CN102157347B - 一种高产率的激光热处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于半导体制造设备和技术范围的一种高产率的激光热处理装置和方法。该装置采用了多个工艺处理腔，晶圆片由外部机械手从底部送入处理腔，片托接过晶圆片后，机械手退出。由顶杆带动晶圆片逐渐向上，晶圆片将被逐渐加热。当晶圆片升至处理腔顶部时，可以在那里停留一段时间，等待预热稳定。其后，移动至处理腔上方，并且在移动机构的带动下。等到处理完成后，激光光束移开，至另一个晶圆片已经预热完成的处理腔的上方。对那里的晶圆片进行激光处理。本发明对于晶圆片的激光热处理采用在各工艺腔中轮转进行的方式，使得对激光源的利用效率达到最高，且预升温、激光辐照、降温三个必要的工艺过程是充分并发执行的。提高设备运转效率。

Description

一种高产率的激光热处理装置和方法

技术领域

本发明属于半导体制造装置与技术范围，特别涉及一种高产率的激光热处理装置和方法。

背景技术

激光作用于半导体晶圆片，可对半导体晶圆片的表面进行热处理加工。由于激光光束面积有限，即便是经过了光学系统的扩束，也需要进行较长时间的扫描移动，受到光束辐照的区域才能够覆盖全部的晶圆片表面，因此激光热处理的过程一般需要较长处理时间，单机产率是比较低的。

除去激光束对晶圆片表面的扫描需要较长的时间之外，由于晶圆片是从室温状态进入到热处理工艺腔中的，对于当前主流的带辅助加热的激光处理工艺来说，还需要有一个升温、稳定的时间过程，以及在处理完成后的降温过程，所有过程加在一起，进一步限制了激光加工类机器的生产效率。例如，如果激光扫描晶圆片的时间为5分钟，则加上头尾的预升温与降温时间，设备处理晶圆片的产率为一小时不足10片，与之形成对比的是，先进半导体制造中的光刻机，其处理晶圆片的速度，通常能够做到每小时100片。如果激光光束的截面积更小，晶圆片的尺寸更大，则生产效率的问题，将更加严重。

本发明针对上面提到的问题，提出了一种进行激光热处理的装置。该装置利用了三个处理腔轮转的方式，使得在激光热处理过程中，预升温、激光辐照、降温三个过程能够充分地并发进行。晶圆片在同一个处理腔中完成所有的处理步骤，并不需要像常规多腔半导体设备那样，不同的工艺环节需要进、出不同的工艺腔室。对于热处理的激光源，控制激光源在已经预升温完成的晶圆片之间轮转工作，激光源的利用效率可以达到最高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高产率的激光热处理装置和方法，其特征在于，所述高产率的激光热处理装置为由三个工艺处理腔及各自附属的进出片机构组成；在工艺处理腔8内，在顶杆5顶部为片托4，在工艺处理腔8的外壁上部盘绕加热炉丝1，下部盘绕冷却液管2，这样在加热炉丝和冷却液管的共同作用下，在工艺处理腔8内部造成上热下冷的稳定温度场；

在工艺处理腔8的底端7中心设置顶杆5进入到工艺处理腔中的通道孔6。

所述工艺处理腔8的底端固定机械手10，机械手10执行送片和取片就是从这里进出。

所述工艺处理腔8的顶端设置透过激光束9的透明窗3，激光束9透过透明窗3对晶圆片的表面进行扫描处理。

所述加热炉丝和冷却液管均为根据圆柱腔体内部从上至下递减的温度场分布分别分段盘绕或疏密渐变盘绕。

所述加热炉丝可以为分组的高频感应加热线圈。

所述三个工艺处理腔成品字型布置，每个工艺处理腔均配置一个取送片的机械手，位于工艺处理腔的底端。

一种权利要求1所述高产率的激光热处理装置对晶圆片进行激光热处理的方法，具体步骤如下：

本发明的有益效果是本发明采用对于晶圆片的激光热处理在三个工艺处理腔中轮转进行的装置和方法，使得在激光热处理的过程中，预升温、激光辐照、降温三个过程能够充分地并发进行。此外，由于晶圆片是在同一个处理腔中完成所有的处理步骤，并不需要像常规多腔半导体设备那样，不同的工艺环节需要进、出不同的工艺处理腔室，所以进一步节约了处理的时间。控制激光源在已经预升温完成的晶圆片之间轮转工作，对激光源的利用也实现了最高的效率。

附图说明

图1为一个工艺处理腔的示意图。

图2是利用三个相同的工艺处理腔，配置成为整台激光热处理装置的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种高产率的激光热处理装置和方法。采用了三个工艺处理腔，在处理方法上，对于晶圆片的激光热处理采用在各工艺处理腔中轮转进行的方式，使得在激光热处理的过程中，预升温、激光辐照、降温三个过程能够充分地并发进行。下面结合附图对本发明予以说明。

图1所示为一个工艺处理腔的示意图。图中工艺处理腔8为圆柱体腔，采用石英或SiC等材料制成，炉管总长度50厘米至2米。需要指出，工艺处理腔可以是同种材料制成的一个整体性的腔，也可以是由多个部件接合起来构成。

在工艺处理腔8的底端7中心设置顶杆5进入到工艺处理腔中的通道孔6所述工艺处理腔8的底端固定机械手10，机械手10执行送片和取片就是从这里进出。

在工艺处理腔体8的外侧壁，环绕分组的加热线圈1和冷却液管路2，可在工艺腔体中形成从上至下渐冷的控温场。

工艺处理腔体的上端面3，采用对于热处理激光束是透明的材料制成，石英材料是一种比较好的选择，因为该材料对于绝大多数目前在用的激光束都是可以透过的。

对晶圆片进行热处理的激光束9，从激光器输出后，经过一定的扩束、匀束处理，入射到二维折反射镜系统。二维折反射镜系统的镜面可由机械装置带动移动，从而形成激光束的二维扫描动作。

晶圆片被机械手送入处理腔之后，由片托4接过，其后的工艺过程都是承载在片托上完成。片托由顶杆5带动，可在工艺腔中升降，因而处于不同的工艺温度场区，完成预升温，激光辐照，降温冷却等全工艺过程。

上述高产率的激光热处理方法，具体步骤举例说明如下：

(1)开启激光器，等待激光器输出稳定，对晶圆片表面进行扫描；同时对各工艺处理腔8的加热炉丝1施加电功率，给底端冷却液管2通冷却液，在各工艺处理腔8中建立起稳定的渐变温度场。

(2)以第一个工艺处理腔所配置的机械手10将一片晶圆片送入工艺处理腔；由工艺处理腔中顶杆5的片托4接过晶圆片，并且带着晶圆片逐渐上升到工艺处理腔的顶端，这一过程中，晶圆片温度逐渐升高，为晶圆片辅助加热的阶段；

(3)晶圆片到达工艺处理腔顶端，待晶圆片预热的温度稳定后，激光束9移动到此工艺处理腔上方，采用激光光束二维扫描移动的方式，透过透明窗3对晶圆片表面进行辐照处理，与此同时，在第二个工艺处理腔中，送入另外一片晶圆片，并进行预热；

(4)激光处理结束后，顶杆5慢速下降，晶圆片温度逐渐降低、冷却；在晶圆片逐渐冷却的同时，第二个工艺处理腔中的晶圆片已经预升温稳定，所以此时可以进行激光辐照的处理，并在第三工艺处理腔中送入一片晶圆片进行预热；

(5)对于第一个工艺处理腔中完成冷却的晶圆片，由该工艺处理腔的机械手取出，随后仍由该机械手送入新的一片待处理晶圆片，执行后续处理；

(6)如上的过程反复接力进行，激光光束在三个工艺处理腔上方轮转，不间断地对晶圆片进行热处理，因此，由于对热处理激光源的利用是不停歇的，这样模式下的激光热处理能够达到最高的生产效率。

Claims (1)

1.一种高产率的激光热处理装置对晶圆片进行激光热处理的方法，所述高产率的激光热处理装置为由成品字型布置的三个工艺处理腔及各自附属的进出片机构组成；在工艺处理腔(8)内，在顶杆(5)顶部为片托(4)，在工艺处理腔(8的外壁上部盘绕加热炉丝(1)，加热炉丝为分组的高频感应加热线圈；下部盘绕冷却液管(2)，加热炉丝和冷却液管均为根据圆柱腔体内部从上至下递减的温度场分布分别分段盘绕或疏密渐变盘绕，这样在加热炉丝和冷却液管的共同作用下，在工艺处理腔(8)内部造成上热下冷的稳定温度场；在工艺处理腔(8)的底端(7)中心设置顶杆(5)进入到工艺处理腔中的通道孔(6)，在工艺处理腔(8)的底端固定一个取送片的机械手(10)，在工艺处理腔(8)的顶端设置透过激光束(9)的透明窗(3)，激光束(9)透过透明窗(3)对晶圆片的表面进行扫描处理；其特征在于，具体步骤如下：

(1)开启激光器，等待激光器输出稳定，对晶圆片表面进行扫描；同时对各工艺处理腔(8)的加热炉丝(1)施加电功率，给底端冷却液管(2)通冷却液，在各工艺处理腔(8)中建立起稳定的渐变温度场；

(2)以第一个工艺处理腔所配置的机械手(10)将一片晶圆片送入工艺处理腔；由工艺处理腔中顶杆(5)的片托(4)接过晶圆片，并且带着晶圆片逐渐上升到工艺处理腔的顶端，这一过程中，晶圆片温度逐渐升高，为晶圆片辅助加热的阶段；

(3)晶圆片到达工艺处理腔顶端，待晶圆片预热的温度稳定后，激光束(9)移动到此工艺处理腔上方，采用激光光束二维扫描移动的方式，透过透明窗(3)对晶圆片表面进行辐照处理，与此同时，在第二个工艺处理腔中，送入另外一片晶圆片，并进行预热；

(4)激光处理结束后，顶杆(5)慢速下降，晶圆片温度逐渐降低、冷却；在晶圆片逐渐冷却的同时，第二个工艺处理腔中的晶圆片已经预升温稳定，所以此时可以进行激光辐照的处理，并在第三工艺处理腔中送入一片晶圆片进行预热；

(5)对于第一个工艺处理腔中完成冷却的晶圆片，由该工艺处理腔的机械手取出，随后仍由该机械手送入新的一片待处理晶圆片，执行后续处理；

(6)如上的过程反复接力进行，激光光束在三个工艺处理腔上方轮转，不间断地对晶圆片进行热处理，因此，由于对热处理激光源的利用是不停歇的，这样模式下的激光热处理能够提供高的生产效率。

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