CN113838783A - 激光退火设备 - Google Patents

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康晓旭
李铭
何冬
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Abstract

本发明提供了一种激光退火设备，包括用于承载硅片的承载部；还包括激光发射部以发出激光；还包括反射激光探测部和透射激光探测部，以接收反射激光和透射激光并生成激光能量信息；还包括控制部，所述控制部通信连接所述透射激光探测部、所述反射激光探测部和所述激光发射部，所述控制部接收透射信息和反射信息，并根据所述透射信息和所述反射信息对所述激光发射部进行激光输出控制，实现同时分析入射激光、反射激光和透射激光的能量，获得加工对象对激光能量的吸收率，以判断激光退火的实际效果。

Description

激光退火设备
技术领域
本发明涉及半导体加工领域，尤其涉及一种激光退火设备。
背景技术
随着CMOS工艺不断遵循摩尔定律而按比例缩小，其器件对超浅结的要求越来越高，不仅需要引入超低能离子注入设备和工艺，同时需要引入激光退火等设备和工艺，用以实现对衬底表面非常浅的深度进行退火，实现杂质激活和超浅结。
激光退火工艺不仅受到设备硬件、入射激光信号、入射角度等参数的影响，还会受到目标硅片的表面材料、图形密度等环节的影响，导致激光退火效果的差异。
公告号为CN103903967A中国专利公开了一种激光退火设备，该设备通过分光系统将激光分出一部分作为判断激光能量的依据，并将其与加工对象表面的反射光能量进行对比，这种方案只分析激光与反射光的变化关系，忽略了加工中其他因素对激光退火效果的影响，不利于判断激光退火的实际效果。
因此，有必要开发一种新型激光退火设备，以避免现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光退火设备，能同时分析激光、反射激光和透射激光的能量，获得加工对象对激光能量的吸收率，以判断激光退火的实际效果。
为实现上述目的，本发明提供的激光退火设备包括承载部，所述承载部用于承载硅片；还包括激光发射部，所述激光发射部设置于所述承载部的第一侧，以发出激光；还包括反射激光探测部，所述反射激光探测部与所述激光发射部设置于所述承载部的同一侧，并位于所述激光经所述硅片后形成的反射激光的光路上，以接收所述反射激光并生成反射信息；还包括透射激光探测部，所述透射激光探测部设置于所述承载部的与所述第一侧相对的第二侧，并位于所述激光经所述硅片后形成的透射激光的光路上，以接收所述透射激光并生成透射信息；还包括控制部，所述控制部通信连接所述透射激光探测部、所述反射激光探测部和所述激光发射部，所述控制部接收所述透射信息和所述反射信息，并根据所述透射信息和所述反射信息对所述激光发射部进行激光输出控制。
本发明的所述激光退火设备的有益效果在于：所述反射激光探测部与所述激光发射部设置于所述承载部的同一侧，并位于所述激光经所述硅片后形成的反射激光的光路上，以接收所述反射激光并生成反射信息；还包括透射激光探测部，所述透射激光探测部设置于所述承载部的与所述第一侧相对的第二侧，并位于所述激光经所述硅片后形成的透射激光的光路上，以接收所述透射激光并生成透射信息；还包括控制部，所述控制部通信连接所述透射激光探测部、所述反射激光探测部和所述激光发射部，所述控制部接收所述透射信息和所述反射信息，并根据所述透射信息和所述反射信息对所述激光发射部进行激光输出控制，能同时分析激光、反射激光和透射激光的能量，获得加工对象对激光能量的吸收率，以判断激光退火的实际效果。
优选的，所述激光退火设备还包括通信连接所述控制部的温度探测部，所述温度探测部获取所述硅片的正面温度信息和背面温度信息并反馈给所述控制部，所述控制部根据所述透射信息、所述反射信息、所述正面温度信息和所述背面温度信息对所述激光发射部进行激光输出控制。其有益效果在于：有利于判断激光退火的实际效果。
进一步优选的，所述激光退火设备还包括与所述控制部通信连接的冷却介质流量控制部，所述激光发射部设置有与所述冷却介质流量控制部相接的冷却介质通道，所述控制部根据接收的所述正面温度信息和所述背面温度信息判断是否通过所述冷却介质流量控制部控制所述冷却介质通道内的冷却介质流量。其有益效果在于：有利于结合温度信号控制激光输出。
更进一步优选的，所述激光发射部包括与所述冷却介质通道相接触的凹面汇聚反射镜，所述凹面汇聚反射镜包括反射层和热膨胀层组成的叠层机构，所述反射层的热涨系数小于所述热膨胀层的热涨系数，使所述凹面汇聚反射镜响应于所述冷却介质流量的变化改变凹面的弯曲程度，从而调节所述激光在所述硅片表面形成聚焦点的位置。其有益效果在于：有利于硅片均匀加热。
优选的，所述温度探测部包括设置于所述承载部不同侧，且均与所述控制部通信连接的正面温度探测部和背面温度探测部，以分别获取所述正面温度信息和所述背面温度信息。其有益效果在于：有利于同时监测硅片正面和背面的温度。
进一步优选的，所述激光退火设备还包括所述反射激光探测部和所述透射激光探测部之间的过滤部，以滤除热辐射光。其有益效果在于：避免热辐射干扰激光探测。
更进一步优选的，所述过滤部包括设置于所述激光发射部和所述承载部之间的正面过滤部，所述激光发射部、所述反射激光探测部和所述正面温度探测部位于所述正面过滤部的同一侧。其有益效果在于：避免热辐射干扰反射激光探测。
再进一步优选的，所述正面过滤部包括正面镂空区域，所述正面温度探测部通过所述正面镂空区域与所述硅片的正面相对设置。其有益效果在于：有利于正面温度探测部接收热辐射。
再进一步优选的，所述正面温度探测部位于所述激光发射部和所述反射激光探测部之间。其有益效果在于：有利于正面温度探测部接收热辐射信号。
更进一步优选的，所述过滤部还包括设置于所述承载部和所述透射激光探测部之间的背面过滤部，所述透射激光探测部和所述背面温度探测部位于所述背面过滤部的同一侧。其有益效果在于：避免热辐射干扰透射激光探测。
再进一步优选的，所述背面过滤部包括背面镂空区域，所述背面温度探测部通过所述背面镂空区域与所述硅片的背面相对设置。其有益效果在于：有利于背面温度探测部接收热辐射信号。
再进一步优选的，所述正面温度探测部和所述背面温度探测部相对设置。其有益效果在于：有利于背面温度探测部接收热辐射信号。
进一步优选的，所述激光退火设备还包括与所述控制部通信连接的加热补偿部，所述加热补偿部设置于所述承载部并与所述背面温度探测部位于同一侧，所述控制部根据所述背面温度探测部反馈的背面温度信息控制所述加热补偿部对所述承载部与所述硅片相接触的部位进行加热补偿。其有益效果在于：有利于避免硅片受热不均匀。
优选的，所述承载部包括环形承载结构，以通过接触所述硅片边缘附近的结构实现对所述硅片的承载。
优选的，所述承载部包括至少3个承载凸起，所述至少3个承载凸起通过点接触的方式实现对所述硅片的承载。
优选的，所述承载部包括用于承载所述硅片并能够相对所述激光发射部相对运动的移动式承载部，以及相对所述移动式承载部设置的支撑结构。其有益效果在于：有利于避免重力使硅片中心下沉，导致激光退火不均匀。
优选的，所述激光退火设备还包括环形腔体，所述环形腔体与所述承载部内部相通，以通过从所述环形腔体通入气体使得所述硅片相对所述承载部呈悬浮状态。
优选的，所述激光退火设备容纳于密闭腔体内。
附图说明
图1为本发明实施例的激光退火设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
未解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种激光退火设备。
图1为本发明实施例的激光退火设备的结构示意图。
本发明实施例中，所述激光退火设备包括承载部，所述承载部用于承载硅片；还包括激光发射部，所述激光发射部设置于所述承载部的第一侧，以发出激光；
具体的，参照图1，承载部1用于承载硅片；激光发射部2设置于所述承载部1的第一侧，即图示A侧，以发出激光。
一些实施例中，所述承载部1的材料为石英。
本发明实施例中，所述激光退火设备还包括反射激光探测部，所述反射激光探测部与所述激光发射部设置于所述承载部的同一侧，并位于所述激光经所述硅片后形成的反射激光的光路上，以接收所述反射激光并生成反射信息；还包括透射激光探测部，所述透射激光探测部设置于所述承载部的与所述第一侧相对的第二侧，并位于所述激光经所述硅片后形成的透射激光的光路上，以接收所述透射激光并生成透射信息；
具体的，参照图1，反射激光探测部4与所述激光发射部2设置于所述承载部1的同一侧，即图示A侧；透射激光探测部5设置于所述承载部1的第二侧，即图示B侧。
一些实施例中，所述反射激光探测部4为光敏传感器，将光能转化为相应电能，进而传递电信号。
一些实施例中，所述透射激光探测部5为光敏传感器，将光能转化为相应电能，进而传递电信号。
本发明实施例中，所述激光退火设备还包括控制部，所述控制部通信连接所述透射激光探测部、所述反射激光探测部和所述激光发射部，所述控制部接收所述透射信息和所述反射信息，并根据所述透射信息和所述反射信息对所述激光发射部进行激光输出控制。
具体的，控制部通信连接所述透射激光探测部5、所述反射激光探测部4和所述激光发射部2，所述控制部接收所述透射信息和所述反射信息，根据被入射的总激光能量、材料表面反射的激光能量和透过材料后的激光能量计算被材料吸收的激光能量，并转化为吸收率信号用以控制激光发射部。
本发明实施例中，所述激光退火设备还包括通信连接所述控制部的温度探测部，所述温度探测部获取硅片的正面温度信息和背面温度信息并反馈给所述控制部，所述控制部根据所述透射信息、所述反射信息、所述正面温度信息和所述背面温度信息对所述激光发射部进行激光输出控制。
本发明实施例中，所述激光退火设备还包括与所述控制部通信连接的冷却介质流量控制部，所述激光发射部设置有与所述冷却介质流量控制部相接的冷却介质通道，所述控制部根据接收的所述正面温度信息和所述背面温度信息判断是否通过所述冷却介质流量控制部控制所述冷却介质通道内的冷却介质流量。
具体的，控制部通信连接冷却介质流量控制部，所述冷却介质流量控制部包括液压泵和流量控制阀，用以调节冷却介质在冷却介质通道内的流量；所述控制部获得的温度信息进而控制所述冷却介质流量控制部。
本发明实施例中，所述激光发射部包括与所述冷却介质通道相接触的凹面汇聚反射镜，所述凹面汇聚反射镜包括反射层和热膨胀层组成的叠层机构，所述反射层的热涨系数小于所述热膨胀层的热涨系数，使所述凹面汇聚反射镜响应于所述冷却介质流量的变化改变凹面的弯曲程度，从而调节所述激光在所述硅片表面形成聚焦点的位置。
具体的，所述激光发射部2包括激光器21和凹面汇聚反射镜6，所述凹面汇聚反射镜6为叠层结构，所述叠层结构包括反射层61和热膨胀层62，所述反射层61的热涨系数小于所述热膨胀层62的热涨系数；所述热膨胀层62与冷却介质通道7接触连接，进而实现所述热膨胀层62与所述冷却介质通道7内的冷却介质进行热传递；在热传递的过程中，所述热膨胀层62的体积随温度变化而增大或缩小，进而改变所述反射层61的凹面弯曲程度，以实现激光汇聚在加工对象上的形成的光斑的面积大小与位置。
一种控制下，冷却介质流量控制部增大冷却介质通道7内的冷却介质流量，以降低所述热膨胀层62的温度，进而减小所述反射层61的凹面弯曲程度。
另一种控制下，冷却介质流量控制部减小冷却介质通道7内的冷却介质流量，以提高所述热膨胀层62的温度，进而增大所述反射层61的凹面弯曲程度。
本发明实施例中，所述温度探测部包括设置于所述承载部不同侧，且均与所述控制部通信连接的正面温度探测部和背面温度探测部，以分别获取所述正面温度信息和所述背面温度信息。
具体的，参照图1，温度探测部包括正面温度探测部81和背面温度探测部82，所述正面温度探测部81位于所述承载部1的图示A侧，所述背面温度探测部82位于所述承载部1的图示B侧。
一些实施例中，所述温度探测部包括多频段红外探测器，且其频段与激光发射频段不同。
本发明实施例中，所述激光退火设备还包括设置于所述反射激光探测部和所述透射激光探测部之间的过滤部，以滤除热辐射光。
具体的，所述过滤部用以过滤加工对象受激光加热后产生的热辐射，避免所述反射激光探测部4和所述透射激光探测部5受热辐射干扰。
本发明实施例中，所述过滤部包括设置于所述激光发射部和所述承载部之间的正面过滤部，所述激光发射部、所述反射激光探测部和所述正面温度探测部位于所述正面过滤部的同一侧。
具体的，参照图1，正面过滤部91与所述激光发射部2、所述反射激光探测部4和所述正面温度探测部81共同位于所述正面过滤部91的图示C侧。
本发明实施例中，所述正面过滤部包括正面镂空区域，所述正面温度探测部通过所述正面镂空区域与所述硅片的正面相对设置。
具体的，参照图1，所述正面过滤部91上设有正面镂空区域101，所述正面镂空区域101位于所述正面温度探测部81与硅片111之间，便于在不干扰所述反射激光探测部4的前提下，使热辐射通过并传递至所述正面温度探测部81。
本发明实施例中，所述正面温度探测部位于所述激光发射部和所述反射激光探测部之间。
具体的，参照图1，所述正面温度探测部位81于所述激光发射部2和所述反射激光探测部4之间。
本发明实施例中，所述过滤部还包括设置于所述承载部和所述透射激光探测部之间的背面过滤部，所述透射激光探测部和所述背面温度探测部位于所述背面过滤部的同一侧。
具体的，参照图1，背面过滤部92与所述透射激光探测部5和所述背面温度探测部82位于所述背面过滤部92的图示D侧。
本发明实施例中，所述背面过滤部包括背面镂空区域，所述背面温度探测部通过所述背面镂空区域与所述硅片的背面相对设置。
具体的，参照图1，所述背面过滤部92上设有背面镂空区域102，所述背面镂空区域102位于所述背面温度探测部82与硅片111之间，便于在不干扰所述透射激光探测部5的前提下，使热辐射通过并传递至所述背面温度探测部82。
本发明实施例中，所述正面温度探测部和所述背面温度探测部相对设置。
具体的，参照图1，所述正面温度探测部81和所述背面温度探测部82分别位于加工对象的两侧。
本发明实施例中，所述激光退火设备还包括与所述控制部通信连接的加热补偿部，所述加热补偿部设置于所述承载部并与所述背面温度探测部位于同一侧，所述控制部根据所述背面温度探测部反馈的背面温度信息控制所述加热补偿部对所述承载部与所述硅片相接触的部位进行加热补偿。
具体的，参照图1，加热补偿部(图中未标示)包括多个与所述控制部(图中未标示)通讯连接的若干个加热装置；以其中一个加热装置121为例，所述加热装置设置于所述承载部1的图示B侧，所述控制部通过所述背面温度探测部82获取所述硅片111背面温度信息，并控制所述加热装置121对所述承载部1与所述硅片111相接处的部位进行加热。
一些实施例中，所述加热装置121为激光加热器。
本发明实施例中，所述承载部包括环形承载结构，以通过接触所述硅片边缘附近的结构实现对所述硅片的承载。
具体的，所述承载部1的承载结构为环形，与所述硅片111的边缘的接触面为环形。
本发明实施例中，所述承载部包括至少3个承载凸起，所述至少3个承载凸起通过点接触的方式实现对所述硅片的承载。
具体的，所述承载部1的承载结构为沿承载部内壁间隙分布的至少3个凸起，所述凸起与所述硅片111的边缘点接触。
本发明实施例中，所述承载部包括用于承载所述硅片的承载结构以及相对所述承载结构设置的支撑结构。
一些实施例中，所述承载结构为移动式承载部，所述移动式承载部能够相对所述激光发射部相对运动。
本发明实施例中，所述激光退火设备还包括环形腔体，所述环形腔体与所述承载部内部相通，以通过从所述环形腔体通入气体使得所述硅片相对所述承载部呈悬浮状态。
一些实施例中，所述环形腔体设置于所述支撑结构。
具体的，参照图1，所述承载部1包括用于承载所述硅片的承载结构131以及相对所述承载结构设置的支撑结构141，环形腔体142设置于所述支撑结构141，所述环形腔体142与所述承载结构131内部相通，气体通过所述承载部1的图示B侧进入所述环形腔体142，使所述环形腔体142内的气压提高，进而轻微托起所述硅片111的中心，避免所述硅片111的中心因重力作用而向下发生形变。
具体的，所述承载部包括移动滑台，所述滑台通过外部电机带动滚珠丝杠副的方式实现横向和纵向的移动。
本发明实施例中，所述激光退火设备容纳于密闭腔体内。
具体的，所述激光退火设备设置于一密闭腔体内，并密闭腔体内通入惰性气体，以保护所述激光退火设备。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (13)

1.一种激光退火设备，其特征在于，包括：
承载部，用于承载硅片；
激光发射部，设置于所述承载部的第一侧，以发出激光；
反射激光探测部，与所述激光发射部设置于所述承载部的同一侧，并位于所述激光经所述硅片后形成的反射激光的光路上，以接收所述反射激光并生成反射信息；
透射激光探测部，设置于所述承载部的与所述第一侧相对的第二侧，并位于所述激光经所述硅片后形成的透射激光的光路上，以接收所述透射激光并生成透射信息；
控制部，通信连接所述透射激光探测部、所述反射激光探测部和所述激光发射部，所述控制部接收所述透射信息和所述反射信息，并根据所述透射信息和所述反射信息对所述激光发射部进行激光输出控制。
2.根据权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，还包括通信连接所述控制部的温度探测部，所述温度探测部获取所述硅片的正面温度信息和背面温度信息并反馈给所述控制部，所述控制部根据所述透射信息、所述反射信息、所述正面温度信息和所述背面温度信息对所述激光发射部进行激光输出控制。
3.根据权利要求2所述的激光退火设备，其特征在于，还包括与所述控制部通信连接的冷却介质流量控制部，所述激光发射部设置有与所述冷却介质流量控制部相接的冷却介质通道，所述控制部根据接收的所述正面温度信息和所述背面温度信息判断是否通过所述冷却介质流量控制部控制所述冷却介质通道内的冷却介质流量。
4.根据权利要求3所述的激光退火设备，其特征在于，所述激光发射部包括与所述冷却介质通道相接触的凹面汇聚反射镜，所述凹面汇聚反射镜包括反射层和热膨胀层组成的叠层机构，所述反射层的热涨系数小于所述热膨胀层的热涨系数，使所述凹面汇聚反射镜响应于所述冷却介质流量的变化改变凹面的弯曲程度。
5.根据权利要求2所述的激光退火设备，其特征在于，所述温度探测部包括设置于所述承载部不同侧，且均与所述控制部通信连接的正面温度探测部和背面温度探测部，以分别获取所述正面温度信息和所述背面温度信息。
6.根据权利要求5所述的激光退火设备，其特征在于，还包括设置于所述反射激光探测部和所述透射激光探测部之间的过滤部，以滤除热辐射光。
7.根据权利要求6所述的激光退火设备，其特征在于，所述过滤部包括设置于所述激光发射部和所述承载部之间的正面过滤部，所述激光发射部、所述反射激光探测部和所述正面温度探测部位于所述正面过滤部的同一侧。
8.根据权利要求7所述的激光退火设备，其特征在于，所述正面过滤部包括正面镂空区域，所述正面温度探测部通过所述正面镂空区域与所述硅片的正面相对设置。
9.根据权利要求7所述的激光退火设备，其特征在于，所述过滤部还包括设置于所述承载部和所述透射激光探测部之间的背面过滤部，所述透射激光探测部和所述背面温度探测部位于所述背面过滤部的同一侧。
10.根据权利要求9所述的激光退火设备，其特征在于，所述背面过滤部包括背面镂空区域，所述背面温度探测部通过所述背面镂空区域与所述硅片的背面相对设置。
11.根据权利要求5所述的激光退火设备，其特征在于，还包括与所述控制部通信连接的加热补偿部，所述加热补偿部设置于所述承载部并与所述背面温度探测部位于同一侧，所述控制部根据所述背面温度探测部反馈的背面温度信息控制所述加热补偿部对所述硅片进行加热补偿。
12.根据权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，所述承载部包括用于承载所述硅片并能够相对所述激光发射部相对运动的移动式承载部，以及相对所述移动式承载部设置的支撑结构。
13.根据权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，还包括环形腔体，所述环形腔体与所述承载部内部相通，以通过从所述环形腔体通入气体使得所述硅片相对所述承载部呈悬浮状态。
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