[发明专利]脉冲激光退火系统结构

说明书

技术领域

本发明的各实施方式主要涉及用于制造半导体器件的装置。更具体地说，本发明的实施方式涉及用于热处理衬底的装置。 

 背景技术

在半导体处理过程中，可能会将衬底加热到高温，以便可以发生进行各种不同的化学和/或物理反应。通常使用热处理工艺加热衬底。诸如退火工艺的典型热处理工艺需要在短时间内向衬底提供相对大量的热能，并随后快速冷却晶片，以便停止热处理工艺。目前使用的热处理工艺的实例包括快速热处理工艺(RTP)和脉冲(尖峰)退火。虽然这些工艺已得到了广泛的使用，但是现有的这些技术都不能令人满意。其趋于太慢地提升晶片的温度并使衬底过长时间地暴露于高温之下。随着晶片尺寸的增大、转换速度的提高和/或特征尺寸的减小，这些问题会变得更加严重。 

通常，这些热处理工艺在根据预定的加热菜单(thermal recipe)的控制条件下加热衬底。这些加热菜单基本上由必须将衬底加热到温度变化速率-即温度提升和降低速率，和热处理系统保持在特定温度的时间所组成。例如，加热菜单可以要求在每个明确的温度下，在长达60秒或更长的处理时间内，将衬底从室温加热到1200℃或更高的确定温度。 

而且，为了满足某些目标，例如半导体衬底的不同区域之间材料的最小互扩散，必须限制每个半导体衬底经受高温的时间量。为了实现该目标，优选使用高的温度变化速度，包括温度提升和降低速率。换句话说，希望能够在尽可能短的时间内从低温到高温来调整衬底的温度，或反之亦然。 

对于高的温度变化速率的需求导致了快速热处理(RTP)的发展，其中，与常规炉的5-15℃/min相比，典型温度提升速率范围在200到400℃/s。典型温度降低速率在80-150℃/s的范围内。RTP的缺点是即使IC器件仅存在于硅晶片的顶部几微米内，其也加热整个晶片。这限制了可以加热和冷却晶片的快速程度。而且，一旦整个晶片处于高温，热量仅可以消散到周围空间或结构内。其结果是，RTP系统的现有技术状态勉强实现400℃/s的提升速率和150℃/s的降低速率。 

为了解决在传统RTP型工艺中出现的某些问题，已经将多种扫描激光退火技术用于退火衬底表面。一般来说，这些技术将恒定能量通量传送到衬底表面上的小区域，同时相对于传送到该小区域的能量平移或扫描衬底。由于严格的均匀性需求和使穿过衬底表面的扫描区域的交叠最小化的复杂性，对于热处理衬底表面上形成的符合水准的器件，这些类型的工艺是不够有效的。 

脉冲激光退火技术，一般在衬底上的一个小区域处投射脉冲电磁能量，并随后相对能量源移动衬底并将另一个小区域暴露于脉冲电磁能量。脉冲激光退火技术使衬底上处理区域之间的交叠最小化，因此改进了热退火的均匀性。然而，在脉冲激光退火技术中使用的能量源必须能够在相对短的时间内传送相对大量的能量，因此其是昂贵的。 

考虑到上述问题，目前仍存在有这样一种需求，即能提供一种以高的均匀性和低的成本用于退火半导体衬底的装置。 

发明内容

本发明的实施方式一般提供用于处理半导体衬底的方法和装置。更具体地说，本发明的实施方式提供了用于退火半导体衬底的方法和装置。 

本发明的一个实施方式提供了一半导体处理室，该半导体处理室包括设置成支撑衬底的第一衬底支架、设置成支撑衬底的第二衬底支架、连接到第一衬底支架并设置成在处理区和第一加载区之间移动第一衬底支架的梭(shuttle)，其中，处理区具有设置成交替容纳第一衬底支架和第二衬底支架的处理体积。 

本发明的另一个实施例方式提供了一退火系统，该退火系统其包括一具有加工处理区、第一加载区和第二加载区的加工处理室；设置成在第一加载区和加工处理区之间支撑并传送衬底的第一衬底支架组件；设置成在第二加载区和加工处理区之间支撑并传送衬底的第二衬底支架组件；设置成将第一和第二衬底组件交替放置在加工处理区内的梭；和设置成将能量投射到加工处理区中的 内的退火区域的能量源。 

本发明的再一个实施方式提供了用于处理半导体衬底的方法，该方法包括将第一衬底加载到安置在第一加载区内的第一衬底支架组件上；在第一加载区内预加热第一衬底；将第一衬底支架组件移动到处理区以便将第一衬底放置在处理区内、将第一衬底的第一区域与安置在处理区内的能量源的退火区域对准；以及使用能量源将脉冲能量投射到第一衬底的第一区域。 

附图说明