TWI633589B - 一種雷射退火裝置及雷射退火方法 - Google Patents

一種雷射退火裝置及雷射退火方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種雷射退火裝置，包括：工作枱和至少兩個脈衝雷射器，所述工作枱用於承載待處理的晶圓，所述兩個脈衝雷射器產生不同的第一雷射和第二雷射，所述第一雷射和所述第二雷射投射至所述工作枱的不同位置上。本發明還提供一種雷射退火方法，包括：提供上述的雷射退火裝置；提供一晶圓，所述晶圓設置在所述工作枱上；將第一雷射投射到所述晶圓上一位置；調整所述晶圓與所述脈衝雷射器的相對位置，使所述第二雷射投射到與所述第一雷射所投射的所述晶圓上同一位置。本發明提供的雷射退火裝置及雷射退火方法，通過第一雷射與第二雷射投射至所述工作枱的不同位置上，防止因為單一雷射集中照射產生的高溫，解決晶圓出現翹曲或裂痕缺陷的問題。

Description

一種雷射退火裝置及雷射退火方法
本發明係關於半導體製造技術領域，尤其係關於一種雷射退火裝置及雷射退火方法。
近年來，隨著半導體技術的發展，晶圓的特徵尺寸已進入奈米時代，這也向半導體製造技術提出新的挑戰，於是半導體製造技術開始廣泛地運用雷射退火技術來滿足製程需要。雷射退火是利用雷射脈衝器提供雷射光源，所述雷射光源通過光學加工系統(即一系列鏡片)加工成剖面為細長的雷射，利用所述雷射對晶圓上的膜層進行照射。對晶圓使用雷射退火技術的目的在於晶化或提高結晶度，把非晶態材料轉化為多晶或單晶態，如此使得在離子注入後，摻入的雜質與所述膜層中的原子有序的排列組合，從而改善了晶圓的晶片單元上材料的電學特性。
雷射退火技術由於其高能量、短作用時間的特點，能夠有效的保證摻雜物質被激活的同時減少擴散乃至無擴散，那麼就能夠獲得高質量的結構。但是，目前的雷射退火裝置都是通過單一雷射集中照射到晶圓，單一所述雷射具有不同的雷射光源，雖然也能夠滿足需要，卻有其他缺陷。例如，現階段由於技術的進步，生產出來的晶圓越來越薄，在現有的雷射退火製程中通過單一雷射集中照射容易使晶圓出現翹曲或裂痕缺陷的問 題，如何防止這些問題的出現是本領域技術人員亟待解決的一個技術問題。
本發明的目的在於提供一種雷射退火裝置及雷射退火方法，解決雷射退火製程中晶圓出現翹曲或裂痕缺陷的問題。
為了解決上述問題，本發明提供一種雷射退火裝置，包括：工作枱和至少兩個脈衝雷射器，所述工作枱用於承載待處理的晶圓，所述兩個脈衝雷射器產生不同的第一雷射和第二雷射，所述第一雷射和所述第二雷射投射至所述工作枱的不同位置上。
於較佳實施例中，在所述雷射退火裝置中，所述工作枱能夠在所述工作枱所在的平面內橫向和/或縱向移動。
於較佳實施例中，在所述雷射退火裝置中，所述工作枱的移動方式通過氣動方式、電磁驅動方式、機械齒輪方式中的一種。
於較佳實施例中，在所述雷射退火裝置中，所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積均小於0.5mm2。
於較佳實施例中，在所述雷射退火裝置中，所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積不相同。
於較佳實施例中，在所述雷射退火裝置中，所述第一雷射和所述第二雷射的波長不相同。
於較佳實施例中，在所述雷射退火裝置中，所述第一雷射的波長為380nm~480nm。
於較佳實施例中，在所述雷射退火裝置中，所述第二雷射的波長為500nm~800nm。
於較佳實施例中，在所述雷射退火裝置中，所述雷射退火裝置還包含一卡盤，所述卡盤設置在所述工作枱上。
於較佳實施例中，在所述雷射退火裝置中，所述雷射退火裝置還包含一冷卻裝置，所述冷卻裝置設置在所述工作枱上。
本發明還提供一種雷射退火方法，包括：提供一工作枱，所述工作枱承載待處理的晶圓；提供至少兩個脈衝雷射器，所述兩個脈衝雷射器產生不同的第一雷射和第二雷射，所述第一雷射和所述第二雷射投射至所述工作枱的不同位置；將所述第一雷射投射到所述晶圓上一位置；調整所述晶圓與所述脈衝雷射器的相對位置，使所述第二雷射投射到與所述第一雷射投射到所述晶圓上的同一位置。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述第一雷射和所述第二雷射投射到所述晶圓上的一個或多個晶片單元。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述第一雷射投射到所述晶圓上一位置後，間隔0.1~1秒的時間，再使所述第二雷射投射到與所述第一雷射投射到所述晶圓上的同一位置。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述第一雷射投射到所述晶圓上產生的溫度低於所述第二雷射投射到所述晶圓上產生的。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述工作枱能夠在所述工作枱所在的平面內橫向和/或縱向移動。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述工作枱的移動方式通過氣動方式、電磁驅動方式和機械齒輪方式中的一種。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述第一雷射和 所述第二雷射的光束橫截面的面積均小於等於0.5mm2。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積不相同。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述第一雷射和所述第二雷射的波長不相同。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述第一雷射的波長為380nm~480nm。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述第二雷射的波長為500nm~800nm。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述雷射退火裝置還包含一卡盤，所述卡盤設置在所述工作枱上。
於較佳實施例中，在所述雷射退火方法中，所述雷射退火裝置還包含一冷卻裝置，所述冷卻裝置設置在所述工作枱上。
本發明提供的雷射退火裝置，通過兩個脈衝雷射器產生不同的雷射，不同的所述雷射可以實現不同的雷射退火需要，解決同一材料對不同的雷射的吸收存在的差異。此外，通過所述雷射投射至所述工作枱的不同位置上，可以防止因為單一雷射集中照射所攜帶的能量產生的高溫，避免高溫引發晶圓的形變，從而解決了待雷射退火的晶圓出現翹曲或裂痕缺陷的問題。
10、20‧‧‧脈衝雷射器
30‧‧‧工作枱
40‧‧‧晶圓
50‧‧‧卡盤
60‧‧‧冷卻裝置
圖1為本發明的實施例的結構示視圖。
圖2為本發明的實施例的雷射退火工藝中溫度與時間的關係 示視圖。
以下結合圖式和具體實施例對本發明進一步詳細說明。根據本案說明書及申請專利範圍，本發明的優點及特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式，且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
如圖1所示，本發明提供的一種雷射退火裝置，包括：工作枱30和兩個脈衝雷射器10、20，所述工作枱30用於承載待處理的晶圓40，所述兩個脈衝雷射器10、20產生不同的第一雷射和第二雷射，所述第一雷射和第二雷射投射至所述工作枱30的不同位置上。
本發明所述雷射退火裝置可以包括更多個脈衝雷射器，例如，所述雷射退火裝置可以包括三個、四個或者N個脈衝雷射器。此時，可以分別依次產生第三雷射、第四雷射及第N雷射，所述第三雷射、第四雷射及第N雷射可分別與所述第一雷射和第二雷射相同，也可以不相同。
於較佳實施例中，所述工作枱30能夠在所述工作枱30所在的平面內橫向和/或縱向移動，既所述工作枱30可以在所述平面內移動到需要的位置，所述橫向是在所述平面內定義的方向，所述縱向是與所述橫向相對應的，通常橫向與縱向成90度角的關係。例如，所述橫向和所述縱向在所述工作枱30所在的平面內以X-Y軸座標的方式表示，通過以X軸和/或Y軸上的正負向上移動即可實現所述工作枱30移動到任意位置。所述工作枱30在所述工作枱30所在的平面內橫向和/或縱向移動來調整所述工作枱30與所述脈衝雷射器的相對位置，從而滿足雷射退火位置調整的需要。
於較佳實施例中，所述工作枱30的移動方式通過氣動方式、電磁驅動方式、機械齒輪方式中的一種。在其它的實施例中，也可以通過調整所述第一脈衝雷射器10和所述第二脈衝雷射器20的位置來設置雷射退火的位置。
所述脈衝雷射器10、20均包含一組鏡片，例如：濾鏡、反射鏡、聚焦鏡等鏡片組成，所述濾鏡用於去除不需要的雷射部分，所述反射鏡用於調整雷射的光路，所述聚焦鏡用聚焦雷射。在具體的實施例中，所述脈衝雷射器10、20是通過本身的結構支撐，並產生雷射投射到所述工作枱30上。在其它實施例中，所述脈衝雷射器也可以設置在支架或雷射退火室上，通過所述支架或雷射退火室提供支撐，並產生雷射投射到所述工作枱上。
於較佳實施例中，所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積均小於等於0.5mm2。於較佳實施例中，所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積不相同。在具體的實施方式中，通過設置雷射的光束橫截面的面積來優化雷射退火的效果，例如，通過設置所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積來照射所述晶圓40上一個或多個晶片單元，從而對一個晶片單元或同時對多個晶片單元進行雷射退火，再比如，對於具有不同層結構的晶片單元在晶片表面具有形貌落差，通過設置所述第一雷射與所述第二雷射的光束橫截面不同的面積來對不同層的結構進行雷射退火，既所述第一雷射比所述第二雷射的光束橫截面的面積大或者小。
於較佳實施例中，所述第一雷射和所述第二雷射的波長不相同。於較佳實施例中，所述第一雷射的波長為380nm~480nm，例如波長為 380nm、381nm、382nm、383nm以及依次遞增到480nm。於較佳實施例中，所述第二雷射的波長為500nm~800nm，例如波長為500nm、501nm、502nm、503nm以及依次遞增到800nm。不同波長的雷射用於實現不同的雷射退火需要，並且同一材料對不同波長的雷射的吸收也存在差異，例如，就矽(Si)而言，雷射的波長越長，則對雷射的吸收率越低，同時不同波長的雷射所能處理的晶圓的深度也不同，波長越短則退火深度越淺，例如波長為800nm的雷射，退火深度能達到3μm級別。本發明採用不同的雷射進行雷射退火工藝，防止具有不同的雷射光源的單一雷射所攜帶的能量產生的高溫，所述高溫會引發晶圓的形變，本發明避免了晶圓出現翹曲或裂痕缺陷。
繼續參考圖1，於較佳實施例中，在本實施例中，所述雷射退火裝置還包含一卡盤50，所述卡盤50設置在所述工作枱30上，例如靜電卡盤(electro static chuck)，所述卡盤50用於固定待處理的晶圓40。於較佳實施例中，所述雷射退火裝置還包含一冷卻裝置60，所述冷卻裝置60設置在所述工作枱30上，例如電冷卻裝置(thermoelectric cooling system)，所述冷卻裝置60用於冷卻所述待處理的晶圓40。在具體的實施方式中，所述卡盤50相對設置在所述冷卻裝置60上，所述冷卻裝置60設置在所述平臺30上。
本發明還提供一種雷射退火方法，繼續參考圖1，所述雷射退火方法包括：提供一工作枱30，所述工作枱30承載待處理的晶圓40；提供兩個脈衝雷射器10、20，所述兩個脈衝雷射器10、20產生不同的第一雷射和第二雷射，所述第一雷射和所述第二雷射投射至所述工作枱30的不同位置；將所述第一雷射投射到所述晶圓40上一位置；調整所述晶圓40與所 述脈衝雷射器20的相對位置，使所述第二雷射投射到與所述第一雷射投射到所述晶圓40上的同一位置。
本發明所述雷射退火方法能設置更多個脈衝雷射器，例如，所述雷射退火方法能夠包括三個、四個或者N個脈衝雷射器。此時，可以分別依次產生第三雷射、第四雷射及第N雷射，所述第三雷射、第四雷射及第N雷射可分別與所述第一雷射和第二雷射相同，也可以不相同。
下面更為詳細介紹本發明的雷射退火方法的每一步驟。
首先，繼續參考圖1，提供一工作枱30，所述工作枱30用於承載待處理的晶圓40。較佳方案中，所述工作枱30能夠在所述工作枱30所在的平面內橫向和/或縱向移動，既所述工作枱30在所述工作枱30所在的平面內以X-Y軸方向移動，通過X-Y軸方向移動來調整雷射退火的位置。於較佳實施例中，所述工作枱30的移動方式通過氣動方式、電磁驅動方式、機械齒輪方式中的一種。較佳方案中，所述晶圓40設置在工作枱30上的卡盤50內，例如靜電卡盤。較佳方案中，所述雷射退火裝置還包含一冷卻裝置60，所述冷卻裝置60設置在所述工作枱30上，所述冷卻裝置用於冷卻所述晶圓40。
接著，提供兩個脈衝雷射器10、20，所述兩個脈衝雷射器10、20產生不同的第一雷射和第二雷射，所述第一雷射和所述第二雷射投射至所述工作枱30的不同位置。
然後，將所述脈衝雷射器10產生的第一雷射投射到所述晶圓40上一位置。
然後，調整所述晶圓40與所述脈衝雷射器20的相對位置， 將所述脈衝雷射器20產生的第二雷射投射到與所述脈衝雷射器10產生的第一雷射投射到所述晶圓40上的同一位置。在具體的實施方式中，通過所述工作枱30在所述工作枱30所在的平面內橫向和/縱向的移動來調整所述晶圓40與所述脈衝雷射器20的相對位置。
於較佳實施例中，所述第一雷射和所述第二雷射投射到所述晶圓40上一個或多個晶片(Die)單元，從而實現雷射退火。通過設置所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積來照射所述晶圓40上一個或多個晶片單元，從而對一個晶片單元或同時對多個晶片單元進行雷射退火。
於較佳實施例中，所述第一雷射投射到所述晶圓上一位置後，間隔0.1~1秒的時間，再使所述第二雷射投射到與所述第一雷射投射到所述晶圓上的同一位置，通過設置間隔0.1~1秒的時間來防止同一位置的熱量積累。於較佳實施例中，所述第一雷射投射到所述晶圓上產生的溫度低於所述第二雷射投射到所述晶圓上產生的溫度，可使產生的溫度更短的時間內發散使溫度降低，通過兩次雷射投射之間的間隔時間來降低溫度的影響，當間隔時間越短，則生產效率得到提高。
在本實施例的雷射退火方法中，較佳方案中，所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積均小於等於0.5mm2。較佳方案中，所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積不相同。較佳方案中，所述第一雷射和所述第二雷射的波長不相同。較佳方案中，所述第一雷射的波長為380nm~480nm。較佳方案中，所述第二雷射的波長為500nm~800nm。
由於晶圓的不同區域具有不同結構，故受熱程度也不同，那 麼對於具有不同雷射光源的單一雷射而言，由於單一雷射的高強度，會導致某些區域受到過多的熱量，從而引起較大的熱應力，這是生產過程中所不欲者。對於不同的材料，也需要選擇不同的雷射。如圖2所示，虛線部分表示為現有技術中雷射退火的晶圓上溫度與時間的關係，實線部分表示為本發明中雷射退火的晶圓上溫度與時間的關係，本發明通過不同的雷射來完成雷射退火，並通過設置時間間隔有效地降低了晶圓的溫度，防止晶圓出現翹曲和裂痕缺陷，相比于現有技術方案可實現對溫度有要求的晶圓的雷射退火。
本發明提供的雷射退火裝置，通過兩個脈衝雷射器產生不同的雷射，不同的所述雷射用於實現不同的雷射退火需要，解決同一材料對不同的雷射的吸收存在的差異，就矽(Si)而言，雷射的波長越長，則對雷射的吸收率越低，同時不同波長的雷射所能處理的晶圓的深度也不同，波長越短則退火深度越淺，通過所述雷射投射至所述工作枱的不同位置上，防止因為單一雷射集中照射所攜帶的能量產生的高溫，避免所述高溫會引發晶圓的形變，從而解決了待雷射退火的晶圓出現翹曲或裂痕缺陷的問題。
上述特定實施例之內容係為了詳細說明本發明，然而，該等實施例係僅用於說明，並非意欲限制本發明。熟習本領域之技藝者可理解，在不悖離後附申請專利範圍所界定之範疇下針對本發明所進行之各種變化或修改係落入本發明之一部分。

Claims (12)

  1. 一種雷射退火方法，其特徵在於，所述雷射退火方法包括：提供一工作枱，所述工作枱承載待處理的晶圓；提供至少兩個脈衝雷射器，所述兩個脈衝雷射器產生不同的第一雷射和第二雷射，所述第一雷射和所述第二雷射投射至所述工作枱的不同位置；將所述第一雷射投射到所述晶圓上一位置；調整所述晶圓與所述脈衝雷射器的相對位置，使所述第二雷射投射到與所述第一雷射投射到所述晶圓上的同一位置，其中所述第一雷射投射到所述晶圓上一位置後，間隔0.1~1秒的時間，再使所述第二雷射投射到與所述第一雷射投射到所述晶圓上的同一位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述第一雷射和所述第二雷射投射到所述晶圓上的一個或多個晶片單元。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述第一雷射投射到所述晶圓上產生的溫度低於所述第二雷射投射到所述晶圓上產生的溫度。
  4. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述工作枱能夠在所述工作枱所在的平面內橫向和/或縱向移動。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述工作枱的移動方式通過氣動方式、電磁驅動方式和機械齒輪方式中的一種。
  6. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積均小於等於0.5mm2。
  7. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述第一雷射和所述第二雷射的光束橫截面的面積不相同。
  8. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述第一雷射和所述第二雷射的波長不相同。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述第一雷射的波長為380nm~480nm。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述第二雷射的波長為500nm~800nm。
  11. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述雷射退火裝置還包含一卡盤，所述卡盤設置在所述工作枱上。
  12. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述的雷射退火方法，其特徵在於，所述雷射退火裝置還包含一冷卻裝置，所述冷卻裝置設置在所述工作枱上。
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