專利名稱：輻照脈沖熱處理方法和設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對例如半導體晶片等工件進行熱處理的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多應用涉及對工件進行熱處理。例如，在制造微處理器和其它計算機芯片等半
導體芯片時，硅晶片等半導體晶片經(jīng)受離子植入過程，離子植入過程將雜質(zhì)原子或摻雜劑
引入晶片的器件側(cè)的表面區(qū)域中。離子植入過程破壞晶片的表面區(qū)域的晶格結(jié)構(gòu)，并將植
入的摻雜劑原子留置在間隙位置，其中植入的摻雜劑原子在間隙位置是電非激活的。為了
將摻雜劑原子移入晶格中的替代位置以使得其電激活并修補在離子植入期間發(fā)生的對晶
格結(jié)構(gòu)的破壞，有必要通過將晶片的器件側(cè)的表面區(qū)域加熱至高溫來對其進行退火。 然而，使用現(xiàn)有技術(shù)，對器件側(cè)進行退火所需的高溫也傾向于產(chǎn)生非期望的效應。
例如，在高溫下，摻雜劑原子向硅晶片內(nèi)較深地擴散傾向于以高得多的速率發(fā)生，其中大部
分擴散發(fā)生在激活摻雜劑所需的高退火溫度附近。幾十年前，擴散不是大的障礙，那時占
主導地位的較大且厚的器件尺寸可以這樣來制造簡單地將整個晶片等溫地加熱至退火溫
度，然后將其保持在退火溫度一段較長的時間，例如幾分鐘或甚至幾小時。 然而，鑒于穩(wěn)定增長的對更高性能和更小器件尺寸的需求，現(xiàn)在有必要制造越來
越淺且陡峭的結(jié)。結(jié)果，過去會被認為可忽略甚至目前仍可容忍的擴散深度在接下來數(shù)年
或之后將不再是可容忍的。 考慮到以上困難，共有美國專利6， 594， 446、6， 941， 063和6， 936， 692(通過引用將它們合并于此)公開了對半導體晶片進行退火的各種方法，例如閃光輔助快速熱處理(fRTpTM)循環(huán)。fRTpTM循環(huán)的一個例子可涉及以比通過晶片的熱傳導速率慢的升溫速率將整個晶片預熱至中間溫度，然后以比熱傳導速率快得多的速率加熱晶片的器件側(cè)，這可以通過將器件側(cè)暴露于輻照閃光來實現(xiàn)。作為一個說明性例子，通過用弧光燈輻照襯底側(cè)從而以例如每秒15(TC的速率加熱整個晶片，可以將晶片預熱至例如60(TC的中間溫度。然后，可以將器件側(cè)暴露于來自閃光燈的高強度閃光比如1毫秒閃光，以僅將器件側(cè)加熱至例如130(TC的退火溫度。由于在閃光期間器件側(cè)的快的加熱速率(超過105°C /秒)，晶片本體仍處于中間溫度并擔當在閃光后冷卻器件側(cè)的熱沉。這樣的過程可實現(xiàn)期望的退火溫度，同時有利地最小化在中間溫度以上的停留時間，由此控制摻雜劑擴散。調(diào)整中間溫度可改變擴散量，而改變峰值溫度可控制例如激活。 共有美國專利申請公布號US2005/0063453[SJF1]、 US2006/0096677[SJF2]和US2007/0069161^^(通過引用將它們合并于此)公開了對這樣的過程的各種改進，尤其包括在輻照閃光的初始部分期間對器件側(cè)進行實時溫度測量以及基于測得的溫度對輻照閃光的剩余部分進行實時反饋控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人認識到，實現(xiàn)了更大量的期望高溫過程反應(例如摻雜劑激活)的改進過程將產(chǎn)生改進的產(chǎn)品。然而，同時，增加期望高溫過程反應的愿望必須與最小化或控制其它不太期望或非期望的過程的愿望相平衡，以便實現(xiàn)具有越來越淺且陡峭的結(jié)的越來越小的器件。 —般而言，這樣的高溫過程的結(jié)果(即，已發(fā)生的期望反應的量)將取決于溫度和時間二者，所以較高溫度下的較短時間可與較低溫度下的較長時間產(chǎn)生相同的結(jié)果。因此，一般而言，可以通過提高溫度和/或增加熱循環(huán)的持續(xù)時間來增加期望反應的量。
然而，對于某些應用，也許不能簡單地提高反應溫度。例如，當對半導體晶片的器件側(cè)進行退火時，通常不希望或不允許熔化器件側(cè)。因此，晶片的熔點(在大氣壓下對于硅約為1414°C )施加了最大過程溫度。器件的其它組件在低于熔點的溫度下將遭受損壞。結(jié)果，將過程溫度提高到現(xiàn)有退火溫度(通常約105(TC至約1350°C )以上的能力受到固有的限制。 相反，本發(fā)明人斷定，對于某些應用，簡單地增加熱循環(huán)的持續(xù)時間也可能是不利的。例如，在半導體晶片的閃光輔助快速熱處理(fRTpTM)中，熱循環(huán)的相關(guān)部分的持續(xù)時間可通過伸長或擴展輻照閃光的時間脈沖寬度(即持續(xù)時間)來增加。這可例如這樣來實現(xiàn)增大閃光燈用來放電的電路徑的電感和/或電容從而使得脈沖更緩慢地上升和下降，并與之相稱地增大用來生成閃光的存儲電荷(由于對于給定的峰值溫度，脈沖總能量大致與放電時間的平方根成比例，所以脈沖寬度的每次加倍將需要增加約40%的存儲能量以實現(xiàn)相同的峰值溫度或幅度)。然而，不利的是，以這種方式擴展閃光的持續(xù)時間不僅允許在更長的閃光自身期間發(fā)生更大的非期望擴散，而且還供給晶片更多的熱能并允許花費更多的時間來使該增加的熱能傳導入晶片本體，從而升高晶片的本體溫度。因此，當閃光結(jié)束時，經(jīng)閃光加熱的器件側(cè)與晶片本體之間的溫度差減小，從而導致器件側(cè)在閃光后冷卻地緩慢。這一減速的冷卻和升高的本體溫度允許發(fā)生進一步的非希望的摻雜劑擴散。當脈沖寬度被擴展從而接近晶片的熱傳導時間時，過程(期望的和非期望的過程)的結(jié)果傾向于接近其中晶片在所有時間都保持在均一溫度的更常規(guī)的等溫過程的結(jié)果，從而達不到閃光輔助RTP的目的而產(chǎn)生非期望的深度和彌漫度的摻雜劑擴散。另外，脈沖寬度的這種時間伸長傾向于顯著縮短閃光燈的電極的工作壽命，并且還可造成例如高功率水墻閃光燈的過早自熄滅等其它問題。 為了解決這些問題，根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例，提供了一種對工件進行熱處理的方法。該方法包括生成入射到工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分。初始加熱部分和后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于工件的熱傳導時間。初始加熱部分將目標表面區(qū)域加熱至期望溫度，而后續(xù)維持部分將目標表面區(qū)域保持在自期望溫度起的期望范圍內(nèi)。工件可包括半導體晶片。 因此，與簡單地伸長常規(guī)輻照脈沖不同，提供了一種新穎的脈沖形狀，其中將目標表面區(qū)域加熱至期望溫度的初始加熱部分后接將目標表面區(qū)域保持在自期望溫度起的期望范圍內(nèi)的后續(xù)維持部分，并且其中初始和后續(xù)部分的組合持續(xù)時間少于工件的熱傳導時間。有利地，這種脈沖可顯著地增加目標表面區(qū)域在自期望溫度起的小于5(TC的期望范圍 內(nèi)的停留時間，從而與之相稱和顯著地增加高溫過程反應(如摻雜劑激活)的期望量，而不 顯著增加脈沖的總能量或總持續(xù)時間(10%至10% )。結(jié)果，工件的平均本體溫度仍然較冷 且加熱了的表面因此較快地冷卻，從而與簡單地伸長常規(guī)脈沖的持續(xù)時間來實現(xiàn)期望的過 程反應相比最小化了非期望的反應(如摻雜劑擴散)。而且，與時間上伸長的常規(guī)脈沖形狀 相比，這種新穎的脈沖形狀需要明顯更少的能量來生成，因為該脈沖中的能量與脈沖持續(xù) 時間的平方根成比例地增加。 初始加熱部分和后續(xù)維持部分可以是非對稱的。 維持部分可向目標表面區(qū)域遞送足以對從目標表面區(qū)域到工件體內(nèi)的熱傳導進 行補償?shù)墓β省?維持部分還可進一步向目標表面區(qū)域遞送足以對通過目標表面區(qū)域與其環(huán)境之 間的熱輻射和傳導而進行的熱交換進行補償?shù)墓β省?維持部分可以以例如至少IX 102W/cm2的速率向目標表面區(qū)域遞送功率。
期望范圍可以是自期望溫度起的約5X1(TC內(nèi)。例如，期望范圍可以是自期望溫 度起的約1 X IO"C內(nèi)。作為一個更具體的例子，期望范圍可以是自期望溫度起的約3°C內(nèi)。
組合持續(xù)時間可使得輻照脈沖的半高全寬(FWHM)小于工件的熱傳導時間的一 半。例如，F(xiàn)WHM可以是約2ms。 組合持續(xù)時間可使得輻照脈沖的四分之一高全寬(FWQM)小于工件的熱傳導時間 的一半。例如，F(xiàn)WQM可以是約3ms。 可替選地，組合持續(xù)時間可使得輻照脈沖的四分之一高全寬(FWQM)大于工件的 熱傳導時間的一半。例如，F(xiàn)WQM可以是約1X10—2s。 目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)，且所述生成可包括使用多個閃光燈生 成輻照脈沖。 所述生成可包括在輻照脈沖開始時間點亮多個閃光燈中的至少一個，隨后點亮 多個閃光燈中的至少另一個。例如，所述生成可包括在輻照脈沖開始時間同時點亮多個閃 光燈中的至少兩個。 作為又一個例子，所述隨后點亮可包括隨后在輻照脈沖開始時間后的第一時間 間隔處點亮多個閃光燈中的至少第一另一個，并隨后在輻照脈沖開始時間后的第二時間間 隔處點亮多個閃光燈中的至少第二另一個。例如，第一和第二時間間隔可分別是在輻照脈 沖開始時間后的約1毫秒和約2毫秒。更具體地，第一和第二時間間隔可分別是在輻照脈 沖開始時間后的約0. 8毫秒和約1. 8毫秒。 可替選地，目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)的區(qū)域片段，且生成輻照脈 沖可包括使具有非對稱空間輪廓的激光束在少于工件的熱傳導時間的時間內(nèi)掃過該區(qū)域 片段。 因此，在該實施例中，生成初始加熱部分可包括使激光束的第一空間部分掃過該 區(qū)域片段，且生成后續(xù)維持部分可包括使激光束的第二空間部分掃過該區(qū)域片段，其中第 一空間部分和第二空間部分是非對稱的。 該方法可進一步包括在生成輻照脈沖之前先將工件預熱至低于期望溫度的中間 溫度。
該方法可進一步包括對指示輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個
參數(shù)進行監(jiān)視，并響應于該至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正輻照脈沖。 所述修正可包括在該至少一個參數(shù)比預期值大了閾值差異以上的情況下縮短后
續(xù)維持部分的持續(xù)時間。 相反，所述修正可包括在預期值比該至少一個參數(shù)大了閾值差異以上的情況下加 長后續(xù)維持部分的持續(xù)時間。 根據(jù)本發(fā)明的另一個說明性實施例，提供了一種對工件進行熱處理的設備。該設 備包括輻照脈沖生成系統(tǒng)和處理器電路，處理器電路被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)生成 入射到工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分。初始加熱部分 和后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于工件的熱傳導時間。初始加熱部分將目標表面區(qū)域加 熱至期望溫度，而后續(xù)維持部分將目標表面區(qū)域保持在自期望溫度起的期望范圍內(nèi)。工件 可包括半導體晶片。 處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)使得初始加熱部分和后續(xù)維持部 分是非對稱的。 處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)使得維持部分向目標表面區(qū)域遞 送足以對從目標表面區(qū)域到工件體內(nèi)的熱傳導進行補償?shù)墓β省?處理器電路可進一步被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)使得維持部分向目標表面 區(qū)域遞送足以對通過目標表面區(qū)域與其環(huán)境之間的熱輻射和傳導而進行的熱交換進行補 償?shù)墓β省?處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)使得維持部分以例如至少 IX 102W/cm2的速率向目標表面區(qū)域遞送功率。 期望范圍可以是自期望溫度起的約5X1(TC內(nèi)。例如，期望范圍可以是自期望溫 度起的約1 X IO"C內(nèi)。作為一個更具體的例子，期望范圍可以是自期望溫度起的約3°C內(nèi)。
處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)使得包括初始加熱部分和后續(xù)維 持部分的輻照脈沖的半高全寬(FWHM)小于工件的熱傳導時間的一半。例如，F(xiàn)WHM可以是 約2ms。 處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)使得輻照脈沖的四分之一高全寬 (FWQM)小于工件的熱傳導時間的一半。例如，F(xiàn)WQM可以是約3ms。 可替選地，處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)使得輻照脈沖的四分之
一高全寬(FWQM)大于工件的熱傳導時間的一半。例如，F(xiàn)WQM可以是約1X10—2s。 目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)，且輻照脈沖生成系統(tǒng)可包括多個閃光燈。 處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)通過在輻照脈沖開始時間點亮多 個閃光燈中的至少一個、并通過隨后點亮多個閃光燈中的至少另一個來生成輻照脈沖。
處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)在輻照脈沖開始時間同時點亮多 個閃光燈中的至少兩個。 處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)隨后在輻照脈沖開始時間后的第 一時間間隔處點亮多個閃光燈中的至少第一另一個，并隨后在輻照脈沖開始時間后的第二 時間間隔處點亮多個閃光燈中的至少第二另一個。
第一和第二時間間隔可分別是在輻照脈沖開始時間后的約1毫秒和約2毫秒。更 具體地，第一和第二時間間隔可分別是在輻照脈沖開始時間后的約0. 8毫秒和約1. 8毫秒。
目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)的區(qū)域片段，且輻照脈沖生成系統(tǒng)可包 括被配置成生成具有非對稱空間輪廓的激光束的掃描激光器。處理器電路可被配置成通過 控制掃描激光器使具有非對稱空間輪廓的激光束在少于工件的熱傳導時間的時間內(nèi)掃過 該區(qū)域片段來生成輻照脈沖。 處理器電路可被配置成控制掃描激光器通過使激光束的第一空間部分掃過該區(qū) 域片段來生成初始加熱部分，并通過使激光束的第二空間部分掃過該區(qū)域片段來生成后續(xù) 維持部分，其中第一空間部分和第二空間部分是非對稱的。 該設備可進一步包括預熱系統(tǒng)，且處理器電路可被配置成控制預熱系統(tǒng)在輻照脈 沖生成系統(tǒng)的激活之前先將工件預熱至低于期望溫度的中間溫度。 該設備可進一步包括測量系統(tǒng)，且處理器電路可被配置成與測量系統(tǒng)協(xié)作以對指 示輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視，并控制輻照脈沖生成 系統(tǒng)響應于該至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正輻照脈沖。 處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)通過在該至少一個參數(shù)比預期值 大了閾值差異以上的情況下縮短后續(xù)維持部分的持續(xù)時間來修正輻照脈沖。相反，處理器 電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)通過在預期值比該至少一個參數(shù)大了閾值差異以 上的情況下加長后續(xù)維持部分的持續(xù)時間來修正輻照脈沖。 根據(jù)本發(fā)明的另一個說明性實施例，提供了一種對工件進行熱處理的設備。該設 備包括用于生成入射到工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分的裝置；以及 用于生成入射到工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的后續(xù)維持部分的裝置。初始加熱部分 和后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于工件的熱傳導時間。初始加熱部分將目標表面區(qū)域加 熱至期望溫度，而后續(xù)維持部分將目標表面區(qū)域保持在自期望溫度起的期望范圍內(nèi)。工件 可包括半導體晶片。 根據(jù)本發(fā)明的另一個說明性實施例，提供了一種對工件進行熱處理的方法。該方 法包括生成入射到工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分。 初始加熱部分和后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于工件的熱傳導時間。該方法進一步包 括對指示輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視，并響應于該 至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正輻照脈沖。工件可包括半導體晶片。
有利地，通過對指示輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的參數(shù)進行監(jiān)視、然 后響應于該至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正輻照脈沖，可修正脈沖以確保實現(xiàn)期 望熱過程的期望量。因此，與響應于監(jiān)視過程溫度而不是監(jiān)視期望過程的當前完成量而修 正脈沖的上述共有美國專利申請公布號US 2005/0063453相比，可實現(xiàn)過程一致性和可重 復性方面的進一步改進。 所述修正可包括在該至少一個參數(shù)比預期值大了閾值差異以上的情況下縮短后 續(xù)維持部分的持續(xù)時間。 例如，目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)，所述生成可包括使用多個閃光 燈生成輻照脈沖，且縮短輻照脈沖的持續(xù)時間可包括過早熄滅由多個閃光燈中的至少一個 產(chǎn)生的輻照閃光。
可替選地，目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)的區(qū)域片段，生成輻照脈沖 可包括使具有非對稱空間輪廓的激光束在少于工件的熱傳導時間的時間內(nèi)掃過該區(qū)域片 段，且修正輻照脈沖可包括減小由激光束供給該區(qū)域片段的功率。 可替選地，所述修正可包括在預期值比該至少一個參數(shù)大了閾值差異以上的情況 下加長后續(xù)維持部分的持續(xù)時間。 例如，目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)，所述生成可包括使用多個閃光 燈生成輻照脈沖，且加長后續(xù)維持部分的持續(xù)時間可包括增大多個閃光燈中的至少一個可 用來放電的電路徑的電感。 可替選地，目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)的區(qū)域片段，生成輻照脈沖 可包括使具有非對稱空間輪廓的激光束在少于工件的熱傳導時間的時間內(nèi)掃過該區(qū)域片 段，且修正輻照脈沖可包括增大由激光束供給該區(qū)域片段的功率。 根據(jù)本發(fā)明的另一個說明性實施例，提供了一種對工件進行熱處理的設備。該設 備包括輻照脈沖生成系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和處理器電路。處理器電路被配置成控制輻照脈沖生 成系統(tǒng)生成入射到工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分。初 始加熱部分和后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于工件的熱傳導時間。處理器電路被配置 成與測量系統(tǒng)協(xié)作以對指示輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行 監(jiān)視，并控制輻照脈沖生成系統(tǒng)響應于該至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正輻照脈 沖。工件可包括半導體晶片。 處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)通過在該至少一個參數(shù)比預期值
大了閾值差異以上的情況下縮短后續(xù)維持部分的持續(xù)時間來修正輻照脈沖。 例如，目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)，輻照脈沖生成系統(tǒng)可包括多個
閃光燈，且處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)通過過早自熄滅由多個閃光燈中
的至少一個產(chǎn)生的輻照閃光來縮短輻照脈沖的持續(xù)時間。 可替選地，目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)的區(qū)域片段，輻照脈沖生成 系統(tǒng)可包括被配置成生成具有非對稱空間輪廓的激光束的掃描激光器，處理器電路可被配 置成通過控制掃描激光器使具有非對稱空間輪廓的激光束在少于工件的熱傳導時間的時 間內(nèi)掃過該區(qū)域片段來生成輻照脈沖，且處理器電路可被配置成控制掃描激光器通過減小 由激光束供給該區(qū)域片段的功率來修正輻照脈沖。 可替選地，處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)通過在預期值比該至少 一個參數(shù)大了閾值差異以上的情況下加長后續(xù)維持部分的持續(xù)時間來修正輻照脈沖。
例如，目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)，輻照脈沖生成系統(tǒng)可包括多個 閃光燈，且處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)通過增大多個閃光燈中的至少一 個可用來放電的電路徑的電感來加長后續(xù)維持部分的持續(xù)時間。 可替選地，目標表面區(qū)域可包括半導體晶片的器件側(cè)的區(qū)域片段，輻照脈沖生成 系統(tǒng)可包括被配置成生成具有非對稱空間輪廓的激光束的掃描激光器，處理器電路可被配 置成通過控制掃描激光器使具有非對稱空間輪廓的激光束在少于工件的熱傳導時間的時 間內(nèi)掃過該區(qū)域片段來生成輻照脈沖，且處理器電路可被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)通 過增大由激光束供給該區(qū)域片段的功率來修正輻照脈沖。 根據(jù)本發(fā)明的另一個說明性實施例，提供了一種對工件進行熱處理的設備。該設備包括用于生成入射到工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分的裝置；以及 用于生成入射到工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的后續(xù)維持部分的裝置。初始加熱部分 和后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于工件的熱傳導時間。該設備進一步包括用于對指示 輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視的裝置；以及用于響應于 該至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正輻照脈沖的裝置。工件可包括半導體晶片。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在結(jié)合附圖閱讀了以下對本發(fā)明的多個具體實施例的描 述后，將容易明白本發(fā)明的其它方面和特征。


在說明本發(fā)明的多個實施例的附圖中， 圖1是示出有兩個豎直前側(cè)壁被移除的根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的快速熱處理 (RTP)系統(tǒng)的透視圖； 圖2是圖1所示系統(tǒng)的快速熱處理系統(tǒng)計算機(RSC)的塊圖； 圖3是具有初始加熱部分和后續(xù)維持部分的示例輻照脈沖的輻照功率與時間的
關(guān)系的曲線圖； 圖4是由圖1所示系統(tǒng)執(zhí)行的快速熱處理(RTP)例程的流程圖； 圖5是由圖l所示系統(tǒng)生成的具有初始加熱部分和后續(xù)維持部分的輻照脈沖的輻
照功率與時間的關(guān)系的曲線圖； 圖6是工件的目標表面區(qū)域在經(jīng)受圖5所示輻照脈沖時的溫度的曲線圖；
圖7是本發(fā)明的第二實施例的超快輻射計的塊圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的快速熱處理(RTP)系統(tǒng)的閃光燈的功率控制電 路的電路圖； 圖9是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的由圖1所示系統(tǒng)執(zhí)行的快速熱處理(RTP)例程 的流程圖； 圖10是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的快速熱處理(RTP)系統(tǒng)的表示圖； 圖11是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的用于生成輻照脈沖的激光束的空間輪廓的曲
線圖；以及 圖12是可使用本發(fā)明的多個說明性實施例實現(xiàn)的摻雜劑激活與可使用常規(guī)輻照 脈沖并從經(jīng)修正的伸長的常規(guī)脈沖實現(xiàn)的摻雜劑激活的曲線比較圖。
具體實施例方式
參照圖l，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的對工件進行熱處理的設備總體上以100示 出。在本實施例中，設備100包括輻照脈沖生成系統(tǒng)180和處理器電路110。
參照圖1和5，在本實施例中，處理器電路110被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng) 180生成入射到工件106的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖506的初始加熱部分502和后續(xù)維 持部分504。在本實施例中，初始加熱部分502和后續(xù)維持部分504的組合持續(xù)時間少于工 件106的熱傳導時間。 參照圖1、5和6，在本實施例中，初始加熱部分502將工件106的目標表面區(qū)域加 熱至期望溫度602，而后續(xù)維持部分504將目標表面區(qū)域保持在自期望溫度602起的期望范圍604內(nèi)。
工件 參照圖l，在本實施例中，目標表面區(qū)域包括工件106(在本實施例中是半導體晶 片120)的整個第一表面104。更具體地，在本實施例中，晶片是用于制造例如微處理器等半 導體芯片的300mm直徑硅半導體晶片。在本實施例中，工件106的第一表面104包括晶片 120的頂側(cè)或器件側(cè)122。類似地，在本實施例中，工件的第二表面118包括晶片120的背 側(cè)或襯底側(cè)124。 可替選地，目標表面區(qū)域無需包括整個第一表面104。例如，關(guān)于后面要討論的說 明性實施例，目標表面區(qū)域可包括表面104上的小區(qū)域片段。更一般而言，可代之以類似或 不同類型的工件的其它類型的目標表面區(qū)域。 在本實施例中，在晶片120被插入室130中之前，晶片120的器件側(cè)122經(jīng)受離子
植入過程，離子植入過程將雜質(zhì)原子或摻雜劑引入晶片的器件側(cè)的表面區(qū)域中。離子植入
過程破壞晶片的表面區(qū)域的晶格結(jié)構(gòu)，并將植入的摻雜劑原子留置在間隙位置，其中植入
的摻雜劑原子在間隙位置是電非激活的。為了將摻雜劑原子移入晶格中的替代位置以使得
其電激活并修補在離子植入期間發(fā)生的對晶格結(jié)構(gòu)的破壞，通過如這里所述那樣對晶片的
器件側(cè)的表面區(qū)域進行熱處理來對其進行退火。 快諫熱處理室 仍參照圖l，在本實施例中，設備IOO包括處理室130，在處理室130中，工件106 被支撐以如這里所述那樣進行熱處理。 一般而言，除了這里討論的內(nèi)容以外，本實施例的設 備100與通過引用合并于此的上述共有美國專利申請公布號US 2007/0069161[SJF4]中說明 的熱處理設備相同。因此，為簡明起見，省略了US 2007/0069161中公開的設備100的許多 細節(jié)。 如US 2007/0069161中更詳細地討論的那樣，在本實施例中，處理室130包括頂和 底選擇性輻射吸收壁132和134，它們分別包括選擇性吸收水冷窗186和156。處理室130 還包括多個鏡面反射側(cè)壁，其中的兩個以136和138示出，其中的另兩個為便于說明而被移 除。工件106可由與通過引用合并于此的美國專利申請公布號US2004/0178553^閣中公開 的工件支撐系統(tǒng)類似的工件支撐系統(tǒng)(未示出)支撐在處理室130的內(nèi)壁140的腔中。然 而，可替選地，工件可由多個石英銷(未示出)或由任何其它適當裝置支撐。在本實施例中 包括循環(huán)水冷系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)144用來冷卻處理室130的各表面。 設備100可包括測量系統(tǒng)102，如關(guān)于下面說明的又一個實施例討論的那樣，測量 系統(tǒng)102可用于測量晶片120的器件側(cè)122的溫度或用于其它目的?？商孢x地，測量系統(tǒng) 102可在需要時從給定實施例中省略。 在本實施例中，設備IOO進一步包括用于預熱晶片120的預熱系統(tǒng)150。如US 2007/0069161中更詳細地說明的那樣，預熱系統(tǒng)150包括設置在水冷窗156下的高強度弧 光燈152和反射器系統(tǒng)154。 在需要時，設備IOO可進一步包括多個附加測量器件(比如診斷照明源160)以及 輻射檢測器(例如成像裝置162和快速輻射計164)，它們可以如US 2007/0069161和US 2005/0063453中所述那樣使用。 如上所述，除了這里說明的新穎功能和相應結(jié)構(gòu)配置以外，設備100的更多細節(jié)及其結(jié)構(gòu)組件和它們的功能都可在US 2007/0069161中找到。
頓碰 仍參照圖l，在本實施例中，設備100進一步包括輻照脈沖生成系統(tǒng)180。在本實 施例中，輻照脈沖生成系統(tǒng)180包括閃光燈系統(tǒng)。更具體地，在本實施例中，輻照脈沖生成 系統(tǒng)180包括位于處理室130的水冷窗186上方并緊靠水冷窗186的第一、第二、第三和第 四閃光燈182、 183、 185和187以及反射器系統(tǒng)184。 可替選地，可采用少于4個的閃光燈，例如單個閃光燈。相反，可采用多于4個的 閃光燈，例如一列數(shù)量多得多的閃光燈。 在本實施例中，每個閃光燈182包括與通過引用合并于此的共有美國專利申請 公布號US 2005/0179354中說明的液體冷卻閃光燈類似的由加拿大溫哥華的Mattson Technology Canada, Inc.制造的液體冷卻閃光燈。有關(guān)于此，已發(fā)現(xiàn)該特定類型的閃光燈 提供了許多優(yōu)于更多常規(guī)閃光燈的優(yōu)點，例如包括熱處理的改進的一致性和可重復性。可 替選地，可代之以其它類型的閃光燈。更一般而言，例如微波脈沖發(fā)生器或掃描激光器等其 它類型的輻照脈沖發(fā)生器可代替閃光燈。 在本實施例中，反射器系統(tǒng)184被配置成當兩個外部閃光燈即第一和第四閃光燈 182和187被同時點亮時均勻地輻照晶片120的器件側(cè)122。在本實施例中，反射器系統(tǒng) 184還被配置成當兩個內(nèi)部閃光燈中的任一個即第二閃光燈183或第三閃光燈185被單獨 點亮時均勻地輻照晶片120的器件側(cè)122。這種反射器系統(tǒng)的一個例子由加拿大溫哥華的 MattsonTechnology Canada, Inc.制造，以作為其閃光輔助快速熱處理(fRTP )系統(tǒng)的一 個組件。 在本實施例中，輻照脈沖生成系統(tǒng)180進一步包括用于向閃光燈182U83、185和 187供電以產(chǎn)生輻照閃光的供電系統(tǒng)188。在本實施例中，供電系統(tǒng)188包括用于分別向單 獨閃光燈182、 183、 185和187供電的單獨供電系統(tǒng)189、191、193和195。
更具體地，在本實施例中，供電系統(tǒng)188中的每個供電系統(tǒng)189、191、193和195擔 當閃光燈182、183、185和187中相應的一個的供電系統(tǒng)，并且包括脈沖式放電單元，該放 電單元可預充電然后突然放電以便向相應的閃光燈供給輸入功率的"尖峰"以產(chǎn)生期望輻 照閃光。更具體地，在本實施例中，每個脈沖式放電單元包括一對7. 9mF電容器(未示出) (每個脈沖式放電單元15. 8mF)，其能夠充電至3500V以存儲多至96. 775kJ的電能，并且能 夠在例如0. 5至1. 5ms的短時間段內(nèi)將該存儲的能量釋放至相應的閃光燈。因此，在本實 施例中，輻照脈沖生成系統(tǒng)180能夠存儲多至387. lkj的電能，并且能夠?qū)⒃撃芰客ㄟ^閃光 燈1S2、183、185和187以總持續(xù)時間少于工件106的熱傳導時間的輻照脈沖釋放?？商孢x 地，可代之以更大或更小的供電系統(tǒng)或其它類型的供電系統(tǒng)。 在需要時，每個供電系統(tǒng)189、 191、 193和195可包括與脈沖式放電單元和相應閃
光燈連通的功率控制電路，用于對產(chǎn)生每個輻照閃光的脈沖式放電進行反饋控制?？商孢x
地，這種功率控制電路和反饋控制如果對于具體實施例不希望則可省略。作為說明，本實施
例省略這種反饋控制，而后面說明的可替選實施例則包括這種反饋控制。 上述US 2007/0069161公開了單獨供電系統(tǒng)189、191、193和195的更多細節(jié)以及
這樣的相應功率控制電路的細節(jié)。 RTP系統(tǒng)計算機(RSC)
參照圖1和圖2，在圖2中更詳細地示出了 RTP系統(tǒng)計算機(RSC)112。在本實施 例中，RSC包括處理器電路110，處理器電路110在本實施例中包括微處理器210。然而，更 一般而言，在本說明書中，術(shù)語"處理器電路"意在寬泛地包含本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過 本說明書和公知常識能想到用來代替微處理器210執(zhí)行這里所述功能的任何類型的器件 或器件組合。這樣的器件可包括(但不限于)例如其它類型的微處理器、微控制器、其它集 成電路、其它類型的電路或電路組合、邏輯門或門陣列或者任何種類的可編程器件，它們例 如是單獨的或者與彼此遠離或位于同一位置的其它這樣的器件相組合。
在本實施例中，微處理器210與存儲裝置220連通，存儲裝置220在本實施例中包 括硬盤驅(qū)動器。存儲裝置220用來存儲將微處理器210配置或編程為使得這里所述的各種 功能被執(zhí)行的一個或多個例程。更具體地，在本實施例中，存儲裝置220存儲后面更詳細地 說明的主快速熱處理(RTP)例程221。在本實施例中，存儲裝置220還可用來存儲由微處理 器210接收或使用的各種類型的數(shù)據(jù)，例如工件參數(shù)存儲器240。在需要時，存儲裝置220 還可存儲用于執(zhí)行附加功能的附加例程和數(shù)據(jù)，例如上述US 2007/0069161中討論的任何 例程和數(shù)據(jù)。 在本實施例中，微處理器210還與存儲器裝置260連通，存儲器裝置260在本實施 例中包括隨機存取存儲器(RAM)。在本實施例中，存儲在存儲裝置220中的各種例程將微處 理器210配置成在RAM中規(guī)定用于存儲由微處理器210測量、計算或使用的各種特性或參 數(shù)的各種寄存器或存儲器，包括脈沖參數(shù)存儲器278以及其它存儲器和/或寄存器(未示 出)。 本實施例的微處理器210進一步與輸入/輸出(I/O)接口 250連通，用于與圖1 所示設備100中的各種裝置通信，這些裝置包括測量系統(tǒng)102 (如果提供的話)和輻照脈沖 生成系統(tǒng)180以及其它系統(tǒng)組件(比如預熱系統(tǒng)150、診斷照明源160、成像裝置162、快速 輻射計164)和各種用戶輸入/輸出裝置(未示出)(比如鍵盤、鼠標、監(jiān)視器、CD-RW驅(qū)動器 和軟盤驅(qū)動器等一個或多個磁盤驅(qū)動器和打印機)。在本實施例中，I/0接口 250包括光電 轉(zhuǎn)換器，用于經(jīng)由光纖網(wǎng)絡(未示出)與這些設備中的至少一些(例如快速輻射計164和 測量系統(tǒng)102)通信，以避免由預熱系統(tǒng)150和輻照脈沖生成系統(tǒng)180所需的大電流和突然 放電導致的電磁干擾和電噪聲所造成的問題。
等價時間 在本實施例中，本發(fā)明人考慮到各種熱過程的等價時間的概念而設計了由輻照脈 沖生成系統(tǒng)180生成的輻照脈沖的時間形狀。 對于典型的熱反應過程，反應速率R可由以下關(guān)系式描述 'i、
(1) 其中 EA是反應能量，S卩，使反應發(fā)生所需的能級；
k是玻茲曼常數(shù)；且 T(t)是作為時間t的函數(shù)的溫度T
反應的總量AK是反應速率R對時間t的積分4J (2) 該關(guān)系式使得容易針對不同的溫度-時間輪廓T(t)即針對不同的熱循環(huán)而比較 反應的總量~。等價時間(tEQ)可定義為產(chǎn)生與在給定的隨時間變化的溫度輪廓T(t)期間 將發(fā)生的反應量AK相同的反應量的恒定溫度TEQ下的時間長度
e、
印
f =
〔外4
(4)
6
-A
4
e、
印
(5) 由上可知，等式(5)中具有相同等價時間值tEQ的任何溫度_時間輪廓T(t)都將 產(chǎn)生相同的反應量A"例如，對于由給定反應能量EA限定的給定過程，在較高溫度Tjt)下 花費較短時間^可與在較低溫度T2 (t)下花費較長時間t2產(chǎn)生相同的反應量AK(如果這兩 個依賴于溫度的函數(shù)對這兩個相應時間間隔的積分相等)。 以上關(guān)系式還使得容易選擇促進期望反應過程而抑制非期望反應過程的一個或 多個特定熱循環(huán)T (t)。例如，如果EA1是期望熱反應過程的反應能量且EA2是非期望熱反應 過程的反應能量，則期望的溫度_時間輪廓的性質(zhì)依賴于反應能量EA1和EA2。如果期望過 程的反應能量EA1大于非期望過程的反應能量EA2，則通過選擇較高溫度下的較短時間，可選 擇性地促進期望過程并可選擇性地抑制非期望過程。 相反，如果期望過程的反應能量EA1小于非期望過程的反應能量EA2，則較低溫度下 的較長時間將促進期望過程并抑制非期望過程。 在本實施例中，工件106是半導體晶片120，其器件側(cè)122已如上所述那樣植入了 需要激活的摻雜劑，激活那些摻雜劑的期望過程所需的激活能量EA通常大于會造成摻雜劑 非期望地擴散到晶片120的本體中的擴散能量E。。例如，取決于所討論的晶片和摻雜劑，激 活能量EA可以是5eV或更大(例如，對于標稱硼植入是5eV，或?qū)τ贗KeV 1 X 1014硼植入是 7eV)，而擴散能量可以是約3eV。因而，使器件側(cè)122經(jīng)受在盡可能高的溫度T下有短的持 續(xù)時間t的溫度-時間循環(huán)T(t)而不對器件側(cè)上的器件造成損壞傾向于在最小化非期望 的擴散過程的同時最大化期望的激活過程。本發(fā)明人已認識到這可以這樣來實現(xiàn)使器件 側(cè)122經(jīng)受盡可能"方"的溫度_時間輪廓T(t)，其中快速增大到期望退火溫度之后是退 火溫度下的"平頂"停留時間，全部在顯著少于工件的熱傳導時間的時間內(nèi)，從而使晶片120 的較冷本體擔當在停留時間后快速冷卻加熱了的器件側(cè)122的熱沉。 然而，本發(fā)明人還認識到，僅僅使器件側(cè)122經(jīng)受"方"的輻照脈沖形狀將不會產(chǎn) 生器件側(cè)122中的期望的"方"的溫度_時間輪廓，因為這種輻照加熱與可應用的冷卻機制 (包括從器件側(cè)122到晶片120的較冷本體內(nèi)的熱傳導以及從器件側(cè)到處理室130內(nèi)包含的空氣中的輻射和傳導熱損耗)的互作用是復雜的。 相反，參照圖1和3，在本實施例中，處理器電路110被配置成控制輻照脈沖生成 系統(tǒng)180生成圖3所示輻照脈沖300的近似。在本實施例中，輻照脈沖300包括將器件側(cè) 122加熱至期望溫度的初始加熱部分302以及將器件側(cè)122保持在自期望溫度起的期望范 圍內(nèi)的后續(xù)維持部分304。更具體地，在本實施例中，維持部分304將器件側(cè)122保持在期 望溫度。輻照脈沖300與常規(guī)輻照脈沖形狀306的主要區(qū)別在于維持部分304。在本實施 例中，輻照脈沖300還具有陡峭傾斜的后沿305，以增強器件側(cè)122在暴露于維持部分304 之后的冷卻的迅速性。然而，可替選地，如果快速冷卻對于特定應用不重要，則在其它實施 例中輻照脈沖300的后沿也可更連續(xù)且漸緩地下降。 參照圖3和5，在本實施例中，如后面更詳細地討論的那樣，處理器電路110被配置 成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180如產(chǎn)生脈沖300的近似那樣產(chǎn)生圖5所示輻照脈沖506。 xii 參照圖1、2、4和5，在圖4中更詳細地示出了主RTP例程221。 一般而言，在本實 施例中，主RTP例程221將處理器電路110配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180生成入射到 工件106的目標表面區(qū)域上的圖5所示輻照脈沖506的初始加熱部分502和后續(xù)維持部分 504。在本實施例中，初始加熱部分502和后續(xù)維持部分504的組合持續(xù)時間少于工件106 的熱傳導時間。初始加熱部分502將目標表面區(qū)域加熱至期望溫度，而后續(xù)維持部分504 將目標表面區(qū)域保持在自期望溫度起的期望范圍內(nèi)。 參照圖1、2、4和5，主RTP例程221始于第一代碼塊402，其指示處理器電路110為 輻照脈沖506準備輻照脈沖生成系統(tǒng)180和工件106。在本實施例中，塊402指示處理器電 路IIO將閃光燈182、 183、 185和187的單獨供電系統(tǒng)189、191、193和195的電容器組(未 示出)預充電至在存儲器裝置260中的脈沖參數(shù)存儲器278中規(guī)定的充電電壓。在本實施 例中，4個電容器組中的每一個被充電至2700V。更一般而言，這種充電電壓和其它參數(shù)可 例如像上述US 2007/0069161中所述那樣或以任何其它適當方式來計算或確定。然而，除 了如US 2007/0069161中公開的充電電壓以外，在本實施例中，脈沖參數(shù)存儲器278還存儲 表示了閃光燈182U83、185和187要被放電的相對時間的值。在本實施例中，這些時間值 被默認設定為對于閃光燈182和187是t = 0、對于閃光燈183是t = 0. 8ms而對于閃光 燈185是t = 1. 8ms?？商孢x地，如下面更詳細地討論的那樣，在需要時，可在主RTP例程 221的指示下由用戶調(diào)整這些相對時間。 塊402然后指示處理器電路110控制預熱系統(tǒng)150在輻照脈沖生成系統(tǒng)180的激 活之前先將工件106預熱至低于期望溫度的中間溫度。更具體地，在本實施例中，塊402指 示處理器電路110激活弧光燈152輻照晶片120的襯底側(cè)124，從而以150°C /秒的速率將 晶片120預熱至約80(TC的中間溫度。 如共有的US 2005/0063453中更詳細地說明的那樣，塊402進一步指示處理器電 路110監(jiān)視從快速輻射計164接收到的信號，從而在晶片120被預熱時監(jiān)視其溫度。
當在塊402檢測到工件106已被預熱至中間溫度時，塊404指示處理器電路110控 制輻照脈沖生成系統(tǒng)180生成入射到工件106的目標表面區(qū)域上的圖5所示輻照脈沖506 的初始加熱部分502和后續(xù)維持部分504。 更具體地，在本實施例中，工件106的目標表面區(qū)域包括半導體晶片120的器件側(cè)122，而輻照脈沖生成系統(tǒng)180包括多個閃光燈即閃光燈182、 183、 185和187。
在本實施例中，塊404將處理器電路110配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180通過 在輻照脈沖開始時間點亮多個閃光燈中的至少一個、并通過隨后點亮多個閃光燈中的至少 另一個來生成輻照脈沖。更具體地，在本實施例中，處理器電路110被配置成控制輻照脈沖 生成系統(tǒng)180在輻照脈沖開始時間同時點亮多個閃光燈中的至少兩個。更具體地，在本實 施例中，塊404指示處理器電路IIO控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180的單獨供電系統(tǒng)189和195 在輻照脈沖開始時間同時點亮兩個外部閃光燈即閃光燈182和187。應注意到，反射器系統(tǒng) 184被配置成當這兩個外部閃光燈被同時點亮時均勻輻照器件側(cè)122。在本實施例中，閃光 燈182和187的同時點亮產(chǎn)生了圖5所示的第一輻照脈沖成分508。 在本實施例中，塊404然后指示處理器電路110控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180隨后 在輻照脈沖開始時間后的第一時間間隔處點亮多個閃光燈中的至少第一另一個，并隨后在 輻照脈沖開始時間后的第二時間間隔處點亮多個閃光燈中的至少第二另一個。更具體地， 在本實施例中，處理器電路IIO控制單獨供電系統(tǒng)191在輻照脈沖開始時間后的第一時間 間隔處點亮第二閃光燈183，并控制單獨供電系統(tǒng)193在輻照脈沖開始時間后的第二時間 間隔處點亮第三閃光燈185。在本實施例中，第一和第二時間間隔分別是在輻照脈沖開始時 間后的約lms和約2ms。更具體地，在本實施例中，第一和第二時間間隔分別是在輻照脈沖 開始時間后的約0. 8ms和約1. 8ms。在本實施例中，第二閃光燈183的點亮產(chǎn)生了第二輻照 脈沖成分510，而第三閃光燈185的點亮產(chǎn)生了第三輻照脈沖成分512。應注意到，反射器 系統(tǒng)184使得這些輻照脈沖成分中的每一個都均勻輻照器件側(cè)122。 參照圖5，在本實施例中，第一、第二和第三輻照脈沖成分508、510和512在時間上 交疊。因此，輻照脈沖生成系統(tǒng)180通過起初同時點亮閃光燈182和187然后依次點亮閃 光燈183和185，產(chǎn)生了單個連續(xù)輻照脈沖506，它是單獨輻照脈沖成分508、510和512的總和。 在本實施例中，初始加熱部分502和后續(xù)維持部分504的組合持續(xù)時間使得輻照 脈沖506 (包括初始加熱部分502和后續(xù)維持部分504)的半高全寬(FWHM) 514小于工件106 的熱傳導時間的一半。更具體地，在本實施例中，晶片120的熱傳導時間是在10 15ms的 量級，而輻照脈沖506的FWHM 514是約2ms。在本實施例中，輻照脈沖506的四分之一高 全寬(FWQM)也小于工件的熱傳導時間的一半。更具體地，在本實施例中，輻照脈沖506的 FWQM是約3ms。因此，有利地，由于初始加熱部分和后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間顯著少于 晶片的熱傳導時間，所以晶片本體仍然較為接近該晶片在輻照脈沖開始之前在塊402處被 預熱到的中間溫度，從而允許晶片本體擔當在輻照脈沖506的終止后快速冷卻器件側(cè)122 的有效熱沉。 參照圖3、5和6，在圖6中總體上以608示出了由于器件側(cè)122暴露于輻照脈沖 506而導致的器件側(cè)的溫度_時間輪廓。為了說明的目的，由輻照脈沖506導致的溫度-時 間輪廓608與由于器件側(cè)122暴露于與例如圖3中以306示出的輻照脈沖形狀類似的常規(guī) 輻照脈沖形狀而導致的更常規(guī)的溫度_時間輪廓610進行比較。 參照圖5和6，在本實施例中，初始加熱部分502和后續(xù)維持部分504是非對稱的。 在本實施例中，初始加熱部分502向目標表面區(qū)域(在本例中是整個器件側(cè)122)遞送足夠 的功率來將其加熱至期望溫度602，在本例中，期望溫度602是約1150°C。
后續(xù)維持部分504然后向目標表面區(qū)域遞送足以對從目標表面區(qū)域到工件106體 內(nèi)的熱傳導進行補償?shù)墓β剩约斑f送足以對通過目標表面區(qū)域與其環(huán)境之間的熱輻射和 傳導而進行的熱交換進行補償?shù)墓β?。在本實施例中，環(huán)境包括處理室130和其中的空氣。 然而，在可替選實施例中，環(huán)境可包括其它物體，例如在工件以傳導方式而不是輻照方式預 熱的情況下可包括熱板。在本實施例中，維持部分504以至少1 X 102W/cm2的平均速率向目 標表面區(qū)域遞送功率，以對這種熱傳導和輻照進行補償，以將目標表面區(qū)域保持在自期望 溫度602起的期望范圍604內(nèi)。 在本實施例中，期望范圍604是自期望溫度602起的約5X10"C內(nèi)這一范圍，其在 本例中是約1150°C的溫度。更具體地，在本實施例中，期望范圍604是自期望溫度602起的 約2X IO"C內(nèi)這一范圍。可替選地，期望范圍604可以是自期望溫度602起的約IX IO"C 內(nèi)。更具體且可替選地，期望范圍可以是自該期望溫度起的約3°C內(nèi)。 參照圖3、5和6，在本實施例中，由于器件側(cè)122暴露于輻照脈沖506而導致的溫 度_時間輪廓608與由于器件側(cè)122暴露于與以306示出的脈沖形狀類似的常規(guī)脈沖形狀 而導致的更常規(guī)的溫度-時間輪廓610相比具有許多優(yōu)點。例如，可以看出，器件側(cè)122在 自期望(峰值)溫度602起的期望范圍即5(TC內(nèi)的停留時間在溫度-時間輪廓608中要 比在更常規(guī)的溫度-時間輪廓610中大致長3倍，從而顯著增加了期望反應(激活)的量。 然而，相反，與常規(guī)脈沖形狀306相比，可推斷出由脈沖506導致的該變長的停留時間僅使 工件的本體溫度升高了約75t:，結(jié)果是脈沖506仍留下較冷的本體以幫助在停留時間后快 速冷卻器件側(cè)，從而最小化非期望的低能量反應(擴散)。 再次參照等價時間的概念，從等式(1) (5)可知，如果期望過程的反應能量例如 是激活能量EA = 7eV (其與1KeV 1 X 1014硼植入相一致)，則溫度-時間輪廓608導致比常 規(guī)溫度_時間輪廓610的等價時間約大100倍的等價時間。 甚至對于例如更低的激活能量EA = 5eV (與標稱硼植入相一致)，溫度_時間輪廓 608也導致比常規(guī)溫度_時間輪廓610的等價時間約大15倍的等價時間；也就是說，由輻 照脈沖506產(chǎn)生的溫度-時間輪廓608所實現(xiàn)的反應的總量AK比由與以306示出的輻照 脈沖形狀類似的更常規(guī)的輻照脈沖形狀產(chǎn)生的溫度_時間輪廓610所實現(xiàn)的反應的總量大 15倍。 與從輻照脈沖506得出的以上結(jié)果形成鮮明對照，如果代之以試圖通過簡單地伸 長常規(guī)脈沖306的持續(xù)時間或脈沖寬度來將反應的總量AK相對于溫度-時間輪廓610增 加15倍，則需要長了約15倍的脈沖寬度或約20ms的持續(xù)時間(FWHM)，其長于工件的典型 熱傳導時間?？偰芰?其與脈沖持續(xù)時間的平方根成比例)將大致增加4倍，且工件的本 體溫度將大致升高300°C ，使得本體和加熱了的器件側(cè)之間只有小的溫度差，導致器件側(cè)慢 得多地冷卻。這事實上接近等溫加熱，其中很長的停留時間和很長的冷卻時間導致大量非 期望的擴散反應，從而無法實現(xiàn)閃光輔助快速熱處理的目的。 參照圖3、5和12，在圖12中總體上以1200示出了作為期望過程溫度Tp的函數(shù)的 片電阻Rs。在本實施例中，期望熱過程是所植入的摻雜劑的激活，較低的片電阻Rs表示較 高的摻雜劑激活并因此表示期望熱過程的較大程度的實現(xiàn)。圖12對應于用于對向晶體硅 內(nèi)的低能量硼植入(500eV 1015cm2)進行退火的熱循環(huán)。圖12示出了分別對應于不同類型 的熱循環(huán)的4個不同的激活曲線。
更具體地，第一激活曲線1202對應于多個不同的熱循環(huán)。在每個這樣的熱循環(huán) 中，半導體晶片120被預熱至70(TC的中間溫度，隨后，器件側(cè)122被暴露于具有如圖3中 以306示出的常規(guī)或標準(STD)脈沖形狀、具有約0. 9ms的持續(xù)時間(FWHM)的輻照脈沖， 以將器件側(cè)122加熱至期望過程溫度Tp。激活曲線1202示出了其中期望過程溫度TP的范 圍為從約120(TC至約1295。C的熱循環(huán)。 第二激活曲線1204對應于多個類似的熱循環(huán)，其中半導體晶片120被預熱至 70(TC的相同中間溫度，隨后，器件側(cè)122被暴露于輻照脈沖以將器件側(cè)122加熱至期望過 程溫度Tp。與常規(guī)或標準脈沖306相比，對應于第二激活曲線1204的熱循環(huán)的輻照脈沖已 通過在時間上被伸長為具有約1. 5ms的半高全寬、但卻保持其形狀而修改為形成"長"但卻 常規(guī)形狀的脈沖。激活曲線1204示出了其中期望過程溫度Tp的范圍為從約120(TC至約 1285"C的熱循環(huán)。 第三激活曲線1206對應于多個熱循環(huán)，其中半導體晶片120被預熱至70(TC的相 同中間溫度，隨后，器件側(cè)122被暴露于輻照脈沖以將器件側(cè)122加熱至期望過程溫度Tp。 然而，并非使用常規(guī)脈沖形狀或伸長的常規(guī)脈沖形狀，而是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施 例生成對應于激活曲線1206的熱循環(huán)的輻照脈沖，該輻照脈沖與圖5所示輻照脈沖506具 有類似的形狀。因此，給定熱循環(huán)的輻照脈沖包括將器件側(cè)122加熱至期望過程溫度TP的 初始加熱部分以及將器件側(cè)122保持在自期望過程溫度Tp起的期望范圍內(nèi)的后續(xù)維持部 分。激活曲線1206示出了其中期望過程溫度Tp的范圍為從約120(TC至約1255t:的熱循 環(huán)。 第四激活曲線1208對應于與第三激活曲線1206的熱循環(huán)類似的熱循環(huán)，但其中 工件被預熱至80(TC的更高中間溫度，然后器件側(cè)122被暴露于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例 的、具有初始加熱部分和后續(xù)維持部分的、與圖5所示脈沖506類似的輻照脈沖。有關(guān)于 此，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在如這里所述的將晶片快速地以輻照方式預熱的實施例中，將中間溫 度從70(TC提高到80(TC不導致顯著的摻雜劑擴散(通常是小于2納米的深度輪廓移動，這 對于許多應用可忽略)。激活曲線1208示出了其中期望過程溫度Tp范圍為從約120(TC至 約1255t:的熱循環(huán)。 全部四個激活曲線都示出了較高的過程溫度TP導致較低的片電阻Rs，并因此導致 較大程度的摻雜劑激活。這暗示了如果低的Rs是唯一的考慮因素，則應使用最大可能溫度。 然而，在實踐中，存在傾向于對理想上應使用的過程溫度施加限制的互相制衡的多個考慮 因素。 第一種且最簡單的溫度限制是由器件結(jié)構(gòu)或硅襯底的非期望的或不允許的相變、 或溫度所單獨決定的其它非期望的改變決定的。 一個這樣的例子是多晶硅或硅襯底的熔 化。 第二種且更復雜的限制是由超過臨界極限的晶片中引發(fā)的熱應力決定的。例子包
括因拉應力造成的晶片破裂、或因過度的壓應力和/或拉應力造成的翹曲。 由于在閃光輔助熱處理期間在晶片中產(chǎn)生的應力主要隨由閃光導致的從中間溫
度到期望過程溫度的溫度跳變的幅度而變化，所以溫度跳變的幅度的減小傾向于顯著減小
晶片中的熱應力。通過提高中間預熱溫度來減小跳變幅度的能力頗受制于以下事實非期
望的摻雜劑擴散以高得多的速率在適當?shù)募せ顪囟雀浇l(fā)生，因此希望通過與等溫加熱不同的閃光輔助快速熱處理來最小化在激活溫度附近花費的時間。因此，倘若可實現(xiàn)期望激 活水平，則降低熱處理溫度是減小溫度跳變幅度的一種可能方式。 圖12示出了使用本發(fā)明的實施例可實現(xiàn)期望水平的摻雜劑激活或片電阻，其中， 與使用常規(guī)脈沖形狀或時間上伸長的常規(guī)脈沖形狀的情況相比，溫度跳變更低并因此工件 中的應力更小。 作為一個任意的例子，如果期望片電阻是Rs = 400Q/sq，則從70(TC的中間溫度 開始，第一激活曲線1202示出了常規(guī)脈沖必須實現(xiàn)1295t:的過程溫度。與之相比，第三激 活曲線1206示出了在預熱至70(TC的相同中間溫度后的根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例 的輻照脈沖僅必須實現(xiàn)125(TC的過程溫度來實現(xiàn)相同的片電阻400Q/sq。因此，在本例 中，使用根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的輻照脈沖，與使用常規(guī)脈沖相比可將溫度跳變
幅度減小45t:，從而在工件中生成的應力顯著減小的情況下實現(xiàn)相同的片電阻。 將都對應于根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的輻照脈沖形狀、但始于不同的中間溫度 的第三和第四激活曲線1206和1208相比較，將中間溫度從70(TC提高至80(TC但保持過程 溫度恒定傾向于使片電阻增大約60Q/sq。期望過程溫度Tp從125(TC到1255。C僅升高5t: 允許實現(xiàn)400 Q /sq的相同期望片電阻，但卻始于800°C的更高中間溫度而不是700°C 。因 此，與對應于第一激活曲線1202的熱循環(huán)相比，在本例中，溫度跳變幅度可減小140°C (從 595t:到455t:)，從而在工件中生成的應力顯著減小的情況下實現(xiàn)相同的期望片電阻。
因而，與類似于第一激活曲線1202所示的采用常規(guī)脈沖的熱循環(huán)相比，類似于激 活曲線1206和1208所示的采用根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的輻照脈沖的熱循環(huán)可以在過 程溫度變低且從中間溫度到過程溫度的溫度跳變減小的情況下實現(xiàn)大小相當?shù)钠娮?。?利地，這樣的實施例傾向于顯著減小晶片中的應力，從而與采用常規(guī)脈沖的熱循環(huán)相比顯 著減小晶片破裂或翹曲的概率。 相反，在需要時，采用根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的脈沖的熱循環(huán)可以在不增大 溫度跳變幅度的情況下實現(xiàn)顯著更大程度的摻雜劑激活和顯著更低的片電阻，從而在不增 大破裂或翹曲的可能性的情況下實現(xiàn)改進的激活結(jié)果。 溫度與溫度跳變的理想平衡可針對不同的應用而變化，并可依賴于具體器件結(jié)構(gòu) 對溫度和應力的組合的敏感度。由較低溫度跳變導致的較低應力可允許較高的過程溫度而 不造成損壞。 就擴散而言，對于與對應于激活曲線1206和1208的熱循環(huán)類似的熱循環(huán)，將期望 過程溫度從120(TC提高到130(TC傾向于僅引入幾納米的擴散。該擴散被認為是小的并且 傾向于主要以高濃度發(fā)生，在高濃度下，該擴散傾向于增大陡峭度但不增大結(jié)深，這可能是 有利的。這些觀察結(jié)果局限于根據(jù)本發(fā)明的實施例的熱循環(huán)，其中，由于晶片的較冷本體的 快速"熱沉"冷卻效應，器件側(cè)被保持于過程溫度達顯著少于晶片的熱傳導時間的時間。如 果器件側(cè)溫度將被維持在130(TC達更長的時段從而接近晶片的等溫加熱，則對于許多目前 和未來的應用，擴散會迅速開始超過可接受的限度，從而無法實現(xiàn)閃光輔助處理的目的。
可替選方案 再次參照圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的對工件進行熱處理的設備包括 圖1所示的設備100，設備IOO包括處理器電路IIO和輻照脈沖生成系統(tǒng)180。與前一實施 例類似，處理器電路110被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180生成入射到工件106的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分，其中初始加熱部分和后續(xù)維持部
分的組合持續(xù)時間少于該工件的熱傳導時間。然而，在本實施例中，設備100進一步包括任
選的測量系統(tǒng)102。在本實施例中，處理器電路110被配置成與測量系統(tǒng)102協(xié)作以對指示
輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視，并被配置成控制輻照脈
沖生成系統(tǒng)180響應于該至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正輻照脈沖。 更具體地，在本實施例中，指示輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一
個參數(shù)包括由上式(2)給出的在時間t發(fā)生的反應的總量A『 有關(guān)于此，如例如US 2007/0069161所述，甚至外表相同的工件也可能實際上在 發(fā)射率方面各自不同，從而當經(jīng)受相同的輻照循環(huán)時導致能量吸收的量不同并因此熱循環(huán) 的幅度不同。這樣，即使這些外表相同的工件經(jīng)受相同的輻照循環(huán)，也可能造成這些工件經(jīng) 歷不同量的完成了的熱過程反應。因此，有利地，通過對指示輻照脈沖期間期望熱過程的當 前完成量的參數(shù)進行監(jiān)視、然后響應于該至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正輻照脈 沖，無論工件與工件之間發(fā)射率如何不同，均可修正脈沖以確保實現(xiàn)期望量的期望熱過程。 因此，與響應于監(jiān)視過程溫度而不是監(jiān)視期望過程的當前完成量而修正脈沖的上述共有美 國專利申請公布號US2005/0063453相比，可實現(xiàn)過程一致性和可重復性方面的進一步改 進。 參照圖1和7，在本實施例中，測量系統(tǒng)102包括在US 2007/0069161中更詳細 地說明的、被設計成具有寬動態(tài)范圍和超快時間響應的超快輻射計1400。因此，在本實施 例中，超快輻射計1400包括如US 2007/0069161中更詳細地說明的1450納米窄帶濾光器 1402、光學堆1404、高速InGaAsPIN光電二極管1406、集成熱電冷卻器1408、放大器1410、 模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器1412、輸入/輸出(I/O)接口 1460和屏蔽罩1470。
參照圖1和圖8，在本實施例中，供電系統(tǒng)188中的每個單獨供電系統(tǒng)189、 191、 193和195包括比如以800示出的、與其相應閃光燈182、 183、 185或187連通的功率控制電 路。作為例子，在圖8中僅示出了閃光燈182的功率控制電路800。在本實施例中，每個功率 控制電路800與US 2007/0069161中公開的相應功率控制電路相同。因而，在本實施例中， 每個功率控制電路包括供電單元802 ;電容器組828 ;第一和第二二極管804和806 ;第一 和第二電阻器808和810 ;電阻器812 ;斷電(dump)繼電器914 ;又一電阻器816 ;總體上以 820示出的、包括電感器824、電阻器826和晶閘管或硅控整流器822的第一功率降低電路； 總體上以830示出的、包括晶閘管832和電感器834的功率提升電路；用于開始輻照閃光的 晶閘管836 ;電感器838 ;電阻器840 ;續(xù)流二極管842 ;以及總體上以850示出的、包括電感 器854、電阻器856和晶閘管或硅控整流器852的第二功率降低電路。在US 2007/0069161 中更詳細地說明了這些組件和它們的功能。 再次參照圖2，在本實施例中，存儲裝置220進一步存儲脈沖反饋控制例程290、過 程完成查找表292、脈沖干預查找表298、模擬例程226和熱分析例程230。而且，在本實施 例中，存儲器設備260還包括用于暫時存儲器件側(cè)122的溫度測量結(jié)果的器件側(cè)溫度存儲 器280、用于暫時存儲預期溫度值的預期溫度存儲器282、用于暫時存儲表示預期在輻照脈 沖期間各時間間隔處完成了的期望熱過程的量的預期值的預期過程完成存儲器294、以及 用于存儲指示輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的參數(shù)的當前過程完成寄存器296。
參照圖1、2、5和9，在圖9中更詳細地示出了脈沖反饋控制例程290。 一般而言，脈沖反饋控制例程290包括與主RTP例程221的功能類似的功能，但是還將處理器電路110 配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180實時地修正輻照脈沖506。更具體地，脈沖反饋控制例程 290將處理器電路110配置成與測量系統(tǒng)102協(xié)作以對指示輻照脈沖期間期望熱過程的當 前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視，并控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180響應于該至少一個參數(shù) 與預期值之間的偏差而修正輻照脈沖。因此，有利地，在輻照脈沖506期間的給定點處，如 果似乎發(fā)生了比預期顯著更多或更少的期望熱過程(例如，如果器件側(cè)122具有與預期不 同的發(fā)射率，從而使得其吸收與預期不同百分比的輻照脈沖506)，則處理器電路可控制輻 照脈沖生成系統(tǒng)修正輻照脈沖506的剩余部分以進行補償，從而使所完成的熱反應的最終 量比不進行補償更靠近其預期值。結(jié)果，與僅響應于閃光期間的實時溫度測量結(jié)果而不是 響應于指示期望熱過程的當前完成量的參數(shù)而修正輻照閃光的US 2007/0069161相比，可 進一步改進晶片與晶片之間的可重復性和一致性。 在本實施例中，脈沖反饋控制例程290始于第一代碼塊902，塊902指示處理器電 路110為輻照脈沖506期間的多個相應時間間隔生成一組預期過程完成參數(shù)值。在本實施 例中，已知脈沖參數(shù)并因此已知預期輻照脈沖506，還已知工件參數(shù)并因此已知器件側(cè)122 的預期所得溫度-時間輪廓T(t)608，并且已知期望熱激活過程的激活能量EA。因而，在本 實施例中，塊902指示處理器電路使用上式(2)為輻照脈沖506期間的間隔為IO微秒的 多個時間tn生成一組預期過程完成值A^a》。在本實施例中，由于要將預期過程完成值 AKE(tn)與實際過程完成值相比較，所以在計算預期和實際過程完成值這兩者時可忽略等式 (2)右邊隱含的任何常數(shù)，因為在比較時其將被約去。因此，預期過程完成值A^a》可表達 如下 在本實施例中，tn的范圍是以10微秒為間隔從輻照脈沖506開始處的t。 = 0到 輻照脈沖506結(jié)束處的t4。。 = 4ms。在本實施例中，該時間范圍忽略了輻照脈沖開始前的預 期過程完成。由于本實施例中作為例子說明的激活過程幾乎全部發(fā)生在由輻照脈沖產(chǎn)生的 高溫處，所以在脈沖前的預熱階段發(fā)生的反應的量是小的。然而，可替選地，在生成預期過 程完成值和實際過程完成值(后面將討論)(其生成方式與這里討論的為輻照脈沖階段生 成值的方式相同)時，可將預熱階段發(fā)生的反應考慮在內(nèi)。由于在預熱階段溫度變化相對 較慢，所以相鄰值之間相對較長的時間間隔可以是足夠的。例如，預期過程完成值和實際過 程完成值可對于預熱階段以1毫秒間隔而不是以用于本實施例的輻照脈沖階段的10微秒 間隔來獲得。 在本實施例中，塊902指示處理器電路110將預期過程完成參數(shù)AKE(tn)存儲在存 儲器裝置260中的預期過程完成存儲器294中。 可替選地，如果脈沖參數(shù)存儲器278的內(nèi)容和/或工件參數(shù)存儲器240的內(nèi)容對 應于這樣的熱循環(huán)其預期輻照脈沖506或預期溫度-時間輪廓608或這兩者事先未知，則 塊902可指示處理器電路預測該預期輻照脈沖506、預測溫度-時間輪廓608并由此如上所 述那樣獲得預期過程完成值。例如，塊902可代之以指示處理器電路110首先執(zhí)行模擬例 程226以預測將由輻照脈沖生成系統(tǒng)180生成的輻照脈沖506。更具體地，在本實施例中，模擬例程226包括由美國加利福尼亞州Pasadena的Optical ResearchAssociates提供的 LIGHTT00LS 三維實體建模和照明分析軟件。模擬例程226指示處理器電路讀取脈沖參數(shù) 存儲器278的內(nèi)容(包括閃光燈182、183、185和187各自的電容器組充電電壓和相對放電 時間)，以分析設備100的光學和幾何特性并計算將實際到達器件側(cè)122的輻照脈沖506的 能量的量。塊902然后可指示處理器電路執(zhí)行熱分析例程230以計算將由輻照脈沖506導 致的預期溫度_時間輪廓608。在本實施例中，熱分析例程230包括由美國麻薩諸塞州哈佛 的Harvard Thermal Inc.制造的TAS熱分析軟件；較新的版本ANSYS TAS 熱分析系統(tǒng) 現(xiàn)由Harvard的繼承者即美國賓夕法尼亞州Canonsburg的ANSYS Inc.提供。可替選地， 可代之以確定晶片120的器件側(cè)122的預期溫度軌跡的其它方法。結(jié)果得到的預期溫度數(shù) 據(jù)可暫時存儲在存儲器裝置260的預期溫度存儲器282中，然后可用來如上述那樣計算一 組預期過程完成值A^a》。 在本實施例中，塊904然后指示處理器電路110通過將閃光燈182、 183、 185和187 的單獨供電系統(tǒng)189、 191、 193和195的電容器組828預充電至在存儲器裝置260中的脈沖 參數(shù)存儲器278中規(guī)定的充電電壓來為輻照脈沖506準備輻照脈沖生成系統(tǒng)180和工件 106。 如上面關(guān)于塊402更詳細地說明并如US 2005/0063453中說明的那樣，塊904然 后指示處理器電路110控制預熱系統(tǒng)150將工件106預熱至低于期望溫度的中間溫度，并 監(jiān)視從快速輻射計164接收到的信號以在晶片120被預熱時監(jiān)視其溫度。
當在塊904檢測到工件106已被預熱至中間溫度時，如上面關(guān)于塊404所討論的 那樣，塊906指示處理器電路110控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180生成輻照脈沖506的初始加 熱部分502和后續(xù)維持部分504，但同時開始與測量系統(tǒng)102協(xié)作以對指示期望熱激活過程 的當前完成量的參數(shù)進行監(jiān)視。塊906作為一個線程繼續(xù)執(zhí)行，從而在下面討論的塊908 至912被隨后執(zhí)行期間繼續(xù)生成輻照脈沖506的剩余部分同時繼續(xù)監(jiān)視過程完成參數(shù)。
為了實現(xiàn)過程完成參數(shù)的這種監(jiān)視，在本實施例中，如例如US2007/0069161或US 2005/0063453中更詳細地說明的那樣，塊906首先指示處理器電路110開始從測量系統(tǒng) 102接收在輻照脈沖期間表示晶片120的器件側(cè)122的實時溫度的溫度測量信號。在本實 施例中，塊906指示處理器電路110在輻照閃光期間每隔10微秒從測量系統(tǒng)102接收一次 器件側(cè)溫度測量結(jié)果，并將每個這樣的測量結(jié)果存儲在器件側(cè)溫度存儲器280中與進行測 量的時間間隔對應的域中。 在本實施例中，當每個這樣的溫度測量結(jié)果被接收并存儲時，塊906指示處理器 電路計算并存儲指示期望過程的當前完成量的參數(shù)。如果可提供足夠的處理能力和速度， 則塊906可指示處理器電路對每個時間間隔積分等式(2)，以計算在最近的時間間隔內(nèi)完 成了的期望激活過程的實際量AAKA。 然而，可替選地，可代之以得到完成了的過程的實際量的其它方式。例如，可預先 計算出一族溫度曲線，并將測得的溫度值與它們比較以預測等式(2)的指數(shù)項對最近的時 間間隔的積分。 或者，作為又一例，在本實施例中，使用過程完成查找表292來計算在最近的時間 間隔內(nèi)完成了的期望熱過程的實際量AAKA。 在本實施例中，預先計算并存儲過程完成查找表292。作為如何實現(xiàn)這一點的一個說明性例子，如果器件側(cè)122的真實溫度_時間曲線被取近似為這樣的階躍函數(shù)假設該階 躍函數(shù)的測量值T^在其被測得的IO微秒時間間隔(tn—pt》內(nèi)保持恒定，但在其被測得的 任何其它10微秒時間間隔內(nèi)可為不同的恒定值，則對于每個10微秒時間間隔(tn—p tn)，等 式(2)的積分成為常數(shù)的積分，即 因此，在本實施例中，過程完成查找表292包括指定期望激活能量Ea的第一列、指 定測得的溫度T^的第二列以及存儲由等式(7)預先算出的相應值AA^的第三列。對于 每個10微秒時間間隔，塊906指示處理器電路110使用已知的激活能量EA和測得的溫度 T^來定位相應值AA^，該相應值表示在T^被測得的IO微秒間隔內(nèi)發(fā)生了的期望過程的 近似量。塊906然后指示處理器電路110將所定位的值AA^添加到當前過程完成寄存器 296的內(nèi)容(在本實施例中，其在時間t = 0被初始設定為零)。因此，在任何給定時間間 隔tn處，當前過程完成寄存器296包含如下值 4^(0 = S《(8) 該值表示在直到tn為止已經(jīng)過的全部時間間隔內(nèi)發(fā)生的期望激活過程的量的總
和。也就是說，在時間k處，當前過程完成寄存器的內(nèi)容包括指示時間tn處期望熱激活過 程的當前完成量的參數(shù)。如上面關(guān)于預期值A^(t》所討論的那樣，盡管本說明性實施例僅 在輻照脈沖加熱階段生成并比較預期的和實際的過程完成值，然而，可替選地，同樣也可對 于預熱階段生成并比較這些值。 在本實施例中，塊908然后指示處理器電路110對指示期望熱過程的當前完成量 的參數(shù)進行監(jiān)視。更具體地，塊908指示處理器電路110讀取當前過程完成寄存器296的內(nèi) 容AKA(tn)，并將那些內(nèi)容與存儲在預期過程完成存儲器294的與當前時間間隔k對應的域 中的預期過程完成值A^(t》相比較。如果存儲在當前過程完成寄存器296中的參數(shù)A^a》 的值與存儲在預期過程完成存儲器294的被尋址的域中的預期值A^a》之間存在偏差，則 指示處理器電路110控制輻照脈沖生成系統(tǒng)修正輻照脈沖506。更具體地，在塊908，如果 當前過程完成寄存器296的內(nèi)容與預期過程完成存儲器294的被尋址的域的內(nèi)容之間存在 大于閾值差異的偏差，則塊910指示處理器電路修正輻照脈沖506以試圖抵消該偏差。在 本實施例中，閾值差異是預期值的1%。可替選地，取決于具體應用所期望的可重復性的水 平，可代之以其它閾值。 更具體地，在本實施例中，在塊908，如果存儲在當前過程完成寄存器296中的參 數(shù)比存儲在預期過程完成寄存器294中的預期值大了閾值差異以上，則塊910將處理器電 路110配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180通過縮短后續(xù)維持部分504的持續(xù)時間來修正輻 照脈沖506。 在本實施例中，為了縮短輻照脈沖的持續(xù)時間，塊910指示處理器電路控制輻照 脈沖生成系統(tǒng)180過早熄滅由多個閃光燈1S2、183、185和187中的至少一個產(chǎn)生的輻照閃 光。更具體地，在本實施例中，塊910指示處理器電路110使用當前過程完成值與預期過程 完成值之間的差異來對存儲在存儲裝置220中的脈沖干預查找表298中的相應記錄進行定位和尋址。差異的符號(正或負)表示應分別熄滅還是提升一個或多個燈；在本例中，正的 差異(AKA(tn) >AKE(tn))表示應過早熄滅一個或多個閃光燈。差異的幅度標識應被過早熄 滅的閃光燈中的一個或多個，并標識它們應被熄滅的時間。例如，如果當前過程完成值與預 期過程完成值之間的差異僅比閾值差異稍大，則脈沖干預查找表298中的相應記錄可僅存 儲產(chǎn)生第三輻照脈沖成分512的第三閃光燈185的標識，并可存儲落入第三輻照脈沖成分 512的持續(xù)時間內(nèi)的較后期的干預時間。相反，如果當前過程完成值與預期過程完成值之 間的差異比閾值差異大很多，則脈沖干預查找表298中的相應記錄可存儲第二和第三閃光 燈183和185的標識，并可存儲指示處理器電路110在輻照脈沖506的持續(xù)時間內(nèi)的較早 期熄滅第二和第三輻照脈沖成分510和512的熄滅時間。可替選地，既可在同一時間也可 在不同時間熄滅全部閃光燈。 在本實施例中，在這樣的熄滅時間被確定后，在等待熄滅時間到達的同時，如上面 在塊908所討論的那樣，塊910指示處理器電路在熄滅時間前的多個連續(xù)時間間隔處繼續(xù) 監(jiān)視實際過程完成值A^a》并將其與預期過程完成值A^a》相比較。如上所述那樣，塊 910指示處理器電路在多個連續(xù)時間間隔處繼續(xù)查閱脈沖干預查找表298，以隨著熄滅時 間的逼近在多個連續(xù)時間間隔處基于實際過程完成值與預期過程完成值的更多比較結(jié)果 而再確認并在需要時修改熄滅時間。 在本實施例中，在熄滅時間到達時，塊910指示處理器電路將柵極電壓施加至由 脈沖干預查找表298規(guī)定的閃光燈的功率控制電路800的功率減小電路820的晶閘管822。 在US 2007/0069161中更詳細地說明了以這種方式熄滅閃光燈。 相反，在塊908，如果存儲在預期過程完成存儲器294中的預期值比存儲在當前過 程完成寄存器296中的參數(shù)大了閾值差異以上，則塊910將處理器電路110配置成控制輻 照脈沖生成系統(tǒng)180通過加長后續(xù)維持部分504的持續(xù)時間來修正輻照脈沖506。更具體 地，塊910指示處理器電路110使用當前過程完成值與預期過程完成值之間的差異來對脈 沖干預查找表298中的相應記錄進行定位和尋址。差異的符號(正或負號)表示應分別熄 滅還是提升一個或多個燈；在本例中，負的差異(AKA(tn) < AKE(tn))表示應提升一個或多個 閃光燈。差異的幅度標識應被提升的閃光燈中的一個或多個，并標識它們應被提升的時間。 例如，如果當前過程完成值與預期過程完成值之間的差異僅比閾值差異稍大(其在本實施 例中是預期值的1% )，則脈沖干預查找表298中的相應記錄可僅存儲產(chǎn)生第三輻照脈沖成 分512的第三閃光燈185的標識，并可存儲落入第三輻照脈沖成分512的持續(xù)時間內(nèi)的較 后期的干預時間。相反，如果當前過程完成值與預期過程完成值之間的差異比閾值差異大 很多，則脈沖干預查找表298中的相應記錄可存儲第二和第三閃光燈183和185的標識，并 可存儲指示處理器電路110在輻照脈沖506的持續(xù)時間內(nèi)的較早期提升第二和第三輻照脈 沖成分510和512的提升時間。 同樣，在本實施例中，在這樣的脈沖提升時間被確定后，在等待提升時間到達的同 時，如上面在塊908所討論的那樣，塊910指示處理器電路在提升時間前的多個連續(xù)時間間 隔處繼續(xù)監(jiān)視實際過程完成值A^a》并將其與預期過程完成值A^a》相比較。如上所述 那樣，塊910指示處理器電路在多個連續(xù)時間間隔處繼續(xù)查閱脈沖干預查找表298，以隨著 提升時間的逼近在多個連續(xù)時間間隔處基于實際過程完成值與預期過程完成值的更多比 較結(jié)果而再確認并在需要時修改提升時間。
在本實施例中，在提升時間到達時，塊910指示處理器電路IIO控制輻照脈沖生成 系統(tǒng)180通過增大多個閃光燈182、 183、 185和187中的至少一個用來放電的電路徑的電感 來加長后續(xù)維持部分的持續(xù)時間。更具體地，為了實現(xiàn)這種電感增大，塊910指示處理器電 路110在由脈沖干預查找表298規(guī)定的提升時間將柵極電壓施加至與由脈沖干預查找表 298的內(nèi)容規(guī)定的閃光燈對應的功率控制電路800的功率提升電路830的晶閘管832。在 US 2007/0069161中更詳細地說明了這種電感增大。在需要時，還可如US 2007/0069161中 所公開的那樣提供補充電容器(未示出)，使得當柵極電壓被施加至晶閘管832時，補充電 容器立即開始通過受作用的閃光燈放電。 在塊910的脈沖修正之后，脈沖反饋控制例程290結(jié)束?？商孢x地，在給定實施例 中，如果在塊910作出一個干預動作后可在下一次執(zhí)行塊910時作出第二個干預動作，則可 指示處理器電路進入塊912以繼續(xù)處理。 在本實施例中，在塊908，如果存儲在當前過程完成寄存器296中的參數(shù)與存儲在 預期過程完成存儲器294中的預期值之間的偏差不大于閾值差異，則塊912指示處理器電 路110確定是否已完成輻照脈沖506的生成。在本實施例中，這是通過確定從輻照脈沖506 的生成開始是否已經(jīng)過了 4毫秒以上來實現(xiàn)的，然而，可替選地，也可應用其它準則來確定 輻照脈沖506的生成的完成。如果輻照脈沖506的生成尚未完成，則指示處理器電路110 返回塊908，以如上所述那樣繼續(xù)對指示期望熱激活過程的當前完成量的參數(shù)進行監(jiān)視，以 得到該參數(shù)與其預期值之間的可能偏差。在完成了輻照脈沖506的生成時，脈沖反饋控制 例程290于是結(jié)束。 根據(jù)本發(fā)明的另一個類似實施例，可為每個輻照脈沖而不是僅僅為其對工件的作
用與預期作用之間存在大于閾值差異的偏差的那些輻照脈沖提供這種脈沖修正。例如，在 一個說明性的可替選實施例中，閃光燈的電容器組被故意過充電，從而使塊910總是指示 處理器電路IIO控制輻照脈沖生成系統(tǒng)180通過熄滅由全部閃光燈產(chǎn)生的輻照閃光來縮短 后續(xù)維持部分504的持續(xù)時間。再次參照圖3，因此，在該說明性的可替選實施例中，結(jié)果得 到的輻照脈沖總是具有與輻照脈沖300的后沿305類似的陡峭傾斜的后沿。該說明性的可 替選實施例傾向于增強工件的目標表面區(qū)域在暴露于輻照脈沖的維持部分后冷卻的迅速 性，確保更加一致的總體熱循環(huán)，而且還可提供對所實現(xiàn)的實際過程結(jié)果的進一步增強的 控制。在該說明性的可替選實施例中，省略了閾值的概念，并且在塊910自動使用脈沖干預 查找表298來如上所述那樣基于預期過程完成值與實際過程完成值的比較結(jié)果來確定閃 光燈應被熄滅的時間。 可替選地，在又一個說明性實施例中，輻照脈沖總是通過熄滅閃光燈來過早地終 止，以提供類似于圖3中的305的陡峭傾斜的后沿，但省略了反饋控制。輻照脈沖可以例如 在由用戶通過軟件控制指定的可調(diào)整的時間、或者在由主RTP例程響應于用戶所指定的熱 循環(huán)的其它更普通的參數(shù)而指定的時間、或者在默認時間過早地熄滅。
可替選地或附加地，如上所述的實時反饋控制、輻照脈沖506和結(jié)果得到的溫 度_時間輪廓608也可無需物理地去除或更換硬件組件、而是單獨通過軟件控制以其它方 式來容易地修正。例如，由于輻照脈沖成分508、510和512可由處理器電路將柵極電壓施 加至相關(guān)的單獨供電系統(tǒng)189、 191 、193和195的相應晶閘管836來生成，所以主RTP例程 221或脈沖反饋控制例程290可被修正為使得用戶能夠容易地改變輻照脈沖成分的相對時序。類似地，由于處理器電路110可通過控制每個單獨供電系統(tǒng)189、 191 、 193或195的供電 單元802將相關(guān)電容器組828充電至不同的可調(diào)直流電壓來調(diào)整單獨脈沖成分508、510和 512的幅度，所以主RTP例程或脈沖反饋控制例程290可被修正為允許用戶容易地調(diào)節(jié)這些 成分的相對幅度。此外，這里說明的脈沖修正方法的說明性例子(比如由處理器電路IIO 將柵極電壓施加至晶閘管822以過早熄滅脈沖或施加至晶閘管832以擴展或提升脈沖)也 是可容易地軟件調(diào)整的。因而，這些脈沖修正方法可由用戶通過軟件而無需硬件重新設計、 全局地或有選擇地控制由各個閃光燈產(chǎn)生的各個脈沖成分來容易地調(diào)整。這種對輻照脈沖 成分的相對時序、幅度和形狀的修正可以在如上所述那樣在輻照脈沖期間缺乏實時反饋控 制的實施例中進行，以及在提供這種反饋控制的實施例中進行。為了說明的目的而描述了 四個高功率閃光燈，但可替選地，使用數(shù)量多得多的較低功率閃光燈可有助于更精細地控 制輻照脈沖506的總體形狀。 這些技術(shù)可在其它實施例中加以組合。例如，盡管上述實施例傾向于對于四個閃 光燈182、 183、 185和187使用類似的電路，但可替選地，可代之以不同的功率控制電路組件 以進一步改變脈沖形狀。由此，不同閃光燈的功率控制電路可具有例如與上面所述不同的 電感器、電容器、電阻器和其它組件。這種變化的功率控制電路可對于全部燈都相同，或可 替選地，每個閃光燈可使用不同的唯一功率控制電路。類似地，在具有與上面討論的類似或 不同的功率控制電路的實施例中，無論該電路對于全部閃光燈都相同還是對于每個燈是唯 一的，均可組合不同的可調(diào)充電電壓和脈沖開始時間。組合了兩個或更多這些方法的實施 例(比如對于不同燈具有不同的功率控制電路、對于每個燈具有不同充電電壓、不同相對 放電時間和單獨的脈沖修正能力)可得到更精細的脈沖形狀控制。因此，結(jié)果可產(chǎn)生更近 似于圖3所示的示例輻照脈沖300的輻照脈沖。結(jié)果，在這樣的實施例中，脈沖的維持部分 可將工件的目標表面區(qū)域的溫度保持在自期望溫度起的比圖6中的604所示的溫度范圍 小的期望范圍內(nèi)。例如，在一些這樣的實施例中，期望范圍可以是自期望溫度602起的約 1 X IO"C內(nèi)。在其它這樣的實施例中，期望范圍可以是自期望溫度起的約3°C內(nèi)。
作為又一可替選方案，盡管多個在時間上交錯且重疊的輻照脈沖成分508、510和 512被組合以生成輻照脈沖506，但可替選地，可采用多個同時開始的電脈沖成分來產(chǎn)生多 個相應的同時開始的輻照脈沖成分，并可由這里和US 2007/0069161中說明的那些適當?shù)?電流減小或提升技術(shù)來修正電脈沖成分，以使得結(jié)果得到的總的組合輻照脈沖符合期望的 新穎脈沖形狀，例如圖3中的300或圖5中的506所示的脈沖形狀。 可替選地，單個輻照源可代替多個閃光燈。例如，參照圖10，總體上以1000示出了 根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的熱處理設備。與上面說明的其中工件106的目標表面區(qū)域是整 個器件側(cè)表面122的實施例形成對照，在本實施例中，工件的目標表面區(qū)域包括半導體晶 片120的器件側(cè)122的區(qū)域片段1002。在本實施例中，輻照脈沖生成系統(tǒng)包括代替圖1所 示的多個閃光燈的掃描激光器1004。在本實施例中，掃描激光器1004被配置成生成具有非 對稱空間輪廓的激光束1006。處理器電路110 (圖10中未示出)被配置成通過控制掃描激 光器1004使具有非對稱空間輪廓的激光束1006在少于工件106的熱傳導時間的時間內(nèi)掃 過區(qū)域片段1002來生成輻照脈沖。 參照3和圖IO，在本實施例中，處理器電路110被配置成控制輻照脈沖生成系統(tǒng) (在本實施例中是掃描激光器1004)生成入射到工件106的目標表面(在本實施例中為區(qū)域片段1002)上的輻照脈沖300的初始加熱部分302和后續(xù)維持部分304。而且，像在前面 說明的實施例中那樣，初始加熱部分302和后續(xù)維持部分304的組合持續(xù)時間少于工件的 熱傳導時間。初始加熱部分302將目標表面區(qū)域即區(qū)域片段1002加熱至期望溫度，而后續(xù) 維持部分304將目標表面區(qū)域保持在自期望溫度起的期望范圍內(nèi)。 更具體地，在本實施例中，掃描激光器1004使激光束1006以逐行掃描方式掃過器 件側(cè)122，從而使激光束在少于工件的熱傳導時間的時間內(nèi)掃過區(qū)域片段1002，并在少于 工件的熱傳導時間的時間內(nèi)在與區(qū)域片段1002相同的掃描行上掃過每個相鄰區(qū)域片段， 但掃過整個掃描行所花費的時間通常比工件的熱傳導時間長。使激光束1006依次掃過器 件側(cè)122上的多個行，直到激光束1006在少于工件的熱傳導時間的時間內(nèi)掃描了器件側(cè)上 的每個區(qū)域片段為止。由此，激光束1006迅速地加熱每個這樣的區(qū)域片段，但區(qū)域片段下 方的工件本體保持較冷的中間溫度，從而擔當幫助在激光束1006掃過區(qū)域片段后迅速冷 卻區(qū)域片段的"熱沉"。在需要時，如上面關(guān)于其它實施例所說明的那樣，這種激光器掃描可 與預熱結(jié)合。 參照圖3、10和ll，在本實施例中，處理器電路IIO被配置成控制掃描激光器1004 通過使激光束1006的第一空間部分1102掃過區(qū)域片段1002來生成初始加熱部分302，并 通過使激光束1006的第二空間部分1104掃過區(qū)域片段1002來生成后續(xù)維持部分304，其 中第一空間部分1102和第二空間部分1104是非對稱的。更具體地，在本實施例中，圖11 所示的激光束1006從左到右逐個掃過器件側(cè)122的每行，因此第一空間部分1102的前沿 是激光束的開始在任何給定目標表面區(qū)域(如區(qū)域片段1002)上掃描的初始部分，而第二 空間部分1104的后沿是激光束的結(jié)束在目標表面區(qū)域上掃描的最后部分。應認識到，圖11 所示激光束1006的空間輪廓在效果上是圖3所示輻照脈沖300的時間輪廓的鏡像，且使激 光束1006在小于工件的熱傳導時間的時間內(nèi)從左到右快速掃過區(qū)域片段1002在效果上將 該區(qū)域片段暴露于具有圖3中以300示出的時間形狀的輻照脈沖。 圖11所示激光束1006的空間輪廓可以任何適當方式實現(xiàn)。例如，可修改美國專 利號7， 005， 601中所述的透鏡和其它光學組件，以產(chǎn)生具有圖11所示空間輪廓的激光束。 當提供有本說明書的教導時，透鏡設計領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的修改。 在需要時，圖10和11所示的實施例可被進一步修改為包含對因激光束1006掃過 給定目標表面區(qū)域而導致的輻照脈沖的實時反饋控制。例如，可如上所述那樣對指示輻照 脈沖期間期望熱過程的當前完成量的參數(shù)進行監(jiān)視。代替上面關(guān)于閃光燈系統(tǒng)所述的脈沖 修正技術(shù)，處理器電路110可被配置成控制掃描激光器1004通過改變總激光功率、或通過 減小由激光束在掃過區(qū)域片段1002時供給區(qū)域片段1002的功率、或相反地通過增大由激 光束供給區(qū)域片段1002的功率來修正輻照脈沖。 可替選地，可用其它方式代替上述方式來生成根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的輻照 脈沖。例如，可以不采用單個輻照源或小數(shù)量的輻照源而采用大數(shù)量的輻照源。作為一個 說明性例子，可采用大數(shù)量的閃光燈，使大數(shù)量的閃光燈放電以生成初始加熱部分，并使小 數(shù)量的閃光燈逐個或逐組放電以生成并維持后續(xù)維持部分?？商孢x地，市場上可買到的脈 沖形成網(wǎng)絡可被配置成為單個源或多個源供電以生成根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的輻照 脈沖。 再次參照圖3和5，其它說 性實施例可能涉及與圖3所示的理想輻照脈沖300和圖5所示的說明性輻照脈沖506都不同的輻照脈沖。例如，在一個說明性的可替選實施 例中，后續(xù)維持部分的持續(xù)時間可能顯著更長。在該實施例中，由于維持部分在時間上的延 長以及理想維持部分的幅度隨時間逐漸變小這一事實，維持部分的平均幅度可能小于脈沖 的初始加熱部分的峰值幅度的一半。結(jié)果，半高全寬可能主要表示初始加熱部分的持續(xù)時 間，而可能排除落入半高值以下的大部分維持部分，所以四分之一高全寬(FWQM)成為總脈 沖持續(xù)時間的更有意義的指標。與圖5所示的輻照脈沖506不同，其它實施例中的輻照脈 沖的FWQM可能大于工件的熱傳導時間的一半。在一個這樣的說明性實施例中，與輻照脈沖 506的約3毫秒的FWQM形成對比，整個輻照脈沖的四分之一高全寬(FWQM)可在約IX 10一2 秒(10毫秒)的量級。這種可替選脈沖的十分之一高全寬甚至可超過10毫秒，然而，對于 許多應用來說，最好避免將表面上的目標區(qū)域的溫度維持在期望過程溫度處或期望過程溫 度附近達工件的熱傳導時間或更長，以避免非期望量的擴散或其它非期望效應。這種輻照 脈沖的半高全寬(FWHM)可例如是2至3毫秒。 更一般而言，盡管已描述和說明了本發(fā)明的多個具體實施例，但應認為這些實施 例僅對本發(fā)明進行說明而不是如根據(jù)所附權(quán)利要求書所解釋的那樣對本發(fā)明構(gòu)成限制。
權(quán)利要求
一種對工件進行熱處理的方法，所述方法包括生成入射到所述工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分；其中所述初始加熱部分和所述后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于所述工件的熱傳導時間；其中所述初始加熱部分將所述目標表面區(qū)域加熱至期望溫度；并且其中所述后續(xù)維持部分將所述目標表面區(qū)域保持在自所述期望溫度起的期望范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述工件包括半導體晶片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述初始加熱部分和所述后續(xù)維持部分是非對稱的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述維持部分向所述目標表面區(qū)域遞送足以對從 所述目標表面區(qū)域到所述工件體內(nèi)的熱傳導進行補償?shù)墓β省?br> 5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述維持部分進一步向所述目標表面區(qū)域遞送足 以對通過所述目標表面區(qū)域與其環(huán)境之間的熱輻射和傳導而進行的熱交換進行補償?shù)墓β省?br> 6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述維持部分以至少lX102W/cm2的速率向所述 目標表面區(qū)域遞送功率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述期望范圍是自所述期望溫度起的約5X10"C內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述期望范圍是自所述期望溫度起的約1X10"C內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述期望范圍是自所述期望溫度起的約3°C內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述組合持續(xù)時間使得所述輻照脈沖的半高全 寬(FWHM)小于所述工件的所述熱傳導時間的一半。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述FWHM是約2ms。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述組合持續(xù)時間使得所述輻照脈沖的四分之 一高全寬(FWQM)小于所述工件的所述熱傳導時間的一半。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述FWQM是約3ms。
14. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述組合持續(xù)時間使得所述輻照脈沖的四分之 一高全寬(FWQM)大于所述工件的所述熱傳導時間的一半。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述FWQM是約1 X 10—2s。
16. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件 側(cè)，并且其中所述生成包括使用多個閃光燈生成所述輻照脈沖。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述生成包括在輻照脈沖開始時間點亮所述 多個閃光燈中的至少一個，隨后點亮所述多個閃光燈中的至少另一個。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述生成包括在所述輻照脈沖開始時間同時點 亮所述多個閃光燈中的至少兩個。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述隨后點亮包括隨后在所述輻照脈沖開始 時間后的第一時間間隔處點亮所述多個閃光燈中的至少第一另一個，并隨后在所述輻照脈沖開始時間后的第二時間間隔處點亮所述多個閃光燈中的至少第二另一個。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一和第二時間間隔分別是在所述輻照脈 沖開始時間后的約1毫秒和約2毫秒。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一和第二時間間隔分別是在所述輻照脈 沖開始時間后的約0. 8毫秒和約1. 8毫秒。
22. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件 側(cè)的區(qū)域片段，并且其中生成所述輻照脈沖包括使具有非對稱空間輪廓的激光束在少于所 述工件的所述熱傳導時間的時間內(nèi)掃過所述區(qū)域片段。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中生成所述初始加熱部分包括使所述激光束的第 一空間部分掃過所述區(qū)域片段，并且其中生成所述后續(xù)維持部分包括使所述激光束的第二 空間部分掃過所述區(qū)域片段，其中所述第一空間部分和所述第二空間部分是非對稱的。
24. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括在生成所述輻照脈沖之前先將所述工件 預熱至低于所述期望溫度的中間溫度。
25. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括對指示所述輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視；以及 響應于所述至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正所述輻照脈沖。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述修正包括在所述至少一個參數(shù)比所述預期 值大了閾值差異以上的情況下縮短所述后續(xù)維持部分的持續(xù)時間。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述修正包括在所述預期值比所述至少一個參 數(shù)大了閾值差異以上的情況下加長所述后續(xù)維持部分的持續(xù)時間。
28. —種對工件進行熱處理的設備，所述設備包括 輻照脈沖生成系統(tǒng)；以及處理器電路，所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生成系統(tǒng)生成入射到所述工 件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分；其中所述初始加熱部分和所述后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于所述工件的熱傳導 時間；其中所述初始加熱部分將所述目標表面區(qū)域加熱至期望溫度；并且 其中所述后續(xù)維持部分將所述目標表面區(qū)域保持在自所述期望溫度起的期望范圍內(nèi)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的設備，其中所述工件包括半導體晶片。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)使得所述初始加熱部分和所述后續(xù)維持部分是非對稱的。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)使得所述維持部分向所述目標表面區(qū)域遞送足以對從所述目標表面區(qū)域到所述工 件體內(nèi)的熱傳導進行補償?shù)墓β省?br> 32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)使得所述維持部分進一步向所述目標表面區(qū)域遞送足以對通過所述目標表面區(qū)域 與其環(huán)境之間的熱輻射和傳導而進行的熱交換進行補償?shù)墓β省?br> 33. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)使得所述維持部分以至少lX102W/cm2的速率向所述目標表面區(qū)域遞送功率。
34. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述期望范圍是自所述期望溫度起的約 5X10"C內(nèi)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述期望范圍是自所述期望溫度起的約 1X10"C內(nèi)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述期望范圍是自所述期望溫度起的約3°C內(nèi)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)使得所述輻照脈沖的半高全寬(FWHM)小于所述工件的所述熱傳導時間的一半。
38. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述FWHM是約2ms。
39. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)使得所述輻照脈沖的四分之一高全寬(FWQM)小于所述工件的所述熱傳導時間的一半。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的設備，其中所述FWQM是約3ms。
41. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)使得所述輻照脈沖的四分之一高全寬(FWQM)大于所述工件的所述熱傳導時間的一 半。
42. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的設備，其中所述FWQM是約1 X 10—2s。
43. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件 側(cè)，并且其中所述輻照脈沖生成系統(tǒng)包括多個閃光燈。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)通過在輻照脈沖開始時間點亮所述多個閃光燈中的至少一個、并通過隨后點亮所述 多個閃光燈中的至少另一個來生成所述輻照脈沖。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)在所述輻照脈沖開始時間同時點亮所述多個閃光燈中的至少兩個。
46. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)隨后在所述輻照脈沖開始時間后的第一時間間隔處點亮所述多個閃光燈中的至少 第一另一個，并隨后在所述輻照脈沖開始時間后的第二時間間隔處點亮所述多個閃光燈中 的至少第二另一個。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中所述第一和第二時間間隔分別是在所述輻照脈 沖開始時間后的約1毫秒和約2毫秒。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的設備，其中所述第一和第二時間間隔分別是在所述輻照脈 沖開始時間后的約0. 8毫秒和約1. 8毫秒。
49. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件 側(cè)的區(qū)域片段，其中所述輻照脈沖生成系統(tǒng)包括被配置成生成具有非對稱空間輪廓的激光 束的掃描激光器，并且其中所述處理器電路被配置成通過控制所述掃描激光器使具有所述 非對稱空間輪廓的所述激光束在少于所述工件的所述熱傳導時間的時間內(nèi)掃過所述區(qū)域 片段來生成所述輻照脈沖。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述掃描激光器 通過使所述激光束的第一空間部分掃過所述區(qū)域片段來生成所述初始加熱部分，并通過使 所述激光束的第二空間部分掃過所述區(qū)域片段來生成所述后續(xù)維持部分，其中所述第一空間部分和所述第二空間部分是非對稱的。
51. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，進一步包括預熱系統(tǒng)，并且其中所述處理器電路被 配置成控制所述預熱系統(tǒng)在所述輻照脈沖生成系統(tǒng)的激活之前先將所述工件預熱至低于 所述期望溫度的中間溫度。
52. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的設備，進一步包括測量系統(tǒng)，并且其中所述處理器電路被 配置成與所述測量系統(tǒng)協(xié)作以對指示所述輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一 個參數(shù)進行監(jiān)視；以及控制所述輻照脈沖生成系統(tǒng)響應于所述至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正所 述輻照脈沖。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)通過在所述至少一個參數(shù)比所述預期值大了閾值差異以上的情況下縮短所述后續(xù) 維持部分的持續(xù)時間來修正所述輻照脈沖。
54. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生 成系統(tǒng)通過在所述預期值比所述至少一個參數(shù)大了閾值差異以上的情況下加長所述后續(xù) 維持部分的持續(xù)時間來修正所述輻照脈沖。
55. —種對工件進行熱處理的設備，所述設備包括用于生成入射到所述工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分的裝置； 用于生成入射到所述工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的后續(xù)維持部分的裝置； 其中所述初始加熱部分和所述后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于所述工件的熱傳導 時間；其中所述初始加熱部分將所述目標表面區(qū)域加熱至期望溫度；并且 其中所述后續(xù)維持部分將所述目標表面區(qū)域保持在自所述期望溫度起的期望范圍內(nèi)。
56. —種對工件進行熱處理的方法，所述方法包括生成入射到所述工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分；其中所述初始加熱部分和所述后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于所述工件的熱傳導 時間；對指示所述輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視；以及 響應于所述至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正所述輻照脈沖。
57. 根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中所述工件包括半導體晶片。
58. 根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其中所述修正包括在所述至少一個參數(shù)比所述預期 值大了閾值差異以上的情況下縮短所述后續(xù)維持部分的持續(xù)時間。
59. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件 側(cè)，其中所述生成包括使用多個閃光燈生成所述輻照脈沖，并且其中縮短所述輻照脈沖的 持續(xù)時間包括過早熄滅由所述多個閃光燈中的至少一個產(chǎn)生的輻照閃光。
60. 根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件 側(cè)的區(qū)域片段，其中生成所述輻照脈沖包括使具有非對稱空間輪廓的激光束在少于所述工 件的所述熱傳導時間的時間內(nèi)掃過所述區(qū)域片段，并且其中修正所述輻照脈沖包括減小由所述激光束供給所述區(qū)域片段的功率。
61. 根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其中所述修正包括在所述預期值比所述至少一個參數(shù)大了閾值差異以上的情況下加長所述后續(xù)維持部分的持續(xù)時間。
62. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件側(cè)，其中所述生成包括使用多個閃光燈生成所述輻照脈沖，并且其中加長所述后續(xù)維持部分的持續(xù)時間包括增大所述多個閃光燈中的至少一個用來放電的電路徑的電感。
63. 根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件側(cè)的區(qū)域片段，其中生成所述輻照脈沖包括使具有非對稱空間輪廓的激光束在少于所述工件的所述熱傳導時間的時間內(nèi)掃過所述區(qū)域片段，并且其中修正所述輻照脈沖包括增大由所述激光束供給所述區(qū)域片段的功率。
64. —種對工件進行熱處理的設備，所述設備包括輻照脈沖生成系統(tǒng)；測量系統(tǒng)；處理器電路，所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生成系統(tǒng)生成入射到所述工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分；其中所述初始加熱部分和所述后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于所述工件的熱傳導時間；其中所述處理器電路被配置成與所述測量系統(tǒng)協(xié)作以對指示所述輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視；以及控制所述輻照脈沖生成系統(tǒng)響應于所述至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正所述輻照脈沖。
65. 根據(jù)權(quán)利要求64所述的設備，其中所述工件包括半導體晶片。
66. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生成系統(tǒng)通過在所述至少一個參數(shù)比所述預期值大了閾值差異以上的情況下縮短所述后續(xù)維持部分的持續(xù)時間來修正所述輻照脈沖。
67. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的設備，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件側(cè)，其中所述輻照脈沖生成系統(tǒng)包括多個閃光燈，并且其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生成系統(tǒng)通過過早自熄滅由所述多個閃光燈中的至少一個產(chǎn)生的輻照閃光來縮短所述輻照脈沖的持續(xù)時間。
68. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件側(cè)的區(qū)域片段，其中所述輻照脈沖生成系統(tǒng)包括被配置成生成具有非對稱空間輪廓的激光束的掃描激光器，其中所述處理器電路被配置成通過控制所述掃描激光器使具有所述非對稱空間輪廓的所述激光束在少于所述工件的所述熱傳導時間的時間內(nèi)掃過所述區(qū)域片段來生成所述輻照脈沖，并且其中所述處理器電路被配置成控制所述掃描激光器通過減小由所述激光束供給所述區(qū)域片段的功率來修正所述輻照脈沖。
69. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生成系統(tǒng)通過在所述預期值比所述至少一個參數(shù)大了閾值差異以上的情況下加長所述后續(xù)維持部分的持續(xù)時間來修正所述輻照脈沖。
70. 根據(jù)權(quán)利要求69所述的設備，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件側(cè)，其中所述輻照脈沖生成系統(tǒng)包括多個閃光燈，并且其中所述處理器電路被配置成控制所述輻照脈沖生成系統(tǒng)通過增大所述多個閃光燈中的至少一個可用來放電的電路徑的電感來加長所述后續(xù)維持部分的持續(xù)時間。
71. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的設備，其中所述目標表面區(qū)域包括所述半導體晶片的器件側(cè)的區(qū)域片段，其中所述輻照脈沖生成系統(tǒng)包括被配置成生成具有非對稱空間輪廓的激光束的掃描激光器，其中所述處理器電路被配置成通過控制所述掃描激光器使具有所述非對稱空間輪廓的所述激光束在少于所述工件的所述熱傳導時間的時間內(nèi)掃過所述區(qū)域片段來生成所述輻照脈沖，并且其中所述處理器電路被配置成控制所述掃描激光器通過增大由所述激光束供給所述區(qū)域片段的功率來修正所述輻照脈沖。
72. —種對工件進行熱處理的設備，所述設備包括用于生成入射到所述工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分的裝置；用于生成入射到所述工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的后續(xù)維持部分的裝置；其中所述初始加熱部分和所述后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于所述工件的熱傳導時間；用于對指示所述輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視的裝置；以及用于響應于所述至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正所述輻照脈沖的裝置。
全文摘要
一種對工件進行熱處理的方法，包括生成入射到工件的目標表面區(qū)域上的輻照脈沖的初始加熱部分和后續(xù)維持部分。初始加熱部分和后續(xù)維持部分的組合持續(xù)時間少于工件的熱傳導時間。初始加熱部分將目標表面區(qū)域加熱至期望溫度，而后續(xù)維持部分將目標表面區(qū)域保持在自期望溫度起的期望范圍內(nèi)。另一種方法包括生成輻照脈沖的該初始加熱部分和后續(xù)維持部分，對指示輻照脈沖期間期望熱過程的當前完成量的至少一個參數(shù)進行監(jiān)視，并響應于該至少一個參數(shù)與預期值之間的偏差而修正輻照脈沖。
文檔編號H01L21/324GK101702950SQ200880014360
公開日2010年5月5日 申請日期2008年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日
發(fā)明者史蒂夫·麥科伊, 大衛(wèi)·馬爾科姆·卡姆, 格雷戈·斯圖爾特 申請人:加拿大馬特森技術(shù)有限公司