光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)方案

一種光學(xué)系統(tǒng)，包括：第一裝置，用以減少入射到所述第一裝置上的光強度的變化，即在垂直于所述光的一方向上的所述強度的分布的變化；和第二裝置，用以減少所述入射到所述第二裝置上的光強度的變化，即在垂直于所說光和所說方向的另一方向上的所述強度的分布的變化。（*該技術(shù)在2015年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種適于用在半導(dǎo)體器件成批生產(chǎn)中的、高生產(chǎn)率條件下能實現(xiàn)均勻退火的、高可靠的激光退火方法。更具體地說，本專利技術(shù)提供一種其晶性由于在諸如離子照射(ion irradiation)、離子注入和離子摻雜等工藝中受到損傷而嚴重地劣化的淀積薄膜的激光退火方法。如今，對降低制造半導(dǎo)體器件中的加工溫度的方法正廣泛地進行研究。對低溫加工方法如此積極地研究的原因部分地歸因于在例如玻璃制造的絕緣襯底上制備半導(dǎo)體器件所提出的要求。激光退火技術(shù)被認為是有前途的主要低溫加工方法。但是，激光退火的條件尚未確定，因為傳統(tǒng)的激光退火方法是各自獨立地在不同條件下進行的，這些條件取決于在每個方法中獨立地選擇的裝置和涂敷條件。這就使得許多人錯誤地認為，激光退火技術(shù)不能給出可靠和一致得足以使該方法實際可行的結(jié)果。因此，本專利技術(shù)的目的在于首次建立能給出高度再現(xiàn)的結(jié)果的激光退火方法的條件。在制造半導(dǎo)體器件的方法中，淀積薄膜極大地受到諸如離子照射、離子注入和離子摻雜等工藝過程的損傷，并由此在晶性方面遭到破壞，從而產(chǎn)生遠非所說的半導(dǎo)體的非晶相或類似態(tài)。所以，為了將激光退火用于激活這種被損傷的薄膜，本專利技術(shù)人對如何使激光退火的條件最佳化進行了深入的研究。在該研究期間已發(fā)現(xiàn)，最佳條件的變化不僅受激光束的能量控制的影響，而且還受薄膜中所含有的雜質(zhì)以及所加激光束的脈沖發(fā)射的次數(shù)的影響。采用本專利技術(shù)的方法激活的淀積薄膜是那些含有作為主要成份的周期表的IV族元素，例如硅、鍺、硅和鍺的合金，或IV族元素的化合物如碳化硅的淀積薄膜。所淀積的薄膜的厚度為100至10000?？紤]到光傳輸，已完全確認，采用處于短波長范圍的特別是400nm或更短波長的激光束能很好地實現(xiàn)這種薄膜的激光退火。本專利技術(shù)的方法包括以下步驟將具有400nm或更短波長和50nsec或更窄脈寬的激光脈沖照射到薄膜上，該薄膜含有從碳、硅、鍺、錫和鉛所構(gòu)成的組中選出的IV族元素以及摻入其中的雜質(zhì)離子。其中柵說激光脈沖到達所述含有IV族元素的薄膜的路程中，在所述含有IV族元素的薄膜上形成厚度為3至300nm的透明薄膜，所述激光脈沖的每一個的能量密度E以mJ/cm2為單位和所述激光脈沖數(shù)N滿足關(guān)系式log10N≤-0.02(E—350)。從由KrF激發(fā)物激光器、ArF激發(fā)物激光器、XeCl激發(fā)物激光器和XeF激發(fā)物激光器構(gòu)成的組中選出的一種激光器發(fā)射激光脈沖。雜質(zhì)離子的摻入是采用離子照射、離子注入和離子摻雜等工藝實現(xiàn)的。含有IV族元素的薄膜形成在絕緣襯底上，并且該絕緣襯底在照射步驟期間被保持在室溫至500℃的溫度。業(yè)已確認，采用具有足夠高至激活的能量密度的激光束能降低薄層電阻。在含有作為雜質(zhì)的磷的薄膜的情況下，這種趨勢必然能觀察到。然而，在含有作為雜質(zhì)的硼的薄膜中，該薄膜由于這種高能量密度的激光的照射而受到損傷。此外，脈沖發(fā)射數(shù)的增加減少了激光退火薄膜的特性的波動被認為是理所當(dāng)然的事。但是，這是不確切的，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于增加發(fā)射數(shù)目使微觀波動增強，涂層的結(jié)構(gòu)劣化了。這可解釋為是由于重復(fù)加到薄膜上的激光束照射引起的涂層內(nèi)的晶核生長所致。結(jié)果，在涂層內(nèi)出現(xiàn)粒狀大小在0.1至1μm尺寸范圍內(nèi)的分布，而該涂層以前是由均勻尺寸的晶粒所組成的。當(dāng)采用高能激光照射時，此現(xiàn)象尤其明顯。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，所淀積的薄膜(即半導(dǎo)體薄膜)必須涂敷(覆蓋)3至300nm厚的光傳輸涂層，而不能暴露在大氣中。從傳輸光束的觀點看，該光傳輸涂層優(yōu)先選用氧化硅或氮化硅制造。最好采用主要含有氧化硅的材料，因為通常它也可用作柵絕緣材料。無需說明，此光傳輸薄膜可以摻磷或硼，以鈍化可移動離子。如果含有IV族元素的薄膜未涂敷這種光傳輸涂層，將會發(fā)生均勻性以加速方式被破壞的現(xiàn)象。還已發(fā)現(xiàn)，在上述條件下并且又滿足以下關(guān)系式時log10N≤A(E—B)采用脈沖式激光束能獲得更為光滑(均勻)的涂層，這里E(mJ/cm2)是所照射的每一激光脈沖的能量密度，N(發(fā)射數(shù))是脈沖式激光的發(fā)射數(shù)目。A和B的值取決于摻入涂層中的雜質(zhì)。當(dāng)磷作為雜質(zhì)存在時，選A為-0.02，B為350，當(dāng)采用硼作為雜質(zhì)時，選A為-0.02，B為300。采用透明的襯底替代透明的薄膜能得到相似的結(jié)果。也就是說，按照本專利技術(shù)的激光加工方法包括以下步驟將雜質(zhì)摻入在透明襯底上形成的半導(dǎo)體薄膜中；并且將波長為400nm或更短和脈寬為50nsec或更窄的激光脈沖穿過所述透明襯底照射至所述半導(dǎo)體薄膜上；其中，單位為mJ/cm2的所述激光脈沖的每一個的能量密度E和所述激光脈沖的數(shù)目N滿足關(guān)系式log10N≤-0.02(E－350)。圖7(A)示出摻入步驟，圖7(B)示出照射步驟。參照數(shù)字71代表透明襯底，72代表半導(dǎo)體薄膜。以下是附圖的簡要說明。附圖說明圖1是用于本專利技術(shù)的實施例中的激光退火裝置的原理圖；圖2是按照本專利技術(shù)的一個實施例由激光退火所獲得的硅薄膜(摻磷，N型)的薄層電阻與所加的激光能量密度之間在改變脈沖發(fā)射的重復(fù)次數(shù)時的關(guān)系圖；圖3是按照本專利技術(shù)的一個實施例由激光退火所獲得的硅薄膜(摻磷和硼，P型)的薄層電阻與所加的激光能量密度之間在改變脈沖發(fā)射的重復(fù)次數(shù)時的關(guān)系圖；圖4是在本專利技術(shù)的一個實施例中獲得的硅薄膜的結(jié)構(gòu)與所加的激光能量密度以及脈沖發(fā)射的重復(fù)次數(shù)之間的關(guān)系圖；圖5為用于本專利技術(shù)的實施例中的激光退火裝置的光學(xué)系統(tǒng)的原理圖；圖6示出按照本專利技術(shù)的激光退火方法；和圖7示出按照本專利技術(shù)的另一種激光退火方法。下面參考非限制性實例，以更詳細的方式描述本專利技術(shù)，不過，應(yīng)當(dāng)指出，不能將本專利技術(shù)解釋成限于該實例。在此實例中，將雜質(zhì)摻入由IV族元素組成的薄膜中，以使其具有N型和P型導(dǎo)電的一種，將另一種雜質(zhì)用掩摸摻入該薄膜的一部分中，使所述部分具有N型和P型導(dǎo)電的其余一種。在圖1中，原理性地示出了用于本實施的激光退火裝置。激光束在發(fā)生器2中產(chǎn)生，在通過全反射鏡5和6之后，在放大器3中被放大，并在通過全反射鏡7和8之后被引入光學(xué)系統(tǒng)4 。初始激光束具有約3×2cm2的矩形束面積，但借助光學(xué)系統(tǒng)4被加工成長光束，其長約為10至30cm2，寬約0.1至1cm。通過光學(xué)系統(tǒng)的激光的最大能量密度為1000mJ/單發(fā)射。光學(xué)系統(tǒng)4中的光路示于圖5中。入射于光學(xué)系統(tǒng)4上的激光通過柱形凹透鏡A、柱形凸透鏡B、水平方向設(shè)置的蠅眼透鏡C和垂直方向設(shè)置的蠅眼透鏡D。依靠蠅眼透鏡C和D，激光從初始的高斯分布變成矩形分布。接著，激光通過柱形凸透鏡E和F，并在反射鏡G(圖1中反射鏡9)上被反射，最后通過柱形透鏡H聚焦在樣品上。在此實例中，圖5所示的距離X1和X2是固定的，而虛焦點I(由蠅眼透鏡的彎曲表面之間的差所產(chǎn)生)和反射鏡G之間的距離X3、距離X4和X5是變化的，以便調(diào)節(jié)放大率M和焦距F。即M＝(X3＋X4)/X51/F＝1/(X3＋X4)＋1/X5。在此實例中，光路的總長度X5為約1.3m。如以上所述，初始光束被改進成長形光束，以改善其加工性能。更準確地說，在離開光學(xué)系統(tǒng)之后，通過全反射鏡9照射在樣品11上的矩形光束與樣品的寬度相比有更大的寬度，因此，樣品僅需沿一個方向運動。所以，裝載樣品的平臺和驅(qū)動裝置10可以做成簡單的結(jié)構(gòu)，因此其維修工作能容易地完成。此外，在安裝樣品時調(diào)整工作也能大大地被簡化。另一方面，若采用方形橫截面的光束本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括： 第一裝置，用以減少入射到所述第一裝置上的光強度的變化，即在垂直于所述光的一方向上的所述強度的分布的變化；和 第二裝置，用以減少所述入射到所述第二裝置上的光強度的變化，即在垂直于所說光和所說方向的另一方向上的所述強度的分布的變化。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：山崎舜平，張宏勇，石原浩朗，
申請(專利權(quán))人：株式會社半導(dǎo)體能源研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]