一种热处理衬底的设备包括具有沿着慢轴排列的多个激光二极管的激光辐射源、将来自源的激光辐射定向到衬底的镜片，以及沿着垂直于慢轴的快轴排列并接收从衬底反射通过镜片的部分激光辐射的光电探测器阵列。
【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
在硅和硅晶圆中形成的其它半导体集成电路或者诸如用于显示器的玻璃板的其他衬底的制造中需要热处理。所需温度可从低于250℃的相对低温变化到高于1000℃、1200℃或者甚至1400的温度，并且可能用于多种工艺诸如掺杂注入退火、结晶化、氧化、氮化、硅化和化学气相沉积以及其他反应中。对于需要用于高级集成电路的极浅电路特征，非常期望在实现所需的热处理中减少总热预算。热预算被认为是在需要达到所需处理温度的高温时的总时间。晶圆需要保留在最高温度的时间可以非常短。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其余部分。采用甚短(约20ns)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，因此其允许甚短升降速度。在2002年12月18日递交的申请号为No.10/325,497的美国专利申请中，Jennings等人在PCT/2003/00196966中描述了近来开发的以各种形式的方法，有时称为热通量激光退火或者动态表面退火(DSA)，并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的光束，其以细长直线的辐射照射晶圆。然后，该直线在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
一种热处理衬底的设备包括具有沿着慢轴排列的多个激光二极管的激光辐射源、将来自源的激光辐射定向至衬底的镜片，以及沿着垂直于慢轴的快轴排列并接收从衬底反射通过镜片的部分激光辐射的光电探测器阵列。激光二极管可实施沿着慢轴的平行列的激光二极管。该设备进一步包括用于改变(a)衬底和(b)镜片之间距离的第一平移装置，以及接收光电二极管阵列的输出并响应该输出控制平移装置以在衬底上聚焦激光辐射的控制器。更适宜地，配置镜片以在衬底上将激光辐射聚焦为具有沿着慢轴的长尺寸和沿着快轴的短尺寸的线束。第二平移装置彼此相对至少以快轴方向移动镜片和衬底。附图说明图1是在本专利技术中采用的热通量激光退火设备的正视表示图；图2和图3是图1的装置的光学元件的不同透视正视图；图4是在图1的设备中的半导体激光器阵列的一部分的端视平面图；图5是用于图1设备的均匀光管的正视图；图6是优选实施方式的示意图；图7是图6的实施方式的正视投影表示图；图8、图9和图10是分别对应于镜片与衬底之间距离聚焦、太近和太远的图7的设备中光线轨迹的示意图；图11、图12和图13是分别对于镜片与衬底之间距离聚焦、太近和太远的入射和反射光束沿快轴的表示图；图14是对于两个不同镜片与衬底之间距离的标称最佳聚焦快轴光强度分布图。具体实施例方式在图1的示意性正视图中示出了由Jennings等人在前面所参考的申请中所描述设备的一个实施方式。用于二维扫描的门架结构10包括一对固定的平行轨道12、14。两个平行的门架梁16、18以设定的距离隔开固定在一起，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装置控制以沿着固定的轨道12、14在辊轴承或滚珠轴承上一起滑动。束源20可滑动地支撑在门架梁16、18上，并可在由未示出的电机和驱动装置控制的梁16、18下面悬挂以沿着它们滑动。硅晶圆22或者其他衬底固定地支撑在门架结构10下方。束源20包括激光源和镜片以产生向下定向的扇形光束24，其以通常平行于固定轨道12、14延伸的线束26辐射晶圆22，其中该方向简称为慢方向。尽管此处没有示出，门架结构进一步包括用于在通常平行于扇形束24的方向移动激光源和镜片的Z-轴台，从而可控地改变束源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微米的宽度以及220kW/cm2的示例性功率密度。可选地，束源和相关镜片可以是固定的，而将晶圆支撑在二维扫描的台上。在典型的操作中，门架梁16、18沿着固定的轨道12、14设置在特定的位置，以及束源20以均匀速度沿着门架梁16、18移动以垂直于简称为快方向的线束26的长尺寸方向而扫描线束26。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的长列(swath)。线束26足够狭窄并且在快方向的扫描速度足够快，晶圆的特定区域仅即刻暴露于线束26的光学辐射但是线束峰强度足以加热表面区域至甚高温度。然而，晶圆22的较深部分没有明显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移动门架梁16、18至新的位置，使得线束26沿着沿慢轴延伸的其长尺寸移动。然后，实施快速扫描以照射晶圆22的相邻细长列。重复交替的快慢扫描，可以以束源20的蛇线轨迹，直到整个晶圆已完成热处理。光学束源20包括激光器阵列。在图2和图3中以正视地示出了一实施例，其中在光学系统30中从两个激光棒堆叠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棒堆叠。每个激光棒堆叠32包括14个平行的棒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，水冷却层设置在棒34之间。在每个棒34中形成49个发射器36，各发射器组成在正交方向发射具有不同发散角的独立光束的独立GaAs激光器。设置所示的棒34，它们的长尺度在多个发射器36上方延伸，并沿着慢轴对齐以及它们的短尺寸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。发散角沿着快轴为大的，而沿着的发散角慢轴相对较小。回到图2和图3，两个阵列的圆柱形小透镜40沿着激光棒34设置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堆叠32上并与棒34对齐以在发射区域36上方延伸。光学束源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织器和偏振复用器，尽管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，来自两个棒堆叠32的两组光束输入至交织器42，其具有多光束分离器型的结构并在两个内斜面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。所述交织器可从Research Electro Optics(REO)购买得到。在交织器42中，对于来自两个棒堆叠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，使得来自堆叠32一侧上的棒34的光束交替反射或者透射，从而与来自堆叠32另一侧的棒34的光束交织，该光束经过相应的选择性透射/反射，从而填充辐射轮廓，否则该辐射轮廓与独立的反射器36隔开。第一组交织的光束通过四分之一波长板48，以相对第二组交织光束的偏振而旋转所述波长板48的偏振。两组交织光束输入至具有双偏振光束分离器的偏振复用器(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导致两组交织光束从它们的前表面沿着公共轴反射。第一界面54一般用作设计为硬反射器(HR)的介电干涉滤波器，同时第二界面56用作设计为在激光波长处的偏振光束本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热处理衬底的装置，包括： 激光辐射源，其包括沿慢轴排列的多个激光二极管； 镜片，将来自所述源的所述激光辐射定向至所述衬底；以及 光电探测器阵列，其沿着垂直于所述慢轴的快轴排列并接收从所述衬底反射通过所述镜片的部分所述激光辐射。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-11-12 60/627,530;US 2005-8-5 11/198,6601.一种热处理衬底的装置，包括激光辐射源，其包括沿慢轴排列的多个激光二极管；镜片，将来自所述源的所述激光辐射定向至所述衬底；以及光电探测器阵列，其沿着垂直于所述慢轴的快轴排列并接收从所述衬底反射通过所述镜片的部分所述激光辐射。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个激光二极管包含沿着所述慢轴的平行列的激光二极管。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括第一平移装置，用于改变(a)所述衬底和(b)所述镜片之间的距离；以及控制器，其接收所述光电探测器阵列的输出并响应所述输出控制所述平移装置以在所述衬底上聚焦所述激光辐射。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，配置所述镜片以在所述衬底上将所述激光辐射聚焦成线束，所述线束具有沿着所述慢轴的长尺寸和沿着所述快轴的短尺寸。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，进一步包括用于至少在所述快方向上彼此相对移动所述镜片和所述衬底的第二平移装置。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括在所述源和所述衬底之间排列用于使所述光束沿着所述慢轴均匀的单轴光管。7.一种热处理衬底的方法，所述方法包含以下所述步骤以包含具有沿着慢轴的短尺寸和沿着快轴的长尺寸的线束的激光辐射照射所述衬底，所述多个激光二极管从沿着所述慢轴排列的各个区域发出；确定从所述衬底反射的部分所述激光辐射沿着所述快轴的分布；以及改变所述镜片和所述衬底之间的距离以修改所述分布。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：迪安詹宁斯，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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