WO2019116826A1 - チャックプレート、アニール装置、及びアニール方法 - Google Patents

チャックプレート、アニール装置、及びアニール方法 Download PDF

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Abstract

アニール対象物と保持テーブルとの間にチャックプレートが配置される。チャックプレートは、アニール対象物から放射されて保持テーブルに向かう熱放射光を減衰させる機能を持つ。このチャックプレートを使用すると、熱放射光を検出することによる温度測定の精度を高めることが可能である。

Description

チャックプレート、アニール装置、及びアニール方法
　本発明は、チャックプレート、アニール装置、及びアニール方法に関する。
　フラッシュランプアニール法で半導体ウエハを高速加熱する際に、半導体の表面の温度を測定する技術が知られている（特許文献１）。例えば、半導体ウエハ表面からの熱放射光を検出することにより、半導体表面の温度を測定することができる。
特開２００８－２３５８５８号公報
　半導体ウエハからの熱放射光を検出することにより、半導体ウエハの表面温度を測定する場合、種々の要因により正確な温度を測定することが困難な状況が生じ得る。例えば、保持テーブルの上にチャックプレートを介して半導体ウエハを保持して加熱する場合、半導体ウエハの下のチャックプレートや保持テーブルの形状等に起因して測定精度が低下する現象が生じることが判明した。本発明の目的は、熱放射光を検出することによる温度測定の精度を高めることが可能なチャックプレート、アニール装置、及びアニール方法を提供することである。
　本発明の一観点によると、
　アニール対象物と保持テーブルとの間に配置されて使用され、前記アニール対象物から放射されて前記保持テーブルに向かう熱放射光を減衰させる機能を持つチャックプレートが提供される。
　本発明の他の観点によると、
　アニール対象物を保持する保持テーブルと、
　前記保持テーブルと前記アニール対象物との間に配置されるチャックプレートと、
　前記保持テーブルに保持された前記アニール対象物を加熱する加熱機構と、
　前記保持テーブルに保持され、前記加熱機構によって加熱された前記アニール対象物からの熱放射光を検出する熱放射光検出器と
を有し、
　前記チャックプレートは、前記アニール対象物から放射されて前記保持テーブルに向かう熱放射光を減衰させる機能を持つアニール装置が提供される。
　本発明のさらに他の観点によると、
　保持テーブルの上にアニール対象物を保持し、
　前記保持テーブルに保持された前記アニール対象物を加熱し、
　加熱された前記アニール対象物から上方に向かう熱放射光の強度を測定し、
　加熱された前記アニール対象物から前記保持テーブルに向かい、前記保持テーブルで反射され、前記アニール対象物を透過して前記アニール対象物の上方に向かう熱放射光を吸収または減衰させるアニール方法が提供される。
　アニール対象物から下方に向かい、保持テーブルで反射され、チャックプレート及びアニール対象物を透過して上方に向かう熱放射光を減衰させることができる。その結果、熱放射光の強度を測定する際に、チャックプレートや保持テーブルの影響を受けにくくなる。
図１は、実施例によるレーザアニール装置の概略図である。 図２Ａは、保持テーブルの一部分の平面図であり、図２Ｂは、チャックプレートの一部分の平面図である。 図３は、比較例によるレーザアニール装置を用いてアニール対象物をアニールした時に取得された熱放射光の強度の検出結果の分布の一部分を示す図である。 図４Ａは、比較例によるレーザアニール装置の、貫通孔が設けられていない箇所のチャックプレート、保持テーブル、及びアニール対象物の断面図であり、図４Ｂは、貫通孔が設けられている箇所のチャックプレート、保持テーブル、及びアニール対象物の断面図である。 図５Ａは、実施例によるレーザアニール装置の、貫通孔が設けられていない箇所のチャックプレート、保持テーブル、及びアニール対象物の断面図であり、図５Ｂは、貫通孔が設けられている箇所のチャックプレート、保持テーブル、及びアニール対象物の断面図である。 図６は、実施例によるレーザアニール装置でアニールを行う際に取得された熱放射光の強度の検出結果の分布を示す図である。 図７は、比較例によるレーザアニール装置を用いてアニールを行ったときの温度の測定結果と、実施例によるレーザアニール装置を用いてアニールを行ったときの温度の測定結果とを比較して示すグラフである。 図８Ａは、アニール対象物の表面をパルスレーザビームで走査する走査経路を示す平面図であり、図８Ｂは、主走査するときのパルスレーザビームの照射領域のショット間の位置関係を示す図であり、図８Ｃは、副走査の前後のパルスレーザビームの照射領域のショット間の位置関係を示す図である。 図９は、アニール対象物を実際にアニールした時のアニール温度の分布を示す図である。 図１０Ａは、ｘ軸方向に関するアニール温度の分布を模式的に示す図であり、図１０Ｂは、ｙ軸方向に関するアニール温度の分布を模式的に示す図である。 図１１は、アニール対象物に入射させるパルスレーザビームのパルスエネルギ密度と、温度センサの出力電圧との関係を、オーバラップ率ごとに示すグラフである。 図１２Ａは、実施例によるアニール装置を用いてアニールを行うときの手順を示すフローチャートであり、図１２Ｂは、アニール温度の測定結果と、ｘ軸方向のオーバラップ率ＯＶＲｘの変化量ΔＯＶＲｘとの関係の一例を示すグラフである。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、図８Ａ～図１２Ｂに示した実施例による方法でアニールした時のオーバラップ率ＯＶＲｘの変化の一例を示すグラフである。 図１４は、図１及び図８Ａ～図１２Ｂに示した実施例による方法でアニールした時の主走査ごとのオーバラップ率ＯＶＲｘの平均値の変化の一例を示すグラフである。
　図１、図２Ａ、及び図２Ｂを参照して、実施例によるレーザアニール装置について説明する。
　図１は、実施例によるレーザアニール装置の概略図である。チャンバ１０内に走査機構１２によって保持テーブル１３が支持されている。走査機構１２は、制御装置４０からの指令を受けて、保持テーブル１３を水平面内で移動させることができる。走査機構１２はエンコーダを含み、保持テーブル１３の現在位置を表す位置情報がエンコーダから制御装置４０に読み込まれる。保持テーブル１３の上に、チャックプレート１４を介してアニール対象物３０が保持される。保持テーブル１３は、真空チャック機構を含み、チャックプレート１４は、保持テーブル１３の真空チャック機構の作用をアニール対象物３０まで及ぼすための複数の貫通孔を有する。アニール対象物３０は、例えば、ドーパントが注入されたシリコンウエハ等の半導体ウエハである。実施例によるレーザアニール装置は、例えばドーパントの活性化アニールを行う。
　保持テーブル１３は、例えばアルミニウム等の金属で形成される。チャックプレート１４には、保持テーブル１３の材料よりも硬い材料、例えばセラミック等が用いられる。チャックプレート１４は、例えば高い面精度を得る目的で、保持テーブル１３とアニール対象物３０との間に配置されて使用される。
　レーザ光源２０が、制御装置４０からの指令を受けて、アニール用のパルスレーザビームを出力する。レーザ光源２０として、例えば発振波長約８００ｎｍのレーザダイオードが用いられる。レーザ光源２０から出力されたレーザビームが伝送光学系２１、ダイクロイックミラー２２、及びレンズ２３を経由し、チャンバ１０の天板に設けられたレーザ透過窓１１を透過して、アニール対象物３０に入射する。ダイクロイックミラー２２は、アニール用のパルスレーザビームを透過させる。伝送光学系２１は、例えばビームホモジナイザ、レンズ、ミラー等を含む。ビームホモジナイザとレンズ２３とにより、アニール対象物３０の表面におけるビームスポットが整形され、ビームプロファイルが均一化される。
　アニール対象物３０から放射された熱放射光が、レーザ透過窓１１を透過し、レンズ２３を経由し、ダイクロイックミラー２２で反射され、さらにレンズ２４を経由して熱放射光検出器２５に入射する。ダイクロイックミラー２２は、波長１μｍ以上の波長域の熱放射光を反射する。熱放射光検出器２５は、特定の波長域の熱放射光の強度を測定する。熱放射光の強度はアニール対象物３０の温度に依存する。熱放射光検出器２５による熱放射光の測定結果が電圧値として制御装置４０に入力される。
　レンズ２３及びレンズ２４は、アニール対象物３０の表面を、熱放射光検出器２５の受光面に結像させる。これにより、熱放射光検出器２５の受光面に対して共役な関係を持つアニール対象物３０の表面の領域から放射される熱放射光の強度が測定される。測定対象となる表面領域は、例えばレーザビームのビームスポットの内部に含まれるように設定される。
　制御装置４０は、走査機構１２を制御して、保持テーブル１３に保持されているアニール対象物３０を水平面内の二次元方向に移動させる。さらに、保持テーブル１３の現在位置情報に基づいて、レーザ光源２０を制御してレーザ光源２０からパルスレーザビームを出力させる。さらに、制御装置４０は、レーザ光源２０から出力されるパルスレーザビームの各ショットに同期して、熱放射光検出器２５の検出結果を取得する。取得された検出結果は、アニール対象物３０の面内の位置と関連付けて、記憶装置４１に記憶される。
　一例として、パルスレーザビームの１ショットごとに、熱放射光の強度の時間変化が得られる。記憶装置４１に記憶される検出結果は、例えば、パルスレーザビームの１ショットごとの熱放射光の強度のピーク値、または積分値である。制御装置４０は、アニール対象物３０の表面内における熱放射光の強度分布の情報を、画像、グラフ、または数値として出力装置４２に出力する
　図２Ａは、保持テーブル１３の一部分の平面図である。保持テーブル１３の上面に穴１５及び溝１６が設けられている。穴１５及び溝１６は、例えばアニール対象物３０を保持するための保持機構の一部を構成する。
　図２Ｂは、チャックプレート１４の一部分の平面図である。チャックプレート１４を保持テーブル１３に位置合わせして載せた状態で、保持テーブル１３の穴１５に対応する位置に貫通孔１８が設けられている。さらに、保持テーブル１３の溝１６に沿って、複数の貫通孔１９が分布している。貫通孔１８、１９が配置されていない領域は一様な平坦な表面とされている。チャックプレート１４の上面にアニール対象物３０を保持させると、一様な平坦な表面にアニール対象物３０が接触し、貫通孔１８、１９が配置された領域においては、アニール対象物３０がチャックプレート１４に接触しない。このように、チャックプレート１４の上面は、アニール対象物３０が保持された状態でアニール対象物３０に接触する一様な領域と、アニール対象物３０と重なるがアニール対象物３０に接触しない非接触領域とを含む。
　次に、図３、図４Ａ、図４Ｂを参照して比較例によるレーザアニール装置を用いて評価実験を行った結果について説明する。比較例によるレーザアニール装置では、図１に示したチャックプレート１４（図１、図２Ｂ）としてセラミック製のものが用いられる。アニール対象物３０としてシリコンウエハを用いた。
　図３は、アニール対象物３０のアニール時に取得された熱放射光の強度の検出結果の分布の一部分を示す図である。濃いグレーの領域が淡いグレーの領域より温度が低いことを表している。図３において縦方向の縞模様が現れているのは、レーザビームでシリコンウエハを縦方向に走査したためである。
　貫通孔１８（図２Ｂ）の直上の箇所では、シリコンウエハで発生した熱がチャックプレート１４（図２Ｂ）を介して外部に伝達されないため、チャックプレート１４に接している箇所より高温になり易いと考えられる。ところが、図３に示した測定結果では、貫通孔１８（図２Ｂ）に対応する位置３２の温度の測定値が周囲の温度の測定値より低くなる結果が得られている。また、溝１６（図２Ａ）が設けられている領域に対応して、温度の測定値が低くなっていることがわかる。
　図４Ａ及び図４Ｂを参照して、貫通孔１８（図２Ｂ）に対応する位置の温度の測定値が周囲の温度の測定値より低くなった理由について説明する。
　図４Ａは、貫通孔１８が設けられていない箇所のアニール対象物３０、チャックプレート１４、及び保持テーブル１３の断面図である。アニール対象物３０にレーザビームが入射して加熱されると、高温になった箇所３１から熱放射光が放出される。上方に向かう熱放射光は、そのまま熱放射光検出器２５（図１）に入射する。本明細書において、高温になった箇所３１から上方に向かい熱放射光検出器２５に入射する熱放射光を「直接光」ということとする。
　高温になった箇所３１から下方に向かう熱放射光は、チャックプレート１４を厚さ方向に伝搬し、保持テーブル１３の表面で反射した後、チャックプレート１４及びアニール対象物３０を透過して、熱放射光検出器２５に入射する。本明細書において、高温になった箇所３１から下方に向かい、保持テーブル１３の上面で反射した後、熱放射光検出器２５に入射する熱放射光を「間接光」ということとする。このように、貫通孔１８が設けられていない領域では、直接光と間接光との合計の強度が測定される。
　図４Ｂは、貫通孔１８が設けられている箇所のアニール対象物３０、チャックプレート１４、及び保持テーブル１３の断面図である。高温になった箇所３１から放射されて下方に向かう熱放射光は、チャックプレート１４の裏面から貫通孔１８及び穴１５の内部の空洞に放射される。このため、下方に向かう熱放射光は保持テーブル１３の上面で反射されることがなく、熱放射光検出器２５に入射しない。
　貫通孔１８が配置されている領域においては、直接光のみの強度が測定され、間接光の強度は測定値に加算されない。その結果、貫通孔１８が設けられている箇所の温度の測定値が、その周囲の温度の測定値より低くなる。
　溝１６（図２Ａ）が設けられている領域においても、同様の理由により温度の測定結果が低くなっている。
　このように貫通孔１８が設けられている箇所と、設けられていない箇所とで、測定環境が異なるため、正確な温度測定を行うことができない。以下に説明する実施例では、正確な温度測定を行うことが可能になる。
　図５Ａ及び図５Ｂは、実施例によるレーザアニール装置のチャックプレート１４、保持テーブル１３、及びチャックプレート１４の上に保持したアニール対象物３０の断面図である。図５Ａは、貫通孔１８が設けられていない箇所の断面図であり、図５Ｂは、貫通孔１８が設けられている箇所の断面図である。
　実施例によるレーザアニール装置で用いられるチャックプレート１４は、本体１４Ａと、その上面に塗布された吸収膜１４Ｂとを含む。本体１４Ａとして、例えばセラミックからなるプレートが用いられる。吸収膜１４Ｂは、熱放射光の波長域（例えば、波長１μｍ～３μｍ）の光を吸収または減衰させる。吸収膜１４Ｂとして、例えば黒色の色素を含む膜が用いられる。
　図５Ａに示すように、貫通孔１８が設けられていない箇所３１から放射されて下方に向かう熱放射光は、吸収膜１４Ｂで吸収または減衰される。さらに、保持テーブル１３で反射して上方に向かう熱放射光も、吸収膜１４Ｂで吸収または減衰される。このため、熱放射光検出器２５（図１）に入射する間接光の強度は、直接光の強度に比べて十分低い。
　図５Ｂに示すように、貫通孔１８が設けられている箇所においても、図４Ｂに示した例と同様に、間接光が熱放射光検出器２５（図１）に入射することは無い。
　上述のように、実施例においては、貫通孔１８が設けられている箇所と、設けられていない箇所との両方で、高温になった箇所３１から上方に向かう直接光のみの強度を測定することができる。このため、貫通孔１８が設けられている箇所と、貫通孔１８が設けられていない箇所とで、温度の測定条件は実質的に同等であるといえる。このため、温度分布の測定精度を高めることができる。
　図６は、実施例によるレーザアニール装置でアニールを行う際に取得された熱放射光の強度の検出結果の分布の一部分を示す図である。濃いグレーの領域が淡いグレーの領域より温度が低いことを表している。貫通孔１８が設けられている位置３２の温度の測定値が、周囲の温度の測定値より高くなっている。この測定結果は、貫通孔１８が設けられている位置の温度が周囲の温度より高くなるという予測と一致する。
　図７は、比較例によるレーザアニール装置を用いてアニールを行ったときの温度の測定結果と、実施例によるレーザアニール装置を用いてアニールを行ったときの温度の測定結果とを比較して示すグラフである。図７では、アニール対象物３０の走査方向（図３、図６において縦方向）に平行な直線に沿う測定結果を示している。横軸はアニール対象物３０の表面内の位置を表し、縦軸は、熱放射光検出器２５（図１）で検出された電圧を単位「ｍＶ」で表す。検出された電圧は、熱放射光の強度に対応する。熱放射光の強度は、アニール対象物３０の温度に対応する。図７のグラフ中の太い実線は、実施例によるチャックプレート１４を用いた場合（図６）、細い実線は、吸収膜が設けられていない比較例によるチャックプレート１４を用いた場合（図３）における測定結果を示す。
　貫通孔１８が設けられている領域Ａでは、２つの測定結果がほぼ一致している。これは、図４Ｂ及び図５Ｂに示したように、両者で測定環境が実質的に同一であるためである。貫通孔１８が設けられていない領域では、実施例によるレーザアニール装置を用いた場合の測定結果（図５Ａ、図６）の方が、比較例によるレーザアニール装置を用いた場合の測定結果（図３、図４Ａ）より低い。このような測定結果が得られたのは、比較例では、間接光も熱放射光検出器２５（図１）に入射するのに対し、実施例では、間接光が熱放射光検出器２５（図１）に実質的に入射しないためである。
　貫通孔１８が設けられていない領域における太い実線と細い実線との差が、間接光の強度に相当する。図７に示したグラフの比較結果から、間接光の強度は直接光の強度の約１０％であることがわかる。
　十分な精度で温度分布を測定するためには、間接光の強度を直接光の強度の１／１００以下にすることが好ましい。この条件を満たすために、アニール対象物３０の高温になった箇所３１から下方に向かい、保持テーブル１３の上面で反射した後、アニール対象物３０を透過して上方に向かうまでの経路を伝搬する間に、熱放射光の強度を９０％以上減衰させるようにすることが好ましい。
　上記実施例では、チャックプレート１４に貫通孔１８が設けられている場合でも、正確な温度分布の測定を行うことができることを示した。チャックプレート１４に貫通孔１８が設けられていない場合であっても、上記実施例によるレーザアニール装置を用いることにより、保持テーブル１３の上面の反射特性の面内のばらつきの影響を受けることなく、正確な温度分布を測定することができるという効果が得られる。
　次に、上記実施例の変形例について説明する。
　上記実施例では、吸収膜１４Ｂ（図５Ａ、図５Ｂ）として、黒色の色素を含む膜を用いたが、熱放射光検出器２５（図１）で検出する対象となっている波長域の光を吸収または減衰させる材料を含む膜を用いてもよい。また、吸収膜１４Ｂは、チャックプレート１４の本体１４Ａの上面に設ける代わりに、下面に設けてもよいし、上面と下面との両方に設けてもよい。その他に、チャックプレート１４を、熱放射光を減衰させる機能を持つ材料で形成してもよい。
　吸収膜１４Ｂは、チャックプレート１４に設ける代わりに、保持テーブル１３の上面に設けてもよい。
　上記実施例では、レーザビームによってアニール対象物３０を加熱したが、その他の加熱機構で加熱してもよい。例えば、フラッシュランプ等によって加熱してもよい。
　次に、図１、図８Ａ～図１２Ｂを参照して、他の実施例によるアニール装置及びアニール方法について説明する。本実施例によるレーザアニール装置は、図１に概略図を示したレーザアニール装置と同一である。
　図８Ａは、アニール対象物３０の表面をパルスレーザビームで走査する走査経路を示す平面図である。アニール対象物３０の表面（レーザ照射面）をｘｙ面とし、表面の法線方向をｚ軸の正方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。ｘ軸方向を主走査方向とし、ｙ軸方向を副走査方向として、主走査と副走査とを繰り返すことにより、アニール対象物３０の表面のほぼ全域がパルスレーザビームで走査される。
　図８Ｂは、主走査中におけるパルスレーザビームの照射領域３３の、ショット間の位置関係を示す図である。照射領域３３は、ｙ軸方向に長いほぼ長方形の平面形状を有する。図８Ｂにおいて、直前のショットの照射領域３３ａを破線で示し、その直後のショットの照射領域３３を実線で示している。照射領域３３のｘ軸方向の寸法（幅）をＷｘで表す。連続する２ショットの照射領域３３ａと３３との重なり部分のｘ軸方向の寸法をＷｏｖで表す。主走査時の照射領域のオーバラップ率ＯＶＲｘを、
ＯＶＲｘ＝Ｗｏｖ／Ｗｘ
と定義する。
　図８Ｃは、副走査の前後のパルスレーザビームの照射領域３３のショット間の位置関係を示す図である。副走査を行う直前の照射領域３３ｂを破線で示し、副走査を行った後の照射領域３３を実線で示す。照射領域３３のｙ軸方向の寸法（長さ）をＬｙで表す。１回の副走査の前後における照射領域３３ｂと３３との重なり部分のｙ軸方向の寸法をＬｏｖで表す。副走査時の照射領域のオーバラップ率ＯＶＲｙを、
ＯＶＲｙ＝Ｌｏｖ／Ｌｙ
と定義する。
　実施例について説明する前に、一定のオーバラップ率でアニールを行った評価実験の結果について説明する。
　図９は、アニール対象物３０を実際にアニールした時に測定されたアニール温度の分布を示す図である。この評価実験では、チャックプレート１４（図１）として吸収膜１４Ｂ（図５Ａ、図５Ｂ）を持たないものを使用した。図９では、アニール温度が高い領域ほど、グレーの濃さを淡くして表している。放射状及び同心円状にアニール温度が相対的に低く観測された領域が現れているのは、保持テーブル１３（図１）に設けられた吸着用の溝の平面形状が反映されているためである。さらに、リフトピンが配置された４箇所に対応して、アニール温度が相対的に低く観測された領域が現れている。吸着用の溝やリフトピン等の下地の特殊な条件を除いて考えると、ｘ軸方向（主走査方向）に平行な縦縞が現れている。さらに、ｙ軸方向（副走査方向）の両端の近傍において、内側の領域よりもアニール温度が高くなる傾向を示していることがわかる。
　図１０Ａは、ｘ軸方向に関するアニール温度の分布を模式的に示す図である。１回の主走査で走査されるｘ軸に平行な直線状の領域に着目すると、走査の始点側の一部の領域３４において、終点側の残りの領域３５よりもアニール温度が相対的に高くなっている。図１０Ａでは、アニール温度が相対的に高かった領域に相対的に密度の低いハッチングを付し、アニール温度が相対的に低かった領域に相対的に密度の高いハッチングを付している。なお、図１０Ａでは、アニール温度が高かった領域３４とアニール温度が低かった領域３５との境界を明確に示しているが、実際には、両者の境界は明確ではなく、アニール温度はｘ軸方向に徐々に変化している。
　主走査の始点側の領域３４においてアニール温度が高くなるのは、副走査を行う直前の主走査時の加熱の影響（蓄熱効果）が残っているためである。このように、１回の主走査で走査される領域に着目すると、ｘ軸方向に関して温度むらが発生することが確認された。
　図１０Ｂは、ｙ軸方向に関するアニール温度の分布を模式的に示す図である。図１０Ｂは、１回の主走査で走査されるｘ軸に平行な直線状の領域のアニール温度の、ｘ軸方向に関する平均値の分布を表している。ｙ軸方向（副走査方向）に関して両端の近傍の領域３６のアニール温度の平均値が、それよりも内側の領域のアニール温度の平均値より高い傾向を示す。図１０Ｂでは、アニール温度の平均値が相対的に高かった領域に相対的に密度の低いハッチングを付し、アニール温度の平均値が相対的に低かった領域に相対的に密度の高いハッチングを付している。なお、図１０Ｂでは、アニール温度の平均値が高かった領域３６とアニール温度の平均値が低かった領域３７との境界を明確に示しているが、実際には、両者の境界は明確ではなく、アニール温度の平均値はｙ軸方向に徐々に変化している。
　ｙ軸方向に関して両端近傍の領域３６においてアニール温度の平均値が相対的に高くなるのは、領域３６においては面内方向への熱の伝搬による温度低下が少ないためである。このように、ｙ軸方向に関しても、アニール温度の平均値にむらが発生していることが確認された。
　以下に説明する実施例では、主走査時のオーバラップ率を変化させることにより、この温度むらを低減させる。
　図１１は、アニール対象物３０に入射させるパルスレーザビームの１パルス当たりのエネルギ密度（パルスエネルギ密度）と、熱放射光検出器２５（図１）の出力電圧との関係を、オーバラップ率ごとに示すグラフである。横軸はパルスエネルギ密度を単位「Ｊ／ｃｍ２」で表し、縦軸は熱放射光検出器２５の出力電圧を単位「ｍＶ」で表す。熱放射光検出器２５の出力電圧は、アニール対象物３０のアニール温度に依存する。
　図１１のグラフ中の星形記号、丸記号、四角記号、及び三角記号が、それぞれｘ軸方向のオーバラップ率ＯＶＲｘを０％、５０％、６７％、及び８０％としたときの出力電圧の測定値を示す。パルスエネルギ密度を高くすると、アニール温度が上昇していることがわかる。また、パルスエネルギ密度が一定の条件の下では、オーバラップ率ＯＶＲｘを高くするに従ってアニール温度が高くなることがわかる。
　図１１に示した結果から、ｘ軸方向のオーバラップ率ＯＶＲｘを調整することにより、アニール温度を制御できることがわかる。実施例においては、パルスレーザビームの１ショットの照射によるアニール温度の測定結果に基づいて、今回のショットと次のショットとの照射領域のオーバラップ率ＯＶＲｘを変化させることにより、アニール温度を調整する。
　図１２Ａは、実施例によるアニール装置を用いてアニールを行うときの手順を示すフローチャートである。フローチャートに示す各手順は、制御装置４０（図１）が、走査機構１２、レーザ光源２０を制御することにより実行される。
　まず、アニール対象物３０を保持テーブル１３（図１）に保持させて、保持テーブル１３の移動を開始する（ステップＳ１）。例えば、１回の主走査の期間中は、ほぼ等速で保持テーブル１３（図８Ａ）をｘ軸方向に移動させる。
　アニール対象物３０が照射開始位置まで移動したか否かを判定し（ステップＳ２）、照射開始位置まで移動した時点でパルスレーザビームを１ショット照射する（ステップＳ３）。アニール対象物３０の全域をアニールしたら、処理を終了する（ステップＳ４）。
　制御装置４０が熱放射光検出器２５からの出力電圧を読み取り、アニール温度に関する情報を取得する（ステップＳ５）。制御装置４０は、オーバラップ率ＯＶＲｘを操作量として、アニール温度の測定結果が目標値Ｔｔに近づくようにフィードバック制御を行う。例えば、制御装置４０は、アニール温度の測定結果に基づいて、アニール温度が目標値Ｔｔに近づくように、直前のショットの照射領域と次のショットの照射領域とのｘ軸方向のオーバラップ率ＯＶＲｘを決定する（ステップＳ６）。
　図１２Ｂは、アニール温度の測定結果と、ｘ軸方向のオーバラップ率ＯＶＲｘの変化量ΔＯＶＲｘとの関係の一例を示すグラフである。横軸はアニール温度の測定結果を表し、縦軸はオーバラップ率ＯＶＲｘの変化量ΔＯＶＲｘを表す。アニール温度の測定結果が目標値Ｔｔに一致している場合には、オーバラップ率ＯＶＲｘの変化量ΔＯＶＲｘは０であり、現時点のオーバラップ率ＯＶＲｘを維持する。
　アニール温度の測定結果が目標値より高い場合には、オーバラップ率ＯＶＲｘの変化量ΔＯＶＲｘを負にし、アニール温度の測定結果が目標値より低い場合には、オーバラップ率ＯＶＲｘの変化量ΔＯＶＲｘを正にする。すなわち、アニール温度の測定結果が目標値より高い場合には、オーバラップ率ＯＶＲｘを現在のオーバラップ率ＯＶＲｘより低くし、アニール温度の測定結果が目標値より低い場合には、オーバラップ率ＯＶＲｘを現在のオーバラップ率ＯＶＲｘより高くする。いずれの場合も、目標値Ｔｔからアニール温度の測定結果までの偏差が大きいほど変化量ΔＯＶＲｘの絶対値を大きくする。
　オーバラップ率ＯＶＲｘを決定したら、アニール対象物３０が、決定されたオーバラップ率ＯＶＲｘで次のショットが照射される位置に来るまで、パルスレーザビームの出力を待機する（ステップＳ７）。アニール対象物３０が所定の位置まで移動したら、パルスレーザビームを１ショット照射する（ステップＳ３）。以降、処理が終了するまでステップＳ４からステップＳ３までを繰り返し実行する。
　次に、上記実施例によるアニール装置を用いたアニール方法を採用することにより得られる優れた効果について説明する。
　実施例では、アニール温度の測定結果に基づいて、アニール温度が目標値Ｔｔに近づくようにオーバラップ率ＯＶＲｘを調整するため、アニール温度の面内の均一性を高めることができる。これにより、ドーパントの活性化率の面内均一性を高めることができる。
　また、実施例では、レーザ光源２０（図１）から出力するパルスレーザビームのパワー及びパルス幅は変化させず、オーバラップ率ＯＶＲｘを変化させることにより、アニール温度を調整するため、パワーやパルス幅を変化させることが困難なレーザ発振器を用いる場合にも、アニール温度を調整することが可能である。
　次に、図１３Ａ～図１４を参照して、他の実施例によるアニール装置及びアニール方法について説明する。本実施例では、アニール対象物３０の表面内の位置によってオーバラップ率ＯＶＲｘを変化させる。例えば、一定のオーバラップ率ＯＶＲｘでアニールを行った場合に、アニール温度が高くなる傾向を示す領域においては、オーバラップ率ＯＶＲｘを低めに設定する。
　次に、アニール対象物３０の表面内の位置に応じてオーバラップ率ＯＶＲｘをどのように変化させればよいかについて説明する。
　図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１、図８Ａ～図１２Ｂに示した実施例による方法でアニールした時のオーバラップ率ＯＶＲｘの変化の一例を示すグラフである。オーバラップ率ＯＶＲｘを一定にすると、図１０Ａに示したように、主走査の始点の近傍においてアニール温度が相対的に高くなる。上記実施例を適用すると、ｘ軸の正の向きに主走査する場合（図１３Ａ）、及びｘ軸の負の向きに主走査する場合（図１３Ｂ）のいずれにおいても、アニール温度を目標値Ｔｔに近づけるために、パルスレーザビームの照射位置が主走査の始点から遠ざかるに従ってオーバラップ率ＯＶＲｘを高くする制御が行われる。
　従って、１回の主走査において、アニール温度を均一化させるには、パルスレーザビームの照射位置が主走査の始点から遠ざかるに従ってオーバラップ率ＯＶＲｘを高くすればよい。
　図１４は、図１、図８Ａ～図１２Ｂに示した実施例による方法でアニールした時の主走査ごとのオーバラップ率ＯＶＲｘの平均値の変化の一例を示すグラフである。オーバラップ率ＯＶＲｘを一定にすると、図１０Ｂに示したように、ｙ軸方向の両端の近傍においてアニール温度が相対的に高くなる。図１、図８Ａ～図１２Ｂに示した実施例を適用すると、アニール温度を目標値Ｔｔに近づけるために、ｙ軸方向の両端の近傍においてオーバラップ率ＯＶＲｘを相対的に低くする制御が行われる。
　従って、ｙ軸方向に関してアニール温度を均一化するためには、ｙ軸方向の両端の近傍においてオーバラップ率ＯＶＲｘの平均値を、それよりも内側におけるオーバラップ率ＯＶＲｘの平均値より低くすればよい。
　アニール対象物３０の表面内の位置と、オーバラップ率ＯＶＲｘとの好ましい関係は、オーバラップ率ＯＶＲｘを変化させて複数の評価実験を行うことにより決定することができる。アニール対象物３０の表面内の位置と、オーバラップ率ＯＶＲｘとの好ましい関係は、記憶装置４１に予め記憶させておく。制御装置４０は、この好ましい関係に基づいて、オーバラップ率ＯＶＲｘを変化させる。
　本実施例においても、アニール温度を面内に関して均一化させることが可能になる。また、レーザ光源２０から出力されるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数を一定にしてアニールする場合、図１３Ａ及び図１３Ｂに示した主走査ごとの始点近傍のオーバラップ率ＯＶＲｘが相対的に低い領域において、アニール対象物３０の移動速度を速くすることができる。このため、主走査の始点近傍の領域を内奥部及び終点側のオーバラップ率ＯＶＲｘに等しくしてアニールする場合に比べて、アニール時間が短くなるという効果が得られる。
　上記実施例は例示であり、実施例及び変形例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施例及び変形例の同様の構成による同様の作用効果については実施例及び変形例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例及び変形例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
１０　チャンバ
１１　レーザ透過窓
１２　走査機構
１３　保持テーブル
１４　チャックプレート
１４Ａ　チャックプレートの本体
１４Ｂ　吸収膜
１５　リフトピン用の穴
１６　溝
１７　リフトピン
１８　リフトピン用貫通孔
１９　吸着用貫通孔
２０　レーザ光源
２１　伝送光学系
２２　ダイクロイックミラー
２３、２４　レンズ
２５　熱放射光検出器
３０　アニール対象物
３１　高温になった箇所
３２　貫通孔に対応する位置
３３　照射領域
３３ａ　直前のショットの照射領域
３３ｂ　副走査前の主走査時の照射領域
３４　主走査の始点側の領域（端部領域）
３５　主走査の始点側の領域以外の領域
３６　副走査方向の両端近傍の領域
３７　副走査方向の両端近傍の領域より内側の領域
４０　制御装置
４１　記憶装置
４２　出力装置

Claims (18)

  1. 　アニール対象物と保持テーブルとの間に配置されて使用され、前記アニール対象物から放射されて前記保持テーブルに向かう熱放射光を減衰させる機能を持つチャックプレート。
  2. 　前記アニール対象物が保持される上面は、前記アニール対象物が保持された状態で前記アニール対象物に接触する一様な領域と、前記アニール対象物と重なるが前記アニール対象物に接触しない非接触領域とを含む請求項１に記載のチャックプレート。
  3. 　前記アニール対象物が保持される上面、及び前記保持テーブルの方を向く下面の少なくとも一方に、前記アニール対象物から放射されて前記保持テーブルに向かう熱放射光を吸収する色素を含む吸収膜が設けられている請求項１または２に記載のチャックプレート。
  4. 　アニール対象物を保持する保持テーブルと、
    　前記保持テーブルと前記アニール対象物との間に配置されるチャックプレートと、
    　前記保持テーブルに保持された前記アニール対象物を加熱する加熱機構と、
    　前記保持テーブルに保持され、前記加熱機構によって加熱された前記アニール対象物からの熱放射光を検出する熱放射光検出器と
    を有し、
    　前記チャックプレートは、前記アニール対象物から放射されて前記保持テーブルに向かう熱放射光を減衰させる機能を持つアニール装置。
  5. 　前記チャックプレートは、前記熱放射光検出器によって検出される波長域の熱放射光を減衰させる請求項４に記載のアニール装置。
  6. 　前記チャックプレートの、前記アニール対象物が保持される上面は、前記アニール対象物が保持された状態で前記アニール対象物に接触する一様な領域と、前記アニール対象物と重なるが前記アニール対象物に接触しない非接触領域とを含む請求項４または５に記載のアニール装置。
  7. 　前記チャックプレートの、前記アニール対象物が保持される上面、及び前記保持テーブルの方を向く下面の少なくとも一方に、前記アニール対象物から放射されて前記保持テーブルに向かう熱放射光を吸収する色素が塗布されている請求項４乃至６のいずれか１項に記載のアニール装置。
  8. 　前記加熱機構は、
    　パルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
    　前記パルスレーザビームで前記アニール対象物の表面を走査する走査機構と、
    　前記レーザ光源と前記走査機構とを制御して、前記パルスレーザビームのショット間で照射領域をオーバラップさせながら、前記アニール対象物の表面を前記パルスレーザビームで走査する制御装置と
    を有し、
    　前記制御装置は、前記熱放射光検出器の測定結果に基づいてオーバラップ率を変化させる請求項４乃至７のいずれか１項に記載のアニール装置。
  9. 　前記制御装置は、前記熱放射光検出器の測定結果が目標値に近づくようにオーバラップ率を変化させる請求項８に記載のアニール装置。
  10. 　前記加熱機構は、
    　パルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
    　前記パルスレーザビームで前記アニール対象物の表面を走査する走査機構と、
    　前記レーザ光源と前記走査機構とを制御して、前記パルスレーザビームのショット間で照射領域をオーバラップさせながら、前記アニール対象物の表面を前記パルスレーザビームで走査する制御装置と
    を有し、
    　前記制御装置は、前記アニール対象物の表面内の位置によってオーバラップ率を変化させる機能を持つ請求項４乃至７のいずれか１項に記載のアニール装置。
  11. 　前記制御装置は、
    　前記アニール対象物の表面の走査において、主走査と副走査とを繰り返してアニールを行い、
    　主走査ごとに、主走査の始点から遠ざかるにしたがってオーバラップ率を低下させる請求項１０に記載のアニール装置。
  12. 　前記制御装置は、副走査方向に関して前記アニール対象物の両端を含む端部領域を主走査するときのオーバラップ率の平均値を、前記端部領域より内側を主走査するときのオーバラップ率の平均値より小さくする請求項１０または１１に記載のアニール装置。
  13. 　保持テーブルの上にアニール対象物を保持し、
    　前記保持テーブルに保持された前記アニール対象物を加熱し、
    　加熱された前記アニール対象物から上方に向かう熱放射光の強度を測定し、
    　加熱された前記アニール対象物から前記保持テーブルに向かい、前記保持テーブルで反射され、前記アニール対象物を透過して前記アニール対象物の上方に向かう熱放射光を吸収または減衰させるアニール方法。
  14. 　前記アニール対象物を加熱するとき、
    　パルスレーザビームのショット間で照射領域をオーバラップさせながら、前記アニール対象物の表面を前記パルスレーザビームで走査し、
    　前記パルスレーザビームの入射によって加熱された箇所の温度の測定結果に基づいてオーバラップ率を変化させる請求項１３に記載のアニール方法。
  15. 　前記アニール対象物の温度の測定結果が目標値に近づくようにオーバラップ率を変化させる請求項１４に記載のアニール方法。
  16. 　前記アニール対象物を加熱するとき、
    　パルスレーザビームのショット間で照射領域をオーバラップさせながら、前記アニール対象物の表面を前記パルスレーザビームで走査し、
    　前記アニール対象物の表面内の位置によってオーバラップ率を変化させる請求項１３に記載のアニール方法。
  17. 　前記アニール対象物の表面の走査において、主走査と副走査とを繰り返してアニールを行い、
    　主走査ごとに、主走査の始点から遠ざかるに従ってオーバラップ率を低下させる請求項１６に記載のアニール方法。
  18. 　副走査方向に関して前記アニール対象物の両端を含むある領域を主走査するときのオーバラップ率の平均値を、その領域より内側を主走査するときのオーバラップ率の平均値より小さくする請求項１６または１７に記載のアニール方法。
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