專利名稱：兼容無(wú)定形碳光學(xué)吸收層的用于激光退火系統(tǒng)的高溫計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兼容無(wú)定形碳光學(xué)吸收層的用于激光退火系統(tǒng)的高溫計(jì)。
背景技術(shù)：
在硅和形成在硅晶片或其他襯底(諸如用于顯示的玻璃面板)上的其 他半導(dǎo)體集成電路的制作中需要熱處理。所需要的溫度范圍可能從小于
250。C的相對(duì)較低溫度到大于1000° 、 1200°或甚至1400°的溫度，并且 可以被用于各種處理，諸如注入摻雜退火、結(jié)晶化、氧化、氮化、硅化、 化學(xué)氣相沉積以及其他處理。
對(duì)于先進(jìn)的集成電路所需要的非常淺的器件特征，期望在實(shí)現(xiàn)所需要 的熱處理的過(guò)程中減小總的熱預(yù)算。熱預(yù)算可以被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)所期望的處 理結(jié)果(例如，摻雜活化水平)所必需的在高溫度下的總時(shí)間。晶片需要 保持在最高溫度的時(shí)間可以非常短。
快速熱處理(RTP)使用輻射燈以僅加熱晶片并且不加熱室的其它部 分，輻射燈可以被非?？焖俚卮蜷_(kāi)和關(guān)閉。使用非常短(約20ns)激光脈 沖的脈沖激光退火只對(duì)加熱表面層有效并且對(duì)加熱下層晶片無(wú)效，因此， 允許非常短的增加和減小速率。
最近發(fā)展的方法具有各種形式，由Jennings等在美國(guó)專利No. 6,987,240中描述了一種有時(shí)被稱作熱熔激光退火或者動(dòng)態(tài)表面退火 (DSA)的方法，通過(guò)引用將其全部結(jié)合到這里。Markle在美國(guó)專利 6,531,681中描述了一種不同的形式，Talwar在美國(guó)專利6,747,245中還描 述了另一種版本。
Jennins和Markle版本使用CW 二極管激光器以產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的光 束，該光束作為細(xì)長(zhǎng)線的輻射擊中晶片。之后，該線以垂直于線束的長(zhǎng)尺寸的方向掃描晶片的表面。

發(fā)明內(nèi)容
一種熱處理系統(tǒng)包括在激光波長(zhǎng)處發(fā)射的激光輻射源、布置為接收激 光輻射的光束分離反射構(gòu)件以及布置在反射構(gòu)件的一側(cè)與襯底支撐之間的 光束投射光學(xué)元件，其中襯底支撐能夠保持被處理的襯底。用于激光輻射 的投射光路從反射構(gòu)件延伸經(jīng)過(guò)投射光學(xué)元件，并朝向襯底支撐。該系統(tǒng) 還包括高溫計(jì)，其位于反射構(gòu)件的相反側(cè)上并且響應(yīng)于高溫計(jì)波長(zhǎng)范圍或 響應(yīng)波段，并且高溫計(jì)光路延伸通過(guò)反射構(gòu)件并到達(dá)高溫計(jì)。無(wú)定形碳光 學(xué)吸收器層覆蓋被處理的襯底的表面。在高溫計(jì)光路中，系統(tǒng)還包括高溫 計(jì)帶通濾波器，其具有位于激光發(fā)射波段與投射光路和高溫計(jì)光路的光學(xué) 組件的熒光發(fā)射波段之間的波長(zhǎng)窗口內(nèi)的窄的波段。高溫計(jì)帶通濾波器阻 擋來(lái)自高溫計(jì)光路的熒光發(fā)射。窄的高溫計(jì)濾波器波段窗口位于波長(zhǎng)范圍 內(nèi)，在該范圍內(nèi)無(wú)定形碳層具有基本與下層集成電路零件相同數(shù)量級(jí)或者 超過(guò)下層集成電路零件的消光系數(shù)。在高溫計(jì)光路中的多層薄膜剃刀邊緣 濾波器阻擋來(lái)自高溫計(jì)光路的激光發(fā)射波段。
在一個(gè)實(shí)施例中，激光輻射的源包括激光發(fā)射器陣列。在一個(gè)實(shí)施例 中，光束投射光學(xué)元件將激光輻射波長(zhǎng)的線光束投射到襯底支撐上方的襯 底平面上，該系統(tǒng)還包括線光束掃描設(shè)備，其具有與線光束橫切的快軸。


因此通過(guò)參照在附圖中示出的實(shí)施例，可以得到如何獲得上述實(shí)施例 的方式并詳細(xì)地理解本發(fā)明的更具體的描述、上述簡(jiǎn)要概括。但是，請(qǐng)注 意，附圖僅示出了本發(fā)明的一般實(shí)施例并且因此不被認(rèn)為是其范圍的限 制，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其他相同效果的實(shí)施例。
圖1為表示本發(fā)明中所采用的熱熔激光退火設(shè)備的正視圖。
圖2和圖3為從圖1的設(shè)備的光學(xué)組件的不同視角觀察的正視圖。
圖4為圖1的設(shè)備中的半導(dǎo)體激光器陣列的一部分的端面平面圖。 圖5為包括圖2-4的特征的系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
6圖6為描繪了高溫計(jì)光路中存在的輻射光譜的曲線圖，包括在810nm處的激光輻射峰和在950nm處的熒光峰。
圖7為描繪作為波長(zhǎng)函數(shù)的晶片上的無(wú)定形碳光學(xué)吸收器層的消光系數(shù)的曲線圖。
圖8為描繪了用在圖5的系統(tǒng)中的剃刀邊緣長(zhǎng)波長(zhǎng)通過(guò)濾波器的響應(yīng)的曲線圖。
圖9為描繪了圖5的系統(tǒng)中的高溫計(jì)帶通濾波器的響應(yīng)的曲線圖。為了幫助理解，在有可能的情況下，使用了相同的附圖標(biāo)記以表示對(duì)
于附圖所共用的同一元件。附圖中的圖示全部為示意性的，并且沒(méi)有按照
比例繪制。
具體實(shí)施例方式
在圖1的示意性正視圖中圖示了上面參照的Jennings等的美國(guó)專利中描述的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。用于二維掃描的臺(tái)架10包括一對(duì)固定的平行軌道12、 14。兩個(gè)平行的臺(tái)架梁16、 18相隔預(yù)定距離固定到一起并且由固定軌道12、 14支撐，并且，臺(tái)架梁16、 18由未示出的電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制，以在滾軸或者滾珠軸承上一同沿著固定軌道12、 14滑動(dòng)。光束源20可滑動(dòng)地支撐在臺(tái)架梁16、 18上，并且可以懸掛在梁16、 18的下方，并由未示出的電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置控制以沿著梁16、 18滑動(dòng)。被處理的襯底22 (例如可以為硅晶片22)被靜止地支撐在臺(tái)架結(jié)構(gòu)IO下方。光束源20包括激光光源和光學(xué)元件，以產(chǎn)生向下指向的扇形光束24，扇形光束24以基本平行于固定軌道12、 14延伸的線光束26擊中晶片22，為方便起見(jiàn)，將平行于固定軌道12、 14的方向稱作慢方向。雖然這里未圖示出，但是臺(tái)架結(jié)構(gòu)還包括用于在基本平行于扇形光束24的方向上移動(dòng)激光光源和光學(xué)元件的Z軸活動(dòng)范圍，以由此可控制地改變光束源20與晶片22之間的距離，并由此控制晶片22上的線光束26的聚焦。線光束26的示例性尺寸包括lcm的長(zhǎng)度以及66微米的寬度，并具有220kW/cm2的示例性功率?？蛇x擇地，光束源和相關(guān)的光學(xué)元件可以在晶片支撐在對(duì)其進(jìn)行二維掃描的臺(tái)上時(shí)保持靜止。
7在通常操作中，臺(tái)架梁16、 18設(shè)置在沿著固定軌道12、 14的具體位置并且光束源20以均勻速度沿著臺(tái)架梁16、 18移動(dòng)，以在被稱作快方向
(為了方便起見(jiàn))的方向上垂直于線光束26的長(zhǎng)尺寸來(lái)掃描線光束26。線光束26由此從晶片22的一側(cè)掃描到另一側(cè)，以照射晶片22的lcm寬的一條。線光束26足夠窄，并且在快方向上的掃描速度足夠快，使得晶片的特定區(qū)域僅短暫地暴露到線光束26的光輻射中，但是在線光束的峰值處的強(qiáng)度足以將表面區(qū)域加熱到非常高的溫度。但是，晶片22的較深部分沒(méi)有被顯著加熱并且還作為散熱器來(lái)迅速地冷卻表面區(qū)域。 一旦完成了快速掃描，臺(tái)架梁16、 18沿著固定軌道12、 14移動(dòng)到新的位置，使得線光束26沿其長(zhǎng)尺寸移動(dòng)，其中長(zhǎng)尺寸沿著慢軸延伸。之后執(zhí)行快速掃描以照射晶片22的相鄰的一條。或許以光束源20的曲折路徑重復(fù)交替進(jìn)行快速和慢速掃描，直到整個(gè)晶片22已經(jīng)受到熱處理。
光束源20包括激光器陣列。在圖2、圖3和圖5中正視地圖示了一個(gè)示例，其中在光學(xué)系統(tǒng)30中由兩個(gè)激光棒堆32產(chǎn)生了以約810nm輻射的激光，并且其中一個(gè)在圖4中以端面平面示出來(lái)。每個(gè)激光棒堆32包括多個(gè)(例如14)平行棒34，平行棒34通常對(duì)應(yīng)于GaAs半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的p-n結(jié)并且側(cè)向延伸約lcm、相互分開(kāi)約0.9mm。通常，水冷卻層設(shè)置在棒34之間。在每個(gè)棒34中形成了多個(gè)(例如49個(gè))發(fā)射器36，每個(gè)發(fā)射器構(gòu)成分別發(fā)射光束的分離的GaAs激光器，并且每個(gè)光束在正交方向上具有不同的發(fā)散角。圖示的棒34被布置為使其長(zhǎng)尺寸延伸橫跨多個(gè)發(fā)射器36并沿著慢軸對(duì)準(zhǔn)，并使其對(duì)應(yīng)于小于1微米的p-n耗盡層的短尺寸沿著快軸對(duì)準(zhǔn)。沿著快軸的小的源尺寸允許沿著快軸有效地校準(zhǔn)。發(fā)散角沿著快軸較大并沿著慢軸相對(duì)較小。
返回圖2、圖3和圖5，兩排圓柱形透鏡組40被沿著激光棒34安置，以將激光沿著快軸校準(zhǔn)到的窄光束中。它們可以由粘合劑結(jié)合到激光堆32上，并且與棒34對(duì)準(zhǔn)以在整個(gè)發(fā)射區(qū)域36上延伸。
光束源20還可以包括傳統(tǒng)的光學(xué)元件。雖然由本領(lǐng)域的技術(shù)人員所選擇的這些元件不限于這個(gè)例子，但是這些傳統(tǒng)的光學(xué)元件可以包括光學(xué)梳妝濾波器(interleaver)和偏振復(fù)用器。在圖2、圖3禾卩圖5的示例中，來(lái)自兩個(gè)棒堆32的兩組光束輸入到光學(xué)梳妝濾波器42中，光學(xué)梳妝濾波器42具有多重光束分離器型的結(jié)構(gòu)，其在兩個(gè)內(nèi)部對(duì)角面上具有特定的涂層(例如，反射平行帶)以選擇性地反射或透過(guò)光。這種光學(xué)梳妝濾波器可以從Research Electro Optics (REO)買(mǎi)到。在光學(xué)梳妝濾波器42中，對(duì)于來(lái)自兩個(gè)棒堆32的每組光束將圖案化的金屬反射器帶形成在成角度的表面上，使得在堆32的一側(cè)的來(lái)自棒34的光束被選擇性的反射或透過(guò)并由此在堆32的另一側(cè)與經(jīng)受了相應(yīng)的選擇透射/反射的、來(lái)自棒34的光束交織，由此填充分隔的發(fā)射器36之間輻射輪廓。
第一組交織光束通過(guò)四分之一波片48，以相對(duì)于第二組交織光束旋轉(zhuǎn)其偏振。兩組交替光束都被輸入到具有雙偏振分束器結(jié)構(gòu)的偏振復(fù)用器(PMUX) 52中。這種PMUX可以從Research Electro Optics買(mǎi)到。第一和第二對(duì)角界面層54、 56使得兩組交替光束從它們的前面沿著公共軸線反射。第一界面54通常實(shí)現(xiàn)為被設(shè)計(jì)為硬反射器(HR)的介質(zhì)干涉濾波器，而第二界面56實(shí)現(xiàn)為被設(shè)計(jì)為在激光波長(zhǎng)處的偏振分束器(PBS)的介質(zhì)干涉濾波器。因此，由第一界面層54反射的第一組交織光束擊中第二界面層56的后面。因?yàn)橛伤姆种徊ㄆ?8所引入的偏振旋轉(zhuǎn)，第一組交織光束通過(guò)第二界面層56。由PMUX 52輸出的源光束58的強(qiáng)度是兩組交織光束中的任何一組的強(qiáng)度的兩倍。
雖然在附圖中是分離地示出的，但是光學(xué)梳妝濾波器42、四分之一波片48、 PMUX 52、其界面54、 56以及可以連接到輸入面和輸出面上的另外的濾波器可以通常由塑料密封劑(諸如，UV硬化樹(shù)脂)結(jié)合到一起，以提供剛性的光學(xué)系統(tǒng)。 一個(gè)重要的界面為將透鏡組40塑料結(jié)合到激光堆32的界面，透鏡組40必須在該界面上與棒34對(duì)準(zhǔn)。源光束58通過(guò)一組圓柱形透鏡62、 64、 66，以沿著慢軸聚焦源光束58。
一維光導(dǎo)管70沿著慢軸使源光束均勻。由圓柱形透鏡62、 64、 66聚焦的源光束進(jìn)入光導(dǎo)管70，其中源光束具有沿著慢軸的有限的發(fā)散角但是基本沿著快軸校準(zhǔn)。其沿著慢軸具有短的尺寸并且沿著快軸具有較長(zhǎng)的尺寸。
由光導(dǎo)管70輸出的源光束基本均勻。在圖5中圖示的變形光學(xué)元件80、 82將源光束聚焦為在晶片22的表面上的期望尺寸的線光束。
在一個(gè)實(shí)施例中，將激光源光聚焦到晶片上的相同的光學(xué)元件也將由晶片22上的線光束26附近所發(fā)射的熱輻射以相反方向?qū)蚋邷赜?jì)60 (在圖5中示意性地示出)。如下所述，高溫計(jì)對(duì)有限的波長(zhǎng)范圍作出響應(yīng)，該有限的波長(zhǎng)范圍在本說(shuō)明書(shū)中稱作高溫計(jì)響應(yīng)波段，并且該波段的中央在本說(shuō)明書(shū)中稱作高溫計(jì)波長(zhǎng)。兩個(gè)PMUX界面54、 56被設(shè)計(jì)為使高溫計(jì)波長(zhǎng)通過(guò)而不考慮其偏振。因?yàn)楣鈱W(xué)元件基本是彼此相反的，所以在相反方向上僅探測(cè)晶片22上的、在線光束26上或非常接近線光束26的小區(qū)域，并且將該圖像光學(xué)地?cái)U(kuò)展為基本具有棒堆的發(fā)射面的尺寸的區(qū)域。雖然通過(guò)小的激光束退火，但是即使在緊鄰線光束26的鄰域中，也存在表面層溫度的顯著變化，并且黑體輻射光譜的性質(zhì)使得最熱的區(qū)域支配熱發(fā)射輻射。
由晶片表面上的不同特性的存在而引起由強(qiáng)烈的激光線光束照射的橫跨晶片面積的溫度變化，其中晶片表面上的不同特性指的是以不同的速率吸收激光輻射(由于它們具有不同的消光系數(shù))或者具有以不同方向反射的不均勻表面。為了在DSA激光退火過(guò)程中獲得更均勻的晶片加熱，在激光退火之前由光學(xué)吸收層覆蓋整個(gè)晶片表面。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)吸收層為無(wú)定形碳層，因?yàn)槠湓诩す獠ㄩL(zhǎng)處(810nm)以及高溫計(jì)波長(zhǎng)(例如，950nm)處具有超出晶片上的下層集成電路部件的較大的吸收系數(shù)。因此，無(wú)定形碳層的熱量吸收的均勻性勝過(guò)了下層集成電路結(jié)構(gòu)的非均勻性。此外，由無(wú)定形碳層在高溫計(jì)波長(zhǎng)處均勻地發(fā)射的黑體輻射勝過(guò)了由無(wú)定形碳層下方的非均勻集成電路元件發(fā)射的輻射。這防止了下層集成電路圖案效果使測(cè)量晶片溫度的高溫計(jì)失真。
高溫計(jì)60包括光學(xué)探測(cè)器61 (諸如光電二極管)以及光學(xué)高溫計(jì)帶通濾波器63。高溫計(jì)濾波器63幫助建立高溫計(jì)響應(yīng)波段。傳統(tǒng)地， 一個(gè)可能的高溫計(jì)響應(yīng)波段可以以1550nm為中心。但是，為了均勻吸收而覆蓋晶片的無(wú)定形碳光學(xué)吸收器層，以及Si襯底本身，在這種長(zhǎng)波長(zhǎng)處不能良好地吸收(具有較低的消光系數(shù))，并且因此不能改善吸收的均勻性以及黑體輻射發(fā)射。在該波長(zhǎng)處的表面發(fā)射率也不隨著晶片溫度改變。因此，1550nm對(duì)于高溫計(jì)響應(yīng)波段不是好的選擇。
另一個(gè)可能的選擇是將具有數(shù)十nm的帶寬的高溫計(jì)響應(yīng)波段的中心 定位在較短的950nm波長(zhǎng)處。這可以通過(guò)給高溫計(jì)帶通濾波器63提供約 950nm附近的通帶中央波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)較短的波長(zhǎng)處，無(wú)定形碳光學(xué) 吸收器層良好吸收，并且因此提供橫跨晶片表面的激光輻射的吸收。
光電探測(cè)器61的輸出提供給源控制器65，其將探測(cè)到的光電流轉(zhuǎn)換 為晶片溫度并且將其與期望的溫度比較，由此調(diào)整提供給激光棒32的功 率，來(lái)在期望的晶片溫度的方向上增加或減小它們的光輸出。
GaAs或其它半導(dǎo)體激光器具有非常寬光譜的低水平自發(fā)輻射，其中 低水平自發(fā)輻射通常與高溫計(jì)波長(zhǎng)響應(yīng)波段重疊。由于高溫計(jì)濾波器63 在高溫計(jì)波長(zhǎng)處不阻擋自發(fā)輻射，在不存在另外的濾波的情況下，光電探 測(cè)器61將會(huì)探測(cè)(a)在高溫計(jì)波長(zhǎng)處的晶片黑體輻射，以及(b)在高 溫計(jì)波長(zhǎng)處的這部分激光源自發(fā)輻射。
可以通過(guò)用安置在棒堆32與光學(xué)梳妝濾波器42之間的陷波濾波器67 或者用安置在光學(xué)梳妝濾波器42與PMUX 52之間的陷波濾波器68在高 溫計(jì)波長(zhǎng)處濾掉激光源自發(fā)輻射，來(lái)改善高溫計(jì)性能。l名波濾波器67或 陷波濾波器68阻擋了在高溫計(jì)波長(zhǎng)處(例如950nm)的源輻射，并且至 少使810nm處的激光輻射通過(guò)。激光波長(zhǎng)的透射系數(shù)與高溫計(jì)波長(zhǎng)的透射 系數(shù)的比率應(yīng)該為數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然在較短的波長(zhǎng)處的輻射不能固有地使 高溫計(jì)退化，但是對(duì)于濾波器67、 68的最小需求是它們阻擋大于激光波 長(zhǎng)(例如，大于810nm的激光波長(zhǎng))的波長(zhǎng)。雖然它們可以被實(shí)現(xiàn)為孤立 的濾波器，但是陷波濾波器67、 68可以被實(shí)現(xiàn)為涂在光學(xué)梳妝濾波器42 或者PMUX 52上的干涉濾波器。
在高溫計(jì)處濾掉寄生噪聲
高溫計(jì)60經(jīng)受高水平的寄生背景信號(hào)，寄生背景信號(hào)使高溫計(jì)的溫 度測(cè)量功能失真。因?yàn)榧纳尘靶盘?hào)隨著激光功率和晶片表面反射的非均 勻性而改變，所以這在源控制器65的閉合的反饋控制環(huán)中引起嚴(yán)重的問(wèn) 題。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這個(gè)背景信號(hào)是由光學(xué)組件(諸如分束器52、透鏡62、 64、 66以及圖5中圖示的其他組件)的熒光造成。當(dāng)光學(xué)組件是由熔 凝石英材料制成時(shí)，熒光背景信號(hào)特別強(qiáng)烈。這種材料的一個(gè)示例為以 Heraeus Quarzglas G.M.B.H.所有的注冊(cè)商標(biāo)Infrasil⑧來(lái)賣的光學(xué)玻璃材 料。這些材料是由Heraeus Quartz America ， LLC.賣的材料。可能比 Infrasi媳材料更貴的其他材料雖然可以具有略低的熒光，但是仍然發(fā)出妨 礙溫度測(cè)量的熒光。Infrasil⑧材料的熒光在通常選擇的高溫計(jì)波長(zhǎng)
(950nm)處具有峰值幅度，該峰值幅度可能等于或超過(guò)在高溫計(jì)950nm 的波長(zhǎng)處的來(lái)自晶片的黑體輻射幅度。因?yàn)镮nfrasil⑧熒光在高溫計(jì)波長(zhǎng)
(950nm)處具有最大值或峰值，所以熒光經(jīng)過(guò)高溫計(jì)光學(xué)元件，變?yōu)槭?高溫計(jì)的溫度測(cè)量失真的強(qiáng)烈的寄生背景信號(hào)。
系統(tǒng)中表現(xiàn)出的輻射光譜由圖6的圖示所示出。810nm附近的峰對(duì)應(yīng) 于CW激光輻射，根據(jù)圖6的曲線，該發(fā)射在位于約805nm到815nm之 間的波段之內(nèi)。950nm附近的峰對(duì)應(yīng)于光學(xué)組件的熒光。該熒光在 1100nm附近具有峽谷。因此， 一個(gè)可能的方法為將高溫計(jì)響應(yīng)波段(濾 波器63的通帶)移動(dòng)到約1100nm處，以避免大部分光學(xué)組件熒光。但 是，這種方法與覆蓋晶片的無(wú)定形碳光學(xué)吸收層的效果相沖突。這是因?yàn)?無(wú)定形碳層在該較長(zhǎng)的波長(zhǎng)處具有低的光學(xué)吸收(并且由此相應(yīng)的在該波 長(zhǎng)處具有低的黑體發(fā)射)，并且因此在溫度測(cè)量的均勻性上提供較少的改 善。在圖7的曲線圖中圖示了該情況，圖7示出了無(wú)定形碳層的消光系數(shù) 隨波長(zhǎng)改變。消光系數(shù)是無(wú)定形碳吸收輻射的效率的指標(biāo)。圖7圖示了無(wú) 定形碳層消光系數(shù)在1000nm波長(zhǎng)之上降低到非常低的水平。因此，將高 溫計(jì)波長(zhǎng)增加到約950nm不是可行的方法。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在805nm-815nm激光發(fā)射波段與位于約855nm或 860nm處出現(xiàn)的熒光(來(lái)自光學(xué)組件)之間存在40nm寬的窗口。這個(gè) 40nm窗口的位置在圖6中示出。在這個(gè)40nm窗口中，存在少量的或者不 存在激光發(fā)射并且存在少量的或者不存在來(lái)自光學(xué)組件的熒光。此外，參 照?qǐng)D7，在該窗口中(即，在815nm到855nm之間)，無(wú)定形碳光學(xué)吸收 器層具有相當(dāng)大的消光系數(shù)(例如，在約0.05與0.10之間)。因此，通 過(guò)限定高溫計(jì)響應(yīng)波段以匹配到狹窄的40nm窗口 (圖6)內(nèi)，可以將其安置在無(wú)定形碳層的消光系數(shù)較高、來(lái)自光學(xué)組件的熒光發(fā)射較低并且激 光發(fā)射可以忽略的區(qū)域中。通過(guò)將高溫計(jì)響應(yīng)波段限定到無(wú)定形碳層的消 光系數(shù)相對(duì)較高的區(qū)域中，使得晶片上的無(wú)定形碳層吸收更多激光輻射， 因此，其均勻吸收占據(jù)支配地位，提供橫跨晶片表面的均勻吸收。在高溫
計(jì)響應(yīng)波段的40nm寬的窗口中，光學(xué)吸收器(無(wú)定形碳)層具有至少與 下層襯底的光學(xué)吸收系數(shù)一樣大或者更大的光學(xué)吸收系數(shù)。
但是，對(duì)于用于實(shí)現(xiàn)高溫計(jì)響應(yīng)波段濾波器63的普通濾波器來(lái)說(shuō)， 該40nm窗口太過(guò)于靠近激光發(fā)射波段(以激光波長(zhǎng)為中心)。具體地， 810nm處的激光輻射波長(zhǎng)與40nm窗口在815nm處的起點(diǎn)之間的波長(zhǎng)差非 常小。因此難以在阻擋在810nm處的激光輻射的同時(shí)，不阻擋在840nm 處的期望的黑體輻射(高溫計(jì)信號(hào))。通過(guò)在圖2和圖5的系統(tǒng)中提供剃 刀邊緣(razor-edge)光學(xué)濾波器72解決該問(wèn)題，使得傳統(tǒng)的帶通濾波器 63不需要阻擋810nm處的激光輻射。實(shí)際上，傳統(tǒng)的帶通濾波器63的響 應(yīng)可以使其接受至少大部分激光輻射，并由此避免無(wú)意中阻擋或部分阻擋 高溫計(jì)響應(yīng)波段中的高溫計(jì)波長(zhǎng)。由剃刀邊緣濾波器72代為執(zhí)行阻擋激 光輻射。剃刀邊緣濾波器72為長(zhǎng)波長(zhǎng)通過(guò)濾波器，并且具有圖8中所示 的光學(xué)響應(yīng)。剃刀邊緣濾波器72的截止波長(zhǎng)處于約815nm處。剃刀邊緣 濾波器72具有邊緣躍變，該邊緣躍變從截止波長(zhǎng)以上接近100%的透過(guò)率 (全透過(guò)或透明)到在815nm截止頻率處(以及以下)僅僅10—6的透過(guò) 率。該邊緣躍變非常狹窄，只有5到8納米寬。因此，剃刀邊緣濾波器阻 擋了在810nm處的激光輻射，但是對(duì)于815nm以上的高溫計(jì)波長(zhǎng)完全透 明。通過(guò)將剃刀邊緣濾波器72構(gòu)造為干涉濾波器來(lái)獲得這種非常鋒利的 響應(yīng)。
干涉濾波器是多層薄膜裝置。它們可以被設(shè)計(jì)為起到邊緣濾波器或者 帶通濾波器的功能。不管在哪種情況下，根據(jù)相消光學(xué)干涉的特性選擇波 長(zhǎng)。在這種濾波器中，入射光穿過(guò)許多對(duì)有涂層的反射表面。反射涂層之 間的距離確定哪些波長(zhǎng)相消干涉以及哪些波長(zhǎng)是同相的并且將會(huì)最終通過(guò) 涂層。反射表面之間的空隙是稱作隔離物的介電材料薄膜。其具有所期望 的峰值發(fā)射波長(zhǎng)的半波長(zhǎng)的厚度。反射層可以由數(shù)層薄膜層組成，其中每個(gè)都是四分之一波長(zhǎng)厚。這個(gè)四分之一波層的層狀結(jié)構(gòu)是由高折射率材料 和低折射率材料的交替圖案組成的，這兩種材料通常分別為硫化鋅和冰晶 石。合到一起，形成反射層的四分之一波涂層被稱作堆。在濾波器72中
可以有許多堆，以實(shí)現(xiàn)圖8中圖示的鋒利的截止響應(yīng)。這種剃刀邊緣光學(xué) 濾波器可以從紐約羅徹斯特的Semrock公司買(mǎi)到。
再次參照?qǐng)D5，傳統(tǒng)的帶通濾波器63被選擇為具有中心位于約840nm 處(即，約在圖6所示的40nm窗口的中心處)的通帶。在一個(gè)實(shí)施例 中，840nm帶通濾波器63具有10nm的半高全寬，其大致對(duì)應(yīng)于圖9的曲 線中示出的響應(yīng)。通過(guò)將中心位于840nm處，有效地阻擋了來(lái)自光學(xué)組件 的、對(duì)應(yīng)于圖6的曲線圖中的950nm峰值的熒光背景發(fā)射。因此，通過(guò)剃 刀邊緣濾波器72阻擋約815nm以下的輻射以及高溫計(jì)帶通濾波器63阻擋 約860nm以上的輻射，在圖6的40nm窗口內(nèi)建立了高溫計(jì)響應(yīng)波段。在 替換實(shí)施例中，圖5的系統(tǒng)還包括阻擋810nm處的激光發(fā)射的光學(xué)陷波濾 波器74。
雖然上述內(nèi)容針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但是可以在不超出本發(fā)明的基本 范圍的情況下作出本發(fā)明的其他的或更多的實(shí)施例，本發(fā)明的范圍由權(quán)利 要求所決定。
1權(quán)利要求
1.一種用于熱處理工件的處理系統(tǒng)，包括激光輻射源，其在激光波長(zhǎng)處發(fā)射；光束分離反射表面，所述激光輻射源位于所述反射表面的第一側(cè)；襯底支撐，其用于被熱處理的襯底；投射光學(xué)元件，其布置在所述反射表面的所述第一側(cè)與所述襯底支撐之間，所述反射表面和所述投射光學(xué)元件中的至少一者包括具有位于所述激光波長(zhǎng)以上的熒光波長(zhǎng)波段的材料；高溫計(jì)，位于與所述第一側(cè)相反的所述反射表面的第二側(cè)上，所述高溫計(jì)對(duì)于在以下波段內(nèi)的波長(zhǎng)敏感，所述波段位于(a)所述激光輻射波長(zhǎng)與(b)所述熒光波長(zhǎng)波段之間，其中，所述投射光學(xué)元件將所述襯底被熱處理的區(qū)域成像在所述高溫計(jì)上；以及剃刀邊緣濾波器，其具有截止波長(zhǎng)邊緣躍變，所述濾波器調(diào)整頻率以阻擋位于所述邊緣躍變以下的波長(zhǎng)并且使所述邊緣躍變以上的波長(zhǎng)通過(guò)，所述邊緣躍變小于10nm寬，所述邊緣躍變?cè)谒黾す獠ㄩL(zhǎng)以上并在所述高溫計(jì)波長(zhǎng)以下；高溫計(jì)濾波器，其具有位于所述熒光波長(zhǎng)以下的通帶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，被處理的所述襯底由光學(xué)吸收 器層覆蓋，所述光學(xué)吸收器層包括無(wú)定形碳層，所述高溫計(jì)濾波器的通帶 位于所述無(wú)定形碳層在此處具有至少與所述襯底一樣大的吸收系數(shù)的波長(zhǎng) 范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述高溫計(jì)濾波器的通帶位于 所述無(wú)定形碳層在此處具有大于所述襯底的吸收系數(shù)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述邊緣躍變的寬度在5nm到 8nm之間，其中，所述剃刀邊緣濾波器在所述截止波長(zhǎng)以上的波長(zhǎng)處約為 100%透過(guò)，并且在所述截止波長(zhǎng)以下具有約10—6的衰減。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述激光波長(zhǎng)與所述截止波長(zhǎng) 邊緣躍變相隔在約5nm之內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述激光波長(zhǎng)約為810nm，所 述熒光發(fā)射在從約860nm開(kāi)始并且在約950nm處到達(dá)峰值的波長(zhǎng)范圍 內(nèi)，所述高溫計(jì)濾波器的通帶位于約820nm到約860nm之間，所述剃刀 邊緣濾波器的截止波長(zhǎng)邊緣躍變?cè)?15nm附近。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述高溫計(jì)包括光電探測(cè)器以及陷波 濾波器，所述陷波濾波器使所述高溫計(jì)波長(zhǎng)通過(guò)并且不讓所述激光波長(zhǎng)通 過(guò)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件將所述激光波長(zhǎng) 輻射的線光束投射到所述襯底上，所述系統(tǒng)還包括線光束掃描設(shè)備，其具有與所述線光束橫切的快軸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括激光濾波器，其阻擋在所述高 溫計(jì)帶通濾波器的通帶內(nèi)的波長(zhǎng)，所述激光濾波器位于包括所述激光輻射 源和所述投射 光學(xué)元件的光路中，使其阻擋在所述通帶內(nèi)的激光輻射的成 分到達(dá)所述高溫計(jì)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述反射表面和所述投射光 學(xué)元件中的至少一者是由熔凝光學(xué)石英材料制成。
11. 一種使襯底激光退火的方法，包括 在激光波長(zhǎng)處發(fā)射激光輻射；將所述激光輻射以向前的方向傳輸通過(guò)分束器和投射光學(xué)元件并到達(dá) 襯底，所述分束器和所述投射光學(xué)元件中的至少一者包括具有位于所述激 光波長(zhǎng)以上的熒光波長(zhǎng)波段的材料；通過(guò)高溫計(jì)光路，將所述襯底的由所述激光輻射照射的區(qū)域成像在高 溫計(jì)上，并且允許位于所述激光波長(zhǎng)以上和所述熒光波長(zhǎng)波段以下的高溫 計(jì)響應(yīng)波段內(nèi)的輻射通過(guò)所述高溫計(jì)光路；在所述高溫計(jì)光路中阻擋截止波長(zhǎng)邊緣躍變以下的輻射波長(zhǎng)，并且使 所述邊緣躍變以上的輻射波長(zhǎng)通過(guò)，所述邊緣躍變小于10nm寬，所述邊 緣躍變?cè)谒黾す獠ㄩL(zhǎng)以上并在所述高溫計(jì)波長(zhǎng)以下；以及在所述高溫計(jì)光路中阻擋位于所述熒光波長(zhǎng)波段內(nèi)以及之上的輻射波 長(zhǎng)，由此限定位于所述激光波長(zhǎng)以上、所述熒光波長(zhǎng)波段以下的高溫計(jì)響應(yīng)波段。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在將所述襯底暴露在所述 激光輻射之前，將所述襯底涂上光學(xué)吸收器層，所述光學(xué)吸收器層包括無(wú) 定形碳材料，所述高溫計(jì)響應(yīng)波段位于在此處所述無(wú)定形碳層具有至少與 所述襯底一樣大的吸收系數(shù)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述高溫計(jì)的響應(yīng)波段位于所述無(wú)定形碳層在此處具有大于所述襯底的吸收系數(shù)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述邊緣躍變的寬度在5nm 到8nm之間，其中，所述阻擋截止波長(zhǎng)邊緣躍變以下的輻射波長(zhǎng)包括以 1 (T6數(shù)量級(jí)的系數(shù)衰減所述截止波長(zhǎng)以下的波長(zhǎng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述激光波長(zhǎng)與所述截止波 長(zhǎng)邊緣躍變相隔約5nm。
全文摘要
在用于諸如半導(dǎo)體晶片的工件的激光退火系統(tǒng)中，高溫計(jì)波長(zhǎng)響應(yīng)波段建立在位于激光發(fā)射波段與來(lái)自激光器系統(tǒng)的光學(xué)組件的熒光發(fā)射波段之間的窄的窗口內(nèi)，高溫計(jì)響應(yīng)波段位于工件上的光學(xué)吸收器層在該處具有等于或大于下層工件的光學(xué)吸收系數(shù)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。具有5-8nm波長(zhǎng)的截止邊緣躍變的多層剃刀邊緣干涉濾波器提供在高溫計(jì)響應(yīng)波段的底部末端的激光發(fā)射的截止。
文檔編號(hào)B23K26/04GK101678507SQ200880020796
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者亞倫·繆爾·亨特, 吉萍·李, 布魯斯·E·亞當(dāng)斯, 拉杰什·S·拉瑪努詹姆, 蒂莫西·N·托馬斯, 阿比拉什·J·瑪雨?duì)?申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司