JP7336465B2 - テレセントリックレンズ、光ビーム折り畳みアセンブリ、またはポリゴンスキャナを有するレンズ回路を含む原子層エッチングおよび原子層堆積の処理システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照：
本出願は、２０１８年１１月１５日に出願された米国仮出願第６２／７６７，５７４号および２０１８年５月８日に出願された米国仮出願第６２／６６８，５５２号の利益を主張する。上記で参照された出願の全体の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、基板のエッチングおよび堆積プロセスに関し、より具体的には、原子層エッチングおよび原子層堆積に関する。

ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションで説明されている範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。

半導体ウエハなどの基板の原子層エッチング（ＡＬＥ）中、反応物（例えば、塩素（ＣＬ₂）ガス）が処理チャンバに導入され、基板の表面を修飾する。シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、および金属酸化物（ＭＯ_x）のＡＬＥでは、塩素が注入された最上層を提供するために塩素系のガスが頻繁に使用される。例として、塩素ガスを導入することにより、シリコン基板の最上部をＳｉで形成されたものから塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_x）（ｘは、１、２、３、または４である）の層に変換することができる。表面修飾後、塩素ガスはチャンバからパージされる。アルゴン（Ａｒ）プラズマを供給し、イオン衝撃を実施して塩化ケイ素反応層を能動的に除去した後、副生成物をパージする。

処理チャンバと、基板支持体と、レーザと、コリメートアセンブリとを含む基板処理システムが提供される。基板支持体は、処理チャンバ内に配置され、基板を支持するように構成される。レーザは、レーザビームを生成するように構成される。コリメートアセンブリは、レーザビームを基板に導いて基板の露出材料を加熱するように配置されたレンズまたはミラーを含む。レンズまたはミラーは、基板の表面に垂直である所定の範囲内の方向にレーザビームを導くように構成される。

他の特徴において、基板処理システムは、レーザビームを円形レーザビームから正方形レーザビームに変換するビーム成形光学系を含むレンズ回路をさらに含む。

他の特徴において、基板処理システムは、レーザビームを円形レーザビームからフラットトップ形レーザビームに変換するフラットトップ光学系と、フラットトップ形レーザビームを正方形レーザビームに変換する回折光学系とを含むレンズ回路をさらに含む。

他の特徴において、基板処理システムは、（ｉ）制御信号を生成してレーザビームを変調し、露出材料を複数の熱エネルギーパルスに曝露することと、（ｉｉ）熱エネルギーパルスの連続するパルスの合間に、露出材料を冷却させることとを含む急速熱アニーリングプロセスを実施するように構成されたコントローラをさらに含む。他の特徴において、基板処理システムは、第１のミラーと、第２のミラーと、第１のモータと、第２のモータとを含むミラー回路をさらに含む。コントローラは、第１のモータおよび第２のモータによって第１のミラーおよび第２のミラーを移動させ、基板上のレーザビームの位置を調整するように構成される。

他の特徴において、基板処理システムは、基板で受光される前にレーザビームのサイズを調整するように構成されたビームサイズ調整デバイスをさらに含む。

他の特徴において、コリメートアセンブリは、レーザビームを基板に導いて露出材料を加熱するように配置された複数のレンズを含むテレセントリックレンズアセンブリを含む。レンズは、基板の表面に垂直な方向にレーザビームを導くように構成される。他の特徴において、基板処理システムは、ミラー回路と、コントローラとをさらに含む。ミラー回路は、第１のミラーと、第２のミラーと、第１のモータと、第２のモータとを含む。レーザビームは、第１のミラーに導かれる。レーザビームは、第１のミラーから第２のミラーに導かれる。レーザビームは、第２のミラーからテレセントリックレンズアセンブリを通って基板に導かれる。コントローラは、第１のモータおよび第２のモータによって第１のミラーおよび第２のミラーを移動させ、基板上のレーザビームの位置を調整するように構成される。

他の特徴において、コントローラが基板上のレーザビームの位置を調整している間、レンズがレーザビームを基板の表面に対して垂直な関係で維持する。

他の特徴において、処理チャンバは、誘導結合プラズマチャンバまたはリモートプラズマ源接続チャンバである。テレセントリックレンズアセンブリは、処理チャンバの誘電体窓の上に配置される。他の特徴において、レンズは、平凸レンズである。他の特徴において、レンズは、異なる直径を有する。

他の特徴において、レンズは、第１のレンズおよび最後のレンズを含んで一連に配置される。レンズは、第１のレンズから最後のレンズに向かって直径が大きくなる。他の特徴において、レーザビームは、第１のレンズで受光され、最後のレンズから基板に出力される。

他の特徴において、コリメートアセンブリは、レーザビームを基板に導いて露出材料を加熱するように配置されたミラーを含む光ビーム折り畳みアセンブリを含む。レンズは、基板の表面に垂直な方向にレーザビームを導くように構成される。ミラーは、基板の表面に垂直である所定の範囲内の方向にレーザビームを反射して導くように配置される。

他の特徴において、基板処理システムは、レーザを制御してレーザビームを所定の周波数でパルス化するように構成されたコントローラをさらに含む。

他の特徴において、基板処理システムは、ガス供給システムと、コントローラとをさらに含む。ガス供給システムは、プロセスガスを処理チャンバに供給するように構成される。コントローラは、ガス供給システムおよびレーザを制御して、等方性原子層エッチングプロセスを反復的に実施するように構成される。プロセスは、等方性原子層エッチングプロセスの反復中に、前処理、原子吸着、およびパルス熱アニーリングを実施すること、原子吸着中に、基板の露出材料上に選択的に吸着されて修飾された材料を形成するハロゲン種を含むプロセスガスに、基板の表面を曝露すること、ならびにパルス熱アニーリング中に、レーザを所定の期間内に複数回パルスオンおよびパルスオフし、修飾された材料を曝露して除去することを含む。

他の特徴において、基板処理システムは、レーザビームを受光するように構成された音響光学変調器と、無線周波数信号を生成するように構成されたコントローラとをさらに含む。レーザは、連続モードで動作するように構成される。音響光学変調器は、無線周波数信号に基づいて、かつ所定の周波数で、レーザビームがレンズまたはミラーに向かって通過することの許可と防止を切り替えるように構成される。

他の特徴において、コリメートアセンブリは、レーザビームを基板に導いて露出材料を加熱するように配置されたミラーを含む光ビーム折り畳みアセンブリを含む。レンズは、基板の表面に垂直な方向にレーザビームを導くように構成される。ミラーは、基板の表面に垂直である所定の範囲内の方向にレーザビームを反射して導くように配置される。

他の特徴において、基板処理システムは、プロセスガスを処理チャンバに供給するように構成されたガス供給システムをさらに含む。コントローラは、ガス供給システムおよびレーザを制御し、等方性原子層エッチングプロセスを反復的に実施するように構成される。プロセスは、等方性原子層エッチングプロセスの反復中に、前処理、原子吸着、およびパルス熱アニーリングを実施すること、原子吸着中に、基板の露出材料上に選択的に吸着されて修飾された材料を形成するハロゲン種を含むプロセスガスに基板の表面を曝露すること、ならびにパルス熱アニーリング中に、無線周波数信号を生成して所定の期間内にレーザビームを変調し、修飾された材料を曝露して除去することを含む。

他の特徴において、処理チャンバと、基板支持体と、レーザと、レンズ回路と、ミラーまたはポリゴンスキャナの少なくとも１つとを含む基板処理システムが提供される。基板支持体は、処理チャンバ内に配置され、基板を支持するように構成される。レーザは、円形レーザビームを生成するように構成される。レンズ回路は、円形レーザビームを線形ビームに変換するように構成される。ミラーまたはポリゴンスキャナの少なくとも１つは、線形ビームを基板に導いて基板の露出材料を加熱するように配置される。

他の特徴において、ミラーまたはポリゴンスキャナの少なくとも１つは、基板の表面に垂直である所定の範囲内の方向に線形ビームを導くように構成される。

他の特徴において、レンズ回路は、円形レーザビームをフラットトップ形レーザビームに変換するように構成されたフラットトップ光学系と、フラットトップ形レーザビームを線形ビームに変換するように構成されたビーム成形光学系とを含む。

他の特徴において、ポリゴンスキャナは、側面を含む。側面の各々は、ミラーとして実装されるか、またはミラーを含む。他の特徴において、基板処理システムは、ポリゴンスキャナに接続され、ポリゴンスキャナを回転させるように構成されたモータと、モータの動作を制御してポリゴンスキャナを回転させ、基板の表面全体に線形ビームを移動させるように構成されたコントローラとをさらに含む。

他の特徴において、基板処理システムは、ミラーに接続され、ミラーを回転させるように構成されたモータと、モータの動作を制御してミラーを回転させ、基板の表面全体に線形ビームを移動させるように構成されたコントローラとをさらに含む。

他の特徴において、基板処理システムは、プロセスガスを処理チャンバに供給するように構成されたガス供給システムと、ガス供給システムおよびレーザを制御し、等方性原子層エッチングプロセスを反復的に実施するように構成されたコントローラとをさらに含む。プロセスは、等方性原子層エッチングプロセスの反復中に、前処理、原子吸着、およびパルス熱アニーリングを実施すること、原子吸着中に、基板の露出材料上に選択的に吸着されて修飾された材料を形成するハロゲン種を含むプロセスガスに基板の表面を曝露すること、ならびにパルス熱アニーリング中に、レーザを所定の期間内に複数回パルスオンおよびパルスオフし、修飾された材料を曝露して除去することを含む。

他の特徴において、基板処理システムは、レーザビームを受光するように構成された音響光学変調器と、無線周波数信号を生成するように構成されたコントローラとをさらに含む。レーザは、連続モードで動作するように構成される。音響光学変調器は、無線周波数信号に基づいて、かつ所定の周波数で、レーザビームがポリゴンスキャナに向かって通過することの許可と防止を切り替えるように構成される。他の特徴において、基板処理システムは、プロセスガスを処理チャンバに供給するように構成されたガス供給システムをさらに含む。コントローラは、ガス供給システムおよびレーザを制御し、等方性原子層エッチングプロセスを反復的に実施するように構成される。プロセスは、等方性原子層エッチングプロセスの反復中に、前処理、原子吸着、およびパルス熱アニーリングを実施すること、原子吸着中に、基板の露出材料上に選択的に吸着されて修飾された材料を形成するハロゲン種を含むプロセスガスに基板の表面を曝露すること、ならびにパルス熱アニーリング中に、無線周波数信号を生成して所定の期間内にレーザビームを変調し、修飾された材料を曝露して除去することを含む。

本開示を適用可能な他の分野は、詳細な説明、特許請求の範囲および図面から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

本開示は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。

図１は、本開示に従ってＡＬＥおよび原子層堆積（ＡＬＤ）中に急速熱パルス動作を実施するための、フラッシュランプおよび急速熱パルスコントローラを組み込んだ基板処理システムの例の機能ブロック図である。

図２は、本開示に従ってＡＬＥおよびＡＬＤ中に急速熱パルス動作を実施するための、レーザ、レンズ回路、および急速熱パルスコントローラを組み込んだ基板処理システムの例の機能ブロック図である。

図３は、図２のレンズ回路に組み込まれたミラーおよびテレセントリックレンズアセンブリの側面断面図である。

図４は、従来の連続波動作モードに関連する例示的な加熱・冷却期間を示す経時的な温度プロファイルである。

図５は、本開示による例示的な急速熱パルスを経時的に示す例示的な温度プロファイルである。

図６は、本開示によるＡＬＥプロセス図である。

図７は、本開示に従って提供される急速熱パルスの１パルスについて経時的な温度変化を示す例示的な信号図である。

図８は、本開示に従って実施されたＡＬＥについて、レーザフルエンスに対してエッチング速度をプロットした例示的なプロット図である。

図９は、本開示に従って実施されたＡＬＥについて、プロセスサイクル数に対してゲルマニウムの除去量をプロットした例示的なプロット図である。

図１０は、参考例の場合、塩素吸着なしでパルスレーザ加熱を実施した場合、パルスレーザ加熱なしで塩素吸着を実施した場合、および塩素吸着とパルスレーザ加熱を組み合わせて実施した場合について材料の除去量の違いを示す、膜厚の例示的なプロット図である。

図１１は、特定のプロセスについての推定温度範囲およびランプ電力範囲を示す例示的なプロット図である。

図１２は、本開示に従って実施されたフラッシュランプサイクル中の表面温度変化の速度を示す例示的なプロット図と、そのフラッシュランプサイクルに続く対応する冷却期間中の表面温度変化の速度を示す対応する例示的なプロット図である。

図１３は、本開示によるフラッシュランプサイクルについて、パルス持続時間に対してフラッシュランプ電力レベルおよび反復速度をプロットした例示的なプロット図である。

図１４は、本開示に従って誘電体層の一部を除去するために反復的に実施される急速熱パルスサイクルを説明する図である。

図１５は、本開示によるＡＬＥ法を示す図である。

図１６は、本開示に従って実施されたＡＬＥプロセスにおいて、基板表面温度に対してエッチング速度をプロットした例示的なプロット図である。

図１７は、異なる熱源について、加熱速度に対して冷却速度をプロットした例示的なプロット図である。

図１８は、本開示による窒化チタンの層を除去する２つの例示的なＡＬＥ法を示すブロック図である。

図１９は、異なるエネルギーレベルでの窒化チタン膜厚を示す例示的なプロット図である。

図２０は、本開示に従って実施された異なる数のＡＬＥサイクルに対して窒化チタン膜厚をプロットした例示的なプロット図である。

図２１は、実施される動作の違いにより材料の除去量が異なることを示す窒化チタン膜厚の例示的なプロット図である。

図２２は、本開示の一実施形態による音響光学変調器を組み込んだ基板処理システムの例を示す機能ブロック図である。

図２３は、本開示の一実施形態による入射角を示すミラーおよび基板の側面図である。

図２４は、本開示の一実施形態による光ビーム折り畳みアセンブリを組み込んだ基板処理システムの例を示す機能ブロック図である。

図２５は、本開示の一実施形態による基板処理システムの例を示す機能ブロック図であり、円形から線形へのビーム成形光学系と、ミラーまたはポリゴンスキャナの少なくとも１つとが組み込まれた基板処理システムを示す。

図２６は、本開示の一実施形態による円形ビームおよび線形ビームの断面図である。

図２７は、本開示の一実施形態に従って、ミラーと基板表面との間の距離に対して線形ビームサイズ偏差をプロットしたプロット図である。

これらの図面において、参照番号は、類似の要素および／または同一の要素を指すために再度利用されることがある。

サブ７ナノメートル（ｎｍ）のデバイスを製作するには、ナノスケールの制御で基板から材料を等方的に除去することが必要とされる。ナノスケールレベルでは、従来のドライエッチングおよびウェットエッチングは、基板表面の粗さおよび／または損傷を引き起こす可能性がある。加えて、ＡＬＥは、イオンの方向性のために等方性除去に制限がある。例えば、基板の上部を除去するために、その上部を修飾して上部揮発性層とすることがある。そして、その上部揮発性層を、ランプを用いた加熱によって除去することができる。従来のランプ（例えば、赤外線ランプ）は、例えば、４０～２５０℃／秒で基板の一部を加熱することができる。ランプで上部揮発性層を加熱し、その上部揮発性層が冷却されるまでの時間は、数分かかる場合がある。基板の加熱と冷却に必要な時間は、基板支持体（静電チャックなど）の加熱速度および冷却速度に基づき得る。基板および基板支持体が加熱されて冷却されるまでの時間は、数十分かかる場合がある。

基板を加熱する期間が長いため、基板のベース部分またはバルク部分を含む基板全体が加熱されることが一般的である。結果として、加熱ランプを長期間オンにすることによる従来の加熱は、基板の上部および／または表面だけを加熱するのではなく基板のバルク部分を加熱するため、サーマルバジェットの問題を有する。このタイプの加熱は、特定のエッチングプロセスへの使用が制限される。サーマルバジェットとは、以下を伴わずに基板を特定の温度に曝露することができる時間を指す：基板の材料および／もしくは構成の劣化、基板上のダイ構成要素の性能および／もしくは動作に対する悪影響、ならびに／またはある種の層の分子および／もしくは原子が別の種の層に拡散する相互拡散の問題の発生。温度が高く、曝露が長いほど、サーマルバジェットの問題がより高い可能性でより多く発生する。例として、従来の加熱ランプを使用すると、温度上昇が２００℃を超える熱サイクルではＳｉがＧｅに拡散する可能性があるが、温度上昇が４０℃である熱サイクルではＳｉがＧｅに拡散しない場合がある。サーマルバジェットの問題は、特に単一の処理チャンバ内において基板上で実施することができるプロセスを制限してしまう。基板支持体が冷えるのを待たずに異なるプロセスを迅速に実施するためには、基板を処理チャンバ間で移動させることが必要となる可能性がある。

本明細書に記載の例は、熱源を用いて急速熱パルス（ＲＴＰ）サイクルを実施し、基板の上部の温度を急速に上昇させるためのＲＴＰシステムを含む。基板のベース部分またはバルク部分を加熱せずに上部を急速に加熱することによって、熱源の停止後に基板上部の温度を急速に低下させることができる。以下に説明するように、複数の加熱・冷却サイクルを数秒で実施することができる。ＲＴＰを提供することで、サーマルバジェットの問題を防止する。言い換えれば、熱的加熱は、基板の下部バルク部分を加熱することなく、および／または加熱量を最小化して行われる。これにより、基板表面および／または基板上部の急速な加熱と冷却が可能になり、１プロセスを複数サイクルおよび／または複数の異なるプロセスを単一の処理チャンバ内で急速に実施することができる。例として、上部の厚さを基板の加熱面から測定して数百ナノメートル（または基板内への加熱深さを数百ナノメートル）とすることができる。

ＲＴＰ動作により、サーマルバジェットの問題への配慮から以前は実施されなかったプロセスの実施も可能になる。例として、基板から特定の膜材料を等方性かつ選択的に除去することができる。除去できる膜材料には、シリコン、ゲルマニウム、金属酸化物（例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、および酸化ジルコニウム）、および窒化チタンのような他の材料が挙げられる。

ここで図１を参照すると、使用できる基板処理システム１００の例が示されている。基板処理システム１００は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源を含むが、他のタイプの処理チャンバおよび／またはプラズマ源（リモートプラズマ源など）を使用してもよい。ラジカルを利用するために、任意でリモートプラズマ源を設けてもよい。別の処理チャンバの例は、別の処理チャンバ（または第２のチャンバ）に接続されたリモートプラズマ源接続チャンバ（または第１のチャンバ）である。基板処理システム１００は、ＲＴＰシステム１０６と、処理チャンバ１０８とを含む。処理チャンバ１０８は、基板１１２を支持するための基板支持体１１０を含む。ＲＴＰシステム１０６は、基板１１２の表面および／または一部を急速にかつ反復的に加熱する。いくつかの例では、基板支持体１１０は、静電チャックまたは真空チャックを含む。いくつかの例では、基板支持体１１０は、温度制御されている。例えば、基板支持体１１０は、複数の流体チャネル１１４および／または複数のヒータ１１６を含むことができ、これらは１つまたは複数のゾーン内に配置してよい。基板支持体１１０は、電極１１８をさらに含むことができる。

処理チャンバ１０８内には、温度および／または圧力を感知するため、それぞれ温度センサおよび／または圧力センサなどの１つまたは複数のセンサ１１９を配置することができる。また、弁１２２およびポンプ１２４を使用して、処理チャンバ１０８内の圧力を制御し、かつ／または処理チャンバ１０８から反応物を排出することができる。

ＲＴＰシステム１０６は、基板１１２の急速熱アニーリングを実施する熱源１２６を含む。これは、フラッシュランプ１２８を用いたＲＴＰを含む。別のＲＴＰシステムの例として、レーザを利用するＲＴＰシステムを図２に示す。窓アセンブリ１３０は、熱源１２６と処理チャンバ１０８との間に配置することができる。窓アセンブリ１３０は、第１の（または誘電体）窓１３２と、リフレクタ１３４と、結合部材１３６と、第２の窓１３８とを含む。第１の窓１３２は、石英窓であり得る。リフレクタ１３４は、ステンレス鋼で形成することができ、フラッシュランプ１２８によって生成された熱エネルギーを基板１１２に導くために円錐形にすることができる。第２の窓１３８は、サファイア窓であり得る。結合部材１３６は、リフレクタ１３４を処理チャンバ１０８に接続する。一実施形態では、リフレクタ１３４は含まれず、第１の窓１３２が結合部材１３６に取り付けられる。フラッシュランプ１２８は、円筒形にすることができ、それぞれ冷却ジャケット１４０を含むことができる。これらの冷却ジャケット１４０に水および／または他の冷却流体を循環させて、フラッシュランプ１２８を冷却することができる。第１の窓１３２の上には、放物線状の反射部分１４４を有するリフレクタ１４２を配置することができる。リフレクタ１４２は、アルミニウムで形成することができる。フラッシュランプ１２８は、リフレクタ１４２と第１の窓１３２との間の放物線状の反射部分１４４にそれぞれ配置される。

温度制御システム１５０を使用して、基板支持体１１０および基板１１２の温度を制御することができる。温度制御システム１５０は、流体チャネル１１４に接続されたポンプ１５４を介する流体源１５２からの流体の供給を制御することができる。温度制御システム１５０はまた、ヒータ１１６の動作を制御することができる。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０の１つまたは複数の場所またはゾーンの温度を感知する１つまたは複数の温度センサ１５６を含むことができる。

ガス供給システム１６０は、１つまたは複数のガス源１６４と、１つまたは複数の弁１７０と、１つまたは複数のマスフローコントローラ１６８と、混合マニホールドとを含む。ガス供給システム１６０は、前処理、ドーピング、パッシベーション、アニーリング、および／またはパージ中、プラズマガス混合物、キャリアガスおよび／もしくは不活性ガス、ならびに／またはパージガス混合物を処理チャンバ１０８に選択的に供給する。

ＲＦ発生器１２０－１は、ＲＦ源１２３と、処理チャンバ１０８の外壁を取り囲むコイル１２７にＲＦ電力を出力する整合ネットワーク１２５とを含む。ＲＦ発生器１２０－１は、プラズマに衝突する磁場を処理チャンバ１０８内に生成する。別のＲＦ発生器１２０－２は、ＲＦバイアスを基板支持体１１０内の電極１１８に供給するために使用できる。コントローラ１８０は、１つまたは複数のセンサ１１９、弁１２２およびポンプ１２４、温度制御システム１５０、熱源１２６、ＲＦ発生器１２０－１および／もしくは１２０－２、ならびにガス供給システム１６０と通信し、実施中のプロセスを制御する。

コントローラ１８０は、容量性放電回路１８４を制御してフラッシュランプ１２８をパルス化するＲＴＰコントローラ１８２を含み得る。容量性放電回路１８４は、電源１８６から電力を受け取り、かつＲＴＰコントローラ１８２から制御信号を受け取ることができる。容量性放電回路１８４は、アイドルモードのときにコンデンサ（ボックス１８７によって表す）を充電し、ＲＴＰコントローラ１８２から放電信号を受け取るとコンデンサを放電することができる。ＲＴＰコントローラ１８２は、ＡＬＥプロセスおよび／またはＡＬＤプロセス中にＲＴＰ動作を実施することができる。

図２は、レーザ２０４と、レンズ回路２０６と、ＲＴＰコントローラ２１０を有するコントローラ２０８とを含むＲＴＰシステム２０２を組み込んだ基板処理システム２００の例を示す。基板処理システム２００は、図１の基板処理システム１００と同様に動作し、図２に示されていない基板処理システム１００の各部分を含むことができる。基板処理システム２００は、熱源１２６、コントローラ１８０、および容量性放電回路１８４の代わりに、レーザ２０４、レンズ回路２０６、およびコントローラ２０８を含む。レーザ２０４は、ＲＴＰコントローラ２１０から受け取った制御信号に基づいて、ＲＴＰ動作中にＲＴＰコントローラ２１０によってパルス化（または変調）され得る熱源である。これは、ＡＬＥプロセスおよびＡＬＤプロセス中に行うことができる。

レンズ回路２０６は、ビーム成形光学系２１２と、第１のミラー２１４および第２のミラー２１６を含むガルバノミラー回路２１３と、テレセントリックレンズアセンブリ２１８とを含む。ビーム成形光学系２１２は、フラットトップ（または第１のビーム成形）光学系２２０と、回折（または第２のビーム成形）光学系２２２とを含むことができる。フラットトップ光学系２２０は、ガウス分布を有するレーザビームをレーザ２０４から受光し、フラットトップビーム（例えば、２センチメートル（ｃｍ）×２ｃｍのフラットトップビーム）に変換するために使用される。レーザビームの温度プロファイルもまた、ガウス分布である。フラットトップ光学系の例は、「フライホイール」光学系である。

回折光学系２２２は、フラットトップ光学系２２０からのフラットトップ円形ビームを正方形ビームに変換する。正方形ビームは、基板上に対応する均一な温度分布を有する。これにより、基板（例えば、基板１１２）において正方形ビームに曝露された部分の全体にわたって均一な熱反応および／またはエッチング速度が可能となる。正方形ビームを提供することで、加熱されるダイの形状と一致する形状のビームも提供される。正方形ビームは、選択されたダイの表面または上部を均一に加熱することができる。基板１１２は、処理チャンバ１０８内の基板支持体上に配置することができる。

ビームサイズ調整デバイス２２６は、ビーム成形光学系２１２と第１のミラー２１４との間に配置することができる。ビームサイズ調整デバイス２２６は、正方形ビームのサイズが基板１１２上のダイのサイズ以上になるように調整することができる。ビームサイズ調整デバイス２２６は電動化されており、ビームエキスパンダ２２７を含むことができる。ビームエキスパンダ２２７は、拡大を実施してレーザビームのサイズを大きくすることができる。

ＲＴＰコントローラ２１０およびガルバノミラー回路２１３は、Ｘ－Ｙガルバノメータスキャンシステムとして動作し得る。第１のミラー２１４を使用して、第１の（またはＸ）方向に基板１１２の表面全体にレーザビームを移動させることができる。第２のミラー２１６を使用して、第２の（またはＹ）方向に基板の表面全体にレーザビームを移動させることができる。コントローラ２０８および／またはＲＴＰコントローラ２１０は、モータ２３０、２３２によってミラー２１４、２１６を移動させることが可能である。

テレセントリックレンズアセンブリ２１８は、コリメートアセンブリと呼ばれることがあり、一連の平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６を含む。特定の数の平凸レンズが示されているが、異なる数の平凸レンズが含まれてもよい。平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６の直径は、平凸レンズが窓アセンブリ１３０に近づくほど大きくなる。すなわち、レンズ２４２の直径はレンズ２４０の直径よりも大きく、レンズ２４４の直径はレンズ２４２の直径よりも大きく、レンズ２４６の直径はレンズ２４４の直径よりも大きい。平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６は、共通の中心線２４８を有するように垂直に整列されている。平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６は、モールド２５０内で固定された関係に保持されている。平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６は、第２のミラー２１６から受光したレーザビームを基板１１２の表面に直交するように導く。レーザビームが基板１１２の表面全体を移動するとき、テレセントリックレンズアセンブリ２１８は、レーザビームを基板１１２の表面に対して直交関係に維持する。

例として、レーザ２０４によって生成されるレーザビームは、直径を３５５ｎｍとすることができ、８０ピコ秒（ｐｓ）ごとにパルス化することができる。ＲＴＰコントローラ２１０は、ミラー２１４、２１６を移動させ、基板１１２の表面全体に１５０ヘルツ（Ｈｚ）のスキャンを実施することができる。

基板処理システム２００は、基板支持体１１０および基板１１２の温度を制御するために使用され得る温度制御システム１５０を含んでもよい。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０の１つまたは複数の場所またはゾーンの温度を感知する１つまたは複数の温度センサ１５６を含んでもよい。

図３は、図２のミラー２１４、２１６およびテレセントリックレンズアセンブリ２１８の側面断面図を示す。図示されるミラー２１４、２１６は、テレセントリックレンズアセンブリ２１８を通過するようレーザビーム３００を導く。レーザビーム３００は、最小のレンズ２４０から最大のレンズ２４６へ、レンズ２４０、２４２、２４４、２４６を通過する。レーザビーム３００が円形であり、図２のビーム成形光学系２１２を通過しないとき、レーザビームは、像面３０４または基板１１２の表面に、曲線３０２によって表されるようなガウス分布を有する。レーザビーム３００がビーム成形光学系２１２を通過するとき、レーザビームは正方形であり、側面Ｓを持つスポットを有する。

図２のガルバノミラー回路２１３は、視野（ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－ｖｉｅｗ，ＦＯＶ）全体をスキャンするための２つのミラーを含むシステムを提供する。例として、ＦＯＶは、３００ｍｍ×３００ｍｍよりも大きくなる場合がある。一実施形態では、レンズ２４０、２４２、２４４、２４６は、集合的に、像面３０４に対して垂直である所定の範囲内において開口数が小さく（所定の開口数未満）、焦点柱パラメータ（ｆｏｃａｌ ｃｏｌｕｍｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）（またはビーム垂直性パラメータ（ｂｅａｍ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ））を有する。レーザビームは、ビームの均一性および強度を維持しながら、像面でビームが歪むことなく像面に垂直に提供される。レーザビームは、像面３０４に集束され得る。一実施形態では、ビームスポットの側面Ｓの瞳径またはサイズは、１０～１２ｍｍに制限される。図２のビームサイズ調整デバイス２２６は、Ｓが２０～２２ｍｍとなるようにビームスポットのサイズを大きくすることができる。

図には、フランジバック（ＦＦＬ）およびバック焦点距離（ＢＦＬ）が示されている。ＦＦＬは、（ｉ）フランジ３０５の端部および／またはレンズ２４６が湾曲し、像面３０４に向かって外側に突出し始める点３０７から（ｉｉ）像面３０４までの距離であり得る。ＢＦＬは、（ｉ）像面３０４に最も近いレンズ２４６上の点３０９から（ｉｉ）像面３０４からの距離を指すことができる。

上述した図１～図３の例は、フラッシュランプの例およびレーザビームの例を提供している。フラッシュランプは所定のマイクロ秒数ごとに（例えば、３００μｓごとに）変調（またはパルス化）することができ、レーザビームは所定のピコ秒数ごとに（例えば、８０ｐｓごとに）変調（またはパルス化）することができる。これらの例では、熱ＡＬＥプロセスまたはＡＬＤプロセスの順次処理を実施することが可能である。例として、１００μｓのパルス光源を使用して、１Ｈｚのサイクルで１平方センチメートル（ｃｍ²）あたり８ジュール（Ｊ）のランプ電力を提供することができる。単一の処理チャンバ内で、１つのレシピについて５０サイクルを超えるサイクルが実施されてもよい。材料の原子除去および等方性除去を含むＡＬＥプロセスが実施されてもよい。これらのプロセスは、サーマルバジェットの問題なしに、基板温度を制御しながら効率的に実施される。

図４は、従来の連続波動作モードに関連する例示的な加熱・冷却期間を示す経時的な温度プロファイルを示す。図示するように、連続波モードで動作する従来の加熱ランプは、基板を２０℃から１００～６００℃までｘ秒で加熱することができる。加熱ランプはｔ分間点灯することができる。基板はｙ秒で冷却されることができる。

図５は、例示的な急速熱パルスを経時的に示す例示的な温度プロファイルを示す。図５では、例示のために、低温パルスと高温パルスが示されている。例として、低温パルスは、基板の一部の温度を各サイクルで８０℃に上昇させるために提供され得る。高温パルスは、その基板の同じ部分の温度を各サイクルで６００℃に上昇させることができる。一実施形態では、低温パルスは、基板の一部の温度を２０～８０℃に上昇させる。一実施形態では、高温パルスは、その基板の同じ部分の温度を１００～６００℃に上昇させる。別の実施形態では、低温パルスは提供されない。基板の被加熱部分は、低温パルスおよび／または高温パルスの連続する各対の合間に、例えばベースライン温度（例えば、２０℃）まで冷却される。複数の低温パルスおよび／または高温パルスを提供することができ、基板の被加熱部分は、所定の秒数（ｘ秒として示す）にわたって連続するパルスの合間に冷却され得る。例として、複数の低温パルスおよび高温パルスが、３～１０秒の長い期間にわたって提供されてもよい。

本明細書に記載のＲＴＰは、基板表面を加熱および制御することを可能にする。加熱は、原子反応制御を行いながら、制御された調節可能な方式で基板の所定の深さまで行われる。これは、生成される光（例えば、フラッシュランプまたはレーザ）パルスの数、長さ、強度、および周波数を制御することによって達成することができる。一実施形態では、一連の高温パルスが提供される。他の実施形態では、一連の低温パルスが提供される。別の実施形態では、低温パルスと高温パルスの組み合わせが提供され、パルスの持続時間、強度（または電力レベル）、および周波数が制御され、基板の表面の少なくとも一部にわたって温度深度プロファイルを提供する。図１の実施形態のように複数のフラッシュランプを有することによって、各フラッシュランプの動作を異ならせることで異なる温度帯を作ることができる。例えば、１つまたは複数の第１のフラッシュランプを、１つまたは複数の持続時間と、１つまたは複数の強度レベル（または電力レベル）と、１つまたは複数の周波数とを含む第１の持続時間・強度レベル（電力レベル）・周波数セットを有する第１の一連のパルスを提供するように動作させることができ、１つまたは複数の第２のフラッシュランプを、１つまたは複数の持続時間と、１つまたは複数の強度レベル（または電力レベル）と、１つまたは複数の周波数とを含む第２の持続時間・強度レベル（電力レベル）・周波数セットを有する第２の一連のパルスを提供するように動作させることができる。

図６は、本開示に従って実施された熱ＡＬＥプロセスを示すＡＬＥプロセス図を示す。熱ＡＬＥプロセスは、前処理、原子吸着（または凝縮）、ＲＴＰ（または熱除去）、および表面リフレッシュ（またはパージ）動作の反復的な実施を含むことができる。従来の連続波（ＣＷ）加熱手法と比較すると、ＲＴＰは、サーマルバジェットの問題なしに原子的および等方的に膜を除去するために使用することができる。一実施形態では、熱パルス持続時間は持続時間が３ｍｓ未満であり、表面基板温度を約５００℃に上昇させて、サーマルバジェットの問題を回避している。例えば、このタイプのＲＴＰは、シリコン（Ｓｉ）をエッチングする際にゲルマニウム（Ｇｅ）へのＳｉ拡散を防止するために実施することができる。

前処理（または第１の表面修飾動作）中、水素Ｈ₂、アンモニアＮＨ₃、および／または他のガスは、プラズマを提供しながら供給され、基板の表面および／または一部を修飾することができる。原子吸着（または第２の表面修飾動作）中、酸素、ハロゲンガス（例えば、塩素Ｃｌ₂、ヨウ素Ｉ₂、フッ素Ｆ₃、または他のハロゲンガス）、三フッ化窒素ＮＦ₃、および／または他の反応物が提供され、基板の表面および／または一部に吸着される。原子吸着を受ける基板の部分は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ）Ａｌ₂Ｏ₃、酸化チタン（Ｔｉ）ＴｉＯ₂、もしくは酸化ジルコニウム（Ｚｒ）などの金属酸化物ＭＯ_x、または窒化ケイ素ＳｉＮ_x、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＯ₂、窒化チタンＴｉＮ、もしくは酸化ハフニウムＨｆＯ₂などの他の材料で形成されてもよい。原子吸着の後に除去される部分は、例えば、酸化物もしくはハロゲン化物（配位子有りまたは無し）、ＭＣｌ_x（Ｆ_x）、フッ化アルミニウムＡｌＦ₃、酸化チタンＴｉＯ₂、フルオロケイ酸アンモニウム（ＮＨ₄）₂ＳｉＦ₆、または他の修飾された材料であってもよい。

一実施形態では、所定数のサイクルを実施し、基板の１つまたは複数の層を所定量だけ除去する。例として、熱ＡＬＥプロセスの１サイクルごとに、基板の最上部の厚さ１ｎｍの層を除去することができる。急速熱動作中、図１～図２に示すようなフラッシュランプアセンブリまたはレーザを使用することができる。表１は、異なる種類の基板で実施される熱ＡＬＥプロセスの５つの例（１つの行に１つの例）を示す。それぞれの列は、ａ）除去される基板材料、ｂ）前処理（ＰＴ）中に提供されるプラズマの種類、ｃ）原子吸着（ＡＡ）動作中に供給されるガス、ｄ）急速熱（ＲＴ）加熱動作に対してフラッシュランプまたはレーザを実施してよいこと、および表面リフレッシュ（ＳＲ）動作中に供給されるパージガスを示す。

本明細書に開示される熱ＡＬＥプロセスは、他の種類の基板上で実施することができる。熱ＡＬＥプロセスは、例えば、ゲルマニウムＧｅ、金属窒化物（例えば、ＴｉＮ）、Ｓｉ－ＳｉＧｅ含有化合物、および／または金属酸化物（例えば、Ａｌ₂Ｏ₃またはＨｆＯ₂）を含むターゲット膜を除去するために実施され得る。対応する除去可能な副生成物には、酸化ゲルマニウムＧｅＯ、オキシ塩化チタンＴｉＯＣｌ、オキシフッ化チタンＴｉＯＦ、シリコン－塩素Ｓｉ－Ｃｌ、シリコン－フッ素Ｓｉ－Ｆ、ゲルマニウム－塩素Ｇｅ－Ｃｌ、ゲルマニウム－フッ素Ｇｅ－Ｆ、アルミニウムアセチルアセトナートＡｌ（ａｃａｃ）₄、およびハフニウムアセチルアセトナートＨｆ（ａｃａｃ）₄が挙げられる。

基板は、表面のリフレッシュ動作中に冷却することができる。一実施形態では、基板を極低温に冷却するために能動冷却が行われる。これにより、基板を冷却する時間が短縮され、より多くのサイクルをより短い期間で実施することが可能になる。能動冷却は、基板のベース（またはバルク）部分に悪影響を与えることなく、迅速な回復を提供する。

図７は、提供される１つの急速熱パルス７００について経時的な温度変化パターンを示す例示的な信号図を示す。パルス熱源を使用して、ＡＬＥプロセスまたはＡＬＤプロセス中に所定のミリ秒数にわたって基板の表面反応を制御することができる。一実施態様では、プラズマの生成は、ソース電源（曲線７０２のパルス７０１によって表す）をオンにしてガス（曲線７０４のパルス７０３によって表す）を処理チャンバに供給することによって行うことができる。基板の回路の洗浄は、ポンプ（例えば、図１のポンプ１２４）をオンにしてパージ動作（曲線７０８のパルス７０７によって表す）を実施することによって行うことができる。次に、パルス７０６によって表される表面修飾および原子吸着（または凝縮）動作を実施し、続いてパルス７００によって表される熱的加熱を実施することができる。次に、処理チャンバを、曲線７１２のパルス７１０および曲線７０８のパルス７１３によって表すようにパージすることができる。任意で、曲線７１６のパルス７１４によって表すようにバイアス電力を供給してもよい。その後、パルス７１８によって表すように、パージを実施するためにポンプを作動することができる。

図８は、実施されたＡＬＥについて、レーザフルエンスに対してエッチング速度をプロットした例示的なプロット図を示し、Ｈ₂プラズマ表面修飾なしのＧｅ、Ｈ₂プラズマ表面修飾ありのＧｅ、Ｈ₂プラズマ表面修飾ありのｐ型Ｓｉ、およびＨ₂プラズマ表面修飾なしのｐ型Ｓｉの違いを例示している。

Ｓｉ層とＧｅ層の両方を有する基板からＳｉ層またはＧｅ層の一部を選択的に除去することは、プラズマ処理中にＳｉ層とＧｅ層のエッチングから形成される副生成物が類似しているため、ナノワイヤ製作プロセスでは困難な場合がある。本明細書に開示される例示的な実施態様は、Ｓｉ層とＧｅ層の両方を有する基板からのＳｉ層またはＧｅ層の選択的な除去を可能にする。例示的な実施態様は、特定の時間のプロセスウィンドウ中に基板の表面温度を加熱するＲＴＰを含む。表面修飾のためのＨ₂プラズマ処理を実施し、反応時間を制御してＳｉ層またはＧｅ層を選択的にエッチングする。従来技術で加熱された基板支持体には相互拡散によるサーマルバジェットの問題が発生する可能性があるけれども、このプロセスは、サーマルバジェットの問題を防止する。

次の図９～図１０は、ＧｅとＴｉＮの熱ＡＬＥ中の原子吸着に対してＯ₂とＣｌ₂を使用する場合の違いを例示している。ＧｅとＴｉＮの除去率は、プロセスサイクル数が増えるにつれて直線的に増加する。選択性は、前処理の化学的性質および提供される熱エネルギーによって制御される。図９は、実施されたＡＬＥについて、プロセスサイクル数に対してＧｅの除去量をプロットしたプロット図を示す。Ｇｅは、周囲温度（または室温）で除去される。図１０は、参考例の場合；前処理および塩素吸着なしでレーザＲＴＰ（レーザパルス加熱）を実施した場合；レーザＲＴＰなしで前処理および塩素吸着を実施した場合；ならびに前処理、塩素吸着、およびレーザＲＴＰを組み合わせて実施した場合について、ＴｉＮ材料の除去量の違いを例示する膜厚を示す。参考例の実施態様は、レーザパルス加熱および塩素吸着が実施されない場合を指す。図示される膜厚範囲１００２、１００４、１００６、１００８は、参考例の実施態様、前処理および塩素吸着なしのレーザ加熱の実施態様、レーザＲＴＰなしの前処理および塩素吸着の実施態様、ならびに前処理、塩素吸着、およびレーザＲＴＰを組み合わせた実施態様について、例示的な厚さの範囲を示している。レーザＲＴＰを用いた塩素吸着は、例えば、塩素吸着およびレーザＲＴＰを用いない場合の１０倍の速度で材料を除去する。

図１１は、特定のプロセスについての推定温度範囲およびランプ電力範囲を示す。プロセスは、ＳｉまたはＳｉＯ₂を除去するＡＬＥプロセス（範囲１１０２によって表す）、Ｇｅ除去プロセス（１１０４によって表す）、およびＲＴＰを含むアニーリングプロセス（１１０６によって表す）を含む。Ｇｅ除去は、約５００℃、かつ、単位面積あたりのランプ電力２７Ｊ／ｃｍ²で実施されることが示されている。

図１２は、本開示に従って実施されたフラッシュランプサイクル中の表面温度変化の速度と、そのフラッシュランプサイクルに続く対応する冷却期間中の表面温度変化の速度を示す対応する例示的なプロット図を示す。０．３ｍｓ未満の急速熱パルス持続時間には、表面温度が６００℃に加熱されることがある。曲線１２０２、１２０４、１２０６、１２０８、１２１０、１２１２、１２１４は、それぞれ、表面（すなわち、深さ１μｍ未満）、深さ５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、４００μｍ、および８００μｍでの温度変化を例示している。曲線１２０２、１２０４、１２０６、１２０８、１２１０、１２１２、１２１４は、４ｍｓの期間について示されている。曲線１２２０は、この４ｍｓの期間の後に能動冷却を行わず、基板の表面が周囲温度（または室温）まで冷えるのにかかる時間を例示するために示されている。図示するように、冷却時間は０．５ｓの場合がある。基板のベース（またはバルク）部分の温度を上げることなく、記載された曲線によって例示されるように複数のサイクルを実施することができる。より短いパルス時間および／または能動冷却は、回復時間をさらに短縮し、またサーマルバジェットの問題の発生をさらに防止することができる。

図１３は、フラッシュランプサイクルについて、パルス持続時間に対してフラッシュランプ電力レベルおよび反復速度を示す。フラッシュランプ電力レベルおよび反復速度は、特定の急速熱パルス持続時間に対して提供される。反復速度は、１秒あたりのパルス数を指す（例えば、１秒あたり２パルスは、２ヘルツである）。フラッシュランプの最大電力は８０Ｊ／ｃｍ²であり、最大パルス持続時間は６０００μｓである。例として、急速熱プロセスは、３ｍｓ未満の持続時間で３０Ｊ／ｃｍ²未満を含む場合がある。別の例として、基板の表面温度を４００～５００℃まで上昇させるために、２０Ｊ／ｃｍ²が提供される場合がある。

図１４は、基板の一部から誘電体層の一部を除去するために反復的に実施される急速熱パルスサイクルを説明する図を示す。図示される積層体１４００から、各サイクル中に誘電体層１４０４の一部が除去される。積層体１４００は、２つのトレンチ（矢印１４０５によって表す）の間に配置され、誘電体層１４０４の側面へのエッチングアクセスを提供する。基板は、トレンチを提供するために事前にエッチングまたは切断される場合がある。積層体１４００は、マスク層１４０２と、誘電体層１４０４（例えば、Ｓｉで形成された層）と、導電層１４０６（例えば、ＳｉＧｅで形成された導電要素または導電ワイヤ）とを含む。誘電体層１４０４の各部分は、対応するＲＴＰプロセスの各サイクル中に除去される。例えば、部分１４０８は、第１のサイクル中に除去される。部分１４０８は、誘電体層１４０４のそれぞれの単層であり得る。

従来、Ｓｉ層またはＧｅ層の一部の除去は、（ｉ）異方性プラズマエッチングプロセス、または（ｉｉ）酸化（またはウェット）動作および除去（またはウェットもしくはドライ）動作を含む等方性デジタルエッチングプロセスのいずれかによって行われていた。異方性プラズマエッチングプロセスは、層の損傷を引き起こす可能性があり、等方性デジタルエッチングプロセス（またはウェットプロセス）は、例えば、ウェットケミカルの使用による張力のために、複数の層の中央領域で層パターンの崩壊をもたらす可能性がある。ウェットプロセスの代わりにドライプロセスを実施することもできるが、ドライプロセスは、対応する層損傷というリスクを有する。これらの懸念は、ナノスケール（またはナノワイヤ）用途で広く見られる。例えば、所定の距離にわたって延びるＳｉナノワイヤの積層体は、６０ｎｍの厚さであり、２０ｎｍの間隔で配置され得る。ウェットエッチングを実施すると、Ｓｉナノワイヤの両端間の中央領域が崩壊し、それによりＳｉナノワイヤが互いに接触する程度まで、Ｓｉナノワイヤ間の間隔が減少する可能性がある。

開示される例は、ＲＴＰを伴う等方性ＡＬＥを提供し、層の損傷および／またはパターンの崩壊を伴わずに層の一部を除去する。一実施形態では、例えば、ＲＴＰを使用してＳｉ層の一部を酸化および除去する複数のサイクルが実施され、元の積層体からゲートオールアラウンド（ＧＡＡ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を形成する。このプロセスはドライプロセスであり、損傷のない高アスペクト比（ＨＡＲ）の原子エッチング速度制御を可能にする。

本明細書に開示されるシステムは、多数の方法を使用して稼働させることができる。例示的な方法を図１５に示す。図１５は、本明細書に記載のＲＴＰを実装するＡＬＥ法を示している。以下の動作は主に図１および図２の実施態様に関して説明されるが、それらの動作は、本開示の他の実施態様に適用するように容易に修正することができる。動作は、反復的に実施される場合がある。

方法は、１５００から開始することができる。１５０２において、基板（例えば、図１および図２の基板１１２ならびに／または直径３００ｍｍの基板）を処理チャンバ内に配置する。１５０４において、基板支持体温度、チャンバ圧力、ＲＦ電力およびバイアス電力レベル、ならびにガス流量などのチャンバ動作パラメータを設定する。

１５０６において、基板の表面を洗浄する。例として、基板は、Ｓｉ層上に配置されたＧｅ層を含んでもよい。Ｇｅ層の最上面は、洗浄することができる。

１５０８において、脱塩素化および表面活性化のために、例えばＨ₂プラズマまたはＮＨ₃プラズマで基板の表面を露出することを含む前処理を実施することができる。例として、水素Ｈ₂ガスまたはアンモニアＮＨ₃ガス種を含むプラズマガス混合物を処理チャンバに供給する。一実施形態では、プラズマを用いず、事前に選択された化学的性質を有するガスを使用することによって表面修飾を実施する。

１５１０において、原子吸着を実施する。これは低温（例えば、２０℃以下）で行うことができ、基板の表面をＯ₂、Ｃｌ₂、Ｉ₂、ＮＦ₃、または他の反応物に曝露することを含むことができる。一実施形態では、室温（または周囲温度）未満の温度で原子吸着を実施する。例として、Ｃｌ₂の非プラズマ流を提供することがある。１５１２において、対応するプロセスチャンバからガスをパージする。

１５１４において、パルス急速熱アニーリングを、例えば、フラッシュランプ、レーザ、または本明細書に記載のように急速にパルス化することが可能な他の適切なランプ（例えば、赤外線ランプ）を使用して実施する。少なくとも動作１５０８～１５１５は、基板の表面（または上部）温度を変調することを含み、反復的に実施することができる。表面（または上部）の温度は、１秒間に複数回変調することができる。１５１４におけるパルス急速熱アニーリングは、脱着／除去を目的として実施される。これは、基板の修飾された部分を加熱するために１つまたは複数の熱エネルギーパルスを生成することを含み得る。特定の分子を蒸発させるために、温度を上昇させてもよい。

基板のベースおよび／またはバルクは、動作１５１４の間、所定の温度以下（例えば、２０℃以下）に維持される。ＧｅＣｌ₂は、２６０℃を超えると昇華し始める。ＳｉＣｌ₂は、６５０℃を超えると昇華し始める。Ｇｅの層がＳｉの層の上に配置される用途では、適切なレーザパルスまたはフラッシュランプパルスでエネルギーを与えることによって、無限の選択性で、ＳｉをエッチングすることなくＧｅを選択的にエッチングすることができる。ＲＴＰにより、１つの処理チャンバ構成を高スループットで使用することが可能になる。複数の処理動作を、単一の処理チャンバ内で実施することができる。図１６は、記載のように実施されたＡＬＥプロセスにおいて、基板表面温度に対してＧｅおよびＳｉについてのエッチング速度をプロットしたプロット図を示す。別の例として、パルスの長さを０．１ｍｓとして、基板の表面および／または一部を１０００℃まで上昇させてもよい。

いくつかの例では、フラッシュランプパルスの各々は、１０Ｊ／ｃｍ²（すなわち、基板の単位面積あたりのエネルギー）～８０Ｊ／ｃｍ²を提供する。いくつかの例では、レーザパルスの各々は、１０ｍＪ／ｃｍ²～８０ｍＪ／ｃｍ²を提供する。いくつかの例では、アニーリングは、０．１ｍｓ～２０ｍｓの範囲の所定の期間中に実施される。一実施形態では、フラッシュランプを１ｍｓのパルス持続時間で使用するか、またはレーザを１ｐｓのパルス持続時間で使用して、基板の表面または上部を初期温度から５００℃超に加熱し、次に１ｓ未満で初期温度まで冷却する。

動作１５０８、１５１０、１５１４は、動作１５０８および１５１０の間に修飾された基板の上層の原子除去による制御可能な原子を可能にする。１５１４で実施される急速加熱は、プラズマを使用せずに等方性反応を提供する。加えて、請求項に記載される加熱により急速冷却が可能になり、これによってもサーマルバジェットの問題を防止する。図１７は、異なる熱源および対応する方法について、加熱速度に対する冷却速度の例を示す。図１７は、開示されるフラッシュランプ加熱方法およびレーザ加熱方法が、他の炉、ＩＲランプ、電子（Ｅ）ビーム、およびスパイク法と比較して、より迅速な加熱速度および冷却速度を提供することを示している。

１５１５において、イオン衝撃を実施し、基板の修飾された部分を除去するために、パージガス（例えば、アルゴンＡｒガス）でプロセスチャンバをパージすることによって、基板の表面をリフレッシュすることができる。一実施形態では、処理チャンバは、提供される急速熱パルスの連続する１対または複数対の合間にパージされる。一実施形態では、ガスは、パルスの各連続する対の合間に処理チャンバからパージされる。これにより、処理チャンバ内で複数のプラズマおよび／または気相プロセスを実施することが可能になる。一実施形態では、パルス急速熱アニーリングの実施中および／または実施後に基板支持体を冷却する。この冷却は、パルス急速熱アニーリングの実施中に基板のベースおよび／またはバルクの温度を維持すること、およびパルス急速熱アニーリングの実施後に基板を急速冷却することを補助するために行われる。

１５１６において、コントローラ１８０もしくは２０８および／または急速熱パルスコントローラ１８２もしくは２１０は、Ｎ回のサイクルが完了したかどうかを決定する。Ｎ回のサイクルが完了した場合には動作１５１８が実施され、完了していなければ動作１５０８が実施される。１５１８において、コントローラ１８０または２１０は、任意で、第２のアニーリング（または後アニーリング）動作を実施してもよい。１５１９において、コントローラ１８０または２１０は、現在のダイについて、別のプロセスを実施するかどうか、ならびに／または現在のプロセスを変更および／もしくは繰り返すかどうかを決定することができる。別のプロセスが実施される場合、動作１５０４を実施することができる。あるいは、図２の実施形態のようにレーザおよびレンズ回路が利用される場合、動作１５２０を実施することができる。図１の実施形態のようにフラッシュランプが使用される場合、別のプロセスが実施されないか現在のプロセスの変更が実施されなければ、１５２２で方法を終了することができる。プロセスが別のダイで実施される場合には動作１５２４を実施し、実施されない場合には１５２２で方法を終了することができる。

１５２４において、コントローラ２０８は、ミラー２１４、２１６を移動させ、レーザビームの像面位置を基板１１２の異なるダイの上へ変更する。例として、２ｃｍ×２ｃｍのレーザビームを、第１のダイの上から第２のダイの上に移動させることができる。説明した方法は、基板上の数十～数百のダイにわたってレーザビームをスキャンするために反復的に実施することができる。ミラー２１４、２１６の移動は、ダイごとに１つまたは複数のショットを提供するために、レーザ２０４のパルス反復速度と同期させることができる。

上述の動作は、説明のための例であることを意図している。上述の動作は、用途に応じて順次、同期的に、同時に、連続的に、重複する期間中に、または異なる順序で実施することができる。また、実施態様、および／またはイベントの順序によっては、動作を実施または省略できない場合がある。

図１５の方法は、図１～図２のシステムを使用したＡＬＥの実施について説明されているが、図１～図２のシステムはＡＬＤを実施するために使用してもよい。フラッシュランプおよびレーザなどの熱源を使用して、基板上に単層を成長させることができる。例えば、堆積動作の実施前および／または実施中にＲＴＰを行うことができ、材料を除去せずに堆積（または成長）させることができる。単層の成長を可能にするため、ＡＬＤの実施中に、対応する処理チャンバ内に異なるガスを供給して維持することができる。

図１８は、ＴｉＮの単層を除去する２つの例示的なＡＬＥ法を示すブロック図である。図１８の方法は、図１～図２のシステムを使用して実施することができる。第１の方法は、前処理動作としてＨ₂プラズマを提供し、ＴｉＮ層（または基板）の上部を変化させて、弱結合したＴｉＮ層１８００をＴｉＮ層（または基板）の残りの部分１８０２の上に設けることを含む。次に、Ｃｌ₂プラズマを提供し、原子吸着を実施して、弱結合したＴｉＮ層１８００をＴｉＣｌ_xＮ_y層１８０４に変換する。ＴｉＣｌ_xＮ_yは、揮発性の複合化合物である。その後、ＲＴＰを実施してＴｉＣｌ_xＮ_y層１８０４を除去する。

例として、１サイクルは以下の動作を含むことができる：Ｈ₂プラズマを１３秒間供給することであって、Ｈ₂ガスおよびＡｒガスのそれぞれを９０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の流量および１８０ミリトル（ｍＴ）の圧力で供給することを含む；Ｃｌ₂プラズマを２５秒間供給することであって、１００ｓｃｃｍの流量および４００ｍＴ（約５３．３パスカル）の圧力でＣｌ₂を供給することを含む；原子吸着動作の後、かつＲＴＰ動作の前に３０秒間パージ動作を実施すること；および、ＲＴＰ動作を実施することであって、５パルスを各々ｘｍＪ／ｃｍ²で提供すること。一実施形態において、ｘは２１である。一実施形態では、このサイクルは、所定の回数（例えば、３０回）実施される。下記の表２は、この方法について、Ｃｌ₂による原子吸着および／またはＲＴＰの実施前の例示的な膜厚、ならびにＣｌ₂による原子吸着および／またはＲＴＰの実施後の例示的な膜厚を示す。

図１９は、異なるエネルギーレベルでのＴｉＮ膜厚を示す例示的なプロット図を示す。エッチングは、２０ｍＪ／ｃｍ²以上のレーザエネルギーで起こる。したがって、エッチングは２１ｍＪ／ｃｍ²の電力レベルで起こり、範囲１９０６は範囲１９００、１９０２、１９０４を下回る。

再び図１８を参照すると、第２の方法は、前処理動作としてＯ₂プラズマを提供し、窒素を窒素酸化物（ＮＯ_x）として除去することによってＴｉＮ層（または基板）の上部を変化させて、ＴｉＯ_x層１８１０をＴｉＮ層（または基板）の残りの部分１８１２の上に設けることを含む。次に、Ｃｌ₂プラズマを提供し、原子吸着を実施して、ＴｉＯ_x層１８１０をサブオキシ塩化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｓｕｂ－ｏｘｙｃｈｌｏｒｉｄｅ）（ＴｉＯＣｌ_x）層１８１４に変換する。ＴｉＯＣｌ_xは、揮発性の複合化合物である。その後、ＲＴＰを実施して、ＴｉＯＣｌ_x層１８１４を除去する。例として、１サイクルは以下の動作を含むことができる：Ｏ₂プラズマを５秒間供給することであって、Ｏ₂ガスおよびＡｒガスのそれぞれを９０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の流量および１８０ミリトル（ｍＴ）（約２４．０パスカル）の圧力で供給することを含む；Ｃｌ₂プラズマを２５秒間供給することであって、１００ｓｃｃｍの流量および４００ｍＴ（約５３．３パスカル）の圧力でＣｌ₂を供給することを含む；原子吸着動作の後、かつＲＴＰ動作の前に３０秒間パージ動作を実施すること；および、ＲＴＰ動作を実施することであって、５パルスを各々ｘｍＪ／ｃｍ²で提供すること。第２の方法の例として、第２の方法を実施する前の例示的な膜厚は９３ｎｍであり、第２の方法を１００サイクル実施した後の例示的な膜厚は７９．６ｎｍである。対応するエッチング速度は、１サイクルあたり１．３２Ａであり得る。図２０は、実施された異なる数のＡＬＥサイクルに対してＴｉＮ膜厚をプロットした例示的なプロット図を示す。範囲２０００、２００２、２００４は、０サイクル、５０サイクル、および１００サイクルが実施された例として示されている。

説明した２つの方法は、等方性ＡＬＥプロセスである。一実施形態では、これらの方法によるエッチング速度は、１サイクルあたり１．５～２．０Ａである。１サイクルあたり２．０Ａのエッチング速度は、ＴｉＮの酸化－フッ素化エッチングプロセスよりも１０倍高速である。エッチング深さは、説明した方法において実施されるサイクル数および／またはプラズマ電力レベルを制御することによって制御することができる。上述の２つの方法は、ＡＬＥプロセス中の等方性除去を可能にする光照射／パルス熱源を含む。これらの方法は、ＲＴＰ中にプラズマを適用し、基板支持体の１つまたは複数の電極を介してバイアス電圧を導入することによって、２つの異方性ＡＬＥプロセスを実施するように変更することができる。例えば、図１の基板支持体１１０の電極１１８を介してバイアス電圧を供給することができる。加えて、基板支持体の１つまたは複数の電極へのバイアス電力を制御してイオンの方向性を制御し、等方性の制御を可能にすることができる。

図２１は、実施される動作の違いにより材料の除去量が異なることを示すＴｉＮ膜厚範囲の例示的なプロット図である。図示されるＴｉＮ膜厚範囲２１００、２１０２、２１０４、２１０６、２１０８、２１１０、２１１２は、それぞれ以下の場合を指す：参考例の場合；前処理および原子吸着なしでレーザＲＴＰ（すなわち「レーザのみ」）を実施した場合；前処理およびレーザＲＴＰなしでＣｌ₂による原子吸着を実施した場合；Ｈ₂プラズマ前処理およびレーザＲＴＰを実施した場合；Ｏ₂プラズマ前処理およびレーザＲＴＰを実施した場合；Ｈ₂プラズマ前処理およびフラッシュランプＲＴＰを実施した場合；ならびにＯ₂プラズマ前処理およびフラッシュランプＲＴＰを実施した場合。例として、３０サイクルに対する１サイクルあたりのＴｉＮのエッチング速度は、Ｈ₂プラズマ前処理およびレーザＲＴＰを実施した場合は３．９Ａ、Ｏ₂プラズマ前処理およびレーザＲＴＰを実施した場合は１．４Ａ、Ｈ₂プラズマ前処理およびフラッシュランプＲＴＰを実施した場合は２．０Ａ、そしてＯ₂プラズマ前処理およびフラッシュランプＲＴＰを実施した場合は２．４Ａである。

図２２は、レーザ２２０４と、レンズ回路２２０６と、ＲＴＰコントローラ２２１０を有するコントローラ２２０８とを含むＲＴＰシステム２２０２を組み込んだ基板処理システム２２００の例を示す。基板処理システム２２００は、図２の基板処理システム２００と同様に動作することができる。レーザ２２０４は、ＲＴＰコントローラ２２１０から受け取った制御信号に基づいて、ＲＴＰ動作中にＲＴＰコントローラ２２１０によってパルス化（または変調）することができる熱源である。これは、ＡＬＥプロセスおよびＡＬＤプロセス中に行うことができる。

レンズ回路２２０６は、ビーム成形光学系２２１２と、第１のミラー２２１４および第２のミラー２２１６を含むガルバノミラー回路２２１３と、テレセントリックレンズアセンブリ２２１８とを含む。ビーム成形光学系２２１２は、フラットトップ（または第１のビーム成形）光学系２２２０と、回折（または第２のビーム成形）光学系２２２２とを含み得る。フラットトップ光学系２２２０は、ガウス分布を有するレーザビームをレーザ２２０４から受光し、フラットトップビーム（例えば、２センチメートル（ｃｍ）×２ｃｍのフラットトップビーム）に変換するために使用される。レーザビームの温度プロファイルもまた、ガウス分布である。回折光学系２２２２は、フラットトップ光学系２２２０からのフラットトップ円形ビームを正方形ビームに変換する。正方形ビームは、基板上に対応する均一な温度分布を有する。基板１１２は、基板支持体（例えば、図１の基板支持体１１０）上に配置することができる。

レーザ２２０４は、パルスモードまたは連続波（ＣＷ）モードで動作することができる。パルスモード中、ビーム成形光学系２２１２の出力をビームサイズ調整デバイス２２２６に直接提供してもよい。パルスモード中、ＲＴＰコントローラ２２１０は、パルス持続時間がピコ秒またはナノ秒の範囲になるように、レーザビームのパルス速度を制御する。音響光学変調器２２２３は、レーザ２２０４がＣＷモードで作動しているときに含めることができ、ＲＴＰコントローラ２２１０によって制御することができる。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ２２１０が無線周波数（ＲＦ）制御信号を生成し、そのＲＦ制御信号が音響光学変調器２２２３に提供される。ＲＦ制御信号は、音響光学変調器２２２３の結晶の屈折率の変化を制御するために提供される。結晶の屈折率は、ＲＦ制御信号の周波数に基づいて変化する。ビーム成形光学系２２１２から音響光学変調器２２２３に提供されるレーザビームは、ＲＦ信号の周波数に基づいて、結晶によって偏向される。結晶は、レーザビームがビームサイズ調整デバイス２２２６および／または第１のミラー２２１４に向かって通過することを許可または防止するレーザシャッタとして機能する。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ２２１０は、ビーム成形光学系２２１２からの連続波レーザビームが音響光学変調器２２２３によって効果的にパルス化（または変調）されるように、ＲＦ制御信号の周波数を制御する。レーザビームは、各パルスの周期がマイクロ秒またはミリ秒の範囲になるようにパルス化される。結果として、音響光学変調器２２２３の使用により、１パルスあたりの加熱を増加させるために、持続時間がより長いパルスを有するパルスレーザビームの生成が可能になる。

ビームサイズ調整デバイス２２２６は、ビーム成形光学系２２１２と第１のミラー２２１４との間に配置することができる。一実施形態では、ビームサイズ調整デバイス２２２６を、正方形ビームのサイズが基板１１２上のダイのサイズ以上になるように調整する。ビームサイズ調整デバイス２２２６は電動化されており、ビームエキスパンダ２２２７を含むことができる。

ＲＴＰコントローラ２２１０およびガルバノミラー回路２２１３は、Ｘ－Ｙガルバノメータスキャンシステムとして動作し得る。第１のミラー２２１４を使用して、第１の（またはＸ）方向に基板１１２の表面全体にレーザビームを移動させることができる。第２のミラー２２１６を使用して、第２の（またはＹ）方向に基板の表面全体にレーザビームを移動させることができる。コントローラ２２０８および／またはＲＴＰコントローラ２２１０は、モータ２２３０、２２３２によってミラー２２１４、２２１６を移動させることが可能である。

テレセントリックレンズアセンブリ２２１８は、一連の平凸レンズ２２４０、２２４２、２２４４、２２４６を含むことができる。特定の数の平凸レンズが示されているが、異なる数の平凸レンズが含まれてもよい。平凸レンズ２２４０、２２４２、２２４４、２２４６の直径は、平凸レンズが窓アセンブリ１３０に近づくほど大きくなる。すなわち、レンズ２２４２の直径はレンズ２２４０の直径よりも大きく、レンズ２２４４の直径はレンズ２２４２の直径よりも大きく、レンズ２２４６の直径はレンズ２２４４の直径よりも大きい。平凸レンズ２２４０、２２４２、２２４４、２２４６は、共通の中心線２２４８を有するように垂直に整列されている。平凸レンズ２２４０、２２４２、２２４４、２２４６は、モールド２２５０内で固定された関係に保持されている。平凸レンズ２２４０、２２４２、２２４４、２２４６は、第２のミラー２２１６から受光したレーザビームを基板１１２の表面に直交するように導く。レーザビームが基板１１２の表面全体を移動するとき、テレセントリックレンズアセンブリ２２１８は、レーザビームを基板１１２の表面に対して直交関係に維持する。

例として、ビーム成形光学系２２１２、音響光学変調器２２２３、および／またはビームサイズ調整デバイス２２２６からのレーザビームを、第２のミラー２２１６の中心２２５２に集束し、次いでテレセントリックレンズアセンブリ２２１８を通過するように導くことができる。そして、レーザビームは、テレセントリックレンズアセンブリ２２１８でコリメートされ、基板１１２に照射される。第２のミラー（またはレンズ）２２１６の入力瞳（ｉｎｐｕｔ ｐｕｐｉｌ）にレーザを集束させることは、基板１１２の上向きの表面に平行ビームを提供する上で役立つ。

例として、レーザ２２０４によって生成されるレーザビームは、直径が３５５ｎｍとすることができる。レーザ２２０４は、パルスモードまたはＣＷモードで動作することができる。ビーム成形光学系２２１２、ビームサイズ調整デバイス２２２７、およびテレセントリックレンズアセンブリ２２１８は、基板１１２に受光される２センチメートル×２センチメートルの正方形ビームを生成することができる。ＲＴＰコントローラ２２１０は、ミラー２２１４、２２１６を移動させ、基板１１２の表面全体に２００Ｈｚのスキャンを実施することができる。ＲＴＰコントローラ２２１０は、１秒の期間内に、すべてのダイおよび／または上向きの表面積（例えば、直径３００ｍｍの基板の場合、基板の上向きの表面積２．８３×１０⁵ｍｍ）をスキャンすることができる。これは、例えば、１秒以内に基板の１６０個のダイをスキャンすることを含み得る。このスキャンは、レーザビームをダイからダイへ移動させ、所定の期間（例えば、レーザビームの１つまたは複数のパルスの全期間）各ダイを加熱することを含む。

基板処理システム２２００は、温度制御システム１５０を含んでもよい。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０および基板１１２の温度を制御するために使用することができる。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０の１つまたは複数の場所またはゾーンの温度を感知する１つまたは複数の温度センサ１５６を含んでもよい。

図３に示すようなテレセントリックレンズアセンブリは、実装に費用がかかる可能性がある。レーザビームは、テレセントリックレンズアセンブリを使用せずにコリメートすることができる。例として、図２３を参照すると、図３のテレセントリックレンズアセンブリ２１８は取り除くことができ、レーザビームをコリメートするために、ミラー２１６を像面３０４から離れるように移動させる。レーザビームをコリメートし、光線が基板１１２に導かれる角度（または像面３０４に直交する方向から離れる角度）を最小化するために、ミラー２１６と像面３０４との間の伝播距離ＴＤは、最大化され、かつ／または所定の最小距離より上に設定される。光線が像面３０４に直交する方向に導かれる場合、基板１１２の表面全体にわたってエッチング速度を均一にするための理想的なレーザビーム条件が存在する。光線が直交状態から所定の小さな範囲内の角度（例えば、９０°±３°）に導かれる場合、レーザビームは、所定の最小均一性レベルを超える表面エッチング均一性を提供するよう十分にコリメートされる。光線の角度が所定の範囲内になるようにレーザビームの光線を導くために、距離ＴＤは、所定の長さ（例えば、３メートル）以上に設定される。距離ＴＤが大きいほど角度が小さくなり、したがってレーザビームがよりコリメートされる。図２３は、（ｉ）レーザビームが基板１１２の中心に導かれる場合、および（ｉｉ）レーザビームが基板１１２のエッジに向けて導かれる場合を示す。これらの２つの透過間の入射角２３００は、ミラー２１６が像面３０４から離れるほど減少する。

ミラー２１６と像面３０４との間の距離を短縮し、同時にレーザビームをコリメートするために、光ビーム折り畳みアセンブリをミラー２１６と像面３０４との間に組み込んでもよい。光ビーム折り畳みアセンブリは、テレセントリック性を向上させる。この例を図２４に示す。図２４は、レーザ２４０４と、レンズ回路２４０６と、ＲＴＰコントローラ２４１０を有するコントローラ２４０８とを含むＲＴＰシステム２４０２を組み込んだ基板処理システム２４００の例を示す。基板処理システム２４００は、図２の基板処理システム２００および図２２の基板処理システム２２００と同様に動作することができる。レーザ２４０４は、ＲＴＰコントローラ２４１０から受け取った制御信号に基づいて、ＲＴＰ動作中にＲＴＰコントローラ２４１０によってパルス化（または変調）することができる熱源である。これは、ＡＬＥプロセスおよびＡＬＤプロセス中に行うことができる。

レンズ回路２４０６は、ビーム成形光学系２４１２と、第１のミラー２４１４および第２のミラー２４１６を含むガルバノミラー回路２４１３と、光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８とを含む。ビーム成形光学系２４１２は、フラットトップ（または第１のビーム成形）光学系２４２０と、回折（または第２のビーム成形）光学系２４２２とを含み得る。フラットトップ光学系２４２０は、ガウス分布を有するレーザビームをレーザ２４０４から受光し、フラットトップビーム（例えば、２センチメートル（ｃｍ）×２ｃｍのフラットトップビーム）に変換するために使用される。レーザビームの温度プロファイルもまた、ガウス分布である。回折光学系２４２２は、フラットトップ光学系２４２０からのフラットトップ円形ビームを正方形ビームに変換する。正方形ビームは、基板１１２上に対応する均一な温度分布を有する。基板１１２は、処理チャンバ１０８内の基板支持体上に配置することができる。

レーザ２４０４は、パルスモードまたは連続波（ＣＷ）モードで動作することができる。パルスモード中、ビーム成形光学系２４１２の出力をビームサイズ調整デバイス２４２６に直接提供してもよい。パルスモード中、ＲＴＰコントローラ２４１０は、パルス持続時間がピコ秒またはナノ秒の範囲になるように、レーザビームのパルス速度を制御することができる。音響光学変調器２４２３は、レーザ２４０４がＣＷモードで作動しているときに含めることができる。音響光学変調器２４２３は、ＲＴＰコントローラ２４１０によって制御することができる。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ２４１０がＲＦ制御信号を生成し、そのＲＦ制御信号が音響光学変調器２４２３に提供される。ＲＦ制御信号は、音響光学変調器２４２３の結晶の屈折率の変化を制御するために提供される。結晶の屈折率は、ＲＦ制御信号の周波数に基づいて変化する。ビーム成形光学系２４１２から音響光学変調器２４２３に提供されるレーザビームは、ＲＦ信号の周波数に基づいて、結晶によって偏向される。結晶は、レーザビームがビームサイズ調整デバイス２４２６および／または第１のミラー２４１４に向かって通過することを許可または防止するレーザシャッタとして機能する。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ２４１０は、ビーム成形光学系２４１２からの連続波レーザビームが音響光学変調器２４２３によって効果的にパルス化（または変調）されるように、ＲＦ制御信号の周波数を制御する。レーザビームは、各パルスの周期がマイクロ秒またはミリ秒の範囲になるようにパルス化される。結果として、音響光学変調器２４２３の使用により、１パルスあたりの加熱を増加させるために、持続時間がより長いパルスを有するパルスレーザビームの生成が可能になる。

ビームサイズ調整デバイス２４２６は、ビーム成形光学系２４１２と第１のミラー２４１４との間に配置することができる。ビームサイズ調整デバイス２４２６を、正方形ビームのサイズが基板１１２上のダイのサイズ以上になるように調整してもよい。ビームサイズ調整デバイス２４２６は電動化されており、ビームエキスパンダ２４２７を含むことができる。

ＲＴＰコントローラ２４１０およびガルバノミラー回路２４１３は、Ｘ－Ｙガルバノメータスキャンシステムとして動作し得る。第１のミラー２４１４を使用して、第１の（またはＸ）方向に基板１１２の表面全体にレーザビームを移動させることができる。第２のミラー２４１６を使用して、第２の（またはＹ）方向に基板の表面全体にレーザビームを移動させることができる。コントローラ２４０８および／またはＲＴＰコントローラ２４１０は、モータ２４３０、２４３２によってミラー２４１４、２４１６を移動させることが可能である。

光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８は、受光したレーザビームを反射するための一組のミラーを含むことができる。光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８は、任意の数のミラーを含んでよい。例として、４つのミラー２４５２、２４５４、２４５６、２４５８が示されている。ミラーは、異なるサイズを有し、異なる角度で配置され、ハウジング２４５９内の異なる場所に位置決めされ得る。ハウジング２４５９は、レーザビームが通過する第１の（または入力）窓２４６０および第２の（または出力）窓２４６１を有することができる。図示される例では、３つのレーザビーム２４６２、２４６４、２４６６が示されており、各々がそれぞれの光線を有する。３つのレーザビームは、ミラー２４１４、２４１６をそれぞれの位置に移動させることによって、それぞれの時間に提供される。生成されるレーザビームの数は任意である。一実施形態では、ハウジング２４５９内にガルバノミラー回路が含まれる。ガルバノミラー回路２４１３と光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８の組み合わせ、または光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８単独を、コリメートアセンブリと呼ぶことがある。

光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８は、第２のミラー２４１６と基板１１２との間の距離を最小化しながら、レーザビームが第２のミラー２４１６から基板１１２に進行する距離を長くする。進行距離が長くなると、レーザビームは基板で受光される前にコリメートされる。これにより、コンパクトな設計が提供される。光学ビーム折り畳みアセンブリ２４１８はまた、テレセントリックレンズアセンブリよりも安価で製造される。

光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８の一組のミラーは、第２のミラー２４１６から受光したレーザビームを基板１１２の表面に直交するように（または基板１１２の表面に対して９０°の所定の角度内に）導くように位置決めおよび配向される。レーザビームが基板１１２の表面全体を移動するとき、光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８は、レーザビームを基板１１２の表面に対してこの直交関係または準直交関係で維持する。

例として、ビーム成形光学系２４１２、音響光学変調器２４２３、および／またはビームサイズ調整デバイス２４２６からのレーザビームを、第２のミラー２４１６の中心に集束し、次いで光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８内に導くことができる。そして、レーザビームは、光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８でコリメートされ、基板１１２に照射される。第２のミラー（またはレンズ）２４１６の入力瞳にレーザを集束させることは、基板１１２の上向きの表面に平行ビームを提供する上で役立つ。

例として、レーザ２４０４によって生成されるレーザビームは、直径が３５５ｎｍとすることができる。レーザ２４０４は、パルスモードまたはＣＷモードで動作することができる。ビーム成形光学系２４１２、ビームサイズ調整デバイス２４２７、および光ビーム折り畳みアセンブリ２４１８は、基板１１２で受光される２センチメートル×２センチメートルの正方形ビームを生成することができる。ＲＴＰコントローラ２４１０は、ミラー２４１４、２４１６を移動させ、基板１１２の表面全体に２００Ｈｚのスキャンを実施することができる。ＲＴＰコントローラ２４１０は、１秒の期間内に、すべてのダイおよび／または上向きの表面積（例えば、直径３００ｍｍの基板の場合、基板の上向きの表面積２．８３×１０⁵ｍｍ）をスキャンすることができる。これは、例えば、１秒以内に基板の１６０個のダイをスキャンすることを含み得る。このスキャンは、レーザビームをダイからダイへ移動させ、所定の期間（例えば、レーザビームの１つまたは複数のパルスの全期間）各ダイを加熱することを含む。

基板処理システム２４００は、温度制御システム１５０を含んでもよい。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０および基板１１２の温度を制御するために使用することができる。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０の１つまたは複数の場所またはゾーンの温度を感知する１つまたは複数の温度センサ１５６を含んでもよい。

ＡＬＤとＡＬＥのプロセスは、第１の動作Ａの後に第２の動作Ｂを実施することを反復して、動作Ａと動作Ｂとの間でポンプ動作／パージ動作を実施することに基づいている。これは、利用される熱源のタイプに関係なく当てはまる。例えば、基板表面全体に第１のガスを注入し、飽和単層を形成することができる。次に、第１のガスの任意の残留量を、対応するプロセスチャンバからポンプ排出することができる。次に、基板表面全体を第２のガスおよび／またはエネルギー源（例えば、高エネルギーイオンまたは紫外線光子）に曝露し、続いて生成ガス（または残留ガス）をポンプ排出することができる。その後、所定の堆積膜厚が得られるか、または所定のエッチング深さに達するまで、これらの動作を繰り返すことができる。

レーザを利用する基板処理の場合、レーザビームは、基板（例えば、上向きの表面積が約２８００ｃｍ²である直径３００ｍｍの基板）の表面を所定の温度に加熱するために、基板の上向きの表面積よりもはるかに小さい領域に集束される。加えて、パルスレーザアニーリングを実施する時間（所定のピコ秒数またはナノ秒数）について、一般的には（ｉ）ウエハ全体の上面に注入するため、または（ｉｉ）処理チャンバ内のガスをポンプ排出するために数秒の時間が必要であるが、ここに開示される基板処理の場合は、それよりも数桁小さい時間である。

したがって、上に開示された実施態様を使用することによって、レーザビームを基板のチップ（またはダイ）のサイズに集束することができる。次いでレーザビームは、基板の表面の上にステップ（移動）され、レーザビームの再位置決めに必要な時間とパルス同期される。したがって、レーザビームは、チップの上ではオンになり、次のチップに移行する間はオフになる。

例えば、チップが１ｃｍ×１ｃｍの上向きの表面積を有する場合、生成されるレーザビームのサイズも１ｃｍ×１ｃｍになる。例として、基板の表面積に注入し、続いてガスをポンプ排出することができ、その後、本明細書に開示される基板処理システムの１つを使用して、レーザビームを１つのチップから次のチップにステップ（移動）させることができる。レーザビームは、各チップの上で連続してパルスオンすることができる。基板の各チップの上でレーザをパルスオンした後、続いて基板に再度注入することができ、各ダイについて所定のエッチング深さまたは所定の堆積厚に達するまでこのプロセスを繰り返すことができる。レーザビームは、１～３秒未満で基板のすべてのチップの上をステップ（移動）することができ、これは、ガス注入動作およびガスパージ動作に関連する時間と同様である。したがって、レーザアニーリング時間が短縮され、基板スループットが高くなり、かつ安価になる。これはまた、対応する注入およびパージに関連する時間に対する、レーザのオン時間および基板のチップ上でアニーリングプロセスを実施する時間の比率を減少させる。

一実施形態では、レーザのデューティサイクルは、関連するレーザビームをダイからダイへ誘導するための時間と同期される。例えば、基板上に２ｃｍ×２ｃｍのダイが１６０個ある場合、レーザビームの中心は、各レーザパルス間で約２ｃｍ（またはダイの幅＋隣接するダイ間のギャップ）を少し超える距離に再位置決めされる。基板全体が１秒の期間でスキャンされる場合、各レーザパルスサイクルに関連する時間は、１／１６０秒である。

例として、基板全体に注入することができ、ガスが対応する処理チャンバからポンプ排出され、レーザが１つのダイから次のダイへとステップ（移動）し、連続して各ダイの上でパルスオンされる。次に、基板に再度注入することができ、このプロセスが繰り返される。これにより、迅速なアニーリングプロセスが提供される。基板表面全体のレーザアニーリングに長い時間（例えば、１０分）がかかった場合、基板スループットは低く、費用がかかる。基板表面全体を短期間（例えば、１秒）でスキャンするレーザアニーリングプロセスを提供することによって、タイムゲーティング項目（ｔｉｍｅ ｇａｔｉｎｇ ｉｔｅｍｓ）は、レーザアニーリングではなく基板への注入とガスのパージとなる。

これらの例は、層厚制御が改良された高スループットの高選択性ＡＬＥを提供する。パルスレーザ動作により、プラズマまたは気相プロセスをｉｎ－ｓｉｔｕで行うことが可能になる。表面修飾と等方性除去の複数のサイクルは、短いプロセス時間でナノスケールの選択性により実施される。高速パルス熱ＡＬＥは、サーマルバジェットの問題なしに単一の処理チャンバ内で実施される。基板表面全体に実質的に均一な温度プロファイルを提供しながら、ビームの歪みなく基板表面上への垂直照射を維持することを可能にするテレセントリックの例および光ビーム折り畳みの例が開示されている。

図２５は、レーザ３２０４と、レンズ回路３２０６と、ＲＴＰコントローラ３２１０を有するコントローラ３２０８とを含むＲＴＰシステム３２０２を組み込んだ基板処理システム３２００を示す。基板処理システム３２００は、図２の基板処理システム２００、図２２の基板処理システム２２００、および／または図２４の基板処理システム２４００と同様に動作することができる。レーザ３２０４は、ＲＴＰコントローラ３２１０から受け取った制御信号に基づいて、ＲＴＰ動作中にＲＴＰコントローラ３２１０によってパルス化（または変調）することができる熱源である。これは、ＡＬＥプロセスおよびＡＬＤプロセス中に行うことができる。

レンズ回路３２０６は、ビーム成形光学系３２１２と、ミラー３２１４およびポリゴンスキャナ３２１６の少なくとも１つとを含む。一実施形態では、ミラー３２１４が含まれ、ポリゴンスキャナ３２１６は含まれない。別の実施形態では、ミラー３２１４は、ポリゴンスキャナ３２１６の片側として実装される。ポリゴンスキャナ３２１６は、１つまたは複数のミラーを有することができる。一実施形態では、ポリゴンスキャナ３２１６の各側面がミラーを有する。図示される例では、ポリゴンスキャナは、６つの側面と２つの端面を有する。ポリゴンスキャナの側面の数は任意である。一実施形態では、ミラー３２１４はモータ（図２、図２２、図２４のモータの１つなど）によって回転される。別の実施形態では、ポリゴンスキャナ３２１６がそのモータによって回転される。

モータは、一方向モータまたは双方向モータとすることができ、それにより、モータのシャフトを順方向および逆方向に駆動可能とする。モータは、レーザビームが第１のミラーの第１の部分で反射されず、第１のミラーの第２の部分で反射されるように、ミラーおよび／またはポリゴンスキャナを回転させることができる。その後、モータのシャフトは、レーザビームが第１のミラーの第１の部分で反射されるように初期位置に戻されてもよく、またはレーザビームが別のミラーで反射されるように回転されてもよい。一実施形態では、モータは一方向モータであり、したがって、モータのシャフトは同じ方向に回転される。基板を再スキャンするときにシャフトを逆方向に回転させて初期位置に戻す代わりに、ポリゴンスキャナを回転させ、レーザビームがポリゴンスキャナ上の次の隣接するミラーで反射されるようにすることができる。これは、初期位置に戻るのと同じ効果を有し得る。

ビーム成形光学系３２１２は、フラットトップ（または第１のビーム成形）光学系３２２０と、第２のビーム成形光学系３２２２とを含み得る。フラットトップ光学系３２２０は、ガウス分布を有するレーザビームをレーザ３２０４から受光し、フラットトップビームに変換するために使用される。レーザビームの温度プロファイルもまた、ガウス分布である。第２のビーム成形光学系３２２２は、フラットトップ光学系３２２０からのフラットトップ円形ビームを、図２６に示すように、楕円形の断面を有する線形ビーム３２２４に変換する。線形ビーム３２２４は、第１の（またはｘ）方向にガウス強度および／または温度分布を有し、第２の（またはｙ）方向に実質的に「フラットトップ」または均一な強度および／または温度分布を有し得る。線形ビーム３３２４の断面のｙ方向の長さＬ１は、基板１１２の直径よりも大きくてもよい。例として、長さＬ１が３２０ｍｍであり、基板の直径が３００ｍｍであってもよい。一実施形態では、線形ビーム３３２４は、（ｉ）線形ビーム３３２４の中心部分３３００において実質的に「フラットトップ」または均一な強度を有し、基板１１２の表面の上に均一な温度分布を提供し、（ｉｉ）端部３３０２では、中心部分３３００から基板１１２の半径方向最外端のエッジ３３０４へ強度分布が急激に減少している。図２６において、線形ビーム３３２４の断面の中心部分３３００の長さＬ２は、基板１１２の直径に等しいか、またはほぼ同じ長さである。基板１１２は、基板支持体（例えば、図１の基板支持体１１０）上に配置することができる。

図２５に示す例では、ポリゴンスキャナ３２１６は、３つの回転された位置で示され、そのうちの２つは、破線表示３２１６’および３２１６’’によって例示されている。表示３２１６’および３２１６’’は、ポリゴンスキャナ３２１６の左右に示されているが、実際にはポリゴンスキャナは静止しており、単に回転して基板１１２の上をスキャンする。これは、高速スキャン（すなわち、短いスキャン時間）のために、基板１１２全体の線形ビームの一次元の移動を提供する。図２５の実施形態では、テレセントリックレンズアセンブリおよび／または光ビーム折り畳みアセンブリは利用されない。

レーザ３２０４は、パルスモードまたは連続波（ＣＷ）モードで動作することができる。パルスモード中、ビーム成形光学系３２１２の出力をビームサイズ調整デバイス３２２６に直接提供してもよい。パルスモード中、ＲＴＰコントローラ３２１０は、パルス持続時間がピコ秒またはナノ秒の範囲になるように、レーザビームのパルス速度を制御することができる。音響光学変調器３２２３は、レーザ３２０４がＣＷモードで作動しているときに含めることができる。音響光学変調器３２２３は、ＲＴＰコントローラ３２１０によって制御することができる。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ３２１０がＲＦ制御信号を生成し、そのＲＦ制御信号が音響光学変調器３２２３に提供されるする。ＲＦ制御信号は、音響光学変調器３２２３の結晶の屈折率の変化を制御するために提供される。結晶の屈折率は、ＲＦ制御信号の周波数に基づいて変化する。ビーム成形光学系３２１２から音響光学変調器３２２３に提供されるレーザビームは、ＲＦ信号の周波数に基づいて、結晶によって偏向される。結晶は、レーザビームがビームサイズ調整デバイス３２２６、ミラー３２１４、および／またはポリゴンスキャナ３２１６に向かって通過することを許可または防止するレーザシャッタとして機能する。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ３２１０は、ビーム成形光学系３２１２からの連続波レーザビームが音響光学変調器３２２３によって効果的にパルス化（または変調）されるように、ＲＦ制御信号の周波数を制御する。レーザビームは、各パルスの周期がマイクロ秒またはミリ秒の範囲になるようにパルス化される。結果として、音響光学変調器３２２３の使用により、１パルスあたりの加熱を増加させるために、持続時間がより長いパルスを有するパルスレーザビームの生成が可能になる。

ビームサイズ調整デバイス３２２６は、ビーム成形光学系３２１２とミラー３２１４および／またはポリゴンスキャナ３２１６との間に配置することができる。ビームサイズ調整デバイス３２２６を、線形ビームのサイズが基板１１２の直径よりも大きくなるように調整してもよい。ビームサイズ調整デバイス３２２６は電動化されており、ビームエキスパンダ３２２７を含むことができる。

ＲＴＰコントローラ３２１０、ミラー３２１４、および／またはポリゴンスキャナ３２１６は、一次元スキャンシステムとして動作することができる。ミラー３２１４および／またはポリゴンスキャナ３２１６を回転させ、レーザ／線形ビーム３２２４を基板１１２の表面全体に、例えば、第１の（またはＸ）方向に移動させることができる。コントローラ３２０８および／またはＲＴＰコントローラ３２１０は、基板１１２の表面全体をスキャンするために、上述のように、対応するモータによってミラー３２１４および／またはポリゴンスキャナ３２１６を回転させることができる。基板の表面上の線形ビームの各位置において、線形ビームは、ｙ方向に基板１１２の複数のダイの各部分を加熱する。線形ビームの各位置において、１つまたは複数のパルスを生成することができる。線形ビームは、基板１１２から材料を所定の１つの厚さ（または複数の厚さ）で除去するために、表面全体を複数回循環させてもよい。

図２６は、円形ビーム３３１０および線形ビーム３３２４の断面図を示す。ビーム成形光学系３２１２は、図２５のレーザ３２０４から出力され得る円形ビーム３３１０を線形ビーム３２２４に変換する。線形ビームは、楕円形の断面を有し、ｘ方向にガウス分布、ｙ方向に実質的に均一な分布を有し得る。例として、線形ビームが基板１１２の中心に導かれるときと、線形ビームが基板１１２の半径方向最外端のエッジの近くの点に導かれるときとの間の入射角は、８．５３°となることがある。線形ビームの通常のエネルギー密度は、中心位置において１となり、半径方向最外端のエッジ位置において０．９８９となる可能性がある。２つの位置間のビームサイズの偏差は、１．１２μｍとなる可能性がある。

図２７は、ミラーと基板表面との間の距離に対してｘ方向（または横方向）の線形ビームサイズ偏差をプロットしたプロット図を示す。ｙ方向（または縦方向）に沿ったサイズの偏差は、最小であるか、または全くない。このプロット図は、図２５および図２６の実施形態に適用可能である。ミラー３２１４および／またはポリゴンスキャナ３２１６が基板１１２の表面から離れているほど、線形ビーム３２２４が基板１１２の中心から基板１１２の半径方向最外端のエッジに移動するときのビームサイズの変動が少なくなる。また、ミラー３２１４および／またはポリゴンスキャナ３２１６が基板の表面から１～３メートル（ｍ）であるとき、変動の差は最小である（例えば、１μｍ）。したがって、基板１１２は、ミラー３２１４および／またはポリゴンスキャナ３２１６に対して密接に位置決めすることができる。

前述の説明は、本質的に単に例示的であり、本開示、その適用、または使用を限定する意図は全くない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施することができる。したがって、本開示は具体的な例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すると他の変更態様が明白となるので、本開示の真の範囲はそのような例に限定されるべきでない。方法における１つまたは複数の工程は、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（または同時に）実行してもよいことを理解されたい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有するものとして上記に説明されているが、本開示のいずれかの実施形態に関して説明したこれらの特徴のいずれか１つまたは複数を、他の実施形態において実施すること、および／または、他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わせることが（たとえそのような組み合わせが明示的に説明されていないとしても）可能である。言い換えれば、説明された実施形態は相互に排他的ではなく、１つまたは複数の実施形態を互いに入れ替えることは本開示の範囲に含まれる。

要素同士（例えば、モジュール同士、回路要素同士、半導体層同士など）の空間的および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接した」、「隣に」、「上に」、「上方に」、「下方に」、および「配置された」などの様々な用語を使用して説明される。また、上記開示において第１の要素と第２の要素との間の関係が説明されるとき、「直接」であると明示的に説明されない限り、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介在要素が存在しない直接的な関係の可能性があるが、第１の要素と第２の要素との間に１つまたは複数の介在要素が（空間的または機能的に）存在する間接的な関係の可能性もある。本明細書で使用する場合、Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つという表現は、非排他的論理ＯＲを使用した論理（ＡまたはＢまたはＣ）の意味で解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣの少なくとも１つ」の意味で解釈されるべきではない。

いくつかの実施態様では、コントローラはシステムの一部であり、そのようなシステムは上述した例の一部であってもよい。そのようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と一体化されてもよい。そのような電子機器は「コントローラ」と呼ばれることがあり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素または副部品を制御してもよい。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとしては、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ツールに対するウエハの搬入と搬出、ならびに、特定のシステムに接続または連動する他の搬送ツールおよび／またはロードロックに対するウエハの搬入と搬出が含まれる。

広義には、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてもよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、すなわちプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハダイの製作における１つまたは複数の処理ステップを実現するためプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。

コントローラは、いくつかの実施態様では、システムと統合されるか、システムに結合されるか、他の方法でシステムにネットワーク接続されるコンピュータの一部であってもよく、またはそのようなコンピュータに結合されてもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ファブホストコンピュータシステムのすべてもしくは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製作動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製作動作の履歴を検討し、複数の製作動作から傾向または性能基準を検討し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定するか、または新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供することができる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラは命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実施される各処理ステップのためのパラメータを特定するものである。パラメータは、実施されるプロセスのタイプ、およびコントローラが連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、例えば、互いにネットワーク接続され共通の目的（本明細書に記載のプロセスおよび制御など）に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを備えることによって分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの例として、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であって、（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔配置されておりチャンバにおけるプロセスを制御するよう組み合わせられる１つまたは複数の集積回路と通信するものが挙げられるであろう。

例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連するか使用されてもよい任意の他の半導体処理システムを含むことができるが、これらに限定されない。

上述のように、ツールによって実施される１つまたは複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／もしくはロードポートに対してウエハの容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。

Claims (21)

1. 基板処理システムであって、
   処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に配置され、基板を支持するように構成された基板支持体と、
   レーザビームを生成するように構成されたレーザと、
   前記レーザビームを円形レーザビームから正方形レーザビームに変換するビーム成形光学系を備えるレンズ回路と、
   前記レーザビームを前記基板に導いて前記基板の露出材料を加熱するように配置された複数のレンズまたはミラーを備えるコリメートアセンブリであって、前記複数のレンズまたはミラーは、前記基板の表面に垂直である所定の範囲内の方向に前記レーザビームを導くように構成されるコリメートアセンブリと、
   エッチングプロセス中または堆積プロセス中に急速熱パルスプロセスを実行するように構成されたコントローラであって、前記急速熱パルスプロセスは、（ｉ）制御信号を生成して前記レーザビームを変調して、前記露出材料を複数の熱エネルギーパルスに曝露することと、（ｉｉ）前記複数の熱エネルギーパルスの連続するパルスの合間に、前記露出材料を能動的に冷却することと、を含む、コントローラと、
   を備える、基板処理システム。
2. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
   前記レンズ回路は、
   前記レーザビームを円形レーザビームからフラットトップ形レーザビームに変換するフラットトップ光学系と、
   前記フラットトップ形レーザビームを前記正方形レーザビームに変換する回折光学系と
   を備える、基板処理システム。
3. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
   前記コントローラは、急速熱アニーリングプロセスを実施するように構成された、基板処理システム。
4. 請求項３に記載の基板処理システムであって、
   第１のミラーと、第２のミラーと、第１のモータと、第２のモータとを備えるミラー回路をさらに備え、
   前記コントローラは、前記第１のモータおよび前記第２のモータによって前記第１のミラーおよび前記第２のミラーを移動させ、前記基板上の前記レーザビームの位置を調整するように構成される、
   基板処理システム。
5. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
   前記基板で受光される前に前記レーザビームのサイズを調整するように構成されたビームサイズ調整デバイスをさらに備える、基板処理システム。
6. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
   前記コリメートアセンブリは、前記レーザビームを前記基板に導いて前記露出材料を加熱するように配置された前記複数のレンズを備えるテレセントリックレンズアセンブリを備え、前記複数のレンズは、前記基板の前記表面に垂直な方向に前記レーザビームを導くように構成されている、基板処理システム。
7. 請求項６に記載の基板処理システムであって、
   ミラー回路をさらに備え、
   前記ミラー回路は、第１のミラーと、第２のミラーと、第１のモータと、第２のモータとを備え、
   前記レーザビームが前記第１のミラーに導かれ、
   前記レーザビームが前記第１のミラーから前記第２のミラーに導かれ、
   前記レーザビームが前記第２のミラーから前記テレセントリックレンズアセンブリを通って前記基板に導かれ、
   前記コントローラは、前記第１のモータおよび前記第２のモータによって前記第１のミラーおよび前記第２のミラーを移動させ、前記基板上の前記レーザビームの位置を調整するように構成される、基板処理システム。
8. 請求項７に記載の基板処理システムであって、
   前記コントローラが前記基板上の前記レーザビームの前記位置を調整している間、前記複数のレンズが前記レーザビームを前記基板の前記表面に対して垂直な関係に維持する、基板処理システム。
9. 請求項６に記載の基板処理システムであって、
   前記処理チャンバは、誘導結合プラズマチャンバまたはリモートプラズマ源接続チャンバであり、
   前記テレセントリックレンズアセンブリは、前記処理チャンバの誘電体窓の上に配置される、
   基板処理システム。
10. 請求項６に記載の基板処理システムであって、
    前記複数のレンズは、平凸レンズである、基板処理システム。
11. 請求項６に記載の基板処理システムであって、
    前記複数のレンズは、異なる直径を有する、基板処理システム。
12. 請求項１１に記載の基板処理システムであって、
    前記複数のレンズは、第１のレンズおよび最後のレンズを含んで一連に配置され、
    前記複数のレンズは、前記第１のレンズから前記最後のレンズに向かって直径が大きくなり、
    前記レーザビームは、前記第１のレンズで受光され、前記最後のレンズから前記基板に出力される、
    基板処理システム。
13. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
    前記コリメートアセンブリは、前記レーザビームを前記基板に導いて前記露出材料を加熱するように配置された前記複数のミラーを備える光ビーム折り畳みアセンブリを備え、前記複数のレンズは、前記基板の前記表面に垂直な方向に前記レーザビームを導くように構成されており、
    前記複数のミラーは、前記基板の前記表面に垂直である前記所定の範囲内の方向に前記レーザビームを反射して導くように配置される、
    基板処理システム。
14. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
    前記コントローラは、前記レーザを制御して前記レーザビームを所定の周波数でパルス化するように構成された、基板処理システム。
15. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
    プロセスガスを前記処理チャンバに供給するように構成されたガス供給システムをさらに備え、
    前記コントローラは、前記ガス供給システムおよび前記レーザを制御して、以下を含む等方性原子層エッチングプロセスを反復的に実施するように構成されており、
    前記等方性原子層エッチングプロセスが、
    前記等方性原子層エッチングプロセスの反復中に、前処理、原子吸着、およびパルス熱アニーリングを実施すること、
    前記原子吸着中に、前記基板の前記露出材料上に選択的に吸着されて修飾された材料を形成するハロゲン種を含む前記プロセスガスに、前記基板の前記表面を曝露すること、ならびに
    前記パルス熱アニーリング中に、前記レーザを所定の期間内に複数回パルスオンおよびパルスオフし、前記修飾された材料を曝露して除去すること
    を含むプロセスである、基板処理システム。
16. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
    前記レーザビームを受光するように構成された音響光学変調器をさらに備え、
    前記コントローラは、無線周波数信号を生成するように構成され、
    前記レーザは、連続モードで動作するように構成され、
    前記音響光学変調器は、前記無線周波数信号に基づいて、かつ所定の周波数で、前記レーザビームが前記複数のレンズまたはミラーに向かって通過することの許可と防止を切り替えるように構成される、
    基板処理システム。
17. 請求項１６に記載の基板処理システムであって、
    前記コリメートアセンブリは、前記レーザビームを前記基板に導いて前記露出材料を加熱するように配置された前記複数のミラーを備える光ビーム折り畳みアセンブリを備え、前記複数のレンズは、前記基板の前記表面に垂直な方向に前記レーザビームを導くように構成されており、
    前記複数のミラーは、前記基板の前記表面に垂直である前記所定の範囲内の方向に前記レーザビームを反射して導くように配置される、
    基板処理システム。
18. 請求項１６に記載の基板処理システムであって、
    プロセスガスを前記処理チャンバに供給するように構成されたガス供給システムをさらに備え、
    前記コントローラは、前記ガス供給システムおよび前記レーザを制御して、以下を含む等方性原子層エッチングプロセスを反復的に実施するように構成され、
    前記等方性原子層エッチングプロセスが、
    前記等方性原子層エッチングプロセスの反復中に、前処理、原子吸着、およびパルス熱アニーリングを実施すること、
    前記原子吸着中に、前記基板の前記露出材料上に選択的に吸着されて修飾された材料を形成するハロゲン種を含む前記プロセスガスに、前記基板の前記表面を曝露すること、ならびに
    前記パルス熱アニーリング中に、前記無線周波数信号を生成して所定の期間内に前記レーザビームを変調し、前記修飾された材料を曝露して除去すること
    を含むプロセスである
    基板処理システム。
19. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
    前記コントローラは、（ｉ）急速熱アニーリングプロセスの実施中と、（ｉｉ）前記急速熱アニーリングプロセスの実施後と、の少なくともいずれか一方において前記基板を能動的に冷却するように構成された、基板処理システム。
20. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
    前記コントローラは、３～１０秒の期間にわたって複数の高温パルスおよび複数の低温パルスを前記露出材料に与えるように構成された、基板処理システム。
21. 請求項１に記載の基板処理システムであって、
    前記コントローラは、前記露出材料を初期温度から５００℃を超える温度まで能動的に加熱した後に、前記露出材料を１秒未満で初期温度まで冷却するように構成された、基板処理システム。

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