(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系内で使用する装置であって、
第１の開口数を有する照明を提供するように適合された光源と、
前記光源によって照明される第１のアパーチャであり、像を形成するように適合された第１のアパーチャを有する第１のアパーチャ部材と、
前記第１のアパーチャの下流に配置された第２のアパーチャを有する第２のアパーチャ部材と、
前記第２のアパーチャによって規定される第２の開口数を含む中継光学部品と
を備え、前記第２のアパーチャの形状寸法が、前記第１のアパーチャにおける前記第１の開口数と前記中継光学部品の前記第２の開口数との比を整合させるように適合された、第１の方向及び第２の方向の寸法を有し、前記第１の方向と前記第２の方向とは前記第２のアパーチャの平面内において直角をなしている、
装置。
【請求項２】
前記光源が複数のレーザビームを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のアパーチャ部材が、前記光源からの光の少なくとも一部分を打ち切る、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第２のアパーチャがアナモルフィックである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第２のアパーチャ部材の本体がアルミニウム材料またはセラミック材料を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記第２のアパーチャが、斜角に切られた鋭いエッジによって前記本体に形成された、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第２のアパーチャが長円形である、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第２のアパーチャが、複数の直線的エッジおよび複数の湾曲したエッジを有する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記複数の直線的エッジ間の距離が約１５ｍｍである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の湾曲したエッジ間の距離が約３７ｍｍである、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記像が、倍率１×で形成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２のアパーチャが、前記像のオーバーシュートを低減させるように選択された、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２のアパーチャが、前記像の分解能を増大させるように選択された、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２のアパーチャが、前記像のエッジロールオフを低減させるように選択されており、前記エッジロールオフが約５μｍ未満である、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、基板上にパターンを結像させる光学部品を備えるレーザアニールシステムに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、レーザアニールシステムにおいてエッジプロファイルを制御するためのカスタマイズされた瞳ストップ形状（ｐｕｐｉｌ  ｓｔｏｐ  ｓｈａｐｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業では熱処理が一般的に実施されている。半導体基板は、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、シリサイド化、結晶化、酸化などを含む多くの変態に関連して熱処理にかけられる。熱処理技法は、単純な炉ベーキングから、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発展し、急速熱処理は速度をますます増している。
【０００３】
従来のレーザアニールプロセスは、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エミッタと、レーザ光を集束させ、デフォーカスし、またはさまざまに結像させて所望の形状にする光学部品とを使用する。一般的な方法は、レーザ光を、線または細い長方形の像として結像させる方法である。基板の表面を処理するために、基板を横切ってレーザ光が走査される（またはレーザ光の下で基板が動かされる）。
【０００４】
よく知られているように、コヒーレントな光を用いて生成された像は鮮鋭な鮮明度を示すが、像のエッジ付近の高い強度不均一性によって特徴づけられる顕著なオーバーシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）または「リンギング（ｒｉｎｇｉｎｇ）」効果も含み、インコヒーレントな光を用いて生成された同じ像は、ソフトショルダ（ｓｏｆｔ  ｓｈｏｕｌｄｅｒ）およびやや広がったロールオフ（ｒｏｌｌ−ｏｆｆ）幅によって特徴づけられるより低い鮮明度を示すが、オーバーシュートは小さい。部分的にコヒーレントな光の場合には、生成される像のリンギング効果が、完全にコヒーレントな光を用いて生成された像に比べて小さく、完全にコヒーレントな光を用いて生成された像は、完全にインコヒーレントな光を用いて生成された像よりも幅の狭いロールオフを示す。レーザ光学システム内でのアパーチャの使用がリンギング効果およびロールオフに影響を及ぼすことがある。しかしながら、現在のアパーチャは一般に、オーバーシュートおよびロールオフに関して所望の結果を与えない。
【０００５】
したがって、当技術分野では、レーザアニールシステム内の改良されたアパーチャが求められている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は一般に、基板上に像を提供する光学部品を備えるレーザアニールシステムに関する。この光学部品は、基板の表面で露出させる像を整形する１つまたは複数のアパーチャを備えることができる。光学システム内のアパーチャの形状によってこの像を決定することができる。
【０００７】
一実施形態は、光学系内で使用する装置を提供する。この装置は、第１の開口数を有する照明を提供するように適合された光源と、光源によって照明される第１のアパーチャであり、像を形成するように適合された第１のアパーチャと、第１のアパーチャの下流に配置された第２のアパーチャとを備える。この装置はさらに、第２のアパーチャによって規定される第２の開口数を含む中継光学部品を備え、この第２のアパーチャは、第１のアパーチャにおける第１の開口数と中継光学部品の第２の開口数との比を、平面内の第１の方向と第１の方向に対して直角な第２の方向とで整合させるように適合されている。
【０００８】
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、上に概要を示した本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すべきである。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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ある種の実施形態に基づく熱処理装置の略図である。
【図２】ある種の実施形態に基づく図１の熱処理装置内の光学要素の略図である。
【図３】ある種の実施形態に基づく中継アパーチャ装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解を容易にするため、可能な場合には、上記の図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照符号を使用した。特段の言及なしに、１つの実施形態の要素および特徴を他の実施形態に有利に組み込むことが企図される。
【００１１】
本発明の実施形態は一般に、基板上にパターンを結像させる光学部品を備えるレーザアニールシステムに関する。この光学部品は、基板の表面で露出させる像を整形する１つまたは複数のアパーチャを備えることができる。光学システム内のアパーチャの形状によってこの像を決定することができる。
【００１２】
図１は、基板をレーザ処理するシステム１００の平面図である。システム１００は、複数のレーザパルスを生成する複数のパルスレーザ源を有するエネルギーモジュール１０２、および個々のレーザパルスを結合して結合レーザパルスにするパルス制御モジュール１０４を備える。パルス制御モジュール１０４は、結合レーザパルスの強度、周波数特性および偏光特性を制御する。システム１００はさらに、結合レーザ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１０６、および結合レーザパルスをオーバラップさせて単一の均一な場にすることによってパルスの空間エネルギー分布を調整するホモジナイザ１０８を備える。一実施形態では、ホモジナイザ１０８によって生成される光が、均一な場を提供する２つのレーザビームを含む。
【００１３】
システム１００はさらに、この単一の均一な場から残存するエッジ不均一性を除去するアパーチャ部材１１６、およびこのレーザエネルギー場と基板支持体１１０上に配置された基板との精確なアライメントを可能にする中継光学部品１１８を備える。コントローラ１１２が、エネルギーモジュール１０２に結合されてレーザパルスの生成を制御し、パルス制御モジュール１０４に結合されてパルス特性を制御し、基板支持体１１０に結合されてエネルギー場に対する基板の移動を制御する。典型的には、エンクロージャ（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）システム１１４がシステム１００の動作構成要素を包囲する。
【００１４】
レーザは、大出力レーザ放射の短パルス、例えば持続時間が約１００ナノ秒未満の短パルスを形成することができる任意のタイプのレーザとすることができる。典型的には、５００を超える空間モードを有し、Ｍ２が約３０よりも大きい高モダリティレーザが使用される。Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ガラス、チタン−サファイヤ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しばしば使用されるが、エキシマレーザなどのガスレーザ、例えばＸｅＣｌ２、ＡｒＦまたはＫｒＦレーザを使用することもできる。
【００１５】
例えばｑ−スイッチング（受動もしくは能動）、ゲインスイッチングまたはモードロッキングによってレーザをスイッチングすることができる。レーザの出力の近くでポッケルスセル（Ｐｏｃｋｅｌｓ  ｃｅｌｌ）を使用し、レーザによって放出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。一般に、パルスレーザ処理に使用することができるレーザは、約１００ｍＪから約１Ｊの間のエネルギー含量を有する持続時間が約１ナノ秒および約１００マイクロ秒の間のレーザ放射パルス、典型的には約１Ｊ、約８ナノ秒のレーザ放射パルスを生成することができる。それらのレーザは、約２００ｎｍから約２，０００ｎｍの間、例えば約４００ｎｍから約１，０００ｎｍの間、例えば約５３２ｎｍの波長を有することができる。一実施形態では、レーザが、ｑスイッチ周波数２倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザである。それらのレーザは全てが同じ波長で動作してもよく、またはそれらのレーザのうちの１つまたは複数のレーザが、エネルギーモジュール１０２内の残りのレーザとは異なる波長で動作してもよい。それらのレーザを増幅して、所望の出力レベルを発生させることができる。１つまたは複数の実施形態では、増幅媒質が、レージング媒質と同じ組成物または類似の組成物である。通常は、それぞれのレーザパルスを単独で増幅するが、ある種の実施形態では、結合後に、全てのレーザパルスを増幅することができる。
【００１６】
基板に送達される典型的なレーザパルスは、複数のレーザパルスの結合とすることができる。それらの複数のパルスは、それらのパルスが結合されたときに、その結果として、制御された時間および空間エネルギープロファイル、制御されたエネルギーの立上がり、持続時間、減衰、ならびにエネルギー不均一性の制御された空間分布を有する単一のレーザ放射パルスが生成されるような態様で、制御された時刻に、パルス相互間の制御された関係で発生させる。コントローラ１１２は、それぞれのレーザ、例えばそれぞれのレーザのそれぞれのスイッチに結合されてそれぞれのレーザからのパルスの発生を制御するパルスジェネレータ、例えば電圧源に結合された電子タイマを有することができる。
【００１７】
図２は、図１の熱処理装置内の光学要素の略部分図である。図２に示された光学要素は、前述のアパーチャ部材などのアパーチャ部材１１６、および中継光学部品１１８を含む。投影アパーチャなどのアパーチャ部材１１６は一般に、システム１００内の中継光学部品１１８の上流に置かれる。したがって、光は、中継光学部品１１８を通過する前に、アパーチャ部材１１６の開口（またはアパーチャ）を通過しなければならない。アパーチャ部材１１６は一般に、アパーチャ部材１１６の上流で生じた１つまたは複数のレーザビームからの光を打ち切るビーム整形アパーチャとして機能する。一実施形態では、アパーチャ部材１１６が実質的に長方形である。本明細書に記載された光学系は倍率１×で動作することができるが、他の倍率も企図されることに留意すべきである。したがって、アパーチャ部材１１６における像は、その像が基板の表面にあるときと同じ「サイズ」である。
【００１８】
中継光学部品１１８は、第１の中継光学部品２０２、第２の中継光学部品２０４、および瞳ストップなどの中継アパーチャ２０６を備える。第１の中継光学部品２０２は、所望のとおりに像を透過させるように選択された１つまたは複数のレンズを備えることができる。第１の中継光学部品２０２は、アパーチャ部材１１６と中継アパーチャ２０６の間に配置される。第２の中継光学部品２０４は、所望のとおりに像を透過させるように選択された１つまたは複数のレンズを備えることができる。第２の中継光学部品２０４は、中継アパーチャ２０６と基板支持体（図示せず）の間に配置される。
【００１９】
図３は、ある種の実施形態に基づく中継アパーチャ３００の平面図である。中継アパーチャ３００を中継アパーチャ２０６とすることができる。システム１００からの光がアパーチャ部材１１６に提供されると、アパーチャ部材１１６によってある量の光が打ち切られ、中継光学部品１１８および中継アパーチャ３００に入ることが妨げられる。結像光学部品１１８の最終的な目的は、基板の表面にアパーチャ部材１１６を結像させることである。中継アパーチャ３００は、光のコヒーレンシーに関連したオーバーシュートまたは「リンギング」を低減させ、基板表面における像の分解能を定める。一実施形態では、約５μｍ未満のエッジロールオフを提供するように中継アパーチャが選択される。この点に関して、エッジロールオフは、像強度が公称エッジ強度から９０％低下する距離と定義される。
【００２０】
複数のレーザ源を使用するある種の実施形態では、複数の角度θの入射レーザ光がアパーチャ部材１１６を照明する。角度θは、照明開口数（ＮＡｉ）として言及するのが一般的である。ＮＡｉは、式ＮＡｉ＝Ｓｉｎ（θ）によって与えられる。複数の光源がある場合、アパーチャ部材１１６における光の角度には分布があり、その結果、その光の中継アパーチャ３００における空間的な広がり（ｓｐａｔｉａｌ  ｅｘｔｅｎｔ）は増大する。ＮＡｉが、中継開口数（ＮＡｒｅｌａｙ）に数値の上で等しくなると、光の空間的な広がりは中継アパーチャ３００を満たす。
【００２１】
顕微鏡法の分野では知られているとおり、ＮＡｉとＮＡｒｅｌａｙの比は、物体照明（この実施形態では物体がアパーチャ部材１１６である）の空間的なコヒーレンス度の尺度である。フォトリソグラフィの分野では、開口数のこの比を一般的にσ＝ＮＡｉ／ＮＡｒｅｌａｙと呼ぶ。σ≪１のとき、中継アパーチャ３００内の光の空間的な広がりは、中継アパーチャ３００のサイズに比べて小さい。照明の空間コヒーレンスは非常に高く、中継光学部品１１８によって形成される最終的な像には、強いオーバーシュート、小さなエッジロールオフなどのコヒーレント効果が存在する。σ≧１のとき、照明の空間コヒーレンスは非常に低く、光は、中継アパーチャ３００を完全に満たす。最終的な像は、ごくわずかなオーバーシュートおよびより大きなエッジロールオフを示す。
【００２２】
一実施形態では、アパーチャ部材におけるＸ軸のσ＝０．７５であり、アパーチャ部材におけるＹ軸のσ＝０．７５である。一実施形態では、アパーチャ部材３００のＸ軸とＹ軸の両方のσをぴったりと整合させるように、中継アパーチャ３００の形状寸法が選択される。そのため、一実施形態では、ＸＹ平面のＸ方向とＹ方向のσを整合させる。像分解能および関連するエッジロールオフと、存在するオーバーシュートの量および関連するアパーチャサイズとを釣り合わせる。σの整合、および分解能とオーバーシュートとの釣合いは、中継アパーチャ３００の形状寸法を調整することによって達成することができる。
【００２３】
中継アパーチャ３００は、本体３０２、第１のエッジ３１０、第２のエッジ３１２および開口３０４を備える。一実施形態では、本体３０２がアルミニウムを含むが、マスクまたは不透明材料などの他の適当な材料を使用して、中継アパーチャ３００の本体３０２を形成することも企図される。本体３０２はさらに、本体３０２の周囲に実質的に円形の外周を含む。一実施形態では、第２のエッジ３１２が、図３に示されているように実質的に直線的であり、Ｘ軸に沿って配向されており、第１のエッジ３１０が湾曲している。この２つの第２のエッジ３１２と２つの第１のエッジ３１０の組合せは、長円形または「レーストラック（ｒａｃｅｔｒａｃｋ）」型の開口３０４を形成する。開口３０４は、Ｘ軸とＹ軸の両方に関して実質的に対称である。第１のエッジ３１２および第２のエッジ３１０は本体に形成されており、典型的には、斜角に切られた鋭いエッジである。
【００２４】
開口３０４は、本体３０２の中心領域に配置される。開口３０４は、湾曲したそれぞれのエッジ３１０の中心領域間のＸ軸に沿った距離Ａだけ延びる。一実施形態では、距離Ａが、約３０ｍｍから約５０ｍｍの間、例えば約３５ｍｍから約４０ｍｍの間、例えば約３７ｍｍである。開口３０４は、それぞれの直線的エッジ３１２間のＹ軸に沿った距離Ｃだけ延びる。一実施形態では、距離Ｃが、約５ｍｍから約２５ｍｍの間、例えば約１０ｍｍから２０ｍｍの間、例えば約１５ｍｍである。
【００２５】
中継アパーチャ３００が結像させる光は、１つまたは複数のレーザビームによって提供される。一実施形態では、第１のレーザビーム３０６および第２のレーザビーム３０８が提供される。中継アパーチャ３００などの中継アパーチャでは、開口３０４が、レーザビーム３０６および３０８を包容し、中継アパーチャ３００を通って伝播している光を打ち切らない。開口３０４は、実質的に円形の断面を有することができる１つまたは複数のレーザビームを収容することができる。レーザビーム３０６とレーザビーム３０８は全く同じとすることができる。レーザビーム３０６または３０８の直径Ｄは、約５ｍｍから２０ｍｍの間、例えば約１０ｍｍから１５ｍｍの間、例えば１１ｍｍとすることができる。ビーム３０６の最も外側のエッジとビーム３０８の最も外側のエッジの間の距離Ｂは、約２０ｍｍから３５ｍｍの間、例えば約２５ｍｍから３０ｍｍの間、例えば２７ｍｍとすることができる。
【００２６】
異なる光源を考慮するために、中継アパーチャのさまざまなサイズおよび形状の開口を使用することが企図される。例えば、σ値を整合させるために、４つのレーザビームを提供し、実質的に正方形の開口を提供することができる。
【００２７】
開口３０４の形状寸法は、基板表面における像のオーバーシュートとエッジロールオフが釣り合うように選択される。開口３０４の形状寸法は、光で満たされない面積を低減させ、これによって像内で観察されるオーバーシュートが低減する。中継アパーチャ３００は、開口３０４内のレーザビーム像の形状寸法を、σの値がｘ−ｙ平面内の方向によってあまり変化しないように整合させる形状を提供するように形成される。その結果は、オーバーシュートが、像平面における所与のエッジの方向とはほぼ無関係な結像系である。像分解能（エッジロールオフ幅）は、像（ｘ−ｙ）平面内の方向によって変動する（ＮＡｒｅｌａｙはｘ−ｙ平面内の方向によって異なる）。レーザアニール用途などのある種の実施形態では、いくつかのエッジに対してオーバーシュートを過大にするために像分解能の変動が好ましいことがある。
【００２８】
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、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
0006346263.tif 000002
【図２】
0006346263.tif 000003
【図３】
0006346263.tif 000004