JP2016105470A - 欠陥アニーリング及びドーパント活性化のための高性能線形成光学システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥アニーリング及びドーパント活性化のための高性能線形成光学システム及び方法を提供する。【解決手段】システム１０は、ウエハ表面において、２０００Ｗから３０００Ｗの光学出力を有する第１の線画像を形成するように構成されたＣＯ２系線形成システムを含む。第１の線画像は、ウエハ表面上を走査され、欠陥アニール温度まで局所的に温度を上昇させる。システムは、可視波長ダイオード系線形成システムを含む。可視波長ダイオード系線形成システムは、第１の線画像とともに走査できる第２の線画像を形成し、ウエハ表面温度を、欠陥アニール温度からスパイクアニール温度にまで局所的に上昇させる。スパイクアニーリングのために可視波長を使用することによって、有害なパターン効果を減少させ、温度均一性及びそれに伴うアニーリング均一性を改善する。【選択図】図１

Description

〔関連出願の相互参照〕
本出願は、「高性能線形成光学システム及び方法」との名称の米国仮特許出願第６２／０３０，３９１号に関連する。当該米国仮特許出願は、参照により本明細書中に組み込まれる。

また本出願は、２０１４年１１月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／０８３，５３７号の優先権の利益を主張する。また、当該米国仮特許出願は、参照により本明細書中に組み込まれる。

本開示は、線画像を形成するための光学システム、特に、欠陥アニーリング及びドーパント活性化のための高性能な線形成光学システム及び方法に関する。

本明細書において言及されるあらゆる刊行物又は特許文献の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。特許文献には、米国特許第８，０１４，４２７号公報、米国公開第２０１２／０１１１８３８号公報、米国公開第２００７／００７２４００号公報、米国特許第７，１４８，１５９号公報、米国特許第８，５４６，８０５号公報、米国特許第８，８６５，６０３号公報、米国特許第８，３０９，４７４号公報、及び米国特許出願第１４／４９７，００６が含まれる。

種々の応用では、高出力レーザ光線から形成された均一な線画像を使用する必要がある。そのような応用の一つとして、レーザ熱処理（ＬＴＰ）がある。レーザ熱処理（ＬＴＰ）は、本技術分野ではレーザスパイクアニーリング（ＬＳＡ）又は単に「レーザアニーリング」と呼ばれる。レーザ熱処理（ＬＴＰ）は、半導体製造において、トランジスタなどの活性超小型回路装置を形成するときに半導体ウエハの選択領域のドーパントを活性化するために使用される。

レーザアニーリングの一種は、レーザ光線から形成された走査線画像を使用し、ドーパントを活性化するには十分であるが、ドーパント拡散が最小となる程度に短い時間においてある温度（「アニーリング温度」）まで、半導体ウエハの表面を加熱する。半導体ウエハの表面がアニーリング温度になる時間は、線画像の出力密度と、線画像が走査される速度（「走査速度」）で分割された線画像の幅とによって決定される。

レーザアニーリングの応用で使用される高出力レーザの一種は、ＣＯ_２レーザである。ＣＯ_２レーザとともにレーザアニーリングを実行する従来の方法は、一対のナイフエッジ上にレーザ光線を画像化することと、その後、ナイフエッジを通過するレーザ光線を画像面へ中継して線画像を形成することとを含む。ナイフエッジは、ガウスレーザ光線の狭い中央部分（例えば、１０％）のみを伝達するように配置される。レーザ光線の強度は、比較的均一であり、これにより、その結果として得られる線画像も、線画像の長さに沿って比較的均一である。

レーザ光線の狭い中央部分のみを使用することは、残念ながら、光線のそれ以外の９０％は破棄することを意味する。これは、高強度のレーザ光線を非常に非効率に使用する方法である。他方では、光線の中央からの距離が大きくなるに伴ってガウス光線の強度が実質的に低下するため、ガウス光線のより大部分を通過させようとすると、線画像がその長さに沿って必然的に不均一になるということが、一般的に知られている。

さらに、欠陥アニールとスパイクアニールとを同時に実行することに利点があるという点には実用性がある。この点で、ＣＯ_２レーザ光線は、一般的にはダイオードレーザからのより幅広いレーザ光線と組み合わされる。より幅広いレーザ光線は、周辺領域の温度を、ＣＯ_２光線よりも長期間にわたって中間温度にまで上昇させる。ＣＯ_２光線は、ミリ秒以下の時間で、表面を約１３００℃に「急上昇（スパイク）させる」のに使用される。一般的には、より幅広いレーザ光線は、数ミリ秒の時間で（例えば、２ミリ秒から２０ミリ秒の範囲内で）、領域を７００℃から１２００℃の間の中間温度に加熱するであろう。この温度及びこの期間で基板を加熱するためにダイオードレーザに必要とされる全出力は大きく、例えば、一般的には数キロワット（ｋＷ）である。これら２つのレーザ光線を合わせることは、一般的に難易度が高い。従来のシステムでは、ＣＯ_２レーザ光線及びダイオードレーザ光線は、半導体ウエハにレーザ光線を送るのに必要とされる光学が大きく異なっているため、同一線上にない。

これに加え、レーザアニーリングツールの設計では、半導体ウエハの側壁に入射するレーザ光線を回避するという大きな制約がある。レーザ光線は、ブルースター角（偏光角）で半導体ウエハの表面に入射する。ブルースター角は、シリコンについて約７０度である。この入射角では、半導体ウエハの側面での出力密度は、半導体ウエハの表面における出力密度の３倍よりも大きく、半導体ウエハに損傷を与えたり、半導体ウエハを破壊させたりもする。米国特許第８，０７１，９０８号公報には、鋸歯状の裾（skirt）が、入射ＣＯ_２レーザ光線で半導体ウエハの側壁を保護できることが開示されている。しかし、追加の（ダイオード）レーザも、半導体ウエハの側壁を避ける必要がある。これは、ダイオードレーザは、一般に、例えば３ｋWの大きな出力量を供給するためである。一方向から入射するＣＯ_２レーザ、及びＣＯ_２レーザから公称９０度の角度で入射するダイオードレーザからウエハを保護するために裾（skirt）を設計するには、幾何学上非常に制約のある問題が伴うことがわかる。そのため、費用及び／又は時間を要する工程を経ることなく、これほどの高出力のダイオードレーザを使用して半導体ウエハの損傷又は破壊を避けるのは、実現不可能となる。

上記の手法のさらなる欠点は、「パターン効果」から生じる。パターン効果は、半導体ウエハ上のパターンに起因して起こる温度不均一性である。パターンは、装置の特性、及び形成される相互接続である。パターン効果は、レイリー散乱によって引き起こされるため、入射レーザがより短い波長を有するとき（すなわち、可視光の波長に近いとき）、さらに顕著となる。レイリー散乱は、波長λで割られて、第４の出力、例えば（δ／λ）^４にまで高められた特性又はパターンサイズδの比率として見積もられる。

本開示の局面は、ＣＯ_２レーザで欠陥アニーリングを実行するシステム及び方法である。一方、他の局面は、可視波長ダイオードレーザ（「可視ダイオードレーザ」）を使用してレーザスパイクアニーリングを実行することをさらに含む。レーザスパイクアニーリングと同時に実行される欠陥アニーリングに関して、ＣＯ_２レーザは、半導体ウエハの表面の主要な温度上昇（例えば、少なくとも欠陥アニール温度までの温度上昇）をもたらすために使用され、可視ダイオードレーザは、さらなる加熱を行って、局所温度をアニール（すなわち、ドーパント活性化）温度まで上昇させるために使用される。一例では、ダイオードレーザによってもたらされる温度上昇量は、できるだけ小さい。これは、好都合である。なぜなら、ＣＯ_２レーザの波長は、可視ダイオードレーザの波長よりもおよそ１０倍から２０倍長いからである。したがって、ＣＯ_２レーザによる有害なパターン効果は、可視ダイオードレーザと比較して、大幅に小さい。本方法は、欠陥アニーリングに関する初期の比較的長期間にわたる温度上昇のためにＣＯ_２レーザを使用し、その後、比較的短いスパイクアニーリング、すなわち、ドーパント活性化に可視ダイオードレーザを使用することを含む。このためには、半導体ウエハに供給されるＣＯ_２レーザの出力が、実質的に、例えば、２０００Wから３０００W（すなわち、２ｋWから３ｋW）の範囲内にありつつ、使用可能な光線長（例えば、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内）及び光線幅（例えば、２５μｍから１ｍｍの範囲内）に対して、例えば、±５％以内の許容強度均一性も有する必要がある。未処理のＣＯ_２レーザ光線は、必要とされる出力を供給することができるであろうが、使用可能な光線長に対して必要な強度均一性を提供することのできないガウス強度プロファイルを有するであろう。

有害なパターン効果を緩和することに加え、本明細書中に開示されたシステム及び方法の他の利点は、可視波長光線から半導体ウエハの側壁に入射する出力密度も減少する（例えば、ｋWを下回る値にまで減少する）ことにある。これにより、半導体ウエハの端部又は側壁への照射に起因した半導体ウエハの損傷又は破壊のリスクを減少させることができる。

本開示の一局面は、パターンを含む表面を有する半導体ウエハの欠陥アニール温度Ｔ_Ｄにおける欠陥アニーリングを実行する方法である。この方法は、ＣＯ_２レーザから、公称１０．６ミクロンの波長及び少なくとも第１の方向においてガウス分布を有する第１の強度プロファイルを有する光線を形成することと、前記第１の方向に前記光線の少なくとも５０％を通過させて第１の透過光を形成することと、中間焦点面に前記第１の透過光の焦点を合わせ、中央ピーク及び前記中央ピークと直接隣接する第１のサイドピークを有する第２の強度プロファイルを規定することと、前記第１のサイドピークのそれぞれの範囲内で前記第２の強度プロファイル（の端部）を切り取って、２０００Ｗから３０００Ｗの間の光学出力、及び５ｍｍから１００ｍｍの範囲の第１の線長さに対して±５％以内の強度均一性を有する第１の線画像を前記半導体ウエハの表面に形成する第２の透過光を規定することと、前記第１の線画像を前記半導体ウエハの表面上で走査し、前記半導体ウエハの表面温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄまで局所的に上昇させることとを備える。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄは、６５０℃≦Ｔ_Ｄ≦１１００℃の範囲内にある。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、スパイクアニール温度Ｔ_Ａでスパイクアニーリングを実行することをさらに備える。スパイクアニーリングは、可視波長を有する第２の光線を使用して前記半導体ウエハの表面に、前記第１の線画像と少なくとも部分的に重なる第２の線画像を形成することと、前記第２の線画像を走査して、前記半導体ウエハの表面の温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール温度Ｔ_Ａに局所的に上昇させることによって実行される。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａは、１１５０℃≦Ｔ_Ａ≦１３５０℃の範囲内にある。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第１の線画像は、第１の幅を有し、前記第２の線画像は、前記第１の幅の５％から２５％の第２の幅を有する。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第１の幅は、２５ミクロンから１ｍｍの範囲内にある。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、レーザダイオード光源と、前記レーザダイオード光源に対して動作可能に配置された線形成光学とを使用して前記第２の光線を形成することをさらに備える。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記可視波長は５００ｎｍから１０００ｎｍである。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第２の線画像は、５ｍｍから１００ｍｍの範囲にある第２の線長さ、及び、±５％以内の強度均一性を有する。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記半導体ウエハの表面の温度は、パターン効果に起因した前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａの変動を有し、前記変動は、６０℃未満（６０℃以下）である。

本開示の他の局面は、パターンを伴う表面を有する半導体ウエハの欠陥アニーリングを実行するためのシステムである。本システムは、ＣＯ_２レーザ源と、光線調整光学システムと、第１の絞り装置と、中継光学システムと、チャックと、可動ウエハ台とを備える。前記ＣＯ_２レーザ源は、公称１０．６ミクロンの波長を有する初期光線を発する。前記光線調整光学システムは、前記初期光線を受光し、前記初期光線から、少なくとも第１の方向においてガウス分布を有する第１の強度プロファイルを有する調整光線を形成する。前記第１の絞り装置は、対物面に動作可能に配置され、第１の透過光を規定するために、前記第１の方向における前記第１の強度プロファイル（の端部）を切り取る第１のスリット開口部を規定する。前記第１の透過光は、前記調整光線の少なくとも５０％を構成する。前記中継光学システムは、前記対物面を規定するとともに、中間焦点面も規定する。前記中間焦点面には、第２の絞り装置が動作可能に配置される。前記中継光学システムは、前記中間焦点面において、中央ピーク及び前記中央ピークに直接隣接する第１のサイドピークを有する第２の強度プロファイルを規定する。前記第２の絞り装置は、前記第１の方向において前記第１のサイドピークのそれぞれの範囲内で前記第２の強度プロファイルを切り取って、第２の透過光を規定するように構成される。前記中継光学システムは、前記半導体ウエハの表面において、前記第２の透過光から第１の線画像を形成する。前記第１の線画像は、２０００Ｗから３０００Ｗの光学出力を含み、５ｍｍから１００ｍｍの範囲の第１の線長さを有し、かつ、±５％以内の強度均一性を有する。前記チャックは、前記半導体ウエハに動作可能に支持される。前記可動ウエハ台は、前記チャックを動作可能に支持し、前記チャック及び前記チャックの上に支持される前記半導体ウエハを動かすように構成される。これにより、前記第１の線画像は、前記半導体ウエハの表面を走査し、前記半導体ウエハの表面温度を欠陥アニール温度Ｔ_Ｄにまで局所的に上昇させる。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄは、６５０℃から１１００℃の範囲内にある。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記チャックは加熱され、前記半導体ウエハを予熱できるようにする。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、可視光線を発生させるダイオード系線形成光学システムをさらに備える。前記可視光線は、前記半導体ウエハの表面において第２の線画像を形成する。前記第２の線画像は、前記第１の線画像と少なくとも部分的に重なって前記第１の線画像とともに走査し、前記半導体ウエハの表面温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール温度Ｔ_Ａに局所的に上昇させ、前記第２の線画像は、±５％以内の強度変動を有する。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａは、１１５０℃から１３５０℃の範囲内にある。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記第１及び第２の線画像は、第１の幅及び第２の幅をそれぞれ有し、前記第２の幅は、前記第１の幅の５％から２５％の範囲内にある。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記第１のサイドピークのそれぞれは、最大値ＭＸ並びに第１及び第２の最小値ｍ１及びｍ２によって規定される。前記第２の絞り装置は、第１のサイドピークのそれぞれにおける前記最大値ＭＸと前記第２の最小値ｍ２との間の前記第２の強度プロファイルを切り取るように構成される。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記中継光学システムは、前記第１の方向において実質的に１倍（１×）倍率を有する。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記中継光学システムは、前記第１の方向においてのみ光学出力を有する円筒形状の光学システムである。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記中継光学システムは、反射光学部品のみで構成される。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記第１の絞り装置は、前記対物面に動作可能に配置された一対のブレードを含む。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記第２の絞り装置は、前記中間焦点面に動作可能に配置された一対のブレードを含む。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記ダイオード系線形成光学システムは、レーザダイオード光源と、前記レーザダイオード光源に対して配置された線形成光学とを含む。

さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。

添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。
図１は、本開示による線形成光学システムの一例の模式図である。 図２Ａは、図１の一例の線形成光学システムの第１の絞り装置を、＋ｚ方向から見た場合の正面図であって、第１の絞り装置に対してそのまま入射するような調整レーザ光線の近似のゼロ強度線（Ｉ（ｘ，ｙ）≒０）を示す。 図２Ｂは、調整レーザ光線のｘ（ｍｍ）に対する強度Ｉ（ｘ）のプロット図であって、調整レーザ光線を間に挟んで対向配置される第１の絞り装置の第１のブレードの配置を示す。 図３Ａは、第２の絞り装置における第１の透過光のｘ’（ｍｍ）に対する強度分布Ｉ’（ｘ’）のプロット図であって、強度分布を間に挟んで対向配置される第２の絞り装置の第２の開口ブレードの配置位置の一例を示す。 図３Ｂは、図３Ａの第２の絞り装置を、図１に示す＋ｚ方向から見た場合の正面図であって、第２の絞り装置に入射する第１の透過光を示す。 図４Ａは、第２の透過光によって画像面に形成された線画像の長手方向におけるｘ（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩＬ（ｘ）のプロット図である。図４Ａは、図１の線形成光学システムによって形成された線であって、Ｌ＝１０ｍｍ（実線）及びＬ＝７．５ｍｍ（破線）の２つの異なる寸法を有する線の例を示す。 図４Ｂは、線画像のｙ（μｍ）に対する強度プロファイルＩＬ（ｙ）のプロット図であって、線画像の短手方向（すなわち、ｙ方向）の強度プロファイルが、約７５μｍの幅ｗの一例を規定するガウス形状を有することを示す。 図５は、反射中継光学システムを含む線形成光学システムの一例の模式図である。 図６は、本明細書に開示された図１の線形成光学システムを含むレーザアニーリングシステムの一例の模式図である。 図７は、図６と同様の図であって、欠陥アニーリング及びスパイクアニーリングを実行するために使用できるレーザアニーリングシステムの一例を示す。 図８Ａは、ＣＯ_２系線形成光学システム及びダイオード系線形成光学システムによって形成される線画像の拡大図であって、ウエハコンダクタ（導体）の表面における２つの線画像の相対位置の一例を示す。 図８Ｂは、ＣＯ_２系線形成光学システム及びダイオード系線形成光学システムによって形成される線画像の拡大図であって、ウエハコンダクタ（導体）の表面における２つの線画像の相対位置の他の例を示す。 図８Ｃは、ＣＯ_２系線形成光学システム及びダイオード系線形成光学システムによって形成される線画像の拡大図であって、ウエハコンダクタ（導体）の表面における２つの線画像の相対位置の他の例を示す。

以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。

下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。

いくつかの図面において、参考のためにデカルト座標が描かれているが、これは方向および配置位置を限定するものではない。さらに、第２の絞り装置６０におけるデカルト座標は、ｘ’及びｙ’で表され、第１の絞り装置４０及び画像面ＩＰにおける（ｘ，ｙ）座標とは区別される。

以下の記述では、「レーザ光線」及び「光」との用語は、互換可能に使用される。また、「ミクロン」及び符号「μｍ」との用語は、互換可能に使用される。

「上流」及び「下流」との用語は、従来の光学システム設計技術で用いられるように、光の進行方向に対する部品の位置を言及するために用いられる。ここで、部品Ｂが部品Ａの下流にあるというとき、部品Ａから部品Ｂの方向へ光は進む。逆もまた同様である。
＜線形成光学システム＞

図１は、本開示による線形成光学システム（「システム」）１０の一例の模式図である。システム１０は、光軸Ａ１、対物面ＯＰ、及び画像面ＩＰを含む。後述するように、線画像８０は画像面ＩＰに形成される。

システム１０は、光軸Ａ１に沿って、対物面ＯＰの上流にレーザ光源２０を含む。レーザ光源２０は、光軸Ａ１に沿って対物面ＯＰへ向かって初期レーザ線（光線）２２を放射する。一例では、レーザ光源２０は、ＣＯ_２レーザを含む。ＣＯ_２レーザは、公称波長１０．６μｍで動作する。初期レーザ光線２２は、一例では、少なくともｘ方向に沿って、さらなる例では、ｘ方向及びｙ方向の両方向に沿って、ガウス強度分布（プロファイル）を有する。一例では、初期レーザ光線２２は、円対称である必要はない。例えば、ｘ方向及びｙ方向におけるガウス強度分布は、異なる寸法を有してもよい。一例では、レーザ光源２０は、初期レーザ光線２２において約３５００Ｗの光学出力を有する。

また、システム１０は、光線調整光学システム３０を含む。光線調整光学システム３０は、レーザ光源２０と対物面ＯＰとの間において光軸Ａ１に沿って配置されている。光線調整光学システム３０は、初期レーザ光線２２を受光して、初期レーザ光線２２から調整レーザ線（光線）２４を形成するように構成されている。一例では、光線調整光学システム３０は、光線拡張を実行するように構成される。そのため、調整レーザ光線２４は、初期レーザ光線２２を拡張したものとなる。一例では、光線調整光学システム３０は、ｘ方向及びｙ方向での選択寸法（プロファイル）を伴う調整レーザ光線２４を供給するように構成される。一例では、光線調整光学システム３０は、初期レーザ光線２２の寸法を、ｘ方向及びｙ方向に同じ量だけ拡張する。

光線調整光学システム３０は、ミラー、レンズ、絞り（開口）、及び同等の光学部品のうちの少なくとも一つを含み得る。一例の光線調整光学システム３０は、２つ以上の軸外ミラー（軸外し）を利用する。各軸外ミラーは、当該技術分野で公知であり、米国特許第２，９７０，５１８号及び第３，６７４，３３４号に記載の２つの例のような光学出力を有する。種々の例では、光線調整光学システム３０は、アナモルフィック、円筒状、あるいは円対称であり得る。

一実施形態では、レーザ光源２０及び光線調整光学システム３０は、レーザ光源システム３５を規定する。レーザ光源システム３５は、調整レーザ光線２４が線画像８０を形成するための所望の強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ）を生成する。レーザ光源２０が、調整される必要のない適切な初期レーザ光線２２を放射する例では、光線調整光学システム３０は必要ではなく、調整レーザ光線２４の代わりに初期レーザ光線２２を使用することができる。そのため、以下の記述において、調整レーザ光線２４は、未処理の初期レーザ光線２２で規定される例であると理解される。

また、システム１０は、光軸Ａ１に沿って、対物面ＯＰに第１の絞り装置４０を含む。一例では、第１の絞り装置４０は、端部４３をそれぞれ有する一対のブレード４２であるか、該一対のブレード４２を含む。ブレード４２は、対物面ＯＰにおいて光軸Ａ１のそれぞれの側に配置される。これにより、それぞれの端部４３は、離間して対向し、スリット開口部４４を形成する。スリット開口部４４は、拡大差し込み図ＩＮ１で最も良く図示されるように、Ｙ方向に長さ（長手）寸法を有する。拡大差し込み図ＩＮ１は、＋ｚ方向に光軸Ａ１を見下ろすようにして第１の絞り装置４０を示す。スリット開口部４４は、ｘ方向に幅ｄ１を有する。幅ｄ１は、後述するように、システム１０によって画像面ＩＰに形成された線画像８０の長さＬを規定する。一例では、ブレード４２は、移動可能であり、幅ｄ１を調整することができるだけでなく、それに伴って線画像８０の長さＬを調整することができる。

また、システム１０は、光軸Ａ１に沿って、第１の絞り装置４０の下流に中継光学システム５０を含む。図１に示す中継光学システム５０は、説明を容易にするために伝送（透過）光学システムとして図示される。反射中継光学システム５０の一例は、図５と関連させて後述される。中継光学システム５０は、第１の光学部品５２Ａ及び第２の光学部品５２Ｂを含む。一例では、各光学部品５２Ａ及び５２Ｂは、レンズ、ミラーなどの一つ以上の光学素子で構成される。中継光学システム５０は、第１の絞り装置４０において対物面ＯＰを規定するとともに、線画像８０が形成される画像面ＩＰも規定する。

中継光学システム５０は、第２の絞り装置６０をさらに含む。第２の絞り装置６０は、光学部品５２Ａによって規定される中間焦点面ＩＦＰにおいて、第１の光学部品５２Ａと第２の光学部品５２Ｂとの間に配置される。第２の拡大差し込み図ＩＮ２を参照すると、第２の絞り装置６０は、端部６３をそれぞれ有する一対のブレード６２を含む。ブレード６２は、中間焦点面ＩＦＰにおいて、光軸Ａ１のそれぞれの側に配置される。これにより、各端部６３は、離間して対向し、スリット開口部６４を形成する。スリット開口部６４は、ｙ’方向、すなわち、第１の絞り装置４０のスリット開口部４４と同じ方向に、長さ（長手）寸法を有する。スリット開口部６４は、ｘ’方向に幅ｄ２を有する。一例では、ブレード６２は移動可能であり、幅ｄ２を調整することができる。

一実施形態では、中継光学システム５０は、ｘ−ｚ面に実質的に単位倍率（すなわち、実質的に１倍（１×）システムである）を有する。また一例では、中継光学システム５０は、円筒状又はアナモルフィックの何れかでありうる。第１の絞り装置４０のスリット開口部４４の幅ｄ１は、ｘ方向における調整レーザ光線２４の寸法を規定する。ｘ−ｚ面における１倍倍率では、ｄ１＝Ｌとなる（拡大差し込み図ＩＮ３参照）。

システム１０の一般的な操作では、調整レーザ光線２４が形成され、第１の絞り装置４０は、この調整レーザ光線２４の比較的大部分の光量がスリット開口部４４を通過するように構成される。図２Ａは、第１の絞り装置４０の（＋ｚ方向に見た）正面図であり、調整レーザ光線２４の近似ゼロ強度曲線（Ｉ（ｘ、ｙ）≒０）を示す。一例では、調整レーザ光線２４は、ｘ方向により長い（すなわち、強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ）がｘ方向に延びている）プロファイルで、ｘ方向及びｙ方向にガウスプロファイルを有する。上述のように、ｙ方向のガウスプロファイルの幅ｗ１は、線画像８０の幅ｗ（短手寸法）を規定する。一例では、幅ｗ１は、ｙ−ｚ面に光学出力を有しない中継光学システム５０（すなわち、中継光学システム５０は、ｘ−ｚ面のみに光学出力を有する円筒形である）とともに、光線調整光学システム３０によって規定される。これは、光線調整光学システム３０を使用することの利点の一つである。なぜなら、アナモルフィック素子を使用して第１の光学部品５２Ａ及び第２の光学部品５２Ｂを形成する必要性がなくなるためである。

図２Ｂは、調整レーザ光線２４のｘ（ｍｍ）に対する強度Ｉ（ｘ）のプロット図である。また図２Ｂは、調整レーザ光線２４に対する第１の絞り装置４０のブレード４２の配置例を示す。図２Ａにおいて調整レーザ光線２４のハッシュされた部分２４Ｂは、各ブレード４２によって遮断される調整レーザ光線２４の部分を示す。一方、スリット開口部４４を通過する部分は２４Ｐで示され、以下では、「第１の透過光」と呼ぶ。第１の透過光は、図２Ｂにおいても図示される。図２Ｂでは、強度プロファイルＩ（ｘ）の破線部分が、各ブレード４２によって遮断される調整レーザ光線２４の部分を示す。図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、調整レーザ光線２４の約９０％の光が第１の透過光２４Ｐとしてスリット開口部４４を通過する一方、強度プロファイルの両翼にある調整レーザ光線２４の約１０％の光が、ブレード４２によって遮断される。一例では、第１の絞り装置４０は、調整レーザ光線２４の少なくとも５０％を通過させるように構成される。

第１の絞り装置４０は、調整レーザ光線２４の実質的な部分を通過させるように構成されているため、スリット開口部４４内の強度プロファイルＩ（ｘ）の変動は比較的大きい。一例では、この変動は５０％よりも大きく、また他の例では、この変動は６５％よりも大きく、さらに他の例では、この変動は７０％よりも大きい。このことは、図２Ｂにおいて最も明確に示される。図２Ｂでは、（標準化された）ピーク強度は、スリット開口部４４の中心において（すなわち、ｘ＝０において）１である。また、ブレード４２の端部４３によって規定されるスリット開口部４４の端部４３では、強度は、約０．２８、すなわち、Ｉ（ｘ）の最大値の約２８％にまで低下する。この強度分布が従来の中継手段を用いて画像面ＩＰへ中継されると、線画像８０は、長手方向において強度均一性の対応する変動（約７２％）を有するであろう。この値は、線画像８０の長さＬについて、＋／−５％（±５％）以内、あるいは、ある場合には±２％以内というより好ましい強度均一性を大幅に超えている。

再び図１を参照すると、スリット開口部４４を通過する第１の透過光（伝達光）２４Ｐは、第２の絞り装置６０上で、中継光学システム５０の第１の光学部品５２Ａによって中間焦点面ＩＦＰに焦点合わせされる。中間焦点面ＩＦＰは、第１の絞り装置４０における（ｘ，ｙ）座標とは別の座標ｘ’及びｙ’を有する。このような焦点合わせにより、第２の強度分布Ｉ’（ｘ’，ｙ’）が得られる。第２の強度分布Ｉ’（ｘ’，ｙ’）は、対物面ＯＰでの強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）の（ｘ’方向の）１次元フーリエ変換によって規定される。したがって、中間焦点面ＩＦＰはフーリエ面であり、以下の説明では、フーリエ変換工程はＦ｛・｝で表され、逆フーリエ変換工程はＦ^−１｛・｝で表される。

対物面ＯＰでの強度分布Ｉ（ｘ）は、（（ｄ１）／２＝ａとともに）
Ｉ（ｘ）＝Ｇ（ｘ）・ｒｅｃｔ（ｘ／ａ）
で規定される。ここで、ｒｅｃｔ（ｘ／ａ）は、０（｜ｘ｜＞ａの場合）、１／２（ｘ＝ａの場合）、及び、１（｜ｘ｜＜ａの場合）であり、Ｇ（ｘ）＝ｅｘｐ（−ｘ^２）である。したがって、Ｉ’（ｘ）は、

で求められる。

図３Ａは、第２の絞り装置６０における第１の透過光２４Ｐのｘ’（ｍｍ）に対する強度分布Ｉ’（ｘ’）のプロット図である。図３Ｂは、図１の第２の絞り装置６０を−ｚ方向に見た場合の正面図である。図３Ｂを参照すると、ブレード６２は、第２の絞り装置６０に入射する第１の透過光２４Ｐの一部がスリット開口部６４を通過し、第１の透過光２４Ｐのハッシュされた部分２４Ｂ’のそれぞれがブレード６２によって遮断されるように、配置される。スリット開口部６４を通過する部分は、２４Ｐ’で表され、以下では「第２の透過光」とも呼ばれる。第２の透過光２４Ｐ’は、中継光学システム５０の下流部分で、線画像８０を形成するために使用される。

図３Ａは、ブレード６２が、第２の透過光２４Ｐ’の選択量を透過させるために、選択幅ｄ２に設定され得ることを詳細に示す。強度プロファイルＩ’（ｘ）は、多くのより小さなピークによって囲まれた強い中央ピークＰ０を示す。より小さなピークは、プロファイルの中心からの大きさが小さくなる。中央ピークＰ０のそれぞれの側にある第１ピークは、Ｐ１で示され、第１の最小値ｍ１及び第２の最小値ｍ２によって囲まれた最大値ＭＸによって規定される。一例では、スリット開口部６４は、幅ｄ２を有するように規定される。ここで、ブレード６２の各端部６３は、対応する第１ピークＰ１内に存在し、これにより、スリット開口部６４は、第１ピークＰ１に関連した第１の透過光２４Ｐの少なくとも一部２４Ｐ’を透過させる。

他の例では、第２の絞り装置６０は、ブレード６２の端部６３が、最大値ＭＸと第２の最小値ｍ２との間の対応する第１ピークＰ１内に存在するように構成されている。例えば、ｘ軸の正側のｘ値が、最大値ＭＸについてのｘ_ＭＸ及び第２の最小値ｍ２についてのｘ_ｍ２で規定され、端部６３のｘ位置が、ｘ_６３で規定されると、正側ブレード６２の端部６３の位置条件は、ｘ_ＭＸ≦ｘ_６３≦ｘ_ｍ２で表すことができる。負側ブレードの端部６３の対応する条件は、−ｘ_ｍ２≦−ｘ_６３≦−ｘ_ＭＸで表すことができる。この空間フィルタリング条件は、例えば、長さＬ上で長手方向に測定された場合に±５％以内という強度非均一性の許容レベルとともに、線画像８０の形成について最良の結果をもたらすことが確認された。

一例では、中間焦点面ＩＦＰにおいて第２の絞り装置６０によって遮断される第１の透過光２４Ｐの量は、約５から８％である。これにより、第１の透過光２４Ｐの約９５から９２％が透過して、第２の透過光２４Ｐ’が形成される。これにより、中継光学システム５０は、入力値、又は、対物面ＯＰに供給される強度に対して最大約７５％の効率で画像面ＩＰに線画像８０を形成することができる。これに対して、従来技術の効率は、約１５％である。

さらに、長手方向（すなわち、ｘ方向）の線画像８０の強度均一性は、一例では、長手方向の長さＬにわたって±５％の公差を満たすことができ、また他の例では、±２％の公差を満たし得る。

線画像８０は、第２の透過光２４Ｐ’を用いて画像面ＩＰに形成される。このｘ方向における第２の透過光２４Ｐ’は、Ｉ’（ｘ’）の切り取りタイプとして規定され、以下のように示される。

そして、線画像８０の強度分布ＩＬ（ｘ）は、Ｉ（ｘ’）の１Ｄ逆フーリエ変換である。すなわち、ＩＬ（ｘ）＝Ｆ^−１｛Ｉ’（ｘ’）｝となる。

図３Ａから、第２の絞り装置６０が、上記のＩ’（ｘ’）の表現において１Ｄ“ｒｅｃｔ（矩形）”関数を規定し、ｘ’軸に沿ったより高い空間周波数成分の選択量を除去するように機能することがわかる。これらのより高い空間周波数成分は、高解像度の線画像を形成するために必要とされる。高解像度の線画像は、第１の絞り装置４０における入力（調整）レーザ光線２４の強度変動を含む。そのため、第２の絞り装置６０によるフィルタリングは、線画像８０の長手方向における強度変動を取り除くように作用する。他方では、これらのより高い空間周波数成分の強度は比較的低いため、第１の透過光２４Ｐの大部分は、スリット開口部６４を通り、第２の透過光２４Ｐ’を形成する。

図４Ａは、画像面ＩＰにおける線画像８０の長手方向でのｘ（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩＬ（ｘ）のプロット図である。図４Ａは、例として、システム１０によって形成されたＬ＝１０ｍｍ（実線）及びＬ＝７．５ｍｍ（破線）という２つの異なる寸法を有する線を示す。一例では、線画像８０の長さＬは、５ｍｍ≦Ｌ≦１００ｍｍの範囲内であり得る。

図４Ｂは、ｙ（μｍ）に対する強度プロファイルＩＬ（ｙ）のプロット図である。図４Ｂは、線画像８０の短手方向（すなわち、ｙ方向）の強度プロファイルＩＬ（ｙ）が、約７５μｍの幅ｗの一例を規定するガウス形状を有することを示す。一実施形態では、幅ｗは、２５μｍ≦ｗ≦１０００μｍ、又は２５μｍ≦ｗ≦５００μｍｍ、あるいは２５μｍ≦ｗ≦２５０μｍの範囲内であり得る。上述の通り、一例では、幅ｗは、光線調整光学システム３０によって規定され、これにより、中継光学システム５０はＹ−Ｚ面で光学出力を持たない円筒形となり得る。

線画像が短手方向、すなわち、ｙ方向に走査される場合、線画像８０の短手寸法における強度プロファイルＩＬ（ｙ）は、長手寸法における強度分布ＩＬ（ｘ）と同じ均一性の公差を満たす必要はない。この場合、ｙ方向の強度変動は、走査中に平均化される。図４ＢのＩＬ（ｙ）のプロット図では、線画像８０は、ｙ方向に約±１０％の強度変動を有する。
＜反射中継光学システム＞

図５は、システム１０の一例の模式図である。このシステム１０は、反射中継光学システム５０及び折り返しミラー光学システム９０を含む。折り返しミラー光学システム９０は、画像面ＩＰに配置されたウエハＷの表面ＷＳへ線画像８０を方向付けるために用いられる。反射中継光学システム５０は、軸外構造に配置された凹面ミラーの形態の第１の光学部品５２Ａ及び第２の光学部品５２Ｂを含む。また、中継光学システム５０は、折り返しミラーＦ１，Ｆ２、及びＦ３を含む。折り返しミラーＦ１，Ｆ２、及びＦ３は、第１の透過光２４Ｐの光路を折り返すように機能する。第１の透過光２４Ｐの光路は、対物面ＯＰで第１の絞り装置４０を通過する。折り返しミラーＦ２は、第２の絞り装置６０の背面に配置される。この結果、第１の透過光２４Ｐは、第２の絞り装置６０に入射する。中央部分２４Ｐ’のみが、折り返しミラーＦ２によって反射され、中継光学システム５０の残りの部分を通過する。このように、一例の中継光学システム５０は、反射光学部品で構成され、屈折光学部品を有さない。このような構成は、レーザ光源２０が、例えば、公称１０．６μｍのＣＯ_２レーザ波長などの赤外波長で動作する場合に望ましい。

この第２の透過光２４Ｐ’は、折り返しミラーＦ３によって反射され、第２の光学部品５２Ｂへ方向付けられる。第２の光学部品５２Ｂは、第２の透過光２４Ｐ’を折り返しミラー光学システム９０へ方向付ける。折り返しミラー光学システム９０は、少なくとも一つの折り返しミラーＦ４を含む。一例では、折り返しミラー光学システム９０は、平行でない対物面ＯＰ及び画像面ＩＰを補償するように構成され、これにより、線画像８０はウエハＷの表面ＷＳに適切に画像化される。
＜レーザアニーリングシステム＞

図６は、レーザアニーリングシステム１００の一例の模式図である。このレーザアニーリングシステム１００は、本明細書中に開示される線形成光学システム１０を含む。線形成光学システム１０の使用に適したレーザアニーリングシステムの例は、例えば、米国特許第７，６１２，３７２号、第７，５１４，３０５号、第７，４９４，９４２号、第７，３９９，９４５号、第７，１５４，０６６号、第６，７４７，２４５号、及び第６，３６６，３０８号に記載される。

図６のレーザアニーリングシステム１００は、光軸Ａ１に沿って、上述の線形成光学システム１０を含む。このレーザアニーリングシステム１００において、レーザ光源２０によって放射される初期レーザ光線２２（図１も参照）は、選択条件において吸収され、ウエハＷを加熱することのできる波長（例えば、ＣＯ_２レーザからの公称１０．６ミクロン）を有する。このような条件には、例えば、ウエハＷを加熱することや、あるいは、ウエハＷの半導体バンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する第２の放射線ビーム（図示せず）でウエハＷを照射することが含まれる。これにより、ウエハＷは、ウエハＷをアニーリング温度にまで加熱することができる程度に、初期光線２２を吸収できる。第２のレーザ光源によってウエハＷを照射してウエハＷに初期光線２２を吸収させる一例は、米国特許第７，０９８，１５５号、第７，１４８，１５９号、第７，４８２，２５４号に記載される。

ウエハＷは、上面１１２を有するチャック１１０によって支持される。一例では、チャック１１０は、ウエハＷを加熱するように構成される。続いてチャック１１０は、ステージ１２０に支持され、さらにステージ１２０は、プラテンに支持される（図示せず）。一実施形態では、チャック１１０はステージ１２０に組み込まれる。他の実施形態では、ステージ１２０は移動可能であり、例えば、平行移動可能及び回転可能である。一例では、チャック１１０は、例えば、数百度程度にウエハＷを予熱するために使用される。

ウエハＷは、ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄの形態でデバイス特徴部ＤＦを有する例によって示される。ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄは、ウエハＷに形成される回路（例えば、トランジスタ）１５６の一部として、ウエハＷの表面ＷＳ上、あるいは、表面ＷＳの近傍に形成される。説明の便宜上、回路１５６におけるソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄの相対的な寸法は、ウエハＷと比較して大幅に拡大されている。実際には、ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄは非常に浅く、基板に対して約１ミクロン以下の深さを有する。一例では、ウエハＷの表面ＷＳは、装置構造によって規定されるパターンを含む。装置構造は、装置製造プロセスの一部としてウエハＷに形成される。パターンは、上述した不都合なパターン効果を生じさせる。ウエハＷの表面ＷＳを照射する光の波長λがパターンのサイズδの約５０倍よりも小さいとき、不都合なパターン効果は、温度不均一性を招くおそれがある。

一実施形態では、レーザアニーリングシステム１００は、制御部１７０をさらに含む。制御部１７０は、システム１０及びステージ制御部１２２に電気的に接続されている。ステージ制御部１２２は、ステージ１２０に電気的に接続され、制御部１７０からの指令を介してステージ１２０の動きを制御するように構成される。制御部１７０は、一般的にはレーザアニーリングシステム１００の動作を、より具体的にはレーザ光源２０及びステージ制御部１２２の動作を制御するように構成され、接続されている。

一実施形態では、制御部１７０は、パーソナルコンピュータ、ワークステーションなどのコンピュータであってもよいし、そのようなコンピュータを含んでもよい。コンピュータは、例えば、テキサス州オースチンにあるデルコンピュータ株式会社などの多くの周知のコンピュータ企業のうちの何れかから入手することができる。制御部１７０は、多くの市販のマイクロプロセッサの何れか、プロセッサをハードディスクドライブなどのメモリ装置に接続する適切なバスアーキテクチャ、及び適切な入出力装置（例えば、それぞれキーボード及びディスプレイ）を含むことが好ましい。

引き続き図６を参照すると、上述のようにして生成された第２の透過光２４Ｐ’は、ウエハＷの表面ＷＳ上に導かれ、表面ＷＳ上に線画像８０を形成する。本明細書中では、「画像」との用語は、一般的に画像面ＩＰ及びそこに存在するウエハＷの表面ＷＳにおいて、第２の透過光線２４Ｐ’によって形成される光の分布を示すために用いられる。

一実施形態では、線画像８０は、矢印１８０で示すように、ウエハＷの表面ＷＳ上を走査される。これにより、ウエハＷの表面ＷＳ（約１００ミクロン以下の深さまで）が、ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄでドーパントを活性化するのに十分なアニーリング温度（例えば、非溶融プロセスでは１０００℃から１，３００℃の間、溶融プロセスでは約１，４００℃のシリコン溶融温度超）にまで局所的に高速加熱される。また、ウエハＷの表面ＷＳを高速冷却することもでき、その結果、ドーパントは実質的に拡散せず、これにより、ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄの浅さを維持することができる。ウエハＷの表面ＷＳの包括的なドーパント活性化は、レーザアニーリングシステム１００を用いて実行することもできる。ウエハＷの表面ＷＳ上における線画像８０の一般的な走査速度は、２５ｍｍ／秒から１０００ｍｍ／秒の範囲である。一例では、第２の透過光２４Ｐ’及びウエハＷの一方又は双方は、走査中に移動可能である。

システム１０は、比較的大きな出力密度を有する比較的長い線画像８０を形成することができるため、ウエハＷは、従前の線画像形成光学システムよりも大幅に高速で（例えば、３倍速く、あるいは、３倍のスループット改善用に３倍の長さの処理ラインを有するように）走査されることができる。これにより、レーザアニーリングシステム１００によって処理することのできる時間当たりのウエハ数を増加させることができる。
＜欠陥及びスパイクアニーリングシステム及び方法＞

本開示の局面は、欠陥アニーリングを実行するためのシステム及び方法、又は、本明細書中に開示されるシステム１０を使用した欠陥アニーリング及びスパイクアニーリングを含む。図７は、図６と同様の図であり、レーザアニーリングシステム１００の他の実施形態を開示する。レーザアニーリングシステム１００の他の実施形態は、本明細書中に開示される欠陥アニーリングを実行するためのＣＯ_２レーザ系線形成光学システムを含み、スパイクアニーリングを実行するために使用されるダイオード系線形成光学システム２００も含む。ダイオード系線形成光学システム２００は、制御部１７０に動作可能に接続され、波長λ_２の光線２２２を発するレーザダイオード光源２２０を含む。ダイオード系線形成光学システム２００は、線形成光学２２３も含む。線形成光学２２３は、光線２２２を受光し、光線２２４を形成するように配置される。光線２２４は、他の光軸Ａ２に沿って進む。他の光軸Ａ２は、ウエハＷの表面ＷＳに線画像２８０を形成する。一例では、波長λ_２は、例えば、３８０ｎｍ≦λ_２≦１０００ｎｍの可視及び近赤外の範囲にある。また他の例では、波長λ_２は、例えば、５００ｎｍ≦λ_２≦９００ｎｍの可視範囲のみにある。線形成光学２２３は、一つ以上の光学要素を含み得る。光学要素は、屈折性、反射性、回折性などを有し得る。一例では、線形成光学２２３は、アナモルフィックであり、さらなる例では、円筒形の光学システムであるか、あるいは、円筒形の光学システムを含む。一例では、線画像２８０は、その長さに対して±５％以内の強度均一性を有する。

一例では、線画像２８０は、図７に例示され、図８Ａの拡大図に示されるように、線画像８０と重なる。他の例では、図８Ｂに示すように、線画像２８０は、線画像８０内に内在する。他の例では、図８Ｃに示すように、線画像２８０の大部分が、ＣＯ_２レーザ系線形成光学システム１０によって形成される線画像８０内に内在し、また、線画像２８０のいくらかが、線画像８０の外側に位置する。一例では、線画像２８０は、線画像８０よりも実質的に狭く、さらなる例では、２５ミクロンから２５０ミクロンの範囲内、または、５０ミクロンから１５０ミクロンの範囲内の幅を有する。一例では、線画像２８０の幅は、線画像８０の幅の５％から２５％の間である。一例では、線画像８０及び線画像２８０は、概ね同じ長さを有する。一例では、その長さは、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内である。一例では、線画像８０の幅は約１ｍｍであり、線画像２８０の幅は５０ミクロンから１５０ミクロンの範囲内である。一例では、線画像８０及び２８０は、少なくとも部分的に重なる。

一例では、第２の透過光（伝達光）２４Ｐ’は、２０００Ｗから３０００Ｗの光学出力で、線画像８０を中継してウエハＷの表面ＷＳへ伝達される。上述したように、線画像８０は、最大約１ｍｍまでの幅を有し得る。図７の例では、第２の透過光（伝達光）２４Ｐ’及び線画像８０を使用して、ウエハＷの表面ＷＳ上で線画像８０を走査することによって欠陥アニーリングを実行する。これにより、ウエハＷの表面ＷＳの温度は、欠陥アニール温度Ｔ_Ｄに局所的に上昇する。一例では、欠陥アニーリング温度Ｔ_Ｄは１０５０℃である。実際には、欠陥アニーリング温度Ｔ_Ｄは、アニールの継続時間、すなわち、線画像８０の滞留時間に関連する。一般的に、より長い欠陥アニーリング時間には、より低い温度が要求される。一例では、欠陥アニーリング時間ｔ_Ｄは、対応する欠陥アニール温度Ｔ_Ｄで２ミリ秒から１５ミリ秒の範囲の時間を取り得る。一例では、ｔ_Ｄ＝２ミリ秒に対して、約１０００℃から１１５０℃の範囲の欠陥アニール温度となり、他の例では、ｔ_Ｄ＝１５ミリ秒に対して、７００℃から１０００℃の範囲の欠陥アニール温度となる。一例では、アニール温度Ｔ_Ｄは、６５０℃≦Ｔ_Ｄ≦１１００℃の範囲内となる。

ダイオード系線形成光学システム２００からの光線２２４及び線画像２８０は、ウエハＷのスパイクアニーリングを実行するために使用される。一例では、レーザダイオード光源２２０は、例えば、３００Ｗから５００Ｗの比較的小さな光学出力を生成する。なぜこのようなわずかなレーザ出力しか要求されないのかという点について、主に２つの理由が存在する。第１の理由は、欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール（又はドーパント活性化）温度Ｔ_Ａへの温度上昇が、例えば、セ氏数百度と小さいためである。第２の理由は、ダイオードレーザ可視波長λ_２の吸収長が、ＣＯ_２レーザ赤外波長λ_１の吸収長と比較して、一般的に１００倍短いためである。そのため、レーザスパイクアニーリングを実行するためにＣＯ_２レーザを用いる従来の方式と比較して、実質的により小さな光学出力を有するレーザを、レーザスパイクアニーリングに使用できる。従来の方式と比べて大幅に小さいダイオードレーザ出力が使用されているため、ウエハＷの端部に損傷を与えるリスクが大きく低減する。従来の方式では、光線２２４及び線画像２８０によって、２ｋＷから３ｋＷのダイオードレーザ出力が伝達される必要がある。本明細書中で開示されるシステム及び方法では、温度を欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール（又はドーパント活性化）温度Ｔ_Ａへ上昇させるために必要とされる熱量、並びに、線画像２８０の寸法及び走査速度に応じて、およそ２００ワットから５００ワットのダイオードレーザ出力が採用され得る。

一例では、線画像２８０は、走査方向において、５０ミクロンから１５０ミクロンまでの幅を有する。一例では、ダイオード系線形成光学システム２００は、例えば、上述の米国特許出願番号第１４／４９７，００６号に基づく光ファイバーである。

ダイオード系線形成光学システム２００は、後述するように、線画像２８０が線画像８０と少なくとも部分的に重なるように配置される。光線２２４及び線画像２８０によって供給される光学出力は、ウエハＷの表面ＷＳの温度を、欠陥アニール温度Ｔ_Ｄ（例えば、約１０５０℃の温度）からスパイクアニール（又はドーパント活性化）温度Ｔ_Ａへ局所的に上昇させるために使用される。スパイクアニール（又はドーパント活性化）温度Ｔ_Ａは、例えば、約１１５０℃から約１３５０℃である。

数百度程度のこのような温度上昇は、波長λ_２の光線２２４を使用して実行されるため、パターン効果によるパターン温度不均一性は、約２０％以下（例えば、約６０℃以下）である。この程度の量の不均一性は、従来技術に対して実質的な改善をもたらす。従来技術では、パターン効果による不均一性は、１６０℃程度に大きくなり得る。したがって、レーザアニーリングシステム１００、及びこのレーザアニーリングシステム１００を用いたアニーリング方法は、スパイクアニーリング中の温度不均一性を改善することができる。一例では、約２５％以上、例えば、約２５％から約４０％程度改善することができる。線画像２８０を用いたスパイクアニーリングでの一般的な滞留時間は、２００マイクロ秒から８００マイクロ秒の範囲となり得る。線画像２８０の幅は、走査速度（例えば、ステージの速度）を決定する。

上述のように、スパイクアニーリングの実施に可視波長λ_２を用いることのさらなる利点は、一例において、走査中にウエハＷの端部（側面）を照射する光線２２４が比較的低出力であるということである。これにより、ウエハＷに損傷を与えるおそれを大幅に減少させることができ、特に、ウエハ破壊のおそれを減少させることができる。

当業者には明白であるが、添付される特許請求の範囲で規定された本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。

Claims (23)

1. パターンを含む表面を有する半導体ウエハの欠陥アニール温度Ｔ_Ｄにおける欠陥アニーリングを実行する方法であって、
   ＣＯ_２レーザから、公称１０．６ミクロンの波長及び少なくとも第１の方向においてガウス分布を有する第１の強度プロファイルを有する光線を形成することと、
   前記第１の方向に前記光線の少なくとも５０％を通過させて第１の透過光を形成することと、
   中間焦点面に前記第１の透過光の焦点を合わせ、中央ピーク及び前記中央ピークと直接隣接する第１のサイドピークを有する第２の強度プロファイルを規定することと、
   前記第１のサイドピークのそれぞれの範囲内で前記第２の強度プロファイルを切り取って、２０００Ｗから３０００Ｗの間の光学出力、及び５ｍｍから１００ｍｍの範囲の第１の線長さに対して±５％以内の強度均一性を有する第１の線画像を前記半導体ウエハの表面に形成する第２の透過光を規定することと、
   前記第１の線画像を前記半導体ウエハの表面上で走査し、前記半導体ウエハの表面温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄまで局所的に上昇させることと
   を備える、方法。
2. 前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄは、６５０℃≦Ｔ_Ｄ≦１１００℃の範囲内にある、請求項１に記載の方法。
3. スパイクアニール温度Ｔ_Ａでスパイクアニーリングを実行することをさらに備え、
   スパイクアニーリングは、
   可視波長を有する第２の光線を使用して前記半導体ウエハの表面に、前記第１の線画像と少なくとも部分的に重なる第２の線画像を形成することと、
   前記第２の線画像を走査して、前記半導体ウエハの表面の温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール温度Ｔ_Ａに局所的に上昇させること
   によって実行される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａは、１１５０℃≦Ｔ_Ａ≦１３５０℃の範囲内にある、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の線画像は、第１の幅を有し、前記第２の線画像は、前記第１の幅の５％から２５％の第２の幅を有する、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記第１の幅は、２５ミクロンから１ｍｍの範囲内にある、請求項５に記載の方法。
7. レーザダイオード光源と、前記レーザダイオード光源に対して動作可能に配置された線形成光学とを使用して前記第２の光線を形成することをさらに備える、請求項３から６の何れか１項に記載の方法。
8. 前記可視波長は５００ｎｍから１０００ｎｍである、請求項３から７の何れか１項に記載の方法。
9. 前記第２の線画像は、５ｍｍから１００ｍｍの範囲にある第２の線長さ、及び、±５％以内の強度均一性を有する、請求項３から８の何れか１項に記載の方法。
10. 前記半導体ウエハの表面の温度は、パターン効果に起因した前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａの変動を有し、前記変動は、６０℃未満である、請求項３から９の何れか１項に記載の方法。
11. パターンを伴う表面を有する半導体ウエハの欠陥アニーリングを実行するためのシステムであって、
    ＣＯ_２レーザ源と、光線調整光学システムと、第１の絞り装置と、中継光学システムと、チャックと、可動ウエハ台とを備え、
    前記ＣＯ_２レーザ源は、公称１０．６ミクロンの波長を有する初期光線を発し、
    前記光線調整光学システムは、前記初期光線を受光し、前記初期光線から、少なくとも第１の方向においてガウス分布を有する第１の強度プロファイルを有する調整光線を形成し、
    前記第１の絞り装置は、対物面に動作可能に配置され、前記調整光線の少なくとも５０％を構成する第１の透過光を規定するために、前記第１の方向における前記第１の強度プロファイルを切り取る第１のスリット開口部を規定し、
    前記中継光学システムは、前記対物面を規定するとともに、中間焦点面も規定し、前記中間焦点面には、第２の絞り装置が動作可能に配置され、前記中間焦点面において、中央ピーク及び前記中央ピークに直接隣接する第１のサイドピークを有する第２の強度プロファイルを規定し、
    前記第２の絞り装置は、前記第１の方向において、前記第１のサイドピークのそれぞれの範囲内で前記第２の強度プロファイルを切り取って、第２の透過光を規定するように構成され、
    前記中継光学システムは、前記半導体ウエハの表面において、前記第２の透過光から第１の線画像を形成し、
    前記第１の線画像は、２０００Ｗから３０００Ｗの光学出力を含み、５ｍｍから１００ｍｍの範囲の第１の線長さを有し、かつ、±５％以内の強度均一性を有し、
    前記チャックは、前記半導体ウエハに動作可能に支持され、
    前記可動ウエハ台は、前記チャックを動作可能に支持し、前記チャック及び前記チャックの上に支持される前記半導体ウエハを動かすように構成され、これにより、前記第１の線画像は、前記半導体ウエハの表面を走査し、前記半導体ウエハの表面温度を欠陥アニール温度Ｔ_Ｄにまで局所的に上昇させる
    システム。
12. 前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄは、６５０℃から１１００℃の範囲内にある、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記チャックは加熱され、前記半導体ウエハを予熱できるようにする、請求項１１または１２に記載のシステム。
14. 可視光線を発生させるダイオード系線形成光学システムをさらに備え、
    前記可視光線は、前記半導体ウエハの表面において第２の線画像を形成し、前記第２の線画像は、前記第１の線画像と少なくとも部分的に重なって前記第１の線画像とともに走査し、前記半導体ウエハの表面温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール温度Ｔ_Ａに局所的に上昇させ、前記第２の線画像は、±５％以内の強度変動を有する、
    請求項１１から１３の何れか１項に記載のシステム。
15. 前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａは、１１５０℃から１３５０℃の範囲内にある、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記第１及び第２の線画像は、第１の幅及び第２の幅をそれぞれ有し、前記第２の幅は、前記第１の幅の５％から２５％の範囲内にある、請求項１４または１５に記載のシステム。
17. 前記第１のサイドピークのそれぞれは、最大値ＭＸ並びに第１及び第２の最小値ｍ１及びｍ２によって規定され、前記第２の絞り装置は、第１のサイドピークのそれぞれにおける前記最大値ＭＸと前記第２の最小値ｍ２との間の前記第２の強度プロファイルを切り取るように構成される、請求項１１から１６の何れか１項に記載のシステム。
18. 前記中継光学システムは、前記第１の方向において実質的に１倍倍率を有する、請求項１１から１７の何れか１項に記載のシステム。
19. 前記中継光学システムは、前記第１の方向においてのみ光学出力を有する円筒形状の光学システムである、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記中継光学システムは、反射光学部品のみで構成される、請求項１１から１９の何れか１項に記載のシステム。
21. 前記第１の絞り装置は、前記対物面に動作可能に配置された一対のブレードを含む、請求項１１から２０の何れか１項に記載のシステム。
22. 前記第２の絞り装置は、前記中間焦点面に動作可能に配置された一対のブレードを含む、請求項１１から２１の何れか１項に記載のシステム。
23. 前記ダイオード系線形成光学システムは、レーザダイオード光源と、前記レーザダイオード光源に対して配置された線形成光学とを含む、請求項１４から１６の何れか１項に記載のシステム。
    
    
    

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