本发明专利技术公开了一种热处理系统（１０），该热处理系统包括以激光器波长发射光的激光阵列（３４），衬底支撑，设置在所述源和所述衬底支撑之间并且利用激光辐射源发射的光在衬底的衬底平面上形成直线光束的光学片（４８、５２、６２、６４、６６、７０），以及扫描装置，其用于实现所述直线光束在贯穿所述直线光束的纵轴的方向上相对于所述衬底的移动。该系统进一步包括包围所述光学片的壳体（６８），设置在所述壳体内侧用于感测环境光级别的光检测器（８１），连接至激光辐射源的电源（１００），以及控制器（９０），其管理所述电源并响应所述光检测器（８１），用于在所述光检测器的输出增加超过阈值环境级别时中断所述电源。
【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
在硅和其它在硅晶圆或诸如用于显示器的玻璃平板的其他衬底上形成半导体集成电路的制造中需要热处理。所需的温度可从低于250℃的较低温度到高于1000℃、1200℃或甚至1400℃的范围，并且可用于诸如掺杂剂注入退火、结晶、氧化、氮化、硅化和化学气相沉积以及其它多种工艺。对于高级集成电路要求的极浅电路特征，在实现所需的热处理时非常需要降低总的热预算。该热预算可以被认为是处于获得期望的处理温度所需的高温下的总时间。晶圆需要保持在最高温度的时间可以非常短。快速热处理(RTP)采用辐射灯，其可非常快地打开和关闭以仅加热晶圆而不加热腔室的其它部分。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方面很有效，从而允许很短暂的上升和下降速率。在Jennings等人基于2002年12月18日递交的美国专利申请10/325,497的PCT/2003/00196966中描述了不同形式的最新研发方法，有时将其称为热通量激光退火或动态表面退火(DSA)，在此引入其全部内容作为参考。Markle在美国专利6,531,681中描述了不同的方式并且Talwar在美国专利6,747,245中描述了另一方式。Jennings和Markle方式采用CW二极管激光以产生高强度的光束，其以辐射的细长直线照射晶圆。该直线接着以垂直于该直线光束的长尺寸方向的方向在晶圆的表面上方扫描。
技术实现思路
一种热处理系统包括具有以激光器波长发射光的激光器阵列的激光辐射源、衬底支撑、设置在所述辐射源和所述衬底支撑之间的光学片，用于在衬底支撑的衬底平面上由激光辐射源发出的光形成直线光束，以及扫描设备，用于实现所述直线光束在贯穿所述直线光束的纵轴的方向上相对于所述衬底支撑的移动。该系统进一步包括包围所述光学片的壳体、设置在所述壳体内用于感测环境光级别的光检测器，连接至激光辐射源的电源，以及管理所述电源并响应所述光检测器的控制器，用于当所述光检测器的输出增加高于阈值环境级别时中断所述电源。附图说明图1为本专利技术采用的一种热通量激光退火装置的正视图；图2和图3为从图1所示装置的光学部件的不同视角的正视图；图4为图1所示装置中半导体激光器阵列的部分端视平面图；图5为用于图1所示装置的均质光管的正视图；图6为根据本专利技术实施方式的光学系统的示意图。具体实施例方式图1的正视示意图示出了在以上引用的Jennings等人的专利申请中描述的装置的一实施方式。用于二维扫描的构台(gantry)结构10包括一对固定的平行横杆12、14。两个平行的构台梁16、18以设定的距离间隔固定在一起并支撑在固定的横杆12、14上，该构台梁由未示出的电机和驱动机制控制以连同固定的横杆12、14一起在滚轴或滚珠上滑动。光源20可滑动地支撑在构台梁16、18上，并可悬挂在通过未示出的电机和驱动装置控制的梁16、18下方以沿着其滑动。硅晶圆22或其他衬底固定地支撑在构台结构10的下方。光源20包括激光源和光学片以产生照射晶圆22的指向下的扇形光束24，其为通常平行于固定的横杆12、14延伸的直线光束26，该方向通常被称为慢性方向(slow direction)。虽然没有在此示出，该构台结构还包括Z轴台，其用于沿通常平行于扇形光束24的方向移动激光源和光学片，从而可控地改变光源20和晶圆22之间的距离并因此控制直线光束26在晶圆22上的聚焦。直线光束26的示例性尺寸在具有示例性的功率强度220kW/cm3时包括1厘米的长度和66微米的宽度。替代地，光源和相关的光学片固定，而将晶圆支撑在沿二维方向对其进行扫描的台架上。在典型的操作中，构台梁16、18沿着固定的横杆12、14设置于特定的位置，并且光源20沿构台梁16、18以均匀的速度移动以在垂直于其长尺寸的方向上扫描直线光束26，该方向通常被称为快性方向。从而直线光束26从晶圆22的一侧扫描到另一侧以辐射晶圆22的1cm的窄带。直线光束26足够窄并且沿快性方向的扫描速度足够快，从而晶圆的特定区域仅短暂地暴露于直线光束26的光学辐射中，但该直线光束的峰值强度足以将表面区域加热至非常高的温度。然而，晶圆22的较深部分没有被显著地加热并进一步用作吸热器以快速冷却该表面区域。一旦完成了快速扫描，构台梁16、18沿着固定的横杆12、14移动至新的位置从而直线光束26沿着其从慢性轴延伸的长尺寸方向移动。接着执行快速扫描以辐射晶圆22的相邻窄带。光源20可能以螺旋形路径重复交替的快速和慢速扫描，直到整个晶圆22完成热处理。光源20包括激光器阵列。图2和图3中示出了正视实施例，其中在光学系统30中由两个激光棒堆32产生约810nm的激光辐射，在图4的端视平面图中示出了激光棒堆中的一个。各激光棒堆32包括14个平行的棒34，其通常对应于GaAs半导体结构中的垂直p-n结，沿横向延伸约1cm并以约0.9mm分隔开。典型地，在棒34之间设置有水冷层。在各棒34中形成有49个发射器36，各发射器构成在正交方向上发射具有不同发散角的各自光束的独立GaAs激光器。设置所示棒34，其长尺寸在多个发射器36上方延伸并且沿着慢性轴排列，而其短尺寸对应于沿着快性轴排列的小于1微米的p-n耗尽层。沿着快性轴的小光源尺寸允许沿着快性轴的有效准直。发散角沿着快性轴较大而沿着慢性轴较小。回到图2和图3，圆柱形小透镜40的两个阵列沿着激光棒34设置以沿着快性轴将激光准直为窄光束。它们可用粘合剂粘接在激光堆32上并与棒34对齐以在发射区域36上方延伸。光源20可进一步包括常规的光学元件。这种常规的光学元件可以包括衬垫和偏振复用器，虽然普通技术人员对所述元件的选择并不限于所述实施例。在图2和图3的实施例中，来自两个棒堆32的两组光束输入至衬垫42，该衬垫42具有多个光束分离器型结构并在两个内斜面上具有特定的涂层，例如反射平行带，以选择性地反射和透射光。所述衬垫可从Research Electro Optics(REO)购买得到。在衬垫42中，对于来自两个棒堆32的各组光束，图案化的金属反射器带形成在斜的表面中，从而来自堆32一侧上的棒34的光束交替地被反射或透射以与来自在堆32另一侧上的棒34的光束交叉，来自堆32另一侧上的棒34的光束经过相应的选择性透射/反射，从而填充来自独立反射器36的否则会间隔开的辐射轮廓。第一组交叉光束通过四分之一波板48以相对于第二组交叉光束的偏振而旋转其偏振。将两组交叉光束输入至具有双偏振光束分离器结构的偏振复用器(PMUX)52。这种PMUX可从Research Electro Optics购买得到。第一和第二斜界面层54、56使两组交叉光束从其前面沿着公共轴被反射。第一界面54一般实施为被设计为硬反射器(HR)的介电干涉滤波器，而第二界面56实施为被设计为在激光器波长处的偏振光束分离器(PBS)的介电干涉滤波器。因此，从第一界面层54反射的第一组交叉光束照射第二界面层56的背面。由于通过四分之一波板48引入的偏振旋转，第一组交叉光束经过第二界面层56。由PMUX 52输出的源光束58的强度为两组交叉光束中任一强度的两倍。虽然在附图中分别示出，但衬垫本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于衬底热处理的装置，包括：以激光器波长发射光的激光辐射源；光学系统，其设置在所述源和衬底之间以接收来自所述源的用于衬底热处理的光，其中所述光学系统包括多个光学元件；用于在其中保持所述光学系统的壳体，其中所述激光 辐射在所述壳体内维持为预定级别，并且来自所述光学系统的至少一个光学元件的损坏导致所述壳体内的光辐射超过所述预定级别；光检测器，其设置于所述壳体内，用于通过检查所述电信号是否超过预定的基准级别而检测所述壳体内过量的激光辐射，并且在检测 到过量的激光辐射时产生控制信号；为所述激光辐射源产生功率的电源；以及基于来自所述光检测器的过量激光辐射控制所述电源的控制器。
【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，
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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