JP6526855B2 - アドバンスアニールプロセスにおいて粒子を低減させる装置および方法 - Google Patents

Description

本明細書に記載された実施形態は熱処理装置および方法に関する。より詳細には、本明細書に記載された方法は、ペリクル（ｐｅｌｌｉｃｌｅ）を使用して開孔部材（ａｐｅｒｔｕｒｅ ｍｅｍｂｅｒ）の汚染を低減させる半導体基板のレーザ熱トリートメントに関する。

半導体産業において熱処理は一般的に実施されている。ゲートソース、ドレインおよびチャネル構造体のドーピング、活性化およびアニール、ならびにケイ化、結晶化、酸化などを含む多くのトランスフォーメーション（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の文脈で半導体基板は熱処理にかけられる。熱処理の技法は、年月を経て、単純な炉ベーキングから、ますます急速になっているＲＴＰ、スパイクアニール、レーザアニールなどのさまざまな形態の急速熱処理へと進歩した。

従来のレーザアニールプロセスは、レーザビームを所望の形状に集束させ、デフォーカス（ｄｅｆｏｃｕｓ）し、または、さまざまに結像させる光学部品を備える、半導体レーザまたは固体レーザとすることができるレーザ発射器を使用する。一般的な方法は、レーザビームを結像させて線または細い長方形の像にする方法である。このレーザビームは、開孔部材を通過し、基板を走査して（またはこのレーザビームの下を基板が移動して）、基板の表面全体が処理されるまで基板の１つのフィールド（ｆｉｅｌｄ）を一度に処理するように構成される。典型的には、この開孔部材が、レーザビームを遮断してレーザビームが開孔部材を通過しないようにする予め決められたフィーチャジオメトリ（ｆｅａｔｕｒｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）のパターンが形成されたガラスプレートである。レーザビームは基板上に像を結び、開孔部材の遮られていないエリアに対応するエリアだけが処理される。

この方法の問題点は、開孔部材が、粒子汚染物の影響を非常に受けやすいことであり、プロセス中に粒子汚染物が開孔部材上に降着することがあり、それによって基板上にそれらの粒子の像ができる可能性がある。それらの粒子汚染物によってレーザビームの一部が反射され、基板まで透過しないことがある。

したがって、プロセス中に開孔部材上に降着する可能性がある不必要な粒子の影響を受けることなく半導体基板を高い像精度で熱処理する改良された装置および方法が求められている。

本発明の実施形態は一般に、ペリクルを使用して開孔部材の汚染を排除する半導体基板のレーザ熱トリートメントに関する。開孔部材は、複数のレーザなどのエネルギー源と処理する基板との間に配置される。ペリクルは、光またはレーザ放射などの選択された波長を有する選択された形態のエネルギーに対して実質的に透過性の薄い一片の材料または膜とすることができる。さまざまな実施形態では、このペリクルが、開孔部材から所定の距離のところに取り付けられており、開孔部材上に降着する可能性がある粒子汚染物がペリクル上に降着するような態様で、開孔部材上に形成されたパターン開口（すなわち開孔）を覆っている。ペリクルは、最終的なエネルギーフィールド内において粒子汚染物が焦点を結ばないようにし、それによって処理された基板上に粒子汚染物の像ができることを防ぐ。

一実施形態では、基板を処理する方法が提供される。この方法は一般に、エネルギー遮断層でコーティングされた透明プレートを提供することを含み、この透明プレートは、透明プレートの表側から所定の距離のところに配置されている透明シートを有し、この方法はさらに、透明プレートおよび透明シートを通過した複数の電磁エネルギーパルスに基板の表面をさらすことを含む。この透明シートは、パターン開口を完全に覆い、基板の表面に粒子汚染物の像ができることを防ぐように構成されている。

他の実施形態では、基板を処理するシステムが提供される。このシステムは一般に、電磁エネルギーのパルスを生成するように動作可能な電磁エネルギー源と、電磁エネルギーのパルスの空間エネルギー分布を調整するホモジナイザ（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）と、透明シートを有する開孔部材であり、この透明シートが、開孔部材の表側から所定の距離のところに配置されており、開孔部材が、電磁エネルギーのパルスが通過することを許すパターン開口を有するエネルギー遮断層でコーティングされた開孔部材と、均一な量の電磁エネルギーを受け取り、それを基板の表面の所望の領域に投射する結像モジュールとを含む。

上に挙げた本発明の諸特徴を詳細に理解することができるように、そのうちのいくつかが添付図面に示された実施形態を参照することによって、上に概要を示した発明をより具体的に説明する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態だけを示したものであり、したがって添付図面を本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意されたい。等しく有効な別の実施形態を本発明が受け入れる可能性があるためである。

本発明を実施する目的に使用することができる本発明の一実施形態の等角図である。 基板をレーザ処理するシステム２００の概念図である。 図３Ａ〜３Ｃは、改良された熱コントラスト結果およびアニールプロセス結果を達成するために、エネルギー源からアニール領域に送達されるエネルギーパルスのさまざまな属性を時間の関数として調整するさまざまな例を示す図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態に基づく開孔部材の略側面図であり、図４Ｂは、本発明の他の実施形態に基づく開孔部材の略側面図である。 基板をレーザ処理する本発明の一実施形態に基づくプロセスを示す流れ図である。

図１は、本発明を実施する目的に使用することができる本発明の一実施形態の等角図を示す。エネルギー源２０は、基板１０の画定された領域またはアニール領域１２に、ある量のエネルギーを投射して、アニール領域１２内の所望のある領域を優先的にアニールするように適合されている。図１に示した実施形態では、所与の時刻に、アニール領域１２などの基板の画定された１つまたは複数の領域だけがエネルギー源２０からの放射にさらされる。本発明の一態様では、基板１０の単一のエリアが、エネルギー源２０から送達された所望の量のエネルギーに連続してさらされ、それによって基板の所望の領域が優先的にアニールされる。一例では、電磁放射源の出力に対して基板を移動させることによって（例えば従来のＸ−Ｙステージ、精密ステージ）、および／または基板に対して放射源の出力を平行移動させことによって、基板の表面のエリアが次々に放射にさらされる。典型的には、別個の精密ステージ（図示せず）の部分とすることができる従来の１つまたは複数の電気アクチュエータ１７（例えばリニアモータ、親ねじ（ｌｅａｄ ｓｃｒｅｗ）およびサーボモータ）を使用して、基板１０の移動および位置を制御する。他の例では、基板１０の表面全体が全て一度に連続して放射にさらされる（例えば全てのアニール領域１２が連続して放射にさらされる）。

図１に示した実施形態では、アニール領域１２のサイズおよびアニール領域１２に送達される放射のサイズが、基板の表面に形成されたダイ１３（例えば図１に示された４０個の「ダイ」）または半導体デバイス（例えばメモリチップ）のサイズと一致する。一例では、それぞれのダイ１３の境界を画定する「切溝（ｋｅｒｆ）」線または「罫書き（ｓｃｒｉｂｅ）」線１０Ａ内にぴったりと収まるように、アニール領域１２の境界が位置合わせされ、アニール領域１２の境界のサイズが決められる。アニールプロセスを実行する前に、典型的には基板の表面に置かれる位置合わせマークおよび他の従来の技法を使用して、基板を、エネルギー源２０の出力に位置合わせして、アニール領域１２をダイ１３に適切に位置合わせすることができるようにする。罫書き線または切溝線などのダイ１３間の自然に生じる使用されない空間／境界でのみアニール領域１２が重なり合うようにアニール領域１２を連続して配置すると、デバイスが形成される基板上のエリアにおいてエネルギーを重ね合わせる必要性が低下し、したがって重なり合うアニール領域間のプロセス結果の変動が低減する。したがって、基板の重要な領域を処理するためにエネルギー源２０から送達されたエネルギーにさらされる量が変化することに起因するプロセス変動の量が最小化される。これは、連続して配置されるアニール領域１２間の送達されるエネルギーの重なりを最小化することができるためである。一例では、連続して配置されるそれぞれのアニール領域１２が、約２２ｍｍ×約３３ｍｍ（例えば面積７２６平方ミリメートル（ｍｍ^２））の長方形の領域である。基板の表面に形成される連続して配置されるそれぞれのアニール領域１２の面積は、約４ｍｍ^２（例えば２ｍｍ×２ｍｍ）から約１０００ｍｍ^２（例えば２５ｍｍ×４０ｍｍ）の間とすることができる。処理スキームの要件に応じて、アニール領域１２のサイズを調整可能とすることが企図される。

エネルギー源２０は一般に、電磁エネルギーを送達して、基板表面の所望のある領域を優先的にアニールするように適合される。典型的な電磁エネルギー源には、限定はされないが、光学放射源（例えばレーザまたはフラッシュランプ）、電子ビーム源、イオンビーム源および／またはマイクロ波エネルギー源が含まれる。基板１０を、１つまたは複数の適当な波長の放射を発射するレーザからの多数のエネルギーパルスに所望の時間の間さらすことができる。エネルギー源２０からのこの多数のエネルギーパルスは、アニール領域１２を横切って送達されるエネルギーの量および／またはパルスの周期中に送達されるエネルギーの量が最適化されて、基板表面に堆積した領域または特定の層を融解またはほぼ融解させることがないように調整される。このようにすると、それぞれのパルスがマイクロアニールサイクルを完了し、その結果、例えば、無秩序アニール領域の底部の近くで、秩序結晶の少数の格子面のエピタキシャル成長が起こる。あるいは、基板表面に堆積した領域または特定の層を融解させるように、この多数のエネルギーパルスを構成してもよい。

放射のかなりの部分が基板１０上に配置された層によって吸収されるようにエネルギー源２０の波長を調節することができる。例えば、シリコンを含有する層上で実行されるアニールプロセスに関しては、放射の波長を約８００ｎｍ未満とすることができ、放射の波長を、深紫外（ＵＶ）、赤外（ＩＲ）または望ましい他の波長で送達することができる。一実施形態では、エネルギー源２０が、約５００ｎｍから約１１マイクロメートルの間の波長の放射を送達するように適合されたレーザなどの強い光源である。他の実施形態では、エネルギー源２０を、タングステンハロゲンランプ、またはキセノン、アルゴンもしくはクリプトン放電ランプなどの放射を発する複数のランプを含むフラッシュランプとすることができる。このような場合には、シャッタを使用してパルスを操作することができる。いずれにせよ、このアニールプロセスで使用されるエネルギーパルスは一般に、約１ナノ秒から約１０ミリ秒程度など比較的に短い時間持続する。これについては後に詳細に論じる。

ある種の実施形態では、基板１０の表面を、熱交換デバイス１５の基板支持面１６と熱接触させることによって、熱処理の間、基板の温度を制御することが望ましい。熱交換デバイス１５は一般に、アニールプロセスの前または最中に基板を加熱しかつ／または冷却するように適合されている。一例では、熱交換デバイス１５が、基板支持面１６に配置された基板を加熱するように適合された抵抗加熱要素１５Ａおよび（コントローラ２１と通信する）温度コントローラ１５Ｃを含む。熱交換デバイス１５はさらに、基板支持面１６に配置された基板を冷却するように適合された１つまたは複数の流体チャネル１５Ｂおよび低温冷却器１５Ｄを含むことができる。一態様では、コントローラ２１と通信する従来の低温冷却器１５Ｄが、１つまたは複数の流体チャネル１５Ｂを通して冷却流体を送達するよう適合される。

コントローラ２１は一般に、本明細書に記載された熱処理技法の制御および自動化を容易にするように設計され、典型的には、中央処理ユニット（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）および支持回路（またはＩ／Ｏ）（図示せず）を含むことができる。ＣＰＵは、さまざまなプロセスおよびハードウェア（例えば従来の電磁放射検出器、モータ、レーザハードウェア）を制御するために工業装置内で使用される任意の形態のコンピュータプロセッサのうちの１つのコンピュータプロセッサとすることができ、プロセス（例えば基板温度、基板支持体温度、パルスレーザからのエネルギーの量、検出器信号）を監視することができる。ＣＰＵにはメモリ（図示せず）が接続され、このメモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスクまたは他の任意の形態の局部もしくは遠隔ディジタル記憶装置などの容易に入手可能なメモリのうちの１つまたは複数のメモリとすることができる。ＣＰＵに命令するため、ソフトウェア命令およびデータをコード化し、メモリ内に記憶することができる。このＣＰＵにはさらに、従来の方式でプロセッサをサポートする支持回路（図示せず）が接続される。この支持回路には例えば、従来のキャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路およびサブシステムなどが含まれ得る。このコントローラが読むことができるプログラム（またはコンピュータ命令）が、基板上でどの作業が実行可能であるのかを決定する。このプログラムは、このコントローラが読むことができるソフトウェアであることが好ましく、基板位置、それぞれの電磁パルスによって送達されるエネルギーの量、１つまたは複数の電磁パルスのタイミング、それぞれのパルスの時刻ごとの強度および波長、基板のさまざまな領域の温度、ならびにこれらの任意の組合せを監視し、制御するコードを含むことが好ましい。

図２は、基板をレーザ処理するシステム２００の概念図である。システム２００は一般に、複数のパルスレーザパルスを生成する（図１に関して上で説明したエネルギー源２０などの）１つまたは複数のエネルギー源を有するエネルギーモジュール２０２と、個々のパルスレーザパルスを結合して結合パルスレーザパルスとし、その結合パルスレーザパルスの強度、周波数特性および極性特性を制御するパルス制御モジュール２０４と、結合されたパルスレーザパルスのパルスの時間プロファイルを調整するパルス整形モジュール２０６と、結合パルスレーザパルスを重ね合わせて均一な単一のエネルギーフィールドにすることで、パルスの空間エネルギー分布を調整するホモジナイザ２０８と、このエネルギーフィールドに残る縁の不均一性を除去する開孔部材２１６と、整形され、なめらかにされ、先端が打ち切られたエネルギーフィールドを開孔部材２１６から受け取り、このレーザエネルギーフィールドと基板支持体２１０上に配置された基板２３０との精密位置合わせを実行し、そのエネルギーフィールドを投射する結像モジュール２１８とを含む。図１に関して上で説明したコントローラ２１などのコントローラ２１２が、レーザパルスの生成を制御するためにエネルギーモジュール２０２に結合され、パルス特性を制御するためにパルス制御モジュール２０４に結合され、エネルギーフィールドに対する基板の移動を制御するために基板支持体２１０に結合される。典型的には、包囲体２１４が、システム２００の動作可能な構成要素を包囲する。

システム２００が、図１に示したアニール領域１２に均一なエネルギーカラムを送達するためにエネルギー源２０によって生成されたエネルギーの集束、偏光、偏光解消もしくはフィルタリングを実行し、またはそのようなエネルギーのコヒーレンシ（ｃｏｈｅｒｅｎｃｙ）を調整するように構成されたレンズ、フィルタ、ミラーなどの他の光学アセンブリを含むことが企図される。システム２００の一例が、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる２０１１年７月２９日に出願された「ＮＯＶＥＬ ＴＨＥＲＭＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」という名称の米国特許出願第１３／１９４，５５２号にさらに詳細に開示されている。システム２００とともに使用することができる適当な光学アセンブリの一例が、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる２００７年７月３１日に出願された「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＩＭＰＯＲＶＩＮＧ ＢＥＡＭ ＳＨＡＰＩＮＧ ＡＮＤ ＢＥＡＭ ＨＯＭＯＧＥＮＩＺＡＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願第１１／８８８，４３３号に詳細に開示されている。

レーザは、大パワーレーザ放射の短いパルス、例えば持続時間が約５００ナノ秒未満のパルスを形成する能力を有する上で論じた任意のタイプのレーザとすることができる。このレーザを、単一の波長の光を発射し、もしくは２つの波長の光を同時に発射するように構成可能とし、または波長調節が可能な出力を供給するように構成することができる。典型的には、Ｍ^２が約３０よりも大きい５００を超える空間モードを有する高モダリティ（ｍｏｄａｌｉｔｙ）レーザが使用される。Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ガラスもしくはチタン−サファイヤレーザまたは希土類元素がドープされた他の結晶レーザなどの固体レーザが頻繁に使用されるが、用途によってはエキシマレーザなどのガスレーザ、例えばＸｅＣｌ_２、ＡｒＦまたはＫｒＦレーザを使用することもできる。パルスレーザを実現するため、例えばｑスイッチング（受動または能動）、ゲインスイッチングまたはモード同期によって、レーザをスイッチングすることができる。一例では、パルスレーザを提供するためにスイッチ（図示せず）が使用される。このスイッチは、１マイクロ秒以下の時間で開きもしくは閉じることができる高速シャッタとし、またはしきい値強度の光がそれに入射したときに１マイクロ秒未満の時間で透明になる不透明結晶などの光学スイッチとすることができる。いくつかの実施形態では、１ナノ秒未満の時間で状態を変化させるように光学スイッチが構成されてもよい。この光学スイッチは、基板に向かって導かれている電磁エネルギーの連続ビームを中断することによってパルスを発生させる。所望ならば、レーザの出力の近くでポッケルスセル（Ｐｏｃｋｅｌｓ ｃｅｌｌ）を使用し、レーザによって発射されたビームを中断することによって、パルスを形成することもできる。

パルスレーザ処理に対して使用可能なレーザは一般に、約１００ｍＪ／ｃｍ^２から約５０Ｊ／ｃｍ^２の間、例えば約１Ｊ／ｃｍ^２から約１５Ｊ／ｃｍ^２、例えば約１０Ｊ／ｃｍ^２のエネルギー含量および約１ナノ秒から約５００ナノ秒の間、例えば約５ナノ秒から約５０ナノ秒の間、例えば約１０ナノ秒の持続時間を有するレーザ放射パルスを生成する能力を有する。次のパルスが到着する前に熱エネルギーが基板を通して完全に散逸することを可能にするためには、約５００ナノ秒から約１ミリ秒の間、例えば約１マイクロ秒から約５００マイクロ秒の間、例えば約１００マイクロ秒の持続時間を有するこのような複数のパルスを基板のそれぞれの部分に当てることができる。典型的には、エネルギーフィールドが、約０．１ｃｍ^２から約１０．０ｃｍ^２の間、例えば約６ｃｍ^２のエリアをカバーし、その結果、パルスごとに約０．２ＭＷから約１０ＧＷの間のパワーが送達される。大部分の用途では、それぞれのパルスによって送達されるパワーが約１０ＭＷから約５００ＭＷの間である。典型的には、送達されるパワー密度が、約２ＭＷ／ｃｍ^２から約１ＧＷ／ｃｍ^２の間、例えば約５ＭＷ／ｃｍ^２から約１００ＭＷ／ｃｍ^２の間、例えば約１０ＭＷ／ｃｍ^２である。それぞれのパルスで与えられるエネルギーフィールドは、平均強度の約４％以下、例えば約３．５％未満、例えば約３．０％未満である強度の空間標準偏差を有する。

このレーザの波長は、約２００ｎｍから約２，０００ｎｍの間、例えば約４９０ｎｍから約１，１００ｎｍの間、例えば約５３２ｎｍとすることができる。基板をアニールするためにほとんどの場合に要求される大パワーの均一なエネルギーフィールドの送達は、アニールされる基板によって容易に吸収される放射を発射する複数のレーザを含むエネルギー源２０を使用して達成することができる。一実施形態では、これらのレーザが、ｑスイッチフレクエンシーダブルド（ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｕｂｌｅｄ）Ｎｄ：ＹＡＧレーザである。これらのレーザは全て同じ波長で動作することができ、またはこれらのレーザのうちの１つもしくは複数のレーザは、エネルギーモジュール２０２内の残りのレーザとは異なる波長で動作することができる。一態様では、複数のフレクエンシーダブルドＮｄ：ＹＡＧレーザに基づいて波長約５３２ｎｍのレーザ放射が使用される。これらのレーザを増幅して所望のパワーレベルを得ることができる。基板の材料特性を考慮したレーザアニールプロセスの光学および熱モデリングに基づいて、アニールプロセスで使用する所望の波長およびパルスプロファイルが決定され得ることが企図される。

図３Ａ〜３Ｃは、改良された熱コントラスト結果およびアニールプロセス結果を達成するために、エネルギー源２０からアニール領域１２（図１）に送達されるエネルギーパルスのさまざまな属性を時間の関数として調整するさまざまな実施形態を示す。一実施形態では、レーザパルスの形状を時間の関数として変化させ、かつ／または送達されるエネルギーの波長を変化させて、融解させることが意図された基板の領域内への熱入力を増強し、他の領域内への熱入力を最小化することが望ましい。一態様では、基板に送達されるエネルギーを変化させることも望ましい。

図３Ａは、台形の電磁放射パルス（例えばパルス３０１）をグラフによって示す。この場合には、パルス３０１の２つの異なる区間（例えば３０２および３０４）において、送達されるエネルギーを時間の関数として変化させる。図３Ａは、時間に対してエネルギーが直線的に変化するパルス３０１のプロファイルまたは形状を示しているが、これは、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。パルスによって送達されるエネルギーを例えば２次、３次または４次曲線に従って時間変動させることもできるためである。他の態様では、パルスによって送達されるエネルギーの時間の関数としてのプロファイルまたは形状を、２次、３次または指数曲線とすることもできる。他の実施形態では、所望のアニール結果を達成するのに、異なる形状を有するパルス（例えば、長方形／三角形変調パルス、正弦／長方形変調パルス、長方形／三角形／正弦変調パルスなど）を処理中に使用した方が有利なことがある。

図３Ａに示した一実施形態では、区間３０２の勾配、パルス３０１の形状、区間３０３の形状、あるパワーレベルにある時間（例えばエネルギーレベルＥ_１にある区間３０３の時間）、区間３０４の勾配および／または区間３０４の形状を調整して、アニールプロセスを制御する。粒子が生じる懸念およびプロセス結果の可変性の懸念から、アニールされた領域内の材料が処理中に蒸発することは一般に望ましくないことに留意すべきである。したがって、エネルギーパルスの形状を調整して、アニールされた領域を過熱したり、材料の蒸発を引き起こしたりすることなく、アニールされた領域の温度を速やかにターゲット温度にすることが望ましい。一実施形態では、アニール領域を速やかにターゲット温度にし、次いで所望の時間（例えばｔ_１）の間、材料をその温度に維持し、同時にアニール領域内の材料の蒸発を防ぐために、図３Ｃに示されているように、パルス３０１の形状を調整して、パルス３０１が多数の区間（すなわち区間３０２、３０３Ａ、３０３Ｂ、３０３Ｃおよび３０４）を有するようにすることができる。サイズ、融解深さおよびアニール領域内に含まれる材料が変更されたときには、時間の長さ、区間の形状およびそれぞれのパルス区間の持続時間を変更することができる。

一実施形態では、基板表面の領域の温度を容易に制御することができるように、基板の領域に２つ以上の電磁放射パルスが異なる時刻に送達される。図３Ｂは、基板の表面のある領域を選択的に加熱するために時間距離を変えてまたは周期（ｔ）を置いて送達された２つのパルス３０１Ａおよび３０１Ｂのプロットをグラフによって示す。この構成では、連続するパルス間の周期（ｔ）を調整することによって、基板表面上の領域が到達するピーク温度を容易に制御することができる。例えば、パルス間の周期（ｔ）または周波数を低減させることによって、第１のパルス３０１Ａによって送達された熱が、第２のパルス３０１Ｂが送達されるまでに散逸する時間がより短くなり、それにより、基板内で達成されるピーク温度は、パルス間の周期を長くしたときよりも高くなる。このようにして周期を調整することによって、エネルギーおよび温度を容易に制御することができる。一態様では、それぞれのパルスが単独では、基板をターゲット温度にするのに足る十分なエネルギーを含まず、そのため、パルスを結合することによって、アニールされた領域１２（図１）がターゲット温度に到達することを保証することが望ましい。２つ以上など多数のパルスを送達するこのプロセスは、単一のエネルギーパルスを送達するのに比べて、基板材料が経験する温度衝撃を小さくする傾向を有する。

図４Ａは、本発明の一実施形態に基づく開孔部材４００の略側面図である。開孔部材４００を、図２の開孔部材２１６の代わりに使用することができる。開孔部材４００は一般に、エネルギー遮断層４０４でコーティングされた透明プレート４０２を含む。このエネルギー遮断層は、金属、白色ペイントまたは誘電体ミラーなど、光を反射する不透明な材料とすることができる。あるいは、このエネルギー遮断層を高反射率コーティングとすることもできる。適当な透明プレート４０２は、限定はされないが、ガラス、ホウケイ酸ガラスおよび溶融シリカを含むことができる。透明プレート４０２は、光またはレーザ放射などの選択された波長を有する選択された形態のエネルギーに対して実質的に透過性である。エネルギー遮断層４０４は、プレート４０２の表側４０３に光吸収層または光反射層を堆積させることによって形成することができる。続いて、この光吸収層または光反射層を、当技術分野で知られているエッチング方法を使用してエッチングして、光吸収層または光反射層の部分を除去し、それによってパターン開口４０６（開孔とも呼ぶ）を生成する。このプロセス中に、放射源（図示せず。図１に示したエネルギー源２０などの放射源）からの電磁放射４０８が、ホモジナイザ（図示せず。図２に示したホモジナイザ２０８などのホモジナイザ）を通過する。ホモジナイザでは、このエネルギーが、基板の表面のアニールするエリアにほぼぴったり一致する長方形または図１に示された正方形などのあるパターンに配列される。次いで、電磁放射４０８は、光吸収層または光反射層が除去されたパターン開口４０６を通過し、図１に関して上で説明した結像モジュール２１８などの結像モジュールに入射する。結像モジュールは、整形され、なめらかにされ、先端が打ち切られた開孔部材４００からのエネルギーフィールドを受け取り、それを、アニールする基板（図示せず）の表面に投射する。

開孔部材４００のサイズを変更することが企図される。さらに、パターン開口４０６は、バイナリパターン、すなわち集積回路または他の所望のデバイスフィーチャを基板上に形成する目的に使用されるパターンを有することができる。用途に応じて可変の開孔サイズを提供するように、パターン開口４０６を構成することができる。示されてはいないが、さまざまなサイズを有するエリアをアニールするためにエネルギーフィールドのサイズを変更することを可能にするため、異なる開孔サイズを有する多数の開孔部材を提供することができる。

本発明の一実施形態では、透明プレート４０２の表側４０３に形成されたパターン開口４０６が、ペリクル４１０と呼ぶ保護材料によって覆われる。典型的には、ペリクルが、ニトロセルロース、酢酸セルロースまたはフルオロカーボンベースのポリマーなどの有機物でできた平らな透明膜またはシートである。ペリクル４１０の材料は、少なくとも約２００ｎｍから約２，０００ｎｍの間、例えば約４００ｎｍから約１，０００ｎｍの間にまたがる波長範囲内の入射電磁エネルギー、例えば波長約５３２ｎｍの入射電磁エネルギーに対して使用されるように選択することができる。電磁エネルギー、気体前駆体または大気中の水分の有害な影響に対する優れた抵抗性を提供するため、ペリクル４１０は例えば、ガラス、石英または溶融シリカから形成することができる。ペリクル４１０は、透明プレート４０２の表側４０３に取り付けられたフレーム４１２を横切って張り渡される。ペリクル４１０は、接着剤またはテープ（図示せず）によってフレーム４１２にしっかりと固定することができる。フレーム４１２は、金属、金属合金またはプラスチックの単壁フレームとすることができる。ペリクル４１０は、透明プレート４０２の表側４０３からある固定された距離のところに置かれる。一例では、ペリクル４１０と透明プレート４０２の間の距離Ｄ１が約２ｍｍから約２０ｍｍ、例えば約６ｍｍである。ペリクル４１０の厚さは約５μｍから約５００μｍの範囲とすることができる。ペリクル４１０のこの薄さは、反射防止コーティングの必要性を排除し、ペリクル４１０が、フレーム４１２を横切って平らに配置されて、全てのパターン開口４０６を覆うことを可能にする。パターン開口４０６をペリクル４１０で覆い、開孔部材４００の縁をフレーム４１２で囲うことによって、粒子および／または他の汚染物が透明プレート４０２の表側４０３に入らず、透明プレート４０２の表側４０３に落着しないことが保証される。このことは、最終的なエネルギーフィールド（すなわち基板表面）内において粒子汚染物が焦点を結ばないようにするのに役立ち、その結果、粒子の影によって最終的なエネルギーフィールドの強度が変動することが減る。したがって、ペリクル４１０は、基板上に粒子汚染物の像ができることを防ぐ。次いで、透明プレート４０２の表面を洗浄する必要なしにそれらの粒子汚染物を除去することができる。

図４Ｂは、本発明の他の実施形態に基づく開孔部材４３０の略側面図である。開孔部材４３０は開孔部材４００に似ているが、放射源（図示せず）に面した透明プレート４０２の裏側４１３、すなわちペリクル４１０に面した透明プレート４０２の表側４０３とは反対の側に、追加のペリクル４３２および追加のフレーム４３４が取り付けられている点が異なる。ペリクル４３２は、ペリクル４１０と同じ材料、同じサイズとすることができる。開孔部材４３０の縁はフレーム４３４によって囲われており、フレーム４３４は、透明プレート４０２の裏側４１３に微粒子が落着しないことを保証する。ペリクル４１０とペリクル４３２の組合せは開孔部材４３０の防塵保護を提供する。

開孔部材４００および４３０は、開孔を通過する光の像を所望の方式で拡大または縮小することができる。開孔部材は、本質的に拡大されない１：１の拡大倍率を有することができ、または、像のサイズを、約１．１：１から約５：１の間の倍率、例えば約２：１または約４：１の倍率で縮小することができる。結像したエネルギーフィールドの縁がサイズの縮小によって鋭くなることがあるため、サイズの縮小は、いくつかの実施形態に対して有用であり得る。いくつかの実施形態では、結像したエネルギーフィールドがカバーする面積を増大させることによって効率およびスループットを向上させるのに、約１：１．１から約１：５の間の倍率、例えば約１：２の倍率の拡大が有用であり得る。

図５は、基板をレーザ処理する本発明の一実施形態に基づくプロセスを示す流れ図５００である。この図に記載された流れ図５００は、図１、２、３Ａ〜３Ｃおよび４Ａ〜４Ｂに関して上で論じたさまざまな実施形態に関連して実行することができる。図５に示されたステップの数および順序が、本明細書に記載された発明の範囲を限定することは意図されていないことに留意すべきである。これは、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく１つもしくは複数のステップを追加し、削除し、かつ／または１つもしくは複数のステップの順序を入れ替えることができるためである。

流れ図５００はボックス５０２から始まり、ボックス５０２で、予め選択された範囲の波長を透過させないかまたは反射するエネルギー遮断層でコーティングされた透明プレートを有する開孔部材を提供する。透明プレートおよびエネルギー遮断層は、上で論じた透明プレート４０２およびエネルギー遮断層４０４とすることができる。エネルギー遮断層は、電磁エネルギーが通過することを許すパターン開口（すなわち開孔）を有するように形成することができる。パターン開口は、集積回路または他の所望のデバイスフィーチャを基板上に形成する目的に使用されるパターンを有することができる。用途に応じて可変の開孔サイズを提供するようにパターン開口を構成することができる。

ボックス５０４で、透明プレートの表側に取り付けられたフレームを横切って透明膜またはシートを張る。この透明膜またはシートは、透明プレートの表側から数ミリメートル持ち上げられており、パターン開口を覆っている。必要な持続可能性と、電磁エネルギー、気体前駆体または大気中の水分の有害な影響に対する抵抗性とを提供するために、この透明膜またはシートを、図４Ａおよび４Ｂに関して上で論じたペリクル４１０とすることができる。この透明膜またはシートは、パターン開口上に降着する可能性がある粒子および／または他の汚染物が透明膜またはシート上に降着することを保証するように構成され、これによって最終的なエネルギーフィールド内において粒子汚染物が焦点を結ぶことがなくなり、それによって基板上に粒子汚染物の像ができることが防止される。

ボックス５０６で、透明プレート、パターン開口および透明膜またはシートを通過したエネルギーパルスに基板をさらす。この電磁エネルギーパルスがさらに、開孔部材の上流または下流に配置されたパルス制御またはパルス整形モジュールおよびさまざまな光学構成要素を通過できることが企図される。１つまたは複数の適当な波長の放射を発射する複数の電磁エネルギーパルスに基板をさらすことができ、発射された放射は、上で論じた所望のエネルギー密度および／またはパルス幅を有する。電磁エネルギー源には例えば、限定はされないが、光学放射源、電子ビーム源、イオンビーム源および／またはマイクロ波エネルギー源などが含まれ得る。この複数の電磁エネルギーパルスは、基板の一部分に向かって導かれて、基板を、図１および２に関して上で論じたとおりにアニールする。

本発明の１つの利点は、開孔部材の透明プレート上に形成されたパターン開口（すなわち開孔）が、透明プレートの表側から数ミリメートルのところに置かれた透明膜またはシートによって完全に保護されることである。この透明膜またはシートは、最終的なエネルギーフィールド内において粒子汚染物が焦点を結ばないようにし、それによって基板上に粒子汚染物の像ができることを防ぐ。基板に転写するパターン開口の像平面に粒子汚染物が集まることを透明膜またはシートが防ぐため、透明膜またはシート上に降着した粒子または汚染物は、処理された基板に対して無視できる影響を有する。

以上の説明は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の他の追加の実施形態を考案することができる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
基板を処理する方法であって、
エネルギー遮断層でコーティングされた透明プレートを提供することであって、前記透明プレートが、前記透明プレートの表側から所定の距離のところに配置され、前記基板の表面上に粒子汚染物の像ができることを防ぐ透明シートを有する、提供することと、
前記透明プレートおよび前記透明シートを通過した複数の電磁エネルギーパルスに前記基板の表面をさらすこと
を含む方法。
（態様２）
前記エネルギー遮断層が、約２００ｎｍから約２，０００ｎｍの間の予め選択された範囲の波長を透過させないかまたは反射する、態様１に記載の方法。
（態様３）
前記エネルギー遮断層が、前記複数の電磁エネルギーパルスが通過することを許すように構成された所定のパターン開口を有する、態様２に記載の方法。
（態様４）
前記透明シートが、前記透明プレートの前記表側に取り付けられたフレームによって支持されており、前記透明シートが、前記パターン開口を完全に覆うように構成された、態様３に記載の方法。
（態様５）
前記透明プレートの裏側から所定の距離のところに第２の透明シートを提供することをさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様６）
それぞれの電磁エネルギーパルスが、前記基板の表面に堆積した層の融解温度よりも高いエネルギーを有する、または前記基板の表面に堆積した層の一部分を融解またはほぼ融解させるのに必要なエネルギーよりも小さいエネルギーを有する、態様１に記載の方法。
（態様７）
それぞれのパルスが、約１００ｍＪ／ｃｍ ^２ および約５０Ｊ／ｃｍ ^２ の同じエネルギーを有し、約１ナノ秒から約５００ナノ秒の間の持続時間で送達される、態様６に記載の方法。
（態様８）
前記所定の距離が約２ｍｍから約２０ｍｍの間である、態様１に記載の方法。
（態様９）
前記透明シートの厚さが約５μｍから約５００μｍである、態様１に記載の方法。
（態様１０）
前記透明シートが、ニトロセルロース、酢酸セルロースまたはフルオロカーボンベースのポリマーを含む、態様１に記載の方法。
（態様１１）
前記透明シートがガラス、石英または溶融シリカを含む、態様１に記載の方法。
（態様１２）
基板を処理するシステムであって、
電磁エネルギーのパルスを生成するように動作可能な電磁エネルギー源と、
前記電磁エネルギーの前記パルスの空間エネルギー分布を調整するホモジナイザと、
透明シートを有する開孔部材であり、前記透明シートが、前記開孔部材の表側から所定の距離のところに配置されており、前記開孔部材が、前記電磁エネルギーの前記パルスが通過することを許すパターン開口を有するエネルギー遮断層でコーティングされた、開孔部材と、
均一な量の電磁エネルギーを受け取り、それを前記基板の表面の所望の領域に投射する結像モジュールと
を備えるシステム。
（態様１３）
前記エネルギー遮断層が、約２００ｎｍから約２，０００ｎｍの間の予め選択された範囲の波長を透過させないかまたは反射する、態様１２に記載のシステム。
（態様１４）
前記透明シートが、前記開孔部材の前記表側に取り付けられたフレームによって支持されており、前記所定の距離が約２ｍｍから約２０ｍｍの間である、態様１２に記載のシステム。
（態様１５）
前記開孔部材の裏側から所定の距離のところに配置された第２の透明シートをさらに備え、前記第２の透明シートが、前記開孔部材の前記裏側に取り付けられた第２のフレームによって支持された、態様１２に記載のシステム。

Claims (12)

1. 基板を処理する方法であって、
   エネルギー遮断層でコーティングされた透明プレートを通過する複数のレーザエネルギーパルスに前記基板の表面の複数のアニール領域をさらすことを含み、前記複数のレーザエネルギーパルスのそれぞれは複数の区間を有し、前記区間のそれぞれの形状が、サイズ、融解深さおよび前記複数のアニール領域の各々の内部に含まれる１または複数の材料が変更されるにつれて変化し、
   前記透明プレートは、ガラス、石英、及び融合シリカからなる群から選択される第１の透明シートと結合され、前記第１の透明シートは、前記透明プレートの第１の表面から第１の距離を置いて前記透明プレートと平行に配置され、前記透明プレートに粒子汚染物が降着することを防ぐ、方法。
2. 前記エネルギー遮断層が、２００ｎｍから２，０００ｎｍの間の予め選択された範囲の波長を透過させないかまたは反射する、請求項１に記載の方法。
3. 前記エネルギー遮断層が、前記複数のレーザエネルギーパルスが通過することを可能にするように構成された所定のパターン開口を有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の透明シートが、前記透明プレートの前記第１の表面に取り付けられたフレームによって支持されており、前記第１の透明シートが、前記パターン開口を完全に覆う、請求項３に記載の方法。
5. 前記透明プレートの第２の表面から所定の距離を置いて第２の透明シートを提供することであって、
   前記第２の透明シートが、ガラス、石英、および溶融シリカからなる群から選択される、提供することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. それぞれのレーザエネルギーパルスが、４９０ｎｍから１，１００ｎｍの間の波長を有する、請求項１に記載の方法。
7. それぞれのパルスが、１００ｍＪ／ｃｍ^２ から５０Ｊ／ｃｍ^２の同じエネルギーを有し、１ナノ秒から５００ナノ秒の間の持続時間で送達される、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の距離が２ｍｍから２０ｍｍの間である、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１の透明シートの厚さが５μｍから５００μｍである、請求項１に記載の方法。
10. 基板を処理するシステムであって、
    複数のレーザエネルギーパルスに前記基板の表面の複数のアニール領域をさらすように動作可能な レーザエネルギー源と、
    前記レーザエネルギーパルスの空間エネルギー分布を調整するホモジナイザと、
    前記レーザエネルギーパルスの時間プロファイルを調整するように構成されたパルス整形モジュールであって、前記複数のレーザエネルギーパルスのそれぞれは複数の区間を有し、前記区間のそれぞれの形状が、サイズ、融解深さおよび前記複数のアニール領域の各々の内部に含まれる１または複数の材料が変更されるにつれて変化する、パルス整形モジュールと、
    第１の透明シートに結合された透明プレートであって、前記第１の透明シートはガラス、石英、および溶融シリカからなる群から選択され、前記透明プレートの第１の表面から第１の距離を離して前記透明プレートに平行に配置されており、前記透明プレートが、前記レーザエネルギーパルスが通過することを可能にするパターン開口を有するエネルギー遮断層でコーティングされており、前記第１の透明シートは、前記エネルギー遮断層とは物理的な接触をせず、前記第１の透明シートは前記透明プレートの前記第１の表面上に搭載される第１のフレームによって支持される、透明プレートと、
    第２の透明シートであって、ガラス、石英、および溶融シリカからなる群から選択され、前記透明プレートの第２の表面から第２の距離を離して配置されており、前記第２の透明シートは前記透明プレートの前記第２の表面上に搭載される第２のフレームによって支持される、第２の透明シートとを有する、システム。
11. 前記エネルギー遮断層が、２００ｎｍから２，０００ｎｍの間の予め選択された範囲の波長を透過させないかまたは反射する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１の距離が２ｍｍから２０ｍｍの間である、請求項１０に記載のシステム。

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