散射熔化检测系统及其使用方法与流程

本公开内容总体上涉及温度测量，并且特别涉及相变显微术。

背景技术：

1、在先进的集成电路(ic)芯片制造中使用脉冲激光熔化退火系统以用于芯片的快速热处理。由这样的激光系统提供的热处理可以用于各种效果，例如，掺杂剂活化、限定结以及以其他方式改变芯片的材料和电特性。然而，在利用脉冲激光系统进行退火期间，由于激光将晶片温度升高至熔化温度的持续时间以及激光作用于其上的晶片的表面积减少，因此准确测量和控制晶片温度是重要的并且可能具有挑战性。晶片温度的精确测量和控制对于退火系统校准也是重要的。

技术实现思路

1、在一个实现方式中，本公开内容涉及一种确定在激光退火处理期间半导体材料的固态到液态材料相变的发生的方法。该方法包括：利用来自退火激光器的退火激光束在半导体材料的表面上形成退火图像；形成包括退火图像的区域的半导体表面的散射图像；以及根据散射图像中收集的光的强度来识别半导体材料的固态到液态材料相变。

2、在另一实现方式中，本公开内容涉及一种分析散射图像数据的方法，该方法包括：接收在半导体的激光退火处理期间捕获的半导体表面的区域的散射图像；以及从图像中识别半导体材料的固态到液态材料相变；其中，所述识别包括识别根据一个或更多个退火处理控制参数的图像强度的统计变化、时间序列变化或几何非线性变化。

3、在又一实现方式中，本公开内容涉及一种对半导体材料的激光退火处理执行熔化校准的方法。该方法包括：利用来自退火激光器的退火激光束对半导体材料的区域进行退火，其中，退火包括在发生半导体材料的固态到液态相变的熔化阈值功率水平以下和之上递增地改变退火激光器的功率水平；在退火期间捕获半导体材料的区域的散射图像；以及根据所捕获的散射图像来确定退火激光器的至少一个熔化阈值设定点功率水平。

4、在又一个实现方式中，本公开内容涉及一种散射熔化检测系统，其包括：被配置成支撑半导体晶片的载物台；被配置成对半导体晶片进行退火的退火激光器；以及散射熔化检测器，其包括：图像捕获装置，其包括焦平面阵列(fpa)；以及散射光学布置，其被配置成阻挡或避免由退火激光器形成的光束的镜面反射，并且在fpa上形成半导体晶片的表面的散射图像。

5、在又一实现方式中，本公开内容涉及一种激光退火系统，其包括：退火激光器；存储装置，其包括至少一个退火激光器熔化阈值校准设定点，该校准设定点指定退火激光器的操作参数以在一组预定的退火处理条件下将半导体材料的局部区域的温度升高至熔化阈值，其中，校准设定点是从在半导体材料的激光退火处理期间获取的半导体材料的散射图像得到的；以及控制器，其被配置成根据退火激光器熔化阈值校准设定点来控制退火激光器。

6、在又一实现方式中，本公开内容涉及一种非暂态机器可读存储介质，其包括至少一个退火激光器熔化阈值校准设定点，该校准设定点指定退火激光器的操作参数以在一组预定的退火处理条件下将半导体材料的局部区域的温度升高至熔化阈值，其中，校准是从在半导体材料的激光退火处理期间获取的半导体材料的散射图像得到的。

7、在又一实现方式中，本公开内容涉及一种形成用于与熔化检测算法一起使用的低于熔化的参考图像和参数的方法。该方法包括：在低于熔化的情况下对晶片进行退火；利用散射熔化检测器来捕获图像帧；记录退火激光器功率水平；根据所捕获的图像帧来创建低于熔化的参考图像；对低于熔化的参考图像进行处理以生成多个低于熔化的一维载物台扫描方向强度分布；识别低于熔化的参考图像的感兴趣区域(roiref)；以及创建平均一维载物台扫描方向强度分布。

8、在又一实现方式中，本公开内容涉及一种检测晶片材料在退火处理期间是否熔化的方法。该方法包括：在低于熔化阈值、等于熔化阈值或高于熔化阈值的情况下对晶片进行退火，在退火期间利用散射熔化检测器捕获图像帧，以及记录激光功率水平；根据所捕获的图像帧创建平均图像；以及创建将平均图像参考到针对相同晶片类型的对应的低于熔化的参考图像的熔化检测图像。

9、在又一实现方式中，本公开内容涉及一种检测晶片材料在退火处理期间是否熔化的方法。该方法包括：在低于熔化阈值、等于熔化阈值或高于熔化阈值的情况下对晶片进行退火，并且在退火期间利用散射熔化检测器来捕获图像帧；计算图像帧的感兴趣区域roiref内的像素值的统计变化，其中，roiref是图像中在晶片上形成退火激光图像的区域；并且比较所计算出的统计变化以识别熔化的开始。

1.一种确定在激光退火处理期间半导体材料的固态到液态材料相变的发生的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括检测所述散射图像中达到或超过阈值的强度，所述阈值对应于所述半导体材料的固态到液态相变的开始。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述识别包括在所述散射图像的在所述退火图像内并且小于所述退火图像的区域的区域中检测所述散射图像中的强度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括识别与低于熔化的参考图像相比所述散射图像中收集的光的强度的不连续性。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括识别所述光的强度与处理参数之间的非线性比例关系。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述处理参数是所述退火激光器的功率水平或所述退火激光器的局部功率密度。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光退火处理包括跨所述半导体表面执行所述退火图像的顺序扫掠，其中，每个扫掠形成退火照明线，其中，形成散射图像包括形成至少一个退火照明线的图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述识别的步骤包括分析沿着所述退火照明线的光的强度，以确定所述半导体材料沿着所述退火照明线的材料相变的程度。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述识别的步骤包括分析沿着所述退火照明线的光的强度，以确定已经发生固态到液态相变的开始的所述退火照明线的比例。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述识别的步骤包括分析所述退火图像的多个顺序扫掠中的沿着所述退火照明线的第一位置处的光的强度，以确定所述退火激光器的熔化阈值功率水平或统计功率波动中的至少一个。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光退火处理包括以扫掠频率fsweep跨所述半导体表面执行顺序扫掠，所述方法还包括利用具有脉冲频率为fprobe的辐射脉冲的探测光源来照射所述半导体表面，其中，fprobe<fsweep。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括应用下述中的一个或更多个：拟合算法、边缘检测算法、特征基分解、前馈分类器或者对所捕获的图像帧中超过阈值的任何强度的检测。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括识别根据一个或更多个退火处理控制参数的图像强度的统计变化、时间序列变化或几何非线性变化。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述一个或更多个退火处理控制参数包括激光功率或光功率密度。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括：

16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述熔化检测图像的值与阈值进行比较，以确定在所述熔化检测图像的一个或更多个区域中是否发生了熔化。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括应用所述熔化检测图像的一维分布分析，以识别在载物台扫描方向上具有比所述处理激光束的宽度小的宽度的窄峰。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，通过执行以下步骤来获得低于熔化的参考图像，所述步骤包括：

19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括：

20.一种散射熔化检测系统，包括：

21.根据权利要求20所述的系统，还包括处理器和包括程序指令的机器可读存储介质，所述程序指令用于由所述处理器执行以执行根据权利要求1至19中任一项所述的操作。

22.一种激光退火系统，包括：

23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述校准设定点是通过包括权利要求1至19中任一项的步骤的处理确定的。

24.一种非暂态机器可读存储介质，包括：

25.根据权利要求24所述的非暂态机器可读存储介质，其中，所述校准设定点是通过包括权利要求1至19中任一项的步骤的处理确定的。