在脉冲激光退火中使用红外干涉技术的熔化深度测定制造技术

提供用于在脉冲激光熔化期间测量基板熔化深度的方法和设备。所述设备可包括热源、其中形成有开口的基板支撑件及干涉仪，所述干涉仪被安置成将相干辐射导向所述基板支撑件。所述方法可包括将具有第一表面的基板安置在热处理腔室内、使用热源加热所述第一表面的一部分、将红外光谱辐射引导至部分反射镜以产生对照辐射和干涉辐射、将所述干涉辐射引导至熔化表面并将所述对照辐射引导至对照表面及测量反射的辐射之间的干涉。干涉条纹图案能用于测定熔化工艺期间的精确熔化深度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在脉冲激光退火中使用红外干涉技术的熔化深度测定
本文描述的技术涉及用于在脉冲激光熔化期间进行原位测量的方法和设备。
技术介绍
长久以来，制造半导体集成电路需要对硅晶片或其他半导体晶片进行热处理的多个步骤。晶片可能需要升温至600℃或更高温度以热启动一些工艺。此类工艺可包括但不限于化学气相沉积、硅化、氧化或氮化、注入退火及掺杂剂活化。这些工艺中的一些工艺可能需要超过1000℃、1200℃或甚至高于1350℃的温度，上述温度中的最后一个温度相对较接近硅的熔点1416℃。脉冲激光熔化(PLM)已被研发以用来大幅提高工艺(比如注入退火)中的加热及冷却速率。PLM能通过使无定形半导体材料(比如用于三维存储器或低温多晶硅应用的无定形半导体材料)更均匀地局部熔化并再结晶而导致掺杂剂活化(dopantactivation)提高。将激光辐射的短脉冲(约20纳秒)聚集在晶片的小区域上。激光脉冲的总能量足以将受辐照的区域的表面立即加热达到高温。之后，浅激光脉冲所产生的微量的热快速扩散进入所述晶片的未受热的下部分中，从而大幅提高受辐照的表面区域的冷却速率。数种类型的高功率激光器能以每秒数百脉冲的重复速率(repetitionrate)产生脉冲。移动基板以在晶片的表面上产生激光的步进式重复图案(step-and-repeatpattern)，并在邻近区域中产生激光脉冲以对整个晶片表面进行同样的热处理。如以前本领域中所描述的那样，PLM需要测定在特定温度下的材料再生长速度、监测熔化的开始与持续时间以及根据能量输入来计算熔化深度。在过去，通常在样品的退火侧上使用监测反射率技术来监测熔化的开始和熔化的持续时间。通常在测试样品上使用外部分析工具(比如二次离子质谱仪(SIMS))来计算熔化深度。目前尚未有已知的技术用于在PLM期间进行熔化深度的原位分析。因此，需要用于在基板的PLM处理期间测定熔化深度的方法和设备。
技术实现思路
提供用于在退火期间测量基板表面的熔化深度的方法和设备。在一个实施例中，用于处理基板的设备能包含热源、基板支撑件及干涉仪(interferometer)。所述基板支撑件能具有基板接触表面、与所述基板接触表面相对的背面及形成在所述基板支撑件中的开口。所述干涉仪能被安置成用于将相干辐射(coherentradiation)导向所述背面并穿过所述开口。所述干涉仪能包含红外辐射源、部分反射镜(partiallyreflectivemirror)及辐射传感器。在另一实施例中，处理基板的方法能包括在热处理腔室内安置基板，其中所述基板包括第一表面和第二表面，使用热源加热所述第一表面的至少一部分而产生所述第一表面的熔化部分，将红外光谱辐射引导至部分反射镜而产生对照辐射(controlradiation)和干涉辐射(interferenceradiation)，将所述干涉辐射引导至所述第二表面并将所述对照辐射引导至对照表面(controlsurface)，其中干涉辐射和对照辐射从各自的表面至少部分地反射，以及测量所反射的干涉辐射与所反射的对照辐射之间的干涉。在另一实施例中，用于处理基板的方法能包括在退火腔室中安置基板，其中所述基板包含第一表面和第二表面，使用热源加热所述基板的第一表面的至少一部分以产生熔化表面，将相干辐射导向所述基板的第二表面以产生来自所述基板的第二表面的反射的对照辐射及来自所述熔化表面的反射的干涉辐射，及测量所述反射的干涉辐射与所述反射的对照辐射之间的干涉。附图说明为了能详细了解本专利技术的上述特征，可通过参考实施例获得以上简要概述的本专利技术的更具体的描述，实施例的一些实施例图示于附图中。然而应注意，附图仅图示本专利技术的典型实施例，且因此不应被视为对本专利技术范围的限制，因为本专利技术可容许其他等同有效的实施例。图1根据一个实施例绘示具有辐射界面检测器的脉冲激光退火腔室。图2A和图2B根据一个实施例绘示可与固定式的辐射界面检测器并用的基板支撑件。图3绘示能够相对于辐射界面检测器而改变位置的基板支撑件。图4绘示采用间接反射干涉仪(indirectlyreflectinginterferometer)的进一步的实施例。图5是概述根据一个实施例的方法的流程图。图6是概述根据另一实施例的方法的流程图。为了帮助理解，已尽可能地使用相同标记数字来表示各图中共有的相同元件。可设想到一个实施例中所揭示的元件可有利地应用在其他实施例上而无需特定详述。具体实施方式提供用于在激光处理期间测量基板表面的熔化深度的方法和设备。本文描述的方法和设备能允许在脉冲激光熔化(比如出自脉冲激光退火工艺的脉冲激光熔化步骤)期间进行熔化深度的实时(realtime)测量。以下参照附图更加详细地描述实施例。图1根据一个实施例绘示脉冲激光退火腔室2。脉冲激光退火腔室2能具有一或多个热源4a和4b，比如一或多个激光器。尽管此实施例仅绘示两个热源4a和4b，然而也可使用能一起或单独移动或产生脉冲的一或多个热源4(图中未示出)、能一起或单独移动或产生脉冲的热源4的阵列或上述热源的任意组合。每个热源4能由单个激光器或多个激光器组成，且这些激光器能被聚焦在一或多个点上。热源4a和热源4b能被导向基板支撑件6。辐射界面检测器能被设置成面向基板支撑件的第二面(secondside)。辐射界面检测器可以是反射界面检测器，比如红外(IR)干涉仪。辐射界面检测器能通过使用透射性相干辐射来测量基板的熔化深度。透射性相干辐射可以是被选择以当辐射接触材料界面时提供信号的任何辐射。所选用的辐射将取决于被分析的材料。能根据辐射穿过基板的透射性来选择所述辐射。对于由硅组成的基板而言，能使用红外辐射。当不同位置或不同时间的电场值之间有固定的相关系时，辐射是相干的。所述固定的相关系能被分成空间关系(也被称作空间相干)和时间关系(也被称作时间相干)。部分相干意指相值之间有至少一些相关性，即空间相干、时间相干或空间相干与时间相干的结合。在本文中描述的实施例中，相干辐射能够是相干或部分相干。在相干辐射与干涉仪结合使用的情况中，辐射的相干性仅受干涉仪从反射的辐射分辨干涉图案的能力的限制。根据脉冲激光退火腔室2及辐射界面检测器10两者的设计，基板支撑件6可被安置在热源4a和热源4b下方，且基板支撑件6可以是移动式的或固定式的(stationary)。基板支撑件6可由标准材料构成，比如铝。基板支撑件6能具有一或多个口8。口8能被设计以通过容许来自辐射界面检测器10的相干辐射12(比如红外(IR)激光束)穿过基板支撑件6来接纳移动式的或固定式的辐射界面检测器10。另外，口8能穿过基板支撑件6，以容许辐射界面检测器10安置在基板支撑件6的第二面上。如有需要，口8能改变尺寸和形状，以容许基板支撑件6保有先前的功能，比如馈入背面气体或控制基板14的温度。基板14能被安置在基板支撑件6上，使所述基板的第二面暴露于一或多个口8，以允许在利用来自热源(比如热源4a和热源4b)的热(比如热16a和热16b)处理基板的期间内测量熔化深度，其中热源4a和热源4b可以是激光器，热16a和热16b可以是激光束。口8的其他实施例可以是基板支撑件的基板接触表面中的凹槽，并在所述凹槽处将辐射界面检测器10安置在基板支撑件6中。辐射界面检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理基板的设备，包括：热源；基板支撑件，所述基板支撑件具有面向所述热源的基板接触表面、与所述基板接触表面相对的背面以及形成在所述基板支撑件中的一或多个开口；及一或多个干涉仪，所述一或多个干涉仪被安置成用于将辐射导向所述背面并穿过所述一或多个开口，其中所述干涉仪包括：红外辐射源；部分反射镜；及辐射传感器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.11 US 61/658,2821.一种用于处理基板的设备，包括：热源，所述热源被配置为熔化所述基板的第一表面的一部分，其中所述热源被导向基板支撑件；所述基板支撑件，所述基板支撑件具有面向所述热源的基板接触表面、与所述基板接触表面相对的背面以及形成在所述基板支撑件中的一或多个开口；及一或多个干涉仪，所述一或多个干涉仪用于测量所述基板的熔化部分的深度，其中所述一或多个干涉仪被安置成用于将辐射导向所述背面并穿过所述一或多个开口，其中所述一或多个干涉仪包括：红外辐射源；部分反射镜；及辐射传感器。2.如权利要求1所述的设备，其中所述一或多个开口中的至少一个开口包含透镜。3.如权利要求2所述的设备，其中红外光能穿透所述透镜。4.如权利要求1所述的设备，其中所述红外辐射源相对于所述热源是固定的。5.如权利要求1所述的设备，其中所述红外辐射源是相干源。6.如权利要求1所述的设备，进一步包括多个开口，其中所述一或多个干涉仪中的至少一个干涉仪安置在所述多个开口的每个开口处。7.如权利要求1所述的设备，其中所述基板支撑件包含开口，所述开口内形成有窗。8.一种处理基板的方法，包括：在热处理腔室中安置所述基板，其中所述基板包含第一表面和第二表面；使用热源加热所述第一表面的至少一部分以在所述基板上产生熔化表面；将红外光谱辐射引导至部分反射镜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：继平·李，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US