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管理基板退火的热预算

阅读：396发布：2021-02-25

IPRDB可以提供管理基板退火的热预算专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种用于处理一基板的方法及设备。将该基板定位于一热处理腔室中的一支撑件上。将电磁辐射导向该基板以退火该基板的一部分。将其它电磁辐射导向该基板以预热该基板的一部分。该预热降低该预热区域与该退火区域之间的边界处的热应力。按特定实施方式的需要，预期任何数量的退火区域及预热区域，其具有可变的形状及温度分布。可使用诸如激光、热灯、白光灯或闪光灯的任何适当的电磁辐射源。，下面是管理基板退火的热预算专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种处理一基板的方法，其包含：将该基板定位在一可移动基板支撑件上；

将一第一量的加热能量导向一下伏于该基板的一部分的第一固定位置；

将一第二量的加热能量导向一下伏于该基板的一部分的第二固定位置；

移动该基板支撑件以藉由将该基板的各所选区域连续定位于该第一固定位置及随后该第二固定位置处来处理该基板的所选区域；及将该基板的一部分维持在低于500℃的温度下。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该第二量的加热能量具有足以退火该基板的一部分的功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中该第一量的加热能量具有小于退火该基板的一部分所需的功率的功率。

4.一种退火一基板表面的方法，其包含以下步骤：藉由施加能量至该基板的一预热部分以预热该预热部分；以及当预热该基板的该预热部分时，藉由对该基板的一退火部分施加增量能量以在该预热区域内退火该退火部分。

5.一种用于热处理一基板的设备，该设备包含：一可移动基板支撑件；

一第一能量来源，其经定向以将退火能量导向该基板支撑件的一表面的一第一部分；

一第二能量来源，其经定向以将预热能量导向该基板支撑件的该表面的一第二部分；

及

一光学组件，其容纳该第一能量来源及该第二能量来源。

6.根据权利要求5所述的设备，其中该第一能量来源为一激光且该第二能量来源为一激光。

7.根据权利要求5所述的设备，其中该第一能量来源为一激光且该第二能量来源为多个灯。

8.根据权利要求5所述的设备，其中该光学组件进一步包含：将该退火能量成形的一第一光学调谐器及将该预热能量成形的一第二光学调谐器。

9.根据权利要求5所述的设备，其进一步包含：耦接至该基板支撑件的一控制器。

10.一种用于热处理一基板的设备，该设备包含：一固定基板支撑件；

一或多个能量来源，其经定向以将退火能量导向该基板支撑件的一表面的一第一部分且将预热能量导向该基板支撑件的该表面的一第二部分；

一光学组件，其容纳该一或多个能量来源；及一致动器，用于相对于该固定基板支撑件来移动该退火能量及该预热能量。

11.根据权利要求10所述的设备，其中至少一个能量来源为一激光。

12.根据权利要求10所述的设备，其中该光学组件进一步包含：将该退火能量及该预热能量成形的一或多个光学调谐器。

13.根据权利要求10所述的设备，其进一步包含：耦接至该致动器的一控制器。

14.根据权利要求10所述的设备，其进一步包含：感应该基板的一或多个部分的温度的检测器。

15.根据权利要求10所述的设备，其中该致动器旋转该光学组件以定向该退火能量及该预热能量。

说明书全文

管理基板退火的热预算

[0001] 发明背景发明领域

[0002] 本发明的实施方式关于制造半导体器件的方法。更具体地说，本发明的实施方式针对热处理基板的方法。

[0003] 现有技术的描述

[0004] 集成电路(IC)市场不断地需要更大的内存容量、更快的切换速度及更小的特征结构尺寸。工业中用以应对这些需要的主要步骤之一为将在大熔炉中批处理的硅晶片改变为在小腔室中的处理单晶片。

[0005] 在该单晶片处理期间，通常将晶片加热至高温以使得各种化学及物理反应可在该晶片中界定的多个IC器件中发生。受特定关注的是，IC器件的有利电效能要求对注入区域进行退火。退火将先前制成为非晶形的晶片区域重新产生为更加结晶的结构，且藉由将掺杂剂的原子并入至基板或晶片的结晶晶格中活化掺杂剂。诸如退火的热工艺要求在短时间内为晶片提供相对大量的热能且之后使该晶片快速冷却以终止该热工艺。当前所使用的热工艺的实例包括快速热处理(RTP)及脉冲(尖峰式)退火。虽然这些工艺得以广泛使用，但当前技术对倾向于长时期暴露在高温下的大基板而言并不理想。这些问题随着切换速度的增加及/或特征结构尺寸的减小而变得更加严重。

[0006] 一般而言，这些热工艺根据预定热制作方法(thermal recipe)，在受控条件下加热基板。这些热制作方法基本上由以下构成：半导体基板必须受热所达的温度、温度的变化速率(亦即，温度上升速率及下降速率)及热处理系统保持在特定温度下的时间。举例而言，一些热制作方法可能要求整个基板自室温受热至400℃或400℃以上的温度，历时超过形成于该基板上的器件的热预算的处理时间。

[0007] 此外，为满足某些目的，诸如材料在半导体基板的不同区域之间的最小相互扩散，各半导体基板经受高温的时间量必须受限制。为达成该目的，温度的变化速率(上升及下降)较佳为高的。换言之，希望在尽可能短的时间内能将基板的温度自低温调整至高温，或反之亦然。

[0008] 对高温变化速率的要求导致快速热处理(RTP)的发展，与传统熔炉的5-15℃/min相比，快速热处理的典型温度上升速率在200至400℃/s的范围内变化。典型下降速率在80-150℃/s的范围内。RTP的缺点为即使IC器件仅仅驻留于硅晶片的顶部几微米中，该RTP仍加热整个晶片。此缺点限制热处理可加热及冷却该晶片的快速程度。此外，一旦整个晶片处于高温下，热仅仅可耗散至周围空间或结构中。因此，RTP系统的当今技术现状为尽力达成400℃/s的上升速率及150℃/s的下降速率。

[0009] 随着基板上的器件尺寸在未来变得更小，热预算亦必须减小，因为较小器件可能会由于材料的相互扩散而更易降级。温度上升及下降速率必须增加以压缩退火时间，例如低于1秒。

[0010] 为解决传统RTP类型工艺中产生的一些问题，各种扫描激光退火技术已用以退火基板的表面。一般而言，这些技术将恒定能量通量传递至基板表面上的小区域，同时相对于传递至该小区域的能量来平移或扫描该基板。其它激光扫描工艺使基板保持静止且移动该激光横过该基板表面。由于严格的均匀性要求以及使横过该基板表面的经扫描区域的重迭最小化的复杂性，这些类型的工艺对该基板表面上形成的接触级器件(contact level device)的热处理并不有效。另外，基板中由与极端区域化加热关联的高热梯度产生的热应力可对该基板产生破坏。

[0011] 鉴于上文，存有对以高的上升及下降速率来退火半导体基板的新颖设备及方法的需要。此对产生增大效能的较小器件的制造提供更大控制。

[0012] 概述

[0013] 本发明的实施方式一般而言提供处理基板的方法。本发明的一方面提供一种处理一基板的方法，包含：将该基板定位于一可移动基板支撑件上，将一第一量的加热能量导向一下伏于该基板的一部分的第一固定位置，将一第二量的加热能量导向一下伏于该基板的一部分的第二固定位置，移动该基板支撑件以藉由将各所选区域连续定位于该第一固定位置及随后定位于该第二固定位置处来处理该基板的所选区域，及将该基板的一部分维持在低于500℃的温度下。

[0014] 其它实施方式提供一种处理一基板的方法，包含将该基板定位于一固定基板支撑件上，将加热能量导向该基板以在该基板表面上形成至少一个热区及至少一个退火区，及移动该加热能量以藉由将各所选区域连续定位于该热区及随后定位于该退火区来处理该基板的所选区域。

[0015] 其它实施方式提供一种用于热处理一基板的设备，包含一可移动基板支撑件；一第一能量来源，其经定向以将退火能量导向该基板支撑件的一表面的一第一部分；一第二能量来源，其经定向以将预热能量导向该基板支撑件的该表面的一第二部分；及一光学组件，其容纳该第一能量来源及该第二能量来源。

[0016] 其它实施方式提供一种用于热处理一基板的设备，包含一固定基板支撑件；一或多个能量来源，其经定向以将退火能量导向该基板支撑件的一表面的一第一部分且将预热能量导向该基板支撑件的该表面的一第二部分；一光学组件，其容纳该一或多个能量来源；及一致动器，其用于相对于该固定基板支撑件来移动该退火能量及该预热能量。

[0017] 附图简要说明

[0018] 因此，可详细理解本发明的上述特征结构的方式，即上文简要概述的本发明的更特定描述可参照实施方式进行，一些实施方式图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施方式，且因此不欲视为其范畴的限制，因为本发明可允许其它同等有效的实施方式。

[0019] 图1A为根据本发明的一实施方式的设备的图解等角视图。

[0020] 图1B为图1A的能量来源的一实施方式的图解仰视图。

[0021] 图2为根据本发明的另一实施方式的设备的图解等角视图。

[0022] 图3A为经历根据本发明的一实施方式的工艺的基板上的温度相对位置的图表。

[0023] 图3B-3C为经历根据本发明的两个实施方式的工艺的基板的图解俯视图。

[0024] 图4为根据本发明的一实施方式的设备的图解侧视图。

[0025] 图5为图示根据本发明的一实施方式的处理腔室的图解横截面图。

[0026] 图6为根据本发明的一实施方式的经历工艺的基板的图解俯视图。

[0027] 图7为图示根据本发明的一实施方式的处理腔室的图解横截面图。

[0028] 图8A-8B为经历根据本发明的实施方式的工艺的基板上的温度相对时间的图表。

[0029] 图9为概述根据本发明的一实施方式的方法的流程图。

[0030] 图10为概述根据本发明的另一实施方式的方法的流程图。

[0031] 图11为概述根据本发明的另一实施方式的方法的流程图。

[0032] 为便于理解，在可能的处已使用相同元件符号以表示图式共有的相同元件。预期在一实施方式中揭示的元件可在无特定说明的情况下有益地用于其它实施方式。

[0033] 具体描述

[0034] 随着基板上的器件尺寸变得更小且随着基板自身变得更大，在整个基板上一次性执行热处理变得愈加不切实际。激励整个表面所需的功率变得过高(prohibitive)，并可能产生非均匀处理。因此，诸如RTP腔室的热处理工具有时经配置以轮流处理基板表面的部分。一示范性热处理设备(诸如，可购自California，Santa Clara的Applied Materials，Inc.的腔室)可用于以激光光辐照基板表面的小部分来退火该表面。在激光束的边缘，基板表面可以极端速率加热，且经辐照部分与未经处理部分之间的温度梯度可在基板内部引起破坏性热应力。由于该原因，通常将基板安置于受热夹盘上，从而维持整个基板处于高的周围温度下以减小加热至退火温度所产生的应力。然而，维持基板处于高温下的要求常常减小热处理的益处。本发明的实施方式一般而言涵盖热处理基板的改良方式。

[0035] 一般而言，如本文所用的术语“基板”可指由具有一定天然导电能力的任何材料或可经改质以提供导电能力的材料形成的物品。典型基板材料包括(但不限于)半导体，诸如硅(Si)及锗(Ge)；以及表现出半导电性质的其它化合物。这些半导体化合物通常包括第III-V族及第II-VI族的化合物。代表性的第III-V族半导体化合物包括(但不限于)砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)及氮化镓(GaN)。通常，术语“半导体基板”包括块状半导体基板以及上面安置有沉积层的基板。为此，在由本发明的方法处理的一些半导体基板中的沉积层藉由同质外延(homoepitaxial)(例如，硅上硅)或异质外延(例如，硅上砷化镓(GaAs))生长来形成。举例而言，本发明的方法可与由异质外延方法形成的砷化镓及氮化镓基板一起使用。同样地，本发明方法亦可用于在绝缘基板(例如，绝缘体上硅[SOI]基板)上形成的相对薄的结晶硅层上形成集成器件(诸如薄膜晶体管(TFT))。

[0036] 本发明的一些实施方式提供热处理基板的方法。图1A为根据本发明的一实施方式的设备100的图解等角视图。图1A的特征为能量来源102，其经调适以将一定量的能量投射于安置在工作表面108上的基板106的界定区域或退火区域104上。投射于退火区域104上的能量的量经选择以引起该基板106的表面的退火。在一些实施方式中，由该能量来源传递的能量小于熔融基板106的部分所需的能量。在其它实施方式中，所传递的能量经选择以引起基板106的部分的优先熔融。

[0037] 在一些实施方式中，能量来源102包含如图1B中图示的多个发射极，其中所展示的发射极102A-102E嵌入能量来源102中。发射极102A-102E通常发射导向至基板106上的辐射。在一些实施方式中，发射极102A-102E的各发射极发射相同量的能量。在其它实施方式中，发射极102A-102E可能发射不同量的能量。在一示范性实施方式中，发射极102A可发射经选择以退火基板106的退火区域104的一定量的能量，而发射极102B-102E发射经选择以预热基板106的一或多个部分的一定量的能量，该或这些部分接近退火区域104、邻接于退火区域104或与退火区域104重迭。

[0038] 在一实例中，如图1A所示，在任何给定时间，仅基板的一个界定区域(诸如退火区域104)暴露于来自能量来源102的辐射。在本发明的一方面中，基板106的多个区域连续暴露于自能量来源102传递的所要量的能量，从而引起基板的所要区域的优先熔融。在另一方面中，基板106的多个区域连续暴露于来自能量来源102的一定量的能量，其经选择以在无需熔融情况下退火基板所要的区域。

[0039] 一般而言，基板表面上的区域可连续暴露，其藉由相对于电磁辐射来源(例如，传统X/Y载物台，精确载物台)的输出平移该基板及/或相对于该基板平移辐射源的输出达成。通常，一或多个传统电致动器110(例如，线性DC伺服马达、导螺杆及伺服马达)系用以控制基板106的移动及位置，该或这些传统电致动器可为独立精确载物台(未图示)的部分。可用以支撑且定位基板106的传统精确载物台可购自California，Rohnert Park的Parker Hannifin公司。

[0040] 在其它实施方式中，可相对于基板平移电磁辐射的来源。举例而言，在图1A的实施方式中，能量来源102可耦接至诸如笛卡尔框架(Cartesian frame)的定位设备(未图示)，其经调适以将能量来源102定位于基板106的所要区域范围上方。定位设备可另外经配置以调整能量来源在基板106上方的高度。

[0041] 再一次参看图1A，预热区域112界定于基板106的表面上。在一些实施方式中，预热区域112环绕退火区域104。在其它实施方式中，预热区域可邻接于退火区域104，或可与退火区域104重迭。在其它实施方式中，预热区域112可在退火区域104附近，同时预热区域112与退火区域104之间有间隙或间隔。在一些实施方式中，预热区域可与退火区域间隔开。预热区域可因此具有任何适当的形状，诸如图1A的实施方式中所示的圆形预热区域112。

[0042] 图2为根据本发明的另一实施方式的设备200的图解等角视图。能量来源202经配置以将能量导向安置于工作表面206上的基板204。在一些实施方式中，能量来源202包含多个发射极202A，其发射具有经选择以热处理基板204的表面的特性的电磁能量。发射极202A的至少一者可经调适以退火基板204的退火部分208，而发射极202A的至少一者经调适以预热基板204的预热部分210。在图2的实施方式中，所展示的预热部分210邻接于退火部分208。其它实施方式的特征可为与退火部分208重迭或与退火部分208间隔开的预热部分210。

[0043] 图3A为展示实施本发明的实施方式对基板的效应的概括图表。如图3A所示，基板的处于不同区的部分维持在不同温度下。图3A的图表示意地表示基板表面上的点经历退火工艺后的温度，这些点布置在穿越处理区所绘的线上。第一区302可维持在经选择以退火基板表面的高温下。该区可相应于图1A的退火区域104、图2的退火区域204、或受热至高温的基板的任何区域。

[0044] 图3A的实施方式的特征为第二区304通常维持在不同温度下，在图3A的实例中，该不同温度较低。在一些实施方式中，第二区304可环绕第一区302。在其它实施方式中，第二区304可邻接于第一区302，可与第一区302重迭，或可与第一区302间隔开。第二区304的温度通常比第一区302的温度低。第二区304的温度可经选择以预热基板的部分，从而降低基板上归因于极为突然的温度改变的热应力。

[0045] 第三区306通常亦界定于基板上。在大多数实施方式中，第三区306为周围温度占优势的区。第三区306可因此在许多实施方式中为周围区。然而在一些实施方式中，第三区306亦可接收藉由例如用受热支撑件的周围加热或另外使用电磁能量所施加的热能。第三区306的温度通常小于第二区304的温度，其遵循以渐进式预热接近第一区302的理念。在一些实施方式中，第三区306可环绕第二区304，或在其它实施方式中，可邻接于第二区。在一些实施方式中，第三区的温度维持在约500℃以下。

[0046] 第二区304可具有介于第一区302与第三区306的温度之间的温度。为达成所要预热，第二区304的温度可实现介于第三区306的温度至第一区302的温度完整温度升高范围的约30％与约70％之间的温度升高。在一些实施方式中，第二区304相对于第三区306的温度升高为第一区302相对于第三区306的温度升高的约50％。

[0047] 在一些实施方式中，第一区302的温度可介于约1,100℃与约1,400℃之间，诸如介于约1,250℃与约1,350℃之间。在一些实施方式中，第一区302与周围温度之间的温度差介于基板的熔点与周围温度之间的温度差的约90％与约99％之间，诸如约95％。在一些实施方式中，第二区304的温度可介于约300℃与约800℃之间。第二区304的温度通常经选择以减小第一区302与第二区304之间的边界处的热应力，但该温度亦通常低于基板的非晶形化部分的温度水平。第二区304的温度通常经选择以预热基板的欲退火部分，同时冷却已退火部分。第二区304的温度通常低于使原子离开晶格所需的温度。在一特征结构为含硅基板的示范性实施方式中，第一区302的温度可为约1,350℃，第二区304的温度为约650℃，且第三区306的温度为约20℃或另一周围温度。

[0048] 图3B及图3C为各自具有界定于其上的多个处理区的基板的示意图。处理区表示正由电磁辐射加热的基板的区域。图3B的实施方式具有由第二区304B及第三区306B环绕的第一区302B。应注意，这些区可具有相似或不同形状。图3B的实施方式的特征为矩形第一区302B与圆形第二区304B及圆形第三区306B。替代实施方式的所有三个区可具有圆形形状。图3C的实施方式的特征为矩形第一区302C与在一侧上邻接于该第一区302C的矩形或正方形第二区304C，其全部由第三区306C(为周围区)环绕。亦应注意，第二区可始终维持在单一温度下，或第二区的诸部分可维持在不同温度下。举例而言，图3B的实施方式的第二区304B可始终为单一温度，而图3C的实施方式的第二区304C的诸部分可处于不同温度下。若第二区304C的一部分欲作为预热区且另一部分作为冷却降温区，则预热部分可维持在比冷却降温部分高的温度下。应注意，具有任何合理形状(诸如圆形、矩形或任何其它平面形状)的基板将受益于本文所述的本发明的实施方式。

[0049] 在一些实施方式中，周围区与退火区之间可能存在多个具有高温的区。一些实施方式的特征可为多个预热区与单个退火区。一些实施方式的特征可为第一多个预热区及第二多个冷却降温区。在一些实施方式中，一个区可环绕具有下一较高温度的区，以使得各个区环绕另一区且由另一区环绕。这些实施方式可具有形状上近似同心圆或中心处于不同点处的巢式环形(nested circle)(亦即非同心圆)的区。在一些实施方式中，具有许多不同形状的区可为适用的，这些形状诸如各种不同多边形形状，例如三角形、矩形、正方形、梯形、六角形及类似形状。当然，不同形状可用于不同区。在其它实施方式中，一个区可在一侧邻接于具有下一较高温度的区且在另一侧邻接于具有下一较低温度的区。在其它实施方式中，一些区可邻接于其它区，且一些区可环绕其它区。举例而言，第一区可界定为退火区，而该第一区的第一侧上的邻近第二区用于预热且该第一区的第二侧上的邻近第二区用于冷却降温，同时这些第一及第二区由第三区环绕，该第三区维持在高于周围温度的温度下，且第四区环绕所有维持在周围温度下的其它区。

[0050] 在一示范性实施方式中，矩形退火区可由一或多个预热区环绕，该或这些预热区形状类似矩形而相对侧上带有三角形。此类楔形形状(tapered shape)可便于以所要的方式加热及冷却基板表面。在另一示范性实施方式中，可为矩形或圆形的退火区可由一或多个具有泪珠形状的预热区环绕。泪珠形状的圆形部分可为预热区，而泪珠的“尾部”可为冷却降温区。

[0051] 在一些实施方式中，预热或冷却降温区的一或多者可与退火区间隔开，同时退火区与预热及/或冷却降温区之间有间隙。举例而言，四个区可界定在欲退火的基板表面上，这些区为周围区、预热区、退火区及冷却降温区。退火区可为矩形，其具有测量为11mm的两个长边及测量为100μm的两个短边。预热区可为等腰三角形，其底边测量为13mm且高为5mm，底边平行于退火区的长边并与退火区的长边间隔约1mm，且相对于退火区居中以使得二等分该等腰三角形的线亦将退火区二等分为长5.5mm且宽100μm的两个矩形。冷却降温区可同样为相似于预热区的等腰三角形。若退火区温度为1,200℃，则预热区的温度可介于约600℃与约700℃之间，以使得基板表面的温度在通过预热区与退火区之间的间隙时轻微下降。例如，基板表面的温度可在传至退火区中之前降至约500℃。此类预热分布可适用于使深入基板块体中的原子的扰动减到最小同时预热表面。延长形成预热区的等腰三角形的底边的长度可提供对邻接于退火区的短边的基板表面的区域的加热，以防止基板上的破坏性热应力。邻近与预热区相对的退火区的长边来定位的相似冷却降温区可适用于加速冷却同时避免破坏性热应力。

[0052] 一些实施方式的特征可为多个退火区及具有不同中间温度的多个区。视个别实施方式的需要而定，各退火区可维持在相同温度下，或维持在不同温度下。在该类实施方式中，可在退火区之间，退火区之中，退火区周围，邻接于退火区，环绕退火区或与退火区间隔开的方式界定预热区。举例而言，在一实施方式中，基板的四个部分可由一设备处理，该设备在各部分中界定多个处理区。因此，各部分可具有由预热区及进一步由周围区环绕的退火区，这些区平移同时横过各部分以处理基板。在该实施方式中，这些区可以本文其它处所述方式的任何方式来成形及配置，且各部分内的加热区的位置可维持在距其它部分内的加热区的预选择距离处，以便管理基板的总热预算。

[0053] 在一些实施方式中，预热区或预热及冷却降温区可以便利方式成形。已描述预热及冷却降温区均为矩形且安置于退火区的两侧上的实施方式，如图3C的实施方式中所描绘。在其它实施方式中，预热及冷却降温区的形状可自退火区逐渐变窄。在预热及冷却降温区并不环绕退火区的实施方式中，预热及冷却降温区通常与退火区的至少一个维度共同延伸。在一些实施方式中，预热及冷却降温区可随着离开退火区的距离而变得较窄。在一些实施方式中，预热及冷却降温区可具有三角形、梯形、抛物线、椭圆、卵形或不规则形状。在其它实施方式中，预热及冷却降温区可具有矩形与半圆形相耦接的形状。形状可能为混合式，即预热区具有一形状而冷却降温区具有另一形状。在预热及冷却降温区环绕退火区以形成单一中间温度区的实施方式中，单一中间温度区亦可成形。在一些实施方式中，环绕退火区的中间温度区可具有椭圆、卵形或菱形形状。在其它实施方式中，矩形区可环绕退火区。在其它实施方式中，中间温度区可具有不规则或复合规则形状，诸如一对邻接梯形。

[0054] 在一实施方式中，中间温度区可具有大体上为卵形的形状且可相对于退火区不规则地放置。在该实施方式中，退火区的中心经移位以远离中间温度区的中心。因此，自中间温度区的边缘上的起始点至退火区的边缘上的终止点所绘的多个线段(各线段在其各别起始点处垂直于中间温度区的边缘)具有在最大值至最小值的范围内变化的长度。维持退火区的边缘与中间温度区的边缘之间在退火路径方向上的较大距离可以是有利的，以便当退火能量横过基板表面移动时，施加足够的预热能量以防止破坏基板，且施加足够的能量至冷却降温区以便于在退火完成后快速冷却而无破坏。在该实施方式中，对基板表面上的特定点而言，温度相对时间的曲线图可具有半滴泪珠的形状。

[0055] 图4为根据本发明的另一实施方式的设备400的图解侧视图。第一能量来源402及第二能量来源404经安置以分别将能量导向基板410的第一表面406及第二表面408。第一能量来源402将能量导向基板410的第一区412。第二能量来源404将能量导向基板
410的第二区414。在大多数实施方式中，第一区412小于第二区414，且第二区414的边界在所有侧上均延伸超过第一区412的边界。在大多数实施方式中，第一能量来源402将电磁能量导向基板410，用经选择以加热第一区412至退火温度的能量来辐照第一区412，而第二能量来源404用经选择以加热第二区414至中间温度的能量来辐照第二区414。将第二区414加热至中间温度用以预热基板的欲退火部分，从而避免归因于在第一区412边缘
2
处的突然的温度改变造成严重热应力。一般而言，旨在退火基板的能量来源将至少1W/cm
2
的功率密度传递至基板表面，而仅仅旨在加热基板的能量来源将传递至少0.1W/cm 至基板表面但小于退火所需的功率密度。

[0056] 在一方面中，调整退火区域的尺寸以匹配在基板表面上形成的个别晶粒(die)(例如，图1A中展示40个“晶粒”)或半导体器件(例如，内存芯片)的尺寸。再一次参看图1A，在一方面中，退火区域104的边界经对准且调整尺寸以配合界定各晶粒的边界的“切口(kerf)”或“切割(scribe)”线114。在一实施方式中，在执行退火工艺之前，使用通常见于基板表面上的对准标记及其它传统技术将基板对准能量来源的输出，以便退火区域104可与晶粒充分对准。连续放置退火区域104以便其仅仅在晶粒之间的天然存在的未用空间/边界(诸如切割线或切口线114)中重迭，减少将基板上形成有器件的区域中的能量重迭，因而减少重迭退火区域之间的工艺结果的变化。该技术具有超过以激光能量扫过基板表面的传统工艺的优点，因为需要紧密控制邻接扫描区域之间的重迭以保证横过基板的所要的区域的均匀退火的需要不再成为问题，此归因于将重迭限制于晶粒之间的未用空间。相对于利用横越基板所有区域的邻接重迭区域的传统扫描退火型方法而言，将重迭限制于晶粒之间的未用空间/边界亦改良工艺均匀性结果。因此，由于改变暴露于自能量来源102传递以处理基板的关键区域的能量的量，工艺变化的量得以最小化，因为介于连续放置的退火区域104之间的传递能量的任何重迭可得以最小化。

[0057] 参看图1A，在一实例中，连续放置的退火区域104的各区域为矩形区域，其尺寸为2
约22mm乘约33mm(例如，726平方毫米(mm)的面积)。在一方面中，基板表面上形成的连
2 2
续放置的退火区域104的各区域的面积介于约4mm(例如，2mm×2mm)至约1000mm(例如，
25mm×40mm)之间。圆形预热区域112可环绕退火区域104，且可延伸超过退火区域104的边缘至多约100mm。在一诸如图1A所示的实施方式中，预热区域112较佳延伸超过退火区域104的边缘不少于约50mm。预热区域或中间温度区域超过退火区域的程度通常视基板的尺寸及可用能量传递资源而定。在大多数实施方式中，希望调整各种中间温度区域的尺寸以便最小化功率需求同时提供该实施方式所需的热预算管理。在一些实施方式中，中间温度区域在至少一个方向上延伸超过退火区域小于100mm，诸如小于50mm，例如约30mm。

[0058] 现参看图2，在另一实例中，各退火部分208可具有相似于图1A的退火区域104的那些尺寸的尺寸。所展示的预热区域210在任一侧上邻接于退火部分208，且与退火部分208的一个维度共同延伸。在一些实施方式中，预热区域210可延伸超过退火部分208的边缘介于约50mm至约100mm之间。

[0059] 预热区或区域的尺寸通常经选择以允许预热区中的充分预热。在一些实施方式中，各预热区可大于退火区以便允许充分预热。在一特征为连续暴露连串退火区域的实施方式中，将预热区预热至所要温度所需的时间可能比将退火区退火所需的时间更长。因此，基板上的个别位置可经受两次或两次以上的预热工艺。

[0060] 在大多数实施方式中，能量来源通常经调适以传递电磁能量以退火基板表面的某些所要的区域。电磁能量的典型来源包括(但不限于)光辐射来源(例如激光)、电子束来源、离子束来源、微波能量来源、可见光源及红外线来源。在一方面中，基板可暴露于来自激光的能量脉冲，该激光在一或多个适当波长下发射辐射历时所要的时期。在另一方面中，闪光灯可用以产生在基板上进行脉冲的可见光能量。在一方面中，来自能量来源的能量脉冲经特制(tailored)以便传递至退火区域的能量的量及/或在脉冲时期范围内传递的能量的量得以最佳化，从而执行所要区域的目标退火。在一方面中，激光波长经调谐以便辐射的显著部分由安置于基板上的硅层吸收。对在含硅基板上执行的激光退火工艺而言，辐射波长通常小于约800nm，且可在深紫外(UV)、红外线(IR)或其它所要波长下传递。在一实施方式中，能量来源可为诸如激光的强光源，其经调适以传递处于约500nm至约11微米之间的波长下的辐射。在大多数实施方式中，退火工艺通常发生在基板的给定区域上，而该退火工艺历时相对短的时间，诸如大约1秒或1秒以下的数量级。

[0061] 在一些实施方式中，能量来源包含多个发射极，其至少一者发射如上所述的退火能量且其至少一者发射预热能量。预热能量可为连续波能量或其可以脉冲方式传递。预热能量可为相干或不相干、单色或多色、极化或非极化或其任何组合或程度。预热能量可作为强白光、红外光或激光光来传递。强白光可使用氙气灯传递。红外光可使用热灯传递。在一些实施方式中，预热能量可作为连续波辐射传递，而退火能量以脉冲方式传递。预热能量通常经选择以提高基板退火或熔融所需的一小部分量的温度。在一实施方式中，激光可安置于工作表面上方，同时四个热灯环绕该激光以预热环绕退火区的区域。在另一实施方式中，可用四个氙气灯替代热灯以传递强白光。

[0062] 图5为图示适用于实践本发明的实施方式的处理腔室500的图解横截面图。处理腔室500包含形成于腔室体504上的光学透明窗506。腔室体504界定处理容积502。在一实施方式中，处理容积502可具有惰性环境，其藉由连接至处理容积502的惰性气体源512及真空泵510来维持。

[0063] 基板支撑件508置于处理容积502中。基板支撑件508经配置以支撑且移动安置于顶表面516上的基板514。能量来源518定位于腔室体504外部且经配置以将能量投射穿越光学透明窗506。能量来源可经配置以由本文中其它处所述的任何方式来投射退火能量520及预热能量522。基板支撑件508可连接至温度控制单元524，该温度控制单元具有用于安置于基板支撑件508上的基板514的冷却及加热能力。基板支撑件508可连接至一或多个高精确载物台526，该或这些载物台允许在处理期间基板514与能量来源518之间的精确对准及相对移动。

[0064] 在一实施方式中，光学感应器528可用以帮助基板514与能量来源518的对准。光学感应器528可定位于光学透明窗506附近且连接至控制单元530，该控制单元进一步连接至高精确载物台526。在对准期间，光学感应器528可穿越光学透明窗506来”观看”以将视觉标记定位在基板514上，这些视觉标记例如晶粒周围的刻痕(notch)及切割线。控制单元530处理来自光学感应器528的信号且产生控制信号至高精确载物台526以供对准调整。

[0065] 如上所述，由于功率需求，通常一次将基板退火一部分。每次个别退火后，必须将电磁能量相对于基板平移以照射下一退火部分。图6为基板600的图解俯视图，该基板含有布置成阵列的40个矩形晶粒602。各晶粒602由切割线604划界，这些切割线亦界定晶粒之间的未用区域606。提供第一能量投射区域608以将第一量的能量投向单个晶粒602。一般而言，第一能量投射区域608可覆盖等于或大于各晶粒602的面积但小于各晶粒602加环绕切割线604的未用区域606的面积的面积，以便能量投射区域608中传递的能量完全覆盖晶粒602同时不与邻近晶粒602重迭。提供环绕第一能量投射区域608的第二能量投射区域610，以将第二量的能量传递至基板600。第一量的能量通常不同于第二量的能量。在一些实施方式中，第一量的能量比第二量的能量强度更高且功率更大。在一些实施方式中，第一量的能量可经选择以退火基板表面于第一能量投射区域608内部的部分。在其它实施方式中，第一量的能量可经选择以优先熔融基板表面于第一能量投射区域608内部的部分。第二量的能量可经选择以预热基板表面于第二能量投射区610中的部分。第二能量投射区域610的预热温度升高可能为第一能量投射区域608中所达到的温度升高的一小部分，诸如介于约30％至约70％之间，或较佳约50％。因此，第二能量投射区域610维持其中的基板表面的温度低于第一能量投射区域608中所达到的温度，以使第一能量投射区域与第二能量投射区域之间界面处的温度梯度在基板中产生的热应力小于破坏基板所需的热应力。

[0066] 为对整个基板表面展布开的多个晶粒602执行退火处理，基板及/或能量来源的输出相对于各晶粒602来定位且对准。在一实施方式中，曲线612说明在对基板600表面上的各晶粒602上执行的退火序列期间，基板600的晶粒602与能量投射区域608及610之间的相对移动。在一实施方式中，相对移动可由在x及y方向上平移基板来达成以便其遵循曲线612。在另一实施方式中，相对移动可藉由相对于固定基板600移动能量投射区域608及610来达成。能量投射区域608及610可藉由相对于基板600移动能量来源或藉由操作能量自身来移动。在一使用电磁能量的实施方式中，可使用光学器件(optics)来操作能量而无需移动基板或能量来源。举例而言，一或多个镜子或透镜可在相应地移动能量投射区域608及610时将所投射的能量导向连串晶粒602。

[0067] 另外，不同于由曲线612所表示的路径可用以最佳化产量及工艺质量，其视晶粒602的特定布置而定。举例而言，替代退火路径可遵循实质螺旋的图案，其以基板600的中心附近的晶粒602开始且以扩展的圆形图案前进，或以基板的一边缘处的晶粒602开始且以收缩圆形图案前进。在一实施方式中，沿对角线推进退火路径，沿穿越晶粒602的对角线所绘的路径前进可以是有利的。该路径可最小化连串晶粒602上的退火区域的重迭机会。

[0068] 当能量来源沿退火路径前进时，能量投射区域沿基板的表面移动。图6的第二能量投射区域610在所有方向上皆位于第一能量投射区域608之前。因此，第二能量投射区域610可用以预热第一能量投射区域608中基板的欲退火部分。预热降低热应力对基板的影响，从而防止对退火区域边缘处的基板的破坏。

[0069] 在替代实施方式中，第二能量投射区域可邻接于第一能量投射区域。举例而言，第二能量投射区域可处于第一能量投射区域的两侧，并在退火路径的方向上向外延伸。因此，第二能量投射区域的一部分，即当投射能量沿退火路径行进时在第一能量投射区域前方行进的部分，可预热欲退火的基板的部分，同时另一部分适度冷却退火区域后方的基板。经调适以执行该类退火工艺的设备可有利地具有在达到基板的极端时旋转能量来源的能力，以便能量来源可在不同方向上行进，而第二能量投射区域继续领先于第一能量投射区域。

[0070] 在一实施方式中，如由图6的曲线612所示，在退火工艺期间，基板600相对于能量投射区域608及610移动。当在第一能量投射区域608内定位且对准特定晶粒602时，能量来源将能量脉冲投向基板600以便晶粒602暴露于一定量的能量，其历时根据特定退火工艺制作方法定义的持续时间。脉冲能量的持续时间通常足够短以便基板600与第一能量投射区域608之间的相对移动并不引起横过各晶粒602的任何“模糊”，亦即，非均匀的能量分布，且不会造成对基板的破坏。因此，能量投射区域608及610可相对于基板600连续移动，而退火能量的短暂脉冲(short burst)影响第一能量投射区域中的各个晶粒602。影响第二能量投射区域610的能量可同样呈脉冲形式或为连续的。若呈脉冲形式，则投向第二能量投射区域的能量通常具有一特性，其经选择以将第二能量投射区域中的基板表面的温度提高以赋予第一能量投射区域的温度升高的实质部分(诸如约30％至约70％，或较佳约50％)，历时第一能量投射区域的暴露时间，以管理基板的热预算。

[0071] 举例而言，若第一能量投射区域经历将基板的温度自20℃增加至1,300℃的入射能的第一脉冲(诸如，10纳秒激光脉冲(laser burst)，则传递至第二能量投射区域的入射能的第二脉冲应在第一脉冲期间将彼区域中的基板的温度提高至至少约600℃。若必要，则第二脉冲可比第一脉冲更长以允许第二能量投射区域有时间加热升温。在一些实施方式中，第二能量投射区域包围第一能量投射区域为有利的，并在第一脉冲之前开始且在第一脉冲之后结束，以使得在一包围第一脉冲的间隔内传递的第二脉冲预热经受第一脉冲的区域连同基板的邻接区域。

[0072] 在其它实施方式中，传递至第二能量投射区域的能量可为连续的，而传递至第一能量投射区域的能量呈脉冲形式。在一些实施方式中，多次能量脉冲可传递至第一能量投射区域，而连续能量传递至第二能量投射区域。

[0073] 图7为根据本发明的另一实施方式的设备700的图解横截面图。设备700包含用于处理基板704的腔室702。基板定位于腔室702内部的基板支撑件706上。在图7的实施方式中，基板支撑件706表示为环，因为图7的实施方式自正面及背面辐照基板704。在替代实施方式中，基板704可仅有一侧受辐照，且可搁置于诸如图5的示范性基板支撑件508的基板支撑件上。具有致动器758的升降销756将基板支撑件706提升及降下以便插入基板及自腔室702移除基板。腔室702具有下方部分708及上方部分710，这些部分共同界定处理容积712。上方部分通常具有上壁726，其在基板704上方界定上处理容积712A。
上方部分710可具有用于存放及取回基板的开口714，及自工艺气源718提供工艺气体的气体入口716。上方部分710支撑第一窗720，该第一窗由针对其透光率及吸收性质来选择的材料制成。第一能量来源722定位于腔室702外部以将第一能量724导向第一窗720。第一窗较佳容许第一能量724的一些或全部进入腔室702中。

[0074] 腔室702的下方部分708包含下腔室壁728，其界定下处理容积712B。下方部分708可具有耦接至泵732的气体出口730以便自腔室702移除工艺气体。腔室702的下方部分708容纳第二能量来源734。第二能量来源734包含用于产生第二能量738且将该第二能量738导向基板704的多个光源736。第二窗740覆盖多个光源736。各光源容纳于管760中，其可为反射性的以将能量自光源736导向基板704。光源736通常由电源742供电。在图7的实施方式中，来自电源742的电力经由切换箱744导引，该切换箱将来自电源
742的电力导引至光源736的一或多者。藉由控制切换箱744的操作，可选择性地使光源
736通电。

[0075] 在许多实施方式中，光源736为红外光产生器(诸如热灯)，但其亦可经配置以产生宽谱光(broad-spectrum light)、紫外光或跨紫外至红外的宽谱的波长的组合。在一些实施方式中，光源736可为白光灯，诸如卤素灯或闪光灯。藉由光源736产生的第二能量738将基板704的部分加热至不足以退火基板的高温。因此，光源736充当预热能量来源。
藉由第二能量738处理的基板704的部分因而为预热区746。

[0076] 在许多实施方式中，第一能量来源722可为能够产生易由基板704吸收的波长下的光的激光。在其它实施方式中，第一能量来源722可为闪光灯或白光源。藉由第一能量来源722产生的第一能量724将基板704的部分加热至足以退火基板704的该部分的高温。因此，第一能量来源722充当退火能量来源。藉由第一能量724处理的基板704的部分因而为退火区748。

[0077] 如上所述，较佳按部分处理基板704。提供致动器750以将第一能量来源722定位于退火区域748之上。控制器752操作致动器750以将第一能量来源722定位于退火区748之上，且操作切换箱744以将电力切换至一或多个光源736，从而将预热能量导向预热区746。以此方式，在退火之前将基板的部分预热。控制器752操作以将预热区746及退火区748一起移动，以便基板704的经退火的任何部分前得以首先预热，但基板704的大部分仍保持在周围温度下，从而界定周围区754。

[0078] 图8A及图8B为展示本发明的两个实施方式的温度-时间分布的图表。各图表展示经历根据本发明的实施方式的热处理的基板表面上的一点的温度。如上所述，基板相对于将能量导向基板表面的能量来源移动。在图8A中，当基板表面上的示范性点自周围区移动至第一预热区时，该点的温度自周围温度区间800中的周围温度移动至第一预热区间802中的第一预热温度。如本文中其它处所述，第一预热温度通常比退火基板表面所需的温度低。当示范性点自第一预热区移动至第二预热区时，该点的温度自第一预热区间802中的第一预热温度移动至第二预热区间804中的第二预热温度。图8A的实施方式说明基板表面上界定的四个区，即一个周围区、两个预热区及一个退火区。当基板表面上的示范性点自第二预热区移动至退火区时，该点的温度自第二预热区间804中的第二预热温度移动至退火区间806中的退火温度。当示范性点移动出退火区返回至较低温度区中时，其经历冷却而达到第一冷却降温区间808中的第二预热区间804的条件，达到第二冷却降温区间810中的第一预热区间802的条件，且最终达到第二周围区间812中的周围条件。应注意，替代实施方式的特征可能为在冷却降温区间808及810期间的温度，其不同于预热区间802及
804中的那些温度。因此，冷却降温区间808中的温度可比预热区间802中的温度高或低，且冷却降温区间810中的温度可比预热区间804中的温度高或低。应了解，相似实施方式的特征可为仅有一个预热区间或两个以上预热区间。同样地，一些实施方式的特征可为仅有一个冷却降温区间或两个以上冷却降温区间。

[0079] 图8B的图表描述经历根据本发明的另一实施方式的热处理的基板表面上的一点的温度-时间分布。在图8B的实施方式中，基板表面上的示范性点自周围区间850移动至第一预热区间852，其相似于图8A的实施方式。示范性点随后移动进入第二预热区间854，其特征为变化的温度-时间分布。在该实施方式中，当示范性点移动穿越第二预热区间854时，该点处的温度自第一预热温度升高至第二预热温度。升高可如区间854所示为线性的，或其可具有一些其它分布，甚至包括在第二预热区间854的大体而言上升的温度-时间分布内的具有降温的短区间。示范性点移动进入退火区间856中，且随后进入第一冷却降温区间858中，该第一冷却降温区间亦可具有变化的温度-时间分布，其很类似第二预热区间854的分布。示范性点随后移动进入第二冷却降温区间860中，接着进入第二周围区间862中。

[0080] 图9为展示根据本发明的一实施方式的方法900的流程图。在910，将基板提供给热处理腔室。在920，在基板表面上界定多个区。使用具有不同功率级的电磁能量来处理各个区。在大多数实施方式中，存在至少3个区，但本发明的实施方式的特征涵盖两个区或三个以上的区。在大多数实施方式中，至少一个区为退火区，其由经选择以退火基板表面的电磁能量来处理。在一些实施方式中，可能希望熔融至少一个退火区中的基板表面。在大多数实施方式中，至少一个区为预热区。在一些实施方式中，一或多个区可为预热及冷却降温组合区，而在其它实施方式中，一或多个区可为专门的预热或冷却降温区。

[0081] 在一方面中，将基板安置于基板支撑件上，且将第一量的电磁能量导向基板的第一部分。另外，将第二量的电磁能量导向基板的第二部分，其中基板的第一部分环绕基板的第二部分，第一量的电磁能量预热基板的第一部分，且第二量的电磁能量退火基板的第二部分。横过基板移动第一量及第二量，从而维持该两个量的能量之间的恒定空间关系，以使得基板于第一部分及第二部分内的区域随能量移动而移动。

[0082] 在另一方面中，该两个量中所传递的电磁能量可具有任何所要特性。各个量的能量可在任何程度上为相干或不相干、单色或多色、极化或未极化，及连续或呈脉冲形式的。各个量的能量可由一或多个激光、强白光灯、闪光灯、热灯或其组合来传递。该两个量的能量可藉由仅仅强度不同的电磁能量来传递，或该两个量可在上文提及的任何特征中相差任何所要程度。在一实例中，第一量可藉由一或多个激光来传递，各激光在小于约850nm的波
2
长下传递至少100W/cm 的功率。激光可为脉冲能量来源或连续波能量来源。在呈脉冲形式的实施方式中，脉冲可藉由对激光循环供电或借助于间歇阻断激光光离开光学组件的光学切换来实现。在另一实例中，第二量可藉由一或多个灯来传递，该一或多个灯在小于50W/
2 2
cm(诸如约25W/cm)的功率级下将非相干光传递至第二部分。

[0083] 图10为概述根据本发明的另一实施方式的方法1000的流程图。在1010，将基板定位于热处理腔室中的基板支撑件上。在1020，将电磁能量的第一来源导向基板的第一部分。在1030，将电磁能量的第二来源同时导向基板的第二部分。如本文中其它处所述，这些来源的一者可经配置以传递退火能量，而另一者经配置以传递预热能量。在1040，将基板相对于第一能量来源及第二能量来源平移。平移基板引起所传递的能量横过基板表面而平移，从而按部分退火整个表面。在图10的实施方式中，能量来源实质固定，而基板移动，但某些实施方式的特征可为除基板移动之外，能量来源或能量亦移动。基板的平移通常藉由使用可移动的基板支撑件来完成，该可移动的基板支撑件诸如能够将基板定位于设备内部的精确位置处的精确载物台。

[0084] 在大多数实施方式中，将这些区维持在不同温度下。在一些实施方式中，藉由将各种类型及强度的电磁能量导向基板表面来加热这些区。在图9的实施方式中，在930，使用不同功率级的电磁能量来辐照各个区。在其它实施方式中，可藉由使用接触基板背面的受热基板支撑件将额外的热赋予基板。在其它实施方式中，可藉由接触基板背面的冷却基板支撑件来选择性冷却基板的部分。这些区的至少一者中的温度经选择以退火基板表面。这些区的至少一者中的温度经选择以预热基板表面，且该温度比退火基板表面所需的温度低。一可为退火区的区接收最大功率级。其它区接收较低功率级。可为预热区的一或多个区可接收低于最大级别的功率的高功率级。其它区可接收可忽略的功率，或可经冷却。一些区可为周围区，其中将基板的温度维持在周围温度下。

[0085] 在一些实施方式中，可使用不同电磁能量来源辐照不同区。一或多个激光可提供电磁能量。第一激光可产生用于退火基板在一个区中的部分的能量，且第二激光可产生用于预热基板在另一区中的部分的能量。在一替代实施方式中，多个激光可预热基板的部分。在另一实施方式中，例如图7的实施方式，一或多个热灯可预热基板的部分。

[0086] 在多个区包括退火区的实施方式中，提供预热或冷却降温功能的这些区可经成形以便于预热或冷却降温。在退火区一侧上具有预热区且相对侧上具有冷却降温区的示范性实施方式中，预热区及冷却降温区可具有楔形形状，且第一边缘邻接退火区的边缘且与退火区的该边缘共同延伸，且第二边缘与第一边缘相对且比第一边缘短，从而形成梯形形状。在替代实施方式中，预热及冷却降温区的形状可为三角形，且各区的一边缘与退火区的边缘共同延伸。在其它替代实施方式中，预热及冷却降温区的楔形末端可弯曲，且在一些实施方式中，可为抛物线或半圆形。

[0087] 具有不同温度及形状的多个区通常允许藉由将基板的部分暴露于旨在激发基板晶格中的原子的移动的电磁能量来快速退火基板，同时保持热应力低于临限值级别，若超过临限值级别，则会破坏基板。预热及冷却降温区允许退火处理自高温开始，在退火期间加速极限温度的上升及冷却降温。预热及冷却降温区的楔形形状可用以最小化基板的未经退火部分的热暴露，此举将最小化可已由退火工艺重新定位的原子或在退火工艺之前可能已处于所要位置中的原子的非所欲移动。一般而言，预热及冷却降温区的数量及形状可经选择以促进所要退火工艺。

[0088] 上文所述的实施方式的特征通常为具有实质恒定温度的区。第一区维持在第一温度下，第二区维持在第二温度下，等等。在其它实施方式中，一或多个区可具有温度梯度以便于退火区附近的加热或冷却。举例而言，在三区实施方式中，可为预热区的第一区可具有温度梯度，该温度梯度朝可为退火区的第二区增加。同样地，可为冷却降温区的第三区可具有朝第二区增加的温度梯度。温度梯度提供与上文所述的楔形区形状相同的一般功能。可藉由使用光学器件调整所传递能量而将温度梯度建立于给定区内以达成所要温度分布。

[0089] 在一示范性实施方式中，具有充足功率以退火基板的单个能量来源可经定向以将电磁能量导向基板。具有散焦特征的透镜可安置于能量来源与基板之间。透镜可具有第一部分，其将电磁能量的相应第一部分散焦；及第二部分，其进一步将电磁能量的第二部分聚焦或使其不改变。举例而言，若激光用作电磁能量的来源，且成形光学器件用以形成直径2mm的圆形退火能量束，则透镜可安置于成形光学器件与基板之间，该透镜具有半径0.5mm的圆形中心部分，其由半径1.5mm的同心环形外部部分环绕。必要时，圆形中心部分可具有中性光学器件，或可聚焦入射于该部分上的退火能量束的部分。透镜的同心环形外部部分可成形以降低退火能量射束的外部部分的强度。降低强度的能量随后以足以预热表面的预热部分而不使其退火的功率撞击于基板的表面上，而未改变或聚焦部分退火预热部分内部的退火部分。

[0090] 图11为概述根据本发明的另一实施方式的方法1100的流程图。在1102，将基板定位于热处理腔室中的基板支撑件上。在1104，在基板表面上界定多个区。在1106，将这些区的第一部分维持在周围温度下。在一些实施方式中，周围温度可为室温，或在其它实施方式中，周围温度可为高温。在大多数实施方式中，周围温度小于约200℃，但一些实施方式的特征可为高达350℃的周围温度。可藉由使用受热基板支撑件来维持周围温度或藉由用适于所要加热的电磁能量辐照基板来维持周围温度。

[0091] 在1108，将预热能量提供至所界定区的第二部分以将其加热至比周围温度高的一或多个中间温度。各区可加热至相同中间温度，或加热至不同中间温度。与远离欲退火区域的区的温度相比较而言，接近欲退火区域的区通常维持在相同或更高的温度下。在第二部分包含一个以上的区的实施方式中，中间温度可以逐步方式自周围温度升高至退火温度。中间温度与周围温度之间的温度差通常介于退火温度与周围温度之间的温度差的约10％与约90％之间，诸如介于约30％与约70％之间，例如约50％。在第二部分包含两个区的示范性实施方式中，第一中间温度区与周围区之间的温度差可为退火温度与周围温度之间的温度差的约40％，而第二中间温度区与周围区之间的温度差为退火温度与周围温度之间的温度差的约60％。

[0092] 在1110，将退火能量提供至所界定区的第三部分以将其加热至比周围温度及中间温度高的一或多个退火温度，且该退火能量经选择以退火基板表面。包含所界定区的第三部分的退火区可具有本文所述的任何空间关系。另外，必要时，不同退火温度可施加于不同退火区。

[0093] 在1112，可检测前述温度的一或多者且将其用以控制预热能量、退火能量或两者的传递以使这些区之间的热梯度保持在临限值级别以下。在一些实施方式中，一或多个热成像器件可用以检测各种区的温度。可将一个区的温度与另一区的温度相比以确定这些区之间的热梯度是否过度。可基于所检测的温度而调节传递至所检测区的一或多者的能量，以增加或减少这两个区之间的热梯度。若藉由移动能量来源来退火基板，则检测器可与能量来源共同定位以绕基板沿退火区及预热区而行。若仅仅藉由移动能量(例如，使用镜子)来退火基板，则相似的光学器件可用以在控制器的导向下，将检测器聚焦于基板的所处理部分上，或可对整个基板取样且使用计算机以确定所关注的热梯度。

[0094] 实例

[0095] 在一示范性实施方式中，基板可定位于热处理设备中的支撑件上。基板可以此项技术中已知的任何方式保持在原位，这些方式包括静电或真空方式。激光安置于基板上方且经定向以使得其产生在实质垂直于基板平面的方向上撞击该基板的光束。激光可与光学2
组件耦接，该光学组件经调适以在三维中定位该激光。激光可经调适以将至多10kW/cm 的激光能量传递至测量为22mm乘33mm的基板的退火区域。激光较佳经调谐至易由基板吸收的波长，诸如对硅基板而言，小于800nm的波长。

[0096] 操作中，可使用与电源耦接的电气开关或与该激光或光学组件耦接的光学开关来切换激光。这些开关可经配置以在小于1微秒(μsec)内接通或断开激光，以使得激光可传递持续约1μsec至约10毫秒(msec)的能量脉冲。

[0097] 对该实例而言，预热光源与光学组件中的激光共同定位。预热光源可为另一激光、氙气灯或热灯，且可经调适以将至多500W的电磁能量传递至包围退火区域且与退火区域同心的实质圆形的区域，该圆形退火区域直径测量为约2cm。可使用适当透镜及镜子聚焦预热光源以俘获且引导预热光源的所有能量。预热光源可位于定位在激光源附近的外壳中，以使得来自预热光源的光照射包围欲退火区域的基板区域。预热光源可以轻微角度对准绕退火区域的预热区域中心。或者，预热光源可将能量以实质垂直于基板平面的方式投射于基板上，光学器件用以将光展布于包围退火区域的预热区域的范围中。预热光源可随后相对于激光有利地定位，以使得预热区域在退火路径方向上延伸远离退火区域。光学组件可另外经调适而旋转，以使得在退火路径改变方向时，预热光源维持相对于激光而言的有利位置。

[0098] 处理设备较佳经配置以藉由使用此项技术中已知类型的可移动载物台将基板相对于光学组件平移。操作中，载物台将基板定位于光学组件以下以使得基板的目标区域暴露于该光学组件。当不存在退火能量时，预热光源可连续发光，以预热能量来照射基板。连续预热能量将包围退火目标区域的区域中的基板表面加热至至少600℃。激光在目标退火区域处发射一或多个脉冲。脉冲可足够短暂，以便载物台可按照退火路径连续移动而不使激光脉冲模糊。预热区域随载物台移动而沿基板表面移动，从而在基板的部分接近目标退火区域时，将这些部分加热至目标预热温度。因此，直接邻接目标退火区域的基板的部分由于在目标退火区域的边缘处的高热梯度而不经受破坏性热应力。

[0099] 在一替代示范性实施方式中，在光学组件中在激光周围间隔开的2至4个预热能量来源可环绕激光。多个预热源的使用允许横过基板的整个预热区域的均匀预热。或者，激光可伴随有两个经调适以照射基板的不同区域的不同预热能量来源。举例而言，一个预热能量来源可经调适以照射直径约3cm的圆形区域，而另一预热能量来源照射直径约1.5cm的同心圆形区域，该同心圆形区域亦与退火区域同心。因此，形成两个预热区域。两个预热源可传递相似量的能量，以使得照射较宽区域的预热源产生比更为集中的预热源小的温度升高。在一实施方式中，照射宽区域的预热源可将该区域加热至300℃或300℃以上的温度，而照射宽预热区域中的较小区域的预热源可凭借增量能量(incremental energy)将该较小区域加热至700℃或700℃以上的温度。退火脉冲可随后退火基板，藉由传递足够的能量以将退火区域的温度提高至1,200℃或1,200℃以上来退火基板，同时不熔融基板材料。

[0100] 在另一示范性实施方式中，可使用单个能量来源。举例而言，激光可经调适以产生可用于预热能量及退火能量两者的单柱光。包括镜子、透镜、滤光器及光束分光器的光学器件通常用以调谐激光光使其具有所要偏光性(polarity)或相干性。这些光学器件亦可包括将激光光的部分散焦的透镜。激光光的散焦部分可随后导向至环绕退火区域的区域。例如，在适当光学器件的配合下，激光可产生直径大致1mm的圆柱形相干光束。光束可经由透镜引导，该透镜具有直径大致0.8mm的圆形非折射中央部分，及内径0.8mm及外径大于1mm的环形散焦外部部分。通过透镜的非折射部分的激光束的部分继续传递达到基板，从而将该基板的暴露部分退火，而通过透镜的散焦部分的部分激光束，其强度降低且展布于较宽区域上以将彼区域加热至较低温度。

[0101] 虽然前文针对本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范畴的情况下，可设计本发明的其它及另外的实施方式。

标题	发布/更新时间	阅读量
套管模板-专利编号CN110295744A	2020-05-11	158
平板热管-专利编号CN103307916A	2020-05-12	851
管道板-专利编号CN109716038A	2020-05-11	947
管板-专利编号CN105637315B	2020-05-11	51
管板-专利编号CN105637315A	2020-05-11	213
平板热管-专利编号CN103307916B	2020-05-12	757
板型热管-专利编号CN101004333A	2020-05-13	219
风管板材-专利编号CN1199032A	2020-05-13	914
模板管-专利编号CN107592893A	2020-05-12	410
板式热管-专利编号CN109803518A	2020-05-13	219

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