本发明专利技术公开了一种用于处理半导体晶圆的装置，包括：设置在沿着慢轴延伸的多个平行的行上的半导体激光发射器阵列；多个单独的圆柱形透镜，其设置在激光发射器的行的各自其中之一之上，并用于沿着通常与慢轴垂直的快轴准直来自各自行的光；均匀化的光导管，其具有用于在第一端部接收由多个圆柱形透镜准直的光的输入面以及位于相对端的输出面，光导管包括一对在输入面和输出面之间延伸并且沿着慢轴的方向彼此分开的反射表面；以及扫描装置，其用于使得发射自均匀化光导管的光在与快轴平行的扫描方向上扫描晶圆。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般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
在硅以及在硅晶圆或诸如用于显示的玻璃衬底的其它衬底上形成的其它半导体集成电路的制造中需要热处理。所要求的温度可在小于250℃的相对较低的温度到大于1000℃、1200℃或者甚至1400℃的范围中，并且可用于诸如掺杂注入退火、结晶化、氧化、氮化、硅化和化学汽相沉积以及其它的各种工艺中。对于先进的集成电路所要求的非常窄的电路特征，非常需要减少在实现所要求热处理中的总体热预算。该热预算可以认为是在高温下获得所需处理温度所必要的全部时间。晶圆需要停留在最高温度下的该时间可以非常短。快速热处理(RTP)使用可非常快速地打开和关闭的照射灯来仅仅加热晶圆而不加热腔室的剩余部分。使用非常短(大约20ns)的激光脉冲的脉冲调制激光退火在仅加热表面层而非下方晶圆时较为有效，因此允许非常短的升降速率。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式研发的方法，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方案采用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
本专利技术提供了一种用于处理半导体晶圆的装置，包括设置在沿着慢轴延伸的多个平行的行上的半导体激光发射器阵列；多个单独的圆柱形透镜，其设置在激光发射器的所述行的各自其中之一上，并用于沿着通常与所述慢轴垂直的快轴准直来自所述各自行的光；均匀化的光导管，其具有用于在第一端部接收由所述多个圆柱形透镜准直的光的输入面以及位于相对端的输出面，所述光导管包括一对在所述输入面和输出面之间延伸并且沿着所述慢轴的方向彼此分开的反射表面；以及扫描装置，其用于使得发射自所述均匀化光导管的光在与所述快轴平行的扫描方向上扫描所述晶圆。用于将从所述光导管的输出面导出的光在所述晶圆上聚焦为直线光的透镜，所述直线光沿着所述慢轴具有长边而沿着所述快轴具有较窄的尺寸，其中所述扫描装置将所述直线光沿着所述快轴扫描所述晶圆。光导管的反射壁彼此足够接近以便于跨慢轴产生多次反射。附图说明图1为在本专利技术中使用的热通量激光退火装置的正投影图；图2和图3为图1的装置的光学元件从不同视角观察的正投影图；图4为图1的装置的半导体激光阵列的一部分的端部平面图；图5为用于图1的装置的均匀化光导管的正投影图；图6为图5的光导管及其输入和输出面处的透镜组件的透视图；图7为图6的光导管沿着快轴的俯视图；图8为图6的光导管沿着慢轴的侧视图；图9为图5的光导管的实施方式的正投影图，其中该光导管形成为具有沿光轴逐渐减少的横截面积的截断的楔形；图10为图5的光导管的实施方式的正投影图，其中该光导管形成为具有沿光轴逐渐增加的横截面积的截断的楔形；图11为在图10的光导管中多次反射的示意图，其中示出了在光导管输入处的分束透镜的效果。具体实施例方式在图1中以示意性的正投影图示出了由Jennings等人提交的上述参考的申请中所描述的装置的一个实施方式。用于两维扫描的跨轨结构(gantrystructure)10包括一对固定的平行轨道12和14。两个平行的跨轨梁16和18以设定的距离分开固定并且支撑在固定的轨道12和14上，并且由未图示的电机和驱动机构控制以在辊轴承或球轴承上沿着固定轨道12和14滑动。光束源20以可滑动方式支撑在跨轨梁16和18上，并且可悬挂在由未图示的电机和驱动机构控制的跨轨梁16和18之下以沿着它们滑动。硅晶圆22或其它衬底静态支撑在跨轨结构10的下方。光束源20包括激光源和光学元件以产生向下定向的扇形光束24，该光束24以作为通常平行于固定轨道12和14延伸的线束26照射该晶圆22，其中其中该方向简称为慢方向。虽然在此未图示，但是跨轨结构还包括Z-轴台，其用于在通常与扇形束24平行的方向上移动激光源和光学元件，从而可控地改变光束源20与晶圆22之间的距离，并且因此控制线束26在晶圆22上的聚焦。线束26的示例性的尺寸包括1厘米的长度和66微米的宽度，并且具有220kw/cm2的示例性的功率密度。可选地，该光束源和相关光学元件可以固定，而将晶圆支撑在可在两维方向上扫描的台上。在通常的操作中，跨轨梁16和18沿着固定轨道12和14设定在特定位置上，并且光束源20以匀速沿跨轨梁16和18移动以使得线束26在与其纵向垂直的通常称为快方向的方向上扫描。从而，线束26从晶圆22的一侧扫描到另一侧以照射晶圆22的1厘米的扫描带(swath)。线束26足够窄并且在快方向上的扫描速度足够快，从而仅仅将特定面积的晶圆暴露于线束26的光照射下但是线束的峰值的强度足够将表面区域加热到非常高的温度。然而，晶圆22的更深的部分并未显著加热并且进一步作为吸热部件(heat sink)以快速地冷却该表面区域。一旦该快速扫描完成，跨轨梁16和18沿固定轨道12和14移动新的位置，从而使得线束26沿着慢轴延伸的长尺寸方向上移动。随后，进行快速扫描以照射晶圆22的相邻扫描带。可以沿束源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。光束源20包括激光器阵列。在图2和图3中以正投影图示了一个示例，其中其中在光学系统30中从两个激光条叠层(laser bar stack)32产生约810nm的激光辐射，其中在图4中示出了一个激光器条叠层的端面。各个激光器条叠层32包括横向延伸约1cm并且分开约0.9mm的14个平行的条34，其通常对应于GaAs半导体结构中的垂直的p-n结。通常，在条34之间设置有水冷层。在各个条34中形成有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。定位所示的条34，使得它们的长边在多个发射器36之上延伸并且沿着慢轴对准，而它们的短边对应于沿快轴对准的小于1微米的p-n耗尽层。沿着快轴的小的光源尺寸允许沿着快轴的有效的准直。沿着快轴的发散角较大而沿着慢轴的相对较小。回到图2和图3，两列圆柱形微透镜(lenslets)40沿激光条34定位以沿快轴将激光准直在窄光束中。它们可以使用粘合剂粘结在激光器叠层32上并且与条34对准以在发射区域36上延伸。光束源20还可包括传统的光学元件。这样的传统光学元件可包括交错复用器和偏振多路复用器，但是本领域的技术人员对于该元件的选择并不限于该示例。在图2和图3的示例中，来自两个条叠层32的两组光束输入给交错复用器42，其具有多光束分离器型的结构并且在两个内部对角面上具有例如，反射性的平行带的特定涂层，从而有选择地反射和透射光。这样的交错复用器可从Research Electro Optics(REO)购得。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形成在成角的表面中，从而来自叠层32一侧上的条34的光束交替反射或透射，并且从而与来自叠层32本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热处理系统，包括：激光发射源，其发出激光波长的光并且包括多个形成在衬底上的激光二极管，并且从沿着第一轴设置的发射器区域沿着光轴发射；以及单轴光导管，其具有沿着所述第一轴相对于所述光轴分离的反射壁，其中所述光轴在所述反射壁 之间通过。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-11-12 60/627,238;US 2005-7-20 11/185,6491.一种热处理系统，包括激光发射源，其发出激光波长的光并且包括多个形成在衬底上的激光二极管，并且从沿着第一轴设置的发射器区域沿着光轴发射；以及单轴光导管，其具有沿着所述第一轴相对于所述光轴分离的反射壁，其中所述光轴在所述反射壁之间通过。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括至少一个变形透镜，其位于所述激光二极管的所述发射器区域上部，并且沿着所述第一轴延伸以基本上沿着与所述第一轴垂直的第二轴准直来自所述激光二极管的辐射。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光导管并不相对于所述第二轴反射所述辐射。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一轴为线束扫描装置的慢轴而所述第二轴为其快轴。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光导管形成为沿着所述第一轴逐渐减小的锥形。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光导管具有沿着来自所述光源的所述光轴逐渐增大的锥形。7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光导管具有沿着来自所述光源的所述光轴逐渐减小的锥形。8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括扫描装置，其用于在所述光轴和加工件之间产生沿着所述快轴的相对移动。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射壁以跨所述第一轴的足够短的距离彼此隔开，从而提供来自所述激光发射源的光在所述反射壁之间跨所述第一轴的多次反射。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括一对与所述反射壁联接的支撑壁，所述支撑壁以跨所述第二轴的足够大的距离彼此隔开，从而防止在所述支撑壁之间跨所述第二轴的反射。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括沿着所述第一轴轴向延伸并设置在各行所述发射器区域上的各个圆柱形透镜，其用于沿着所述第二轴准直来自所述激光源的光。12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述光导管形成为具有沿着从所述光导管的输入面到输出面的所述光轴在所述反射表面之间的间隔逐渐增加的锥形。13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述光导管形成为具有沿着从所述光导管...
【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯E亚当斯，迪安詹宁斯，阿布拉什马约尔，维吉帕里哈，约瑟夫M拉内什，
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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