CN107398634A - 一种激光退火装置及激光退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光退火装置，包括：工作台和至少两个脉冲激光器，所述工作台用于承载待处理的晶圆，所述两个脉冲激光器产生不同的第一激光和第二激光，所述第一激光和所述第二激光投射至所述工作台的不同位置上。本发明还提供一种激光退火方法，包括：提供上述的激光退火装置；提供一晶圆，所述晶圆设置在所述工作台上；将第一激光投射到所述晶圆上一位置；调整所述晶圆与所述脉冲激光器的相对位置，使所述第二激光投射到与所述第一激光所投射的所述晶圆上同一位置。本发明提供的激光退火装置及激光退火方法，通过第一激光与第二激光投射至所述工作台的不同位置上，防止因为单一激光集中照射产生的高温，解决晶圆出现翘曲或裂痕缺陷的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种激光退火装置及激光退火方法。
背景技术
近年来，随着半导体技术的发展，晶圆的特征尺寸已进入纳米时代，这也向半导体制造技术提出新的挑战，于是半导体制造技术开始广泛地开始运用激光退火技术来满足工艺需要。激光退火是通过激光脉冲器提供激光光源，所述激光光源通过光学加工系统(即一系列镜片)加工成剖面为细长的激光，通过所述激光对晶圆上的膜层进行照射。对晶圆使用激光退火技术的目的是为了晶化或提高结晶度，把非晶态材料转化为多晶或单晶态，这样使得在离子注入后，掺入的杂质与所述膜层中的原子有序的排列组合，从而改善了晶圆的芯片单元上材料的电学特性。
激光退火技术由于其高能量、短作用时间的特点，能够有效的保证掺杂物质被激活的同时减少扩散乃至无扩散，那么就能够获得高质量的结构。但是，目前的激光退火装置都是通过单一激光集中照射到晶圆，单一所述激光具有不同的激光光源，虽然也能够满足需要，却有着其它缺陷。例如，现阶段由于技术的进步，生产出来的晶圆越来越薄，在现有的激光退火工艺中通过单一激光集中照射容易使晶圆出现翘曲或裂痕缺陷的问题，如何防止这些问题的出现是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光退火装置及激光退火方法，解决激光退火工工艺中晶圆出现翘曲或裂痕缺陷的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种激光退火装置，包括：工作台和至少两个脉冲激光器，所述工作台用于承载待处理的晶圆，所述两个脉冲激光器产生不同的第一激光和第二激光，所述第一激光和所述第二激光投射至所述工作台的不同位置上。
优选的，在所述激光退火装置中，所述工作台能够在所述工作台所在的平面内横向和/或纵向移动。
优选的，在所述激光退火装置中，所述工作台的移动方式通过气动方式、电磁驱动方式、机械齿轮方式中的一种。
优选的，在所述激光退火装置中，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积均小于0.5mm2。
优选的，在所述激光退火装置中，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积不相同。
优选的，在所述激光退火装置中，所述第一激光和所述第二激光的波长不相同。
优选的，在所述激光退火装置中，所述第一激光的波长为380nm～480nm。
优选的，在所述激光退火装置中，所述第二激光的波长为500nm～800nm。
优选的，在所述激光退火装置中，所述激光退火装置还包含一卡盘，所述卡盘设置在所述工作台上。
优选的，在所述激光退火装置中，所述激光退火装置还包含一冷却装置，所述冷却装置设置在所述工作台上。
本发明还提供一种激光退火方法，包括：提供一工作台，所述工作台承载待处理的晶圆；提供至少两个脉冲激光器，所述两个脉冲激光器产生不同的第一激光和第二激光，所述第一激光和所述第二激光投射至所述工作台的不同位置；将所述第一激光投射到所述晶圆上一位置；调整所述晶圆与所述脉冲激光器的相对位置，使所述第二激光投射到与所述第一激光投射到所述晶圆上的同一位置。
优选的，在所述激光退火方法中，所述第一激光和所述第二激光投射到所述晶圆上的一个或多个芯片单元。
优选的，在所述激光退火方法中，所述第一激光投射到所述晶圆上一位置后，间隔0.1～1秒的时间，再使所述第二激光投射到与所述第一激光投射到所述晶圆上的同一位置。
优选的，在所述激光退火方法中，所述第一激光投射到所述晶圆上产生的温度低于所述第二激光投射到所述晶圆上产生的。
优选的，在所述激光退火方法中，所述工作台能够在所述工作台所在的平面内横向和/或纵向移动。
优选的，在所述激光退火方法中，所述工作台的移动方式通过气动方式、电磁驱动方式和机械齿轮方式中的一种。
优选的，在所述激光退火方法中，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积均小于等于0.5mm2。
优选的，在所述激光退火方法中，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积不相同。
优选的，在所述激光退火方法中，所述第一激光和所述第二激光的波长不相同。
优选的，在所述激光退火方法中，所述第一激光的波长为380nm～480nm。
优选的，在所述激光退火方法中，所述第二激光的波长为500nm～800nm。
优选的，在所述激光退火方法中，所述激光退火装置还包含一卡盘，所述卡盘设置在所述工作台上。
优选的，在所述激光退火方法中，所述激光退火装置还包含一冷却装置，所述冷却装置设置在所述工作台上。
本发明提供的激光退火装置，通过两个脉冲激光器产生不同的激光，不同的所述激光可以实现不同的激光退火需要，解决同一材料对不同的激光的吸收存在的差异。此外，通过所述激光投射至所述工作台的不同位置上，可以防止因为单一激光集中照射所携带的能量产生的高温，避免高温引发晶圆的形变，从而解决了待激光退火的晶圆出现翘曲或裂痕缺陷的问题。
附图说明
图1为本发明的实施例的结构示视图；
图2为本发明的实施例的激光退火工艺中温度与时间的关系示视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
如图1所示，本发明提供的一种激光退火装置，包括：工作台30和两个脉冲激光器10、20，所述工作台30用于承载待处理的晶圆40，所述两个脉冲激光器10、20产生不同的第一激光和第二激光，所述第一激光和第二激光投射至所述工作台30的不同位置上。
本发明所述激光退火装置可以包括更多个脉冲激光器，例如，所述激光退火装置可以包括三个、四个或者N个脉冲激光器。此时，可以分别依次产生第三激光、第四激光及第N激光，所述第三激光、第四激光及第N激光可分别与所述第一激光和第二激光相同，也可以不相同。
优选的，所述工作台30能够在所述工作台30所在的平面内横向和/或纵向移动，既所述工作台30可以在所述平面内移动到需要的位置，所述横向是在所述平面内定义的方向，所述纵向是与所述横向相对应的，通常横向与纵向成90度角的关系。例如，所述横向和所述纵向在所述工作台30所在的平面内以X－Y轴坐标的方式表示，通过以X轴和/或Y轴上的正负向上移动即可实现所述工作台30移动到任意位置。所述工作台30在所述工作台30所在的平面内横向和/或纵向移动来调整所述工作台30与所述脉冲激光器的相对位置，从而满足激光退火位置调整的需要。
优选的，所述工作台30的移动方式通过气动方式、电磁驱动方式、机械齿轮方式中的一种。在其它的实施例中，也可以通过调整所述第一脉冲激光器10和所述第二脉冲激光器20的位置来设置激光退火的位置。
所述脉冲激光器10、20均包含一组镜片，例如：滤镜、反射镜、聚焦镜等镜片组成，所述滤镜用于去除不需要的激光部分，所述反射镜用于调整激光的光路，所述聚焦镜用聚焦激光。在具体的实施例中，所述脉冲激光器10、20是通过本身的结构支撑，并产生激光投射到所述工作台30上。在其它实施例中，所述脉冲激光器也可以设置在支架或激光退火室上，通过所述支架或激光退火室提供支撑，并产生激光投射到所述工作台上。
优选的，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积均小于等于0.5mm2。优选的，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积不相同。在具体的实施方式中，通过设置激光的光束横截面的面积来优化激光退火的效果，例如，通过设置所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积来照射所述晶圆40上一个或多个芯片单元，从而对一个芯片单元或同时对多个芯片单元进行激光退火，再比如，对于具有不同层结构的芯片单元在芯片表面具有形貌落差，通过设置所述第一激光与所述第二激光的光束横截面不同的面积来对不同层的结构进行激光退火，既所述第一激光比所述第二激光的光束横截面的面积大或者小。
优选的，所述第一激光和所述第二激光的波长不相同。优选的，所述第一激光的波长为380nm～480nm，例如波长为380nm、381nm、382nm、383nm以及依次递增到480nm。优选的，所述第二激光的波长为500nm～800nm，例如波长为500nm、501nm、502nm、503nm以及依次递增到800nm。不同波长的激光用于实现不同的激光退火需要，并且同一材料对不同波长的激光的吸收也存在差异，例如，就硅(Si)而言，激光的波长越长，则对激光的吸收率越低，同时不同波长的激光所能处理的晶圆的深度也不同，波长越短则退火深度越浅，例如波长为800nm的激光，退火深度能达到3μm级别。本发明采用不同的激光进行激光退火工艺，防止具有不同的激光光源的单一激光所携带的能量产生的高温，所述高温会引发晶圆的形变，本发明避免了晶圆出现翘曲或裂痕缺陷。
继续参考图1，优选的，在本实施例中，所述激光退火装置还包含一卡盘50，所述卡盘50设置在所述工作台30上，例如静电卡盘(electro staticchuck)，所述卡盘50用于固定待处理的晶圆40。优选的，所述激光退火装置还包含一冷却装置60，所述冷却装置60设置在所述工作台30上，例如电冷却装置(thermoelectric cooling system)，所述冷却装置60用于冷却所述待处理的晶圆40。在具体的实施方式中，所述卡盘50相对设置在所述冷却装置60上，所述冷却装置60设置在所述平台30上。
本发明还提供一种激光退火方法，继续参考图1，所述激光退火方法包括：提供一工作台30，所述工作台30承载待处理的晶圆40；提供两个脉冲激光器10、20，所述两个脉冲激光器10、20产生不同的第一激光和第二激光，所述第一激光和所述第二激光投射至所述工作台30的不同位置；将所述第一激光投射到所述晶圆40上一位置；调整所述晶圆40与所述脉冲激光器20的相对位置，使所述第二激光投射到与所述第一激光投射到所述晶圆40上的同一位置。
本发明所述激光退火方法能设置更多个脉冲激光器，例如，所述激光退火方法能够包括三个、四个或者N个脉冲激光器。此时，可以分别依次产生第三激光、第四激光及第N激光，所述第三激光、第四激光及第N激光可分别与所述第一激光和第二激光相同，也可以不相同。
下面更为详细介绍本发明的激光退火方法的每一步骤。
首先，继续参考图1，提供一工作台30，所述工作台30用于承载待处理的晶圆40。优选方案中，所述工作台30能够在所述工作台30所在的平面内横向和/或纵向移动，既所述工作台30在所述工作台30所在的平面内以X－Y轴方向移动，通过X－Y轴方向移动来调整激光退火的位置。优选的，所述工作台30的移动方式通过气动方式、电磁驱动方式、机械齿轮方式中的一种。优选方案中，所述晶圆40设置在工作台30上的卡盘50内，例如静电卡盘。优选方案中，所述激光退火装置还包含一冷却装置60，所述冷却装置60设置在所述工作台30上，所述冷却装置用于冷却所述晶圆40。
接着，提供两个脉冲激光器10、20，所述两个脉冲激光器10、20产生不同的第一激光和第二激光，所述第一激光和所述第二激光投射至所述工作台30的不同位置。
然后，将所述脉冲激光器10产生的第一激光投射到所述晶圆40上一位置。
然后，调整所述晶圆40与所述脉冲激光器20的相对位置，将所述脉冲激光器20产生的第二激光投射到与所述脉冲激光器10产生的第一激光投射到所述晶圆40上的同一位置。在具体的实施方式中，通过所述工作台30在所述工作台30所在的平面内横向和/纵向的移动来调整所述晶圆40与所述脉冲激光器20的相对位置。
优选的，所述第一激光和所述第二激光投射到所述晶圆40上一个或多个芯片(Die)单元，从而实现激光退火。通过设置所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积来照射所述晶圆40上一个或多个芯片单元，从而对一个芯片单元或同时对多个芯片单元进行激光退火。
优选的，所述第一激光投射到所述晶圆上一位置后，间隔0.1～1秒的时间，再使所述第二激光投射到与所述第一激光投射到所述晶圆上的同一位置，通过设置间隔0.1～1秒的时间来防止同一位置的热量积累。优选的，所述第一激光投射到所述晶圆上产生的温度低于所述第二激光投射到所述晶圆上产生的温度，可使产生的温度更短的时间内发散使温度降低，通过两次激光投射之间的间隔时间来降低温度的影响，当间隔时间越短，则生产效率得到提高。
在本实施例的激光退火方法中，优选方案中，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积均小于等于0.5mm2。优选方案中，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积不相同。优选方案中，所述第一激光和所述第二激光的波长不相同。优选方案中，所述第一激光的波长为380nm～480nm。优选方案中，所述第二激光的波长为500nm～800nm。。
由于晶圆的不同区域结构不同，故受热的程度也是不同的，那么对于具有不同激光光源的单一激光而言，由于单一激光的高强度，会导致某些区域会受到过多的热量，从而引起较大的热应力，这是生产过程中所不想面对的。对于不同的材料，也需要选择不同的激光。如图2所示，虚线部分表示为现有技术中激光退火的晶圆上温度与时间的关系，实线部分表示为本发明中激光退火的晶圆上温度与时间的关系，本发明通过不同的激光来完成激光退火，并通过设置时间间隔有效地降低了晶圆的温度，防止晶圆出现翘曲和裂痕缺陷，相比于现有技术方案可实现对温度有要求的晶圆的激光退火。
本发明提供的激光退火装置，通过两个脉冲激光器产生不同的激光，不同的所述激光用于实现不同的激光退火需要，解决同一材料对不同的激光的吸收存在的差异，就硅(Si)而言，激光的波长越长，则对激光的吸收率越低，同时不同波长的激光所能处理的晶圆的深度也不同，波长越短则退火深度越浅，通过所述激光投射至所述工作台的不同位置上，防止因为单一激光集中照射所携带的能量产生的高温，避免所述高温会引发晶圆的形变，从而解决了待激光退火的晶圆出现翘曲或裂痕缺陷的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (23)
1.一种激光退火装置，其特征在于，所述激光退火装置包括：
工作台，所述工作台用于承载待处理的晶圆；
至少两个脉冲激光器，所述两个脉冲激光器产生不同的第一激光和第二激光，所述第一激光和所述第二激光投射至所述工作台的不同位置上。
2.如权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述工作台能够在所述工作台所在的平面内横向和/或纵向移动。
3.如权利要求2所述的激光退火装置，其特征在于，所述工作台的移动方式通过气动方式、电磁驱动方式和机械齿轮方式中的一种。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积均小于等于0.5mm2。
5.如权利要求1～3中任意一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积不相同。
6.如权利要求1～3中任意一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述第一激光和所述第二激光的波长不相同。
7.如权利要求6中任意一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述第一激光的波长为380nm～480nm。
8.如权利要求6中任意一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述第二激光的波长为500nm～800nm。
9.如权利要求1～3中任意一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述激光退火装置还包含一卡盘，所述卡盘设置在所述工作台上。
10.如权利要求1～3中任意一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述激光退火装置还包含一冷却装置，所述冷却装置设置在所述工作台上。
11.一种激光退火方法，其特征在于，所述激光退火方法包括：
提供一工作台，所述工作台承载待处理的晶圆；
提供至少两个脉冲激光器，所述两个脉冲激光器产生不同的第一激光和第二激光，所述第一激光和所述第二激光投射至所述工作台的不同位置；
将所述第一激光投射到所述晶圆上一位置；
调整所述晶圆与所述脉冲激光器的相对位置，使所述第二激光投射到与所述第一激光投射到所述晶圆上的同一位置。
12.如权利要求11所述的激光退火方法，其特征在于，所述第一激光和所述第二激光投射到所述晶圆上的一个或多个芯片单元。
13.如权利要求11所述的激光退火方法，其特征在于，所述第一激光投射到所述晶圆上一位置后，间隔0.1～1秒的时间，再使所述第二激光投射到与所述第一激光投射到所述晶圆上的同一位置。
14.如权利要求11所述的激光退火方法，其特征在于，所述第一激光投射到所述晶圆上产生的温度低于所述第二激光投射到所述晶圆上产生的温度。
15.如权利要求11～14中任意一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述工作台能够在所述工作台所在的平面内横向和/或纵向移动。
16.如权利要求15所述的激光退火方法，其特征在于，所述工作台的移动方式通过气动方式、电磁驱动方式和机械齿轮方式中的一种。
17.如权利要求11～14中任意一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积均小于等于0.5mm2。
18.如权利要求11～14中任意一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述第一激光和所述第二激光的光束横截面的面积不相同。
19.如权利要求11～14中任意一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述第一激光和所述第二激光的波长不相同。
20.如权利要求19所述的激光退火方法，其特征在于，所述第一激光的波长为380nm～480nm。
21.如权利要求19所述的激光退火方法，其特征在于，所述第二激光的波长为500nm～800nm。
22.如权利要求11～14中任意一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述激光退火装置还包含一卡盘，所述卡盘设置在所述工作台上。
23.如权利要求11～14中任意一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述激光退火装置还包含一冷却装置，所述冷却装置设置在所述工作台上。
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