TWI259118B - Laser scanning apparatus and methods for thermal processing - Google Patents

Description

1259118 而，輻射脈衝越短，可以熱處理之區域就越淺，而電路元 件本身就越容易導致實質的溫差。舉例來說，設置於一場 區厚氧化層絕緣體上之多晶矽導體在加熱方面遠比矽晶圓 表面上之淺接合區迅速。 5 使用較長的輕射脈衝可以獲得更為均句的溫度分佈， 因為加熱深度較深，且脈衝間距之間具有較多的時間以從 事橫向熱傳導俾使整個電路上之溫度平均。然而，將雷射 脈衝長度拉長至大於1微秒之時間且超過5平方公分或更大 之電路面積並不實際，因為每一脈衝之能量會變得過高， 10 且提供此等高能量所需之雷射與相關能量供給也會變得又 大又昂貴。 脈衝雷射之替代方案為連續輻射。以雷射二極體做為 連續輻射源之熱處理裝置範例揭示於2000年3月27日申請 並讓渡予本申請案之受讓人的美國專利申請案第 15 09/536,869 號中，其發明名稱為 “Apparatus Having Line

Source of Radiant Energy for Exposing a Substrate”。雷身十二 極體條狀陣列可以在每公分100瓦之輸出功率範圍内獲 得，而且可以做成影像以製作寬約1微米之線條影像。它們 在將電力轉化為輕射方面也具有極高的效率。再者，由於 20 每一條狀物中都具有許多以些微不同之波長運作的二極 體，它們可以做成影樣以形成一均勻的線條影像。 然而，以二極體做為連續輻射源僅適合某些應用。舉 例來說，當我們對具有小於比方說1微米左右之深度的源極 與汲極區進行退火時，超出此一深度之矽晶最好不要吸收 1259118 圖式簡單說明 第1A圖為一概略圖，顯示本發明之裝置的概括實施例； 第1B圖例示一理想化線條影像之示範實施例，其中該 線條影像具有以第1A圖中之該裝置形成於該基板上的長尺 5 寸L1以及短尺寸L2 ; 第1C圖為一實際線條影像之強度分佈的二維標繪圖； 第1D圖為一概略圖，顯示第1A圖中該裝置之光學系統 的示範實施例，其中該系統包括圓錐形鏡子以在基板表面 上形成一線條影像； 10 第2A圖為一概略圖，例示第1A圖中之該雷射掃描裝置 的示範實施例，其中該裝置進一步包括一設置於該輻射源 和該光學系統之間的光束轉換器； 第2B圖為一概略圖，說明第2A圖中之該裝置的該光束 轉換器如何修改一輕射光束之輪廓； 15 第2C圖為一橫斷面圖，顯示一包括一高斯與平頂轉換 器之轉換器/光學系統的示範實施例； 第2D圖為一標繪圖，顯示一如第2C圖中該轉換器/光學 系統所形成之沒有暗角的輻射光束之示範強度輪廓； 第2E圖為第2D圖所示之標繪圖，其中週邊光線以一暗 20 角光圈做成暗角，以降低影像端部之強度高峰； 第3圖類似第1A圖中之該裝置的概略圖，其中該裝置包 括代表本發明之其他示範實施例的新增元件； 第4圖例示第3圖中該裝置之反射輻射監視器的示範實 施例，其中入射角Φ等於或接近(T ; 1259118 第5圖為一特寫圖，顯示第3圖中該裝置之診斷系統的 不範貫施例，其中該糸統被用以量測該基板在該影像被掃 描之位置上或其附近的溫度； 第6圖為一 141CTC黑色主體之相對強度與波長的輪廓 5 (標繪圖），該溫度稍高於活化一半導體電晶體之源極與汲極 區内的摻質所使用之溫度； 第7圖為一基板之特寫等量圖，該基板具有以一格網圖 案對齊之正片，該圖案顯示相對於該格網圖案正片之入射 及反射雷射光束的平面被定位於45° ; 10 第8圖標繪一從下列表面反射之10.6微米雷射輻射光 束的p與s極化方向之反射與入射角度：（a)裸石夕晶、（b)位在 該裸矽晶頂部之0.5微米氧絕緣體、（c)一矽晶上之0.5微米氧 絕緣層上方的0.1微米多晶矽滑道、以及(d) —無限深之矽氧 層； 15 第9圖為本發明之該裝置實施例的由上而下等量圖，其 中該裝置被用以處理一做為具有一格網圖案之半導體晶圓 的基板，以例示該裝置在一最佳化輻射光束幾何下的操作 情形； 第10圖為一基板之平面圖，例示基板表面上之影像的 20 牛耕式轉行掃描圖案； 第11圖為一橫斷面圖，顯示一包括一可移動掃描鏡之 光學系統的示範實施例； 第12圖為四個基板之平面圖，其中該基板位於一可以 做旋轉及線性移動之足檯上，以對該基板上之影像執行螺 1259118 旋掃描； 第13A和13B圖為一具有一交替光栅掃描圖案之基板 的平面圖，其中掃描路徑以一空隙隔開，以使該基板在掃 描鄰近之掃描路徑之前先行冷卻；以及 5 第14圖為一標繪圖，例示本發明之該裝置的螺旋掃描 法、光學掃描法、以及牛耕式轉行掃描法之模擬吞吐量（基 板/每小時)與駐留時間（微秒）。 圖示中所描繪的各種元件僅為代表性質，而且並非按 實際比率繪製。有些比率可能被誇大，而有些比率則可能 10 被縮小。這些圖不的目的是要例不熟習此項技藝之人士可 以理解並適當實施之本發明的實作態樣。 【實施方式3 較佳實施例之詳細說明 以下針對本發明之實施例做成的詳細說明將參照構成 15 其一部份之隨附圖示，圖示中以例示方式說明本發明可以 實現的特定實施例。這些實施例被詳細說明，以使熟習此 項技藝之人士得以實施本發明，吾人應該明白，在沒有超 出本發明之範疇的前提下，可以使用其他實施例，也可以 做成各種改變。因此，下列詳細說明不應以限制觀念對待 20 之，本發明的範圍僅能以隨附申請專利範圍界定。 概括裝置及方法 第1A圖為一概略圖，顯示本發明之雷射掃描裝置的概 括實施例。第1A圖中所示之裝置10沿一光軸A1包括一連續 輻射源12,該連續輻射源發射一連續輻射光束14A，該連續 10 1259118 輕射光束具有從該光軸之正確角度量測的輸出功率與強度 輪廓p卜在-示範實施例中，該輕射光束i4A被做成準直。 另外，在一示範實施例中，該輻射源12為一雷射而該輻射 光束14A則為1射光束。再者，在該示範實施例中，該輕 5射源為-以介於大約9.4微米和大約心微米之間之波長 運轉的二氧化碳(C〇2)雷射。二氧化碳雷射為一種非常具有 效率之使電力轉換成輻射的轉換器，其輪出光束通常十分 連貫，故該輪廓P1具有高斯曲線。再者，二氧化碳雷射所 產生的紅外線波長適合絲處理(如加熱㈣晶（比方說石夕基 10板如半導體晶圓），如下所述。此外，在—示範實施例中， 該輻射光束14A被線性極化，並可以加以操縱，以使入射該 基板之輕射只包括一 p極化狀態P，或只包括一以亟化狀態 s，或兩者兼具。由於該輻射源12發射一連續輻射光束i4A， 在此我們稱之為“連續輻射源，，。一般來說，該輻射光束i4A 包括-被該基板吸收之波長的輪射，故可對該基板加熱。 該裝置ίο亦包括’位在_射源12下游之光學系統 20 ’該系統修飾（比方說對焦或塑造)該輻射光束“A以形成 -輻射光束MB。該光學系統2〇可以單—元件(如透鏡^件 或鏡子）或多重元件組成。在一示範實施例中，該光學系統 20 20亦可包括可移動元件，比方說掃描鏡，如下文所詳述者。 該裝置1〇進一步包括，位在該光學系統2〇下游^具有 一上表面42的墊塊40。該墊塊40由足檯46支撐，而該^檯 46則由-平台50支樓。在-示範實施例中，該墊⑽油 入該足檯46中。在另一示範實施例中，該足檯乜可移動。 1259118 此外，在一示範實施例中，該基板足檯46可緣x、y*z軸中 之一或多轴旋轉。該塾塊表面42可以支撐一基板6〇，該基 板之表面62具有一表面法線N以及一邊緣63。 在一示範實施例中，該基板60包括一參考特徵部分 5 64，以加速該基板在該裝置10中的對準，如下所述。在一 示範實施例中’該參考特徵部分64亦被用來確認一單晶體 基板60之晶體方位。在一示範實施例中，該基板6〇為一單 晶體矽晶圓，如設址於3081 Zanker Road，San Jose 95134之 SEMI 公司（Semiconductor Equipment and Materials 10 International)所發行之文件#Semi Ml-600 “Specifications for Polished Monocrystalline Silicon Wafers”所述，該文件在 此併入本說明書以做為參考之用。 此外，在一示範實施例中，該基板60包括形成於該表 面62上或其附近之源極與汲極區66A、66B，以做為一形成 15 於該基板中之電路(如電晶體)67的一部份。在一示範實施例 中，該源極與汲極區66A、66B很淺，其伸入該基板之深度 為1微米或更少。 該軸A1與該基板法線N形成一角度Φ，即該輻射光束 14B(和該轴A1)以該基板表面法線N所做成之入射角φ。在 20 一示範實施例中，該輻射光束14Β之該入射角φ大於〇，以確 保從該基板表面62所反射之輻射不會返回該輻射源12。一 般來說，該入射角可以在0°£ φ< 90°的範圍中做變化。然 而，該裝置在落入此一範圍之精選入射角條件下操作在某 些應用中是有利的，如下文所詳述者。 12 1259118 在一示範實施例中，該裝置ι〇進一步包括一控制器 70，該控制器透過一聯絡線(“線”)72被耦合至該輻射源12， 並透過一線78被耦合至一足檯控制器76。該足檯控制器76 透過一線80被可操作地耦合至該足檯46,以控制該足檯之 5 活動。在一示範實施例中，該控制器70亦透過一線82被_馬 合至該光學系統20。該控制器70分別透過信號90、92、94 來控制該輻射源12、該足檯控制器76、以及該光學系統20 之操作（比方說其中所含元件的移動）。 在一示範實施例中，該線72、78、80、82中有一或多 10 條線為電線且該信號90、92、94中有一或多個數量與其對 應之該信號為電力信號，而在另一示範實施例中，一或多 條該線為光纖且一或多個數量與其對應之該信號為光學信 號。 在一示範實施例中，該控制器70為一電腦，如知名電 15 腦廠商，比方說德州奥斯汀之戴爾電腦公司所生產之個人 電腦或工作站。該控制器70最好包括任何數量之商業可購 得的微處理器，如英特爾Pentium系列，或超微K6或K7處理 器、一適合的匯流排架構以將該處理器連接至一記偉、體裝 置，如硬碟機、以及適合的輸入與輸出裝置（如鍵盤與顯示 20 器 繼續參考第1A圖，該輻射光束14B沿該轴A1被該光學 系統20導向該基板表面62。在一示範實施例中，該光學系 統20使該輻射光束14B對焦以在該基板表面62上形成一影 像100。“影像”一詞在此大致上指的是該輻射光束14B在該 13 1259118 基板表面62上所形成之光線的分佈。因此，該影像100不一 定具有傳統層面所隱含的物件。再者，該影像100不一定是 透過光線之點對焦而形成。舉例來說，該影像100可以是由 一歪像光學系統20所形成之橢圓形點，以及由一圓形對稱 5 光學系統形成之正常入射對焦光束所構成的圓形點。另 外，“影像”一詞涵蓋以該基板60截取該光束14B而形成於該 基板表面62上的光線分佈。 該影像100可具有任何數量之形狀，如正方形、長方 形、橢圓形等。此外，該影像100可具有各種不同的強度分 10 佈，包括符合均勻線條影像分佈之強度分佈。第1B圖例示 以線條影像呈現之該影像100的示範實施例。一理想化線條 影像100具有一長尺寸（長度)L1、一短尺寸（寬度)L2、以及 均勻（亦即平頂）強度。實際上，由於衍射效應，該線條影像 100並非完全均勻。 15 第1C圖為一實際線條影像之強度分佈的二維標繪圖。 對大部分應用而言，該短尺寸L2之整合橫斷面只需要在該 長尺寸L1上大致均勻即可，其整合強度分佈的一致性在該 影像之可操作使用部分上約為士 2 %。 繼續參考第1B和1C圖，在一示範實施例中，該長度L1 20 在大約1.25公分到4.4公分的範圍之内，而該寬度L2則在50 微米上下。在另一示範實施例中，該長度L1為1公分或更 短。再者，在一示範實施例中，該影像100之強度在50 kW/cm2到150 kW/cm2的範圍之内。該影像100之強度係根據 特定應用中需要被傳送至該基板之能量的多寡、該影像寬 14 1259118 度L2、以及該影像在該基板表面62上被掃描的速度選擇的。 第1D圖為一光學系統20之概略圖，其中該光學系統包 括圓錐形鏡子M1、M2、M3，以在該基板表面上形成一線 條衫像。第1D圖中之該光學系統2〇說明反射圓錐之片段如 5何用來使一準直光束對焦至一線條影像1〇〇。該光學系統2〇 在一示範實施例中包括拋物線圓柱形鏡子片段M1、m2，以 及圓錐形鏡子片段M3。該圓錐形鏡子片段m3具有一與整 個该圓錐形鏡子相連之軸A3(以虛線表示）。該軸A3與該準 直光束14A平行，並沿該基板表面62設置。 10 该線條影像丨〇〇沿該轴A3形成於該基板表面62上。該光 學系統20之此一配置的優點在於，它可以產生一狹窄之衍 射限制影像100，且該入射角φ具有極小的差異。該線條影 像之長度L1主要由該入射角φ和該準直光束在乂軸方向所測 知的尺寸決定。不同的入射角φ可以藉由將不同的圓錐形鏡 15子片^又(如鏡子Μ3’）導入輻射光束14Α，之路徑中獲得。該線 條影像100之該長度L1可以藉由以比方說可調整（如變焦式） 準直光學元件104改變該準直光束之尺寸來做修改。 繼繽苓考第1D圖，在一示範實施例中，該準直光束14Α， 之尺寸可以利用該圓柱形拋物狀鏡子M1、Μ2做修改。首 2〇先，讜準直光束14Α’以該正面圓柱形拋物狀鏡子Ml在點F 處做線條對焦。抵達該點F之焦點前，該聚焦光束14A，會被 該負面拋物狀鏡子M2截取，以準直該聚焦光束。該圓柱形 拋物狀鏡子Ml、M2只改變該準直光束在y軸方向上的寬 度。因此，该拋物狀鏡子“丨、M2亦改變該線條影像1〇〇在 15 1259118 該基板表面62上的長度Ll，但非該線條影像在與圖示平面 垂直之方向上的寬度L2。 第1D圖還包括交替拋物狀鏡子ΜΓ、M2’以及一交替圓 錐形鏡子M3 ’，這些鏡子皆可以利用比方說索引輪1 〇6、 5 108、110被設置於光學路徑上之預設的固定位置。 再茶考弟1A圖’在一不範貫施例中’該基板表面62在 該影像100下方以下文將詳述之各種掃描圖案中的一種圖 案被掃描。掃描可以許多方式達成，包括移動該基板足檯 46或該輕射光束14B。因此，此處所使用之“掃描，，一詞包括 1〇 該影像之相對於該基板表面的移動，不論其達成方式為何。 透過在該基板表面62，如一或多個其選擇區域，比方 說區域66A和66B，或一或多條電路，比方說電晶體67，掃 描一連續輻射光束，該基板上之每一輻照點皆可接收一幸畐 射脈衝。在一使用200微秒駐留時間（亦即，該影像在一給 15予點上駐留之持續期間）之示範實施例中，該基板上之每一 掃描點在一單一掃描中所接收的能量總量在5 j/cm2至50 J/cm2之間。部分重疊之掃描進一步增加總吸收能量。因此， 該裝置10使用連續輻射源，而非脈衝輻射源，以提供一具 有充足此置之控制脈衝或輪射爆發給該基板上之每一點， 20 以處理一或多個區域，如形成其中或形成其上之電路或電 路元件。此處所使用之“處理”一詞包括選擇性熔解、爆炸 性再結晶、摻質活化等。 另外，此處所使用之“處理”一詞不包括雷射鎔削、基 板雷射清洗或黃光曝光與接下來的光阻化學活化。相反 16 1259118 地，以例示方式，該影像100在該基板60上被掃描以提供足 夠的熱能量，俾提高其中之一或多個區域的表面溫度以處 理該一或多個區域，比方說活化該源極與汲極區66八、66b 中之摻質，抑或改變該一或多個區域的晶體結構。在一熱 5處理之示範實施例中，該裝置10被用以迅速加熱並冷卻， 進而活化，平淺的源極與汲極區，亦即比方說該電晶體67 之該源極與汲極區66A、66B，其從該表面62伸入該基板之 深度為1微米或更少。 该裝置10包括若干不同的實施例，如以下範例所示。 10 含光束轉換器之實施例 在示於第1A圖中之示範實施例中，該輻射光束14A之 輪廓P1是非均勻的。此一情形可能發生於，比方說，亨輕 射源12為一貫質連貫之雷射且該準直光束中之能量分佈口 高斯曲線，進而使該準直光束被反映在該基板上時產生采員 15似的能量分佈時◦對某些應用來說，可能適合使該輕射光 束14A、14B具有一更均勻的分佈並改變其尺寸，以便爷， 像100之強度分佈與尺寸適合對該基板執行給予之應用所 需的熱處理。 第2A圖為一概略圖，例示第丨八圖中之該雷射掃描裝置 20 10的示範實施例，其中該裝置進一步包括一沿該軸A1設置 於該光學系統20和該連續輻射源12之間的光束轉換器 150。該光束轉換器150將具有強度輪廓？1之輻射光束Μ' 轉換成具有強度輪廓P2之修正輕射光束μα，。為—一 μ ^ 不範實 施例中，该光束轉換為150與該光學系統2〇合併以形成一單 17 1259118 —轉換器/光學系統160。雖然所示之該光束轉換器15〇位於 該光學系統20之上游，它也可以設置於其下游。 第2B圖為一概略圖，說明該光束轉換器1 $ 〇如何將具有 強度輪廓P1之该輪射光束14A轉換成具有強度輪靡P2之該 5修正輻射光束14A’。該輻射光束14A、14A，係由光線170組 成，該光線之間距對應該輻射光束中之相對強度分佈。該 光束轉換器150調整該光線170之相對間距（亦即密度），以修 正該輻射光束14A之該輪廓Pi以形成具有該強度輪廓p2之 該修正輻射光束14A，。在示範實施例中，該光束轉換器15〇 1〇為一屈光、反射或反射折射式透鏡系統。 第2C圖為一橫斷面圖，顯示一轉換器/光學系統16〇之 不乾實施例，該轉換器/光學系統具有一將具有高斯輪廓ρι 之该輻射光束14A轉換成具有平頂（亦即均勻）輪廓p2之該 15輻射光束14A’的轉換器150，以及一形成一聚焦輻射光束 14B和一線條影像1⑽之光學系統20。第2C圖中之該轉換器 *焦系統160包括圓柱形透鏡乙丨至^。在此，“透鏡，，一詞 可&單獨的透鏡元件或一透鏡元件之群組，亦即透鏡群 組〇塗_ $ $ _ 和弟一圓柱形透鏡L卜L2用以縮小該輻射光束14Α 2〇之直傻’而圓柱形透鏡L3、L4則用以使該輻射光束大致放 大至其原始尺寸，但形成一由透鏡之球面像差導致的修正 &射光束輪廓14 Α，。第5個圓柱形透鏡L 5做為該光學系統2 0 ’並相對於其他透鏡旋轉90。，以使其能量移出圖示之 平面 上 。該透鏡L5形成該輻射光束 14B，而該輻射光束14B進 在。亥基板60上形成該線條影像1〇〇。 1259118 在一示範實施例中，第2c -恶认外、悉拉 口甲之该轉換器/聚焦系統 160亦包括一卩又置於该透鏡Li# 上游的暗角光圈180。這可 移除該輸入光束14A之最外層來 、、、為光線被該系统中之球 面像差過度矯正，而它會在平^ Τ % 〜之強度輪廓的邊緣形成強 度凸塊。 第2D圖為一標繪圖，顯示〜 型光束轉換器15〇可能合 形成之沒有暗角且均句之輪矣+丄土 曰 田射光束14A，的示範強度輪廓 P2。典型地，一平頂輻射光束 ^ 果輪廓P2在其大部分長度上且 有一平坦部分2〇〇，而靠近光击 八 10 15 束而"卩204之處則包括強度高 峰21〇。透過以該暗角光圈180移除該光束之外圍光線，我 們可以獲得-更均勻之mt光束輪廓P2，如第糊所示。 雖然該光束端部2G4之強度的增加可以透過將該輕射 光束MA之最外圍光線做成暗角的方式避免，該光束端部附 近之強度增加可能對均勻加熱有幫助。熱氣在該光束端點 204處與該線條影像100(第^圖）平行及垂直的方向上會流 失。因此，該光束端部204之較大的強度有助於補償該較高 的熱氣流失率。這可使該基板60在該影像1〇〇被掃描過該基 板時形成一更為均勻之溫度輪廓。 更多的示範實施例 第3圖類似第1A圖中之該裝置1〇的概略圖，其中該裝置 進一步包括複數個位在該圖示之頂部以及該基板6〇之上方 的新增元件。這些新增元件單獨或以各式組合來例示本發 明之其他示範實施例。對於熟習此項技藝之人士來說，需 要使用多少第3圖所介紹之該等新增元件以執行下列示範 19 1259118 貫施例之操作、以及前述示範實施例所討論之元件在當下 所介紹的實施例中是否需要等問題，是顯而易見的。為求 簡潔’苐3圖包括這些額外之示範實施例所需要的所有元 件，因為這些實施例中的碟有一些建立在前述實施例上。 5 這些額外的實施例將說明如下。 衰減器 參考第3圖，在一示範實施例中，該裝置1〇包括一設置 於該輻射源12之下由的衰減器226,以選擇性地減弱該輻射 光束14A、光束14A’、或光束14B，視該衰減器之位置而定。 10在一示範實施例中，該輻射光束14A在一特定方向（如p、s 或其組合）上被極化，而該衰減器226則包括一極化器227， 5亥極化為可以相對於該輕射光束之極化方向地旋轉，以減 弱該光束。在另一示範實施例中，該衰減器226包括可移動 衰減過濾器或含有多個衰減器元件之可程式衰減輪兩者之 15 中的至少一者。 在一示範實施例中，該衰減器226透過一線228被耦合 至該控制器70，並受該控制器之信號229控制。 四分之一波長片 在另一示範實施例中，該輻射光束14A被線性極化，且 20 5亥I置在该輪射源12之下游包括一四分之一波長片230 以將線性極化轉換成圓形極化。在示範實施例中，該四分 之一波長片230與該衰減器226合作，其中該衰減器包括該 極化态227以防止該基板表面62所反射或散佈之輻射折回 該輻射源12。特別是，在折回路徑上，反射之圓形極化輻 20 1259118 射被轉換成線性極化輻射，然後被該極化器227阻斷。此一 組恶在該入射角Φ為〇。或接近0。時（亦即位在正常入射角位 置或其附近)特別有利。 光束能量監視系統 在另一示範實施例中，該裝置10包括一沿該轴A1設置 於该輪射源12之下游的光束能量監視系統25〇，以監視各個 光束中的能量。該系統250透過一線252被耦合至該控制器 7〇 ’亚提供一代表被量測之光束能量的信號254給該控制 器。 10 折鏡 在另一不範實施例中，該裝置10包括一折鏡260以使該 裝置更小巧或構成一特別的裝置幾何。在一示範實施例 中，該折鏡260可移動以調整該光束14A，之方向。 此外，在一示範實施例中，該折鏡260透過一線262被 15耦合至該控制器70，並受該控制器之信號264控制。 反射輻射監視器 繼續芩考第3圖，在另一示範實施例中，該裝置1〇包括 一反射輻射監視器280，以接收該基板表面62所反射之輻射 281。該監視器280透過一線282被耦合至該控制器70，並提 2〇供一代表其所量測之反射輻射281量的信號284給該控制 器。 第4圖示範該裝置10之示範實施例的反射輻射監視器 280貫施例，其中該入射角φ (第圖）等於或接近〇。。 該反射輻射監視器280利用一沿該轴a丨設置之分光鏡285以 21 1259118 將一小部份之該反射輪射281 (第3圖）導向一檢測器287。該 監視裔280透過該線282被輕合至該控制為' 70，並提供—代 表被檢測之輻射的信號284給該控制器。在一示範實施例 中，具有一聚焦透鏡290以使該反射輻射281聚焦於該檢測 5 器287上。 該反射輻射監視器280具有多種應用。在一操作模式 下，該影像100被盡量地微小化且該反射輻射監視器信號 284之變化被量測。然後此一資訊被用以評估該基板上之反 射比的變化。此一操作模式要求檢測器（如該檢測器287)之 10回應時間等於或小於被掃描之光束的駐留時間。反射比之 變化可以藉由調整該入射角cp、調整該入射光束14β之極化 方向、或同時調整以上兩者之方式被降至最低。 在一第二操作模式下，來自該光束能量監視系統25〇 之該光束能量監視信號254(第3圖）和該輻射監視信號284被 15合併，以正確量測被吸收之輻射的量。然後該輻射光束14B 之能量被調整以將被吸收之輻射維持在一不變的水平。此 一刼作杈式之變化包括調整掃描速率以使其與被吸收之輻 射一致。 在一第二操作模式下，該反練射監視信號284與-臨 20 界值做比較’且-高於該臨界值之錢被作為—超出預期 之異常已發生之警示，以安排谁一半本 。I Μ文併進一步调查。在一示範實施 例中，有關於反射輻射之轡仆&咨Μ ^ _ Η田町足义化的貝枓，連同其對應的基板 辨識碼，被職（比方說儲存於該控制㈣之記憶體中），以 找出任何在基板加工完成後所發狀異㈣根本原因。 22 1259118 診斷系統 在許多熱製程中，知道被處理之表面的最高溫度或溫 度-時間輪廓是有利的。舉例來說，在接面退火中，宜密切 控制LTP期間所到達的最高溫度。以量測之溫度來控制連續 5輻射源之輸出功率可以達成上述密切控制。理想上，此種 控制系統應具有一比掃描影像之駐留時間還快，戋者大致 與其一樣快的回應能力。 故，再參考第3圖，在另一示範實施例中，該裝置⑺ 包括一與該基板60聯絡之診斷系統3〇〇。該診斷系統3〇〇透 10過一線3〇2被耦合至該控制器70,並執行若干診斷功能，如 量測該基板62之溫度。該診斷系統3〇〇提供一代表診斷量測 值，如基板溫度的信號304給該控制器。 再參考第4圖，當該入射角φ等於或接近〇。時，該診斷 系統300會轉出該聚焦光學系統2〇之範圍。 15 第5圖為一特寫圖，顯示該診斷系統300之示範實施 例，其中該系統被用以量測該掃描影像1〇〇之位置上或其附 近的溫度。第5圖中之該系統3〇〇沿轴八2包括集合光學元件 340以收集被發射之輻射31〇，以及分光鏡346，以分裂所收 集之該輕射310並將該輕射導向兩個檢測器3祖、35〇β， 2〇該檢測器分別透過線302A、302B被連接至該控制器7〇。該 檢測！§35GA、35GB檢測該㈣31()之不同的光譜頻段。 該診斷系統3(H)之極簡組態包括—單—簡測器，如石夕檢 測器350A，以觀察幸昌射光束之尾端的最熱點（第湖。_般 來說，來自此種檢測器之該信號3〇4會改變，因為該影像ι〇〇 23 1259118 在該基板上所碰到的不同薄膜（圖未示）具有不同的反射 比。舉例來說，氧化層上之石夕、氧化石夕與多晶石夕薄膜在正 常入射狀態下具有不同的反射比，以及不同的熱發射率。 解決此一問題的方法之一是，只選擇在一段給予時間 5 内所取得之最高信號來估算溫度。此一方法可增加準確 度，但會縮短該檢測器之回應時間。 繼續參考第5圖，在一示範實施例中，該集合光學元件 340聚焦於該影像100之尾端（朝箭頭354方向移動），以從該 基板60之最熱點收集被發射之該輻射310。因此，該基板60 10 上之最熱（亦即最高）溫度可以被直接監視與控制。該基板之 溫度控制可以許多方式達成，包括改變該連續輻射源12之 功率、調整該衰減器226 (第3圖）、改變基板掃描速度或影 像掃描速度、或任何以上方法之組合。 如果整個該表面62具有相同的發射率，則該基板60之 15 溫度可以藉由監視在單一波長内所發射之該輻射310來加 以衡量。如果該表面62被圖案化，而發射率並不隨波長快 速改變，則溫度可以藉由監視掃描動作中之兩個緊密隔開 波長之間的比率來加以衡量。 第6圖為一在1410°C下之強度對波長的黑色主體溫度 20 輪廓(標繪圖），其中該溫度為若干熱處理應用中用以活化一 半導體電晶體，亦即該電晶體67之該區域66A、66B(第3圖） 的源極與汲極區内之掺質的溫度上限。如第6圖所示，一接 近1410°C之溫度可以使用採取矽檢測器陣列形式之該檢測 器350A、350B在0.8微米和1.0微米下被監視。使用檢測器 24 1259118 陣列以取代單一檢測器之優點在於，前者允許我們沿該影 像100採集許多溫度樣本，以便任何溫度異常或不規則皆可 被快速查出。在一涉及摻質在該源極與汲極區域66八、66b 内之活化的不範實施例中，溫度需要加溫至140(rc，而點 5 對點之最大溫差應小於1 〇°c。 為控制1400°c區域内的溫度，該兩個光譜區域可以在 500奈米至800奈米以及8〇〇奈米至11〇〇奈米之間。該兩檢測 器所發出之信號的比率可以準確地連至溫度，假使該兩光 譜區域之發射比率並不明顯地隨該基板表面上之各種材料 1〇做改欠。以该矽檢測器350A、35〇B之信號304Λ、304B的比 率來做溫度控制可輕易達成回應時間大致等於駐留時間之 控制迴路頻寬。 另替代方式是將該檢測器350A、350B做成檢測器陣 】一 中°亥兩陣列對該基板之同一區域做顯影但使用不同 15的光瑨區域。此—配置可以取得處理區域之溫度輪廓，旅 正確評估最高溫度以及溫度之一致性。此一配置亦玎對強 度輪靡做-致性調整。在此一配置中運用石夕檢測器㈣成 口應日㈣大致等於駐留時間之控制迴路頻寬。 基板上所遭遇之薄膜的各種發射率之另/方法 :'、、6排α亥—斷系統300使其以一接近布魯司特定律對使用 、、σ ‘射之石夕所界㈣角度觀察該基板表面.在此，情 /^i ~Ρ" ^ ^\ΐ ί 备、4* 士 0L· 曰σ寸角以一與該診斷系統300所感測之波長對應 菸2被計算。由於吸收係數在布魯司特角非常一致’故 以亦非* —致。在—示範實施例中，此一方法與以兩 25 1259118 個感測器陣列在兩個相鄰波長處採取信號比率之方法合併 使用。在此一情況下，包含該診斷系統300之觀察軸的平面 將與包含該輻射光束HB和該反射輻射281之平面440成直 角，如第7圖所示。 5 該掃描影像丨〇〇可以在該基板之大部分面積上產生岣 勻的加熱。然而，衍射以及光學隊列中之各種可能的缺陷 了月b干擾影像之形成並導致預期外的結果，如不均勻之力口 熱。因此，具有一可以直接量測影像中之能量一致性的内 建影像監視系統相當有必要。 1〇 一影像監視系統360之示範實施例顯示於第5圖中。在 一示範實施例中，該影像監視系統被設置於掃描路徑以及 該基板表面62所定義之平面上。該影像監視系統36〇包括〜 定位於該掃描路徑上之針孔362，以及一位在該針孔後方之 檢測器364。操作時，該基板足檯46被加以定位，以使該撿 15測為364可以採樣出代表該基板上之點在典型影像掃描中 可忐觀祭到的影像100。該影像監視系統36〇透過一線366被 連接至忒控制為70，並提供一代表被檢測之輻射的信號368 給該控制器。 该影像之採樣部分提供決定影像強度輪廓（如第1C圖） 2〇所需之資料，而該影像強度輪廓則決定該基板之加熱一致 性。 基板定位機 再苓考第3圖，在若干情況下，該基板6〇需要以預設之 方位被置於該墊塊4〇上。舉例來說，該基板6〇可以是結晶 26 1259118 狀物（如，結晶矽晶圓）。發明人發現，在使用結晶基板之熱 處理應用中，晶軸最好在/相對於該影像100之選擇方向上 對準，以使處理最佳化。 因此，在一示範實施例中，該裝置10包括一透過一線 5 378被耦合至該控制器70之定位機376。該定位機376接收一 基板6〇，並藉由定位該參考特徵部分64，如一平坦部份或 凹痕，以及移動（如旋轉)該基板直到該參考部分與該選擇方 向對準之方式，使其對準一參考位置？!^，以使處理最佳化。 當該基板被對準時，一信號380被傳送至該控制器7〇。然後 10 该基板透過一基板搬運機3 8 6從該定位機被搬運至該塾塊 40，該搬運機與該墊塊和該定位機376做操作聯絡。該機板 搬運機透過一線388被耦合至該控制器7〇，並受一信號39〇 控制。然後該基板60被放置於該墊塊4〇上一與該基板在該 定位機376上之定位方位對應的選擇方位。 15 量測被吸收之輻射 透過以該光束能量監視系統25〇量測雜射光束14A、 14A’或14B中任-者的能量，以及以該監視系統彻量測該 反射轄射281中的能量，該基板60所吸收之輻射可以被決 定。这可進-步使該基板6〇所吸收之輻射在掃描中維持不 20變，而不管該基板表面62之反射比如何改變。在一示範實 施例中，每單位面積之始—旦 、 、 此®及收的維持係透過調整下 列一或多項達成的：該連續韓射源12之出出功率；該影像 在該基板表面62上之·速度及該衰減H226之衰 27 1259118 在一示範實施例中，每單位面積之均一能量吸收係透 過改變該輻射光束14B之極化，比方說旋轉該四分之一波長 片230來達成的。在另一示範實施例中，每單位面積所吸收 之能量的改變或維持不變係透過上述技術之任何組合達成 5的。具有選擇紅外線波長之矽的吸收率可由改善矽之導電 性摻質的雜質實質提高。即使入射輻射之最低吸收率在室 溫下達成，任何溫度之上升皆可提高吸收率，進而產生一 逃逸週期，以使所有入射能量能夠被快速吸收進一只有幾 微米深之表層。 1〇 因此，矽晶圓之加熱深度主要是由矽表面之熱氣擴 散，而非紅外線波長之室溫吸收深度所決定。此外，摻加打 型或Ρ型雜質之矽會增加室溫吸收率，進而提昇該逃逸= 期，使材料之前面數微米具有強而有力的吸收率。 ^ 布魯司特角之入射角 15 在一示範實施例中，該入射角φ被設定成與布魯司士 相付。在布魯司特角處，所有_匕之輻射ρ(第3圖）皆被兮 基板60吸收。布魯司特角附屬於輻射所入射之材料、〜 率。舉例來說，假設室溫下之矽的布魯司特角為乃的折射 波長λ為10.6微米。由於該入射輻射光束14Β中有大約且 會在正常入射(cp二〇)下反射，在布魯司特角 用P極化輻射可大幅降低每單位面積為執行熱處理所=使 的功率。使用相對大之入射角φ，如布魯司特角，亦可而要 影像1〇〇之寬度在一方向上放大cos〜倍，或比正常入= 亥 像覓度大3.5倍。該影像1〇〇之焦點的有效深度亦以相3 “ 目门的 28 1259118 係數縮小。 當該基板60具有一含各種不同區域之表面62，其中有 些區域具有多數層，如形成積體電路之半導體處理的典型 型態，處理之最佳角度可以藉由繪製各該區域之反射比與 5 入射角Φ來測出。一般發現，對p極化幸畐射來說，最小反射 比發生在每一靠近基板之布魯司特角的區域。通常可以發 現某一角度，或某一小範圍的角度，能夠同時減小並使各 該區域之反射比平均。 在一示範實施例中，該入射角Φ被限制於一包圍布魯 10 司特角之角度範圍之内。就上述布魯司特角為73.69°的範例 而言，該入射角φ可以限定在65°至80°之間。 將輻射光束幾何最佳化 使該影像100掃描過該表面62以熱處理該基板60之方 法，在一示範實施例中，會使該基板表面上之材料中的一 15 極小部份被加熱至接近該基板之熔點。故，一實質之應力 與應變量會產生於該基板之加熱部分。在某些狀況下，此 一應力會產生增殖至該表面62之不受歡迎的滑移平面。 此外，在一示範實施例中，該輻射光束14Α被極化。在 此一情況下，宜選擇該入射輻射光束14Β之相對於該基板表 20 面62的極化方向，以及該輕射光束14Β入射於該表面62上之 方向，以達到最有效的處理。再者，該基板60之熱處理通 常在該基板經歷若干其他改變基板性質，包括結構與拓樸 之製程之後執行。 第7圖為一示範基板60之特寫等量圖，該基板具有一含 29 1259118 圖案400之半《晶圓的型態。在_示範實施例中，該圖案 400包含對應至一光柵之線條或邊緣4〇4、4〇6 (亦即，曼哈 頓幾何），該線條/邊緣在ΧΜ方向上行進。該線條/邊緣 4〇4、4〇6對應至，比方說，多重滑道之邊緣、閘與場之氧 隔離區域、或積體電路W邊界。—般而言，在積體電路 晶片製造中，該基板之圖案大部分會使其特徵部分互成直 口此等到u亥基板（晶片）6〇達到積體電路晶片形成之製 程t需要對該源極與沒極區66八、6沾進行退火或活化的程 度曰守，邊表面62已相當複雜。舉例來說，在一典型的積體 電路製造過程中，該表面62之一區域可為裸石夕晶，而該表 面之另-區域可具有-相對厚之氧化石夕隔離溝渠，而該表 面之其他區域則可具有一橫跨該厚氧溝渠之多晶矽薄導 體。 15 因此，沒有注意的話，該線條影像100可能從該基板表 面62之某些部位反射或衍射，而且可能在其他部位被選擇 性吸收，視該表面之結構，包括該線條/邊緣4〇4、4〇6之主 要方向而定。這點就該輻射光束14B被極化之實施例而言， 尤其屬實。結果是不均勻的基板加熱，而這點在熱處理中 20 通常不受歡迎。 因此，繼續參考第7圖，在本發明之一示範實施例中， 且找出一最佳輻射光束幾何，亦即極化方向、入射角φ、掃 4田方向、掃描速度、以及影像角度Θ，以盡量減少該基板6〇 中之該輻射光束14Β的吸收差異。找出可以使該基板中之滑 30 1259118 移平面的形成盡量減少之輻射光束幾何也是有益的。 該基板60所反射之該輻射281的點對點差異係由若干 因素造成的，包括薄膜成分之差異、該線條/邊緣404、406 之數量與比例、該極化方向之定位、以及該入射角φ。 5 繼續參考第7圖，該平面440被界定成包含該輻射光束 14Β和該反射輻射281。該線條/邊緣404、406之存在所帶來 的反射差異可以透過以該輻射光束14Β照射該基板，使該平 面440以45度角貫穿該基板表面62並延伸至該線條/邊緣 404、406的方式，被盡量減少。被形成之該線條影像的長 10 方向在该平面440上對準，或者與此一平面成直角。因此， 不管該入射角φ為何，該線條影像100與各該線條/邊緣 404、406之間的影像角度㊀為45。。 該基板表面62上之各種結構(如該線條/邊緣4〇4、4〇6) 在該反射輻射281之量的差異可以藉由慎選該入射角φ進一 15步降低。舉例來說，就形成一電晶體以作為一積體電路之 一部份的情況來說，當該基板60準備對該源極與汲極區 66Α、66Β進行退火或活化時，它通常包括下列所有的地 誌：a)裸石夕晶、b)埋在石夕中之氧隔離件（大約為⑹微米厚）、 以及c)位在該埋藏氧隔離件上方之薄多晶石夕滑道（如〇1微 20 米）。 第8圖為系、列才不~圖，顯示上述各個地談之.微米 波長雷射輻射的P極化極化8在_未推雜質祕板上的 室溫反射比’以及—無限深之魏層的反射比。從第8圖中 我們可以明顯看出，反射比隨極化與入射角Ψ大幅改變。 31 !259118 對於入射角φ大約介於65。與80。之間的該口極化ρ(亦即 該平面440之極化）而言，所有四種範例的反射比皆為最低 值，且範例與範例之間的差異也是最低值。因此，大約介 於65與80。之間的入射角φ範圍特別適合供該裝置忉熱處 理一半導體基板（如活化形成於一矽基板中之摻有雜質的 區域），因為它減少所需的總功率，以及被吸收之輻射的點 對點差異。 摻貝或較咼溫度之存在使矽類似金屬，並促使對應至 1〇布魯司特角之最小值移至更高的角度與更高的反射比。因 ^，對摻有雜質之基板以及/或者較高溫度來說，最佳角度將 ^於對應至未摻雜質材料在室溫下之布魯司特角的角度。 王—第9圖為-由上而下之等量圖，顯示該裝置ι〇被用以處 理具有半導體晶圓型態之基板6〇，以例示該裝置在一最 15 化輻射光束幾何下的操作情形。該晶圓60包括形成其上 H之網栅圖案彻，該光栅中之每-方塊468代表，比方說， 積體電路晶片（如第1A圖中之該電路67)。該線條影像1〇〇 方向470相對於该基板（晶圓）表面地被掃描，導致一成 45之影像角度被產生。 結晶定位說明 如上所述，結晶基板，如單晶矽晶圓，具有一結晶平 面，其方位通常以形成於該基板之該邊緣63處對應至主要 曰曰平面中任一平面之方向的參考特徵部分64(如第9圖所 不之凹痕或平坦部分）表示。該線條影像100之掃描會在一 與該掃福方向47〇成直角之方向474上產生巨大的熱财與 32 1259118 應力术中（第9圖）’而這將對結晶基板之結構完整性產生負 面的效果。 繼續參考第9圖，通常情況下，該石夕基板60具有-（1〇0) 結晶方位以及以45。與該晶圓表面上之主要晶軸(_和 5 (010)對準的線條/邊緣·、榻。較佳的掃描方向為沿著該 主要晶軸中任一軸的方向，以盡量避免結晶中滑移平面的 形成。因此，用以減少結晶中滑移平面之產生的較佳掃描 方向，在矽基板的範例中，亦與該線條/邊緣4〇4、4〇6之較 仏方向致。若要使該線條影像100、該線條/邊緣4〇4、 10 406、以及該晶軸（100)和（010)維持不變的方位，則該線條 W像之相對於该基板（晶圓）60的掃描必須以線性（如前後） 方式，而非循環或拱形方式為之。再者，由於一特定之相 對於結晶方位的掃描方向是有必要的，故在一示範實施例 中，5亥基板以，比方說，該基板定位機376(第3圖）在該墊塊 15 40上預先對準。 透過仔細挑選該基板晶軸（1〇〇)和（010)與該掃描方向 470之方位，我們可以減少熱誘發應力使滑移平面在基板結 日日日日秸上產生的可能性。最佳掃描方向，其中該結晶晶格 對急劇之熱梯度所誘發的滑移平面具有最大抵抗力，被認 20為會隨該結晶基板之性質而改變。然而，最佳掃描方向可 以實驗方式，透過使該影像1〇〇以一螺旋圖案在一單一結晶 基板上掃描並檢視該晶圓之方式獲知，以決定哪些方向在 產生滑移平面之前可以抵擋最高的溫度梯度。 在一具有一（100)結晶矽晶圓型態之基板60中，最佳掃 1259118 描方向被對準I該（100)基板結晶晶格方向，或與該線條/ 邊緣404、406所指之圖案光柵方向成45°。這點發明人已透 過實驗，藉由以/逐漸增加最大溫度以作為其與該基板中 央之距離函數的螺旋圖案掃描一輕射狀線條影像之方 5 式獲得證明。該最佳掃描方向係透過比較對滑移具有最大 免疫力之方向與該晶轴之方向決定的。 景》像掃描 牛耕式轉行掃描 第10圖為一基板之平面圖，例示該影像100在該基板表 10面62上之牛耕式轉行（亦即前後交替或“X-Y”）掃描圖案 52〇，以在該影像橫越該基板之每一點上產生一短熱脈衝。 該掃描圖案520包括線性掃描片段522。該牛耕式轉行掃描 圖案520可以一傳統雙向X-Y足檯46完成。然而，該等足檯 通常具有大量的質量以及有限的加速能力。若要保留一非 15常短的駐留時間（亦即，被掃描之影像在該基板之給予點上 駐留之持續期間），則傳統足檯會消耗大量的時間以做加速 與減速動作。這種足檯亦會佔據大量的空間。舉例來說， 10微米之駐留時間和100微米之光束寬度將需要每秒丨〇個 計量之足檯速率。在lg或9·8 m/s2之加速下，需要1〇2秒與 2〇 ς • 1個计量之行進速率來做加速和減速。提供1 〇 · 2個計量之 空間給該足檯做加速和減速是不划算的。 光學掃描 该影像100在該基板表面62上之掃描可以下列方式完 成·使用一固定基板和一移動影像、移動該基板並使該影 34 1259118 像保持固定、或移動該基板和該影像。 第11圖為-橫斷面圖，顯示一包括一可移動掃描鏡細 之光學系統20的示範實施例。相當高效率的加速/減速率（亦 即，足檯需要移動以達成同樣掃描效果之速率）可以利用光 5 學掃描達成。 在第11圖之該光學系統20中，該輕射光束14A (或14A，) 係從該掃描鏡260反射，該掃描鏡位在以圓柱形元件 L10〜L13做成之f-theta繼電光學糸統2〇的瞳孔處。在一示範 實施例中，該掃描鏡260被一伺服馬達單元54〇耦合且驅 10動，而该伺服馬達單元則透過一線542被1¾合至該控制哭 70。該伺服單元540係由該控制器7〇發出且在該線542上傳 輸之信號544控制。

該光學系統20在該基板表面62上掃描該輻射光束i4B 15 20 以形成一移動線條影線100。該足檯46在每次掃描後會增加該 基板在交叉掃描方向上之位置，以涵蓋該基板之期望範圍。 在一示範實施例中，該透鏡元件L10〜L13係由鋅化晒做 成，且對二氧化碳雷射所發射之輻射的紅外線波長與該基 板之加熱部分所發射的近紅外線與可見輻射來說是透明 的。這使一二色性分光鏡550得以被設置於該掃描鏡26〇上 游之該輻射光束14A的路徑上，以區分該基板所發射之輕射 的可見與近紅外線波長和用以加熱該基板之該輕射光束 14A的長波長輻射。 被散發之該輻射310負責監督並控制該基板之煞處 理，並由一光束診斷系統560檢視，該光束診斷系統具有一 35 !259118 π 口透鏡562和-透過―線568被_合至該控制器％之檢測 态564。在-示範實施例中，被散發之該輕射糊皮過渡且 對焦至分離檢測器陣列564(圖中僅顯示一個檢測器）。二對 應该檢測為564所檢測之輻射量的信號57〇透過該線⑽被 5 提供至該控制器70。 雖然第11圖顯示該輻射光束14Β具有一〇。之入射角ψ， 在其他實施例中，該人射角。。在—示範實施例中， 該入射角9透過使該基板足檯46沿一軸AR適當旋轉之方式 被改變。 1〇 &學掃描的優點在於，它可以非常快的速度執行，使 該光束或該足檯在加速和減速時只損失相當少量的時間。 在商業可購得之掃描光學系統中，彳以達成相當於_吨之 足檯加速。 螺旋掃描 15 在另一示範實施例中，該影像100以一螺旋圖案相對於 忒基板60地被掃描。第12圖為四個位在該足檯46上之基板 60的平面圖，其中該足檯可以相對於該影像1〇〇地做旋轉及 線性移動，以產生一螺旋掃描圖案604。該旋轉動作係繞一 旋轉中心610完成的。再者，該足檯46可以承載多個基板， 20圖中包含4個基板以為例示之用。 在一示範實施例中，該足檯46包括一線性足檯612和一 旋轉足檯614。該螺旋掃描圖案604係由該基板之線性和旋 轉動作的組合完成的，以使各該基板皆包含於該螺旋掃描 圖案中。為使駐留時間在該基板之每一點皆一致，旋轉速 36 1259118 率與綠像1G0和该旋轉中心_之間的轉成反比 掃描的優點在於，除處理過程之開始和結束外，它不I要 快速加速/減速。因此，此—配置可以取得較短的駐^ 間H優點為，可以在—單—掃料料處理複數個 基板。 交替光樹掃描 10 以相鄰路徑片段之間僅留一微小間距之牛耕式轉行掃 描圖案在该基板60上掃描該影像100的掃描方弋可心在 掃描片段之末端處，即一片段剛完成掃描而其鄰近之新片 段才開始進行掃描時，導致該基板過熱。在此一产、兄下 新掃描路授>1段之開始部分會包含_由剛完成之掃描路徑 片段所造成的明顯熱梯度。此一梯度會提高新掃描所產生 的溫度’除非光束強度被適當修改。這使整個基板在掃描 時維持均一的最高溫度難以達成。 15 弟13A和13B圖為一基板60之平面圖，其中該基板且有 一交替光柵掃描路徑700，該交替光柵掃描路徑具有線性掃 描路徑片段702、704。首先參考第13A圖，在該交替光柵掃 描路徑700中，該掃描路徑片段702被首先執行，以在相鄰 掃描路徑之間產生一縫隙706。在一示範實施例中，該縫隙 20 706之尺寸相當於該線條掃描之有效長度的整數倍數。在一 示範實施例中，該缝隙706之寬度與該影像100之長度L1相 同或接近。接下來，參考第13B圖，該掃描路徑片段704被 隨後執行以填滿該缝隙。此一掃描方法可巨幅降低緊密間 隔之連續掃描路徑片段在該掃描路徑中所引起的熱梯度， 37 1259118 使该基板在掃描時能夠維持均一的最古㈤声 知描圖案之吞吐量比較 第14圖為一標繪圖，例示該螺旋掃描法（曲線720)、該 光學掃描法（曲線724)1及科料(χ_γ)轉储描法（曲 線726)之模擬吞吐量(基板/每小時)與駐留時間（秒）。此一比 較之示範實施例的假設條件如下··以财的雷射作為—連 續輻射源，以產生-高斯光束以及—具有刚微米之光束寬 紅2的高斯影像·該高斯影像在部分重疊之掃描路徑被 掃描以達成約為士2〇/〇之輻射均勻度。 10 μ々々疋_描法在所有條 件下皆具有較佳的吞吐量。_，該螺旋掃描法在同—時 間内處理複數個基板’故需要可以切4個墊狀大表面。 舉例來說，對4個毫米之晶圓而言，所需之表面的直徑 15 20 將大於大細0毫米。此—方法的另1缺點在於它無法 在該基板之該線條掃描影像和紐晶方位之間維持不變的 方向’因而難以為結晶基板保持最佳的處理幾何。 —該光學掃描法具有一幾乎與駐留時間沒有關聯的吞吐 1 ’且在需要高速掃描之短駐留時間方面優於該χ_γ掃描系統。 本發明之許多特徵與優點皆可從以上詳細說明看出， 因此隨时請專利範圍包含所有依彳林發明精神與範脅之 上述裝置的特徵與優點。再者，由於熟習此項技藝之人士 可以做成各種修飾與改變，不宜將本發明限定於此處所提 及^特定構造與操作。因此，其他實施例亦在_申請專 利範圍之範轉内。 38 1259118 【圖式簡單說明】 第1A圖為一概略圖，顯示本發明之裝置的概括實施例； 第1B圖例示一理想化線條影像之示範實施例，其中該 線條影像具有以第1A圖中之該裝置形成於該基板上的長尺 5 寸L1以及短尺寸L2 ; 第1C圖為一實際線條影像之強度分佈的二維標繪圖； 第1D圖為一概略圖，顯示第1A圖中該裝置之光學系統 的示範實施例，其中該系統包括圓錐形鏡子以在基板表面 上形成一線條影像； 10 第2A圖為一概略圖，例示第1A圖中之該雷射掃描裝置 的示範實施例，其中該裝置進一步包括一設置於該輻射源 和該光學系統之間的光束轉換器； 第2B圖為一概略圖，說明第2A圖中之該裝置的該光束 轉換器如何修改一輻射光束之輪廓； 15 第2C圖為一橫斷面圖，顯示一包括一高斯與平頂轉換 器之轉換器/光學系統的示範實施例； 第2D圖為一標繪圖，顯示一如第2C圖中該轉換器/光學 系統所形成之沒有暗角的輻射光束之示範強度輪廓； 第2E圖為第2D圖所示之標繪圖，其中週邊光線以一暗 20 角光圈做成暗角，以降低影像端部之強度高峰； 第3圖類似第1A圖中之該裝置的概略圖，其中該裝置包 括代表本發明之其他示範實施例的新增元件； 第4圖例示第3圖中該裝置之反射輻射監視器的示範實 施例，其中入射角Φ等於或接近0° ; 39 1259118 第5圖為一特寫圖，顯示第3圖中該裝置之診斷系統的 示範實施例，其中該系統被用以量測該基板在該影像被掃 描之位置上或其附近的溫度； 第6圖為一 1410°C黑色主體之相對強度與波長的輪廓 5 (標繪圖），該溫度稍高於活化一半導體電晶體之源極與汲極 區内的摻質所使用之溫度； 第7圖為一基板之特寫等量圖，該基板具有以一格網圖 案對齊之正片，該圖案顯示相對於該格網圖案正片之入射 及反射雷射光束的平面被定位於45° ; 10 第8圖標繪一從下列表面反射之10.6微米雷射輻射光 束的p與s極化方向之反射與入射角度：（a)裸石夕晶、（b)位在 該裸矽晶頂部之0.5微米氧絕緣體、（c)一矽晶上之0.5微米氧 絕緣層上方的0.1微米多晶矽滑道、以及（d) —無限深之矽氧 層； 15 第9圖為本發明之該裝置實施例的由上而下等量圖，其 中該裝置被用以處理一做為具有一格網圖案之半導體晶圓 的基板，以例示該裝置在一最佳化輻射光束幾何下的操作 情形； 第10圖為一基板之平面圖，例示基板表面上之影像的 20 牛耕式轉行掃描圖案； 第11圖為一橫斷面圖，顯示一包括一可移動掃描鏡之 光學系統的示範實施例； 第12圖為四個基板之平面圖，其中該基板位於一可以 做旋轉及線性移動之足檯上，以對該基板上之影像執行螺 40 1259118 旋掃描； 第13A和13B圖為一具有一交替光柵掃描圖案之基板 的平面圖，其中掃描路徑以一空隙隔開，以使該基板在掃 描鄰近之掃描路徑之前先行冷卻；以及 5 第14圖為一標繪圖，例示本發明之該裝置的螺旋掃描 法、光學掃描法、以及牛耕式轉行掃描法之模擬吞吐量（基 板/每小時)與駐留時間（微秒）。 【圖式之主要元件代表符號表】 10…裝置 76…足檯控制器 12…連續輻射源 90, 92, 94, 229, 254, 264, 284, 14A，14B，14A’···連續輻射光束 304, 304A，304B，368, 380, 20…光學系統 390, 544, 570···信號 40…塾塊 100…影像 42···上表面 106, 108, 110···索引輪 46···足棱 104…準直光學元件 50…平台 150…光束轉換器 60…基板 160…單一轉換器/光學系統 62…基板表面 170…光線 63…邊緣 180···暗角光圈 64…參考特徵部分 200···平坦部分 66A，66B···選擇區域 204…靠近光束端部 67···電路 210…強度高峰 70···控制器 226…衰減器 72, 78, 80, 82…聯絡線 227···極化器 41 1259118 228, 252, 262, 282, 302, 302A， 302B，366, 378, 388, 542， 568…線 230···四分之一波長片 250···光束能量監視系統 260···折鏡 280···反射輻射監視器 281，310…輻射 285···分光鏡 287, 350A，350B，364…檢測器 290…聚焦透鏡 300…診斷系統 340…集合光學元件 440, PS…平面 360…影像監視系統 362···針孔 376…定位機 386…基板搬運機 400…圖案 4〇4,406…線條或邊緣 468···方塊 470, 474···方向 520…牛耕式轉行掃描圖案 522…線性掃描片段 540···伺服馬達單元 550···二色性分光鏡 560···光束診斷系統 562…集合透鏡 564···檢測器 604···螺旋掃描圖案 610…旋轉中心 612···線性足檯 614···旋轉足檯 700···交替光柵掃描路徑 702,704…線性掃描路徑片段 706…缝隙

Al，A2, AR…轴 A3…轴 L1〜L5···圓柱形透鏡 L10〜L13…圓柱形元件 N…表面法線

Ml，M2, M3, M3’…圓錐形鏡子 ΜΓ，M2’···拋物狀鏡子 P1…強度輪廓 P1，P2…強度輪廓 PR…參考位置 Φ…角度 φ···入射角 42

Claims (1)

1259118 拾、申請專利範圍： 1. 一種用以熱處理一基板之一區域的裝置，該裝置沿一軸 包括： 一連續輻射源，該連續輻射源可以提供一具有一第 一強度輪廓以及一可以對基板區域加熱之波長的第一 連續輻射光束； 光學系統，用以承接該第一輕射光束並從該第一 輻射光束形成n射光束，該第二輻射光束在該基 板上形成一影像；以及 一足檯，用以支撐該基板； 其中，該光學系統和該足檯之中至少有一者被用以 在掃描方向上相對於該基板地掃描該影像，俾以一輻射 脈衝將該區域加熱至一足以處理該區域之溫度。 2·如申睛專利範圍第！項之裝置，其中該影像為一線條影 像0 T睛專利範圍第丨項之裝 穴τ砀尤宇糸統包括 或多個曲面鏡 4·如申請專利範圍第3項之裝置，其中該—❹個曲面鏡 包括一圓錐鏡。 20 5·=請專利範圍第4項之裝置，進-步包括複__ 鏡’各該圓錐鏡具有—不同的圓錐角度，並可選擇性地 疋位於該第—輕射光束中並從該處移開，以形成不同尺 寸的線條影像。 6·如申請專利範圍第3項之裝置，其中該第-輻射光束具 43 1259118 有尺寸，且其中該—或多個曲面鏡包括二或更多組之 具對立功率的抛物線圓柱形鏡，該挞物線圓柱形鏡被設 置於該第-輻射光束中以改變該第一輕射光束之尺寸 與方向。 如申明專利簡第6項之裝置，其中該拋物線圓柱形鏡 組可選擇性地^位於該第—輕射光束中並從該處移 開，以改變該第一輻射光束之尺寸。 8·如申請專利範圍第1項之裝置，進-步包括-設置㈣ 10 15 20 輪_下游之光束轉換器，以承接該第1射光束並將 一第一強度輪廓轉換成一第二強度輪廓。 9‘如申請專利範圍第8項之裝置，其中該光束轉換器和該 先學系統於-單-轉換器/光學系統中被合併使用。 申請專利範圍第8項之裝置，其中該第一強度輪廊為 鬲斯曲線。 U·如申料利範圍第8項之裝置，其中該第二輪廓在 與知描方向垂直之方向上大致均一。 12.如申請專利範圍第旧之裝置，其中該連續輕射源為— 雷射。 13·如申請專利第12項之裝置，其中該雷射為—二氧化 碳雷射。 14.如申請專利範圍第13項之裝置，其中該波長介於9.4微米 和10.8微米之間。 15·如申請專利範圍第！項之裝置，進—步包括一耦合至該 足檯之足檯控制器。 44 1259118 16. 如申請專利範圍第15項之裝置，進一步包括一控制器， 該控制器被耦合至該輻射源、該光學系統、以及該足檯 控制器中至少一者。 17. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包括一或多項下 5 列特徵： 一可調整衰減器，設於該輻射源下游； 一四分之一波長片，設於該輻射源下游； 一折鏡，設於該輻射源下游； 一定位機，該定位機與該足檯聯絡並承接該基板且 10 使該基板對準一參考位置； 一監視器，該監視器鄰近該足檯且被定位以承接並 Ϊ測該基板所反射之輪射， 一診斷系統，該診斷系統鄰近該足檯且被定位以承 接並量測該基板所發射之輻射； 15 一光束能量監視系統，設於該輻射源下游以量測該 第一和第二輻射光束中任一者的能量；以及 一影像監視系統，用以量測該影像之強度輪廓。 18. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中該裝置包括該折鏡 且該折鏡可移動以在該基板上掃描該影像。 20 19.如申請專利範圍第17項之裝置，其中該裝置包括該衰減 器，且該衰減器包括一可調整極化器。 20.如申請專利範圍第17項之裝置，其中該裝置包括該診斷 系統，且其中該診斷系統包括第一和第二檢測器，以檢 測該基板所發射之輻射的第一和第二光譜頻段俾確認 45 !259118 該基板之最大溫度。 申請專利範圍第旧之裝置，其中該光學系統包括一 掃描鏡以在該基板上掃描該影像。 泛如申請專利範圍第1之裝置，其中該第一輕射光束被 極化。 灯如申請專利範圍第22項之裝置，其中該極化呈圓形。 从如申請專利範圍第_之裝置，其中該軸與該基板表面 形成一入射角φ和一法線，且其中〇。9<9〇。。 仏如申請專利範圍第24項之裝置，其中該入射角》等於或 接近布魯㈣肖，且其巾該第二輻射光束㈣於該基板 地被ρ極化。 26·如:請專利範圍第24項之裝置，其中該基板為一單晶體 半導體，且該入射角φ介於5〇。和8〇。之間。 27·如申凊專利範圍第旧之裝置，其中該基板包括一網拇 圖案，且其中該影像與該網栅圖案成45。。 28·—種用以熱處理一基板之一或多個區域的方法，包括下 列步驟： a·產生具有一可以將該區域加熱之波長的連續輻 射光束；以及 b·在一掃描方向上使該輻射在該一或多個區域内進 行掃描，以使該一或多個區域中之每一點皆可收到足以 處理该一或多個區域的熱能量。 攻1申請專利範圍第28項之方法，其中該基板為一單晶 ，且該步驟b·使該影像在該一或多個區域中之每一點 46 1259118 上具有一介於被秒和毫秒之間的駐留時間。 30·如申請專利範圍第29項之方法，其中該一或多個區域包 括積體電路’且該步驟b.之姉射形成—影像，該影像 具有-1公分或者更小之與該掃描方向成垂直的尺寸。 5 31·如申請專利範圍第28項之方法，其中： 該連續輻射光束具有-第一輪廊且進一步包括下 列步驟： c•修改該輻射光束以形成一第二輪廓。 总如申請專利範圍第叫之方法，其中該步驟c.修改該輕 射光束以使該第二輪廓形成-在該基板上具有-大致 均一之強度的影像。 33·如申請專利範圍第28項之方法，進一步包括下列步驟： c·減弱職射光束以將該_或多個區域維持於 擇溫度。 ' 15 34·如申請專利範圍第28項之方法，其中： 該連續輻射光束具有輸出功率；且進-步包括下列 C·改變該輸出功率以將該 擇溫度。 一或多個區域維持於一選 20 >·如申清專利範圍第28項之方法，進一步包括下列步驟: C•形成一線條影像。 •如申請專鄕_35奴方法，進—步包括下列步驟： ”相對於與入射及反射輕射光束相連之轴所界定 平面地，對準該線條影像之長尺寸。 47 1259118 • °申請專利範圍第35項之方法，進—步包括下列步驟. 像/·使料射光束從一圓錐鏡反射以形成該線條影 38.如申請專利範圍第35項之方法，其令： 括二進—步包 d•改變該長度和該寬度中至少—者。 39.如申請專利範圍第28項之方法，進—步包括下列步驟. 10 c.量測該基板之該區域所反射的輻射。 如·如申=利範圍第28項之方法，進—步包括下列步驟·· c·置測該基板之該區域的溫度。 41· 7請專利範圍第40項之方法，其中該步驟c_包括下列 步驟： 15 射 I·量測該基板在兩個不同光譜頻段下所發射 之輻 42. 如申請專利範圍第40項之方法，進—步包括下列步驟： 同 d.以個別檢測H陣列使該基板之_共同區域在不 光譜頻段下顯影；以及 20 e·比較該檢測器陣列之個別的輪出信號，以決定該 共同區域的最熱點以及該最熱點的溫度。 、^ 43. 如申請專利第28項之方法，其中該輻射光束被極 44·如申請專利第43項之方法，進—步包括下列步驟： C_使該輻射光束之極化旋轉四分之一波長。 48 2S9U8 申明專利範圍第43項之方法，進—步包括下列步驟·· 一 C·改艾一第一輻射光束之極化以形成一圓形極化之 輻射光束。 •如申請專利範圍第28項之方法，其中： 該輻射光束相對於該基板地被P極化，·且進一步包 括下列步驟： 乂匕 c·自m接近布㈣❹之角^該輕射光 束照射該基板。 10 15 20 47.如申請專利範圍第28項之方法，其中·· 该基板為一單晶體半導體； 該賴射光束被P極化；且進—步包括τ列步驟. 射縣^介㈣。和80。之間的入射角以該輕射光束照 48::::第28項之方法，其，該步驟 、丁圖案、螺％圖案、以及交替光栅圖案中任 — 成。 >、兀 49·如申請專利範圍第28項之方法，進一步包括下列步驟· 登c.改變-第一輻射光束之極化以將該基板維持於一 迅擇溫度。 5〇_如申請專利範圍第28項之方法，其中該步驟b.在—改變 速度下執行，以將該基板維持於一選擇溫度。 义 51·如申請專利範圍第28項之方法，苴 X ” T邊弟一輻射光束之 波長介於9·4(含)和10.8(含)微米之間。 52·如申請專利範圍第28項之方法，其中該步驟b.為減少該 49 1259118 基板所反射之輪射的差異，包括下列步驟： l. 在該基板上掃描該連續輻射光束； π·在-入射角範圍内量測一第一連續輻射光束之 反射輻射的差異，以決定一與該反射輻射量之最小差異 5 相對應的最佳入射角；以及 m. 以該最佳入射角或與其接近之角度掃描以熱處 理該一或多個區域。 53.如申請專利範圍第28項之方法，其中該步驟b•為減少該 基板上所產生之最高溫度的差異，包括下列步驟： 10 i·以該連續輻射光束形成一影像； ii_在該基板上掃描該影像； 说在一入射角範圍内量測各該入射角在該基板之 :同位置上所產生之最高溫度的差異’以決與該最 鬲溫度之最小差異量相對應的最佳入射角·，以及 15 iv•以該最佳人射角或與其接近之角度掃描以執處 理該一或多個區域Q 54·如申請專利範圍第28項之方法，其中： 該基板為結晶體；且 該步驟b.以-可以減少該基板中形成滑移平面之方 2〇 向掃描該影像。 55.如申請專利範圍第54項之方法，其中： 該基板具有晶軸；且 該步驟b沿該晶轴中之任 你 任S日軸的方向掃描該影 50 1259118 56·如申請專利範圍第28項之方法，其中： 該一或多個區域包括圖案化特徵部分，且進一步包 括下列步驟： c·以該連續輻射光束形成一線條影像；以及 d·在一入射角以該連續輻射光束且在一相對於該圖 案化特徵部分之影像角度以該線條影像照射該基板。 57.如申請專利第56項之方法，其中該人㈣和該影像 角度被运擇以減少該一或多個區域内之溫度差異。 58·如申請專利範圍第57項之方法，其中·· 该基板為結晶體；且進一步包括下列步驟： e.選擇該掃描方向以減少該基板中滑移平面之形 成0 15 20 9·如申請專利範圍第17項之裝置，其中該診斷系統包括一 檢測器’以從布魯司特角檢視被加熱之該基板俾確認該 基板上之該檢測器和該薄膜所使用的波長。 6〇·=申請專利範圍第59項之裝置，其中該診斷系統接收並 1測具有介於0.5微綠〇·8微米之間之波長的輕射。 61· ^申請專利範圍第17項之裝置，其中該珍斷系賴收並 夏測具有介於3微米至11微米之間之波長的輻射。 纪如申請專利範圍第17項之裝置，其中該診斷系統包括一 ^測器_，峨布魯㈣諸視被加熱之該基板俾確 涊该基板上之該檢測器陣列和該薄膜所使用的、皮長 63.如申請專利範圍第62項之裝置， / 旦 断糸統接收並 里測具有介於0·5微米至〇.8微米之間之波長的輕射。 51 1259118 64. 如申請專利範圍第62項之裝置，其中該診斷系統接收並 量測具有介於3微米至11微米之間之波長的輻射。 65. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包括： 光束形成系統，以將該基板上之該輻射光束縮小至 5 一小尺寸； 一輻射監視器，該輻射監視器鄰近該足檯，以接收 並量測該基板所反射之輻射；以及 一掃描系統，用以在該基板上一包含一或多個晶片 之有限範圍内掃描該小尺寸輻射光束，使該輻射監視器 10 接收代表該有限範圍内之反射比差異的輻射。 66. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包括： 光束形成系統，以將該基板上之該輻射光束縮小至 一小尺寸，並以該基板上之該薄膜的布魯司特角入射於 該基板上； 15 一輻射監視器，該輻射監視器鄰近該足檯，以接收 並量測該基板所反射之輻射；以及 一掃描系統，用以在該基板上一包含一或多個晶片 之有限範圍内掃描該小尺寸輻射光束，使該輻射監視器 接收代表該有限範圍内之反射比差異的輻射。 20 67.如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包括： 一診斷系統，具有： 一檢測器，以從布魯司特角檢視該基板之該被加 熱區域俾確認該基板上之該檢測器和該薄膜所使用 的波長；以及 52 1259118 掃祂系統，用以在該基板上一包含一或多個晶 片之有限範圍内掃描-第二轄射光束，使該檢測器接 收代表該第二輻射光束在該基板有限範圍内被掃描 時所產生之溫度差異的輻射。 68·如申請專利範圍第67項之裝置，其中該診斷系統使用一 具有介於0.5微米至〇.8微米之間的波長。 69·如申請專利範圍第67項之裳置，其中該診斷系統使用一 具有介於3微米至11微米之間的波長。 70·如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包括·· 一診斷系統，具有： 一檢測器，以從布魯司特角檢視該基板之該被加 熱區域俾確認該基板上之該檢測器和該薄膜所使用 的波長；以及 一掃描系統，用以在該基板上_包含—或多個晶 片 =有限範圍内，以該基板上之該第二輻射光束和該 薄膜之波長的布魯司特角，掃描該第二輻射光束，使 該檢測器接收代表該第二輻射光束在該基板有限範 圍内掃描時所產生之溫度差異的輻射。 71. 20 72. 73. 如申請專利範圍第7 〇項之裝置，其中該診斷系統使用一 具有介於0.5微米至〇·8微米之間的波長。 如申請專利範圍第7 〇項之裝置，其中該診斷系統使用一 具有介於3微米至U微米之間的波長。 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包括： 一診斷系統，具有： 53 一檢測器陣列，以從布魯司特角檢視該基板之該 被加熱區域俾確認該基板上之該檢測器和該薄膜所 使用的波長；以及 掃‘系統，用以在該基板上一包含一或多個晶 片之有限範圍内掃描一第二輕射光束，使該檢測器接 代表°亥第一輻射光束在該有限範圍内被掃描時所 產生之溫度差異的輻射。 74·如申請專利範圍第1項之裝置，進-步包括·· 光束定位系統’則|導該第二_射光束俾以該基板 上之該薄膜的布魯司特角入射於該基板上；以及 一診斷系統，具有： 、一檢測ϋ陣列，以從布魯司特角檢視該基板之該 被加熱區域俾確認該基板上之該檢測器和該薄膜所 使用的波長；以及 15 一掃描系統，用以在該基板上—包含—或多個晶 片之有限範圍内掃描一第二輻射光束，使該檢測器接 ^代表為第_輪射光束在該基板有限範圍内被掃描 時所產生之溫度差異的輻射。 20 75·如申請專利範圍第46項之方法，其中該輻射光束係由一 雷射二極體陣列產生。 其中該二極體陣列所產 76.如申請專利範圍第75項之方法 生之該賴射光束的波長介於G6微米和15微米之間。 54