CN113539878A - 激光退火载台 - Google Patents

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CN113539878A CN202010305145.8A CN202010305145A CN113539878A CN 113539878 A CN113539878 A CN 113539878A CN 202010305145 A CN202010305145 A CN 202010305145A CN 113539878 A CN113539878 A CN 113539878A
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Abstract

本发明提供了一种激光退火载台，包括：承载平台，其具有相对设置的上表面和下表面，所述上表面用于接触并承载激光退火对象；冷却装置，其设置于所述承载平台的下表面一侧，并通过对所述承载平台的下表面喷布气体冷却介质降低所述承载平台和所述激光退火对象在激光退火过程中的温度。本发明通过喷布气体冷却介质，在激光退火过程中对晶圆正面的器件区域进行冷却，防止晶圆正面器件区域及粘合层的温度因晶圆减薄厚度较薄而在激光退火过程中超出其耐受温度。本发明能够增大激光退火的工艺窗口，也避免了改用耐高温粘合层带来的额外生产成本。

Description

激光退火载台
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种激光退火载台。
背景技术
在IGBT等半导体器件的制备工艺中，在晶圆背面的减薄工艺后，还需要对晶圆背面进行离子注入并进行退火。激光退火由于其快速及局部退火的特性，适用于晶圆正面已形成有不耐高温的器件结构的晶圆背面退火过程。
目前，IGBT晶圆减薄后的厚度一般高于100μm，激光退火能够较好地控制退火区域，在对晶圆背面进行局部退火时，能使晶圆正面温度不至于过高而损坏已形成的器件结构。在退火过程中，器件区域能耐受的温度极限一般在400℃以下，减薄晶圆与临时载体的粘合层能耐受的温度极限一般在200℃以下。
然而，随着IGBT器件的不断更新发展，为了获得更佳的器件性能，晶圆的减薄厚度已要求降至100μm以下，乃至达到50μm。此时，常规的激光退火机台已很难保证在晶圆背面退火时，晶圆正面温度及粘合层温度能够不超过其耐受温度极限。这不但对激光退火的工艺精度提出了严苛的要求，限制了退火温度及工艺窗口，也使晶圆厚度难以进一步减薄。此外，如采用耐高温材料作为粘合层以提升其耐受温度极限也会额外增加生产成本。
因此，有必要提出一种新的激光退火载台，解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光退火载台，用于解决现有技术中难以对减薄厚度过薄的晶圆进行激光退火的问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种激光退火载台，其特征在于，包括：
承载平台，其具有相对设置的上表面和下表面，所述上表面用于接触并承载激光退火对象；
冷却装置，其设置于所述承载平台的下表面一侧，并通过对所述承载平台的下表面喷布气体冷却介质降低所述承载平台和所述激光退火对象在激光退火过程中的温度。
作为本发明的一种可选方案，所述冷却装置包括：
密封隔离结构，其位于所述承载平台下方，并与所述承载平台共同形成密封腔室；所述密封腔室的顶部内侧面至少包括所述承载平台的下表面；
气体供给装置，其连接所述密封腔室，用于向所述密封腔室供给所述气体冷却介质；
抽真空装置，其连接所述密封腔室，用于从所述密封腔室抽走所述气体冷却介质。
作为本发明的一种可选方案，所述冷却装置还包括：
引流分布结构，其位于所述密封腔室中，用于将所述气体供给装置供给的所述气体冷却介质引流分布至所述承载平台的下表面。
作为本发明的一种可选方案，所述引流分布结构包括分隔所述承载平台和所述气体供给装置的隔板以及位于所述隔板中的引流分布通孔。
作为本发明的一种可选方案，所述气体供给装置包括用于调节所述气体冷却介质温度的温度调节单元。
作为本发明的一种可选方案，所述气体冷却介质包括氮气。
作为本发明的一种可选方案，所述承载平台具有连通所述上表面和所述下表面的平台通孔。
作为本发明的一种可选方案，所述承载平台还具有定位并固定所述激光退火对象的定位固定结构。
作为本发明的一种可选方案，所述激光退火对象包括减薄晶圆，所述减薄晶圆通过粘合层固定于载体衬底上，所述载体衬底具有连通接触所述粘合层的表面与远离所述粘合层的表面的衬底通孔；所述载体衬底承载于所述承载平台时，所述平台通孔的位置与所述衬底通孔的位置一一对应。
本发明还提供了一种激光退火装置，包括本发明所述的激光退火载台。
如上所述，本发明提供一种激光退火载台，具有以下有益效果：
本发明引入了一种新的激光退火载台，通过喷布气体冷却介质，在激光退火过程中对晶圆正面的器件区域进行冷却，防止晶圆正面器件区域及粘合层的温度因晶圆减薄厚度较薄而在激光退火过程中超出其耐受温度。本发明能够增大激光退火的工艺窗口，也避免了改用耐高温粘合层带来的额外生产成本。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中激光退火载台的截面示意图。
图2显示为本发明实施例一中引流分布结构俯视示意图。
图3显示为本发明实施例二中激光退火载台的截面示意图。
图4显示为本发明实施例二中承载平台及载体衬底的透视示意图。
元件标号说明
100 减薄晶圆
100a 粘合层
100b 载体衬底
101 承载平台
102 密封隔离结构
102a 密封腔室
103 气体供给装置
103a 供气管路
104 抽真空装置
104a 抽气管路
105 引流分布结构
105a 隔板
105b 引流分布通孔
200 减薄晶圆
200a 粘合层
200b 载体衬底
200c 衬底通孔
201 承载平台
201a 平台通孔
202 密封隔离结构
202a 密封腔室
203 气体供给装置
203a 供气管路
204 抽真空装置
204a 抽气管路
205 引流分布结构
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1至图2，本实施例提供了一种激光退火载台，其特征在于，包括：
承载平台101，其具有相对设置的上表面和下表面，所述上表面用于接触并承载激光退火对象；
冷却装置，其设置于所述承载平台101的下表面一侧，并通过对所述承载平台101的下表面喷布气体冷却介质降低所述承载平台101和所述激光退火对象在激光退火过程中的温度。
作为示例，如图1所示，所述激光退火对象包括减薄晶圆100，所述减薄晶圆100通过粘合层100a固定于载体衬底100b上。对于IGBT减薄晶圆，其厚度可以减薄至50μm～100μm，必须通过固定于载体衬底上防止发生裂片，所述载体衬底100b可以是玻璃衬底等载体。
作为示例，如图1所示，所述冷却装置包括：
密封隔离结构102，其位于所述承载平台101下方，并与所述承载平台101共同形成密封腔室102a；所述密封腔室102a的顶部内侧面至少包括所述承载平台101的下表面；
气体供给装置103，其连接所述密封腔室102a，用于向所述密封腔室102a供给所述气体冷却介质；
抽真空装置104，其连接所述密封腔室102a，用于从所述密封腔室102a抽走所述气体冷却介质。
具体地，如图1所示，所述密封隔离结构102与所述承载平台101共同形成密封腔室102a；所述气体供给装置103，通过供气管路103a连接所述密封腔室102a，并向所述密封腔室102a供给所述气体冷却介质；所述抽真空装置104通过抽气管路104a从所述密封腔室102a抽走所述气体冷却介质。所述气体冷却介质的供给与抽取可以是动态平衡的，以确保所述密封腔室102a始终保有较低温度的所述气体冷却介质。通过对所述承载平台101的下表面喷布气体冷却介质，使所述激光退火对象能够在激光退火过程中保持较低温度，防止已形成的半导体器件因高温损坏，或者粘合层因高温产生变性分离。图1中箭头所示是气体冷却介质的流动方向。
作为示例，所述气体冷却介质包括氮气。所述气体供给装置103包括用于调节所述气体冷却介质温度的温度调节单元。通过调节所供给氮气的温度，可以调整激光退火过程中所述减薄晶圆100正面器件区域以及所述粘合层100a的温度。可选地，所述气体冷却介质也可以是氦气或氩气等惰性气体，所述冷却装置还具有可以对所述气体冷却介质的供给流量以及所述密封腔室102a的压力等参数进行调节的控制单元。
作为示例，如图1和图2所示，所述冷却装置还包括：
引流分布结构105，其位于所述密封腔室102a中，用于将所述气体供给装置103供给的所述气体冷却介质引流分布至所述承载平台101的下表面。
如图2所示，所述引流分布结构105包括分隔所述承载平台101和所述气体供给装置103的隔板105a以及位于所述隔板105a中的引流分布通孔105b。可选地，所述抽气管路104a在所述密封腔室102a的连接位置与所述承载平台101处于所述隔板105a上方的同一侧。当所述供气管路103a从所述隔板105a的下方供给所述气体冷却介质时，所述气体冷却介质通过所述引流分布通孔105b重新分布，并均匀喷布于所述承载平台101的下表面以进行冷却，完成冷却换热过程的升温后的气体冷却介质则及时被所述抽气管路104a抽走，以便后续的气体冷却介质继续进行冷却。需要指出的是，图2中仅示例性地给出了所述引流分布通孔105b的一种形状及排布，在本发明的其他实施案例中，所述引流分布通孔还可以采用其他可能的形状及排布设置。
作为示例，所述承载平台101还具有定位并固定所述激光退火对象的定位固定结构。对于放置于所述承载平台101上的所述载体衬底100b及粘附其上的减薄晶圆100，通过定位固定结构使其固定于设定位置，防止其在激光退火过程中发生异常位移。此外，所述激光退火载台还可以具备支承并固定所述承载平台101及冷却装置的支承固定结构，以使所述激光退火对象能够在激光退火过程中保持稳定的放置。
本实施例的激光退火载台通过引入气体冷却介质，在激光退火过程中对所述承载平台101的下表面进行冷却，进而使晶圆正面器件区域及粘合层的温度维持在较低水平，防止高温超出其耐受温度。
实施例二
本实施例提供了一种激光退火载台，与实施例一相比，本实施例的主要区别至少在于：所述承载平台201具有连通所述上表面和所述下表面的平台通孔201a。
如图3所示，是本实施例提供的一种激光退火载台。与实施例一相同，在本实施例中，所述激光退火载台也具有承载平台201及冷却装置。激光退火对象包括减薄晶圆200，所述减薄晶圆200通过粘合层200a固定于载体衬底200b上。所述冷却装置包括密封隔离结构202、气体供给装置203及抽真空装置204。所述密封隔离结构202与所述承载平台201共同形成密封腔室202a。所述气体供给装置203通过供气管路203a向所述密封腔室202a供给气体冷却介质；所述抽真空装置204通过抽气管路204a从所述密封腔室202a抽走所述气体冷却介质。所述冷却装置还包括引流分布结构205。本实施例中上述结构的具体实施方案与实施例一相同，此处不再赘述。图中箭头所示是气体冷却介质的流动方向。
如图3和图4所示，在本实施例中，所述承载平台201具有连通所述上表面和所述下表面的平台通孔201a。所述平台通孔可以将所述密封腔室202a中的气体冷却介质引向激光退火对象，从而进一步提升激光退火载台的冷却效果。需要指出的是，图3中仅示意性标示出所述平台通孔201a的位置，图3中所表示的具体数量与图4中所示的并不一致。
作为示例，在图3和图4中，所述激光退火对象包括减薄晶圆200，所述减薄晶圆200通过粘合层200a固定于载体衬底200b上，所述载体衬底200b具有连通接触所述粘合层200a的表面与远离所述粘合层200a的表面的衬底通孔200c；所述载体衬底200b承载于所述承载平台201时，所述平台通孔201a的位置与所述衬底通孔200c的位置一一对应。通过上述一一对应的配置，所述密封腔室202a中的气体冷却介质还可以进一步穿过所述载体衬底200b，直接接触到所述粘合层200a，这进一步提升了激光退火载台的冷却效果。此外，在设置所述平台通孔201a时，需要注意不能影响激光退火载台中其他部件实现正常功能。考虑到所述气体冷却介质可能吹起所述减薄晶圆200和所述载体衬底200b，还可以设置将所述减薄晶圆200和所述载体衬底200b固定于所述承载平台201的固定结构。
作为示例，如图4所示，所述承载平台201还具有定位并固定所述激光退火对象的定位固定结构201b，其能够将所述激光退火对象固定于设定位置，防止其在激光退火过程中发生异常位移，还可以精确地使所述平台通孔201a的位置与所述衬底通孔200c的位置一一对应，确保所述气体冷却介质能够顺利穿过所述载体衬底200b。具体地，所述定位固定结构201b能够对所述减薄晶圆200和所述载体衬底200b上的缺口(notch)进行定位固定。当所述载体衬底200b上的缺口对准于所述定位固定结构201b时，所述平台通孔201a能够与所述衬底通孔200c对齐。可选地，在本发明的其他实施案例中，还可以准备多个具有衬底通孔的所述载体衬底，作为所述激光退火载台的可选配件进行配置，用于提升不同批次的激光退火过程中的冷却效果，所述载体衬底也可以视为构成所述激光退火载台的一部分。
相比实施例一，本实施例通过引入所述平台通孔201a，使所述气体冷却介质能够直接作用于激光退火对象。进一步地，通过使所述平台通孔201a与所述衬底通孔200c对齐，还可以进一步提升冷却效果，使所述气体冷却介质直接作用于所述粘合层200a，有效防止晶圆正面器件以及所述粘合层200a因高温而失效。
实施例三
本实施例提供了一种激光退火装置，包括实施例一或二所述的激光退火载台。可选地，可以采用本发明提供的激光退火载台集成于现有的激光退火装置中，通过气体冷却介质进行冷却，实现减薄厚度更薄的背面激光退火工艺。此外，除了所述激光退火载台外，所述激光退火装置还应具备激光器、控制激光光束在晶圆背面设定区域照射的控制系统，以及保护气氛或真空维持系统。
本实施例提供的激光退火装置通过引入氮气等气体冷却介质，在晶圆背面的激光退火过程中对晶圆正面的器件区域以及粘合层进行冷却，能够有效避免晶圆器件和粘合层因高温而失效的问题。
综上所述，本发明提供了一种激光退火载台，包括：承载平台，其具有相对设置的上表面和下表面，所述上表面用于接触并承载激光退火对象；冷却装置，其设置于所述承载平台的下表面一侧，并通过对所述承载平台的下表面喷布气体冷却介质降低所述承载平台和所述激光退火对象在激光退火过程中的温度。本发明通过喷布气体冷却介质，在激光退火过程中对晶圆正面的器件区域进行冷却，防止晶圆正面器件区域及粘合层的温度因晶圆减薄厚度较薄而在激光退火过程中超出其耐受温度。本发明能够增大激光退火的工艺窗口，也避免了改用耐高温粘合层带来的额外生产成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种激光退火载台，其特征在于，包括：
承载平台，其具有相对设置的上表面和下表面，所述上表面用于接触并承载激光退火对象；
冷却装置，其设置于所述承载平台的下表面一侧，并通过对所述承载平台的下表面喷布气体冷却介质降低所述承载平台和所述激光退火对象在激光退火过程中的温度。
2.根据权利要求1所述的激光退火载台，其特征在于，所述冷却装置包括：
密封隔离结构，其位于所述承载平台下方，并与所述承载平台共同形成密封腔室；所述密封腔室的顶部内侧面至少包括所述承载平台的下表面；
气体供给装置，其连接所述密封腔室，用于向所述密封腔室供给所述气体冷却介质；
抽真空装置，其连接所述密封腔室，用于从所述密封腔室抽走所述气体冷却介质。
3.根据权利要求2所述的激光退火载台，其特征在于，所述冷却装置还包括：
引流分布结构，其位于所述密封腔室中，用于将所述气体供给装置供给的所述气体冷却介质引流分布至所述承载平台的下表面。
4.根据权利要求3所述的激光退火载台，其特征在于，所述引流分布结构包括分隔所述承载平台和所述气体供给装置的隔板以及位于所述隔板中的引流分布通孔。
5.根据权利要求2所述的激光退火载台，其特征在于，所述气体供给装置包括用于调节所述气体冷却介质温度的温度调节单元。
6.根据权利要求1所述的激光退火载台，其特征在于，所述气体冷却介质包括氮气。
7.根据权利要求1所述的激光退火载台，其特征在于，所述承载平台具有连通所述上表面和所述下表面的平台通孔。
8.根据权利要求7所述的激光退火载台，其特征在于，所述承载平台还具有定位并固定所述激光退火对象的定位固定结构。
9.根据权利要求7所述的激光退火载台，其特征在于，所述激光退火对象包括减薄晶圆，所述减薄晶圆通过粘合层固定于载体衬底上，所述载体衬底具有连通接触所述粘合层的表面与远离所述粘合层的表面的衬底通孔；所述载体衬底承载于所述承载平台时，所述平台通孔的位置与所述衬底通孔的位置一一对应。
10.一种激光退火装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的激光退火载台。
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