用於基板處理的雷射反射儀的製作方法
2023-05-03 00:14:21 1
用於基板處理的雷射反射儀的製作方法
【專利摘要】本發明的實施方式涉及用於在基板處理系統中控制雷射裝置以及與雷射裝置的運用相關的安全特徵的方法和設備。一個實施方式中，提供一種用於處理基板的系統。所述系統包括：腔室，所述腔室具有處理容積；第一雷射裝置，所述第一雷射裝置向所述處理容積中發射第一波長的射束；以及第二雷射裝置，所述第二雷射裝置向所述處理容積中發射第二波長的射束，其中所述第二波長與所述第一波長不同，並且所述第二雷射裝置包含濾光器，所述濾光器適於衰減所述第一波長和所述第二波長之一或兩者。
【專利說明】用於基板處理的雷射反射儀
【技術領域】
[0001]本發明的實施方式大體涉及用於基板處理系統中的雷射反射儀的方法和設備。更具體地，在此描述的實施方式涉及改善熱處理系統中雷射裝置以及與雷射裝置的運用相關的安全特徵的效能。
【背景技術】
[0002]半導體工業中通常會實行熱處理。半導體基板受到在許多轉換(transformation)情況下的熱處理，這些轉換包括柵源極、漏極和溝道結構的摻雜、活化和退火、矽化、結晶化、氧化和類似者。過去幾年以來，熱處理技術已從簡單的熔爐烘烤進展到各種形式的日益快速的熱處理，諸如RTP、尖峰(spike)退火和雷射退火。
[0003]常規的雷射退火工藝使用可為半導體或固態的雷射發射器。常用的方法是將雷射成像為線形或薄矩形圖像，所述線形或薄矩形圖像被掃描遍及基板(或所述基板相對於所述雷射移動)以處理基板的整個表面。
[0004]計量(metiOlogy)技術通常用於監測和控制退火工藝。一些常規的雷射退火工藝中，利用雷射反射儀來提供實時(real-time)的計量信息。雷射反射儀通常運用半導體雷射器(例如二極體雷射器)以及傳感器。來自半導體雷射器的光被導引朝向基板，並且由基板反射的光被傳感器接收。將來自傳感器的信息提供給用於監測和/或控制退火工藝的
裝直。
[0005]在退火工藝中使用多種雷射帶來了挑戰。來自用於退火的雷射發射器的光可能干涉來自半導體雷射器的光，這可能改變從半導體雷射器所發射的射束的性質。而且，傳感器可能會對超過來自半導體雷射器的射束相關的波長範圍的光敏感。因此，用於退火的來自雷射發射器的光可能導致計量信息的偏差。此外，半導體雷射器可能需要對射束進行調整，以確保射束與基板的特定目標區域對準和/或確保射束與傳感器對準。這些調整通常由人員手動執行。然而，來自半導體雷射器的射束的強度是在對人類視覺和/或人類皮膚有害的範圍內。因此，當調整射束時，需要有色的安全眼鏡和防護服。但是，有色的安全眼鏡可能使所關心的區域模糊並且可能需要人員移開所述眼鏡以觀看所關心的區域。移開安全眼鏡可能導致無意中暴露至來自半導體雷射器的光，這對人員造成安全風險。
[0006]因此，需要一些設備和方法用於控制雷射和來自雷射器的射束，以強化計量信息和管理安全風險。
【發明內容】
[0007]本發明的實施方式涉及用於在基板處理系統中控制雷射裝置以及與雷射裝置的運用相關的安全特徵的方法和設備。一個實施方式中，提供一種用於處理基板的系統。所述系統包括:腔室，所述腔室具有處理容積；第一雷射裝置，所述第一雷射裝置向所述處理容積中發射第一波長的射束；以及第二雷射裝置，所述第二雷射裝置向所述處理容積中發射第二波長的射束，其中所述第二波長大於所述第一波長，並且所述第二雷射裝置包含濾光器(filter)，所述濾光器適於衰減所述第一波長和所述第二波長之一或兩者。
[0008]另一個實施方式中，提供一種用於處理基板的系統。所述系統包括:腔室，所述腔室具有內部容積；第一雷射發射器，所述第一雷射發射器配置成向所述內部容積中發射處理射束(process beam);以及計量系統，所述計量系統設置成至少部分位於所述內部容積內。所述計量系統包含第二雷射發射器，所述第二雷射發射器包括:外殼(housing);雷射源，所述雷射源設置在所述外殼中，所述雷射源產生主要射束，所述主要射束被導引通過所述外殼中的孔；第一濾光器，所述第一濾光器設置在所述外殼上並且覆蓋所述孔；以及傳感器，所述傳感器具有第二濾光器，所述傳感器與所述主要射束通信，其中所述第一濾光器和所述第二濾光器對主要射束是透明的，並且衰減所述處理射束。
[0009]另一個實施方式中，提供一種用於處理基板的方法。所述方法包括以下步驟:朝基板的一部分發射第一波長的處理射束，朝所述基板的所述部分發射第二波長的主要射束，其中所述第二波長與所述第一波長不同；以及在傳感器內接收來自所述基板的反射射束，其中所述傳感器中所接收的所述反射射束基本上由所述第二波長構成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]可參照實施方式(一些實施方式描繪於附圖中)來詳細理解本發明的上述方面以及以上簡要概述的有關本發明的實施方式更特定的描述。然而，應注意附圖僅描繪本發明的典型實施方式，因而不應將這些附圖視為限制本發明的範圍，因為本發明可允許其他等效實施方式。
[0011]圖1是示出本發明的一個實施方式的熱處理腔室的示意性剖視圖。
[0012]圖2A和圖2B是可與圖1的計量系統一併運用的致動器機構的一個實施方式的側首1J視圖。
[0013]為了便於理解，已儘可能地使用相同的參考數字來標示各圖共有的的相同元件。預期在一個實施方式中所披露的元件可有利地用於其他實施方式，而無需特別敘述。
【具體實施方式】
[0014]在此描述的實施方式涉及在基板處理系統中的雷射裝置以及與雷射裝置的運用相關的安全特徵。所述基板處理系統示例性地描述為退火系統和工藝，但本發明的一些實施方式可應用於其他運用雷射裝置的系統和工藝。此外，在此描述的一個或更多個雷射裝置被示例性地描述為半導體雷射器，諸如二極體雷射器。但是，本發明的一些實施方式可應用於其他的雷射裝置，包括(但不限於)固態雷射器、準分子雷射器(excimer laser)或運用光學反饋以控制射束輸出的其他雷射裝置，以及需要人員周期性調整射束的其他雷射裝置。
[0015]圖1是示出本發明的一個實施方式的熱處理腔室100的示意性剖視圖。所述熱處理腔室100包含腔室主體102，所述腔室主體102包圍處理容積104。所述處理容積104包括基板支撐件106，所述基板支撐件106在熱處理期間(諸如退火處理)支撐基板108。熱處理腔室100也包括處理雷射系統110。所述處理雷射系統110包含雷射電源112、射束光學模塊114以及孔116，所述孔116提供處理射束118，所述處理射束118被導引朝向基板108。所述處理射束118通常被塑形並且調整尺寸以覆蓋基板108的相對較小的表面區域。因此，處理射束118與基板108必須在退火處理期間彼此相對移動以退火基板108。在示例性的熱處理腔室100中，所述基板支撐件106適於相對於處理射束118移動。在退火處理期間，所述基板支撐件106可以基於來自控制器的指令以X方向和Y方向移動。
[0016]處理雷射系統110可包括一個或更多個雷射裝置113，以提供處理射束118。所述處理射束118可以是連續式或脈衝式。所述射束光學模塊114可包括射束分離器、組合器、偏振器、放大器、均勻化(homogenizing)裝置以及鏡(mirror),以連續模式或脈衝模式產生處理射束118。處理射束118可穿過窗120，所述窗120設置在處理容積104中，所述窗120位於孔116與基板108之間。窗120通常對來自處理射束118的光有透射性，並且使處理射束118得以穿過所述窗120，以在退火處理期間於基板108上形成加熱區域121。窗120提供護罩(shield)以防止來自基板108的加熱區域121的碎片沉積在孔116上以及處理容積104中的其他表面上。儘管圖中並未示出，熱處理腔室100可包括超過一個處理雷射系統110，用於提供可用在退火處理中的多種處理射束。
[0017]熱處理腔室100也包括計量系統122，所述計量系統122包括發射器124和傳感器126。所述發射器124包含外殼127，所述外殼127含有雷射裝置，所述雷射裝置朝基板108發射主要射束128。主要射束128可穿過所述窗120並且實質上與基板108的加熱區域121中的處理射束118相交。從基板108的加熱區域121反射副射束130至傳感器126。主要射束128和/或副射束130可相對於處理射束118呈約30度至約50度的角度。計量系統122可運用發射器124和傳感器126以監測基板108的加熱區域121的溫度的改變、監測基板108的加熱區域121的反射率的改變以及監測上述兩者的組合，以監測和控制退火工藝。來自傳感器126的信號被傳達至控制器，所述控制器可調整工藝參數，諸如處理射束118的強度、基板支撐件106的方向和/或速度以及前述參數的組合。
[0018]處理容積104通常包括不幹涉與處理射束118 (以及主要射束128和副射束130)相關的波長的氣氛(atmosphere)。因此，處理容積104可耦接至真空泵(圖中未示出)和/或耦接至氣源，所述氣源可將惰性氣體提供至處理容積104。
[0019]一個實施方式中，處理射束118包含約495nm與約570nm之間的波長，例如約532nm。本實施方式中，處理射束118可以是綠光。然而，處理射束118可以是藍光(例如處於約450nm至495nm的波長)或紅光(例如處於約620nm至750nm的波長)。來自發射器124的主要射束128包含與處理射束118的波長不同的波長。因為在退火處理期間基板108可能於加熱區域121發出輻射，主要射束128也可包含與基板108的加熱區域121上可能產生的光不同的波長。傳感器126對主要射束128的波長敏感。可基於處理射束118的波長和/或可能在基板108的加熱區域121處產生的任何波長來確定主要射束128的波長。處理射束118與主要射束128之間的有所差異的波長(即，不同顏色)儘可能地減少處理射束118與主要射束128之間的串擾(cross-talk)，也儘可能地減少檢測到處於對計量目的非必要的波長的任何光。
[0020]例如，若處理射束118是綠光，則主要射束128可包含紅光(例如約620nm至約750nm的波長，諸如約658nm)。主要射束128的波長不限於紅光，並且可以是與處理射束118的波長和/或在基板108的加熱區域121上可能產生的任何波長有所不同的任何波長。
[0021]傳感器126也能夠經由副射束130接收主要射束128的波長處(或主要射束128的波長附近)的波長。然而，傳感器126可能對超過主要射束128波長範圍的波長敏感。例如，傳感器126可對更大範圍的波長敏感,所述波長諸如介於約200nm至約IOOOnm之間。儘管更大範圍的波長使傳感器126得以接收主要射束128的波長，然而也可檢測到其他波長。例如，傳感器126可對處理射束118的波長和/或在基板108的加熱區域121產生的波長敏感。由傳感器126檢測到的其他波長可能對計量使用是非必要的，並且可能進一步導致計量信息的偏差。
[0022]本發明的一個實施方式中，運用濾光器衰減對計量目的非必要的波長。一個方面中，傳感器126可包含濾光器132，所述濾光器132用於將傳感器126接收的波長僅限制在用於計量工藝中的那些波長。另一方面中，窗120可包含過濾區域134，所述過濾區域134設置成至少部分地圍繞所述窗120的周邊。所述過濾區域134通常定位在副射束130的路徑中。過濾區域134用於限制副射束130的波長，從而阻擋任何來自基板108的加熱區域121的、非計量工藝中所用的光。
[0023]濾光器132和過濾區域134的實施方式用於阻擋非必要的波長和/或可能對計量測定不利的光。濾光器132和過濾區域134可以是不透明的構件，所述不透明的構件對特定波長具透射性但會衰減其他波長。濾光器132和過濾區域134的實例包括帶通濾光器、陷波(notch)濾光器、高通濾光器、低通濾光器以及前述濾光器的組合。一個實施方式中，當主要射束128包含紅光時，濾光器132和/或過濾區域134可包含有色玻璃，所述有色玻璃對紅光具透射性並且衰減除紅光以外的任何光。特定實例中，濾光器132和/或過濾區域134包含RG610玻璃濾光器。
[0024]發射器124也可能受到來自處理射束118的光和/或來自基板108的加熱區域121的光的影響。例如，發射器124可包括光路(optical circuit) 125,所述光路125用於控制主要射束128的射束調製(modulation)和強度。光路125被配置以監測輸出射束的實時波長和強度，並且基於對主要射束128的監測而調整射束的調製和強度。光路125可以是鏡、光檢測器或其他光學或光電儀器，適於檢測光並且將所檢測的光的計量提供至控制器。然而，發射器124的光路125可能對超過與主要射束128相關的波長範圍的光敏感。因此，發射器124可能受到來自處理射束118的光和/或來自基板108的加熱區域121的光的影響，這可能導致對輸出的主要射束128進行不必要的調整。
[0025]發射器124包含濾光器136，以減緩對主要射束128進行不必要的調整，此不必要的調整可為由來自處理射束118的光和/或來自基板108的加熱區域121的光之間的串擾所導致。濾光器136可以是不透明的構件，所述不透明的構件對特定波長具透射性但會衰減光路可能敏感的其他波長，從而限制由光路接收的波長。濾光器136的實例包括帶通濾光器、陷波濾光器、高通濾光器、低通濾光器以及前述濾光器的組合。一個實施方式中，當主要射束128包含紅光時，濾光器136可包含有色玻璃，所述有色玻璃對紅光具透射性並且衰減除紅光以外的任何光。特定實例中，濾光器136包含RG610玻璃濾光器。
[0026]熱處理腔室100也包含稱接至腔室主體102的維護門(service door) 138。所述維護門138可選擇性開啟以提供對處理容積104的進出，用於維護和/或維修熱處理腔室100。維護門138可開啟以提供人員進出，用於調整計量系統122。
[0027]維護門138與開關裝置140通信。開關裝置140與控制器通信。當維護門138開啟時，信號被發送至控制器以關閉處理雷射系統110。此外，開關裝置140將信號提供給控制器以將副濾光器142定位在發射器124的孔144附近。設置副濾光器142做為安全機構，此安全機構適於將主要射束128衰減至對人類視覺和人類皮膚安全的水平。副濾光器142衰減主要射束128，這使人員得以無需有色安全眼鏡和其他保護裝置就能調整計量系統122。副濾光器142可將主要射束128衰減至與商用雷射指示器(laser pointer)的強度相等或更低的強度，所述商用雷射指示器諸如為等級1、等級1M、等級2或等級2M的雷射指示器，由標準60825-1所限定，此標準由國際電工委員會(International ElectrotechnicalCommission(IEC))所頒布。副濾光器142可稱接至致動器機構146,所述致動器機構146適於將副濾光器142從第一位置移動到第二位置，所述第一位置不接觸主要射束128，所述第二位置衰減主要射束128。致動器機構146可包含耦接至樞轉(pivoting)裝置或線性滑動裝置(圖1未示出這兩個裝置)的控制器(圖1未示出)。
[0028]圖2A和圖2B是可與圖1的計量系統122 —並運用的致動器機構146的一個實施方式的側剖視圖。圖2A示出位於處理位置的致動器機構146，在所述處理位置副濾光器142不接觸主要射束128。圖2B示出位於維護位置的致動器機構146，在所述維護位置副濾光器142至少部分地阻擋主要射束128。
[0029]本實施方式中，致動器機構146包含樞轉構件200。所述樞轉構件200耦接至基座202，所述基座202可通過緊固件耦接至腔室主體102 (在圖1中示出)，所述緊固件諸如為螺栓或螺釘。樞轉構件200包括稱接至軸204的近端(proximal end)。軸204稱接至電動機206，所述電動機206基於來自控制器的指令，將軸204和樞轉構件200旋轉呈約45度的角度。樞轉構件200的遠端(distal end)包含帽件208，所述帽件208含有副濾光器142。
[0030]當維護門138 (在圖1中示出)開啟時，帽件208移動至鄰近於發射器124的孔144的位置，如圖2B所示。一個實施方式中，樞轉構件200為手動控制,諸如通過與電動機206通信的開關，此開關由操作者控制。另一個實施方式中，當維護門138開啟時，控制器致動電動機206。這些實施方式中，樞轉構件200被致動以將帽件208擺動至鄰近於發射器124的孔144的位置。在此位置，主要射束128被副濾光器142衰減成衰減射束210。所述衰減射束210所具有的強度比主要射束128的強度低約2個數量級。當主要射束128被副濾光器142削弱時，衰減射束210仍足夠強以用於計量系統122的調整。因此，人員可不用擔心受傷而調整計量系統122並且執行熱處理腔室100的處理容積104內的任何其他維修或維護。當維護門138關閉時，控制器致動電動機206以將樞轉構件200和帽件208移動至一位置，所述位置遠離發射器124的孔144，如圖2A所示。在此位置，主要射束128為無衰減的，並且計量系統122可於退火處理期間正常運轉。
[0031]圖2A和圖2B也示出發射器124和光路125的一個實施方式。正常操作中，主要射束128由設置在發射器124的外殼127中的雷射源所提供，並且主要射束128由光電儀器214監測。關於主要射束128的性質的信息被提供至內部控制器216。所述內部控制器216基於來自光電儀器214的信息而調整對雷射源的功率施加。當主要光源為主要射束128時，發射器124適當地運轉。然而，當存在另一個光源時,光路125可能記錄(register)基於其他光源的不正確的信號(false signal),這導致內部控制器216錯誤地(errantly)調整主要射束128。如圖2A所示，周圍光(ambient light) 212可被導引朝向發射器124的孔144。周圍光212可以是來自處理射束118和/或基板108的加熱區域121的光，如圖1所示。如果周圍光212進入發射器124，則周圍光212可能被光電儀器214檢測到，並且可能基於來自光電儀器214的錯誤的信號調整主要射束128。然而，設置在發射器124上的濾光器136防止周圍光212進入外殼127並且防止在光路125中產生不正確的信號。
[0032]雖然前述內容涉及本發明的實施方式，然而可不背離本發明基本範圍設計其他和進一步的本發明的實施方式，並且本發明的範圍由隨後的要求保護的範圍所確定。
【權利要求】
1.一種用於處理基板的系統，所述系統包含: 腔室，所述腔室具有處理容積； 第一雷射裝置，所述第一雷射裝置向所述處理容積中發射第一波長的射束；以及第二雷射裝置，所述第二雷射裝置向所述處理容積中發射第二波長的射束，其中所述第二波長大於所述第一波長，並且所述第二雷射裝置包含濾光器，所述濾光器適於衰減所述第一波長和所述第二波長之一或兩者。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述濾光器包含第一濾光器，所述第一濾光器衰減所述第一波長。
3.如權利要求2所述的系統，其中所述第一濾光器設置在所述第二雷射裝置的射束路徑中。
4.如權利要求2所述的系統，其中所述濾光器包含第二濾光器，所述第二濾光器選擇性地衰減所述第二波長。
5.如權利要求4所述的系統，其中所述第二濾光器耦接至致動器。
6.如權利要求5所述的系統，其中所述致動器耦接至樞轉構件，所述樞轉構件至少部分含有所述第二濾光器。
7.如權利要求1所述的系統，其中所述第二雷射裝置與傳感器通信，所述傳感器設置在所述處理容積中。
8.如權利要求7所述的系統，其中所述傳感器包含濾光器，所述濾光器衰減所述第一波長。
9.一種用於處理基板的系統，所述系統包含: 腔室，所述腔室具有內部容積； 第一雷射發射器，所述第一雷射發射器配置成向所述內部容積中發射處理射束；以及 計量系統，所述計量系統設置成至少部分位於所述內部容積內，所述計量系統包含: 第二雷射發射器，所述第二雷射發射器包含: 夕卜殼; 雷射源，所述雷射源設置在所述外殼中，所述雷射源產生主要射束，所述主要射束被導引通過所述外殼中的孔； 第一濾光器，所述第一濾光器設置在所述外殼上並且覆蓋所述孔；以及傳感器，所述傳感器具有第二濾光器，所述傳感器與所述主要射束通信，其中所述第一濾光器和所述第二濾光器對所述主要射束是透明的並且衰減所述處理射束。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述外殼設置在所述內部容積中。
11.如權利要求9所述的系統，其中所述第二雷射發射器進一步包含第三濾光器。
12.如權利要求11所述的系統，其中所述第三濾光器可移動地耦接至所述外殼。
13.如權利要求11所述的系統，其中所述第三濾光器衰減所述主要射束。
14.如權利要求9所述的系統，其中所述第二雷射發射器設置在所述內部容積中。
15.如權利要求9所述的系統，其中所述傳感器設置在所述內部容積中。
【文檔編號】H01L21/26GK103959442SQ201280057787
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月15日 優先權日:2011年12月7日
【發明者】西奧多·P·莫菲特 申請人:應用材料公司