JP2016178305A - レーザアニーリング用のパルスレーザ光線プロファイルの不均一性を減少させるためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光軸に沿って初期パルスレーザ光線を方向付ける工程と、光軸に対する時間変動角偏向を各光パルスに与える工程とを備える。これにより、新しいレーザ光線を形成し、各光パルスは、レーザ光線における微小スケール強度変化を減少させるのに十分な空間偏向δの量で偏向される。その後、この新しいレーザ光線は、線画像を形成するために使用される。線画像は、初期レーザ光線を用いて線画像を形成した場合と比較して、より良好な強度均一性を有する。
【選択図】なし
Description
図2は、本開示によるレーザアニーリングシステム10の一例の模式図である。レーザアニーリングシステム10は、説明の便宜上、折り返されていない状態で、すなわち、単一の光軸A1を有するものとして図示されている。実際には、後述するように、レーザアニーリングシステム10は、適切な光線配置を提供しつつ、レーザアニーリングシステム10をコンパクトにするために一般的に折り返されている。例えば、ブルースター角(偏光角)の入射角またはブルースター角に近い入射角で線画像を形成し、反射を最小にすることが望ましい。
図3Aは、レーザアニーリングシステム10の別の例を示す、より詳細な模式図である。このシステムにおいて、光軸A1は、複数の異なる折り返しミラー74を使用して、折り返されている。図3Aでは、光線方向変更素子30が、光線調整システム40としての光線均質器の下流に位置する例も示す。図3Bおよび図3Cは、図3Aと同様の図であるが、光線方向変更素子30がミラー系である例を示す。
図5Aから図5Cは、タイミングプロットである。このタイミングプロットは、AOD光線方向変更素子30の動作に対する光パルス22Pのタイミングを示す。図5Aは、時間tの関数としての光パルス強度IPのプロット図である。図5B及び図5Cは、時間tに対するVCO入力電圧VCOまたは偏向角Δθa(任意単位)のプロット図である。所定パルスの継続時間(すなわち、時間パルス幅)τの範囲内で、VCO入力電圧VCOが変化するに従って、偏向角Δθaが変化することに留意すべきである。このような光パルス22P中の偏向角Δθaの変化は、光線がAOD光線方向変更素子30を通過するときの初期レーザ光線22の時間変動偏向を表す。パルス継続中のこのわずかな偏向は、時間変動偏向角Δθaに基づく(光軸A1に対して測定される)空間偏向δの量を通して、初期レーザ光線22を平滑化するように作用する。このような不鮮明(スミアリング)作用は、初期レーザ光線22の強度プロファイルの微小スケール強度変化を取り除くように機能する。このような機能がなければ、強度プロファイルの微小スケール強度変化は、結果として線画像80に強度不均一性を与えるであろう。
図6は、RF変調帯域Δfa(MHz)に対する推定(最大)パルス偏向角ΔθP(mrad)のプロット図であり、反復率fa_repが10kHz及び20kHzという2つの例示的な数値に関する単一の光パルス22P中の偏向を示す。この例では、TeO2せん断波AODが使用される。TeO2せん断波AODは、Va=617m/sの音速を有する。計算に用いられる他のパラメータは、λ=0.53μmおよびτ=100nsである。既定のパルスについてのパルス偏向角ΔθPは、ミリラジアン(mrad)にも満たない最大偏向角Δθaを有する時間の関数である(すなわち、時間変動する)。
上述したようなレーザアニーリングシステム10において光線方向変更素子30を用いることによって与えられる微小スケール光線強度不均一性は、数学用語で説明可能である。以下の数学的説明は、強度における単一の変調周波数、すなわち、単一の空間変化を利用する。実際には、強度プロファイルには、変調周波数の範囲がある。しかし、微小スケール強度変化の減少の背景となる基本原理は、この単純化された方法を用いて理解することができる。
上述の説明では、一次元(1D)変調が想定されている。実際には、x次元及びy次元の両方において微小スケール強度変化(変調)が発生し得る。一例のレーザアニーリングシステム10では、2つの別個の光線方向変更素子30を使用することができる。この光線方向変更素子30は、光線シフトδ(すなわち、δx及びδy)が互いに直交するように構成される。この方法によると、レーザアニーリングシステム10の費用及び複雑さが増大し、レーザ光線の電力損失も増加し得る。AOD光線方向変更素子30の場合には、効率は、通常約80%となる。光路中にこのような2つのAOD光線方向変更素子30が配置されると、電力損失は、20%から36%に増加する。
Claims (26)
- 半導体基板のレーザアニーリングを実行するために使用される線画像を形成するときに、微小スケール強度変化を減少させる方法であって、
a)光軸に沿って、波長λを有するとともに10ナノ秒から10マイクロ秒の範囲内の時間パルス長τを有する光パルスを含むレーザ光線を方向付ける工程と、
b)前記光軸に対する変動角偏向を各光パルスに与え、レーザ光線における微小スケール強度変化を、角偏向なしの場合と比較して、少なくとも1.5倍の二乗平均平方根(RMS)で減少させるのに十分な空間偏向δの量で各光パルスを偏向させる工程と、
c)前記b)工程において形成された前記レーザ光線を使用して、前記線画像を形成する工程と
を備え、
前記b)の工程において、δ≦100ミクロンである、方法。 - 変動角偏向を与える前記b)の工程は、前記レーザ光線を通過させること、あるいは前記レーザ光線を光線方向変更素子で反射させることの何れかを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記光線方向変更素子は、音響光学変調器または電気光学変調器を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記微小スケール強度変化は、λ/4≦pS≦40λの範囲内の変調周期pSを有し、δ≧pSである、請求項1から3の何れか1項に記載の方法。
- 前記微小スケール強度変化は、λ/2≦pS≦20λの範囲内の変調周期pSを有する、請求項4に記載の方法。
- 変動角偏向を前記レーザ光線の前記光パルスに与える前または後に、前記レーザ光線の光線調整を実行することをさらに備える、請求項1から5の何れか1項に記載の方法。
- 前記線画像の形成は、偏向レーザ光線を中継光学システムに通すことを含む、請求項1から6の何れか1項に記載の方法。
- 前記微小スケール強度変化は、直交する2つの方向において起こり、前記b)の工程は、光線方向変更素子を用いて実行され、前記光線方向変更素子は、前記光軸に対して角度を有して方向付けられており、これにより、前記微小スケール強度変化は、前記直交する2つの方向において減少する、請求項1から7の何れか1項に記載の方法。
- レーザ光線によって形成される線画像で半導体基板の表面をアニーリングするためのレーザアニーリングシステムであって、
レーザシステム、光線方向変更素子、中継光学システム、および制御部を備え、
前記レーザシステムは、光パルスを有するレーザ光線を出射し、各光パルスは、波長λ及び時間幅τを有し、前記レーザ光線は、λ/4から40λの範囲内の変調周期pSを有する微小スケール強度変化の第1の量を有する強度プロファイルを含み、
前記光線方向変更素子は、前記光パルスを受光するように配置され、各光パルスに対して、前記レーザ光線の空間偏向の時間変動量δを発生させ、ここで、pS≦δ≦100μmであり、これにより、前記微小スケール強度変化の第1の量よりも小さい微小スケール強度変化の第2の量を有する偏向光線を形成し、
前記中継光学システムは、前記偏向された光線を受光し、半導体基板の表面が存在する画像面において、前記偏向された光線から線画像を形成するように構成され、
前記制御部は、前記光線方向変更素子及び前記レーザシステムに動作可能に接続され、前記制御部は、前記レーザシステムからの前記光パルスの出射を、前記光線方向変更素子の動作と同期させるように構成され、各光パルスについて、前記空間偏向の時間変動量δを実現させる、
レーザアニーリングシステム。 - 前記光線方向変更素子は、音響光学偏向器または電気光学偏向器を含む、請求項9に記載のレーザアニーリングシステム。
- 前記微小スケール強度変化の第1の量は、λ/2≦pS≦20λの範囲内の変調周期pSを有する、請求項9または10に記載のレーザアニーリングシステム。
- 前記中継光学システムは、1:1の倍率を有する、請求項9から11の何れか1項に記載のレーザアニーリングシステム。
- λ=532nmである、請求項9から12の何れか1項に記載のレーザアニーリングシステム。
- ナイフエッジ開口部をさらに備え、前記偏向された光線は、前記ナイフエッジ開口部を通過し、前記ナイフエッジ開口部は、前記線画像の長さを規定する、請求項9から13の何れか1項に記載のレーザアニーリングシステム。
- 前記微小スケール強度変化の第2の量は、前記微小スケール強度変化の第1の量よりも少なくとも1.5倍二乗平均平方根(RMS)だけ小さい、請求項9から14の何れか1項に記載のレーザアニーリングシステム。
- 半導体ウエハのレーザアニーリングに使用されるレーザ光線における微小スケール強度変化を減少させる方法であって、
レーザ光源から、波長λを有するとともに光パルスを含むレーザ光線を生成する工程と、
各光パルスに時間変動空間偏向δを与えて、光線方向変更素子に各光パルスを通過させることによって、偏向光線を形成する工程と、
画像面に、前記偏向光線から線画像を形成する工程と
を備え、
前記レーザ光線を生成する工程において、前記レーザ光線は、λ/4から40λの範囲内の変調周期pSを有する微小スケール強度変化量を有し、
前記偏向光線を形成する工程において、前記光線方向変更素子は、前記レーザ光源に同調して活性化され、ここで、pS≦δである、方法。 - δ≦100μmである、請求項16に記載の方法。
- 前記線画像を形成する工程は、中継光学システムで前記画像面上にナイフエッジ開口部を画像化させながら、前記偏向光線をナイフエッジ開口部に通過させることを含む、請求項16または17に記載の方法。
- 前記微小スケール強度変化は二乗平均平方根(RMS)値を有し、前記ナイフエッジ開口部において測定された、前記偏向光線における微小スケール強度変化のRMS値は、非偏向のレーザ光線の前記ナイフエッジ開口部で測定されたRMS値と比較して、少なくとも1.5倍から5倍の範囲内で減少する、請求項18に記載の方法。
- 前記光パルスは、frepの反復率を有し、時間変動空間偏向δを与える工程は、反復率fa_repで前記光線方向変更素子を駆動することを含み、前記反復率fa_repは、前記光パルスの前記反復率と等しいか、あるいは、前記光パルスの前記反復率の高周波である、請求項16から19の何れか1項に記載の方法。
- 前記光線方向変更素子は、音響学系か、あるいは電気光学系である、請求項16から20の何れか1項に記載の方法。
- 線画像で半導体ウエハのレーザアニーリングを実行するときに、微小スケール強度変化を減少させる方法であって、
光軸に沿って、光パルスおよび第1の微小スケール強度変化を有する第1のレーザ光線を方向付ける工程と、
前記光軸に対する時間変動角偏向を、前記第1のレーザ光線における各光パルスに与え、これにより、空間偏向量δで各光パルスを偏向させて、前記第1の微小スケール強度変化よりも小さい第2の微小スケール強度変化を有する第2のレーザ光線を形成する工程と、
前記第2のレーザ光線を使用して前記線画像を形成する工程と
を備える方法。 - 前記微小スケール強度変化は、二乗平均平方根(RMS)値を有し、前記第2のレーザ光線における微小スケール強度変化のRMS値は、前記第1のレーザ光線と比較して、少なくとも1.5倍から5倍の範囲内で減少する、請求項22に記載の方法。
- 前記第1の微小スケール強度変化は、変調周期pSを有し、pS≦δである、請求項22または23に記載の方法。
- 前記第1のレーザ光線は、波長λを有し、λ/4≦pS≦40λである、請求項24に記載の方法。
- δ≦100μmである、請求項22から25の何れか1項に記載の方法。
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