專利名稱：光纖激光基材處理的制作方法
光纖激光基材處理交叉參照的相關(guān)申請(qǐng)案本申請(qǐng)主張2009年4月20日提出申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案61/171，011號(hào)的優(yōu)先權(quán)，所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)全文在此并入作為參考。
背景技術(shù)：
在某些用于半導(dǎo)體工業(yè)的處理中，期望能快速加熱基材以減少處理基材的時(shí)間。 一般而言，快速熱處理系統(tǒng)利用高強(qiáng)度的光源以快速加熱基材，所述基材固持在處理腔室內(nèi)(有時(shí)是在真空條件下)。高強(qiáng)度光源可由高強(qiáng)度燈陣列組成，所述高強(qiáng)度光源位于腔室內(nèi)，或位于腔室外并且鄰接透明窗，光線穿透所述透明窗以進(jìn)入腔室。在腔室內(nèi)部，基材以極微的實(shí)體接觸(通常在邊緣周圍)受到支撐，所以基材溫度可快速響應(yīng)進(jìn)入的光線。晶片的前面暴露且接收來自高強(qiáng)度燈的光線。這些燈基本上為黑體輻射體，且盡可能地快速 (一般為300至500ms)加熱至操作溫度。對(duì)于許多基材而言(像通常用于制造集成電路的硅基材)，較短波長(zhǎng)的光吸收較高，特別是在基材接近室溫時(shí)的熱循環(huán)起始時(shí)期。在燈達(dá)到高溫(約300(TC )之后，開始快速硅基材加熱，此時(shí)燈開始發(fā)射短波長(zhǎng)光的主要部分。圖1示出淹沒型快速熱加熱設(shè)備的示意剖面視圖，在所述設(shè)備中，配置在腔室105 中的晶片100由裝設(shè)在腔室蓋120上的燈125發(fā)出的輻射加熱。燈125 —般是鎢-鹵素?zé)羟铱僧a(chǎn)生不同溫度以均勻加熱基材。可通過監(jiān)控透過腔室105內(nèi)的窗135的光線來實(shí)現(xiàn)高溫測(cè)定量測(cè)。燈125開關(guān)的速率受限于一般的加熱燈，且造成基材可被加熱的快速程度上的限制。替代性的光源已被用于克服某些限制，且提供短暫的脈沖持續(xù)時(shí)間以在處理時(shí)間指標(biāo)內(nèi)持續(xù)。然而這些新的替代性光源并非最適于滿足新的處理需求，這些處理需求包括處理晶片的時(shí)間需求，所述時(shí)間需求已減少至50nSec至100 μ s之間。因此，需要用于可靠且快速處理晶片的系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)及方法使用低于約IOOns的加熱脈沖。對(duì)于各種基材處理，需要額外控制照射的高強(qiáng)度脈沖的起始與終結(jié)，以及持續(xù)時(shí)間與重復(fù)速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例是關(guān)于基材處理設(shè)備以及結(jié)合提供獨(dú)立控制光脈沖持續(xù)時(shí)間、形狀及重復(fù)速率的光源的方法。實(shí)施例進(jìn)一步提供照射強(qiáng)度的快速增加及減少。一種基材處理系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)光纖激光器，所述光纖激光器產(chǎn)生光脈沖用以照射半導(dǎo)體基材的表面的一部份以改質(zhì)所述半導(dǎo)體基材。光脈沖包括可選擇的脈沖持續(xù)時(shí)間以及一個(gè)或多個(gè)光波長(zhǎng)。所述表面的所述部分具有大于10平方毫米的面積。光脈沖可促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，所述化學(xué)反應(yīng)造成在所述半導(dǎo)體基材的表面上形成膜?；蛘?，光脈沖可活化半導(dǎo)體基材中的摻質(zhì)?；蛘撸饷}沖可退火半導(dǎo)體基材。所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器可包括至少一個(gè)光纖束激光器。脈沖持續(xù)時(shí)間可介于約IOOns至約100 μ S之間。光脈沖可通過加熱半導(dǎo)體基材或?qū)⒃釉诎雽?dǎo)體基材中擴(kuò)散而用以改質(zhì)半導(dǎo)體基材。光脈沖的重復(fù)速率可為可選擇的且可為少于約1MHz。所述基材處理系統(tǒng)進(jìn)一步包含光學(xué)高溫測(cè)量組件，以監(jiān)控來自所述表面的所述部份、靠近一波長(zhǎng)的輻射，所述波長(zhǎng)不同于所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器的所述一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)。一種基材處理系統(tǒng)包括所述光學(xué)組件以及基材支撐件組件，所述基材支撐件組件用于支撐配置在處理腔室內(nèi)的基材。基材處理系統(tǒng)的基材支撐件組件可相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器移動(dòng)?；奶幚硐到y(tǒng)的所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器可相對(duì)于所述基材支撐件組件移動(dòng)。處理基材的方法包括選擇促進(jìn)表面處理的至少一個(gè)光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間，以及用至少一個(gè)光脈沖的光線照射基材表面的第一部份。所述一個(gè)光脈沖的光線包括一個(gè)或多個(gè)光纖激光波長(zhǎng)，所述光纖激光波長(zhǎng)從光纖激光器組件的輸出端所發(fā)射，且所述表面的部分具有大于10平方毫米的面積。所述方法可包括移動(dòng)基材以及照射所述基材的表面的第二部分。所述方法可包括接收從所述基材的表面的所述第一部分所發(fā)射的光線，以及測(cè)定靠近處理監(jiān)控波長(zhǎng)的發(fā)射光的強(qiáng)度。所述處理監(jiān)控波長(zhǎng)可不同于所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光波長(zhǎng)。本發(fā)明的進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域可根據(jù)以下提供的詳細(xì)說明書內(nèi)容而變得清晰易懂。 應(yīng)了解到詳細(xì)的說明書內(nèi)容及特定范例在表示各種實(shí)施例時(shí)，僅旨在用于說明，而不是旨在必然地限制本發(fā)明的范疇。


通過參考下列的說明書其余部分及附圖，可進(jìn)一部了解本發(fā)明的本質(zhì)及優(yōu)點(diǎn)。這些附圖并入本發(fā)明的詳細(xì)說明書部分中。圖1是現(xiàn)有技術(shù)基材處理系統(tǒng)的加熱及監(jiān)控系統(tǒng)的剖面示意圖。圖2A至2C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基材處理系統(tǒng)中的加熱及監(jiān)控系統(tǒng)的剖面示意圖。圖3A至;3B是流程圖，示出根據(jù)所公開的實(shí)施例用于處理基材表面的示范性方法。圖4是受益于本發(fā)明實(shí)施例的示范性基材處理系統(tǒng)的剖面視圖。在附加的附圖中，類似的部件及/或特征結(jié)構(gòu)可具有相同的標(biāo)記符號(hào)。另外，相同類型的各種部件可通過在標(biāo)記符號(hào)后附加破折號(hào)和第二符號(hào)加以區(qū)別，所述第二符號(hào)區(qū)別于類似組件。倘若在說明書中僅使用第一標(biāo)記符號(hào)，則不論第二標(biāo)記符號(hào)為何，說明書內(nèi)容可應(yīng)用于具有相同第一標(biāo)記符號(hào)的類似部件中的任何一個(gè)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例是關(guān)于基材處理設(shè)備以及結(jié)合提供獨(dú)立控制光脈沖持續(xù)時(shí)間、形狀及重復(fù)速率的光源的方法。實(shí)施例進(jìn)一步提供照射強(qiáng)度的快速增加及減少。在所公開的實(shí)施例中，光纖激光用于照射及加熱基材表面以處理基材的靠近表面的區(qū)域。處理包括形成膜、處理?yè)劫|(zhì)以及重排序基材本身。光纖激光器可用于通過長(zhǎng)激光腔來產(chǎn)生非常強(qiáng)的光脈沖，所述長(zhǎng)激光腔可卷繞以維持小型工具覆蓋區(qū)。光纖激光器的狹長(zhǎng)激光腔可非常有效地冷卻，而進(jìn)一步致使高的光強(qiáng)度輸出。當(dāng)前現(xiàn)有的光纖激光器發(fā)出的連續(xù)功率超過lkw(千瓦)，根據(jù)重復(fù)速率、脈沖數(shù)、脈沖形狀及持續(xù)時(shí)間，將這個(gè)功率傳送至非常高的尖峰功率。當(dāng)通過主光纖振蕩器(而非脈沖的Nd:Yag激光器)泵浦時(shí)，光纖
5激光提供這些參數(shù)的較大范圍，且也使參數(shù)可更加獨(dú)立于另一參數(shù)而被選擇。多重光纖激光可結(jié)合以形成一種已知為光纖束激光的激光?；谋砻婵捎霉饷}沖來處理，這些光脈沖具有介于約2ns至約100 μ s之間基本上連續(xù)可調(diào)諧的脈沖持續(xù)時(shí)間。脈沖序列可用于以可選擇的脈沖數(shù)以及高達(dá)IMHz的脈沖重復(fù)速率來處理基材表面。光脈沖的形狀可經(jīng)調(diào)整，例如，以便在初始時(shí)提供更多照射來將表面加熱至有助于處理的溫度，而隨后降低至足以維持處理反應(yīng)的較低強(qiáng)度。對(duì)于長(zhǎng)脈沖 (超過100μ s)而言，脈沖形狀可經(jīng)選擇以使強(qiáng)度線性上升，以限制介于基材頂部與底部之間的膨脹差異。通過使用光纖激光可有助于脈沖形狀工程或“脈沖整形(pulse shaping) ”， 光纖激光器可提供類似于任意電波形產(chǎn)生器的脈沖形狀的靈活性。光脈沖形狀可經(jīng)選擇以促使涉及特定膜生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)所涉及的化學(xué)物質(zhì)，在有氣體前驅(qū)物存在的情況下照射表面可加快化學(xué)反應(yīng)速率，而勝于使用其它熱力工具。舉例而言，光線可激發(fā)氣相分子、吸附的分子，或甚至電子地激發(fā)基材以促進(jìn)表面上的化學(xué)反應(yīng)。恰當(dāng)?shù)墓庹T導(dǎo)處理包括光催化，及光輔助原子層沉積(PA-ALD)；在此期間，脈沖序列可用于每一脈沖在基材上成長(zhǎng)一層膜。光纖激光的波長(zhǎng)可經(jīng)選擇以促進(jìn)期望的膜處理，所述選擇例如通過選擇與改善反應(yīng)速率的分子電子躍遷形成共振的波長(zhǎng)。所述波長(zhǎng)可經(jīng)選擇以改善基材的輻射吸收，因而更有效地加熱基材。脈沖光纖激光器通過摻雜光纖的軸芯制成，所述光纖的軸芯隨后用做激光腔?？捎眉す鈱?duì)激光腔軸芯進(jìn)行光泵浦，所述激光的光受導(dǎo)引通過激光腔軸芯，且對(duì)于類似此的高強(qiáng)度應(yīng)用而言，所述激光的光受導(dǎo)引通過環(huán)繞或比鄰激光腔軸芯的第二未摻雜軸芯。激光腔軸芯可用稀土族元素?fù)诫s以助于激勵(lì)發(fā)射，但其它光學(xué)效應(yīng)也提供光增益的機(jī)制。改善這些高強(qiáng)度激光器的設(shè)計(jì)以使類似從工件移除材料(例如刻劃、裁切及削磨)的新應(yīng)用成為可能。這些應(yīng)用需要光束聚焦至小型點(diǎn)狀尺寸，以達(dá)到足夠移除材料的熱量。在本發(fā)明的實(shí)施例中，光纖激光器并進(jìn)基材處理設(shè)備以處理基材，在一定程度上通過光學(xué)地將光束擴(kuò)寬，從而，輸出的照射能夠覆蓋基材的有效部分?；奶幚響?yīng)用需要比融化或削磨更低的功率密度，所以大于約IOW的電流功率水平對(duì)于許多處理而言是充足的。多重激光可結(jié)合， 以覆蓋基材的較大部分以容許整個(gè)基材一次暴露，或者以掃描運(yùn)動(dòng)或以各別步驟覆蓋待暴露的較小的區(qū)域。光纖激光器的輸出端和基材之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可通過基材運(yùn)動(dòng)、光纖激光器輸出端運(yùn)動(dòng)或它們的結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。為了更佳了解且認(rèn)識(shí)本發(fā)明，可參考圖2A至2C，圖2A至2C為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基材處理系統(tǒng)中的加熱及監(jiān)控系統(tǒng)的剖面示意圖。圖2A示出一處理系統(tǒng)，其中光線通過光纖光纜225-1進(jìn)入腔室并且橫跨基材200散播以處理表面，而沒有光纖激光組件2沈-1 的輸出端與基材200之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于脈沖持續(xù)時(shí)間低于約20毫秒的脈沖而言，直到脈沖結(jié)束以后，基材在頂部表面201及底部表面202處才可能具有相同的溫度。因此，對(duì)于照射的熱反應(yīng)的光學(xué)測(cè)量可較佳地在頂部表面201上執(zhí)行，所述頂部表面為直接被照射且加熱。監(jiān)控頂部表面201可透過瞄準(zhǔn)基材200的表面的透明光穿孔235-2完成，而非透過瞄準(zhǔn)底部表面202的透明光穿孔235-1完成。所示的處理系統(tǒng)為裝設(shè)有作為蓋220-1的一部分的透明光穿孔235-2，所述蓋也支撐光纖光纜225-1?；?00的頂部表面201的熱反應(yīng)可由高溫測(cè)量器在不同于光纖激光器發(fā)射的光波長(zhǎng)的波長(zhǎng)來監(jiān)控，以改善溫度測(cè)定的準(zhǔn)確性。偵測(cè)不同波長(zhǎng)可減少將從光纖激光器反射或散射的照射誤認(rèn)為是從基材200的頂部表面以熱形式生成的機(jī)會(huì)。因?yàn)閬碜怨饫w激光器的脈沖可短至2ns，因此由高溫測(cè)量器偵測(cè)的光線也許不能表示表面的平衡溫度。為了測(cè)定暴露期間或暴露之后的表面準(zhǔn)確溫度，需要進(jìn)一步的處理。 或者，可使用原始光學(xué)信號(hào)并且使所述光學(xué)信號(hào)與所得的膜、摻質(zhì)或其它表面特征的最優(yōu)化性質(zhì)相關(guān)。在圖2A中，光纖激光組件226-1在處理腔室內(nèi)側(cè)輸出光線。在替代性實(shí)施例中， 光纖激光輸出端2沈-1可位于處理腔室外側(cè)，而光線透過透明窗傳入腔室中。在另一替代性實(shí)施例中，光纖激光輸出端226-1可占據(jù)腔室的獨(dú)立部分，在所述獨(dú)立部分仍隔絕于處理?xiàng)l件而受保護(hù)。從處理區(qū)域分離光纖激光器的輸出端2沈-1具有額外的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)是防止沉積、蝕刻或其它反應(yīng)不利地影響光輻射通達(dá)基材200表面的傳輸效能。光纖激光器可產(chǎn)生短波長(zhǎng)(在實(shí)施例中，< 0. 75 μ m或< 0. 5 μ m)的光線，同時(shí)在更高波長(zhǎng)(介于約0. 5 μ m與1. 2 μ m之間，或者0. 75 μ m與1. 2 μ m之間)操作高溫測(cè)量， 以從監(jiān)控的波長(zhǎng)分離加熱波長(zhǎng)。對(duì)于多數(shù)摻質(zhì)濃度而言，在高于1. 2μπι的波長(zhǎng)上，硅基材的發(fā)射率是低的，因而使得高溫測(cè)量更加困難。對(duì)于非硅的基材而言，波長(zhǎng)范圍可不同，但使用不同光波長(zhǎng)以加熱及高溫測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)仍存在。圖2Β示出處理系統(tǒng)的另一實(shí)施例，所述處理系統(tǒng)利用掃描或步進(jìn)掃描法光學(xué)地通過可撓光纖光纜225-2加熱基材200的頂部表面201。頂部表面201的部分暴露給從光纖激光組件的輸出端2沈-2發(fā)射的輻射，且頂部表面201的照射部分的位置在處理期間可以不連貫地改變或平穩(wěn)改變。光纖光纜可在兩個(gè)正交方向上運(yùn)動(dòng)，以容許暴露基材200的整個(gè)頂部表面201。頂部表面201的照射部分的溫度指示可通過可撓光管或光纖光高溫測(cè)量接收器 235-3接收，所述光纖光高溫測(cè)量接收器可添加至光纖光纜225-2，從而光纖光高溫測(cè)量接收器235-3與光纖光纜225-2 —起移動(dòng)。此舉可以是受到期望的，以確保照射(加熱)部分受監(jiān)控而非頂部表面201的較冷的表面受監(jiān)控?；蛘?，可使用相對(duì)于腔室205以及蓋220-2 為靜止的光接收器235-2，并且以機(jī)械式或電子式控制所述光接收器以主要監(jiān)控頂部表面 201的暴露部分。圖2C還示出處理系統(tǒng)的另一實(shí)施例，在此，移動(dòng)基材200以平移基材200的頂部表面201的照射及加熱部分。因?yàn)楣饫w激光組件的輸出端2沈-3可相對(duì)于腔室205及蓋 220-2保持靜止，因此光纖光纜225-2及高溫測(cè)量接收器235-3不需要是可撓的?；目稍诒┞吨g以相對(duì)的個(gè)別步驟移動(dòng)，或者基材可在持續(xù)暴露期間平滑移動(dòng)?；目梢约^的方向移動(dòng)或平移且以正交方向進(jìn)出圖2C的平面來移動(dòng)或平移?；蛘?，基材可以箭頭方向移動(dòng)并且繞它的中心旋轉(zhuǎn)?；南鄬?duì)于光纖光纜的運(yùn)動(dòng)可通過基材運(yùn)動(dòng)及光纖激光組件的輸出端的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。在一范例中，基材可旋轉(zhuǎn)，同時(shí)光纖組件沿基材的半徑線性地平移。示出在圖2Α至2C的光纖光纜225可以是摻雜激光腔的一部分或可以不是摻雜激光腔的一部分，但可以是用于從激光腔體傳輸光進(jìn)入腔室的非摻雜光纖。圖3Α至;3Β是流程圖，示出根據(jù)所公開的實(shí)施例用于處理基材表面的示范性方法。 圖3Α展示涉及使用光纖激光的步進(jìn)掃描法的處理。光纖激光組件的輸出端置于靠近基材表面處，并且由光纖激光器產(chǎn)生光脈沖，照射基材的一部分(操作30幻。移動(dòng)基材，從而后續(xù)的脈沖會(huì)沖擊基材的不同部分(操作310)。由光纖激光器產(chǎn)生第二光脈沖以照射基材的第二部分(操作3巧)。圖:3B描繪一處理，在所述處理中，來自照射及加熱部分的光信號(hào)用于調(diào)整來自光纖激光器的光脈沖的強(qiáng)度。在操作365中，基材的一部分受到來自單色光纖激光器的光脈沖的照射與加熱。在照射所述基材的所述部分期間，或在照射所述基材的所述部分后的瞬間，從所述部分發(fā)出的光強(qiáng)度以偵測(cè)器來測(cè)定并且用于監(jiān)控基材表面上光脈沖的效果(操作370)。所偵測(cè)的光的波長(zhǎng)不同于由光纖激光器所產(chǎn)生的波長(zhǎng)。后續(xù)脈沖的強(qiáng)度是基于在操作370中所偵測(cè)得到的光強(qiáng)度而調(diào)整(操作375)。示范件基材處理系統(tǒng)圖4示出一處理腔室400，所述處理腔室400用于處理盤形基材405，所述基材可為12英寸(300mm)直徑的硅(Si)晶片。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在處理期間，基材405在腔室400內(nèi)部被支撐在基材支撐件組件408上，并且通過位于基材405正上方的照射組件402加熱基材405。照射組件402產(chǎn)生輻射412，所述輻射可通過水冷式石英窗組件403進(jìn)入處理腔室400。窗組件403及基材 405之間的間隙可以是可調(diào)整的，在實(shí)施例中，所述間隙是介于約IOmm至約50mm之間。在基材405下方的是反射器420，所述反射器420裝設(shè)在中心組件421上，所述中心組件421 具有大體上圓柱形的基座。反射器420可具有高度反射性的表面涂層?；?05的下側(cè)以及反射器420的頂部鄰接反射腔體，所述腔體用于改善基材405的有效發(fā)射率。基材405 及反射器420之間的間隔也可以是可調(diào)整的。在300mm基材處理系統(tǒng)中，在不同實(shí)施例里， 所述間隙可為介于約3mm至20mm之間，或介于約5mm至8mm之間。通過收集穿過光管423的光以及用光學(xué)傳感器425及輔助電子組件測(cè)量所偵測(cè)到的光強(qiáng)度，多個(gè)溫度探針(圖4中示出3個(gè))可利用高溫測(cè)量方法從下側(cè)監(jiān)控基材405的不同區(qū)域中的溫度。每一溫度探針可包括光管423，所述光管423插進(jìn)從中心組件421的背側(cè)穿透至反射器420頂部的導(dǎo)管中。光管423的直徑可為0. 080英寸，而所述導(dǎo)管稍大以助于將光管423插進(jìn)所述導(dǎo)管中。光管423可經(jīng)由光纖光學(xué)組件似4光學(xué)地連接至光學(xué)傳感器425。所述溫度探針產(chǎn)生信號(hào)來指示靠近基材的區(qū)域所量測(cè)到的溫度，而這些信號(hào)可為系統(tǒng)控制器462。處理區(qū)域413位于基材405上方。通過從照射組件402朝向基材405的照光412 而改質(zhì)基材，所述照光412可重排序基材及/或助于化學(xué)反應(yīng)，所述化學(xué)反應(yīng)涉及處理氣體與基材405。舉例而言，在基材405內(nèi)的摻質(zhì)可受到活化或分散，在基材405中的排列程度可增加，或者膜(諸如硅化物、氮化物或氧化物)可在基材405上生長(zhǎng)。入口歧管472置于腔室400的側(cè)壁中，且適于接納從氣體源(例如罐441)進(jìn)入腔室400的氣體。來自罐441 的氣流較佳以手動(dòng)閥及計(jì)算機(jī)控制的流量控制器442獨(dú)立控制。排氣罩473置于腔室400 的側(cè)面，在徑向上與入口歧管472相對(duì)，且所述排氣罩473適于將處理流出物從沉積腔室 400排放到泵抽系統(tǒng)(圖中未示)。中心組件421包括循環(huán)線路，所述循環(huán)線路包括耦接至冷卻劑入口(圖中未示) 的內(nèi)部腔室422，冷卻流體通過這些冷卻劑入口循環(huán)以冷卻中心組件421。在一實(shí)施例中使用室溫水以保持中心組件421遠(yuǎn)低于加熱基材405的溫度。在實(shí)施例中，中心組件421的溫度保持在低于150°C。小反射腔體419可形成于反射器420的頂部?jī)?nèi)，此處光管423穿透反射器420的
8頂部處。光管423經(jīng)定位使得它們的最上端與每一微腔體419的入口齊平，或者稍低于所述入口。光管423可由高光學(xué)指數(shù)的材料(諸如藍(lán)寶石)制成。藍(lán)寶石光管大體上較佳是他們具有相對(duì)小的光散射系數(shù)，且他們傾向具有較大的橫向光阻絕度。從而，因?yàn)樗麄兘邮諄碜暂^小立體角的進(jìn)入射線因而提供較小面積的測(cè)量，因此他們提供較大的測(cè)量局部性。 光管可由任何適當(dāng)?shù)哪蜔嵝约翱垢g性材料制成(例如石英)，這些光管能夠通過插入光纖光纜4M而可將取樣的輻射傳輸至高溫測(cè)量器?；蛘?，輻射取樣系統(tǒng)可以是包括裝設(shè)在反射器420中的小半徑物鏡的光學(xué)系統(tǒng)，以及鏡子和透鏡系統(tǒng)，所述鏡子和透鏡系統(tǒng)傳送各個(gè)透鏡收集的輻射至各個(gè)高溫計(jì)。倘若適當(dāng)?shù)默F(xiàn)成光學(xué)組件可購(gòu)得，此類方案可比藍(lán)寶石光管少花銷?；蛘撸夤芸捎删哂懈叨妊心ミ^的反射內(nèi)表面的管制成。如上所指示，盡管圖4僅示出三個(gè)溫度探針，然而真實(shí)系統(tǒng)可使用分布在反射器 420之上的七個(gè)或八個(gè)測(cè)量探針，以便在不同徑向及方位角的位置測(cè)量溫度。在熱處理期間，基材支撐件組件408經(jīng)常旋轉(zhuǎn)以均勻化基材405的熱分布。旋轉(zhuǎn)速率可介于每分鐘約 20至200轉(zhuǎn)(RPM)之間。在基材405旋轉(zhuǎn)的實(shí)例中，每一探針實(shí)際上取樣基材上相對(duì)應(yīng)的環(huán)狀環(huán)區(qū)域的溫度分布。基材支撐件組件408可為磁浮旋轉(zhuǎn)框架。基材支撐件組件408可延伸進(jìn)入轉(zhuǎn)子井409，同時(shí)從邊緣支撐基材405。以此方法，基材405在照射組件402下旋轉(zhuǎn)，以促使基材405溫度一致。沿邊緣環(huán)411的內(nèi)徑處可有架子或楔形物用以接觸基材405。邊緣環(huán)411在基材 405的外周邊接觸基材405，從而遮蔽基材405下側(cè)的極小部分。邊緣環(huán)411具有大約0. 75 英寸的徑向?qū)挾?。邊緣環(huán)411的幾個(gè)部分靠近基材405并且會(huì)遭受處理氣體腐蝕或污染， 所述處理氣體是經(jīng)選擇用以形成膜或以其它方式改質(zhì)基材405。用于邊緣環(huán)411的材料可為抗化學(xué)物質(zhì)攻擊的材料，例如碳化硅。邊緣環(huán)411經(jīng)設(shè)計(jì)以與缸筒410產(chǎn)生光密閉密封。從邊緣環(huán)411的底部表面延伸的是圓柱狀唇部或裙部，所述唇部或裙部的外徑稍微大于或小于缸筒410的外徑，以防止光在缸筒410外側(cè)及內(nèi)側(cè)區(qū)域之間直接通行。邊緣環(huán)411具有大于缸筒410的半徑的外部半徑，從而邊緣環(huán)411延伸超過缸筒410之外。此邊緣環(huán)411超出缸筒410的環(huán)狀延伸部的功能如隔板，可防止雜散光進(jìn)入反射腔體419且防止所述雜散光被誤認(rèn)為表示基材溫度。為進(jìn)一步減少雜散光進(jìn)入反射腔體419的可能性，邊緣環(huán)411可用吸收照射組件402 所產(chǎn)生的輻射的材料涂布，例如諸如碳化硅的黑色或灰色材料。為進(jìn)一步減少雜散光進(jìn)入反射腔體419的量，可使用共旋的邊緣環(huán)延伸部413。缸筒410可由石英制成且可用硅涂布以進(jìn)一步限制光侵入反射腔體419。處理設(shè)備400包括系統(tǒng)控制器462，所述系統(tǒng)控制器462控制設(shè)備400的各種操作，諸如控制照射組件402強(qiáng)度、氣體流量、基材溫度以及腔室壓力。在本發(fā)明的實(shí)施例中， 系統(tǒng)控制器462包括硬盤機(jī)(存儲(chǔ)器464)以及處理器466。處理器含有單板計(jì)算機(jī)(SBC)、 模擬與數(shù)字輸入/輸出板468以及機(jī)械接口板。系統(tǒng)控制器462控制設(shè)備400的活動(dòng)。系統(tǒng)控制器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，所述軟件是儲(chǔ)存在諸如存儲(chǔ)器464的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)程序。存儲(chǔ)器464可為硬盤機(jī)，但存儲(chǔ)器464也可包含DRAM、閃存及其它種類的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器464也可為一種或多種存儲(chǔ)器的組合。計(jì)算機(jī)程序包括指令組，所述指令組指示具體處理的時(shí)序、氣體混合、腔室壓力、腔室溫度、燈功率水平、基材支撐件組件位置以及其它參數(shù)。當(dāng)然，其它諸如儲(chǔ)存于另一存儲(chǔ)器(例如軟盤機(jī)或其它適合的驅(qū)動(dòng)裝置)的計(jì)算機(jī)程序也可用于操作系統(tǒng)控制器462。 輸入/輸出(I/O)裝置468除了與設(shè)備相接外，還可包括人類交互裝置，諸如LCD顯示器、 鍵盤及指向裝置。系統(tǒng)控制器462可連接至網(wǎng)絡(luò)以容許遠(yuǎn)程控制或監(jiān)控系統(tǒng)功能?？刂埔部煞峙溆诙鄠€(gè)系統(tǒng)控制器462之中，所述多個(gè)系統(tǒng)控制器462在網(wǎng)絡(luò)上連通以分配控制責(zé)任。在此所使用的“基材”一詞可為支撐基材，可具有或不具有形成于其上的層。支撐基材可為絕緣體或具各種摻雜濃度及摻雜輪廓的半導(dǎo)體，且例如可為用于集成電路制造的類型的半導(dǎo)體基材。使用“光線”、“光學(xué)”、“光學(xué)組件”等詞匯不意味所涉及的電磁輻射必須來自光譜的可見光部分。光線可為任何波長(zhǎng)。在一實(shí)施例中，基材處理系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)激光器，所述激光器產(chǎn)生光脈沖以加熱半導(dǎo)體基材的表面的一部分達(dá)到至少200°C。所述光脈沖包括可選擇的脈沖持續(xù)時(shí)間以及一個(gè)或多個(gè)光波長(zhǎng)，且所述表面的所述部分具有大于10平方毫米的面積。所述基材處理系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，光脈沖促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，所述化學(xué)反應(yīng)造成在所述半導(dǎo)體基材的表面上形成膜。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，光脈沖活化半導(dǎo)體基材中的摻質(zhì)。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，光脈沖退火半導(dǎo)體基材。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器包括至少一個(gè)光纖束激光器。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，脈沖持續(xù)時(shí)間介于約IOOns至約100 μ s之間。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，光脈沖通過加熱半導(dǎo)體基材而改質(zhì)半導(dǎo)體基材。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，光脈沖通過將原子在半導(dǎo)體基材中擴(kuò)散而改質(zhì)半導(dǎo)體基材。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，光脈沖的重復(fù)速率為可選擇的。所述重復(fù)速率可為少于約IMHz。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，光脈沖的脈沖形狀為可選擇的。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，所述表面的所述部分大于100平方毫米。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包含光學(xué)高溫測(cè)量組件，用以監(jiān)控來自所述表面的所述部分、靠近一波長(zhǎng)的輻射，所述波長(zhǎng)不同于所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器的所述一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)。另一實(shí)施例中，一種基材處理系統(tǒng)包括基材支撐件組件，所述基材支撐件組件支撐配置在處理腔室內(nèi)的半導(dǎo)體基材；以及光學(xué)組件，所述光學(xué)組件包括一個(gè)或多個(gè)光纖激光器，所述激光器產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的光脈沖以加熱半導(dǎo)體基材的表面的一部分達(dá)到至少200°C。光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間為可選擇的，且所述表面的所述部分具有大于10平方毫米的面積。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，所述光學(xué)組件一次暴露半導(dǎo)體基材的一個(gè)部分。
所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，所述基材支撐件組件可相對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器移動(dòng)。所述基材處理系統(tǒng)的還一實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器可相對(duì)基材支撐件組件移動(dòng)。另一實(shí)施例中，處理半導(dǎo)體基材的方法包括選擇至少一個(gè)光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間，所述光脈沖促進(jìn)表面處理；以及用光線的至少一個(gè)光脈沖將半導(dǎo)體基材的表面的第一部分加熱至至少200°C。所述光線的一個(gè)光脈沖包括一個(gè)或多個(gè)光纖激光波長(zhǎng)，所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光波長(zhǎng)從光纖激光器組件的輸出端所發(fā)射，且所述表面的部分具有大于10平方毫米的面積。還一實(shí)施例中，所述處理半導(dǎo)體基材的方法進(jìn)一步包括移動(dòng)半導(dǎo)體基材以及照射所述半導(dǎo)體基材表面的第二部分。還一實(shí)施例中，所述處理半導(dǎo)體基材的方法進(jìn)一步包括接收來自所述半導(dǎo)體基材的表面的第一部分所發(fā)射的光線，以及測(cè)定靠近處理監(jiān)控波長(zhǎng)的發(fā)射光的強(qiáng)度。處理監(jiān)控波長(zhǎng)不同于所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光波長(zhǎng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解到，盡管已結(jié)合較佳實(shí)施例在上文描述本發(fā)明，然而本發(fā)明不應(yīng)限制于這些較佳實(shí)施例。前述的本發(fā)明的各種特征及方面可單獨(dú)使用或結(jié)合使用。 進(jìn)一步地說，盡管本發(fā)明描述了在特定環(huán)境及特定應(yīng)用中的實(shí)施方式內(nèi)容，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解到它的用途不限于所述內(nèi)容，且本發(fā)明可用于任何數(shù)量的環(huán)境與實(shí)施方法中。
1權(quán)利要求
1.一種基材處理系統(tǒng)，所述基材處理系統(tǒng)包含一個(gè)或多個(gè)光纖激光器，所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器產(chǎn)生光脈沖以加熱所述半導(dǎo)體基材的表面的一部分達(dá)到至少200°C ；其中所述光脈沖包含可選擇的脈沖持續(xù)時(shí)間以及一個(gè)或多個(gè)光波長(zhǎng)；且其中所述表面的所述部分具有大于10平方毫米的面積。
2.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述光脈沖促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，所述化學(xué)反應(yīng)造成在所述半導(dǎo)體基材的表面上形成膜。
3.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述光脈沖活化所述半導(dǎo)體基材中的摻質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述光脈沖退火所述半導(dǎo)體基材。
5.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器包含至少一個(gè)光纖束激光器。
6.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述脈沖持續(xù)時(shí)間介于約IOOns至約 100 μ s之間。
7.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述光脈沖通過加熱所述半導(dǎo)體基材而改質(zhì)所述半導(dǎo)體基材。
8.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述光脈沖通過將原子在所述半導(dǎo)體基材中擴(kuò)散而改質(zhì)所述半導(dǎo)體基材。
9.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述光脈沖的重復(fù)速率為可選擇的。
10.如權(quán)利要求9所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述重復(fù)速率少于約1MHz。
11.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述光脈沖的脈沖形狀為可選擇的。
12.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述表面的所述部分大于100平方毫米。
13.如權(quán)利要求1所述的基材處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包含光學(xué)高溫測(cè)量組件，所述光學(xué)高溫測(cè)量組件監(jiān)控來自所述表面的所述部分、靠近一波長(zhǎng)的輻射，所述波長(zhǎng)不同于所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器的所述一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)。
14.一種基材處理系統(tǒng)，所述基材處理系統(tǒng)包括基材支撐件組件，所述基材支撐件組件支撐配置在處理腔室內(nèi)的半導(dǎo)體基材；光學(xué)組件，所述光學(xué)組件包含一個(gè)或多個(gè)光纖激光器，所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的光脈沖以加熱所述半導(dǎo)體基材的表面的一部分達(dá)到至少200°C，其中所述光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間為可選擇的，且所述表面的所述部分具有大于10平方毫米的面積。
15.如權(quán)利要求14所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述光學(xué)組件一次暴露所述半導(dǎo)體基材的一個(gè)部分。
16.如權(quán)利要求14所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述基材支撐件組件相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器為能移動(dòng)的。
17.如權(quán)利要求14所述的基材處理系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光器相對(duì)于所述基材支撐件組件為能移動(dòng)的。
18.—種處理半導(dǎo)體基材的方法，所述方法包括以下步驟選擇至少一個(gè)光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間，所述光脈沖促進(jìn)表面處理；用所述至少一個(gè)光脈沖的光線將半導(dǎo)體基材的表面的第一部分加熱達(dá)到至少200°C ； 其中所述一個(gè)光脈沖的光線包含一個(gè)或多個(gè)從光纖激光組件的輸出端所發(fā)射的一個(gè)或多個(gè)光纖激光波長(zhǎng)；且其中所述表面的所述部分具有大于10平方毫米的面積。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包含以下步驟 移動(dòng)所述半導(dǎo)體基材；照射所述半導(dǎo)體基材的所述表面的第二部分。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包含以下步驟 接收來自所述半導(dǎo)體基材的表面的所述第一部分的發(fā)射光線；測(cè)定靠近處理監(jiān)控波長(zhǎng)的所述發(fā)射光線的強(qiáng)度，其中所述處理監(jiān)控波長(zhǎng)不同于所述一個(gè)或多個(gè)光纖激光波長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例是關(guān)于基材處理設(shè)備以及結(jié)合提供獨(dú)立控制光脈沖持續(xù)時(shí)間、形狀及重復(fù)速率的光源的方法。實(shí)施例進(jìn)一步提供照射強(qiáng)度的快速增加及減少。
文檔編號(hào)H01L21/324GK102405514SQ201080017238
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者斯蒂芬·莫法特 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司