(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上でのスパイクアニールプロセスを制御する方法であって：
その上に形成されるフォトリソグラフィ積層体を有する基板に向けられるスパイクアニールのための1又は複数の目標を選択する工程であって、前記フォトリソグラフィ積層体は、レジスト層、底部反射防止コーティング(BARC)、シリコン含有反射防止コーティング(SiARC)、有機平坦化層(OPL)、及び下地層(UL)から選択される前記レジスト層の下の1又は複数の層、並びに上部反射防止コーティング(TARC)及び犠牲層から選択される前記レジスト層の上の任意の1又は複数の層、を含む、工程；
前記フォトリソグラフィ積層体から前記スパイクアニールのために1又は複数の吸収層を選択する工程；
前記基板上で実行されることになるリソグラフィプロセスに関して臨界の第1波長で標準的な吸収を有する又は吸収を有さず、前記第１波長と異なる1又は複数の第2波長で高い吸収を有するように、前記の選択された1又は複数の吸収層の吸収を調節する方法を選択する工程；
前記スパイクアニールプロセスを実行するためにプロセス波長及び前記プロセス波長で動作可能な加熱装置を選択する工程であって、前記プロセス波長は、前記1又は複数の第2波長から選択される、工程；
前記の調節された1又は複数の吸収層を前記基板に供する工程；
前記プロセス波長で前記加熱装置を利用して及び選択されたスパイクアニールプロセス変数を利用して、前記の調節された1又は複数の吸収層を有する前記基板にスパイクアニールを実行する工程；
前記スパイクアニールの1又は複数の目標を満たすため、前記スパイクアニールプロセス変数、吸収を調整するための前記の選択された方法、前記の選択されたプロセス波長、及び/又は前記の選択された加熱装置の1又は複数を調節する工程；
を有する方法。
【請求項２】
前記1又は複数の目標が、前記スパイクアニールのピーク温度、滞在時間、前記1又は複数の第2波長、規格化された所有のコスト、走査速度、酸の拡散距離、及び/又は熱クエンチ速度のうちの1又は複数を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセス波長及び前記加熱装置を選択する工程が、前記加熱装置としてレーザー又は他の光に基づくデバイスを選択する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記ピーク温度が200℃乃至450℃の範囲内である、請求項2に記載の方法。
【請求項５】
前記滞在時間が0.2μs乃至200msの範囲内である、請求項2に記載の方法。
【請求項６】
前記1又は複数の第2波長が、375nm乃至2680nmの範囲内である、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記規格化された所有のコストが、1.5・CO2レーザースパイクアニール(LSA)コスト未満である、請求項2に記載の方法。
【請求項８】
前記走査速度が、1mm/s乃至2000mm/sの範囲内である、請求項2に記載の方法。
【請求項９】
前記酸の拡散距離が10nm未満である、請求項2に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱クエンチ速度が、10-4℃/s乃至10-5℃/sの範囲内である、請求項2に記載の方法。
【請求項１１】
前記の選択された1又は複数の吸収層の吸収を調節する方法が、前記1又は複数の吸収層に用いられる材料の変更、又は、色素若しくは化合物による、前記1又は複数の吸収層のコーティングを含み、変更された前記材料、前記色素又は前記化合物は、前記1又は複数の第2波長で強い吸収を示す、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記色素又は前記化合物が、前記1又は複数の吸収層の上若しくは下に薄膜として設けられるか、又は、前記1又は複数の吸収層の材料に統合される、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザーデバイスが、気体レーザー、化学レーザー、金属蒸気レーザー、固体レーザー、又は半導体レーザーである、請求項3に記載の方法。
【請求項１４】
前記気体レーザーがHe-Neレーザーで、
前記化学レーザーがフッ化水素レーザーで、
前記金属蒸気レーザーがHe-Ag-金属蒸気レーザーで、かつ、
前記固体レーザーがNd:イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザーである、
請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザーデバイス内において利用される波長が、前記レーザーデバイスの波長が変化する際のスパイクアニールプロセスにおける前記1又は複数の吸収層の温度プロファイルをシミュレートするモデル化ソフトウエアを用いることによって選ばれる、請求項3に記載の方法。
【請求項１６】
1又は複数の光学計測信号及び/又は1又は複数のスパイクアニールセンサ信号を用いることによって前記基板の前記1又は複数の吸収層の少なくとも1つのプロファイルパラメータを決定する工程；並びに、
前記1又は複数の吸収層の前記少なくとも1つのプロファイルパラメータを用いることによって少なくとも1つの製造プロセスパラメータを調節する工程又は第1製造クラスタの機器設定を調節する工程；
をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項１７】
1又は複数の光学計測信号及び/又は1又は複数のスパイクアニールセンサ信号を用いることによって前記基板の前記1又は複数の吸収層の少なくとも1つのプロファイルパラメータを決定する工程；並びに、
前記1又は複数の吸収層の前記少なくとも1つのプロファイルパラメータを用いることによって少なくとも1つの製造プロセスパラメータを調節する工程又は第2製造クラスタの機器設定を調節する工程；
をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項１８】
1又は複数の光学計測信号及び/又は1又は複数のスパイクアニールセンサ信号を用いることによって前記基板の前記1又は複数の吸収層の少なくとも1つのプロファイルパラメータを決定する工程；
前記1又は複数の吸収層の前記少なくとも1つのプロファイルパラメータを用いることによって少なくとも1つの製造プロセスパラメータを調節する工程又は第1製造クラスタの機器設定を調節する工程；並びに、
前記1又は複数の吸収層の前記少なくとも1つのプロファイルパラメータを用いることによって少なくとも1つの製造プロセスパラメータを調節する工程又は第2製造クラスタの機器設定を調節する工程；
をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項１９】
前記加熱装置が、レーザー、フラッシュランプ、アークランプ、又は発光ダイオード(LED)デバイスである、請求項1に記載の方法。
【請求項２０】
基板上でのスパイクアニールプロセスを実行するシステムであって：
選択された1又は複数の吸収層の吸収を改善するために選択された方法によって製造され、シリコン層、有機BARC、SiARC、OPL、UL、レジスト、及び上部反射防止コーティング(TARC)、又は犠牲層を少なくとも含む層を有する基板；
前記基板の選択された1又は複数の吸収層を用いることによって1又は複数の目標を満たすように設定されるスパイクアニールプロセスを前記基板上で実行するように構成されるスパイクアニールシステム；並びに、
前記スパイクアニールシステムと結合して、前記スパイクアニールのピーク温度、滞在時間、1又は複数の波長、規格化された所有のコスト、走査速度、酸の拡散距離、及び/又は熱クエンチ速度のうちの1又は複数を制御するように構成されるスパイクアニール制御系；
を有し、
前記スパイクアニールシステムは：
前記スパイクアニールプロセスにおいて用いられる装置を含むように構成される処理チャンバ；
前記スパイクアニールプロセスにプロセス波長で動作可能な加熱源を供するように構成される1又は複数のレーザーデバイスであって、前記プロセス波長は、前記スパイクアニールのリソグラフィプロセスに関して標準的な吸収を有する又は吸収を有さない第１の波長、又は高い吸収を有する前記第１の波長と異なる１又は複数の第２の波長である、レーザーデバイス；及び、
前記基板を保持して、設定された走査速度に従って前記基板を移動させるように構成される基板運動制御装置；
を有する、
システム。
【請求項２１】
前記の選択された1又は複数の吸収層の吸収を調節する方法が、前記1又は複数の吸収層に用いられる材料の変更、又は、色素若しくは化合物による、前記1又は複数の吸収層のコーティングを含み、変更された前記材料、前記色素又は前記化合物は、前記1又は複数の第2波長で強い吸収を示す、請求項20に記載のシステム。
【請求項２２】
前記レーザーデバイスが、気体レーザー、化学レーザー、金属蒸気レーザー、固体レーザー、又は半導体レーザーである、請求項20に記載のシステム。
【請求項２３】
前記気体レーザーがHe-Neレーザーで、
前記化学レーザーがフッ化水素レーザーで、
前記金属蒸気レーザーがHe-Ag-金属蒸気レーザーで、かつ、
前記固体レーザーがNd:イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザーである、
請求項22に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ピーク温度が200℃乃至450℃の範囲内である、請求項21に記載のシステム。
【請求項２５】
前記滞在時間が0.2μs乃至200msの範囲内である、請求項21に記載のシステム。
【請求項２６】
前記規格化された所有のコストが、1.5・CO2レーザースパイクアニール(LSA)コスト未満である、請求項21に記載のシステム。
【請求項２７】
前記走査速度が、1mm/s乃至2000mm/sの範囲内である、請求項21に記載のシステム。
【請求項２８】
前記酸の拡散距離が１0nm未満である、請求項21に記載のシステム。
【請求項２９】
前記熱クエンチ速度が、10-4℃/s乃至10-5℃/sの範囲内である、請求項21に記載のシステム。
【請求項３０】
前記加熱源がフラッシュランプである、請求項21に記載のシステム。
【請求項３１】
前記加熱源がホットプレートである、請求項21に記載のシステム。
【請求項３２】
前記加熱源が発光ダイオード(LED)である、請求項21に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、半導体デバイスの製造プロセスに関し、より詳細には、レーザー又は他の光の吸収に基づく基板上の構造物のスパイクアニールに関する。
【背景技術】
【０００２】
より小さく、より小型で、より高速で、かつより強力なチップがずっと求められていることで、デバイスの幾何学構造は、100nmノード以下にまで縮小している。そのようなデバイスの幾何学構造における意欲的な縮小の結果、短チャネル効果が増大している。この結果、Ion（デバイスの型に依存するオン状態でのデバイス電流）とIoff（オフ状態でのデバイス電流又は漏れ電流）との差が減少する。この差の減少は、デバイスの機能を維持する上で重要である。よってデバイスの幾何学形状の縮小における重大な課題は、IonとIoffとの区別を維持することである。
【０００３】
典型的なスパイクアニールは、急速熱処理(RTP)システム内において注入されたドーパントを有する半導体基板に熱処理を施すことによって実行される。RTPを用いた典型的なアニーリングプロファイルは、目標温度−たとえば1060℃−にまで昇温する工程、基板をある期間（均熱期間）均等に加熱（均熱）する工程、及び、基本温度−たとえば200℃−にまで降温する工程を含む。スパイクアニールについては、高い昇温速度−たとえば10000℃/秒以上−及び1秒未満の均熱時間（均熱時間0秒も含む）が、過剰なドーパントの拡散を防止するのには望ましい。厳密な温度制御の要求に加えて、アニーリング環境中での気体の組成もまた制御される必要があると考えられる。たとえば酸素の存在は、注入されたドーパント−たとえばホウ素及びヒ素−の揮発又は外部拡散を減少させるために必要であることがわかっているが、アニーリング環境中にあまりに多くの酸素が存在すると、酸素増速拡散(OED)が生じ、かつ、特にホウ素のようなドーパントが用いられるときには、浅い接合の生成が制限される。
【０００４】
現在の技術は、イオンの注入とそれに続く急速熱スパイクアニールプロセスを含む。任意のスパイクアニーリングプロセスにおける主なパラメータは、ピーク温度と滞在時間である。スパイクの急峻さの指標tRは、ピーク温度の50℃の範囲内で基板によって費やされる時間と定義される。ピーク温度が大きければ大きいほど、ドーパントの活性化を増大させることで、滞在時間の減少及びIonの増大を引き起こすという基本効果を有する。各異なるデバイスは、各異なるドーパント活性化の要件すなわち各異なるピーク温度の選択肢を有する。同一のピーク温度では、滞在時間の増大が、ドーパントの拡散の増大によって漏れ電流が増大するという基本効果を有する。一般的な方法は、CO2レーザー（10.6μm波長）を利用してきた。遠赤外(FIR)波長でるため、吸収は、自由キャリアを生成する自由キャリアの生成によってしか誘起されない。高濃度ドーピングされたシリコン基板に関しては、p型であれば〜0.005Ω・cm乃至〜0.02Ω・cmの抵抗率が、CO2レーザー（10.6μm波長）への曝露によって自由キャリア吸収を誘起させるのに必要である。熱キャリア生成に関しては、400℃周辺の温度が一般的には、CO2レーザー（10.6μm波長）への曝露によって自由キャリア吸収を誘起させるのに必要である。この温度は、伝統的な抵抗に基づくホットプレート、又は、（CO2レーザーを走査させる前に局所領域を加熱する）第2余熱レーザーを用いることによって設定されうる。局所的にドーピングされた、すなわち予熱された表面の吸収特性のため、CO2アニールは、基板の上部1/3の範囲内のみを局所的に加熱する。基板の底部2/3は基本的にコールドシンクとしてそのままにされる。このコールドシンクは、レーザー露光によって誘起されて上昇した温度を非常に迅速に冷却するすることによる、ミリ秒のベーキングプロセスを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許仮出願第61/556126号明細書
【特許文献２】米国特許仮出願第61/652127号明細書
【特許文献３】米国特許第6943900号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Jung,  B.,  Ober,  C,  Thompson,  M"  Younkin,  T.,  Chandhok,  .,  "ADDRESSING  CHALLENGES  IN  LITHOGRAPHY  USING  SUB-MILLISECOND  POST  EXPOSURE  BAKE  OF  CHEMICALLY  AMPLIFIED  RESISTS",  Proc,  SPIE、2011年
【非特許文献２】http://www.sigmaaldriach.com/materials-science/material-science-  products.html?TablePage=9540639
【非特許文献３】HANDBOOK  OF  LASER  WAVELENGTHS,  ウエーバー(Weber,  Marvin  J.)編、CRC出版、1999年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在のイオン注入技術についてのスパイクアニールの背後にある主な課題は、要求されるドーパントの活性化の水準について妥協することなく滞在時間を減少させることである。同様のスパイクアニールプロセスをフォトリソグラフィ用のレジスト化学物質に適用しようとするとき、吸収を起こすのに高濃度ドーピングされた基板を利用することなく、又は、（伝統的な抵抗に基づくホットプレートを長時間利用するときに）レジスト化学物質を熱的に脱保護するすなわち熱的に劣化させ、若しくは、余熱レーザービームプロセスの場合であれば、レジストに適用される目標スパイクピーク温度よりも高い局所基板温度を増大させる余熱による熱処理を利用することなく、短い制御可能な滞在時間でピーク温度を実現することが可能な方法及びシステムが、技術上望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
1つ以上の目標、1層以上の吸収層、前記1層以上の吸収層の吸収を調節する方法、加熱装置内において用いられる1種類以上の波長を選択する工程を有する、基板上でのスパイクアニールプロセスを制御する方法及びシステムが供される。前記の選択された吸収を調節する方法によって調節された基板が供される。前記スパイクアニールプロセスが、前記の選択された加熱装置及び選択されたスパイクアニールプロセス変数を用いることによって前記基板上で実行される。前記スパイクアニールプロセス変数、前記の選択された吸収を調節する方法、前記の選択された1種類以上の波長、及び/又は前記の選択された加熱装置のうちの1つ以上が、前記スパイクアニールプロセスの1つ以上の目標を満たすために調節される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】標準的なレジスト、標準的な底部反射防止コーティング(BARC)、及び標準的なドーピングされたシリコン基板を用いた露光後ベーキング(PEB)プロセス用の従来技術に係るスパイクアニール方法を表す概略図である。
【図２Ａ】本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセスにおける標準的なレジスト層、改質されたBARC、及び標準的なシリコン基板を少なくとも有する基板の典型的な概略図である。
【図２Ｂ】本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセスにおける改質されたレジスト層、標準的なBARC、及び標準的なシリコン基板を少なくとも有する基板の典型的な概略図である。
【図２Ｃ】本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセスにおける改質された上部反射防止コーティング(TARC)、改質された犠牲層、標準的なレジスト層、標準的なBARC、及び標準的なシリコン基板を少なくとも有する基板の典型的な概略図である。
【図３Ａ】本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセスの温度及び逆温度に対するスパイクアニールシステムの脱保護、拡散、及び酸クエンチの相対速度を表す典型的なグラフである。
【図３Ｂ】本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセス用スパイクアニールシステムの典型的な概略図である。
【図４】本発明の実施例によるスパイクアニールにおけるレーザー又は他の光吸収に基づくデバイスの滞在時間の関数としての（複数の）吸収層の表面温度の典型的なグラフである。
【図５】本発明の実施例によるレーザーデバイスのレーザー出力の関数としてのシミュレーションによるピーク温度の典型的なグラフである。
【図６】如何にしてレーザーが吸収層を迅速に加熱して、レーザービームが通過すると迅速に冷却するのかを表すレーザースパイクアニーリングの概略図である。
【図７】本発明の実施例によるレーザーデバイスを用いたスパイクアニールPEBにおける波長の関数としての樹脂の吸収係数を表す典型的なグラフである。
【図８】非特許文献1で述べられた十分に確立された規格化二層実験法を利用する複数のスパイクアニールレーザー出力条件下で観測される酸の拡散を表す典型的なグラフである。
【図９】本発明の実施例によるスパイクアニールを実行する方法の典型的なフローチャートである。
【図１０】自動化されたプロセス及び機器制御のためにプロファイルパラメータが用いられるスパイクアニールプロセス中又はその後に基板のプロファイルパラメータを決定及び利用するシステムの典型的なブロック図を表している。
【図１１】第1製造クラスタ内での基板のスパイクアニールプロセスにおいて製造クラスタを制御する方法の典型的なフローチャートを表している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の説明の理解を助けるため、半導体基板が、本発明の基本思想の応用を例示するのに利用される。方法及びプロセスは、他の試料−たとえばウエハ、ディスク、メモリ等−にも適用される。複数の図では、レーザースパイクアニールプロセスが、本発明の方法及びシステムの構成要素を記載する例として用いられている。他の加熱装置−たとえばフラッシュランプ、アークランプ、発光ダイオード等−も用いられ得ることに留意して欲しい。
【００１１】
図1は、標準的なレジスト140、標準的な底部反射防止コーティング(BARC)150、標準的なドーピングされたシリコン層160、及び、遠赤外(FIR)レーザーデバイス110を用いた露光後ベーキング(PEB)プロセス用の従来技術に係るスパイクアニール方法を表す概略図100である。FIRレーザーデバイスは、基板118の表面にレーザービーム120を投影させることで、基板の様々な層の吸収を利用して、熱130を発生させてスパイクアニールを実行する。従来技術に係るPEBプロセスのスパイクアニーリングシステムは、自由キャリア吸収を誘起するのに高濃度ドーピングされたシリコン(Si)基板を広く用いてきた。係る高濃度ドーピングされたシリコン(Si)基板では、p型基板の場合での典型的な抵抗率は0.005Ω・cm乃至0.02Ω・cmである。典型的な加熱装置は、約10.6μm波長でのCO2レーザーである。上述したように、ドーピング領域のみが、10.6μm波長の光を実質的に吸収することで、標準的なレジスト140と標準的なドーピングされたシリコン層160の表面を有する基板の上部約1/3を局所的に加熱させる。このプロセスは、基板の底部2/3を基本的にコールドシンクのままにする。コールドシンク効果は、レーザー又は他の光に基づく露光によって誘起されることで上昇した温度を非常に迅速に冷却することで、ミリ秒PEBを可能にする。ミリ秒領域でのベーキングが可能となるため、CO2レーザー又は他の光に基づく露光による加熱（加熱速度）は、フォトレジスト膜に対して有害な効果を生じさせることなく従来のPEB温度よりも顕著に高い温度でのアニーリングを可能にする。
【００１２】
1μm以上の波長を有するレーザーダイオードが提案されてきた。しかしこの波長でのドーピングされていない自然の吸収率は、局所的な加熱を生じさせるのに十分に高くない。その代わりに、レーザーエネルギーが基板の大半の部分で吸収され、基板全体が略均一に加熱される。その後対流による冷却が必要になると考えられる。その対流による冷却によって、高温状態に曝される時間が長くなり、かつ、その方法の価値の一部が失われる。上述したように、(a)高濃度ドーピングされた基板を必要とせず、(b)基板の加熱や吸収に依拠するのではなくスパイクアニールプロセスの重要な吸収媒体を画定可能な（複数の）基板層へ移動させ、かつ、(c)コールドシンクとして機能する基板の急速冷却による短くて制御可能な滞在時間を保証する、方法及びシステムが必要とされている。
【００１３】
図2Aは、本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセスにおける標準的なレジスト層218、改質されたBARC220、及び標準的なシリコン基板222を少なくとも有する基板210の典型的な概略図200である。改質されたBARC220は吸収層である。標準的なBARCは、臨界リソグラフィ波長で標準的なプロセスの吸収を有するように改質され、かつ、別な第2波長で大きな吸収率を有する一方で、他のプロセスにとって重要な化学的特性−たとえばエッチング選択性−、ヤング率等には影響を及ぼさない。加熱装置−レーザー又は他の光に基づく装置212−は、スパイクアニールに基づいて選択された波長のビーム214を投影することで改質されたBARC220の吸収を利用して、熱216を発生させることで、スパイクアニールを実行する。加熱装置はレーザー、フラッシュランプ、アークランプ、発光ダイオード(LED)等であって良い。本発明の実施例では、レジスト直下の層は改質された有機BARC220である。他の実施例では、レジスト直下の層は、シリコン含有反射防止コーティング(SiARC)及び有機平坦化層(OPL)を有する。さらに他の実施例では、レジスト直下の層は、下地層、SiARC、及びOPLを有する。レジストの直下又は直上に設けられた複数の層の組み合わせが利用されても良い。吸収層、加熱装置−たとえばレーザー又は光に基づく装置−、及び動作変数のさらなる詳細は、図9と図10と共にスパイクアニール方法の説明の箇所で論じられる。
【００１４】
図2Bは、本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセスにおける改質されたレジスト層242、標準的なBARC244、及び標準的なシリコン基板246を少なくとも有する基板240の典型的な概略図230である。改質されたレジスト242は吸収層である。レジストは、リソグラフィプロセス用の1種類以上の臨界波長とは異なる別な第2波長で大きな吸収率を有する一方で、他のプロセスにとって重要な化学的特性−たとえばエッチング選択性−、ヤング率等には影響を及ぼさない。加熱装置−レーザー又は他の光に基づく装置232−は、スパイクアニールに基づいて選択された波長のビーム234を投影することで改質されたレジスト242の吸収を利用して、熱236を発生させることで、スパイクアニールを実行する。加熱装置はレーザー、フラッシュランプ、アークランプ、発光ダイオード(LED)等であって良い。本発明の実施例では、レジスト直下の層は改質された有機BARC220である。他の実施例では、レジスト直下の層は、シリコン含有反射防止コーティング(SiARC)及び有機平坦化層(OPL)を有する。さらに他の実施例では、レジスト直下の層は、下地層(UL)、SiARC、及びOPLを有する。レジストの直下又は直上に設けられた複数の層の組み合わせが利用されても良い。吸収層、加熱装置−たとえばレーザー又は光に基づく装置−、及び動作変数のさらなる詳細は、図9と図10と共にスパイクアニール方法の説明の箇所で論じられる。
【００１５】
図2Cは、本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセスにおける改質された上部反射防止コーティング(TARC)272、改質された犠牲層272、標準的なレジスト層274、標準的なBARC276、及び標準的なシリコン基板278を少なくとも有する基板270の典型的260な概略図である。上部反射防止コーティング改質された犠牲層272は、吸収層であり、かつ、臨界波長では標準的すなわち吸収を示さず、別な第2波長で大きな吸収率を有する一方で、他のプロセスにとって重要な化学的特性−たとえばエッチング選択性−、ヤング率等には影響を及ぼさない。加熱装置−レーザー又は他の光に基づく装置262−は、スパイクアニールに基づいて選択された波長のビーム264を投影することで改質されたTARC272の吸収を利用して、熱266を発生させることで、スパイクアニールを実行する。加熱装置はレーザー、フラッシュランプ、アークランプ、発光ダイオード(LED)等であって良い。
【００１６】
本発明の実施例では、レジスト直下の層276は改質された有機BARC220である。他の実施例では、レジスト直下の層276は、シリコン含有反射防止コーティング(SiARC)及び有機平坦化層(OPL)を有する。さらに他の実施例では、レジスト直下の層は、下地層(UL)、SiARC、及びOPLを有する。レジストの直下又は直上に設けられた複数の層の組み合わせが利用されても良い。吸収層、加熱装置−たとえばレーザー又は光に基づく装置−、及び動作変数のさらなる詳細は、図9と図10と共にスパイクアニール方法の説明の箇所で論じられる。他の実施例では、基板内の2層以上の層が、スパイクアニールにおける1層以上の吸収層として機能するように改質されて良い。たとえばフォトリソグラフィ積層体の2層の層の吸収が、吸収層として機能するように改質されて良い。他の例は、犠牲層と結合されるTARC層である。基板内の複数の層の別な結合体の吸収が、スパイクアニールの所望の吸収率を供するように改質されても良い。
【００１７】
図3Aは、本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセスにおけるスパイクアニールシステムの脱保護曲線304、拡散曲線308、及び酸クエンチ曲線312のスパイクアニールの相対速度を温度及び逆温度に対する関数として表す典型的なグラフ300である。下側X軸は、ケルビン単位の絶対温度の逆数を表している。Y軸は、0.001/s〜10000/sの相対速度（すなわちスパイクアニールの相対滞在時間の逆数）を表している。Y軸の切片は、0.2msの滞在時間、5msの滞在時間、10sのPEB、及び60sの110℃でのPEBを含む。上側X軸は、℃の単位で表されるスパイクアニールの温度を示す。グラフ300は、脱保護曲線304、拡散曲線308、及び酸クエンチ曲線312を含む。脱保護は、樹脂の脱ブロックの量であり、かつ、レジスト化学物質に従って変化する。拡散は、光分解反応によって自由酸に変換された光酸発生剤の一部が、元の光分解位置から離れるように拡散し、かつ、レジスト化学物質に従って変化する過程である。酸クエンチは、光分解反応から生成される酸がレジスト母体中の塩基によって化学的に中和されることで塩に化学変換されることを指称する。酸クエンチは、レジスト化学物質に従って変化する。滞在時間は、レーザー走査軸のビーム幅を、基板を通過するレーザービームの走査速度で除することによって近似することが可能で、かつ、通常はピーク温度のある周辺の範囲内で費やされた時間として定義される。
【００１８】
さらに図3Aを参照すると、脱保護曲線304は、相対速度が10000s-1でかつ温度が約380℃の点（点318）から負に傾斜する直線である。スパイクアニールの逆温度は、相対速度が0.001s-1（点332）で終端する1.7（点324）である。拡散曲線308は、相対速度が10000s-1でかつ温度が約405℃の点（点316）から負に傾斜する直線である。スパイクアニールの逆温度は1.6K-1（点322）で、約146℃（点326）の温度から0.001s-1の相対速度での約146℃の温度（点328）で終端する。スパイクアニールの逆温度は2.6K-1（点334）である。酸クエンチ曲線312は、相対速度が10000s-1でかつ温度が約415℃の点（点314）から負に傾斜する直線である。スパイクアニールの逆温度は1.4K-1（点320）で、0.001s-1の相対速度での約125℃の温度（点330）で終端する。スパイクアニールの逆温度は2.5K-1（点336）である。3つの曲線は、光酸拡散、脱保護、及びクエンチとの間での動力学的競合を表している。PEB温度が増大することで、拡散と脱保護との間での競合の窓が広がっている。
【００１９】
図3Bは、本発明の実施例によるスパイクアニールPEBプロセス用スパイクアニールシステム342の典型的な概略図340である。第1のレーザー又は他の光に基づく装置354−たとえばフッ化水素レーザー又は他の光に基づく装置−は、ビームスプリッタ358へ向かう第1のレーザー又は他の光に基づくビーム356を供し、かつ、参照目的及び他の目的に用いられる第1参照ビーム（図示されていない）、並びに、第1主ビーム360を発生させる。第1のレーザー又は他の光に基づく装置354の第1主ビーム360は、シャッター362を通り抜けて、スパイクアニールに要求されるレーザー又は他の光に基づくビームの必要な寸法−たとえば幅−を供する。レーザー又は他の光に基づくビーム360は、第1反射光学部品366によって、減衰器370を通り抜けるように向けられることで所望の出力となる。その後レーザー又は他の光に基づくビーム360は、第2減衰器374を通り抜けた後に第2反射光学部品378と第3反射光学部品384によって、長いビームレンズ386と短いビームレンズ388を通り抜け、処理チャンバのポート穴すなわち窓を通り抜けて基板390へ到達するように導光される。基板390は、レーザー又は他の光に基づくビーム360を反射出力メータ382へ向かうように反射させる。反射出力メータ382は、レーザー又は他の光に基づくビーム360がスパイクアニールを実行するのに用いられた後にその出力を測定する。反射出力メータ382は、処理チャンバ344の外側に設けられて良い。それによりポート穴又は窓を通り抜けるように反射ビームが導光される。
【００２０】
さらに図3Bを参照すると、基板390がチャック392の上部に設けられ、かつ、運動制御系394が、スパイクアニールによって要求される方向及び速度で基板を移動させるように構成される。制御系342は、スパイクアニールの変数を制御し、かつ、スパイクアニールシステム352のレシピを実行するため、プロセッサ及び他の処理装置からの測定結果及び情報を受信し、処理し、かつ、送信する。第2レーザーデバイス396−たとえばHeNeレーザーデバイス−は、第2ビーム398をビームスプリッタ358へ投影させ、かつ、参照目的及び他の目的に用いられる第2参照ビーム（図示されていない）、並びに、第2主ビーム360を発生させる。第2レーザーデバイス396の第2主ビーム360は、光学部品を通り抜けて、第1レーザーデバイス354の第1主ビーム360のように基板390上の構造物へ向かうように導光される。
【００２１】
図4は、本発明の実施例によるスパイクアニールのシミュレーションにおけるレーザー又は他の光吸収に基づくデバイスの滞在時間の関数としての吸収層の表面温度の典型的なグラフ400である。曲線404は、ミリ秒単位で表されるレーザー滞在時間の関数としての基板の吸収層の温度を表す。時間ゼロはX軸のピーク温度と一致する。滞在時間は、レーザービーム走査軸幅を走査速度で除することによって近似される。上述したように、加熱装置は、レーザー、フラッシュランプ、アークランプ、発光ダイオード(LED)等であって良い。
【００２２】
図5は、本発明の実施例によるレーザーデバイスのレーザー出力の関数としてのシミュレーションによるピーク温度の典型的なグラフ500である。ワットの単位で測定されるレーザー出力が曲線504において増大することで、スパイクアニールのシミュレーションによるピーク温度は、放物線状に増大する。これは重要な相関である。なぜなら出力のコストは、スパイクアニールの所有のコストにおいて重要な項目だからである。
【００２３】
図6は、如何にしてレーザービーム616が吸収層628を迅速に加熱して、その後レーザービーム616が通過することで急速に冷却するのかを表すレーザースパイクアニールの典型的な概略図600である。レーザーデバイス606又は基板620は、スパイクアニールのレシピによって決定される方向604に移動する。レーザーデバイス606は、基板620へ導光されるレーザービーム616を発生させる。ここで吸収層628が、スパイクアニールによって要求される吸収率を有するように改質された。上述したように、吸収層は、改質されたBARC、改質されたレジスト、改質されたTARC、又は改質された犠牲層であって良い。他の実施例では、吸収層は、改質されたBARC、改質されたレジスト、改質されたTARC、又は改質された犠牲層のうちの1層以上を含む。他の実施例では、吸収層は基板の上側の層であって良いし、又は、基板の下側の層であっても良い。概略図に表されているように、吸収層628は、スパイクアニールプロセスを経ることで、図4に図示されているように迅速にピーク温度に到達し、スパイクアニールされた吸収層608となる。迅速な冷却は、吸収層の改質によって実現される。吸収層の改質は、ピーク温度への迅速な上昇と共に基板の残りの部分をヒートシンクとして機能させることを可能にする。上述したように、本発明の実施例では、レジストの直下の層は改質された有機BARC220であって良い。他の実施例では、レジスト直下の層は、シリコン含有反射防止コーティング(SiARC)及び有機平坦化層(OPL)を有する。さらに他の実施例では、レジスト直下の層は、下地層(UL)、SiARC、及びOPLを有する。レジストの直下又は直上に設けられた複数の層の組み合わせが利用されても良い。
【００２４】
図7は、本発明の実施例によるレーザーデバイスを用いたスパイクアニールPEBにおける波長の関数としての樹脂の吸収係数を表す典型的なグラフ800である。スパイクアニールシステムの設計は、上述したようにレーザー又は他の光に基づく装置のビームを基板へ投影するために使用されるレーザー又は他の光に基づく装置の波長を選択することを含む。レーザー又は他の光に基づく装置のビームが基板を通過するとき、レーザー又は他の光に基づく装置のビームは2つの過程によってその強度を失う。その2つの過程とは、光が吸収層による吸収、又は、基板による散乱（つまり光子が方向を変え得る）である。吸収の式は次式である。
I=I0e-αx
ここで、Iはレーザー又は他の光に基づく装置のビームの測定された強度である。
1.I0はレーザー又は他の光に基づく装置のビームの入射強度である。
2.αは吸収層の吸収係数である。
3.xは吸収層の厚さである。
【００２５】
図7を参照すると、ポリ（PHS-ポリヒドロキシスチレン）の曲線(Poly)804は、点850で示されるように、波長185nmで約1.00の吸収係数を示す。Polyの吸収係数曲線812は、波長が増大して線808と点874によって示されている193nmになるまで、非常に急激に増大する。その後吸収係数は、グラフの範囲外である最大値に到達する。波長193nmを超えて、Polyの吸収係数曲線812は、点854で示されている第1極小点まで急激に減少する。その後Polyの吸収係数曲線812は、点858で示されているように波長約275nmで吸収係数1.58にまで上昇し、再度急激に減少して、点862で示されているように波長375nmで吸収係数約0.0に収束する。ポリアクリラート（PMMA-ポリメチルメタクリラート）の曲線(PMMA)816を参照すると、PMMAの吸収係数曲線は、点878で示されている波長188nmでの約0.20で開始され、点816で示されている波長212nmでの約0.45
にまで上昇し、その後点876で示されている約275nmでの約0.0の吸収係数に到達するまで徐々に減少する。グラフ800は、スパイクアニール用に吸収層の吸収係数を改善するのに用いられ得る材料を選択するのに利用されるデータを例示している。ほとんどのレジスト環境は、500nmより長い波長でほとんど〜全く吸収をしない。Poly（PHS-ポリヒドロキシスチレン）曲線804とPMMA曲線816に図示されているように、カットオフ周波数はそれぞれ、375nmを示す876と275nmを示す862である。これにより、他のプロセスの化学特性（たとえばエッチング選択性、ヤング率等）に影響を及ぼすことなく、リソグラフィ臨界波長（範囲）でほとんど〜全く吸収せず、かつ、第2波長（範囲）で高い吸収を有するという材料の要求を満たしうる色素及び他の化合物の広範な選択が可能となる。
【００２６】
図8は、十分に確立された規格化二層実験法を利用する複数のスパイクアニールレーザー出力条件下で観測される酸の拡散を表す典型的なグラフである。スパイクアニール滞在時間が500μsの3つのレーザーのグラフには、出力22Wでピーク温度が325℃でのグラフ1016、出力24Wでピーク温度が355℃でのグラフ1020、及び、出力28Wでピーク温度が420℃でのグラフ1024が含まれる。滞在時間が60sの3つのホットプレートのグラフには、ピーク温度が115℃での第1グラフ1004、ピーク温度が130℃での第2グラフ1008、及び、ピーク温度が150℃での第3グラフ1012が含まれる。6つのグラフは、レーザースパイクアニールPEBとホットプレートPEBとを比較して、どこで酸拡散が同程度であるか又ははるかに低いのかを本質的に評価するのに用いられて良い。二層データは、上部層（グラフ1040のPAG含有層）上に5wt%トリアリルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン化塩(THS)光酸発生剤（PAG）が与えられ、及び、底部層（グラフ1050のPAGの存在しない層）上にTHS 
PAGが与えられない条件で得られる。X軸は単位mJ/cm2で表される照射量である。Y軸は二層レジストの規格化された厚さである。
【００２７】
PEBプロセス後の二層レジスト1060内での発生した酸の拡散は、PAG含有層1040からPAGの存在しない層1050へ進行する。PAGの存在しない層1050への発生した酸の拡散は、酸の拡散長の指標として、現像工程からの厚さの損失量を用いることによって定量化されうる。酸の拡散長は、様々な温度での酸の拡散のしやすさの指標に用いられる。レーザースパイクアニールの場合では、温度はレーザー出力に相関する。グラフ1004の115℃で表されているようにホットプレートを用いることによって、発生した酸の実質的な拡散は、115℃では観測されなかった。130℃のグラフ1008において示されているように温度を130℃に上昇させることによって、150℃のグラフで示されているようにほとんどすべてのPAGの存在しない膜が失われる約150℃まで、酸の拡散は増大した。レーザースパイクアニールPEBでは、グラフ1016で表されているように22Wではほとんど実質的な酸の拡散が起こらず、グラフ1020によって表されているように24W（〜355℃）まで酸の拡散は起こらない。実質的な酸の拡散はグラフ1024の28W（〜420℃）よりも高い出力で起こる。これは、ホットプレートPEBによる酸の拡散と似ているがホットプレートPEBによる酸の拡散よりも小さい。十分に確立された規格化二層実験法を利用する複数のスパイクアニールレーザー出力条件下で観測される酸の拡散についてのさらなる詳細については非特許文献1を参照のこと。
【００２８】
図9は、本発明の実施例によるスパイクアニールを実行する方法の典型的なフローチャート900である。動作904では、スパイクアニールの1つ以上の目標が選択される。1つ以上の目標は、ピーク温度、滞在時間、1つ以上の加熱装置の動作変数、規格化された所有のコスト、走査速度、酸の拡散、熱クエンチ速度、又は上記の2つ以上の組み合わせを含んで良い。たとえば、ピーク温度は200℃〜450℃の範囲で、滞在時間は0.2μs〜200msで、加熱装置はレーザーデバイスで、レーザー波長は375nm〜2680nmで、走査速度は1mm/s〜2000mm/sで、酸の拡散は10nm未満又は6nm未満で、熱クエンチ速度は10-4℃/s〜10-5℃/sであって良い。所有のコストの範囲は、CO2レーザースパイクアニール(CO2LSA)のコストに規格化され、かつ、加熱装置に依存して、CO2LSAの整数倍又は分数−たとえば10・CO2LSA〜20・CO2LSA又は0.5・CO2LSA〜1.0・CO2LSA−として表されて良い。1つ以上の目標はまた上限又は下限として表されても良い。たとえばピーク温度は350℃未満で、滞在時間は1ms未満で、波長は2680nm未満で、走査速度は400mm/s未満で、酸の拡散は10nm未満で、かつ、熱クエンチ速度は10-5℃/sよりも大きくて良い。同様にたとえば所有のコストは1.5・CO2LSAコスト未満であって良い。
【００２９】
動作908では、スパイクアニール用に1層以上の吸収層が選択される。上述したように、有機BARC、SiARC、OPL、UL、レジスト、TARC、又は犠牲層が、吸収層として選ばれて良い。他の実施例では、レジストとTARC、TARCと犠牲層、又は、レジストとそのレジストの上若しくは下に存在する層が、吸収層として選ばれる。1層以上の層の選択は、スパイクアニールの具体的要求に依存する。動作912では、1層以上の選ばれた吸収層の吸収を調節する方法が選択される。吸収の調節方法は、（複数の）吸収層の材料の変更−たとえば異なるポリマー又は化合物の利用−を含む。他の方法は、吸収特性を改善させる他の層又は薄膜による吸収層のコーティングを含む。薄膜又は材料は、吸収層の下若しくは上に設けられ、又は、吸収層の材料に統合されて良い。たとえば色素が吸収層に加えられて良い。典型的な色素は、非特許文献2のサイト中のリスト上で見つけることができる。色素と同様の効果を有する他の化合物も利用可能である。他の実施例では、様々な調節方法−たとえば吸収層に異なるレジスト若しくは異なる材料を用いるか、及び/又は、犠牲層を用いる方法−が用いられる。1層以上の選ばれた吸収層の吸収を調節する方法の選択は、同様のスパイクアニールの履歴データ及び1つ以上の選択された目標に基づく。
【００３０】
動作916では、吸収を調節するために選択された方法を用いて1層以上の改質された吸収層を有する基板が供される。シリコン層、有機BARC、SiARC、OPL、UL、レジスト、TARC、又は犠牲層の製造プロセスは当業者に知られている。動作920では、基板の改質された1層以上の吸収層でのスパイクアニールが、選択された加熱装置−たとえばレーザー又は他の光に基づく装置−及び選択されたスパイクアニールプロセス変数−加熱装置の動作変数、出力、スパイクアニールのピーク温度、滞在時間、及び走査速度を含む−を用いて実行される。以降の工程の順序は、変更可能で、かつ、依然として同一の結果−つまり改質された1層以上の吸収層を基板に供する−に到達しうる。一の実施例では、加熱装置はレーザー又は他の光に基づく装置で、加熱装置の波長は1つ以上の選択されたスパイクアニールの目標、1つ以上の選ばれた吸収層、及び、前記1つ以上の選ばれた吸収層の吸収を調節するために選ばれた方法に基づいて選択される。あるいはその代わりに、光に基づく装置の波長が変更される際に、1層以上の吸収層の温度プロファイルをシミュレートするのにモデルが用いられて良い。一部のモデル化ソフトウエア−たとえばコーネル大学によって開発されたCLASP−は、これまでの走査の近接効果が計算されない1回走査の物理を考慮する。他のモデル化ソフトウエア−たとえばCOMSOL  Multiphysics、有限要素解析、解法、及びシミュレーションソフトウエア−が、波長を変化させた際の吸収層の温度プロファイルをモデル化するのに用いられて良い。他のモデル化方法が用いられても良い。
【００３１】
本発明の実施例では、加熱装置が光に基づく装置であるように選択される場合に、波長が選択される。次の工程は、選択された波長に基づいて適切なレーザー又は他の光に基づく装置を選択することである。たとえば選択された波長が約633nmである場合には、気体レーザー−たとえば633nmで動作するHeNeレーザー−が選択されて良い。2700〜2900nmの波長スペクトルの他端では、化学レーザー−たとえばフッ化水素レーザー−が選択されて良い。共通の波長には、固体レーザーデバイスが、スパイクアニールの要求に基づいて選択されて良い。たとえば選択された波長が510nmである場合、日亜化学の緑色レーザーデバイスが用いられて良い。選択された波長が808nmである場合、GaAsAlがポンプがダイオードによりポンピングされる固体状態(DPSS)のレーザーをポンピングする。DPSSにはたとえばネオジム(Nd)：イットリウムアルミニウムガーネット(YAG)レーザーが用いられて良い。他のベンダーからの他のレーザー又は他の光に基づくデバイスが、選択された波長及び他の動作特性に基づいて用いられて良い。選択されたレーザー又は他の光に基づくデバイスは、スパイクアニールの試験を行い、かつ、スパイクアニール変数の実際の値と、動作904において設定された範囲又は変数とを比較するのに用いられて良い。スパイクアニールパラメータ変数の範囲又は値が満たされない場合、加熱装置の選択、波長の選択、及び、レーザー又は他の光に基づくデバイスの具体的モデルの選択のプロセスは、スパイクアニールプロセス変数の範囲又は値が満足されるまで反復される。加熱装置に適する他のレーザーには、金属蒸気レーザー、半導体レーザー、フッ化水素レーザー、及びHe-Ag-金属蒸気レーザーが含まれて良い。波長によるレーザーの種類についてのさらなるデータについては、非特許文献3を参照して欲しい。
【００３２】
さらに図9の動作920を参照すると、改質された1層以上の吸収層へのスパイクアニールプロセスが、選択されたレーザー又は他の光に基づくデバイス、並びに、選択されたアニールプロセス変数−レーザー又は他の光に基づく出力、レーザー又は他の光に基づくビーム幅、スパイクアニールのピーク温度、滞在時間、及び走査速度−を用いることによって実行される。上述したように、ピーク温度は200℃〜450℃の範囲で、滞在時間は0.2μs〜200msの範囲で、走査速度は1mm/s〜2000mm/sの範囲であって良い。アニールプロセス変数は上限又は下限として表されても良い。たとえばピーク温度は350℃未満で、滞在時間は1ms未満で、かつ走査速度は400mm/s未満あって良い。動作924では、1つ以上のスパイクアニールプロセス変数、1層以上の吸収層のエネルギー吸収の調節方法、選択された加熱装置−たとえばレーザー又は他の光に基づくデバイス−、及び/又は波長が、スパイクアニールの1つ以上の目標を満たすために、調節、修正、又は置換される。
【００３３】
図10は、自動化されたプロセス及び機器制御のためにプロファイルパラメータが用いられるスパイクアニールプロセス中又はその後に基板のプロファイルパラメータを決定及び利用するシステムの典型的なブロック図1300を表している。システム1300は第1製造クラスタ1302と光学計測システム1304を有する。システム1300はまた第2製造クラスタ1306をも有する。基板上の構造のプロファイルパラメータを決定するのに用いられる光学計測システムの詳細については、特許文献3を参照のこと。図10では第2製造クラスタ1306は、第1製造クラスタ1302の後のプロセスを行うものとして表されているが、第2製造クラスタ1306は、製造プロセスの流れにおいて、システム1300内の第1製造クラスタ1302の前にプロセスを行うように設けられても良いことに留意して欲しい。
【００３４】
フォトリソグラフィプロセス−たとえば基板に塗布されたフォトレジスト層の露光と現像、急速熱アニーリング、及び/又はレーザー若しくは他の光に基づくスパイクアニーリング−が、第1製造クラスタ1302を用いて実行されて良い。一の典型的実施例では、光学計測システム1304は光学計測装置1308とプロセッサ1310を有する。光学計測装置1308は、構造からの回折信号を測定するように構成される。プロセッサ1313は、光学計測装置によって測定された測定回折信号を利用し、信号調節装置を用いてその測定回折信号を調節することで、調節された計測出力信号を生成するように構成される。さらにプロセッサ1313は、調節された計測出力信号をシミュレーションによる回折信号と比較するように構成される。上述したように、シミュレーションによる回折信号は、光線追跡を利用した光学計測モデル、構造のプロファイルパラメータの組、及び、電磁回折のマクスウエル方程式に基づく数値解析を用いることによって決定される。一の典型的実施例では、光学計測システム1304はまた、複数のシミュレーションによる回折信号、及び、前記複数のシミュレーションによる回折信号に係る1つ以上のプロファイルパラメータの複数の値を備えるライブラリ1312含む。上述したように、ライブラリ1312は事前に生成されて良い。計測プロセッサ1316は、調節された計測出力信号を、ライブラリ内の複数のシミュレーションによる回折信号と比較して良い。一致したシミュレーションによる回折信号が見つかるとき、ライブラリ内での一致したシミュレーションによる回折信号に係るプロファイルパラメータの1つ以上の値は、構造を作製するための基板塗布において用いられるプロファイルパラメータのうちの1つ以上の値であると推定される。
【００３５】
システム1300はまた計測プロセッサ1316をも有する。一の典型的実施例では、プロセッサ1313は、1つ以上のプロファイルパラメータの1つ以上の値を計測プロセッサ1316へ送信して良い。続いて計測プロセッサ1316は、光学計測システム1304を用いて決定された1つ以上のプロファイルパラメータの1つ以上の値に基づいて、第1製造クラスタ1302の1つ以上のプロセスパラメータ又は第1製造クラスタ1302の機器設定を調節して良い。計測プロセッサ1316はまた、光学計測システム1304を用いて決定された1つ以上のプロファイルパラメータの1つ以上の値に基づいて、第2製造クラスタ1306の1つ以上のプロセスパラメータ又は第2製造クラスタ1306の機器設定を調節して良い。上述したように、第2製造クラスタ1306は製造クラスタ1302の前に基板を処理しても良いし、又は、製造クラスタ1302の後に基板を処理しても良い。他の典型的実施例では、プロセッサ1310は、機械学習システム1314への入力としての測定回折信号、及び、機械学習システム1314の期待される出力としてのプロファイルパラメータの組を用いることによって、機械学習システム1314を訓練するように構成される。
【００３６】
他の実施例では、計測プロセッサ1316は、第1製造クラスタ1302から1つ以上のセンサ測定信号を受信する。センサ測定信号は、処理システムから得られても良く、かつ、スパイクアニールプロセス変数−ピーク温度滞在時間、レーザー又は他の光に基づく出力等を含む−を含んで良い。センサ測定信号は、それ自体単独で又は光学計測信号と共に、基板の吸収層の1つ以上のプロファイルパラメータを決定するために計測プロセッサ1316によって利用されて良い。続いて計測プロセッサ1316は、センサ測定信号を用いて決定される1つ以上のプロファイルパラメータの1つ以上の値に基づいて、かつ/あるいは、光学計測システム1304を用いて決定された1つ以上のプロファイルパラメータ併せて、第1製造クラスタ1302若しくは第2製造クラスタ1306の1つ以上のプロセスパラメータ又は機器設定を調節して良い。
【００３７】
図11は、第1製造クラスタ内で基板のスパイクアニールプロセスにおいて製造クラスタを制御する方法の典型的なフローチャート1400である。動作1404では、スパイクアニールの1つ以上の目標が選択される。1つ以上の目標は、ピーク温度、滞在時間、1つ以上の加熱装置の動作変数、規格化された所有のコスト、走査速度、酸の拡散、熱クエンチ速度、又は上記の2つ以上の組み合わせを含んで良い。たとえば、ピーク温度は200℃〜450℃又は450℃〜1050℃の範囲で、滞在時間は0.2μs〜200msで、レーザー又は他の光に基づく波長は375nm〜2680nmの範囲で、走査速度は1mm/s〜2000mm/sで、酸の拡散は10nm未満又は6nm未満で、熱クエンチ速度は10-4℃/s〜10-5℃/sであって良い。所有のコストの範囲は、CO2レーザースパイクアニール(CO2LSA)のコストに規格化され、かつ、加熱装置に依存して、CO2LSAの整数倍又は分数−たとえば10・CO2LSA〜20・CO2LSA又は0.5・CO2LSA〜1.0・CO2LSA−として表されて良い。1つ以上の目標はまた上限又は下限として表されても良い。たとえばピーク温度は350℃未満で、滞在時間は1ms未満で、波長は2680nm未満で、走査速度は400mm/s未満で、酸の拡散は10nm未満で、かつ、熱クエンチ速度は10-5℃/sよりも大きくて良い。同様にたとえば所有のコストは1.5・CO2LSAコスト未満であって良い。
【００３８】
動作1408では、スパイクアニール用に1層以上の吸収層が選択される。上述したように、BARC、レジスト、TARC、又は犠牲層が、吸収層として選ばれて良い。他の実施例では、レジストとTARC又はTARCと犠牲層が、吸収層として選ばれる。1層以上の層の選択は、スパイクアニールの具体的要求に依存する。動作1412では、1層以上の選ばれた吸収層の吸収を調節する方法が選択される。吸収の調節方法は、（複数の）吸収層の材料の変更−たとえば異なるポリマー又は化合物の利用−を含む。他の方法は、吸収特性を改善させる他の層又は薄膜による吸収層のコーティングを含む。薄膜又は材料は、吸収層の下若しくは上に設けられ、又は、吸収層の材料に統合されて良い。たとえば色素が吸収層に加えられて良い。典型的な色素は、非特許文献2のサイト中のリスト上で見つけることができる。色素と同様の効果を有する他の化合物も利用可能である。他の実施例では、様々な調節方法−たとえば吸収層に異なるレジスト若しくは異なる材料を用いるか、及び/又は、犠牲層を用いる方法−が用いられる。1層以上の選ばれた吸収層の吸収を調節する方法の選択は、同様のスパイクアニールの履歴データ及び1つ以上の選択された目標に基づく。
【００３９】
動作1416では、吸収を調節するために選択された方法を用いて1層以上の改質された吸収層を有する基板が供される。シリコン層、有機BARC、SiARC、OPL、UL、レジスト、TARC、又は犠牲層の製造プロセスは当業者に知られている。以降の工程の順序は、変更可能で、かつ、依然として同一の結果−つまり改質された1層以上の吸収層を基板に供する−に到達しうる。一の実施例では、加熱装置はレーザー又は他の光に基づく装置で、加熱装置の波長は1つ以上の選択されたスパイクアニールの目標、1つ以上の選ばれた吸収層、及び、前記1つ以上の選ばれた吸収層の吸収を調節するために選ばれた方法に基づいて選択される。あるいはその代わりに、光に基づく装置の波長が変更される際に、1層以上の吸収層の温度プロファイルをシミュレートするのにモデルが用いられて良い。一部のモデル化ソフトウエア−たとえばコーネル大学によって開発されたCLASP−は、これまでの走査の近接効果が計算されない1回走査の物理を考慮する。他のモデル化ソフトウエア−たとえばCOMSOL  Multiphysics、有限要素解析、解法、及びシミュレーションソフトウエア−が、波長を変化させた際の吸収層の温度プロファイルをモデル化するのに用いられて良い。他のモデル化方法が用いられても良い。
【００４０】
第1レーザー又は他の光に基づくデバイスの波長が選択されると、次の工程は、選択された波長に基づいて適切なレーザー又は他の光に基づく装置を選択することである。たとえば選択された波長が約633nmである場合には、気体レーザー−たとえば633nmで動作するHeNeレーザー−が選択されて良い。2700〜2900nmの波長スペクトルの他端では、化学レーザー−たとえばフッ化水素レーザー−が選択されて良い。共通の波長には、固体レーザーデバイスが、スパイクアニールの要求に基づいて選択されて良い。たとえば選択された波長が510nmである場合、日亜化学の緑色レーザーデバイスが用いられて良い。選択された波長が808nmである場合、GaAsAlがポンプがダイオードによりポンピングされる固体状態(DPSS)のレーザーをポンピングする。DPSSにはたとえばネオジム(Nd)：イットリウムアルミニウムガーネット(YAG)レーザーが用いられて良い。他のベンダーからの他のレーザー又は他の光に基づくデバイスが、選択された波長及び他の動作特性に基づいて用いられて良い。選択されたレーザー又は他の光に基づくデバイスは、スパイクアニールの試験を行い、かつ、スパイクアニール変数の実際の値と、動作1404において設定された範囲又は変数とを比較するのに用いられて良い。スパイクアニールパラメータ変数の範囲又は値が満たされない場合、加熱装置の選択、波長の選択、及び、レーザー又は他の光に基づくデバイスの具体的モデルの選択のプロセスは、スパイクアニールプロセス変数の範囲又は値が満足されるまで反復される。
【００４１】
さらに図11の動作1420を参照すると、改質された1層以上の吸収層へのスパイクアニールプロセスが、選択されたレーザー又は他の光に基づくデバイス、並びに、選択されたアニールプロセス変数−レーザー又は他の光に基づく出力、レーザー又は他の光に基づくビーム幅、スパイクアニールのピーク温度、滞在時間、及び走査速度−を用いることによって実行される。上述したように、ピーク温度は200℃〜450℃又は450℃〜1050℃の範囲で、滞在時間は0.2μs〜200msの範囲で、走査速度は1mm/s〜2000mm/sの範囲であって良い。アニールプロセス変数は上限又は下限として表されても良い。たとえばピーク温度は350℃未満で、滞在時間は1ms未満で、かつ走査速度は400mm/s未満あって良い。
動作1424では、レーザー又は他の光に基づくスパイクアニールの目標の1つ以上の計算値が、レーザー又は他の光に基づくスパイクアニールの目標の範囲若しくは値と比較される。満たされない場合、動作1428において、1つ以上のスパイクアニールプロセス変数、1層以上の吸収層のエネルギー吸収の調節方法、1種類以上のレーザー又は他の光に基づくデバイスの波長、及び/又は選択されたレーザー若しくは他の光に基づくデバイスが、スパイクアニールの1つ以上の目標を満たすために、調節され、修正され、又は置換される。1つ以上のレーザー又は他の光に基づくデバイスのスパイクアニールも目標が満たされる場合、動作1432において、1つ以上の光信号及び/又は1つ以上のスパイクアニールセンサ信号を用いた基板内の1層以上の吸収層の少なくとも1つのパラメータが決定される。動作1436では、少なくとも1つの製造プロセスパラメータが調節され、又は、第1製造クラスタの機器設定が、1層以上の吸収層の少なくとも1つのプロファイルパラメータを用いて調節される。
【００４２】
図3Bを参照すると、制御装置346は、レーザー又は他の光に基づくスパイクアニールシステムを制御するのに用いられて良い。メモリに保存されているプログラムは、保存されたプロセスレシピに従って、レーザースパイクアニールシステムの上記構成要素を制御するのに利用される。制御装置346の一例は、デルコーポレーションから販売されているDELL  PRECISION  WORKSTATION610（商標）である。制御装置は、スパイクアニールシステムに対して局所的に設置されても良いし、又はスパイクアニールシステムに対して離れた場所に設置されても良い。たとえば制御装置は、直接接続、イントラネット、インターネット及びワイヤレス接続のうちの少なくとも1を用いることによって堆積システム100とのデータのやり取りをして良い。制御装置は、たとえば顧客側（つまりデバイスメーカー等）のイントラネットと結合して良いし、又はたとえば売り手側（つまり装置製造者等）のイントラネットと結合しても良い。それに加えて、たとえば制御装置は、インターネットと接続しても良い。さらに別なコンピュータ（つまり制御装置、サーバー等）が、たとえば制御装置とアクセスすることで、直接接続、イントラネット及びインターネットのうちの少なくとも1を介してデータのやり取りをして良い。また当業者には明らかであるように、制御装置は、ワイヤレス接続を介してスパイクアニールシステムとデータのやり取りをしても良い。
【００４３】
たとえ本発明のある典型的実施例のみが詳細に説明されたとしても、当業者は、本発明の新規な教示及び利点からほとんど逸脱することなく、多くの修正型が可能であることをすぐに理解する。従って多くの係る修正型は、本発明の技術的範囲内に含まれるものと解される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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