TWI512830B - 具超短駐留時間之雷射退火系統及方法 - Google Patents

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Description

具超短駐留時間之雷射退火系統及方法
本發明係關於一種在積體電路結構形成時對半導體材料執行的雷射退火，且特別是關於超短雷射退火之系統與方法，其具有相當高的溫度均勻性。
有許多種不同的應用需要使用到具相對高均勻強度之一線影像。其中一種應用為雷射熱製程(LTP)，在本領域中也稱為雷射尖峰退火(LSA)，或只稱”雷射退火”。雷射退火在半導體製程中有各種不同的應用，包含在形成主動微電路例如電晶體以及相關形式之半導體特徵時，對形成於半導體晶圓中之裝置(結構)的選定區域進行摻質活化。
雷射退火的其中一個形式使用來自一光束之一掃描線影像以加熱晶圓表面至一溫度(退火溫度)並持續足夠長的時間以活化半導體結構(例如源極和汲極區域)中的摻質，但也足夠短以避免實質的摻質擴散。晶圓表面處在退火溫度的時間取決於線影像的功率密度，以及取決於線影像寬度除以線影像的掃描速度(掃描速度)。
為了達到符合商用雷射退火系統之高晶圓產 能，線影像應該盡可能地長，而且還兼具高功率密度。一線影像尺寸的例示範圍係為長度(橫越掃描方向)5毫米至100毫米以及寬度25微米至500微米(掃描方向)，典型的尺寸係10毫米長100微米寬。為了達到均勻退火，沿著線影像長的強度曲線必須盡可能地均勻，而沿著線影像寬之非均勻性則會在掃描過程中平均化(average-out)。
典型半導體製程對於退火溫度的需求係在1000℃至1300℃之間，溫度均勻性在±3℃以內。為了達到此溫度均勻性的等級，由退火光束所形成之線影像在橫越掃描方向上必須具有相當均勻的強度，其中大多數的情況是必須在±5%以內。
典型地的半導體應用要求退火時間在0.1毫秒至10毫秒之間。為了符合這樣的要求，一機械平台可以被用來沿著垂直於光束的長度方向移動晶圓。其具有100毫米/秒之平台速度以及100微米之短光束寬度，退火(駐留)時間為1毫秒。
很不幸地，對於某些半導體裝置的製造情況，退火溫度以及退火時間受限於其他因素，例如晶圓厚度以及形成於晶圓上之半導體裝置結構的種類。在這種情況之下，傳統雷射退火系統所提供的退火(駐留)時間並不適合。
以一超短駐留時間對一晶圓退火之雷射退火系統以及方法係在此被揭露。雷射退火系統可以包含一或 多個光束，其至少部分地重疊。其中一雷射光束係為一預熱雷射光束，其他的雷射光束係為退火雷射光束。退火雷射光束的掃描速度係足夠快以使駐留時間落在約1微秒至100微秒之間。對形成自薄裝置晶圓之產品晶圓的退火來說，超短駐留時間是有用的，因為他避免裝置晶圓之裝置側在退火過程中因加熱而受損。單雷射光束退火系統及方法之實施例也在此被揭露。
本發明之第一概念係一超快速雷射退火系統，用以對具有一晶圓表面之一半導體晶圓執行退火。超快速雷射退火系統包含一主雷射系統以及一次雷射系統。主雷射系統以一第一波長形成一主影像於晶圓表面。主影像增加在第二波長之光的吸收量。次雷射系統以第二波長形成一次影像於晶圓表面。次影像至少部分地座落於主影像中。次雷射系統包含一掃描光學系統，掃描光學系統以實質上介於1微秒至100微秒之範圍間的一駐留時間掃描次影像於晶圓表面。其使得晶圓表面達到實質上介於350℃與1250℃之間的一尖峰退火溫度TAP 。
基於本發明之第一發明概念下之其中一態樣，所述超快速雷射退火系統較佳地更包含一熱輻射偵測器系統、一收集光學系統、一功率感應器及一控制器。熱輻射偵測器系統可操作地設置以偵測來自位在次影像位置之晶圓表面之熱輻射，並且產生一熱發射電訊號。收集光學系統可操作地設置以收集來自次雷射光束的反射光並且產生一反射光電訊號，次雷射光束係反射自位在次影像位 置之晶圓表面。功率感應器，設置以量測次雷射光束以及產生代表所述次雷射光束之一功率電訊號。控制器，可操作地連接於熱輻射偵測器系統、收集光學系統、功率感應器以及次雷射系統。控制器設置以接收及處理熱發射電訊號、功率電訊號以及反射光電訊號，並且決定在次影像位置上之一晶圓表面溫度TS 。
基於本發明之第一發明概念下之其中一態樣，超快速雷射退火系統之熱輻射偵測器系統以及掃描光學系統較佳地係包含重疊的光學路徑區段。
基於本發明之第一發明概念下之其中一態樣，超快速雷射退火系統之控制器較佳地係設置以根據所量測到之晶圓表面溫度TS 來控制次雷射光束之總功率。
基於本發明之第一發明概念下之其中一態樣，主影像與次影像較佳地產生一尖峰退火溫度，所述尖峰退火溫度在半導體晶圓表面上的變異量不超過±3℃。
基於本發明之第一發明概念下之其中一態樣，超快速雷射退火系統之掃描光學系統較佳地包含一掃描鏡，掃描鏡可操作地連接於一鏡驅動器，其中鏡驅動器可操作地連接於控制器且被控制器所控制。
基於本發明之第一發明概念下之其中一態樣，第一波長較佳地實質上係在300奈米至650奈米之範圍間。
基於本發明之第一發明概念下之其中一態樣，第二波長較佳地實質上係在500奈米至10.6微米之範 圍間。
基於本發明之第一發明概念下之其中一態樣，超快速雷射退火系統之次雷射系統較佳地包含一纖維雷射，該纖維雷射具有實質上在50瓦至5000瓦之範圍間之一輸出功率。
基於本發明之第一發明概念下之其中一態樣，半導體晶圓較佳地包含一裝置晶圓，所述裝置晶圓具有一厚度，所述厚度係選自：a)10微米至100微米之間或b)500微米至1000微米之間。
本發明之一第二概念係為對具有一晶圓表面之一半導體晶圓執行退火的方法。所述方法包含在該晶圓表面上以一第一波長形成一主影像。主影像增加在一第二波長下之光吸收量。所述方法也包含在晶圓表面上以一第二波長形成一次影像。次影像係至少部分地座落於主影像中。所述方法也包含以實質上介於1微秒至100微秒之間的一駐留時間掃描次影像於晶圓表面，使晶圓表面達到實質上介於350℃與1250℃之範圍間之一尖峰退火溫度TAP 。
基於本發明之第二發明概念下之其中一態樣，第一波長較佳地實質上係在300奈米至650奈米之範圍間。
基於本發明之第二發明概念下之其中一態樣，第二波長較佳地實質上係在500奈米至10.6微米之範圍間。
基於本發明之第二發明概念下之其中一態 樣，所述方法較佳地更包含量測位在被掃描之次影像之位置上之一晶圓表面溫度TS 。所述方法較佳地也更包含控制用以形成次影像之次雷射光束的總功率以保持尖峰退火溫度的變異量於±3℃以內。
基於本發明之第二發明概念下之其中一態樣，於量測晶圓表面溫度TS 之步驟中，較佳地更包含量測次影像雷射光束之總功率。於量測晶圓表面溫度TS 之步驟中，較佳地更包含量測來自被掃描之次影像之位置之一熱發射量。於量測晶圓表面溫度TS 之步驟中，較佳地更包含量測來自次影像之位置之一反射光總量，反射光係來自於次雷射光束的反射。於量測晶圓表面溫度TS 之步驟中，較佳地更包含以取自一計算程序之一查找表來計算晶圓表面溫度TS 。
本發明之一第三概念係一種超快速雷射退火系統，適用於對具有一退火表面之一半導體晶圓執行退火。超快速雷射退火系統包含一雷射以及一掃描光學系統。雷射產生一雷射光束，雷射光束具有實質上介於300奈米至650奈米之範圍間之一退火波長。掃描光學系統接收雷射光束並且於退火表面掃描雷射光束而成為一掃描影像，掃描影像具有實質上介於1微秒至100微秒之範圍間之一駐留時間，藉以使退火表面達到實質上介於350℃至1250℃之範圍間之一尖峰退火溫度。
基於本發明之第三發明概念下之其中一態樣，半導體晶圓係為一產品晶圓，其形成自一裝置晶圓與 一載體晶圓。裝置晶圓定義一退火表面且具有實質上介於10微米至100微米之範圍間之一厚度。
基於本發明之第三發明概念下之其中一態樣，超快速雷射退火系統之掃描光學系統係設置為一F-theta掃描系統。
本發明之一第四概念係為對具有一退火表面之一半導體晶圓執行退火之方法。所述方法包含以一雷射光束形成一影像於該退火表面，雷射光束具有實質上介於300奈米至650奈米之範圍間之一波長。所述方法也包含以一駐留時間掃描所述影像於所述退火表面，以使所述退火表面達到介於350℃至1250℃之範圍間之一尖峰退火溫度TAP 。
基於本發明之第四發明概念下之其中一態樣，半導體晶圓係為一產品晶圓，其形成自一裝置晶圓與一載體晶圓。裝置晶圓定義退火表面且具有實質上介於10微米至100微米之範圍間之一厚度。
基於本發明之第四發明概念下之其中一態樣，掃描所述影像係由一F-theta掃描光學系統來執行。
本發明之一第五概念係為對承載於一半導體晶圓之一表面之一光阻層執行退火之方法。所述方法包含以一雷射光束形成一影像於半導體晶圓之表面上，雷射光束具有實質上介於300奈米至1000奈米之範圍間之一波長。所述方法也包含以實質上介於100微秒至1毫秒之間之一駐留時間對半導體晶圓之表面掃描所述影像，以使光 阻層達到實質上介於300℃至400℃之一尖峰退火溫度。
基於本發明之第五發明概念下之其中一態樣，雷射光束及半導體晶圓較佳地決定半導體晶圓中之一熱擴散長度LDIFF 以及一相關聯的光學吸收深度DAD ，且其中所述影像之掃描被執行以使得DAD <LDIFF 。
申請專利範圍被併入至本發明之詳細描述內且構成本發明之詳細描述之部分。
100‧‧‧系統
110‧‧‧晶圓載台
112‧‧‧上平面
116‧‧‧晶圓平台
120‧‧‧主雷射系統
121‧‧‧主雷射
122‧‧‧初始雷射光束
130‧‧‧主光學系統
132‧‧‧主雷射光束
136‧‧‧主影像
150‧‧‧次雷射系統
151‧‧‧次雷射
152‧‧‧初始次雷射光束
160‧‧‧次光學系統/掃描光學系統
161M‧‧‧掃描鏡
161L‧‧‧聚焦鏡頭
162‧‧‧次雷射光束
162R‧‧‧反射光
164‧‧‧鏡驅動器
166‧‧‧次影像
167‧‧‧掃描路徑
170‧‧‧控制器
180‧‧‧熱輻射偵測器系統
182‧‧‧熱輻射
184‧‧‧分光鏡
186‧‧‧偏光器
188‧‧‧聚焦鏡頭
190‧‧‧濾鏡
192‧‧‧光偵測器
198‧‧‧調變器
200‧‧‧收集光學系統
210‧‧‧整合球體
212‧‧‧光圈
216‧‧‧中性密度濾鏡
220‧‧‧光偵測器
250‧‧‧功率感測器
10‧‧‧產品晶圓
10a‧‧‧裝置晶圓
10b‧‧‧載體晶圓
12a‧‧‧裝置側
12b‧‧‧前側
14a‧‧‧背側
15‧‧‧氧化層
22‧‧‧上表面
27‧‧‧光阻層
30‧‧‧裝置結構
34‧‧‧金屬化特徵
40‧‧‧CMOS裝置層
44‧‧‧離子佈植層
AD‧‧‧光軸
AR1‧‧‧箭頭
AR2‧‧‧箭頭
AX2‧‧‧光軸
AXFL‧‧‧光軸
DW‧‧‧距離
L2‧‧‧長度
W2‧‧‧寬度
N‧‧‧法線
OPE 、OPS ‧‧‧光學路徑區段
S0‧‧‧平台控制訊號
S1、S2‧‧‧控制訊號
SE‧‧‧熱發射電訊號
SM‧‧‧調變訊號
SPS‧‧‧功率電訊號/發射功率訊號
SR‧‧‧反射光訊號
TA ‧‧‧退火溫度
TAP ‧‧‧尖峰退火溫度
TS ‧‧‧晶圓表面溫度
TSP ‧‧‧尖峰晶圓表面溫度
tD ‧‧‧駐留時間
θB ‧‧‧矽之布魯斯特角
第1A圖至第1D圖係一例示晶圓之不同視角，其揭露一種使用本發明之雙光束超快速雷射退火系統及方法之雷射退火；第2圖為塊體矽之退火時間tA (μs)對擴散長度LDIFF (μm)的曲線圖；第3圖繪示了在波長λ=1.06μm、0.98μm及0.53μm時，光學吸收深度DAD (μm)對晶圓表面溫度TS (℃)的曲線圖；第4圖係為一例示的雙光束超快速雷射退火系統之示意圖；第5A圖至第5E圖繪示了以第1圖之雙光束超快速雷射退火系統形成於晶圓表面上之主影像與次影像之相對尺寸及方位；第6圖係一例示的雙光束超快速雷射退火系統之示意圖，其包含更多的熱發射偵測系統的細節； 第7圖為一例示的收集光學系統之放大圖，所述收集光學系統係用以收集來自晶圓表面之第二雷射光束之反射光；第8A圖至第8C圖繪示一例示的掃描光學系統，其具有一F-theta配置，同時也繪示了掃描光學系統如何自晶圓之其中一邊緣到另一邊緣掃描次雷射光束與次影像；第9圖係為第8A圖至第8C圖之掃描光學系統從另一方向觀察的視圖，其顯示掃描光學系統如何被設置以使得次雷射光束具有實質上為矽之布魯斯特角之一入射角；第10A圖近似於第6圖，其繪示一例示雷射退或系統，其包含單一快速掃描雷射光束；及第10B圖近似於第10A圖，其繪示一實施例，其中來自次雷射系統之次影像雷射光束係用以對承載於晶圓表面之一光阻層進行退火。
附圖相同現在詳細參考本發明之目前較佳實施例，該等實施例之實例說明於隨附圖式中。在可能時，貫穿該等圖式使用相同參考數字及符號來指代相同或相似部分。申請專利範圍被併入至此詳細描述內且構成此詳細描述之部分。
某特定形式之半導體裝置的製造方法，例如影像感測器以及高功率裝置等，包含使用相當薄的半導體晶圓。第1A圖係為一例示的產品晶圓10，其具有定義一上表面22之一上側21，以及定義一背面24之一背側23。
第1B圖繪示了一例示產品晶圓10的形成方式，其係藉由一裝置晶圓10a以及一載體晶圓10b面對面接合而成。裝置晶圓10a具有裝置形成於其中之一前側12a，也可以稱之為裝置側，此外還具有一背側14a。載體晶圓10b具有一前側12b，其形成有一氧化物層15，此外還具有一背側14b。所形成的晶圓10在此係指稱為產品晶圓，其藉由使裝置晶圓10a之裝置面12a面向載體晶圓10b之前側12b貼合而成。氧化物層15係作為接合層，其將二晶圓10a與10b接合在一起。因此，載體晶圓10b之前側12b也稱之為接合側。產品晶圓10係繪示於第1C圖中。於此，裝置晶圓10a係自背側14a向下研磨以將裝置晶圓10a之厚度自大約750微米減少至一厚度TH，TH係在大約10微米至大約100微米之間，如第1C圖之放大插圖所示。
第1D圖近似於第1C圖且包含一插圖，該插圖顯示產品晶圓10之一例示結構30之較詳細的放大圖。例示結構30係為一CMOS感測器。具有氧化層15(約4微米厚)之載體晶圓10b支撐裝置晶圓10a，其包含延伸入氧化層15之金屬化特徵34(例如線)。金屬化特徵34與一相鄰的CMOS裝置層40接觸。CMOS裝置層40係被薄化的裝置晶圓10a所支撐，裝置晶圓10a如前述係具有約10微米至100微米之間的厚度TH。在另一實施態樣中，厚度TH係在約500微米至約1000微米之間。
需要被雷射退火之一薄離子佈植層44係形成 在薄化的裝置晶圓10a中且相鄰於背側14a，其定義上表面22。薄離子佈植層44的退火係用以使離子佈植層44導電，而允許其作為電接觸層。
在例示的CMOS裝置結構30中，CMOS裝置的電子特徵座落在距離背側14a約10微米至100微米遠之處，其通常未被圖案化。因此，一例示的裝置晶圓10a之背側14a定義一平坦以及未圖案化之晶圓10的上表面22，因而使其可作為良好的退火表面。
晶圓10的裝置側12a必須保持相對低的溫度(特別是低於金屬化特徵34的熔點)以保護CMOS裝置的初始功能。裝置側12a的最大溫度係取決於作為金屬化特徵34之特定金屬，但典型地對銅互連而言約900℃，對鋁互連而言約600℃。
在裝置側12a的裝置特徵必須保持低於金屬熔點溫度之限制導致雷射熱退火的時間必須夠短，以使裝置面不會過熱。其暗示了熱退火時間(駐留時間)必須讓熱擴散長度LDIFF 小於裝置晶圓10a的厚度TH。
例如，若裝置晶圓10a的標準厚度TH為10微米，相對應的熱退火時間(駐留時間)必須小於10微秒，根據塊體矽中的熱擴散長度LDIFF 對於大約10微秒雷射脈衝而言大約為10微米。不幸地，達到如此短的駐留時間tD 並無法相容於傳統雷射退火工具的基本結構中使用1-10毫米長，約100微米寬，且以約100毫米/秒掃描之寬雷射線影像。
本發明之概念因此係導向一單光束或雙光束雷射退火系統，其可以用作熔化及次熔化雷射退火應用。退火光束的駐留時間係在1微秒至100微秒之間。此外，雷射溫度控制系統係選擇地用來保持退火溫度TA 能實質上保持恆定，亦即晶圓表面溫度TS 平均保持在±3℃以內。
如上所述，某些半導體裝置的製造應用可因使用具有100微秒或更小之駐留時間tD (退火時間tA )的雷射退火製程而受益，例示的駐留時間約在1微秒至100微秒之間。與退火時間tA 相關連之熱擴散長度LDIFF 也必須小於晶圓10的實際尺寸，例如裝置晶圓10a的厚度TH。
須特別注意的是，當所述系統與方法具特定的應用性於前述產自於承載相對低厚度裝置晶圓10a之相對低厚度載板晶圓10a的產品晶圓10時，所述方法與系統仍可應用於傳統較厚的半導體晶圓中必須對擴散量予以限制的情況。例示的情況如在製造電晶體時形成淺的源極與汲極，如USP 6,365,476、USP 6,380,044及USP 6,747,245所述。在以下討論中，上表面22係為被退火之晶圓10的表面，或者也可以是傳統晶圓的前側或上述產品晶圓10的背側14a。
第2圖係塊體矽之退火時間tA (μs)對擴散長度LDIFF (μm)的曲線圖。根據該曲線圖，可發現LDIFF =10微米時，相對應的退火時間tA 約為10微秒，而對LDIFF =30微米時，tA 100微秒。對於具有一產品厚度TH大約等於熱擴散長度LDIFF 的產品晶圓10而言，可發現退火時間tA 必須相對應地小。
此外，深入晶圓10之雷射退火光束之光吸收深度DAD 也必須小於熱擴散長度LDIFF 。第3圖繪示了在波長λ=1.06微米、0.98微米及0.53微米時，光學吸收深度DAD (微米)對晶圓表面溫度TS (℃)的曲線圖。第3圖之曲線圖指出，對於裝置晶圓厚度TH約等於10微米且在相對低的溫度(例如280℃或更低)，可以使用波長約為500奈米之一雷射，因為在此波長下之熱擴散長度LDIFF 小於裝置晶圓厚度TH，其他波長之熱擴散長度LDIFF 則大於裝置晶圓的厚度TH。對於在約50微米至100微米之範圍間的裝置晶圓厚度TH來說，可以使用波長為980奈米之雷射。請注意，對於較高晶圓表面溫度TS 而言，光學吸收深度DAD 的重要性下降，且熱擴散成為主控熱分布的機制。
從第2圖與第3圖，對於使用相對薄裝置晶圓10a之產品晶圓10來說，較偏好使用超短退火時間以及光學吸收深度DAD 符合所需熱擴散長度LDIFF 之退火波長。
雙光束超快速退火系統
對具有一特定裝置晶圓厚度TH之一給定產品晶圓10而言，可在單一波長時最佳化雷射退火系統。舉例而言，在產品晶圓厚度TH約為10微米至30微米之一影像感測器製造應用中，可選擇10微秒之駐留時間tD 以及532奈米之雷射波長。對於製造裝置晶圓厚度TH約為50微米之功率裝置而言，可選擇25微秒之駐留時間tD 以及 較長的雷射波長。例示的超快速雷射退火係如下所述。
然而，藉由組合使用不同波長之二雷射光束，雷射退火系統變得更適用於各方面。舉例而言，在此雙光束雷射退火系統中，一雷射光束可具有相對短之波長，致使具有相對長之波長之一第二雷射光束被吸收。
第4圖係為一例示的雙光束超快速雷射退火系統(系統100)之示意圖。系統100包含一晶圓載台110，其具有支撐晶圓10之一上面112。晶圓載台110可操作地被一晶圓平台116所支撐，而在一實施例中，其係可移動及旋轉，亦即可在三個正交的維度上移動以及在三個正交的旋轉方向上定位晶圓10。
系統100也包含一主雷射系統120，其包含一主雷射121，主雷射121產生一初始雷射光束122。系統100也包含一次雷射系統150，其具有一次雷射151，次雷射151產生一初始次雷射光束152。主雷射系統120包含一主光學系統130，設置以接收初始主雷射光束122因而形成一主雷射光束132。在一實施例中，主光學系統130包含一掃描光學系統。類似的，次雷射系統150包含一次光學系統160，設置以接收初始次雷射光束152因而形成一次雷射光束162。次光學系統160設置以作為一掃描光學系統，後面皆標示為掃描光學系統160。
例示的主光學系統以及掃描光學系統160可以包含鏡頭、鏡組、光圈、濾鏡、主動式光學元件(例如可變衰減器等)、以及上述的組合。在一實施態樣中，一或二 個主光學系統130以及掃描光學系統160被設置以執光束調整，例如均一化個別的雷射光束132以及162及/或提供具有選定截面形狀之雷射光束132與162。適用於執行此種光束調整之例示光學系統係揭露於7,514,305、7,494,942、7,399,945及6,366,308等美國專利，以及12/800,203之美國專利公開案。
主雷射光束132與次雷射光束162具有個別的波長λ1 與λ2 ，在一實施態樣中，二者均可在選定條件下加熱晶圓10。在另一實施態樣中，其中一波長λ1 係用來強化另一波長λ2 對晶圓10的加熱。舉例來說，λ1 與λ2 其中一波長可以具有一能隙能量大於晶圓10之半導體能隙能量，藉以使晶圓10吸收主雷射光束132與次雷射光束162到足以加熱晶圓10至退火溫度TA 。一例示λ2 的範圍係500奈米至10.6微米。
系統100也包含一熱輻射偵測器系統180，設置以量測來自下述晶圓10上表面22之熱輻射182的量，並且產生一熱發射電訊號SE。在一實施態樣中，熱輻射偵測器系統180使用至少次雷射光束150的一部分，因而它可以追蹤所掃描的次影像166，如下所述。
在一實施態樣中，熱輻射偵測器系統180以及掃描光學系統160具有個別的且重疊的光學路徑區段OPE 以及OPS 。此種配置使熱輻射偵測器系統180可以收集來自次影像166(如後述)所在位置之熱輻射182，即使次影像166正被掃過晶圓10的上表面22。
系統100也包含用以收集與偵測來自晶圓10上表面22之反射光162R之一收集光學系統200，且產生一電訊號SR(反射光訊號)對應代表所偵測之反射光162R的總量。
在一實施態樣中，系統100更包含一控制器170電性連接於晶圓平台116，且被設置以根據控制器170的指令來產生一平台控制訊號S0以控制晶圓平台116的移動。
在一實施態樣中，控制器170係可包含一電腦，例如一個人電腦或者是工作站。控制器170較佳地包含任何商用微處理器，以及包含適當的匯流排架構以連接處理器至一記憶裝置，例如硬碟。此外也包含適當的輸入輸出裝置(例如鍵盤以及顯示器)。控制器170可以根據內嵌於電腦可讀取媒體(例如記憶體、處理器或二者)中之指令(軟體)，使控制器170能實現系統100之不同功能以實現晶圓10的退火。
控制器170也可操作地連接於主雷射系統120以及次雷射系統150，其藉由個別的控制訊號S1與S2來控制雷射系統120與150的操作。在一實施態樣中，控制器170包含數位訊號處理器(DSPs)(圖中未示)以控制主雷射系統120與次雷射系統150的掃描功能。控制器170也可操作地連接於熱輻射偵測器系統180以及收集光學系統200，並且設置以接收與處理熱發射電訊號SE以及反射光訊號SR，如下所述。
請再參照第4圖，主雷射光132係被導向晶圓10的上表面22以於其上形成主影像136。而次雷射光束162形成次影像166，其中次影像166落在主影像136之中。此設置之一範例係繪示於第5A圖之放大圖中，第5A圖顯示了主影像136與次影像166。次影像166係掃過晶圓10之上表面22，如箭頭AR2所指。主影像136可以是靜止且相對大的，其中次影像166係以至少部分落在其內的方式掃描。在另一實施態樣中，如第5B圖所示，主影像136可以相對小且被掃描，如箭頭AR1所指，以跟上被掃描的次影像166，如箭頭AR2所指。
在另一實施態樣中，如第5C圖至第5E圖所示，主影像136可以延伸至次影像166的整個掃描路徑167，如此一來次影像166可以自晶圓10的一緣掃描至相對的另一緣，而仍然位在主影像中，此範例中主影像可以是靜止的。即使晶圓10被移動以移動掃描路徑167至晶圓10之上表面22之不同部位，此條件仍可以保持，如第5C圖至第5D圖所示。於第5D圖中，晶圓10已被沿Y軸移動，相對於第5C圖晶圓10的中間部分，新掃描路徑167係位在第5D圖中晶圓10的較低部分。
如第5B圖所示，主影像136具有長度L1以及寬度W1，而次影像具有長度L2以及寬度W2，雖然主影像136與次影像166並不需要是矩形。例示的主影像136與次影像166的尺寸可大約為25微米至100微米寬以及500微米至2000微米長，並且符合次影像166至少部分落 在主影像136內的條件。
在一實施態樣中，主雷射光束132與次雷射光束162具有實質的高斯強度分布，因此主影像136與次影像166在X與Y方向上也具有實質的高斯強度分布。允許主雷射光束與次雷射光束為具有實質的高斯強度分布，相較於設計成為較為方波(銳利邊緣)強度分布之系統，簡化了主雷射系統120與次雷射系統150的配置。
在一實施態樣中，主影像136可以略大於次影像166或實質上相同尺寸。在一實施態樣中，主影像136沿掃描方向延伸至次影像166的前面，因而其足以加熱晶圓10之上表面，因而次影像166之光更容易立即被晶圓10之上表面所吸收。
先前技術雷射退火系統藉由移動晶圓平台116，其可提供約100mm/s的掃描速度。然而，在系統100中，主雷射系統120與次雷射系統150之至少其中一者包含掃描光學系統，而可快速地將主雷射光束132與次雷射光束162之至少其中一者掃描過晶圓10之上表面22。在一實施態樣中，主雷射光束132與次雷射光束162之其中之一或二者，係被設置以將其個別的主影像136與次影像166以掃描速度Vs 掃過晶圓10的上表面22，Vs 係在約5m/s至25m/s之範圍中。對於25m/s之掃描速度以及25微米之光束寬度來說，退火製程的駐留時間tD 係為1微秒。對於10m/s之掃描速度以及50微米之光束寬度來說，駐留時間tD 等於5微秒。橫過一300mm的晶圓10，移動速度 為10m/s之光束需時30毫秒，其相對來說是非常短的掃描時間。
在主雷射光束132與次雷射光束162的掃描過程中，熱發射偵測系統180偵測來自主影像136與次影像162重疊並加熱晶圓10上表面22之所在位置的熱輻射182。熱輻射偵測器系統180產生熱發射電訊號SE相對應於所偵測到的熱發射，並且傳送該熱發射電訊號SE至控制器170。控制器170接收熱發射電訊號SE，並且使用所述熱發射電訊號SE來產生控制功率之一反饋迴路以控制雷射功率，因而晶圓10上表面22之退火溫度係保持實質上恆定，前述功率係產生自主雷射系統120與次雷射系統150之至少其中一者。
在次雷射光束162與其相對一次影像166已完全自晶圓10之一側掃描至另一側之後，控制器170使晶圓平台116(藉由平台控制訊號)移動以掃描晶圓10之上表面之一相鄰部分。在一實施例中，晶圓10係以大約次影像166長度的1/8來移動，因而相鄰掃描路徑167具有實質重疊以改善退火均勻性。在一實施態樣中，次影像166具有1毫米的長度L2 ，因而晶圓平台116以大約125微米的距離沿相交於掃描方向來移動晶圓10。在晶圓平台116執行如上移動後，次雷射光束162已如同上一個掃描一般，沿相同方向掃描晶圓10之上表面22。
在一實施態樣中，次雷射系統150包含一掃描鏡(如下所述)。假設此掃描鏡回到它的初始位置所需的時 間與它掃描晶圓10所需的時間，二個時間是相同的，這將會需要額外的30毫秒。因此，掃描鏡具有一振盪週期60毫秒，或者一振盪頻率16.67赫茲，其係良好落在傳統掃描鏡系統的能力範圍內。
在一實施態樣中，晶圓平台116係以一等速度移動而非每一次次影像掃描結束後移動一間隔。在此實施態樣中，晶圓平台116可以在60毫秒內移動125微米，或者是每秒移動2.08毫米。完全退火一300mm晶圓將因此需要144秒。為了較佳的均勻性，次雷射系統150可以被設置以在每次掃描之間，關閉或者阻擋次雷射光束162。此功能可以使用設置於次雷射光束162之路徑之調變器198來完成。
用以雷射退火所需之光功率的量係取決於所需尖峰退火溫度TAP 以及所需退火(駐留)時間tD 。對於較長的退火時間(因而具有較大的熱擴散距離LDIFF )，更多晶圓10的體積係被加熱，且因而需要較大的功率。在一實施態樣中，尖峰退火溫度係在350℃至1250℃之範圍中，且維持在±3℃以內。在此需注意的是，尖峰退火溫度TAP 以及尖峰晶圓表面溫度TSP 係大致相同。
系統100的產能可以藉由增加次影像166之尺寸(亦即長度L2 與寬度W2 )而增加。為了符合一給定退火溫度需求，一適當之功率足夠的雷射是有需要的。當退火(駐留)時間tD 5μs時，預估200瓦之吸收雷射功率足以將晶圓10上表面上一50μm x 1mm區域的溫度升高 到大約1000℃。因此，倘若系統100需要每小時60片300mm晶圓的產能以及需要達到矽熔點(1413℃)之退火溫度TA ，大約1000瓦的吸收功率是需要的。
一種達到如此高吸收功率的方法是藉由提供以一纖維雷射形式之一次雷射151。纖維雷射非常有效率、密集，且可產生非常好的光束品質。纖維雷射在波長大於1微米時大多非常強而有力，且在此範圍中可以具有數千瓦的輸出。不幸地，此波長範圍在室溫之下無法被矽晶圓良好的吸收。然而，波長大於1微米之纖維形式的次雷射151可以與一短波長主雷射121合併使用，短波長主雷射121係作為預熱雷射以啟動表面吸收。因此，在一實施態樣中，主雷射121產生一相對短波長主雷射光束132作為預熱或者預活化晶圓10之上表面22，因而長波長次雷射光束162可被吸收。
在一實施態樣中，主雷射121具有一波長λ1 ，其範圍在300奈米至650奈米之間。在一實施態樣中，主雷射121包含一纖維雷射，其具有一輸出波長等於前述λ1 的波長範圍。且具有一光學輸出，大約在50瓦至5000瓦的範圍。其他可用作預熱或預活化晶圓10上表面22之例示的主雷射121包含二氧化碳雷射、碳化鎢二極體雷射以及碳化鎢固態雷射。較佳地，主雷射光束132在室溫下被晶圓10的上表面22所吸收，且次雷射光束162係在室溫下或是在被主雷射光束132加熱後的條件下，被晶圓10之上表面22所吸收。
第6圖係一例示系統100之示意圖，其包含更多之一例示熱發射偵測系統180的細節。熱輻射偵測器系統180包含一分光鏡184，其被設置(例如具塗層，圖中未示)以傳輸與次雷射光束162相關聯之波長λ2 的光，但是反射其他波長的光，特別是與熱輻射182相關聯的波長的光。分光鏡184定義一光軸AD，沿光軸AD設置有一偏光器186、一聚焦鏡頭188、一可擇的濾鏡190、以及一光偵測器192。
在第6圖的系統100的操作中，熱輻射182自晶圓10之上表面22發射，因為被主影像136與次影像166所加熱。熱輻射182被掃描光學系統160所收集且被導向分光鏡184。分光鏡184將熱輻射182向下反射至光軸AD再到偏光器186，其具有與次雷射系統150相同的偏振。偏振後的熱輻射182在前進至聚焦鏡頭188，其聚焦熱輻射182於光偵測器192上。光學濾鏡190用以濾除無關緊要且在與熱輻射182相關聯之窄波長帶△λE 以外的波長。在此，發射波長λE 可被視為窄波長帶△λE 之中心波長。
因此，當次影像166掃過晶圓10之上表面22時，熱輻射182係逐點地被收集。在一實施態樣中，發射波長接近次雷射光束162之波長λ2 以保持像差在一可接受的限度內。在一實施態樣中，聚焦鏡頭188係被設置以至少部分地補償源自掃描光學系統在熱輻射波長λE 下操作的像差。
熱輻射偵測器系統180允許來自晶圓10之上 表面22的熱輻射，在次影像166掃描時，幾近同步地被量測。因為熱輻射182的偵測係透過使用一快速光感測器192來完成，由於次影像166之總光功率的封閉迴圈控制，相對應的熱輻射訊號SE係立即可獲得。其改善調整次影像166之總光功率所需的速度以補償晶圓表面溫度TS 之非均勻性。例如，藉由調整控制器170所發送出之控制訊號S2至次雷射系統150。
為了精確地控制晶圓10的上表面22的溫度，必須能夠精確地量測溫度。上述熱輻射182的偵測本身並未提供晶圓表面溫度TS 。為了量測晶圓表面溫度TS ，輻射率(emissivity)ε必須被量測。在一給定的溫度之下，輻射率ε係相依於輻射波長λE 、視角以及熱輻射182的偏振。應用於本發明中，藉由量測輻射率ε來量測晶圓表面溫度TS 的系統及方法係被記載於US 2012/0100640之美國專利公開案中。
一種量測輻射率ε的方法係測定晶圓10在輻射波長λE 下之反射率與穿透率。其可藉由使用次雷射光束162來完成。如果次雷射系統150之波長λ2 係高於或接近矽的吸收邊緣(亦即約1.1微米)，則輻射率ε可以藉由量測入射於晶圓10之上表面22之次雷射光束162之反射率與穿透率來量測。然而，在λ2 <1微米，或者是λ2 >1微米伴隨著與雷射退火相關聯之高晶圓表面溫度TS 的情況，晶圓穿透率可以被忽略，且只有晶圓反射率的量測是必需的。
更多反射自晶圓10上表面22的次雷射光束被 收集以達到最佳精確度。第7圖係為收集光學系統200的放大圖，收集光學系統200用以收集反射光162R。收集光學系統200係相對於一掃描光學系統160而設置，掃描光學系統160包含一掃描鏡161M以及一聚焦鏡頭161L。收集光學系統200被整合至系統100中，且在一實施態樣中其包含沿著軸A4之一整合球體210，整合球體210包含一光圈212。光偵測器220係設置於相鄰於光圈212之處以偵測於光圈212離開整合球體210之光線。在一實施態樣中，至少一中性密度濾鏡216係設置在光圈212以及光偵測器220之間以控制抵達光偵測器220之光線密度。光偵測器220產生相應於反射光162R之功率的反射光訊號SR，反射光162R係被整合球體210所收集，且光偵測器220提供反射光訊號至控制器170。
請再參照第6圖，在一例示的系統100中，其包含一功率感測器250，設置以即時量測初始次雷射光束152的總功率，其使得入射於晶圓10上表面22之總功率可以被測定。
在一實施態樣中，功率感測器250係整合入次雷射系統150中。功率感測器250產生相對應於發射雷射功率之功率電訊號SPS(後稱發射功率訊號)。其在第6圖中係相對應於初始次雷射光束152的功率。功率感測器250提供發射功率訊號SPS至控制器170。
請注意功率感測器250可以位在次雷射151以及晶圓10上表面22之間的任何地方。在第6圖之範例中， 功率感測器250係位在掃描光學系統160的上游，掃描光學系統160的傳輸必須被考量，以決定真正入射在晶圓10上表面22之次雷射光束162的總功率。在特定的範例中，掃描光學系統160的傳輸可以被提供至控制器170且被用以計算次雷射光束162的總功率。
發射功率訊號SPS以及反射光訊號SR係即時地被量測。藉由比較SPS與SR這兩個訊號(包含任何上述掃描光學系統160之傳輸列入考量的計算)，當次影像166掃描晶圓10上表面22時，發射率係ε以一個點接一個點的基礎來計算。所計算的發射率ε接著被使用來獲得晶圓表面溫度TS 之一局部量測，其對於晶圓10上表面22之圖案所造成的發射率變異並不敏感。這允許次雷射光束162總功率的封閉迴圈控制(closed-loop control)以形成次影像166，進而達到一實質均勻退火，所述實質均勻退火係指維持一實質均勻晶圓表面溫度TS (例如尖峰晶圓表面溫度TSP )。在一實施態樣中，次雷射光束162的總功率係由控制器170發送一調變訊號SM至調變器198來控制，調變器198係設置於光學路徑中，所述光學路徑係介於次雷射151及掃描光學系統160之間，例如在初始次雷射光束152中。
因此，系統100的其中一概念係包含在退火過程中監控晶圓10上表面22之尖峰晶圓表面溫度TSP ，以及調整次雷射光束162總量使尖峰晶圓表面溫度TSP 維持一致。
掃描光學系統
第8A圖到第8C圖繪示一例示的掃描光學系統160，其顯示次雷射光束162與相對應的次影像166如何在晶圓10之上表面22掃描。第9圖係從另一視角(方向)觀察掃描光學系統160的視圖，其顯示一例示的掃描光學系統160如何被設置以使得次雷射光束162與晶圓10上表面之法線N形成一角度θB ，其中θB 係實質上為矽之布魯斯特角，約為75°。掃描光學系統160具有一光軸AX2，其藉由次雷射光束162之中央光線來定義。
第8A圖第8C圖以及第9圖可呈現如第10A圖所示之一單雷射退火系統，其中次雷射系統150係唯一的雷射系統，因此次雷射光束162係唯一被使用的退火雷射光束。在單雷射光束的範例中，雷射波長係立即可被晶圓10上表面22所吸收的波長，例如在約300奈米至650奈米之間的λ2 ；或者是具有一波長，其並不要求晶圓10上表面22被預熱或者是被另一雷射來預熱以促進吸收。
同樣地，第8A圖第8C圖以及第9圖可呈現只有一或二雷射光束(例，請見第6圖)，其中主雷射光束132未繪出以方便作圖。
掃描光學系統160包含掃描鏡161M以及聚焦鏡頭161L，設置以具有一“F-Theta”配置，雖然次雷射光束162不需要在整個掃描路徑167當中相對於晶圓10上表面22是遠心的。聚焦鏡頭161L具有一光軸AXFL。一準直鏡頭161C係相鄰於次雷射151且形成準直的初始次雷射光 束152。從晶圓10上表面22到聚焦鏡頭161L的距離係為DW，且相對窄之次雷射光束162之聚焦鏡頭161L的數值光圈係為NA。一例示距離DW係大約1公尺，一例示NA係大約0.15。掃描鏡161M係可操作地附加於一鏡驅動器164，其可操作地連接於控制器170。鏡驅動器164用作為驅動掃描鏡161M，例如以一選擇的角速度快速旋轉掃描鏡161M，使次雷射光束162可以掃描相對應之選擇的角度範圍，如第8A圖標示為θ2 之範圍。在一實施態樣中，角度範圍θ2 係被選擇以使次影像166可以自晶圓10的一緣掃描到與其相對應之晶圓10最遠處的另一緣。
第8A圖顯示掃描光學系統160正處在一個狀態，其中次雷射光束162形成次影像166於晶圓10上表面22上之靠近晶圓10邊緣的位置。次雷射光162沿著箭頭AR2所指的方向掃描。第8B圖類似於第8A圖，除了此時掃描鏡161M已經旋轉，而使次雷射光束被沿著光軸AXFL導引，且次影像166係大約位在晶圓10之二邊緣間的半途中。第8C圖近似於第8A圖，除了此時掃描鏡161M已經旋轉更多，而使次雷射光束162以及次影像166已經掃到晶圓10的另一側。
在一實施態樣中，當晶圓10沿著垂直於掃描方向移動時，次雷射光束162僅自一邊掃到另外一邊，因而每次掃描，次影像166係照射在晶圓10上表面之不同部位，或者至少在下一次的掃描會比前次掃描覆蓋晶圓10上表面22之某些新部分(亦即相鄰二次掃描可以有某些重疊 的部分)。同樣地，主影像136可以延伸至整個掃描路徑167且可以是靜止的，或者可以隨著次影像166移動以使主影像136預熱被次影像166掃描之晶圓10上表面22的某部分。
系統100可以用在不同雷射退火應用。舉例而言，如果熔化退火製程是必須的，次雷射光束162(作為退火雷射光束)在大約1微秒的駐留時間tD 下可用來加熱基板至熔化。如果次熔化退火應用是必須的，系統100可以被設定在駐留時間tD 大約為1微秒至100微秒之範圍間。二種形式的退火應用均可因為系統100之在位溫度量測能力而受益。
光阻退火
系統100也可以被用來退火光阻，特別是用在標稱曝光波長13.5奈米之EUV光阻以及用在標稱曝光波長193奈米之DUV光阻。第10B圖近似於第10A圖，且繪示一實施例，其中晶圓10包含位在晶圓10上表面之一EUV或DUV光阻層27。在此實施態樣中，光阻層27係為被退火之層，晶圓表面僅僅是支撐光阻層27。
雷射退火可以改良EUV光阻與DUV光阻的性能是已經被證明的，其係改善對曝光光線的敏感度以及線邊緣的粗糙度。然而，達到此改善的關鍵退火過程的溫度均勻性。因為系統100係設置以藉由上述的回饋迴路控制退火溫度TA 的均勻性，其使得光阻的雷射退火成為可 能。此應用可以在極端紫外線(EUV)微影製程中有特定用途，其所造成的光敏感度增加可以減少使光阻曝光所需的EUV功率。因此，本實施例的其中一概念係包含使用上述系統100來對前述具有光阻層27之晶圓10執行超快速退火。
使用在光阻退火時，退火次雷射光束162係由光阻層27傳送，因為光阻層27對於退火波長來說是透明的。因此，光阻層27係藉由加熱其下的晶圓10上表面22來退火。光阻層27的退火溫度係在300℃至400℃之間，且駐留時間tD 係在100微秒至1毫秒之間。
退火光阻層27時的主要考量係實質上使所需的熱擴散距離LDIFF 匹配於設置於其下之矽晶圓10的光學吸收深度DAD 。在一實施態樣中，光阻層27之退火的其中一個條件係光學吸收深度DAD 小於熱擴散距離(亦即DAD <LDIFF )。
對於駐留時間tD =1微秒，第2圖指出熱擴散距離大約為100微米。因此，選擇一或多個退火波長使光學吸收深度DAD 為100微米或更小是有必要的。
本發明的技術內容已經以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。從第3圖可看出，在室溫下，退火波長小於980奈米時，此條件是被滿足的。對於較短的駐留時間 (例如駐留時間tD 為10微秒)，熱擴散距離LDIFF =10微米。光學吸收深度小於10微米之相對應的波長係小於約650奈米。一例示的退火波長係在300奈米至1000奈米之範圍間。在一實施態樣中，溫度量測能力以及上述回饋配置係使用於系統100中以控制光阻退火製程的溫度均勻性。
100‧‧‧系統
110‧‧‧晶圓載台
112‧‧‧上平面
116‧‧‧晶圓平台
120‧‧‧主雷射系統
121‧‧‧主雷射
122‧‧‧初始雷射光束
130‧‧‧主光學系統
132‧‧‧主雷射光束
136‧‧‧主影像
150‧‧‧次雷射系統
151‧‧‧次雷射
152‧‧‧初始次雷射光束
160‧‧‧次光學系統/掃描光學系統
162‧‧‧次雷射光束
162R‧‧‧反射光
166‧‧‧次影像
170‧‧‧控制器
180‧‧‧熱輻射偵測器系統
182‧‧‧熱輻射
198‧‧‧調變器
200‧‧‧收集光學系統
10‧‧‧產品晶圓
15‧‧‧氧化層
22‧‧‧上表面
OPE 、OPS ‧‧‧光學路徑區段
S0‧‧‧平台控制訊號
S1、S2‧‧‧控制訊號
SE‧‧‧熱發射電訊號
SM‧‧‧調變訊號
SPS‧‧‧功率電訊號/發射功率訊號
SR‧‧‧反射光訊號

Claims (20)

  1. 一種雷射退火系統，適用於對具有一晶圓表面之一半導體晶圓進行退火，包括：一主雷射系統，以一第一波長形成一主影像於該晶圓表面，其中該主影像增加在一第二波長之下的光吸收總量；一次雷射系統，以該第二波長形成一次影像於該晶圓表面，其中該次影像至少部分地座落於該主影像中；其中，該次雷射系統包含一掃描光學系統，該掃描光學系統以實質上介於1微秒至100微秒之範圍間的一駐留時間掃描該次影像於該晶圓表面，藉以使該晶圓表面達到實質上介於350℃與1250℃之間的一尖峰退火溫度TAP ；一熱輻射偵測器系統，可操作地設置以偵測來自位在該次影像之位置之該晶圓表面之熱輻射，並且產生一熱發射電訊號；一收集光學系統，可操作地設置以收集來自一次雷射光束的反射光並且產生一反射光電訊號，該次雷射光束的反射光係反射自位在該次影像之位置之該晶圓表面；一功率感應器，設置以量測該次雷射光束以及產生代表該次雷射光束之一功率電訊號；及一控制器，可操作地連接於該熱輻射偵測器系統、該收集光學系統、該功率感應器以及該次雷射系統，該控制器設置以接收及處理該熱發射電訊號、該功率電訊號以及該反射光電訊號，並且決定在該次影像之位置上之一晶圓 表面溫度TS 。
  2. 如請求項1所述之雷射退火系統，其中該熱輻射偵測器系統以及該掃描光學系統包含重疊的光學路徑區段。
  3. 如請求項1所述之雷射退火系統，其中該控制器係設置以根據所量測到之該晶圓表面溫度TS 來控制該次雷射光束之總功率。
  4. 如請求項3所述之雷射退火系統，其中該主影像與該次影像產生一尖峰退火溫度，該尖峰退火溫度在該半導體晶圓表面上的變異量不超過±3℃。
  5. 如請求項1所述之雷射退火系統，其中該掃描光學系統包含一掃描鏡，該掃描鏡可操作地連接於一鏡驅動器，其中該鏡驅動器可操作地連接於該控制器且被該控制器所控制。
  6. 如請求項1所述之雷射退火系統，其中該第一波長實質上係在300奈米至650奈米之範圍間。
  7. 如請求項1所述之雷射退火系統，其中該第二波長實質上係在500奈米至10.6微米之範圍間。
  8. 如請求項1至7任一項所述之超快速雷射退火系統，其中該次雷射系統包含一纖維雷射，該纖維雷射具有實質上在50瓦至5000瓦之範圍間之一輸出功率。
  9. 如請求項1所述之雷射退火系統，其中該半導體晶圓包含一裝置晶圓，該裝置晶圓具有一厚度，該厚度係選自：a)10微米至100微米之間或b)500微米至1000微米之間。
  10. 一種對具有一晶圓表面之一半導體晶圓執行退火的方 法，包含：在該晶圓表面上以一第一波長形成一主影像，其中該主影像增加在一第二波長下之光吸收量；在該晶圓表面上以該第二波長形成一次影像，其中該次影像至少部分地座落於該主影像中；以實質上介於1微秒至100微秒之間的一駐留時間掃描該次影像於該晶圓表面，使該晶圓表面達到實質上介於350℃與1250℃之範圍間之一尖峰退火溫度TAP ；量測一次雷射光束之一總功率，其中該次雷射光束係用以形成該次影像；量測來自被掃描之該次影像之位置之一熱發射量；量測來自該次影像之位置之一反射光總量，反射光係來自於該次雷射光束的反射；以取自一計算程序之一查找表來計算一晶圓表面溫度TS ；及控制用以形成該次影像之該次雷射光束的該總功率以保持該尖峰退火溫度的變異量於±3℃以內。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該第一波長實質上係在300奈米至650奈米之範圍間。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該第二波長實質上係在500奈米至10.6微米之範圍間。
  13. 一種雷射退火系統，適用於對具有一退火表面之一半導體晶圓執行退火，包含：一雷射，其產生一雷射光束，該雷射光束具有實質上 介於300奈米至650奈米之範圍間之一退火波長；一掃描光學系統，其接收該雷射光束並且於該退火表面掃描該雷射光束而成為一掃描影像，該掃描影像具有實質上介於1微秒至100微秒之範圍間之一駐留時間，藉以使該退火表面達到實質上介於350℃至1250℃之範圍間之一尖峰退火溫度；一熱輻射偵測器系統，可操作地設置以偵測來自位在該掃描影像之位置之該晶圓表面之熱輻射，並且產生一熱發射電訊號；一收集光學系統，可操作地設置以收集來自該雷射光束的反射光並且產生一反射光電訊號，該雷射光束的反射光係反射自位在該掃描影像之位置之該晶圓表面；一功率感應器，設置以量測該雷射光束以及產生代表該雷射光束之一功率電訊號；及一控制器，可操作地連接於該熱輻射偵測器系統、該收集光學系統、該功率感應器以及該掃描光學系統，該控制器設置以接收及處理該熱發射電訊號、該功率電訊號以及該反射光電訊號，並且決定在該掃描影像之位置上之一晶圓表面溫度TS 。
  14. 如請求項13所述之雷射退火系統，其中該半導體晶圓係為一產品晶圓，其形成自一裝置晶圓與一載體晶圓，其中該裝置晶圓定義該退火表面且具有實質上10微米至100微米之範圍間之一厚度。
  15. 如請求項13所述之雷射退火系統，其中該掃描光學系統 係設置為一F-theta掃描系統。
  16. 一種對具有一退火表面之一半導體晶圓執行退火之方法，包含：以一雷射光束形成一影像於該退火表面，該雷射光束具有實質上介於300奈米至650奈米之範圍間之一波長；以一駐留時間掃描該影像於該退火表面，藉以使該退火表面達到介於350℃至1250℃之範圍間之一尖峰退火溫度TAP ；量測該雷射光束之一總功率；量測來自被掃描之該影像之位置之一熱發射量；量測來自該影像之位置之一反射光總量，反射光係來自於該雷射光束的反射；以取自一計算程序之一查找表來計算一晶圓表面溫度TS ；及控制用以形成該影像之該雷射光束的該總功率以保持該尖峰退火溫度的變異量於±3℃以內。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該半導體晶圓係為一產品晶圓，該產品晶圓形成自一裝置晶圓與一載體晶圓，其中該裝置晶圓定義該退火表面且具有實質上介於10微米至100微米之範圍間之一厚度。
  18. 如請求項16所述之方法，其中掃描該影像係由一F-theta掃描光學系統來執行。
  19. 一種對承載於一半導體晶圓之一表面之一光阻層執行退火之方法，包含： 以一雷射光束形成一影像於該半導體晶圓之該表面上，該雷射光束具有實質上介於300奈米至1000奈米之間之一波長；以實質上介於100微秒至1毫秒之間之一駐留時間對該半導體晶圓之該表面掃描該影像，藉以使該光阻層達到實質上介於300℃至400℃之一尖峰退火溫度；量測該雷射光束之一總功率；量測來自被掃描之該影像之位置之一熱發射量；量測來自該影像之位置之一反射光總量，反射光係來自於該雷射光束的反射；以取自一計算程序之一查找表來計算一晶圓表面溫度TS ；及控制用以形成該影像之該雷射光束的該總功率以保持該尖峰退火溫度的變異量於±3℃以內。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該雷射光束以及半導體晶圓決定該半導體晶圓中之一熱擴散長度LDIFF 以及一相關聯的光學吸收深度DAD ，且其中該影像之掃描被執行以使得DAD <LDIFF 。
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