一种热处理系统包括以激光波长发射的激光辐射源、设置在反射表面和能容纳待处理衬底的衬底支架之间的光束投射光学装置、响应于高温计波长的高温计，以及波长响应光学元件，该光学元件具有用于在包括激光波长的第一波长范围内的光的第一光学路径，第一光学路径位于激光辐射源和光束投射光学装置之间，以及具有用于在包括高温计波长的第二光学范围内的光的第二光学路径，第二光学路径位于光束投射光学装置和高温计之间。该系统可进一步包括在激光辐射源和波长响应光学元件之间的高温计波长阻挡滤波器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及半导体衬底的热处理。更具体地，本专利技术涉及半导体衬底的激光热处理。
技术介绍
在硅的制造过程中和在硅晶圆或者诸如用于显示器的玻璃板的其他衬底中形成的其它半导体集成电路时需要热处理。所需温度从小于250℃的相对低温变化到高于1000℃、1200℃或者甚至1400的温度，并且可能用于诸如掺杂注入退火、结晶化、氧化、氮化、硅化和化学气相沉积以及其他反应的多种工艺中。对于高级集成电路所需的非常窄的电路特征，非常期望在实现所需的热处理时减少总热预算。热预算被认为是在达到期望处理温度所需的高温时的总时间。晶圆需要保留在最高温度的时间可能非常短。快速热处理(RTP)采用辐射灯，该辐射灯可以快速开启和关闭以仅加热晶圆而不加热腔室的剩余部分。采用非常短(约20ns)的激光脉冲的脉冲激光退火在仅加热表面层而不加热下层晶圆时是有效的，因此其允许非常短的升降速度。由Jennings等人提交的基于2002年12月18日提交的申请号为No.10/325,497的美国专利申请的PCT/2003/00196966描述了近来以各种形成快速发展的方法，有时称为热流量激光退火或者动态表面退火(DSA)，该申请在此引入其全部内容作为参考。Markle在No.6,531,681的美国专利中描述了不同的形式。Talwar在No.6,747,245的美国专利中描述了另一方案。Jennings和Markle版本采用CW二极管激光器以生成非常强烈的光束，其以细长的辐射线照射晶圆。然后，该线沿垂直于线束长尺寸的方向扫描整个晶圆表面。
技术实现思路
一种热处理系统包括以激光波长发射的激光辐射源、设置在反射表面和能容纳待处理衬底的衬底支架之间的光束投射光学装置、响应于高温计波长的高温计，以及波长响应光学元件，该光学元件对于在包括激光波长的第一波长范围内的光具有第一光学路径，第一光学路径位于激光辐射源和光束投射光学装置之间，以及对位于包括高温计波长的第二波长范围内的光的第二光学路径，第二光学路径位于光束投射光学装置和高温计之间。该系统进一步包括在激光辐射源和波长响应光学元件之间的高温计波长阻挡滤波器。较佳地，高温计包括光电探测器和激光波长阻挡滤波器。在较佳实施方式中，激光辐射源包括一激光发射器阵列同时高温计波长阻挡滤波器包含相对于该阵列成一角度的反射表面，从而将高温计波长的光反射到相邻发射器其中之一之间的区域。在一个优选实施方式中，光束投射光学装置投射激光波长的辐射线束至整个衬底支架上的衬底平面上，并且该系统进一步包括具有横穿线束的快轴的扫描装置。附图说明图1是在本专利技术中采用的热流量激光退火装置的正投影图；图2和图3是图1的装置的光学元件从不同视角观察的正投影图；图4是在图1的装置中的部分半导体激光器阵列的端部平面图；图5是用于图1装置的均匀光导管的正投影图；图6是根据优选实施方式包括图2-图4的特征的系统的示意性视图；图7、图8和图9是本专利技术的高温计波长阻挡光学滤波器的不同实施方式的前视截正视图。具体实施例方式在图1的示意性正投影图中示出了由Jennings等人在前面所参考的申请中所述装置的一个实施方式。用于二维扫描的跨轨结构(gantry structure)10包括一对固定的平行轨道12、14。两个平行的跨轨梁16、18隔开设定的距离固定在一起，并被支撑在固定的轨道12、14上，以及由未示出的电机和驱动机构控制两个平行的跨轨梁16、18使其沿着固定的轨道12、14一起在辊轴承或球轴承上滑动。光束源20以可滑动方式支撑在跨轨梁16、18上，并可悬挂在由未示出的电机和驱动机构控制的梁16、18下面以沿着它们滑动。硅晶圆22或者其他衬底静态支撑在跨轨结构10下方。光束源20包括激光源和光学装置以产生向下定向的扇形光束24，其一般以平行于固定轨道12、14方向延伸的线束26照射晶圆22，其中该方向简称为慢方向。尽管此处没有示出，跨轨结构进一步包括用于以通常平行于扇形束24的方向移动的激光源和光学装置的Z-轴台，从而可控地改变光束源20与晶圆22之间的距离，因此控制在晶圆22上的线束26的聚焦。线束26的示例性尺寸包括1cm的长度和66微米的宽度，和220kW/cm2的示例性功率密度。可选地，光束源和相关光学装置可以是固定的，而将晶圆支撑在二维扫描的台上。在典型的操作中，在沿着固定的轨道12、14的特定位置设置跨轨梁16、18，以及光束源20以均匀速度沿着跨轨梁16、18移动以使得线束26在与其纵向垂直的简称为快方向的方向上扫描。从而，线束26从晶圆22的一侧到另一侧扫描以照射晶圆22的1cm的扫描带(swath)。线束26足够狭窄并且沿快方向的扫描速度足够快使得晶圆的特定区域仅瞬态暴露于线束26的光学辐射下，但是线束峰强度足以加热表面区域至非常高的温度。然而，晶圆22的较深部分没有被充分加热并且进一步作为吸热部件(heat sink)以快速冷却表面区域。一旦完成快速扫描，沿着固定轨道12、14移动跨轨梁16、18至新的位置，使得线束26沿着慢轴延伸的长维度方向上移动。然后，实施快速扫描以照射晶圆22的相邻扫描带。可以沿光束源20的弯曲轨迹重复交替的快慢扫描直到整个晶圆22已经完成热处理。光学光束源20包括激光器阵列。在图2和图3中以正投影图形式示出了一个实施例，其中在光学系统30中从两个激光条叠层32产生约810nm的激光辐射，在图4的端视平面图中示出了其中一个激光条叠层。每个激光条叠层32包括14个平行的条34，一般对应于GaAs半导体结构中的垂直p-n结，水平延伸约1cm并隔开约0.9mm。典型地，水冷却层设置在条34之间。在每个条34中形成49个发射器36，各组成的独立GaAs激光器发射在正交方向具有不同发散角的独立光束。设置所示的条34，它们的长边沿多个发射器36上方延伸，并沿着慢轴对齐以及它们的短边对应于沿着快轴对齐的小于1微米的p-n耗尽层。沿着快轴的小光源尺寸允许沿着快轴的有效准直。发散角沿着快轴较大，而沿着慢轴相对较小。回到图2和图3，沿着激光条34设置两个阵列的圆柱形微透镜(lenslets)40以沿着快轴将激光准直在窄光束中。它们可用粘合剂粘接在激光叠层32上并与条34对齐以在发射区域36上方延伸。光源20可进一步包括传统的光学元件。这种传统的光学元件可包括交错复用器和偏振多路复用器，但是普通技术人员对这种元件的选择不限于该实施例。在图2和图3的实施例中，来自两个条叠层32的两组光束输入至交错复用器42，其具有多光束分离器型的结构并在两个内部对角面(diagonal face)例如反射平行带上具有特定的涂层，以选择性地反射并透射光。所述交错复用器可从Research Electro Optics(REO)购买得到。在交错复用器42中，对于来自两个条叠层32的各组光束，图案化的金属反射器带在成角的表面中形成，使得来自叠层32一侧上的条34的光束交替反射或者透射，从而与来自叠层32另一侧的条34的光束交错，该光束经过相应的选择性透射/反射，从而填充到以其他方式与独立的发射器36隔开的辐射轮廓中。第一组交错的光束通过四分之一波片48从而相对第二组交错光束的偏振而旋转第一组交错的光束的偏振。两组交错光束输入至具有双偏振光束本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热处理系统，包括： 发出激光波长的激光辐射源； 调谐用于在所述激光波长反射辐射而在高温计波长通过辐射的反射表面； 光学装置，设置在所述反射表面和待热处理的衬底之间； 高温计，设置在与所述光学装置相对的所述反射表面的一侧上，所述高温计对于所述高温计波长敏感，其中所述光学装置将待热处理的所述衬底的区域成像在所述高温计上；以及 第一光学滤波器，设置在所述激光辐射源和所述反射表面之间以阻挡由包括所述高温计波长的所述激光辐射源发出的部分辐射。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯E亚当斯，迪安詹宁斯，阿伦M亨特，阿布拉什J马约尔，维吉帕里哈，蒂莫西N托马斯，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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