JP5571642B2 - 時間平均化ライン像を形成するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は一般にライン像の使用に関し、特に、強度均一性が比較的高い時間平均化ライン像を形成するシステム及び方法に関する。

強度が比較的均一なライン像の利用を必要とする様々な分野が存在する。その一例がレーザ熱処理（ＬＴＰ）である。この技術分野では、ＬＴＰはレーザスパイクアニール（ＬＳＡ）または単に「レーザアニール」と呼ばれることもある。レーザアニールは、トランジスタ等の能動型の超小型回路を形成する際、半導体ウエハに形成される装置（構造）の所定領域で不純物を活性化する場合など、半導体製造の様々な用途に利用されている。

レーザアニールの一形態では、レーザ光線で走査されるライン像が利用され、半導体構造（例えば、ソース領域およびドレイン領域）の不純物の活性化には十分であるが、実質的な不純物の拡散防止には短い時間、半導体ウエハの表面を所定温度（アニール温度）まで加熱する。半導体ウエハの表面がアニール温度になる時間は、ライン像の出力密度、ならびに、ライン像を走査する速度（走査速度）でライン像の幅を除算した結果によって決定される。

民生レーザアニールシステムで高ウエハスループットを実現するためには、ライン像は、できるだけ長く、高い出力密度を有する必要がある。利用可能なライン像寸法の一例としては、長さ（走査方向と交差する方向の寸法）が５ｍｍから１００ｍｍであり、幅（走査方向の寸法）が２５ミクロンから５００ミクロンである。また、均一なアニールを実現するためには、ライン像長に沿った強度プロファイルができるだけ均一であることが必要であり、走査プロセス中にライン像幅に沿った非均一性を平均化することが必要である。

典型的な半導体プロセス要件として必要となるアニール温度は、１０００℃から１３００℃である。そして、このときの温度均一性はプラス／マイナス３℃である。このような温度均一性を実現するためには、アニール光線により形成されるライン像が、走査方向と交差する方向において、ほとんどの状況で変動がプラス／マイナス５％未満となる比較的均一な強度を有する必要がある。

ＣＯ_２レーザ装置はレーザアニールの用途に好ましい光源である。ＣＯ_２レーザの波長（通常１０．６ミクロン）が半導体ウエハ上のほとんどの装置構成の大きさよりもはるかに長いからである。装置構成の大きさと同様の波長を利用した場合、露光時にパターン関連の変動が発生し得るので、装置構成よりも長い波長は重要である。したがって、半導体ウエハが１０．６ミクロンの波長光で照射される場合、装置構成から散乱する光は最小限となり、その結果、露光がより均一となる。さらに、ＣＯ_２レーザ装置は、比較的強度の高い光線を照射する。しかし、ＣＯ_２レーザ装置のコヒーレント長は、比較的長く、典型的には数メートルである。これにより、バイナリ光学アプローチを使用して、ケーラー照明の法則に基づき、必要な強度均一性（１０％未満、即ち、プラス／マイナス５％の強度均一性）のライン像を生成することが不可能となる。

米国特許第７，５１４，３０５号明細書 米国特許第７，４９４，９４２号明細書 米国特許第７，３９９，９４５号明細書 米国特許第６，３６６，３０８号明細書 米国特許第７，６１２，３７２号明細書 米国特許第７，１５４，０６６号明細書 米国特許第６，７４７，２４５号明細書 米国特許第７，０９８，１５５号明細書 米国特許第７，１４８，１５９号明細書 米国特許第７，４８２，２５４号明細書

本発明の一態様は、一次レーザ光線を供給するように構成される一次レーザシステムを備えるライン像形成光学システムである。また、ライン像形成光学システムは、像平面を有し、一次レーザ光線を受光し、そこからライン像を像平面に形成するように構成される光線調節光学系を備える。ライン像は、長軸を有し、長軸に沿って第１量の強度不均一性を有する。また、ライン像形成光学システムは、ａ）二次レーザ光線を生成する二次レーザシステム、ｂ）一次レーザ光線の一部から二次レーザ光線を供給するように構成されるビームスプリット光学系のいずれかを備える。ライン像形成光学システムは、二次レーザ光線を受光し、そこからライン像と少なくとも部分的に重なる二次像を像平面に形成するように構成される走査光学系をさらに備える。走査光学系は、ライン像の少なくとも一部に対して二次像を走査し、第１量未満の第２量の強度不均一性を有する時間平均化修正ライン像を形成する。
このライン像形成光学システムは、二次レーザシステムおよび走査光学系に動作可能に接続されるコントローラをさらに備えることが好ましい。コントローラは、ａ）二次レーザ光線の所定量の強度およびｂ）ライン像に対する二次像の走査速度の少なくとも一方を制御するように構成される。
このライン像形成光学システムでは、二次像の強度は、実質的に固定であることが好ましく、走査速度は、長軸に沿った位置に応じて変化することが好ましい。
このライン像形成光学システムでは、走査速度は実質的に一定であることが好ましく、二次像の強度は、長軸に沿った位置に応じて変化することが好ましい。
このライン像形成光学システムは、加工対象物および放熱検出システムをさらに備えることが好ましい。加工対象物は、像平面に実質的に配置される表面を有する。放熱検出システムは、加工対象物の表面に形成されるライン像の放出像を取り込み、放出像を代表する電気信号を生成するように配置される。さらに、コントローラは、電気信号を受信して処理し、ａ）実質的に一定の強度および選択的に変更される走査速度、ｂ）選択的に変更される強度および実質的に一定の走査速度の少なくとも一方を有する二次像を走査する走査プロファイルを形成するように構成される。
このライン像形成光学システムでは、コントローラが電気信号のローパスフィルタリングを実行するように構成されている。
このライン像形成光学システムでは、加工対象物は半導体ウエハを備えることが好ましい。
このライン像形成光学システムは、可調減衰器をさらに備えることが好ましい。可調減衰器は、二次レーザ光線を通過させるように配置され、コントローラに動作可能に接続されて選択的に変更される強度を提供する。
このライン像形成光学システムでは、一次および二次レーザ光線の波長は実質的に同一であることが好ましい。
このライン像形成光学システムでは、一次および二次レーザシステムの少なくとも一方はＣＯ_２レーザ装置を有することが好ましい。
このライン像形成光学システムは、表面を有する半導体ウエハのレーザアニールを実行するライン像形成光学システムであることが好ましい。このライン像形成光学システムでは、ライン像が半導体ウエハの表面においてウエハ走査経路を走査される。ライン像は滞留時間ｔ_ｄを有する。二次像は、滞留時間ｔ_ｄより短いか実質的に同一の走査時間ｔ_ｓを有する。

本発明の第２態様は、像平面に強度均一性が改善されたライン像を形成する方法に関する。この方法は、長軸方向に第１量の強度不均一性を有するライン像を像平面に形成することを備える。また、この方法は、ライン像と少なくとも部分的に重なる二次像を形成することを備える。さらに、この方法は、走査プロファイルに従って、ライン像の少なくとも一部に二次像を長軸方向に走査して、第１量未満の第２量の強度不均一性を長軸方向に有する時間平均化修正ライン像を形成することを備える。
この方法は、ａ）実質的に一定の強度および選択的に変更される走査速度、ｂ）選択的に変更される強度および実質的に一定の走査速度、ならびにｃ）選択的に変更される強度および選択的に変更される走査速度のいずれか一つを含むように走査プロファイルを定義することをさらに備えることが好ましい。
この方法は、ａ）二次像を形成する二次レーザ光線を選択的に減衰すること、およびｂ）二次像を形成する二次レーザ光線の形成に使用される二次レーザシステムを調節することの少なくとも一方によって二次像の強度を制御することをさらに備える。
この方法は、波長が実質的に同一の光線でライン像および二次像を形成することをさらに備えることが好ましい。
この方法は、同一または異なるＣＯ_２レーザ装置を使用してライン像および二次像を形成することをさらに備えることが好ましい。
この方法は、複数の半導体構造を含む半導体ウエハの表面に対して時間平均化修正ライン像を走査し、半導体構造を熱アニールすることをさらに備えることが好ましい。
この方法では、時間平均化修正ライン像は滞留時間ｔ_ｄを有することが好ましい。また、二次像は、滞留時間ｔ_ｄより短いか実質的に同一の走査時間ｔ_ｓを有することが好ましい。
この方法は、隣接する複数の走査経路部を有するウエハ走査経路に時間平均化修正ライン像を走査することをさらに備えることが好ましい。
この方法は、隣接する走査経路部に対して時間平均化修正ライン像が５から１０％重なるようにウエハ走査経路を構成することをさらに備えることが好ましい。
この方法は、ライン像の強度プロファイルを決定することと、強度プロファイルに基づいて走査プロファイルを算出することをさらに備えることが好ましい。
この方法は、加工対象物上にライン像を形成することと、加工対象物からの複数の放出像を計測することにより強度プロファイルを計測することをさらに備えることが好ましい。

本発明のさらなる特徴および利点は、下記の詳細な説明（発明を実施するための形態）に明記されている。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、下記の詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識される。

上記の背景技術に関する記載および下記の本発明の詳細な説明に関する記載は、特許請求の範囲に記載されているように、本発明の本質およ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、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の様々な実施形態を図示するものであり、本明細書の記載とともに、本発明の原則および実施を説明する一助となる。

一次レーザシステムと二次レーザシステムを使用する本発明に係るライン像形成光学システムの一例の一般概略図である。 図１Ａと同様であり、一次レーザ光線の一部を方向転換させることにより二次レーザ光線を形成する実施形態の一例を示す図である。 理想的なライン像の概略図である。 短軸（走査）方向に沿って抽出された、図２の理想的なライン像に関する距離（ｍｍ）に対する正規化強度の理想的なプロットであり、理想的な強度プロファイルの一例を四角形（実線）とガウス分布（破線）で示す図である。 長軸（走査方向と交差する）方向に沿って抽出された、図２の理想的なライン像に関する距離（ｍｍ）に対する正規化強度の理想的なプロットであり、理想的な強度プロファイルの一例を四角形（実線）とガウス分布（破線）で示す図である。 図２と同様であるが、ライン像（一次像）よりも小さく、ライン像と重なる二次像を示し、二次像が走査プロファイルに従って一次像の長軸方向に沿って走査されることを示す図である。 従来技術の強度輪郭プロットであり、従前のライン像形成光学システムにより形成されるライン像の一例で照射された半導体ウエハの放熱を計測して得られるプロットである。 図５の従来技術の強度輪郭プロットに関する短軸方向における距離に対する強度のプロットである。 図５の従来技術の強度輪郭プロットに関する長軸方向における距離に対する強度のプロットである。 長手方向において強度不均一性が比較的高いライン像の一例の強度輪郭プロットであり、ライン像の長軸に沿って走査される二次像の一例を示す図である。 図７Ａのライン像の長軸方向における距離に対する強度のプロットであり、ライン像の長軸に沿って走査される二次像および走査プロファイルに従って変化する二次像の強度（破線）を示す図である。 ライン像の長軸方向における距離に対する強度のプロットであり、走査プロファイルに従って二次像を長軸方向に沿って走査することにより形成される時間平均化修正ライン像の強度プロファイルを示す図である。 図８Ａの修正ライン像に対応する強度輪郭プロットであり、図７の強度輪郭プロットと比較すると、時間平均化修正ライン像が従前の形成されたライン像よりも高い強度均一性を長軸方向に有することを示す図である。 長軸方向における距離（ｍｍ）に対する強度（カウント数）のプロットであり、ライン像の長軸に沿った強度プロファイルの傾きの一例を示す図である。 図９と同様に、パターン化されたシリコンウエハ上に形成されるライン像の放熱像を測定したプロットであり、ウエハパターンから散乱する光に起因する高い空間周波数特性を示す図である。 図９と同様に、パターン化されたシリコンウエハ上に形成されたライン像の放熱像を測定したプロットであり、ウエハパターンから散乱する光に起因する高い空間周波数特性を示す図である。 図１０Ａ及び図１０Ｂと同様であり、ウエハパターンによる散乱光に起因する高い周波数変調を取り除くために、放出像をローパスフィルタでフィルタリングしたことを示す図である。 本発明のライン像形成光学システムを備え、強度均一性が比較的高い走査修正ライン像を形成して半導体ウエハを熱アニールするレーザアニールシステムの一例の概略図である。 半導体ウエハの部分平面図であり、ウエハ表面に対する走査修正ライン像のウエハ走査経路の一例を示しており、ウエハ走査経路が直線状走査経路部を有し、隣接する直線状走査経路部がステップ距離ＤＳだけ離間し、隣接する直線状走査経路部の修正ライン像の縁が部分的に重なることを示す図である。 レーザアニール実行時におけるウエハ走査経路の隣接する走査経路部の従前のライン像（実線および破線）に関するライン像強度と対応するライン像の概略図であり、ライン像が長軸に沿って実質的に均一ではなく、隣接する走査経路部によってライン像が重ならない場合、どのように強度ギャップが形成されるかを示す図である。 図１３Ａと同様の図であり、従前の形成されたライン像に関し、隣接する走査経路部のライン像が長軸方向に５０％重なることを示す図である。 図１３Ｂと同様の図であるが、ウエハ走査経路の隣接する走査経路部の修正ライン像に関する強度プロファイル及びライン像を示し、必要な重なり量が図１３Ｂの従前に形成されたライン像よりもはるかに少ないことを示す図である。

ここで、本発明の実施形態を詳細に参照する。なお、添付の図面に実施形態の一例を図示する。図中、同一または同様の部分を参照する為、可能な限り同一または同様の参照番号および符号を使用する。

なお、ここで使用する「ライン像」とは、一般的に、像平面で光線により形成される光の細長い強度分布を示しており、古典的な意味で関連する「物体」を必ずしも必要としない。例えば、上述の光線を像平面でライン状に収束させる光線調節光学系を使用し、ライン像を形成することができる。

また、「時間平均化ライン像」は、強度が所定時間計測され、その時間で平均化されるライン像として定義される。

（ライン像形成光学システム）
図１Ａは、本発明に係るライン像形成光学システム（以下「システム」と称す）１０の一例の一般概略図である。参照の為、直交座標系をここに併記する。システム１０は、一次レーザシステム２００を備える。一次レーザシステム２００は、Ｚ方向に延びる光学軸Ａ１に沿って初期の一次レーザ光線２２を放射する。一次レーザシステム２０の下流には、光線調節光学系３０が光学軸Ａ１に沿って配置されている。光線調節光学系３０は、初期の一次レーザ光線２２を受光し、そこからライン像形成光線３２（以下「一次光線」と称する場合もある）を形成するように構成されている。ライン像形成光線３２は、ＸＹ平面に位置する像平面ＩＰ上にライン像３６（以下「一次像」と称する場合もある）を形成する。

図２は、像平面ＩＰ上に形成される理想的なライン像３６の概略図である。理想的なライン像３６は、「短軸」幅Ｗ_１Ｘおよび「長軸」長さＬ_１Ｙを有する。また、図２の理想的なライン像３６は、ライン像３６の理想的な「フラットトップな」強度輪郭プロットを示す。

図３Ａおよび図３Ｂは、０．０２５ｍｍ以下の幅Ｗ_１Ｘおよび１０ｍｍ以下の長軸長さＬ_１Ｙを有する理想的なライン像３６に関する、距離（ｍｍ）に対する正規化強度の理想的なプロットである。図２については、正規化強度１における鋭利に画定した単一の強度輪郭を有する理想的な強度輪郭プロットとして考えることができる。

なお、再び図３Ａを参照すると、短軸に沿って単一の最大値を有する（例えばガウス型または近ガウス型の）滑らかなプロファイル（破線状の曲線）についても、理想的なライン像３６に適した短軸強度プロファイルとなっている。

図１Ａを再び参照すると、光線調節光学系３０は、複数のレンズ、複数のミラー、複数の孔、複数のフィルタ、複数の能動光学要素（例えば、可変減衰器等）、これらの組み合わせを備えてもよい。光線調節光学系３０の一例は、米国特許第７，５１４，３０５号明細書、第７，４９４，９４２号明細書、第７，３９９，９４５号明細書、第６，３６６，３０８号明細書、米国特許出願第１２／８００，２０３号に開示されており、これらを本願に援用する。

一例では、表面４４を有する平面状の加工対象物４０が像平面ＩＰに配置される。つまり、表面４４が実質的に像平面ＩＰに位置する。一例では、加工対象物４０は半導体ウエハを有する。

ここまでのシステム１０の記載では、従前のライン像形成光学系について述べている。しかし、引き続き図１Ａを参照すると、本発明に係るシステム１０は、二次レーザシステム５０も備える。二次レーザシステム５０は、Ｚ方向に延びると共に光学軸Ａ１に平行な光学軸Ａ２に沿って初期の二次レーザ光線５２を照射する。また、システム１０は、光学軸Ａ２に沿って二次レーザシステム５０の下流に配置される走査光学系６０を備える。実施形態の一例では、二次レーザシステム５０と走査光学系６０との間に可変減衰器５６が配置されている。

システム１０は、さらにコントローラ７０を備える。後述するが、コントローラ７０は、二次レーザシステム５０、随意の可変減衰器５６、走査光学系６０に動作可能に接続され、電気制御信号Ｓ５０，Ｓ５６（随意）、Ｓ６０により、システム１０の一部としてのこれら２つのシステム５０，６０と、随意の可変減衰器５６とを連携させるように構成されている。

走査光学系６０は、初期の二次レーザ光線５２を受光し、そこから像平面ＩＰに二次像６６を形成する走査レーザ光線６２（「二次光線」とも称す）を形成するように構成されている。図４を参照すると、走査光学系６０は、走査プロファイルに基づいて、少なくともライン像３６の一部に対して二次像６６を走査するように構成されている。Ｙ方向の矢印６８で示されるように、走査プロファイルは、長軸方向（即ち、Ｙ方向）に一次像３６を走査する。一般に、二次像６６は、一次像３６よりも小さく（即ち、より小さな領域を有し）、二次像６６が固定される場合、少なくとも部分的に一次像３６と重なる。図４に示される一例では、二次像６６はライン像３６と完全に重なる。即ち、二次像６６はライン像３６の範囲内にある。「部分的に重なる」二次像６６は、ライン像３６の境界を越える場合もある。したがって、図４に示されるように二次像６６が完全にライン像３６と重なる状況を意味する場合もあるが、二次像６６はライン像３６と「少なくとも部分的に重なる」ということになる。結果的に、ここで理解され使用される二次像６６とライン像３６との「完全な重なり」という表現は、二次像６６がライン像３６を完全に覆う状況を意味しない。場合によっては、二次像６６は、ライン像３６と完全に重なり、ライン像３６の範囲内に十分収まる。即ち、二次像６６は、ライン像３６の短軸幅Ｗ_１Ｘよりも実質的に短い幅Ｗ_２Ｘを有する。一例では、ライン像３６と二次像６６の寸法は、所定の強度値（即ち、強度閾値）で規定される。

以下、走査プロファイルに基づいて、一次像３６に対して相対的に二次像６６を走査する目的についてより詳細に述べる。後述するが、二次像６６の形状は、修正ライン像３６´を形成する機能を実現する様々な一般形状（例えば、直線、円、楕円、長方形、正方形等）のいずれであってもよい。

図１Ｂは図１Ａと同様であり、初期の一次レーザ光線２２の一部２２´を方向転換させることで初期の二次レーザ光線５２を形成するシステム１０の実施形態の一例を示している。一例では、光学軸Ａ１に沿ってビームスプリッタＢＳを配置し、初期の一次レーザ光線２２の一部２２´を方向転換させることにより、この実施形態の一例が実現される。初期の一次レーザ光線２２の一部２２´を光学軸Ａ２に沿って導くために、折り返しミラーＦＭが随意に使用される。このため、初期の一次レーザ光線２２の一部２２´が初期の二次レーザ光線５２として機能することが可能となる。ビームスプリッタＢＳと折り返しミラーＦＭとは、初期の一次レーザ光線２２の一部２２´を導き、初期の二次レーザ光線５２を形成する光線分割光学系７４の一例を構成する。ここで検討される光線分割光学系７４の他の変形例には、ビームスプリッタＢＳの代わりに、初期の一次レーザ光線２２の僅かな部分を折り返しミラーＦＭに向けて屈折させる小型ミラー（図示せず）を使用する場合が含まれる。

一例では、初期の一次レーザ光線２２の一部２２´は、随意の光線調節光学系３０´によって処理される。また、光線調節光学系３０´は、調節された二次レーザ光線５２、即ち、初期の一次レーザ光線２２の一部２２´より均一な強度を断面に有する光線を形成するように構成されている。光線調節光学系３０´は、適した二次光線６２を形成する走査光学系６０による使用に適した二次レーザ光線５２を形成するために、複数のレンズ、複数のミラー、複数の孔、複数のフィルタ、複数の能動光学要素（例えば、可変減衰器等）、これらの組み合わせを有してもよく、この点で光線調節光学系３０と同様である。一例では、コントローラ７０は、光線調節光学系３０´に電気的に接続され、制御信号Ｓ３０´によって任意の能動光学要素を制御する。

（ライン像の強度均一性）
図５は、従前のライン像形成光学システムによって形成されたライン像３６の一例で照射された半導体ウエハの放熱を計測して得られた強度輪郭プロット（従来技術）である。強度輪郭は正規化強度に基づいている。また、短軸の強度変化を強調するために、短軸方向が拡大されている。

図５のライン像３６の強度輪郭プロットに関し、図６Ａは端軸方向における距離に対する強度をプロットするグラフであり、図６Ｂは長軸方向における距離に対する強度をプロットするグラフである。

図５、図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、長軸強度プロファイルは、図６Ｂの平行な破線で示される範囲において、約２０％の強度変化を示す。長軸方向のライン像強度プロファイルには、例えば、回折、光学収差、光学誤差（ズレ）、これらの組み合わせ等、多くの異なる要因に起因し得る強度変化が含まれる。典型的には、動的収差および／またはズレにより、長軸に沿って経時変化する傾きの形で、強度不均一性が引き起こされる。この現象を「光線揺らぎ」と称する場合もある。また、ライン像３６の強度プロファイルには、例えば、残留加熱効果または静的ズレによる静的な傾きが含み得る。

例えば、アニールプロセスにおいて半導体ウエハに高い温度均一性が要求されるレーザアニール等の特定用途において、長軸方向に相当な（例えば、２０％）強度不均一性が生じることを許容することはできない。

図７Ａは、長軸に沿って比較的高い強度不均一性を有するライン像３６の一例の強度輪郭プロットであり、ライン像３６の長軸に沿って走査される二次像６６の一例を示す。図７Ｂは、図７Ａのライン像３６の長軸方向における距離に対する強度のプロットであり、Ｙ方向の矢印６８で示すようにライン像３６の長軸に沿って走査される二次像６６と、走査プロファイルに従って変化する二次像の強度（破線６９）とを示す。

ライン像の強度が低い場合、システム１０は、二次像６６を介してさらに（二次）強度を供給することにより、一次レーザシステム２０および光線調節光学系３０のみで形成されるライン像３６の強度均一性を改善するように構成されている。実際には、この構成によって、通常は不均一なライン像３６の強度プロファイルが埋め合わされ、一次像３６と選択的に走査された二次像６６との時間平均化された組み合わせ、即ち、修正ライン像３６´が形成される。

図８Ａは、修正ライン像３６´の長軸方向における距離に対する強度のプロットであり、走査プロファイルに従って長軸方向に沿って二次像６６を走査することにより形成された時間平均化修正ライン像の強度プロファイルを示す。得られた修正ライン像３６´は、図２、３Ａおよび３Ｂに示される理想的な「フラットトップな」強度プロファイルに近い時間平均化強度プロファイルを有する。

図８Ｂは、図８Ａの修正ライン像３６´に対応する強度輪郭プロットである。図８Ｂの強度輪郭プロットは、図７Ａの強度輪郭プロットより長軸方向の強度均一性が高い。

修正ライン像３６´は、時間平均化されており、要求される強度均一性レベル（例えば、プラス／マイナス５％かそれより良好な数値）を実現する。時間平均化は、一次像３６の少なくとも一部に対する二次像６６の単数または複数の走査経路、一次像３６の長さを有する単数の走査経路、一次像３６に対する同一方向または前後方向（即ち、反対方向）の複数の経路のうち、いずれかにつき実行することができる。

システム１０がレーザアニールに使用される場合、一次レーザシステム２０が高出力ＣＯ_２レーザ装置を備えてもよく、二次レーザシステム５０が低出力ＣＯ_２レーザ装置を備えてもよい。または、図１Ｂに関して上述したように、単一の高出力ＣＯ_２レーザ装置を使用して一次レーザ光線３２と二次レーザ光線６２の両者を形成してもよい。

一例では、走査光学系６０の操作により、二次像６６が一次像３６の長軸に沿って走査される。なお、二次像６６の走査時間ｔ_ｓは、一次像３６の滞留時間ｔ_ｄとほぼ同じかそれより短い。ここで、走査時間ｔ_ｓは、二次像６６を走査経路に沿って走査する時間であり、滞留時間ｔ_ｄは、加工対象物４０が像平面ＩＰに位置する場合、ライン像３６が像平面ＩＰの任意の地点（点）または加工対象４０の表面４４上の点に留まる時間である。

ライン像３６が固定像平面ＩＰまたは像平面ＩＰに配置される加工対象物４０に対して相対的に走査される場合（例えば、加工対象物４０がライン像３６に対して相対移動する場合）、滞留時間ｔ_ｄは、ライン像３６が像平面ＩＰまたは加工対象物４０上の任意の点を覆う時間である。

上述のシステム及び方法を使用することにより、修正ライン像３６´は、ライン像３６の強度不均一性よりも小さな時間平均化強度不均一性を有することができる。これは、ｉ）二次像６６をほぼ一定出力に維持し、二次像の走査を調整（即ち、加速および／または減速）する方法、ｉｉ）二次像６６の出力を選択的に変化させ、実質的に一定速度で二次像６６を走査する方法、ｉｉ）方法ｉ）と方法ｉｉ）との組み合わせのいずれかで実現することができる。

二次像６６の強度量を選択的に変化させる必要がある場合、可変減衰器５６を使用することができる。このとき、可変減衰器５６は、制御信号Ｓ５６を介してコントローラ７０によって制御されることができる。これとは別に、または、これと組み合わせて、コントローラ７０は、制御信号Ｓ５０を使用して二次レーザシステム５０を調整することができる。

一例では、二次像６６がライン像３６の所定部分に対してのみ（即ち、さらに強度が必要な部分に対してのみ）走査されるように、走査プロファイルを構成することができる。これは、一次像３６に強度をさらに加える必要のない走査プロファイルの所定部分において、ほぼ「強度ゼロ」の二次像６６を使用することで実現することができる。

（レーザアニールの出力要件）
レーザアニールの用途に関し、従前のライン像の典型的な強度変化は、通常１０から２０％の間（即ち、プラス／マイナス５からプラス／マイナス１０％）にある。ライン像３６の出力密度の変化による処理温度の変化は、出力密度変化パラメータμ（ｙ）で説明される。このとき、「ｙ」は、ライン像３６の長軸寸法である。アニール温度が約１３００℃のとき、出力密度変化パラメータμ（ｙ）の典型的な値は、約１から２％である。一次像３６の典型的な寸法は、長さＬ_１Ｙ＝１０ｍｍであり、幅Ｗ_１Ｘ＝０．１ｍｍである。また、初期の一次レーザ光線２２の典型的な出力Ｐは５００Ｗである。したがって、一次像３６に関する出力密度または強度Ｉ_１（エリアＡ_１当たりの出力Ｐ_１）の一例は、下記の通りである。
Ｉ_１＝Ｐ_１／Ａ_１＝Ｐ／（Ｌ_１Ｙ・Ｗ_１Ｘ）＝（５００Ｗ）／（［１０ｍｍ］・［０．１ｍｍ］）＝５００Ｗ／ｍｍ^２

エネルギー密度は「Ｅ＝Ｉ_１・ｔ_ｄ」により与えられる。ここで、「ｔ_ｄ」は一次光線３２の滞留時間である。そして、エネルギー密度変化は「ΔＥ＝μ・Ｉ_１・ｔ_ｄ」となる。

二次レーザシステム５０は、一次像３６におけるエネルギー密度変化ΔＥを十分補償するエネルギー密度Ｅを有する二次像６６を提供する必要がある。

一例では、二次像６６の幅Ｗ_２Ｘは、一次像３６の幅Ｗ_１Ｘと実質的に同一、即ち、Ｗ_１Ｘ〜Ｗ_２Ｘである。この例では、二次像６６は、面積Ａ_２＝Ｗ_２Ｘ・Ｗ_２Ｙ ＝Ｗ_１Ｘ・Ｗ_２Ｙを有する。また一例では、「ｔ_ｓ＝ｖ・ｔ_ｄ（このとき、０＜ｖ＜１）」となるように、走査時間ｔ_ｓ（即ち、一次光線３２の滞留時間ｔ_ｄの一部）において、二次像６６が一次像３６に対して走査される。

二次レーザシステム５０が供給する必要のある出力Ｐ_２は、下記の等式から推定される。
Ｍａｘ｛（μ）｝・Ｉ_１・ｔ_ｄ＝（Ｐ_２・ｔ_ｓ）／（Ｗ_１Ｘ・Ｗ_２Ｙ）
この等式を「Ｉ_１＝Ｐ_１／（Ｗ_１Ｘ・Ｌ_１Ｙ）」でまとめると、Ｐ_２を下記の通り表すことができる。
Ｐ_２＝Ｐ_１｛Ｗ_２Ｙ／Ｌ_１Ｙ｝・｛（Ｍａｘ（μ））／ｖ｝

Ｐ_１＝５００Ｗ、ｍａｘ（μ）＝０．０２、ｖ＝０．１、Ｗ_２Ｙ＝０．１ｍｍ、Ｌ_１Ｙ＝１０ｍｍのとき、二次出力Ｐ_２は１Ｗ未満となる。１０倍の十分な安全域を使用すると、二次出力Ｐ_２は１０Ｗ未満となる。この量の二次出力Ｐ_２は、多くの民生利用可能なＣＯ_２レーザ装置によって直ちに供給され、高出力ＣＯ_２光線の一部の向きを変えることにより得ることができる。

（二次像の走査および制御）
一次像３６の少なくとも一部に対して、二次像６６を長軸方向（即ち、Ｙ方向）に走査速度Ｖで等速走査する場合、二次像６６は下記の「ｙ」の関数として与えられる。
ｖ・Ｐ_２（ｙ）＝Ｐ_１・μ（ｙ）・［Ｗ_１Ｘ／Ｗ_１Ｙ］
このとき、任意の走査時間ｔ_ｓにおける二次像６６の中心（例えば、重心）の「ｙ」の位置は、「ｙ＝Ｖ・ｔ_ｓ」で与えられる。

滞留時間ｔ_ｄの調整に関し、「ｖ」は定数から一次像３６に沿った距離の関数となる（即ち、ｖ→ｖ（ｙ））。

上述の通り、ライン像の不均一性は静的および動的に生じる可能性がある。静的な不均一性は、変調、残留熱などによって引き起こされる可能性があり、動的な不均一性（所謂、光線ゆらぎ）は、光線経路における屈折率の変化および光学振動により引き起こされる可能性がある。ライン像の均一性の動的変化の周波数は、典型的には１００Ｈｚを超えることはない。

一次像３６における静的不均一性を補償する方法の一つとして、少なくとも一つのテストウエハ（ブランケットウエハ）に対して一次像３６を走査することが挙げられる。また、この方法には、各ウエハの放熱を測定し、一次像３６の長軸方向における強度変化の測定値を取得することが含まれる。ここで、ウエハからの放熱は一次像３６の強度に比例することが想定される。より正確には、プランク方程式によれば、ウエハ温度は強度に比例し、加熱ウエハからの放熱はウエハ温度と相関する。この想定は、一般的にここで検討する強度測定に適している。

ウエハ測定の統計分析（例えば、平均化）は、一次像３６の代表的な一次像３６Ｒ（即ち、代表的な強度プロファイル）を決定するために使用可能であり、また、代表的な一次像３６Ｒの静的な不均一性（図７Ａを参照）を実質的に補償する二次像６６の走査プロファイルを定義するために使用可能である。ここで得られる代表的な一次像３６Ｒは、（例えば、コントローラ７０の）メモリに保存可能であり、製品ウエハの走査時に使用される温度ベースの閉ループ制御に使用可能である。

例えば、一次レーザシステム２０のレーザ装置や光線調節光学系３０の構成要素の老朽化等、システム１０の動作パラメータの傾向を説明するために、例えば、一次像３６を使用してウエハの露光や測定をさらに実行することにより、代表的な一次像３６Ｒを定期的に更新することができる。また、代表的な一次像３６Ｒは、例えば、光学的再配置、光学部品の交換、レーザ装置の点検または交換等、システム１０を含む主な保守手続きの完了といった所定のイベントを考慮し、必要に応じて定期的に更新することもできる。

ライン像３６の経時変化する強度不均一性を補償するために、リアルタイムフィードバックシステムを使用して、二次像６６の走査プロファイルを制御してもよい。再び図１Ａを参照すると、一例では、システム１０は、放熱検出システム８０（例えば、ＣＭＯＳ撮像カメラまたはＣＣＤアレイ）を備える。放熱検出システム８０は、約１３００℃の温度で放熱を検出することができ、長軸に沿った放出像（放出プロファイル）を取り込む。放熱検出システム８０は、一次像３６を観察し、その放出像を取り込み、取り込んだ放出像を代表する電気信号Ｓ８０を生成するように配置されている。電気信号Ｓ８０はコントローラ７０に供給される。実施形態の一例では、コントローラ７０は、電気信号Ｓ８０で具現化された放出像を保存し処理するように構成されている。一例では、放熱検出システム８０は、２００フレーム／秒以上の速度で撮像し、一次像３６で生じる強度変化に対して十分なサンプリング周波数を供給する。

コントローラ７０は、電気信号Ｓ８０を処理し、光線プロファイル分析（例えば、放出像の統計的平均化、測定された放出量の強度への変換）を実行し、代表的な一次像３６Ｒを形成する。そして、代表的な一次像３６Ｒに基づいて二次像の走査プロファイルを算出することにより、代表的な一次像３６Ｒのリアルタイム補償が実現する。そして、コントローラ７０は、制御信号Ｓ５０を二次レーザシステム５０に供給し、制御信号Ｓ６０を走査光学系６０に供給し、算出済みの二次像の走査プロファイルに従って二次像を走査する。

実施形態の一例では、コントローラ７０は、パーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータであるか、そのようなコンピュータを備えるか、プログラム可能な論理装置の任意の組み合わせを活用する独立型制御システムであるか、そのような独立型制御システムを備える。ここで、プログラム可能な論理装置とは、例えば、マイクロプロセッサ、中央演算装置（ＣＰＵ）、浮動小数点ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等である。また、コントローラ７０は、上述の少なくとも一つのプログラム可能な論理装置に加えて、ハードディスクドライブ等の記憶装置や適した入出力装置（例えば、キーボード、ディスプレイ等）にプロセッサを接続するバスアーキテクチャを備えてもよい。

一例では、ＦＰＧＡは、放出像分析を実行し、共有メモリを有するリアルタイムコントローラユニットを動作させ、共有メモリへのダイレクトメモリアクセス（ＤＭＡ）データ転送を実行するように構成することができる。

この実施形態の変形例では、コントローラ７０は、画像取得処理サブシステムを使用して分散論理を活用してもよい。ここで、画像取得処理サブシステムは、画像取得ハードウェアを含み、熱画像データを制御・処理するプログラム可能な論理装置（例えば、ＦＰＧＡ）を活用する。一例では、このサブシステムは、リアルタイム制御サブシステムとコミュニケーションを行なう。リアルタイム制御サブシステムは、マイクロプロセッサおよび関連周辺装置を活用し、リアルタイムオペレーティングシステムを実行することができる。他のシステムコントローラとのコミュニケーションを行い、画像処理に関連する命令および制御機能ならびに二次像６６の制御を行なうために、リアルタイム制御サブシステムを活用することができる。サブシステム間の通信は、通信インターフェイス（例えば、イーサネット（登録商標），ＲＳ４２２）、共有論理バス、共有メモリバスの任意の組み合わせによって実行することができる。

図９に示されるように、一次像３６の強度の動的不安定性は線形の傾きを示す場合が多い。なお、図９では、長軸距離（ｍｍ）に対して強度（カウント数）がプロットされている。図中、強度プロファイルの傾きが点線８８で示されている。強度プロファイルの傾きは、典型的には、通常、約１００Ｈｚ以下の周波数で経時変化する。上述の傾き等、特定種類の動的強度変化におけるランダムな特性は、強度変化を事前に測定し、二次像６６を使用して補償しようとする試みを除外している。

パターン化されたウエハ上で測定する場合、放出像は極めて複雑になり得る。図１０Ａおよび図１０Ｂは、図９と同様の図であり、パターン化されたシリコンウエハ上に形成されるライン像３６の測定放出像に関する代表的なプロットである。各プロットは、領域９０を有する。領域９０では、放出強度が比較的高い空間周波数で変調されるが、これは、ウエハを加工して複数の半導体チップ（即ち、集積回路）を形成する際に形成される様々な装置構造（ライン、形状、貫通孔、切り口、位置合わせマーク等）により形成されるウエハパターンに起因するものである。

したがって、一例では、電気信号Ｓ８０で具現化される放熱検出システム８０からの放出像が、ローパスフィルタリングされ、静的な代表的一次像３６Ｒと比較可能な方法で処理される。そして、二次像６６に対する走査プロファイルが適切に調節される。図１０Ｃは、図１０Ｂと同様である。しかし、図１０Ｃでは、放出像（電気信号８０Ｓ）が、ローパスフィルタによりフィルタリングされ、ウエハパターンに起因する高周波数変調が取り除かれている。

任意の周波数ｆ（例えば、１００Ｈｚ）で発生する一次像３６への変化に対し、放出像の取得およびその後の二次像の走査プロファイル計算を約２ｆの周波数（例えば２００Ｈｚ）で実行する必要がある。

（レーザアニールシステム）
半導体処理のレーザアニールは、典型的にはパターン化されたウエハ上で実施される。パターン化されたウエハによる吸収度は、パターン寸法、パターン密度、レーザ光の波長に応じて変化する。パターン寸法よりもはるかに長い波長によるレーザアニールは、散乱を減少させるので、ウエハによる吸収量を増加させることが示されている。

図１１は、本発明のシステム１０を備えるレーザアニールシステム１００の概略図である。例えば、米国特許第７，６１２，３７２号明細書、第７，１５４，０６６号明細書、第６，７４７，２４５号明細書には、システム１０における使用に適したレーザアニールシステム１００の一例が記載されており、これらの特許を本願に援用する。

図中、システム１０が、一次光線３２および走査された二次光線６２を生成し、修正ライン像３６´を形成することが示されている。一次光線３２および二次光線６２は、所定条件でウエハ４０を加熱可能な波長（例えば、同一または別個に用意されたＣＯ_２レーザ装置が照射する名目上１０．６ミクロンの波長）を有する。所定条件には、例えば、ウエハ４０の加熱、または、予熱加熱源（図示せず）によるウエハ４０の放射線照射が含まれる。このとき、放射線のバンドギャップエネルギーは、ウエハ４０の半導体バンドギャップエネルギーよりも大きい。このため、一次光線３２および二次光線６２は、ウエハ４０をアニール温度まで加熱するのに十分な程度にウエハ４０に吸収される。米国特許第７，０９８，１５５号、第７，１４８，１５９号、第７，４８２，２５４号には、第３光源によりウエハ４０を照射し、ＣＯ_２レーザ波長でウエハ４０の吸収性を高める一例が記載されており、これらの特許は本願に援用される。好適な実施形態では、一次光線３２および二次光線６２は、同一または実質的に同一な波長を有する。

ウエハ４０は、上面１１２を有するチャック１１０に支持される。一例では、チャック１１０は、ウエハ４０を加熱するように構成されている。また、チャック１１０はステージ１２０に支持され、ステージ１２０はプラテン（図示せず）に支持される。実施形態の一例では、チャック１１０は、ステージ１２０に組み込まれている。実施形態の他の例では、ステージ１２０は平行移動、回転移動等の移動が可能である。

図中、一例として、ウエハ４０は、回路（例えば、トランジスタ）１５６の一部として、ウエハ４０の表面４４またはその近傍に形成されるソース領域１５０Ｓおよびドレイン領域１５０Ｄの形で半導体構造を有することが示されている。なお、図１１を簡略化して示すために、回路１５６のソース領域１５０Ｓおよびドレイン領域１５０Ｄの寸法は、ウエハ４０の寸法に対して極めて誇張して示されている。実際には、ソース領域１５０Ｓおよびドレイン領域１５０Ｄは、極めて浅く、ウエハ４０の約１ミクロン以下の深さに形成されている。ソース領域１５０Ｓおよびドレイン領域１５０Ｄは、一次像３６の放出像を取り込む際に高周波数変調を引き起こし得る上述のウエハパターニングを構成する。

実施形態の一例では、レーザアニール装置１００は、コントローラ１７０をさらに備える。コントローラ１７０は、システム１０（システム１０内のコントローラ７０を含む。図１Ａ及び１Ｂを参照）およびステージコントローラ１２２に電気的に接続されている。ステージコントローラ１２２は、ステージ１２０に電気的に連結され、コントローラ７０からの指示に基づいてステージ１２０の動きを制御するように構成されている。コントローラ１７０は、一般にレーザアニールシステム１００の動作を制御するように構成されており、特にシステム１０およびステージコントローラ１２２を制御するように構成されている。

実施形態の一例では、コントローラ１７０は、多くの有名なコンピュータ会社（例えば、テキサス州オースティンのデルコンピュータ社）のいずれかの利用可能なコンピュータ（例えば、パーソナルコンピュータまたはワークステーション）であるか、そのようなコンピュータを備える。コントローラ１７０は、多くの民生利用可能なマイクロプロセッサ、プロセッサの記憶装置（例えば、ハードディスクドライブ）への接続に適したバスアーキテクチャ、適した入出力装置（例えば、キーボード、ディスプレイ）のいずれかを備えることが好ましい。

図１１を参照しつつ、図１Ａおよび１Ｂを参照すると、一次光線３２は、ウエハ４０の表面４４に導かれ、表面４４上に一次像３６を形成する。一方、二次光線６２は、上述の通り、走査プロファイルに応じて走査され、一次像３６の少なくとも一部に対して二次像６６を走査し、修正ライン像３６´を形成する。

実施形態の一例では、矢印１８０で示されるように、縁４０Ｅを有するウエハ４０の表面４４に対して修正ライン像３６´が走査される。図１２は、修正ライン像３６´が走査されるウエハ走査経路２００（破線）の一例の概略図である。ウエハ走査経路２００は、ｎ個の直線状走査経路部２０２−１、２０２−２、２０２−３・・・２０２−ｊ・・・２０２−ｎを備える。隣接する直線状走査経路部（例えば、２０２−ｊと２０２−ｊ＋１）は、ある直線状走査経路部２００から次の直線状走査経路に修正ライン像３６´をステップ距離ＤＳ分だけ移動（ステップ）させることにより形成される。隣接する走査経路部２０２のライン像３６が少なくとも重なるように、通常、ステップ距離ＤＳはライン像３６の長軸長Ｌ_１Ｙよりも短い。従前のレーザアニールシステムおよび本発明のレーザアニールシステムにおけるライン像の重なり量について、以下詳細に議論する。

修正ライン像３６´をウエハ走査経路２００上で走査することにより、（約１ミクロン以下の深さまで）ウエハ４０の表面４４が所定温度（例えば、１０００から１３００℃）まで急速に過熱される。これにより、ソース領域１５０Ｓおよびドレイン領域１５０Ｄにおける不純物が十分に活性化され、不純物が実質的に拡散することなく、ウエハ４０の表面４４を急速に冷却することができる。これにより、ソース領域１５０Ｓおよびドレイン領域１５０Ｄの浅さが維持される。

直線状走査経路部２０２におけるウエハ４０の表面４４に対する修正ライン像３６´の走査速度は、典型的には２５ｍｍ／秒から１０００ｍｍ／秒の範囲にある。一例では、修正ライン像３６´およびウエハ４０の一方または両方が操作中に移動され、ウエハ走査経路２００が画定される。

（スループット強化）
半導体プロセスのレーザアニールには、アニールされる領域全体に対して極めて正確な温度管理が必要とされる。ほとんどの場合、アニール処理はピーク温度で進められる。

図１３Ａを参照すると、アニール光線が長軸方向に不均一なライン像３６を形成する場合、特にライン像３６の端部３６Ｅでは、ウエハ走査経路２００の隣り合う走査経路部２０２の間に隙間Ｇが形成される可能性があり、ステップ距離ＤＳが大き過ぎる場合、十分に露光されない部分が下層のウエハ４０（図１１）に生じる。一般に隙間Ｇが生じるのは、ステップ距離ＤＳ＝Ｌ_１Ｙである場合、即ち、ステップ距離ＤＳがライン像３６の長さと同一の場合である。

なお、一例として、ライン像３６の長軸長Ｌ_１Ｙは、ライン像３６をウエハ４０に対して走査する際にレーザアニールが生じる長軸方向の距離によって定義される。この測定値は、通常、ライン像３６の任意の強度閾値に対応し、ライン像走査速度（または、滞留時間ｔ_ｄと同等）に依存する。

したがって、一般に、ウエハ４０に対するアニールの均一性を改善するためには、ウエハ走査経路２００の隣り合う走査経路部２０２のライン像を重ねることが必要となる。従前のレーザアニールシステムでは、ウエハ４０上の各点がライン像３６によって二回走査されるように、隣り合う走査経路部２０２において、ライン像３６を長軸長Ｌ_１Ｙの半分以下（即ち、ＤＳ≦Ｌ_１Ｙ／２、または、重なりが少なくとも５０％）だけ「移動（ステップ）」される。図１３Ｂには、これが概略的に示されている。また、図１３Ｂには、端部３６Ｅにおける強度がかなり不均一な従前のライン像３６に関して、２つの重なり合う長軸ライン像プロファイルと、隣り合う走査経路部２０２のライン像３６とが示されている。隣り合う走査経路部２０２のライン像３６を実質的に重ねなければならないため、残念ながらウエハスループットが減少する。

一例として、ライン像３６の長さが１０ｍｍであり、ウエハ走査経路２００の隣り合う走査経路部２０２間のステップ距離ＤＳが５ｍｍ（即ち、ライン像の重なりが５０％）の場合を検討する。３００ｍｍのウエハがレーザアニールされる場合、（３００ｍｍ）／（５ｍｍ）＝６０ステップが必要となる。短いステップ距離ＤＳ＝２．５ｍｍ（即ち、ライン像の重なりが７５％）に関しては、ウエハ４０上の各点が四回アニールされ、ウエハ走査経路２００には１２０ステップが必要となる。

図１３Ｃを参照すると、隣り合う走査経路部２０２の修正ライン像３６´に必要な重なりが実質的に少なくなるように、修正ライン像３６´が端部３６Ｅ´において非常に急勾配の強度プロファイルを有するように形成することができる。したがって、隣り合う走査経路部２０２間のステップ距離ＤＳを大きくし、修正ライン像３６´の全長Ｌ_１Ｙに大きく近づけることにより、スループットが改善される。

一例では、隣り合う走査経路部２０２間の修正ライン像３６´に必要な重畳量は、５０％未満であり、５％まで小さくすることができる（即ち、Ｌ_１Ｙ／２０≦ＤＳ≦Ｌ_１Ｙ／２）。修正ライン像３６´のライン像重なり範囲は、典型的には５％から１０％（即ち、Ｌ_１Ｙ／２０≦ＤＳ≦Ｌ_１Ｙ／１０）である。したがって、修正ライン像３６´の長さ１０ｍｍに対し、ステップ距離ＤＳを９．５ｍｍまで大きくすることができる。このため、３００ｍｍのウエハをレーザアニールする際に必要なステップは、僅か３２ステップとなる。

レーザアニールにおけるウエハスループットは、ウエハ走査経路２００の隣り合う走査経路部２０２間のステップの数と直接的に関連がある。典型的には、ウエハ走査経路２００の「ステップ及び走査」に約１秒かかる。したがって、上述のレーザアニールの例に関し、従前のレーザアニールシステムでは、５０％から７５％のライン像の重なりに対して約６０から１２０秒間、ウエハをレーザアニールする必要がある。対照的に、本発明のレーザアニールシステム１００では、５％から１０％のライン像の重なりに対し、３２から３４秒かかる。したがって、修正ライン像３６´を使用したアニール処理を実行することにより、レーザアニールのウエハスループットを２倍近く増加させることができる。

当業者には明白であるが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本発明に対して様々な修正および変更を加えることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等範囲内において本発明の修正および変更を包含する。

Claims (22)

1. 一次レーザ光線を供給するように構成された一次レーザシステムと、
   像平面を有し、前記一次レーザ光線を受光し、そこから前記像平面にライン像を形成するように構成される光線調節光学系と、
   （ａ）二次レーザ光線を生成する二次レーザシステム、（ｂ）前記一次レーザ光線の一部から前記二次レーザ光線を供給するように構成されるビームスプリット光学系のいずれかと、
   前記二次レーザ光線を受光し、そこから前記像平面に二次像を形成するように構成される走査光学系と
   を備え、
   前記ライン像は、長軸と、前記長軸に沿った第１量の強度不均一性とを有し、
   前記二次像は、少なくとも部分的に前記ライン像と重なり、前記ライン像の少なくとも一部に走査され、前記第１量未満の第２量の強度不均一性を有する時間平均化修正ライン像を形成する
   ライン像形成光学システム。
2. 前記二次レーザシステムおよび前記走査光学系に動作可能に接続されるコントローラをさらに備え、
   前記コントローラは、ａ）前記二次レーザ光線の所定量の強度およびｂ）前記ライン像に対する前記二次像の走査速度の少なくとも一方を制御するように構成される
   請求項１に記載のライン像形成光学システム。
3. 前記二次像の強度は実質的に固定であり、前記走査速度は前記長軸に沿った位置に応じて変化する
   請求項２に記載のライン像形成光学システム。
4. 前記走査速度は実質的に一定であり、前記二次像の強度は前記長軸に沿った位置に応じて変化する
   請求項２に記載のライン像形成光学システム。
5. 前記像平面に実質的に配置される表面を有する加工対象物と、
   前記加工対象物の表面に形成される前記ライン像の放出像を取り込み、前記放出像を代表する電気信号を生成するように配置される放熱検出システムと
   をさらに備え、
   前記コントローラは、前記電気信号を受信して処理し、ａ）実質的に一定の強度および選択的に変更される走査速度、ｂ）選択的に変更される強度および実質的に一定の走査速度の少なくとも一方を有する前記二次像を走査する走査プロファイルを形成するように構成される
   請求項２から４のいずれかに記載のライン像形成光学システム。
6. 前記コントローラは、前記電気信号のローパスフィルタリングを実行するように構成される
   請求項５に記載のライン像形成光学システム。
7. 前記加工対象物は、半導体ウエハを備える
   請求項５に記載のライン像形成光学システム。
8. 前記二次レーザ光線を通過させるように配置され、前記コントローラに動作可能に接続されて前記選択的に変更される強度を提供する可調減衰器をさらに備える
   請求項５に記載のライン像形成光学システム。
9. 前記一次および二次レーザ光線の波長は実質的に同一である
   請求項１から８のいずれかに記載のライン像形成光学システム。
10. 前記一次および二次レーザシステムの少なくとも一方はＣＯ_２レーザ装置を有する
    請求項１から９のいずれかに記載のライン像形成光学システム。
11. 表面を有する半導体ウエハのレーザアニールを実行するライン像形成光学系であって、
    前記ライン像は、前記半導体ウエハの表面においてウエハ走査経路を走査され、滞留時間ｔ_ｄを有し、
    前記二次像は、前記滞留時間ｔ_ｄより短いか実質的に同一の走査時間ｔ_ｓを有する
    請求項１から１０のいずれかに記載のライン像形成光学システム。
12. 像平面に時間平均化修正ライン像を形成する方法であって、
    長軸方向に第１量の強度不均一性を有するライン像を前記像平面に形成することと、
    前記ライン像と少なくとも部分的に重なる二次像を形成することと、
    走査プロファイルに従って前記ライン像の少なくとも一部に前記二次像を前記長軸方向に沿って走査して、前記第１量未満の第２量の強度不均一性を前記長軸方向に有する前記時間平均化修正ライン像を形成すること
    を備える方法。
13. ａ）実質的に一定の強度および選択的に変更される走査速度、
    ｂ）選択的に変更される強度および実質的に一定の走査速度、ならびに
    ｃ）選択的に変更される強度および選択的に変更される走査速度
    のいずれか一つを含むように前記走査プロファイルを定義すること
    をさらに備える
    請求項１２に記載の方法。
14. ａ）前記二次像を形成する二次レーザ光線を選択的に減衰すること、および
    ｂ）前記二次像を形成する前記二次レーザ光線の形成に使用される二次レーザシステムを調節すること
    の少なくとも一方によって前記二次像の強度を制御することと
    をさらに備える
    請求項１２または１３に記載の方法。
15. 波長が実質的に同一の光線で前記ライン像および前記二次像を形成することをさらに備える
    請求項１２から１４のいずれかに記載の方法。
16. 同一または異なるＣＯ_２レーザ装置を使用して前記ライン像および前記二次像を形成することをさらに備える
    請求項１２から１５のいずれかに記載の方法。
17. 複数の半導体構造を含む半導体ウエハの表面に対して前記時間平均化修正ライン像を走査し、前記半導体構造を熱アニールすることをさらに備える
    請求項１２から１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記時間平均化修正ライン像は滞留時間ｔ_ｄを有し、
    前記二次像は、前記滞留時間ｔ_ｄより短いか実質的に同一の走査時間ｔ_ｓを有する
    請求項１７に記載の方法。
19. 隣接する複数の走査経路部を有するウエハ走査経路に前記時間平均化修正ライン像を走査することをさらに備える
    請求項１７に記載の方法。
20. 隣接する走査経路部に対して前記時間平均化修正ライン像が５から１０％重なるようにウエハ走査経路を構成することをさらに備える
    請求項１７に記載の方法。
21. 前記ライン像の強度プロファイルを決定することと、
    前記強度プロファイルに基づいて前記走査プロファイルを算出することと
    をさらに備える、請求項１２から２０のいずれかに記載の方法。
22. 加工対象物上に前記ライン像を形成することと、
    前記加工対象物からの複数の放出像を計測することにより前記強度プロファイルを計測することと
    をさらに備える、請求項２１に記載の方法。

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