本發明專利技術公開了一種熱處理系統（１０），該熱處理系統包括以激光器波長發射光的激光陣列（３４），襯底支撐，設置在所述源和所述襯底支撐之間并且利用激光輻射源發射的光在襯底的襯底平面上形成直線光束的光學片（４８、５２、６２、６４、６６、７０），以及掃描裝置，其用于實現所述直線光束在貫穿所述直線光束的縱軸的方向上相對于所述襯底的移動。該系統進一步包括包圍所述光學片的殼體（６８），設置在所述殼體內側用于感測環境光級別的光檢測器（８１），連接至激光輻射源的電源（１００），以及控制器（９０），其管理所述電源并響應所述光檢測器（８１），用于在所述光檢測器的輸出增加超過閾值環境級別時中斷所述電源。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術主要涉及半導體襯底的熱處理。更具體地，本專利技術涉及半導體襯底的激光熱處理。
技術介紹
在硅和其它在硅晶圓或諸如用于顯示器的玻璃平板的其他襯底上形成半導體集成電路的制造中需要熱處理。所需的溫度可從低于250℃的較低溫度到高于1000℃、1200℃或甚至1400℃的范圍，并且可用于諸如摻雜劑注入退火、結晶、氧化、氮化、硅化和化學氣相沉積以及其它多種工藝。對于高級集成電路要求的極淺電路特征，在實現所需的熱處理時非常需要降低總的熱預算。該熱預算可以被認為是處于獲得期望的處理溫度所需的高溫下的總時間。晶圓需要保持在最高溫度的時間可以非常短?？焖贌崽幚?RTP)采用輻射燈，其可非常快地打開和關閉以僅加熱晶圓而不加熱腔室的其它部分。采用非常短(約20ns)的激光脈沖的脈沖激光退火在僅加熱表面層而不加熱下層方面很有效，從而允許很短暫的上升和下降速率。在Jennings等人基于2002年12月18日遞交的美國專利申請10/325,497的PCT/2003/00196966中描述了不同形式的最新研發方法，有時將其稱為熱通量激光退火或動態表面退火(DSA)，在此引入其全部內容作為參考。Markle在美國專利6,531,681中描述了不同的方式并且Talwar在美國專利6,747,245中描述了另一方式。Jennings和Markle方式采用CW二極管激光以產生高強度的光束，其以輻射的細長直線照射晶圓。該直線接著以垂直于該直線光束的長尺寸方向的方向在晶圓的表面上方掃描。
技術實現思路
一種熱處理系統包括具有以激光器波長發射光的激光器陣列的激光輻射源、襯底支撐、設置在所述輻射源和所述襯底支撐之間的光學片，用于在襯底支撐的襯底平面上由激光輻射源發出的光形成直線光束，以及掃描設備，用于實現所述直線光束在貫穿所述直線光束的縱軸的方向上相對于所述襯底支撐的移動。該系統進一步包括包圍所述光學片的殼體、設置在所述殼體內用于感測環境光級別的光檢測器，連接至激光輻射源的電源，以及管理所述電源并響應所述光檢測器的控制器，用于當所述光檢測器的輸出增加高于閾值環境級別時中斷所述電源。附圖說明圖1為本專利技術采用的一種熱通量激光退火裝置的正視圖；圖2和圖3為從圖1所示裝置的光學部件的不同視角的正視圖；圖4為圖1所示裝置中半導體激光器陣列的部分端視平面圖；圖5為用于圖1所示裝置的均質光管的正視圖；圖6為根據本專利技術實施方式的光學系統的示意圖。具體實施例方式圖1的正視示意圖示出了在以上引用的Jennings等人的專利申請中描述的裝置的一實施方式。用于二維掃描的構臺(gantry)結構10包括一對固定的平行橫桿12、14。兩個平行的構臺梁16、18以設定的距離間隔固定在一起并支撐在固定的橫桿12、14上，該構臺梁由未示出的電機和驅動機制控制以連同固定的橫桿12、14一起在滾軸或滾珠上滑動。光源20可滑動地支撐在構臺梁16、18上，并可懸掛在通過未示出的電機和驅動裝置控制的梁16、18下方以沿著其滑動。硅晶圓22或其他襯底固定地支撐在構臺結構10的下方。光源20包括激光源和光學片以產生照射晶圓22的指向下的扇形光束24，其為通常平行于固定的橫桿12、14延伸的直線光束26，該方向通常被稱為慢性方向(slow direction)。雖然沒有在此示出，該構臺結構還包括Z軸臺，其用于沿通常平行于扇形光束24的方向移動激光源和光學片，從而可控地改變光源20和晶圓22之間的距離并因此控制直線光束26在晶圓22上的聚焦。直線光束26的示例性尺寸在具有示例性的功率強度220kW/cm3時包括1厘米的長度和66微米的寬度。替代地，光源和相關的光學片固定，而將晶圓支撐在沿二維方向對其進行掃描的臺架上。在典型的操作中，構臺梁16、18沿著固定的橫桿12、14設置于特定的位置，并且光源20沿構臺梁16、18以均勻的速度移動以在垂直于其長尺寸的方向上掃描直線光束26，該方向通常被稱為快性方向。從而直線光束26從晶圓22的一側掃描到另一側以輻射晶圓22的1cm的窄帶。直線光束26足夠窄并且沿快性方向的掃描速度足夠快，從而晶圓的特定區域僅短暫地暴露于直線光束26的光學輻射中，但該直線光束的峰值強度足以將表面區域加熱至非常高的溫度。然而，晶圓22的較深部分沒有被顯著地加熱并進一步用作吸熱器以快速冷卻該表面區域。一旦完成了快速掃描，構臺梁16、18沿著固定的橫桿12、14移動至新的位置從而直線光束26沿著其從慢性軸延伸的長尺寸方向移動。接著執行快速掃描以輻射晶圓22的相鄰窄帶。光源20可能以螺旋形路徑重復交替的快速和慢速掃描，直到整個晶圓22完成熱處理。光源20包括激光器陣列。圖2和圖3中示出了正視實施例，其中在光學系統30中由兩個激光棒堆32產生約810nm的激光輻射，在圖4的端視平面圖中示出了激光棒堆中的一個。各激光棒堆32包括14個平行的棒34，其通常對應于GaAs半導體結構中的垂直p-n結，沿橫向延伸約1cm并以約0.9mm分隔開。典型地，在棒34之間設置有水冷層。在各棒34中形成有49個發射器36，各發射器構成在正交方向上發射具有不同發散角的各自光束的獨立GaAs激光器。設置所示棒34，其長尺寸在多個發射器36上方延伸并且沿著慢性軸排列，而其短尺寸對應于沿著快性軸排列的小于1微米的p-n耗盡層。沿著快性軸的小光源尺寸允許沿著快性軸的有效準直。發散角沿著快性軸較大而沿著慢性軸較小?；氐綀D2和圖3，圓柱形小透鏡40的兩個陣列沿著激光棒34設置以沿著快性軸將激光準直為窄光束。它們可用粘合劑粘接在激光堆32上并與棒34對齊以在發射區域36上方延伸。光源20可進一步包括常規的光學元件。這種常規的光學元件可以包括襯墊和偏振復用器，雖然普通技術人員對所述元件的選擇并不限于所述實施例。在圖2和圖3的實施例中，來自兩個棒堆32的兩組光束輸入至襯墊42，該襯墊42具有多個光束分離器型結構并在兩個內斜面上具有特定的涂層，例如反射平行帶，以選擇性地反射和透射光。所述襯墊可從Research Electro Optics(REO)購買得到。在襯墊42中，對于來自兩個棒堆32的各組光束，圖案化的金屬反射器帶形成在斜的表面中，從而來自堆32一側上的棒34的光束交替地被反射或透射以與來自在堆32另一側上的棒34的光束交叉，來自堆32另一側上的棒34的光束經過相應的選擇性透射/反射，從而填充來自獨立反射器36的否則會間隔開的輻射輪廓。第一組交叉光束通過四分之一波板48以相對于第二組交叉光束的偏振而旋轉其偏振。將兩組交叉光束輸入至具有雙偏振光束分離器結構的偏振復用器(PMUX)52。這種PMUX可從Research Electro Optics購買得到。第一和第二斜界面層54、56使兩組交叉光束從其前面沿著公共軸被反射。第一界面54一般實施為被設計為硬反射器(HR)的介電干涉濾波器，而第二界面56實施為被設計為在激光器波長處的偏振光束分離器(PBS)的介電干涉濾波器。因此，從第一界面層54反射的第一組交叉光束照射第二界面層56的背面。由于通過四分之一波板48引入的偏振旋轉，第一組交叉光束經過第二界面層56。由PMUX 52輸出的源光束58的強度為兩組交叉光束中任一強度的兩倍。雖然在附圖中分別示出，但襯墊本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于襯底熱處理的裝置，包括：以激光器波長發射光的激光輻射源；光學系統，其設置在所述源和襯底之間以接收來自所述源的用于襯底熱處理的光，其中所述光學系統包括多個光學元件；用于在其中保持所述光學系統的殼體，其中所述激光 輻射在所述殼體內維持為預定級別，并且來自所述光學系統的至少一個光學元件的損壞導致所述殼體內的光輻射超過所述預定級別；光檢測器，其設置于所述殼體內，用于通過檢查所述電信號是否超過預定的基準級別而檢測所述殼體內過量的激光輻射，并且在檢測 到過量的激光輻射時產生控制信號；為所述激光輻射源產生功率的電源；以及基于來自所述光檢測器的過量激光輻射控制所述電源的控制器。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：布魯斯E亞當斯，迪安詹寧斯，阿倫M亨特，阿布拉什J馬約爾，維吉帕里哈，
申請(專利權)人：應用材料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]
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