供する光源を組み込む基板処理機器および方法に関する。実施形態は、照度の急速な増大および低減をさらに提供する。
基板処理システムは、光パルスを生成して半導体基板の表面の一部分を照射し、半導体基板を変化させる1つまたは複数のファイバレーザを含む。光パルスは、1つまたは複数の光波長および選択可能なパルス持続時間を含む。表面のこの部分は、10平方ミリメートルより大きい面積を有する。光パルスは化学反応を促進させ、その結果、半導体基板の表面上に膜を形成することができる。別法として、光パルスは、半導体基板内のドーパントを活動化させることができる。別法として、光パルスは、半導体基板を焼鈍することができる。1つまたは複数のファイバレーザは、少なくとも1つのファイババンドルレーザを含むことができる。パルス持続時間は、約100ns〜約100μsとすることができる。これらの光パルスを使用して、半導体基板を加熱すること、または半導体基板内で原子を拡散させることによって、半導体基板を変化させることができる。光パルスの繰返し率は選択可能とすることができ、約1MHz未満とすることができる。基板処理システムは、1つまたは複数のファイバレーザの1つまたは複数の波長とは異なる波長に近い表面のこの部分からの放射を監視する光学高温測定アセンブリをさらに含む。
基板処理システムは、光学アセンブリと、処理チャンバ内に配置された基板を支持する基板支持アセンブリとを含む。基板処理システムの基板支持アセンブリは、1つまたは複数のファイバレーザに対して可動式とすることができる。基板処理システムの1つまたは複数のファイバレーザは、基板支持アセンブリに対して可動式とすることができる。
基板を処置する方法は、表面プロセスを促進させる少なくとも1つの光パルスのパルス持続時間を選択するステップと、基板の表面の第1の部分を少なくとも1つの光パルスで照射するステップとを含む。1つの光パルスは、ファイバレーザアセンブリの出力部から放出された1つまたは複数のファイバレーザ波長を含み、表面のこの部分は、10平方ミリメートルより大きい面積を有する。この方法は、基板を動かすステップと、基板の表面の第2の部分を照射するステップとを含むことができる。この方法は、基板の表面の第1の部分から放出された光を受け取るステップと、プロセス監視波長に近い放出された光の輝度を判定するステップとを含むことができる。プロセス監視波長は、1つまたは複数のファイバレーザ波長とは異なってもよい。
本開示の適用の可能性のさらなる領域は、以下に提供する詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特有の例は、様々な実施形態について示すが、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を必ずしも限定しようとするものではないことを理解されたい。
本発明の性質および利点のさらなる理解は、以下に提示する本明細書の残りの部分および図面を参照することによって実現することができる。これらの図を、本発明の詳細な説明の部分に組み込む。
従来技術の基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である。 本発明の実施形態による基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である。 本発明の実施形態による基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である。 本発明の実施形態による基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である。 開示の実施形態による基板の表面を処置するために使用できる例示的な方法を示す流れ図である。 開示の実施形態による基板の表面を処置するために使用できる例示的な方法を示す流れ図である。 本発明の実施形態から利益を得る例示的な基板処理システムの横断面図である。
添付の図では、類似の構成要素および/または特徴は、同じ参照標識を有することができる。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、ダッシュ付きの参照標識、および類似の構成要素を区別する第2の標識に従うことによって区別することができる。本明細書で第1の参照標識だけが使用される場合、その説明は、第2の参照標識にかかわらず、同じ第1の参照標識を有する類似の構成要素のいずれにも適用することができる。
本発明の実施形態は、光パルスの持続時間、形状、および繰返し率の独立した制御を提供する光源を組み込む基板処理機器および方法に関する。実施形態は、照度の急速な増大および低減をさらに提供する。
開示の実施形態では、ファイバレーザを使用して基板の表面を照射して加熱し、基板の表面に近い領域を処理する。これらのプロセスには、膜を形成することと、ドーパントを処置することと、基板自体を再秩序化することとが含まれる。ファイバレーザを使用すると、輝度の非常に高い光パルスを生じさせることができる。これは、小さい器具実装面積を維持するために巻き付けられる長いレージングキャビティよって可能になる。ファイバレーザの長く狭いレージングキャビティは、非常に効率的に冷却することができ、高い光輝度の出力をさらに可能にする。現在利用可能なファイバレーザからの連続する電力は1キロワットを超過しており、繰返し率、パルス数、パルス形状、および持続時間に応じて、非常に高いピーク電力に変換される。ファイバレーザは、パルスNd:Yagレーザではなく、マスタファイバ発振器によってポンピングされると、これらのパラメータに対してより大きい範囲を提供し、また、互いにより独立してパラメータを選択することができる。複数のファイバレーザを組み合わせて、ファイババンドルレーザとして知られているある種のレーザを形成することができる。
基板の表面は、約2ns〜約100μsで本質的に連続して調整できるパルス持続時間を有する光パルスで処置することができる。選択可能な数のパルスおよび最高1MHzのパルス繰返し率で基板の表面を処置するには、パルス列を使用することができる。光パルスの形状を調整して、たとえば最初により多くの照射を提供して表面をプロセス支援温度に加熱し、次いでプロセス反応を維持するのに十分なより低い輝度まで下げることができる。長いパルス(100μs超)の場合、パルス形状は、基板の上部と底部の膨張の差を制限するために輝度を増加させるように選択することができる。パルス形状技術または「パルス成形」は、任意の電気波形生成器に類似のパルス形状の柔軟性を提供できるファイバレーザを使用することによって容易になる。光パルス形状は、特有の膜の成長に伴う化学反応を促進させるように選ぶことができる。
関係する化学的性質に応じて、ガス前駆体の存在下で表面を照射することで、熱的手段以外によって化学反応の速度を高めることができる。たとえば、光は、気相分子または吸着分子を励起し、あるいはさらには基板を電子的に励起して表面上の化学反応を促進させることができる。光によって誘起される関連するプロセスには、光触媒作用および光支援原子層堆積(PA−ALD)が含まれる。これらのプロセス中、パルス列を使用して、1つのパルスにつき一層の膜を基板上で成長させることができる。ファイバレーザの波長は、たとえば反応速度を高める分子の電子遷移と共振する波長を選ぶことによって、所望の膜プロセスを促進させるように選択することができる。波長は、基板による放射の吸収を高め、それによって基板をより効率的に加熱するように選ぶことができる。
パルスファイバレーザは、光ファイバのコアをドープすることによって作られ、次いでレーザキャビティとして使用される。レーザキャビティコアは、レーザで光学的にポンピングすることができ、このレーザ光は、レーザキャビティコアを通って、またこの場合のような高輝度の適用分野では、レーザキャビティコアと接し、またはレーザキャビティコアを取り囲む2次的な非ドープコアを通って誘導される。レーザキャビティコアは、放出を容易に刺激するために希土類元素でドープすることができるが、他の光学効果もまた、光学利得のための機構を提供する。これらの高輝度レーザの設計の改善により、処理物から材料の除去(たとえば、スクライビング、切断、および切除)などの新しい適用分野が可能になった。これらの適用分野では、材料を除去するのに十分な熱を実現するために、ビームを小さいスポットサイズに集束させる必要がある。本発明の実施形態では、基板処理機器内にファイバレーザが組み込まれ、一部には、出力照射が基板の大部分をカバーできるようにビームを光学的に広げることによって基板を処理する。基板処理の適用分野では、融解または切除より低い電力密度を必要とし、したがって多くのプロセスでは、約10ワットより大きい現在の電力レベルで十分であろう。複数のレーザを組み合わせて基板のさらに大きい部分をカバーし、基板全体を一度に露出させることができ、または走査する動きとともに、もしくは個別のステップにおいて、より小さい領域を露出させることができる。ファイバレーザの出力部と基板の間の相対的な動きは、基板の動き、ファイバレーザの出力部の動き、またはこれらの組合せによって提供することができる。
本発明をよりよく理解および評価するために、本発明の実施形態による基板処理システム内の加熱および監視システムの概略横断面図である図2A〜2Cを参照されたい。図2Aは、光が光ファイバケーブル配線225−1を通ってチャンバ内へ入って基板200全体に広がり、ファイバレーザアセンブリ226−1の出力部と基板200の間の相対的な動きなしで表面を処理する処理システムを示す。
持続時間が約20ミリ秒を下回るパルスの場合、基板は、パルスが終了された後まで、上面201と底面202で同じ温度ではないことがある。したがって、直接照射されて加熱される上面201上で、照射に対する熱応答の光学測定を実行できることが好ましい。上面201の監視は、底面202に照準を当てた透明の光学的開口235−1ではなく、基板200の表面に照準を当てた透明の光学的開口235−2を通って行うことができる。図示の処理システムは、蓋220−1の一部として透明の光学的開口235−2を備えるように構成される。蓋220−1はまた、光ファイバケーブル配線225−1を支持する。ファイバレーザ(複数可)から放出される光の波長(複数可)とは異なる波長で高温測定によって基板200の上面201の熱応答を監視することで、温度判定の精度を改善することができる。異なる波長を検出することで、ファイバレーザから反射または散乱された照射が基板200の上面から熱的に生成されると誤って解釈される可能性を低減させることができる。
ファイバレーザからのパルスは、2ナノ秒もの短さであることがあるため、高温計によって検出される光は、表面の平衡状態の温度を示さないことがある。露出中または露出後に表面の実際の温度を判定するには、さらなる処理を必要とすることがある。別法として、未加工の光信号を使用することができ、結果として得られる膜、ドーパント、または他の表面特性の最適の特質に相関させることができる。
図2Aでは、ファイバレーザアセンブリ226−1は、処理チャンバの内側で光を出力する。代替実施形態では、ファイバレーザ出力部226−1は、処理チャンバの外側に位置することができ、光は、透明窓を通ってチャンバ内へ入る。別の代替実施形態では、ファイバレーザ出力部226−1は、チャンバのうち、やはりプロセス条件から保護された別個の部分を占めることができる。ファイバレーザ226−1の出力部と処理領域を分離することで、基板200の表面への光放射の伝送効率に悪影響を及ぼす堆積、エッチング、または他の反応を防止するという追加の利点がある。
ファイバレーザは、短い波長(実施形態では、0.75μm未満または0.5μm未満)の光をもたらしながら、より高い波長(約0.5μm〜1.2μmまたは0.75μm〜1.2μm)で高温測定を行って、加熱波長と監視波長を分離することができる。大部分のドーパント濃度では、1.2μmを上回る波長の場合、シリコン基板の放射率は低く、高温測定はより困難になる。シリコン以外の基板の場合、波長の範囲は異なることがあるが、加熱と高温測定に異なる光波長を使用する利益はそのまま残る。
図2Bは、可撓性の光ファイバケーブル配線225−2を通って基板200の上面201を光学的に加熱する走査またはステップおよび走査手法を利用する処理システムの別の実施形態を示す。上面201の一部分は、ファイバレーザアセンブリ226−2の出力部から放出される放射に露出されており、上面201のうち照射される部分の位置は、処理中に突然または平滑に変化する。光ファイバケーブル配線の動きは2つの直交方向であり、基板200の上面201全体の露出を可能にすることができる。
上面201のうち照射される部分の温度の表示は、可撓性の光パイプまたは光ファイバ高温測定受信器235−3によって受け取ることができる。高温測定受信器235−3は、光ファイバ高温測定受信器235−3と光ファイバケーブル配線225−2がともに動くように、光ファイバケーブル配線225−2に固定することができる。これは、上面201のうちより冷たい部分ではなく、照射される(加熱される)部分を確実に監視するために望ましいであろう。別法として、チャンバ205および蓋220−2に対して静止している光受信器235−2を使用して、上面201の露出された部分を主として監視するように機械的または電子的に制御することができる。
図2Cは、基板200を動かして基板200の上面201のうち照射および加熱される部分を平行移動させる処理システムのさらに別の実施形態を示す。ファイバレーザアセンブリ226−3の出力部は、チャンバ205および蓋220−2に対して静止したまま保つことができるため、光ファイバケーブル配線225−2および高温測定受信器235−3は可撓性である必要はない。基板は、露出間には、相対的に個別のステップで動かすことができ、または一貫した露出中には、平滑に動かすことができる。基板は、矢印の方向、および図2Cの平面に出入りする直交方向に動かし、または平行移動させることができる。別法として、基板は、矢印の方向に動かすことができ、基板の中心の周りで回転させることができる。
光ファイバケーブル配線に対する基板の動きは、基板の動きとファイバレーザアセンブリの出力部の動きの組合せによって提供することができる。一例では、光ファイバアセンブリが基板の半径に沿って直線的に平行移動されるのに対して、基板を回転させることができる。
図2A〜2Cに示す光ファイバケーブル配線225は、ドープされたレーザキャビティの一部分であってもなくてもよいが、レーザキャビティからチャンバ内へ光を伝送するために使用される非ドープファイバとすることができる。
図3A〜3Bは、開示の実施形態による基板の表面を処置するために使用できる例示的な方法を示す流れ図である。図3Aは、ファイバレーザを使用するステップおよび走査手法に伴うプロセスを表す。ファイバレーザアセンブリの出力部は、基板の表面近くに位置決めされており、ファイバレーザによって光パルスが生じ、基板の一部分を照射する(動作305)。基板は、次のパルスが基板の異なる部分に当たるように動かされる(動作310)。ファイバレーザによって第2の光パルスが生じ、基板の第2の部分を照射する(動作315)。図3Bは、照射および加熱された部分からの光信号を使用してファイバレーザからの光パルスの輝度を調整するプロセスを示す。動作365では、単色のファイバレーザからの光パルスで、基板の一部分が照射および加熱される。基板のこの部分の照射中、またはその直後に、この部分から発する光の輝度が検出器によって判定され、この光パルスが基板の表面に与える影響を監視するために使用される(動作370)。検出された光の波長は、ファイバレーザによってもたらされる波長とは異なる。後のパルスの輝度は、動作370で検出された光の輝度に基づいて調整される(動作375)。
例示的な基板処理システム
図4は、円板状の基板405を処理する処理チャンバ400を示す。基板405は、直径12インチ(300ミリメートル(mm))のシリコン(Si)ウェーハとすることができる。
本発明の一実施形態によれば、処理中、基板405は、チャンバ400の内側で基板支持アセンブリ408上に支持され、基板405の真上に位置する照射素子402によって加熱される。照射素子402は、放射412を生成し、放射412は、水冷式の石英窓アセンブリ403を通って処理チャンバ400に入る。窓アセンブリ403と基板405の間の間隙は調整可能とすることができ、実施形態では、約10〜50ミリメートル(mm)である。基板405の下には反射板420が位置し、概ね円筒形の基部を有する中心アセンブリ421上に取り付けられる。反射板420は、反射性の非常に高い表面被覆をもつことができる。基板405の下面および反射板420の上部は、基板405の有効放射率を高める反射キャビティと接する。基板405と反射板420の離隔距離もまた、調整することができる。300mmの基板処理システムでは、この間隙は、様々な実施形態で約3mm〜20mmまたは約5mm〜8mmとすることができる。
複数の温度プローブ(図4には3つ示す)は、高温測定方法を用いて、光パイプ423を通って光を収集し、光センサ425および補助電子機器で検出された光の輝度を測定することによって、基板405のうち下面とは異なる領域で温度を監視することができる。各温度プローブは、中心アセンブリ421の裏側から反射板420の上部を通る導管内へ挿入される光パイプ423を含むことができる。光パイプ423は、直径0.080インチとすることができ、これらの導管は、光パイプ423を導管内へ容易に挿入できるようにわずかに大きい。光パイプ423は、光ファイバ424を介して光センサ425に光学的に接続することができる。温度プローブは、基板の領域近くで測定された温度を示す信号をもたらし、これらの信号は、システム制御装置462とすることができる。
基板405の上には、処理領域413が位置する。基板は、照射素子402から基板405の方へ光412を照らすことによって変化し、これによって基板を再秩序化しかつ/またはプロセスガスと基板405に伴う化学反応を助けることができる。たとえば、基板405内のドーパントを活動化もしくは分散させることができ、基板405における秩序度を増大させることができ、または基板405上に膜(シリサイド、窒化物、または酸化物など)を成長させることができる。チャンバ400の側壁内には入口マニホルド473が位置決めされ、タンク441などの1つまたは複数のガス源からのガスをチャンバ400内へ入れるように適合される。タンク441からのガスの流れは、手動式の弁およびコンピュータ制御式の流れ制御装置442によって独立して制御されることが好ましい。チャンバ400内で入口マニホルド472に対して直径方向に反対側に、排出キャップ473が位置決めされ、堆積チャンバ400からのプロセス廃水をポンプシステム(図示せず)内へ排出するように適合される。
中心アセンブリ421は、冷却剤入口(図示せず)に結合された内部チャンバ422を含む循環回路を含み、冷却剤入口を通って冷却された流体が循環し、中心アセンブリ421を冷却する。一実施形態では、室温の水を使用して、中心アセンブリ421を、加熱された基板405の温度より十分に低く維持する。実施形態では、中心アセンブリ421の温度は、150℃を下回るように保たれる。
反射板420の上部内に小さい反射キャビティ419を形成することができ、そこで光パイプ423は反射板420の上部を通過する。光パイプ423は、最上端部が各マイクロキャビティ419への入口と同じ高さになるように、またはわずかに下になるように位置決めされる。
光パイプ423は、サファイアなどの光学指数の高い材料から作ることができる。サファイアの光パイプは通常、比較的小さい光散乱係数を有し、より大きい横方向の光除去率を有する傾向があるために好ましい。その結果、サファイアの光パイプは、より小さい立体角、したがってより小さい測定面積から入ってくる光線を受け入れるため、測定の局部化がより大きくなる。これらの光パイプは、任意の適当な耐熱性および耐食性の材料、たとえば石英から作ることができ、場合によっては介在する光ファイバケーブル424を通って、サンプリングした放射を高温計へ伝送することができる。別法として、放射サンプリングシステムは、反射板420内に取り付けられた半径の小さい対物レンズと、各レンズによって収集された放射を各高温計へ通信する鏡およびレンズのシステムとを含む光学系とすることができる。そのような方式は、適当な既製の光学素子が利用可能である場合、サファイアの光パイプより安価になることがある。別法として、光パイプは、よく研磨された反射性の内側表面を有する管から作ることができる。
上記のように、3つの温度プローブだけを図4に示すが、実際のシステムでは、反射板420全体に分散された7つまたは8つの測定プローブを使用して、径方向および方位角の異なる位置で温度を測定することができる。熱処理中、基板支持アセンブリ408は、基板405の熱分布を均等にするために回転されることが多い。回転速度は、1分当たり約20〜200回転(RPM)とすることができる。基板405が回転される場合、各プローブは実際に、基板上の対応する環状リング領域の温度プロファイルをサンプリングする。基板支持アセンブリ408は、磁気浮上式の回転フレームとすることができる。基板支持アセンブリ408は、縁部から基板405を支持しながら、回転子の窪み409内へ延びることができる。このようにして、基板405を照射素子402の下で回転させて、基板405の温度の均一性を促進させる。
縁部リング411の内径に沿って、基板405に接触するための棚またはくさび形状が位置することができる。縁部リング411は、基板405の外周部の周りで基板405に接触し、それによって基板405の下面のうち見えにくくなる部分を最小にする。縁部リング411の径方向の幅は、約0.75インチである。縁部リング411の一部分は、基板405に近接しており、膜を形成するように、または基板405を他の方法で変化させるように選択されたプロセスガスによる腐食または汚染を受けやすいことがある。縁部リング411に使用される材料は、炭化シリコンなどの化学的浸食に耐性のあるものとすることができる。
縁部リング411は、円筒410によって、光を通さない封止を生じさせるように設計される。縁部リング411の底面から円筒形状の口縁またはスカートが延び、その外径は、円筒410の外径よりわずかに大きく、または小さく、円筒410の外側および内側の領域間に直接光が進むのを防止する。縁部リング411は、円筒410の半径より大きい外側半径を有し、したがって円筒410を越えて外方へ延びる。円筒410を越える縁部リング411のこの環状の延長部は、迷光が反射キャビティ419に入り、基板温度を示すと誤って解釈されるのを防止する遮光板として機能する。迷光が反射キャビティ419に入る可能性をさらに低減させるために、縁部リング411は、照射素子402によって生成される放射を吸収する材料(たとえば、炭化シリコンなどの黒色または灰色の材料)で被覆することができる。反射キャビティ419に入る迷光の量をさらに低減させるために、同時に回転する縁部リング延長部413を使用することができる。円筒410は、石英から作ることができ、Siで被覆して反射キャビティ419内への光の侵入をさらに制限することができる。
処理装置400は、照射素子402の輝度、ガスの流れ、基板温度、およびチャンバ圧力を制御するなど、装置400の様々な動作を制御するシステム制御装置462を含む。本発明の一実施形態では、システム制御装置462は、ハードディスクドライブ(メモリ464)およびプロセッサ966を含む。プロセッサは、シングルボードコンピュータ(SBC)、アナログおよびデジタル入出力ボード468、ならびに機械的インターフェースボードを含む。
システム制御装置462は、装置400の行動を制御する。システム制御装置は、メモリ464などのコンピュータ可読媒体内に記憶されたコンピュータプログラムであるシステム制御ソフトウェアを実行する。メモリ464は、ハードディスクドライブとすることができるが、DRAM、フラッシュ、および他の種類のメモリを含むこともできる。メモリ964はまた、1つまたは複数のタイプのメモリの組合せとすることができる。コンピュータプログラムは、特定プロセスのタイミング、ガスの混合物、チャンバ圧力、チャンバ温度、ランプの電力レベル、基板支持アセンブリの位置、および他のパラメータを指令する命令のセットを含む。もちろん、たとえばフロッピーディスクまたは別の適当なドライブを含めて、別の記憶装置上に記憶されたものなど、他のコンピュータプログラムを使用して、システム制御装置462を動作させることもできる。入出力(I/O)デバイス468は、機器とのインターフェースに加えて、LCDモニタ、キーボード、およびポインティングデバイスなどのヒューマンインターフェースデバイスを含むことができる。システム制御装置462をネットワークに接続すると、システム機能の遠隔制御または監視を可能にすることができる。また、ネットワークを介して通信する複数のシステム制御装置462の間で制御を分散させて、制御の責任を分散させることもできる。
本明細書では「基板」とは、基板上に層が形成されるかどうかにかかわらず、支持基板とすることができる。支持基板は、様々なドープ濃度およびプロファイルの絶縁体または半導体とすることができ、たとえば集積回路の製造で使用されるタイプの半導体基板とすることができる。「光」、「光学」、および「光学系」という用語の使用は、関係する電磁放射がスペクトルの可視部分からのものでなければならないことを暗示するものではない。光は、いかなる波長のものであってもよい。
一実施形態では、基板処理システムは、光パルスを生成して半導体基板の表面の一部分を少なくとも200℃に加熱する1つまたは複数のファイバレーザを含む。光パルスは、1つまたは複数の光波長および選択可能なパルス持続時間を含み、表面のこの部分は、10平方ミリメートルより大きい面積を有する。
基板処理システムの別の実施形態では、光パルスは化学反応を促進させ、その結果、半導体基板の表面上に膜を形成する。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスは、半導体基板内のドーパントを活動化させる。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスは、半導体基板を焼鈍する。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、1つまたは複数のファイバレーザは、少なくとも1つのファイババンドルレーザを含む。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、パルス持続時間は、約100ns〜約100μsである。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスは、半導体基板を加熱することによって半導体基板を変化させる。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスは、半導体基板内で原子を拡散させることによって半導体基板を変化させる。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスの繰返し率は選択可能である。繰返し率は、約1MHz未満とすることができる。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光パルスのパルス形状は選択可能である。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、表面のこの部分は、100平方ミリメートルより大きい。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、システムは、1つまたは複数のファイバレーザの1つまたは複数の波長とは異なる波長に近い表面のこの部分からの放射を監視する光学高温測定アセンブリをさらに含む。
別の実施形態では、基板処理システムは、処理チャンバ内に配置された半導体基板を支持する基板支持アセンブリと、光学アセンブリとを含み、光学アセンブリは、1つまたは複数の波長の光パルスを生成して半導体基板の表面の一部分を少なくとも200℃に加熱する1つまたは複数のファイバレーザを含む。光パルスのパルス持続時間は選択可能であり、表面のこの部分は、10平方ミリメートルより大きい面積を有する。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、光学アセンブリは、半導体基板の一部分を一度に露出させる。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、基板支持アセンブリは、1つまたは複数のファイバレーザに対して可動式である。
基板処理システムのさらに別の実施形態では、1つまたは複数のファイバレーザは、基板支持アセンブリに対して可動式である。
別の実施形態では、半導体基板を処置する方法は、表面プロセスを促進させる少なくとも1つの光パルスのパルス持続時間を選択するステップと、少なくとも1つの光パルスで半導体基板の表面の第1の部分を少なくとも200℃に加熱するステップとを含む。1つの光パルスは、ファイバレーザアセンブリの出力部から放出された1つまたは複数のファイバレーザ波長を含み、表面のこの部分は、10平方ミリメートルより大きい面積を有する。
さらに別の実施形態では、半導体基板を処置する方法は、半導体基板を動かすステップと、半導体基板の表面の第2の部分を照射するステップとをさらに含む。
さらに別の実施形態では、半導体基板を処置する方法は、半導体基板の表面の第1の部分から放出された光を受け取るステップと、プロセス監視波長に近い放出された光の輝度を判定するステップとをさらに含む。プロセス監視波長は、1つまたは複数のファイバレーザ波長とは異なる。
本発明について好ましい実施形態の点から上記で説明してきたが、それだけに限定されるものではないことが当業者には理解されるであろう。上述の本発明の様々な特徴および態様は、個別にまたは一緒に使用することができる。さらに、本発明について特定の環境における特定の適用分野に対する実装形態の文脈から説明してきたが、有用性はそれだけに限定されるものではなく、本発明は任意の数の環境および実装形態で利用できることが当業者には理解されるであろう。

Claims (14)

  1. それぞれが光パルスを生成して半導体基板の表面の一部分を少なくとも200℃に加熱するように構成された複数のファイバレーザを備えたファイババンドルレーザを備え、レーザキャビティを有する複数のファイバレーザのそれぞれが、光パルスを生成するためのドープされたコアを有する光ファイバと、前記ドープコアから前記半導体基板の前記表面に前記光パルスを伝送するための非ドープ光ファイバとを備え、
    前記光パルスが、独立して選択可能なパルス持続時間、形状、および繰返し率を有する1つまたは複数の光波長を含み、
    前記表面の前記部分が、10平方ミリメートルより大きい面積を有する、
    基板処理システム。
  2. 前記光パルスがプロセスガスと前記半導体基板との間の化学反応を促進させ、その結果、前記半導体基板の表面上に膜を形成する、請求項1に記載の基板処理システム。
  3. 前記光パルスが、前記半導体基板内のドーパントを活動化させる、請求項1または2に記載の基板処理システム。
  4. 前記光パルスが、前記半導体基板を焼鈍する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  5. 前記パルス持続時間が、100ns〜100μsである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  6. 前記繰返し率が1MHz未満である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  7. 前記表面の前記部分が、100平方ミリメートルより大きい、請求項1〜6のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  8. 前記1つまたは複数のファイバレーザの前記1つまたは複数の波長とは異なる波長に近い前記表面の前記部分からの放射を監視する光学高温測定アセンブリをさらに備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  9. 処理チャンバ内に配置された半導体基板を支持する基板支持アセンブリと、
    光学アセンブリとを備え、前記光学アセンブリが、
    それぞれが1つまたは複数の波長の光パルスを生成して前記半導体基板の表面の一部分を少なくとも200℃に加熱するように構成された複数のファイバレーザを備えたファイババンドルレーザを備え、レーザキャビティを有する複数のファイバレーザのそれぞれが、光パルスを生成するためのドープされたコアを有する光ファイバと、前記ドープコアから前記半導体基板の前記表面に前記光パルスを伝送するための非ドープ光ファイバとを備え、
    前記光パルスが、独立して選択可能なパルス持続時間、形状、および繰返し率を有する1つまたは複数の光波長を含み、前記表面の前記部分が、10平方ミリメートルより大きい面積を有する、
    基板処理システム。
  10. 前記光学アセンブリが、前記半導体基板の一部分を一度に露出させる、請求項9に記載の基板処理システム。
  11. 前記基板支持アセンブリが、前記1つまたは複数のファイバレーザに対して可動式である、請求項9または10に記載の基板処理システム。
  12. 半導体基板を処置する方法であって、
    表面プロセスを促進させる少なくとも1つの光パルスのパルス持続時間、形状および繰返し率を独立して選択するステップと、
    前記表面プロセスを促進するために、前記少なくとも1つの光パルスで半導体基板の表面の第1の部分を少なくとも200℃に加熱するステップとを含み、
    前記少なくとも1つの光パルスが、ファイバレーザアセンブリの出力部から放出された1つまたは複数のファイバレーザ波長を含み、前記ファイバレーザアセンブリが、レーザキャビティを有する複数のファイバレーザのそれぞれが、少なくとも1つの光パルスを生成するためのドープされたコアを有する光ファイバと、前記ドープコアから前記半導体基板の前記表面に前記少なくとも1つの光パルスを伝送するための非ドープ光ファイバとを備えた複数のファイバレーザを備えたファイババンドルレーザを含み、
    前記表面の前記部分が、10平方ミリメートルより大きい面積を有する、方法。
  13. 前記半導体基板を動かすステップと、
    前記半導体基板の前記表面の第2の部分を照射するステップと
    をさらに含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記半導体基板の表面の前記第1の部分から放出された光を受け取るステップと、
    プロセス監視波長に近い前記放出された光の輝度を判定するステップとをさらに含み、前記プロセス監視波長が前記1つまたは複数のファイバレーザ波長とは異なる、
    請求項12または13に記載の方法。
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