[发明专利]用于基于退火系统的高功率激光二极管的自动聚焦装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2004年11月12日提交的No.60/627,530的美国临时申请的 优先权。

技术领域

本发明主要涉及半导体衬底的热处理。更具体地，本发明涉及半导体衬底 的激光热处理。

背景技术

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。

发明内容

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是在本发明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。

具体实施方式