JP6345737B2 - 鋸歯状の空間フィルタを用いた高性能線形成光学システム及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2014年7月29日に出願された「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「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」との名称の米国仮特許出願第62/083,537号に関連する。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。
0.1・(λ/(d2))・f≦l≦(λ/(d2))・f
という範囲の長さlを有する鋸歯を含む。
(0.9)・l≦p≦(1.1)・l
という範囲内のピッチpを有する。
650℃≦TD≦1100℃
の範囲にある。
1100℃≦TA≦1350℃
の範囲にある。
0.1・(λ/(d2))・f≦l≦(λ/(d2))・f
という範囲の長さlを有する鋸歯を含む。
(0.9)・l≦p≦(1.1)・l
という範囲内のピッチpを有する。
0.1・(λ/(d2))・f≦l≦(λ/(d2))・f
という範囲の長さlを有する鋸歯をそれぞれ含む。
(0.9)・l≦p≦(1.1)・l
という範囲内のピッチpを有する。
図2は、本開示による線形成光学システム10の一例の模式図である。線形成光学システム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。
I(x)=G(x)・rect(x/a)
で規定することができる。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(−x2)である。したがって、I’(x)は、
図6Aは、図4Bと同様の図であって、第2絞り装置60のブレード62が、端部63において鋸歯67を含む一実施形態を示す。図6Bは、左側のブレード62および2個の鋸歯67の拡大図である。一例では、鋸歯67は、長さl、幅wおよびピッチpを有する。一例では、長さlは、
0.1・(λ/(d2))・f≦l≦(λ/(d2))・f
という範囲内にある。ここで、fは、反射中継光学システム50の第1光学部品52Aおよび第2光学部品52Bの焦点距離である。また一例では、鋸歯のピッチpは、例えば、(0.9)・l≦p≦(1.1)・lの長さlと実質的に等しい。
図7は、線形成光学システム10の一例の模式図である。この線形成光学システム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光学部品52A及び第2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透過光24Pの光路を折り返すように機能する。第1透過光24Pの光路は、対物面OPで第1絞り装置40を通過する。この具体例では、折り返しミラーF2は、フーリエ面IFPに配置される。折り返しミラーF2は、第2絞り装置60の背面に配置される。この結果、第1透過光24Pは、第2絞り装置60に入射する。中央部分(第2透過光)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CO2レーザ波長などの赤外波長で動作する場合に望ましい。
図8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。
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線形成光学システム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9は、図8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CO2レーザ系線形成光学システム10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λ2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、線形成光学部223も含む。線形成光学部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、ウエハWの表面WSに線画像280を形成する。一例では、波長λ2は、例えば、380nm≦λ2≦1000nmの可視光領域及び近赤外光領域の範囲内にある。また他の例では、波長λ2は、例えば、500nm≦λ2≦900nmの可視光領域内のみにある。線形成光学部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、線形成光学部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。
Claims (32)
- 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TDでの欠陥アニーリングを実行する方法であって、
公称10.6ミクロンの波長λおよび少なくとも第1方向においてガウス分布を有する第1強度プロファイルを有するCO2レーザから光線を形成することと、
前記第1方向において前記光線の少なくとも50%を通過させて、第1透過光を形成することと、
前記第1透過光をフーリエ面に焦点合わせし、中央ピークと、前記中央ピークにすぐに隣接した第1サイドピークとを有する第2強度プロファイルを規定することと、
前記フーリエ面に配置された鋸歯状の開口部で、前記第2強度プロファイルを各第1サイドピーク内で切り取って、前記半導体ウエハの表面に第1線画像を形成する第2透過光を規定することと、
前記半導体ウエハの前記表面上で前記第1線画像を走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を、前記欠陥アニール温度TDまで局所的に上昇させることと
を備え、
前記第1線画像は、1000Wと3000Wとの間の光学出力、5mmから100mmの範囲内の第1線長において±5%以内の強度均一性を有する、方法。 - 前記第1透過光の焦点合わせは、中継光学システムで実行され、前記中継光学システムは、前記フーリエ面を規定する焦点距離fを有する光学部品を有し、前記鋸歯状の開口部は、幅d2を有するとともに、
0.1・(λ/(d2))・f≦l≦(λ/(d2))・f
という範囲の長さlを有する鋸歯を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記鋸歯は、
(0.9)・l≦p≦(1.1)・l
という範囲内のピッチpを有する、請求項2に記載の方法。 - 前記欠陥アニール温度TDは、
650℃≦TD≦1100℃
の範囲にある、請求項1から3の何れか1項に記載の方法。 - 第2波長を有する第2光線を用いて、前記半導体ウエハの前記表面において、前記第1線画像と少なくとも部分的に重複する第2線画像を形成することと、
前記第2線画像を走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を前記欠陥アニール温度TDからスパイクアニール温度TAまで局所的に上昇させることと
によって、スパイクアニール温度でスパイクアニールを実行することをさらに備える、請求項1から4の何れか1項に記載の方法。 - 前記スパイクアニール温度TAは、
1100℃≦TA≦1350℃
の範囲にある、請求項5に記載の方法。 - 前記第1線画像は第1の幅を有し、前記第2線画像は第2の幅を有し、
前記第2の幅は、前記第1の幅の5%から25%の間にある、請求項5または6に記載の方法。 - 前記第1の幅は、50ミクロンから5mmの範囲内にある、請求項7に記載の方法。
- 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部とを用いて前記第2光線を形成することをさらに備える、請求項5から8の何れか1項に記載の方法。
- 前記第2波長は、500nmと1000nmとの間にある、請求項5から9の何れか1項に記載の方法。
- 前記第2線画像は、5mmから100mmの範囲内の第2線長と、±5%以内の強度均一性とを有する、請求項5から10の何れか1項に記載の方法。
- 半導体ウエハの表面の温度は、パターン効果に起因して前記スパイクアニール温度TAから変化し、その変化は、60℃未満である、請求項5から11の何れか1項に記載の方法。
- パターンを有する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、
CO2レーザ光源、光線調整光学システム、第1絞り装置、中継光学システム、チャックおよび可動ウエハ台を備え、
前記CO2レーザ光源は、公称10.6ミクロンの波長λを有する初期光線を放射し、
前記光線調整光学システムは、前記初期光線を受光し、この初期光線から、少なくとも第1方向に沿ったガウス分布を有する第1強度プロファイルを有する調整光線を形成し、
前記第1絞り装置は、対物面に動作可能に配置され、第1スリット開口部を規定し、前記第1スリット開口部は、前記第1方向における前記第1強度プロファイルを切り取り、第1透過光を規定し、前記第1透過光は、前記調整光線の少なくとも50%を構成し、
前記中継光学システムは、前記対物面および中間フーリエ面を規定し、前記中間フーリエ面には、第2絞り装置が動作可能に配置され、前記中継光学システムは、前記中間フーリエ面で第2強度プロファイルを規定し、前記第2強度プロファイルは、中央ピークと、前記中央ピークにすぐに隣接した第1サイドピークとを有し、前記第2絞り装置は、鋸歯状のブレードで構成され、前記鋸歯状のブレードは、前記第1方向において各第1サイドピーク内で前記第2強度プロファイルを切り取り、第2透過光を規定し、
前記中継光学システムは、前記半導体ウエハの前記表面において前記第2透過光から第1線画像を形成し、前記第1線画像は、1000Wと3000Wとの間の光学出力を含むとともに、5mmから100mmの範囲内の第1線長および±5%以内の強度均一性を有し、
前記チャックは、前記半導体ウエハを動作可能に支持し、
前記可動ウエハ台は、前記チャックを動作可能に支持し、前記チャックおよび前記チャックに支持された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線画像は、前記半導体ウエハの前記表面上を走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を、欠陥アニール温度TDまで局所的に上昇させる、
システム。 - 前記中継光学システムは、焦点距離fを有する第1光学部品を有し、前記第1光学部品は、前記中間フーリエ面を規定し、前記鋸歯状のブレードは、幅d2で離間され、前記鋸歯状のブレードは、
0.1・(λ/(d2))・f≦l≦(λ/(d2))・f
という範囲の長さlを有する鋸歯を含む、請求項13に記載のシステム。 - 前記鋸歯は、
(0.9)・l≦p≦(1.1)・l
という範囲内のピッチpを有する、請求項14に記載のシステム。 - 前記欠陥アニール温度TDは、650℃から1100℃の範囲にある、請求項13から15の何れか1項に記載のシステム。
- 前記チャックは加熱され、これにより、前記半導体ウエハを予備加熱することができる、請求項13から16の何れか1項に記載のシステム。
- ダイオード系線形成光学システムをさらに備え、
前記ダイオード系線形成光学システムは、可視光線を生成し、前記可視光線は、前記半導体ウエハの前記表面で第2線画像を形成し、
前記第2線画像は、前記第1線画像と少なくとも部分的に重複し、かつ前記第1線画像とともに走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を、前記欠陥アニール温度TDからスパイクアニール温度TAまで局所的に上昇させ、
前記第2線画像は、±5%以内の強度変化を有する、請求項13から17の何れか1項に記載のシステム。 - 前記スパイクアニール温度は、1150℃から1350℃の範囲内にある、請求項18に記載のシステム。
- 前記第1線画像は第1の幅を有し、前記第2線画像は第2の幅を有し、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18または19に記載のシステム。
- 前記第1サイドピークそれぞれは、最大値MX、第1最小値m1および第2最小値m2によって規定され、前記第2絞り装置は、前記第1サイドピークそれぞれにおいて、前記最大値MXと前記第2最小値m2との間の第2強度プロファイルを切り取るように構成される、請求項13から20の何れか1項に記載のシステム。
- 前記中継光学システムは、前記第1方向において実質的に1倍の倍率を有する、請求項13から21の何れか1項に記載のシステム。
- 前記中継光学システムは、前記第1方向のみにおいて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22に記載のシステム。
- 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13から23の何れか1項に記載のシステム。
- 前記第1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13から24の何れか1項に記載のシステム。
- 前記第2絞り装置は、前記中間フーリエ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13から25の何れか1項に記載のシステム。
- 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部とを含む、請求項18に記載のシステム。
- 画像面に線画像を形成するための線形成光学システムであって、
レーザ光源、光線調整光学システム、スリット開口部、中継光学システムおよび対向鋸歯状ブレードを備え、
前記レーザ光源は、波長λ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、この初期光線から、少なくとも第1方向に沿ったガウス分布を有する第1強度プロファイルを有する調整光線を形成し、
前記スリット開口部は、前記第1方向における前記第1強度プロファイルを切り取って、第1透過光を規定し、前記第1透過光は、前記調整光線の少なくとも50%を構成し、
前記中継光学システムは、第1光学部品および第2光学部品を含むとともに、対物面と、画像面と、前記対物面と前記画像面との間に位置するフーリエ面とを規定し、前記第1光学部品は、焦点距離fを有し、前記フーリエ面で第2強度プロファイルを形成し、前記第2強度プロファイルは、中央ピークと、前記中央ピークにすぐに隣接した第1サイドピークとを有し、
前記対向鋸歯状ブレードは、前記フーリエ面に配置され、前記第1方向において各第1サイドピーク内で前記第2強度プロファイルを切り取って、第2透過光を規定するように構成され、
前記第2光学部品は、前記第2透過光から前記画像面に前記線画像を形成する、
線形成光学システム。 - 前記レーザ光源は、CO2レーザを含み、前記初期光線は、公称10.6ミクロンの波長を有する、請求項28に記載の線形成光学システム。
- 前記対向鋸歯状ブレードは、幅d2で離間され、前記対向鋸歯状ブレードは、
0.1・(λ/(d2))・f≦l≦(λ/(d2))・f
という範囲の長さlを有する鋸歯をそれぞれ含む、請求項28または29に記載の線形成光学システム。 - 前記鋸歯は、
(0.9)・l≦p≦(1.1)・l
という範囲内のピッチpを有する、請求項30に記載の線形成光学システム。 - 前記線画像は、1000Wと3000Wとの間の光学出力を含み、5mmから100mmの範囲内の長さおよび±5%以内の強度均一性を有する、請求項28から31の何れか1項に記載の線形成光学システム。
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