CN116705597A - 激光退火系统及其退火方法 - Google Patents

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laser radiation
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董洪波
赖勇
苏海业
罗闻
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Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种激光退火系统及其退火方法，所述退火系统包括：吸盘、激光辐射模块、高温测量模块、误差测量模块与前馈补偿模块；吸盘用于放置衬底；激光辐射模块用于发出激光辐射对衬底进行退火；高温测量模块用于测量衬底表面温度；误差测量模块用于获得高温测量补偿信息；前馈补偿模块根据所述衬底表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，从而提高温度测量的准确性，进而提升闭环反馈控制的准确性，提高退火均匀性。

Description

激光退火系统及其退火方法
技术领域
本发明涉及激光退火领域，具体涉及一种激光退火系统及其退火方法。
背景技术
在摩尔定律的推动下，芯片制造业在过去的数十年中经历了快速发展。这种持续的快速发展源自于芯片尺寸的持续缩小。与之相应地，这种更小的尺寸对芯片的加工制造工艺提出了越来越高的困难和挑战。传统的硅片快速热退火方式已经很难满足14nm及更高节点的要求。新的退火技术正在被大量研究。
近年来由于激光应用技术的发展，激光退火技术已显示出良好的应用前景。激光退火相对传统退火，其热预算小，激活效率高，可以很大程度减小热扩散，并降低热应变。
激光退火设备在退火过程中需要实时高温测量及闭环反馈控制，然而由于现有激光退火设备的局限性，导致高温测量的准确性不高，进而影响闭环反馈控制的准确性，最终使得退火均匀性降低。
发明内容
基于以上所述的问题，本发明的目的在于提供一种激光退火系统及其退火方法，提高温度测量的准确性，进而提升闭环反馈控制的准确性，提高退火均匀性。
为实现上述目的，本发明提供一种激光退火系统，包括：吸盘、激光辐射模块、高温测量模块、误差测量模块与前馈补偿模块，其中，
所述吸盘用于放置衬底；
所述激光辐射模块用于发出激光辐射对所述衬底进行退火；
所述高温测量模块用于测量所述衬底表面温度；
所述误差测量模块用于获得高温测量补偿信息；
所述前馈补偿模块根据所述衬底表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块发出的激光辐射。
可选的，所述吸盘为加热吸盘，所述加热吸盘用于对所述衬底进行加热，所述误差测量模块包括低温测量模块，所述低温测量模块用于获得所述加热吸盘的温度分布。
可选的，所述误差测量模块包括面型测量模块，所述面型测量模块用于获得所述吸盘和/或所述衬底的面型分布。
可选的，所述高温测量模块用于探测两个宽波带的热辐射，两个所述宽波带包含波长介于1.5um～2um之间的热辐射与波长介于2um～2.5um之间的热辐射。
可选的，所述高温测量模块在所述衬底上形成的探测面积大于所述激光辐射在所述衬底上形成的光斑面积。
相应的，本发明还提供一种激光退火方法，所述退火方法包括：
将衬底放置于吸盘上，所述吸盘承载所述衬底；
激光辐射模块发出激光辐射对所述衬底进行退火；
高温测量模块测量所述衬底表面温度；
误差测量模块获得高温测量补偿信息；
前馈补偿模块根据所述衬底表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块发出的激光辐射。
可选的，所述高温测量补偿信息为一个或多个与所述吸盘和/或所述衬底有关的补偿信息。
可选的，所述吸盘为加热吸盘，用于对所述衬底进行加热，所述与所述吸盘有关的补偿信息为吸盘的形状信息和/或温度信息。
可选的，所述与所述衬底有关的补偿信息为衬底的形状信息。
可选的，获取所述加热吸盘的二维温度分布T_chuck(x,y)，用于调整所述激光辐射模块发出的激光辐射。
可选的，获取所述吸盘和/或所述衬底的二维面型FOC(x，y)得到离焦量，用于调整所述激光辐射模块发出的激光辐射。
可选的，所述离焦量为根据所述吸盘和/或所述衬底的二维面型FOC(x，y)，补偿低阶楔形后的面型残差。
可选的，所述衬底表面温度由两个宽波带的热辐射获得，两个所述宽波带包含波长介于1.5um～2um之间的热辐射与波长介于2um～2.5um之间的热辐射。
与现有技术相比，本发明提供的激光退火系统及其退火方法具有以下优点：
1、本发明所提供的激光退火系统，激光辐射模块用于发出激光辐射对所述衬底进行退火，高温测量模块用于测量所述衬底表面温度，误差测量模块用于获得高温测量补偿信息，前馈补偿模块根据所述衬底表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，从而提高温度测量的准确性，进而提升闭环反馈控制的准确性，提高退火均匀性。
2、采用低温测量模块获取所述加热吸盘的二维温度分布，以此调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，从而提高温度反馈的准确性，提高温度测量的准确性，从而提高退火温度的稳定性和均匀性；
3、采用面型测量模块获取所述吸盘和/或所述衬底的二维面型得到离焦量，以此调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，本发明通过实时面型测量，补偿残差，提高了温度测量的准确性，进一步提高了退火温度的稳定性和均匀性；
4、高温测量模块用于探测两个宽波带的热辐射，两个所述宽波带包含波长介于1.5um～2um之间的热辐射与波长介于2um～2.5um之间的热辐射，以获得更精确的探测信号，进一步提高高温测量的准确性，提高退火温度的稳定性和均匀性。
附图说明
本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。
图1为本发明一实施例所提供的激光退火系统的结构示意图。
图2为本发明一实施例所提供的1.5um-2.0um波段温度与电压的关系曲线示意图。
图3为本发明一实施例所提供的2.0um-2.5um波段温度与电压的关系曲线示意图。
图4为本发明一实施例所提供的吸盘在250℃下的焦面残差分布示意图。
图5为本发明一实施例所提供的吸盘在250℃下的温度分布示意图。
图6为本发明一实施例所提供的退火温度控制系统框图。
图7为采用本发明所提供的激光退火方法前后的退火温度仿真对比图。
图8为采用本发明所提供的激光退火方法前后的退火温度实测对比图。
图9为采用本发明所提供的激光退火方法前后的退火温度分布示意图。
具体实施方式
发明人发现，现有的激光退火设备导致高温测量的准确性不高的原因主要有：一、向控制系统反馈的是当前衬底上某一位置处的温度，控制系统收到的是衬底不同时间不同位置处的温度数据，而缺乏整个衬底在同一时间内的温度分布数据，从而影响闭环反馈控制的准确性，最终使得退火均匀性降低；二、运动台是一阶运动，无法补偿高阶残差，造成高温测量的准确性降低，影响闭环反馈控制的准确性，最终使得退火均匀性降低。
发明人经过进一步研究，提出一种激光退火系统及其退火方法，激光辐射模块用于发出激光辐射对所述衬底进行退火，高温测量模块用于测量所述衬底表面温度，误差测量模块用于获得高温测量补偿信息，前馈补偿模块根据所述衬底表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，从而提高温度测量的准确性，进而提升闭环反馈控制的准确性，提高退火均匀性。
进一步的，采用低温测量模块获取所述加热吸盘的二维温度分布，用于调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，以此提高温度反馈的准确性，提高高温测量的准确性，从而提高退火温度的稳定性和均匀性。
进一步的，采用面型测量模块获取所述吸盘和/或所述衬底的二维面型得到离焦量，用于调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，本发明通过实时面型测量，补偿高阶残差，提高了温度测量的准确性，进一步提高了退火温度的稳定性和均匀性。
进一步的，高温测量模块用于探测两个宽波带的热辐射，两个所述宽波带包含波长介于1.5um～2um之间的热辐射与波长介于2um～2.5um之间的热辐射，以获得更精确的探测信号，进一步提高高温测量的准确性，提高退火温度的稳定性和均匀性。
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。
图1为本发明一实施例所提供的激光退火系统的结构示意图。如图1所示，所述激光退火系统包括：吸盘60、激光辐射模块10、高温测量模块20、误差测量模块与前馈补偿模块30，其中，所述吸盘60用于放置衬底40；所述激光辐射模块10用于发出激光辐射对所述衬底40进行退火；所述高温测量模块20用于测量所述衬底40表面温度；所述误差测量模块用于获得高温测量补偿信息；所述前馈补偿模块30根据所述衬底表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块发出的激光辐射。
本实施例中，激光辐射模块10用于发出激光辐射对所述衬底40进行退火，高温测量模块20用于测量所述衬底40表面温度，所述误差测量模块用于获得高温测量补偿信息，所述前馈补偿模块30根据所述衬底40表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块10发出的激光辐射，从而提高温度测量的准确性，进而提升闭环反馈控制的准确性，提高退火均匀性。
在本发明一实施例中，所述误差测量模块包括低温测量模块50。所述吸盘60为加热吸盘，所述加热吸盘用于对所述衬底40进行加热，所述低温测量模块60用于获得所述加热吸盘的温度分布。优选的，所述低温测量模块60为光学探测器，所述光学探测器测量所述加热吸盘的二维温度分布。
本发明通过所述低温测量模块60获取所述加热吸盘的二维温度分布，以此调整所述激光辐射模块10发出的激光辐射，从而提高温度反馈的准确性，提高温度测量的准确性，从而提高退火温度的稳定性和均匀性。
在本发明另一实施例中，所述误差测量模块包括面型测量模块70。所述面型测量模块70用于获得所述吸盘60和/或所述衬底40的面型分布。优选的，所述面型测量模块70为垂向位移测量装置，所述垂向位移测量装置测量所述吸盘60的二维面型，和/或所述衬底40的二维面型，并计算补偿低阶楔形后的面型残差，获得退火过程中的离焦量。优选的，低阶楔形可以是一阶楔形。
本发明采用面型测量模块70获取所述吸盘60和/或所述衬底40的二维面型得到离焦量，以此调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，通过实时面型测量，补偿残差，提高了温度测量的准确性，进一步提高了退火温度的稳定性和均匀性。
在本发明另一实施例中，所述误差测量模块包括所述低温测量模块50和所述面型测量模块70，所述低温测量模块60用于获得所述加热吸盘的温度分布，所述面型测量模块70用于获得所述吸盘60和/或所述衬底40的面型分布。
优选的，所述激光辐射模块10包括激光辐射单元11、第一反射单元12与第一光学装置13。其中，所述激光辐射单元11发出激光辐射，并传输至所述第一反射单元12；所述第一反射单元12反射一部分所述激光辐射至所述第一光学装置13；所述第一光学装置13将所述激光辐射传递至所述衬底40以对所述衬底40进行退火。
所述激光辐射模块10还包括第一光学滤波器14、第二光学装置15与第一光学探测器16。其中，所述第一反射单元12透射一部分所述激光辐射至所述第一光学滤波器14；所述第一光学滤波器14过滤除所述激光辐射波长之外的其余辐射；第二光学装置15汇聚透过所述第一光学滤波器14的所述激光辐射；所述第一光学探测器16测量透过所述第一反射单元12、所述第一光学滤波器14和所述第二光学装置15的激光辐射强度，并转换成电信号传输至所述前馈补偿模块30。
所述激光辐射单元11包括半导体发光二极管阵列、冷却装置、光束整合及处理装置，可以产生800～880nm范围内的激光辐射。
所述第一反射单元12具有第一方向与第二方向两个入射方向，第一方向与第二方向垂直，在第一方向上入射至所述第一反射单元12，所述第一反射单元12反射大部分的激光辐射，例如90％，透射小部分的激光辐射，例如10％。在第二方向上入射至所述第一反射单元12，所述第一反射单元12反射大部分的激光辐射，例如90％，透射大部分的热辐射，例如90％。所述热辐射的波长大于1500nm。在所述激光辐射模块10内，所述激光辐射单元11发出的激光辐射，从所述第一方向入射至所述第一反射单元12，其中大部分所述激光辐射(例如90％)被反射至所述第一光学装置13，小部分所述激光辐射(例如10％)被透射至所述第一光学过滤器14。
所述激光辐射模块10一方面可以发出激光辐射以对所述衬底40进行退火，另一方面又可以将部分所述激光辐射转换为与激光辐射的功率有对应关系的数据传输至所述前馈补偿模块30，从而实现在线的激光能量检测，提高了能量检测的实时性和精确性，提高了温度控制的准确性。
本实施例中，优选的，所述高温测量模块20包括第二反射单元21、第二光学滤波器22、第三光学装置23和第二光学探测器24。其中，所述衬底40发出的热辐射经过所述第一光学装置13与所述第一反射单元12传输至所述第二反射单元21；所述第二反射单元21反射一部分所述热辐射至所述第二光学滤波器22；所述第二光学滤波器22过滤与所述第二光学探测器24对应波长之外的辐射；所述第三光学装置23汇聚所述热辐射至所述第二光学探测器24；所述第二光学探测器24测量透过所述第二光学滤波器22和所述第三光学装置23的热辐射强度，并转换成电信号传输至所述前馈补偿模块30。
所述高温测量模块20还包括第三光学滤波器25、第四光学装置26与第三光学探测器27。其中，所述第二反射单元21透射一部分所述热辐射至所述第三光学滤波器25；所述第三光学滤波器25过滤与所述第三探测器27对应波长之外的辐射；所述第四光学装置26汇聚所述热辐射至所述第三光学探测器27；所述第三光学探测器27测量透过所述第三光学滤波器25与所述第四光学装置26的热辐射强度，并转换成电信号传输至所述前馈补偿模块30。
在所述高温测量模块20内，所述衬底40发出的热辐射从所述第二方向入射至所述第一反射单元21，其中，大部分所述热辐射(例如90％)被透射，小部分所述热辐射(例如10％)被反射，而从所述衬底40反射的所述激光辐射则大部分(例如90％)被反射，只有小部分(例如10％)被透射。
所述第二反射单元21反射波长小于2um的热辐射，透射波长大于2um的热辐射。即波长小于2um的热辐射被反射至所述第二光学滤波器22，波长大于2um的热辐射被透射至所述第三光学滤波器25。
优选的，所述第二光学滤波器22透过波长介于1.5um～2um之间的热辐射并传输至所述第三光学装置23，所述第三光学装置23汇聚所述热辐射至所述第二光学探测器24；所述第二光学探测器24测量透过所述第二光学滤波器22和所述第三光学装置23的波长介于1.5um～2um之间的热辐射强度，并转换成电信号传输至所述前馈补偿模块30，所述电信号是与所述衬底40激光辐射处最高温度有对应关系的数据。
所述第三光学滤波器透过波长介于2um～2.5um之间的热辐射并传输至所述第四光学装置26，所述第四光学装置26汇聚所述热辐射至所述第三光学探测器27；所述第三光学探测器27测量透过所述第三光学滤波器25与所述第四光学装置26的波长介于2um～2.5um之间的热辐射强度，并转换成电信号传输至所述前馈补偿模块30，所述电信号是与所述衬底40激光辐射处最高温度有对应关系的数据。
所述前馈补偿模块30分别接收波长介于1.5um～2um之间的热辐射数据与波长介于2um～2.5um之间的热辐射数据(宽波带双波长)，在实现激光退火温度的非接触式测量的基础上，能够获得更精确的温度数据，提高了温度测量的准确性。
所述高温测量模块20将所述衬底40发出的热辐射按照波长的不同分为两个宽波带传输路径，分别为波长介于1.5um～2um之间的热辐射与波长介于2um～2.5um之间的热辐射，并分别转换为与所述衬底40激光辐射处最高温度有对应关系的数据传输至所述前馈补偿模块30，能够获得更高的探测信号，进一步提高高温测量的准确性，提高退火温度的稳定性和均匀性。
所述高温测量模块20还包括第五光学装置28，所述第五光学装置28位于所述第一反射单元12与所述第二反射单元21之间，所述第五光学装置28汇聚透过所述第一光学装置13与所述第一反射单元12的热辐射。在一实施例中，所述高温测量模块20可以仅包括第三光学装置23与第四光学装置26，并不需要设置第五光学装置28。在另一实施例中，所述高温测量模块20可以仅包括第五光学装置28，并不需要分别设置第三光学装置23与第四光学装置26。在另一实施例中，所述高温测量模块20可以包括第三光学装置23、第四光学装置26与第五光学装置28。
本实施例中，优选的，所述前馈补偿模块30包括信号处理与控制单元31以及激光控制单元32。其中，所述信号处理与控制单元31接收所述第一光学探测器16、所述第二光学探测器24与所述第三光学探测器27传输的电信号，计算并输出新的激光辐射功率控制信号至所述激光控制单元32；所述激光控制单元32调整输出至所述激光辐射单元11的电流，从而调整激光辐射功率。
本实施例中，所述第二光学滤波器22与所述第三光学滤波器25均为带通型光学滤波器，带通波长大于100nm，优选的，带通波长大于300nm。所述第二光学滤波器22与所述第三光学滤波器25的带通波长不重叠，但带通波长尽可能接近。
所述高温测量模块20在所述衬底40上形成的探测面积大于所述激光辐射在所述衬底上形成的光斑面积。本实施例中，所述激光辐射单元11、所述第一反射单元12与所述第一光学装置13构成的光学系统在所述衬底40上形成长条形的光斑，所述第一光学装置13、所述第二光学装置15、所述第三光学装置23和所述第一反射单元12、所述第二反射单元21构成的第一等效光学系统，在所述衬底40上形成的探测区域与所述长条形的光斑具有重叠区域，优选的，所述第一等效光学系统的探测面积大于所述长条形光斑的面积，且所述第一等效光学系统的探测区域完全覆盖所述光斑。所述第一光学装置13、所述第二光学装置15、所述第四光学装置26和所述第一反射单元12、所述第二反射单元21构成的第二等效光学系统，在所述衬底40上形成的探测面区域与所述长条形的光斑具有重叠区域，优选的，所述第一等效光学系统的探测积大于所述长条形光斑的面积，且所述第而等效光学系统的探测区域完全覆盖所述光斑。
所述激光退火系统还包括第一运动装置80或/和第二运动装置90。其中，所述第一运动装置80用于承载所述衬底40进行多自由度运动；所述第二运动装置90用于承载所述激光辐射模块10、所述高温测量模块20、所述低温测量模块50、所述面型测量模块70以及所述前馈补偿模块30进行多自用度运动。所述退火系统可以包括所述第一运动装置80，所述第一运动装置80承载所述衬底40进行多自由度运动，而所述激光辐射模块10、所述高温测量模块20、所述低温测量模块50、所述面型测量模块70以及所述前馈补偿模块30固定不动。或者，所述退火系统包括所述第二运动装置90，所述第二运动装置90用于承载所述激光辐射模块10、所述高温测量模块20、所述低温测量模块50、所述面型测量模块70以及所述前馈补偿模块30进行多自用度运动，而所述衬底40固定不动。或者，所述退火系统包括所述第一运动装置80和所述第二运动装置90，所述第一运动装置80用于承载所述衬底40进行多自由度运动；所述第二运动装置90用于承载所述激光辐射模块10、所述高温测量模块20、所述低温测量模块50、所述面型测量模块70以及所述前馈补偿模块30进行多自用度运动。
相应的，本发明还提供一种激光退火方法，采用如上所述的激光退火系统进行退火。请继续参考图1所示，所述退火方法包括：
将衬底40放置于吸盘60上，所述吸盘60承载所述衬底40；
激光辐射模块10发出激光辐射对所述衬底40进行退火；
高温测量模块20测量所述衬底40表面温度；
误差测量模块获得高温测量补偿信号；
前馈补偿模块30根据所述衬底40表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块10发出的激光辐射。
所述高温测量补偿信息为一个或多个与所述吸盘60和/或所述衬底40有关的补偿信息。所述吸盘60为加热吸盘，用于对所述衬底40进行加热，所述与所述吸盘60有关的补偿信息为吸盘的形状信息和/或温度信息。所述与所述衬底40有关的补偿信息为衬底的形状信息。
低温测量模块50获取所述加热吸盘的二维温度分布T_chuck(x,y)，用于调整所述激光辐射模块10发出的激光辐射。
面型测量模块70获取所述吸盘60和/或所述衬底40的二维面型FOC(x，y)得到离焦量，用于调整所述激光辐射模块10发出的激光辐射。所述离焦量为根据所述吸盘60和/或所述衬底40的二维面型FOC(x，y)，补偿低阶楔形后的面型残差。其中，低阶楔形可以是一阶楔形。
具体的，所述激光辐射模块10中，第一光学探测器16接收到所述激光辐射，经过信号处理与算法处理，转换为与激光辐射的功率有对应关系的数据ED1；
所述高温测量模块20中，第二光学探测器24接收到波长介于1.5um～2um之间的热辐射，经过信号处理与算法处理，转换为与所述衬底40激光辐射处最高温度有对应关系的数据P1；第三光学探测器27接收到波长介于2um～2.5um之间的热辐射，经过信号处理与算法处理，转换为与所述衬底40激光辐射处最高温度有对应关系的数据P2；
信号处理与控制单元31接收所述第一光学探测器16、所述第二光学探测器24与所述第三光学探测器27传输的电信号，经过控制算法，计算并输出新的激光辐射功率控制信号至激光控制单元32；
所述激光控制单元32调整输出至所述激光辐射单元11的电流，从而调整激光辐射功率。
所述低温测量模块50中，光学探测器(具体可以为第四光学探测器)测量所述吸盘60的二维温度分布，记为T_chuck(x,y)，通过计算关系，将加热吸盘的二维温度分布数据传输至所述前馈补偿模块30以补偿至所述激光辐射中。
所述面型测量模块70中，采用垂向位移测量装置测量所述吸盘60和/或所述衬底40的二维面型，并计算补偿完低阶楔形后的面型残差，记为FOC(x，y)，通过计算关系，将退火过程中的离焦残差量传输至所述前馈补偿模块30以补偿至所述激光辐射中。其中，低阶楔形可以是一阶楔形。
本实施例中，数据P1、数据P2、面型残差数据FOC(x，y)，二维温度分布T_chuck(x,y)传输至所述信号处理与控制单元31，所述信号处理与控制单元31的计算方法包括：
Laser_power_out＝set_laser_power+f1(x，y)+f2(x，y)+PID(P1，P2，T_set) (1)
其中，
Laser_power_out是当前伺服周期内的控制输出量，用于控制激光功率输出的大小；
set_laser_power是激光输出功率的初始设置能量；
f1(x,y)＝k1*(T_chuck_set-T_chuck(x,y)) (2)
k1是加热吸盘温度前馈补偿系数，T_chuck_set是加热吸盘的目标设定温度，根据当前激光光斑所在位置(xi，yi)带入公式(2)中，即可计算得到f1(x,y)；
f2(x,y)＝-k2*Foc(x,y) (3)
k2是焦面残差前馈补偿系数，根据当前激光光斑所在位置(xi，yi)带入公式(3)中，即可计算得到f2(x,y)；
PID(P1，P2，T_set)则是根据数据P1、数据P2以及退火目标温度T_set作为输入，通过PID前馈补偿模块计算得到的激光功率调整量。
本实施例中，面型残差数据FOC(x，y)，二维温度分布T_chuck(x,y)不限于同时使用作为补偿信息，也可以分别单独作为补偿信息使用。
图2为本发明一实施例所提供的1.5um-2.0um波段温度与电压的关系曲线示意图，图3为本发明一实施例所提供的2.0um-2.5um波段温度与电压的关系曲线示意图。请参考图2所示，其为所述第二光学探测器24的第一热辐射波段(1.5um-2.0um)在特定温度下对应的电压曲线，图示曲线显示约800K温度以上，所述第二光学探测器24可获得准确的电压信号。请参考图3所示，其为所述第三光学探测器27的第二热辐射波段(1.5um-2.0um)在特征温度下对应的电压曲线，图示曲线显示约800K温度以上，所述第三光学探测器27即可获得准确的电压信号。本发明通过宽波带双波长(1.5um-2.0um和1.5-2.0um)的设计，能够获得更精确的温度数据，提高了温度测量的准确性。
下表为激光退火系统退火温度重复精度测量结果。
温度/℃ 500 600 700 750 800 850
测温波动σ/℃ 0.12 0.17 0.36 0.26 0.35 0.26
重复性/％ 0.02 0.03 0.05 0.03 0.04 0.03
从上表可以看出，采用本发明所述的高温测量模块，在500℃～850℃范围内的测温重复性<0.05％，远优于现有技术水平。
图4为本发明一实施例所提供的加热吸盘在250℃下的焦面残差分布示意图，衬底40放置于吸盘60上，使用所述垂向位移探测装置测量所述吸盘60的二维面型，即测量所述吸盘60上表面的高低起伏情况，将所测数据补偿一阶楔形后得到焦面残差分布图，生成离焦补偿矩阵。图5为本发明一实施例所提供的吸盘在250℃下的温度分布示意图，衬底40放置于吸盘60上，使用所述第四光学探测装置测量所述吸盘60上表面的温度分布情况，将所测数据去除平均温度值后得到温度分布图，生成预热补偿矩阵。
图6为本发明一实施例所提供的退火温度控制系统框图。请参考图6所示，在所述吸盘60的当前扫描位置上，采用所述垂向位移探测装置获得离焦补偿矩阵，通过前馈补偿模块30的计算得到数据f1，采用所述第四光学探测装置获得预热补偿矩阵，通过前馈补偿模块30的计算得到数据f2，所述前馈补偿模块30对数据f1与数据f2进行处理。而根据退火目标温度对衬底40进行退火，根据高温测量模块20内的第二光学探测器24获得数据P1，根据第三光学探测器27获得数据P2，PID前馈补偿模块对退火目标温度T_set以及数据P1、数据P2进行处理，与数据f1、数据f2一起，最终获得Laser_power_out，以控制激光功率输出的大小，从而提高温度控制的准确性，提高退火温度的稳定性和均匀性。
图7为采用本发明所提供的激光退火方法前后的退火温度仿真对比图。请参考图7所示，横坐标代表衬底的不同位置，纵坐标代表温度，采用本发明所提供的激光退火方法前(即补偿前，亦即采用现有的激光退火方法进行退火)，温度的波动范围比较大，而采用本发明所提供的激光退火方法后(即补偿后)，温度基本保持一致。图8为采用本发明所提供的激光退火方法前后的退火温度实测对比图。请参考图8所示，横坐标代表衬底的不同位置，纵坐标代表温度，采用本发明所提供的激光退火方法前(即补偿前，亦即采用现有的激光退火方法进行退火)，温度的波动范围比较大，而采用本发明所提供的激光退火方法后(即补偿后)，温度的波动范围明显降低。
图9为采用本发明所提供的激光退火方法前后的退火温度分布示意图。采用本发明所提供的激光退火方法前(图9的左侧图，亦即采用现有的激光退火方法进行退火)，实测退火温度分布1sigma>3％；而采用本发明所提供的激光退火方法后(图9的右侧图)，实测退火温度分布1sigma<2％，退火温度的稳定性和均匀性得到很大提高。
综上所述，本发明提供的激光退火系统及其退火方法中，激光辐射模块用于发出激光辐射对所述衬底进行退火，高温测量模块用于测量所述衬底表面温度，误差测量模块用于获得高温测量补偿信息，前馈补偿模块根据所述衬底表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，从而提高温度测量的准确性，进而提升闭环反馈控制的准确性，提高退火均匀性。
进一步的，采用低温测量模块获取所述加热吸盘的二维温度分布，以此调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，从而提高温度反馈的准确性，提高温度测量的准确性，从而提高退火温度的稳定性和均匀性。
进一步的，采用面型测量模块获取所述吸盘和/或所述衬底的二维面型得到离焦量，以此调整所述激光辐射模块发出的激光辐射，本发明通过实时面型测量，补偿残差，提高了温度测量的准确性，进一步提高了退火温度的稳定性和均匀性。
进一步的，高温测量模块用于探测两个宽波带的热辐射，两个所述宽波带包含波长介于1.5um～2um之间的热辐射与波长介于2um～2.5um之间的热辐射，以获得更精确的探测信号，进一步提高高温测量的准确性，提高退火温度的稳定性和均匀性。
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 (13)

1.一种激光退火系统，其特征在于，包括：吸盘、激光辐射模块、高温测量模块、误差测量模块与前馈补偿模块，其中，
所述吸盘用于放置衬底；
所述激光辐射模块用于发出激光辐射对所述衬底进行退火；
所述高温测量模块用于测量所述衬底表面温度；
所述误差测量模块用于获得高温测量补偿信息；
所述前馈补偿模块根据所述衬底表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块发出的激光辐射。
2.如权利要求1所述的激光退火系统，其特征在于，所述吸盘为加热吸盘，所述加热吸盘用于对所述衬底进行加热，所述误差测量模块包括低温测量模块，所述低温测量模块用于获得所述加热吸盘的温度分布。
3.如权利要求1所述的激光退火系统，其特征在于，所述误差测量模块包括面型测量模块，所述面型测量模块用于获得所述吸盘和/或所述衬底的面型分布。
4.如权利要求1所述的激光退火系统，其特征在于，所述高温测量模块用于探测两个宽波带的热辐射，两个所述宽波带包含波长介于1.5um～2um之间的热辐射与波长介于2um～2.5um之间的热辐射。
5.如权利要求1所述的激光退火系统，其特征在于，所述高温测量模块在所述衬底上形成的探测面积大于所述激光辐射在所述衬底上形成的光斑面积。
6.一种激光退火方法，其特征在于，
将衬底放置于吸盘上，所述吸盘承载所述衬底；
激光辐射模块发出激光辐射对所述衬底进行退火；
高温测量模块测量所述衬底表面温度；
误差测量模块获得高温测量补偿信息；
前馈补偿模块根据所述衬底表面温度、所述高温测量补偿信息，调整所述激光辐射模块发出的激光辐射。
7.如权利要求6所述的激光退火方法，其特征在于，所述高温测量补偿信息为一个或多个与所述吸盘和/或所述衬底有关的补偿信息。
8.如权利要求7所述的激光退火方法，其特征在于，所述吸盘为加热吸盘，用于对所述衬底进行加热，所述与所述吸盘有关的补偿信息为吸盘的形状信息和/或温度信息。
9.如权利要求7所述的激光退火方法，其特征在于，所述与所述衬底有关的补偿信息为衬底的形状信息。
10.如权利要求8所述的激光退火方法，其特征在于，获取所述加热吸盘的二维温度分布T_chuck(x,y)，用于调整所述激光辐射模块发出的激光辐射。
11.如权利要求8或9所述的激光退火方法，其特征在于，获取所述吸盘和/或所述衬底的二维面型FOC(x，y)得到离焦量，用于调整所述激光辐射模块发出的激光辐射。
12.如权利要求11所述的激光退火方法，其特征在于，所述离焦量为根据所述吸盘和/或所述衬底的二维面型FOC(x，y)，补偿低阶楔形后的面型残差。
13.如权利要求6所述的激光退火方法，其特征在于，所述衬底表面温度由两个宽波带的热辐射获得，两个所述宽波带包含波长介于1.5um～2um之间的热辐射与波长介于2um～2.5um之间的热辐射。
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