一種激光脈沖退火設(shè)備和退火方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種激光脈沖退火設(shè)備和使用該設(shè)備的退火方法，通過(guò)在激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置一個(gè)可同時(shí)放置多個(gè)晶圓的圓盤(pán)，并在退火處理過(guò)程中使圓盤(pán)進(jìn)行自轉(zhuǎn)和直線移動(dòng)，使圓盤(pán)上各晶圓放置凹槽內(nèi)的晶圓在圓盤(pán)的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，依次循環(huán)地經(jīng)過(guò)激光照射點(diǎn)接受激光的均勻照射，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的批量退火處理。本發(fā)明在保證了與傳統(tǒng)只能進(jìn)行單片晶圓退火處理的激光脈沖退火設(shè)備一樣的退火效果的同時(shí)，顯著提高了退火效率，可以很好地與高端先進(jìn)制程中對(duì)退火的品質(zhì)和效率的工藝需求相適應(yīng)。
【專利說(shuō)明】一種激光脈沖退火設(shè)備和退火方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體加工用激光脈沖退火設(shè)備，更具體地，涉及一種可對(duì)半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行批量退火的激光脈沖退火設(shè)備及使用該設(shè)備的退火方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體集成電路的制造中，根據(jù)不同的工藝制程，例如包括(但不限于)化學(xué)汽相沉積、氧化或氮化、離子注入退火、以及摻雜活化等，往往需要對(duì)晶圓進(jìn)行多步退火熱處理，使晶體的損傷得到修復(fù)，并消除位錯(cuò)。目前，這些熱處理可在例如通常的立式爐設(shè)備中進(jìn)行。盡管這些熱處理的工藝需求時(shí)間可能相對(duì)較短，但是常規(guī)的諸如立式爐設(shè)備的加熱速率和冷卻速率都相對(duì)較慢。在這些熱處理進(jìn)行時(shí)的升溫過(guò)程中的較長(zhǎng)時(shí)間，顯著地增大了熱處理所需的熱預(yù)算，而針對(duì)先進(jìn)集成電路中的精細(xì)特征和薄層卻需要減小熱預(yù)算。目前，已經(jīng)開(kāi)始大量運(yùn)用快速熱處理(RTP)設(shè)備，以提高加熱和冷卻速率，并由此顯著減小了熱預(yù)算。
[0003]隨著半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)規(guī)則的不斷縮小，需要更好地控制超淺結(jié)和突變結(jié)以及更高的雜質(zhì)摻雜濃度。并且，新材料使得工藝對(duì)熱預(yù)算的要求變得更加苛刻。這需要退火設(shè)備能夠提供更短的退火時(shí)間和更加精確的溫度控制。
[0004]對(duì)于具有超淺結(jié)和突變結(jié)(其兩者都需要精密的熱控制)的先進(jìn)器件而言，RTP退火的加熱和冷卻速率也正變得不足。RTP是將整個(gè)晶圓加熱到需求的處理溫度。而上述這些先進(jìn)器件，僅晶圓表面處上部數(shù)個(gè)微米內(nèi)的材料需要熱處理。而且，RTP的覆蓋熱輻射模式，需要通過(guò)輻射和傳導(dǎo)熱傳輸兩者將整個(gè)晶圓從退火溫度冷卻。因此，隨著晶圓的冷卻，其輻射冷卻的效率也降低了。
[0005]現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展了激光脈沖退火(LSA)來(lái)顯著提高加熱和冷卻速率。一種通常的LSA設(shè)備的工作原理可以通過(guò)圖1來(lái)介紹。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔的腔體I內(nèi)設(shè)有晶圓進(jìn)出窗口 5和保護(hù)氣體的出氣口 2，被處理的晶圓4以單片方式垂直進(jìn)入腔體I進(jìn)行退火處理。激光輻射的脈沖能量聚焦在晶圓4的局部微小區(qū)域處，形成激光照射點(diǎn)3，激光脈沖的總能量足以迅速將照射面積的表面加熱到高溫。然后，激光脈沖在晶圓局部產(chǎn)生的少量熱能迅速擴(kuò)散到未受熱的晶圓下部中，從而能夠較大地提高照射表面區(qū)域的冷卻速率。大功率激光器(圖略)能夠以每秒數(shù)百個(gè)脈沖的重復(fù)速率發(fā)出脈沖，脈沖激光束在晶圓的表面上以步進(jìn)和重復(fù)的模式移動(dòng)(如圖中虛線箭頭所示)，從而對(duì)整個(gè)晶圓表面進(jìn)行退火熱處理。
[0006]業(yè)界已經(jīng)證明，LSA作為具有突破意義的新技術(shù)，對(duì)于先進(jìn)的結(jié)工程，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)擴(kuò)散的結(jié)。采用LSA可以制造出更高性能的器件，實(shí)現(xiàn)具有更高的驅(qū)動(dòng)電流，更低的漏電流。
[0007]所欠缺的是，目前業(yè)界使用的如前述例舉的LSA機(jī)臺(tái)都是單片晶圓作業(yè)，一次只能對(duì)一片晶圓進(jìn)行退火，效率相對(duì)比較低下。隨著半導(dǎo)體集成電路制造產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，以及半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)規(guī)則的不斷縮小，需要退火設(shè)備能夠提供更短的退火時(shí)間和更加精確的溫度控制以顯著減小熱預(yù)算。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人力成本和用地成本的上升，使得設(shè)計(jì)一種高效的LSA設(shè)備，顯得越來(lái)越有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述因單片晶圓退火處理帶來(lái)的效率低下、難以滿足對(duì)熱預(yù)算日益苛刻的需求的缺陷，提供一種可對(duì)半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行批量退火的激光脈沖退火設(shè)備，通過(guò)將激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置的晶圓固定裝置由只能放置單片晶圓的形式，改變?cè)O(shè)計(jì)成一個(gè)圓盤(pán)形式，環(huán)繞圓盤(pán)圓周設(shè)有若干晶圓放置凹槽，并且，圓盤(pán)可進(jìn)行自轉(zhuǎn)和直線移動(dòng)；并同時(shí)提供一種采用該新型激光脈沖退火設(shè)備的退火方法，使各晶圓放置凹槽內(nèi)的晶圓在圓盤(pán)的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，可依次循環(huán)經(jīng)過(guò)激光照射點(diǎn)接受激光的均勻照射，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的批量退火處理。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]本發(fā)明首先提供了一種激光脈沖退火設(shè)備，包括所述退火設(shè)備的反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置的晶圓固定裝置，所述退火設(shè)備的激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束射向所述晶圓固定裝置的表面形成激光照射點(diǎn)，所述晶圓固定裝置包括一圓盤(pán)，在所述圓盤(pán)面對(duì)所述激光發(fā)射器的一面環(huán)繞所述圓盤(pán)圓周設(shè)有若干晶圓放置凹槽,每個(gè)所述凹槽內(nèi)可固定放置一個(gè)晶圓；所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束射向所述圓盤(pán)的表面形成所述激光照射點(diǎn)；所述圓盤(pán)連接驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置可帶動(dòng)所述圓盤(pán)在所述反應(yīng)腔內(nèi)作圍繞所述圓盤(pán)中心的自轉(zhuǎn)及沿所述圓盤(pán)中心與所述激光照射點(diǎn)連線方向的平面直線往復(fù)移動(dòng)，各所述晶圓在所述圓盤(pán)的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，依次循環(huán)經(jīng)過(guò)所述激光照射點(diǎn)進(jìn)行退火處理。這樣，可使圓盤(pán)上放置的各個(gè)晶圓，在圓盤(pán)自轉(zhuǎn)時(shí)依次通過(guò)激光照射點(diǎn)，每個(gè)晶圓上以圓盤(pán)中心為圓心、以圓盤(pán)中心至激光照射點(diǎn)的距離為半徑的轉(zhuǎn)動(dòng)圓弧區(qū)域可以逐點(diǎn)掃描形式接受激光照射；并在圓盤(pán)進(jìn)行直線移動(dòng)時(shí)，變換激光照射點(diǎn)在晶圓上掃描的轉(zhuǎn)動(dòng)圓弧區(qū)域，從而使每個(gè)晶圓的全部表面都能受到激光的均勻照射。因此，通過(guò)本發(fā)明設(shè)計(jì)的可同時(shí)放置若干晶圓的圓盤(pán)，可以實(shí)現(xiàn)一次對(duì)多個(gè)晶圓進(jìn)行批量退火處理，有效改變了現(xiàn)有技術(shù)只能一次處理一片晶圓的低效狀況。
[0011]進(jìn)一步地，所述圓盤(pán)可根據(jù)設(shè)備反應(yīng)腔的布局，按垂直或水平方向設(shè)置。
[0012]進(jìn)一步地，環(huán)繞所述圓盤(pán)圓周均勻設(shè)有若干晶圓放置凹槽，所述凹槽的數(shù)量為4?13個(gè)。
[0013]進(jìn)一步地，所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束的照射角度為60?120度。
[0014]進(jìn)一步地，所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束的照射角度為90度。
[0015]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和一直線電機(jī)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)軸與所述圓盤(pán)的中心連接，當(dāng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)時(shí)，電機(jī)連接的轉(zhuǎn)軸可帶動(dòng)另一端連接的圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述直線電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)桿與所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的底座連接，所述直線電機(jī)的所述傳動(dòng)桿的設(shè)置方向與所述圓盤(pán)的平面直線往復(fù)移動(dòng)方向相一致。當(dāng)啟動(dòng)直線電機(jī)時(shí)，傳動(dòng)桿可帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)及與其連接的圓盤(pán)一起進(jìn)行直線往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在圓盤(pán)自轉(zhuǎn)的同時(shí)可進(jìn)行直線移動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0016]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘，所述直線電機(jī)傳動(dòng)桿的移動(dòng)速度為100?300毫米/秒，以與激光脈沖退火短暫的處理時(shí)間相匹配。[0017]進(jìn)一步地，各所述凹槽內(nèi)放置的晶圓的中心至所述圓盤(pán)中心的距離相等，這樣，圓盤(pán)上所有的晶圓可以以接近同步的方式進(jìn)行退火處理。
[0018]進(jìn)一步地，在所述圓盤(pán)面對(duì)所述激光發(fā)射器一面的其中二個(gè)所述凹槽之間的所述圓盤(pán)表面設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器與所述圓盤(pán)中心的距離大于各所述凹槽內(nèi)放置的晶圓的外接圓的半徑、小于各所述凹槽內(nèi)放置的晶圓的內(nèi)切圓的半徑與所述圓盤(pán)的直線移動(dòng)區(qū)間距離之和。溫度傳感器用于探測(cè)激光照射產(chǎn)生的溫度，設(shè)于非晶圓放置區(qū)域，以便在退火開(kāi)始前，先探測(cè)激光照射產(chǎn)生的溫度是否符合制程要求，避免此時(shí)激光直接照射在晶圓上，防止廢片。并且，溫度傳感器與圓盤(pán)中心的距離要大于各凹槽內(nèi)放置的晶圓的外接圓的半徑、小于各所述凹槽內(nèi)放置的晶圓的內(nèi)切圓的半徑與所述圓盤(pán)的直線移動(dòng)區(qū)間距離之和。這是因?yàn)榧す庹丈潼c(diǎn)是固定的，這樣的位置及距離設(shè)計(jì)，可以保證在退火過(guò)程中，所有晶圓的全部表面都能夠接受到激光的均勻照射。
[0019]進(jìn)一步地，所述圓盤(pán)在所述反應(yīng)腔內(nèi)可作沿所述圓盤(pán)中心與所述激光照射點(diǎn)連線方向的平面直線往復(fù)移動(dòng)，所述圓盤(pán)的移動(dòng)區(qū)間為O?320毫米。此移動(dòng)區(qū)間可根據(jù)今后晶圓尺寸增大后的需求而擴(kuò)大。
[0020]本發(fā)明還提供了一種激光脈沖退火方法，使用上述的激光脈沖退火設(shè)備對(duì)晶圓進(jìn)行批量退火處理，包括以下步驟:
[0021]步驟一:設(shè)備開(kāi)機(jī)，先向所述反應(yīng)腔通入一定流量的惰性氣體，然后根據(jù)所述晶圓固定裝置的所述圓盤(pán)上的所述凹槽數(shù)量，將相應(yīng)數(shù)量的晶圓裝在所述凹槽內(nèi)，每個(gè)所述凹槽內(nèi)固定放置一個(gè)晶圓；
[0022]步驟二:打開(kāi)所述激光發(fā)射器，并在開(kāi)始退火前，先發(fā)射脈沖激光束射向所述圓盤(pán)表面設(shè)有的所述溫度傳感器，在所述溫度傳感器處形成所述激光照射點(diǎn)，待溫度達(dá)到設(shè)定值后穩(wěn)定一段時(shí)間，以保證在激光脈沖穩(wěn)定前，激光束不會(huì)接觸晶圓；
[0023]步驟三:打開(kāi)所述驅(qū)動(dòng)裝置，先啟動(dòng)所述圓盤(pán)自轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定在勻速狀態(tài)后，再啟動(dòng)所述圓盤(pán)開(kāi)始以一定速度、一定移動(dòng)區(qū)間沿所述圓盤(pán)中心與所述激光照射點(diǎn)連線方向進(jìn)行平面直線往復(fù)移動(dòng)；所述激光發(fā)射器按照制程要求開(kāi)始對(duì)晶圓照射加熱退火，各所述凹槽內(nèi)的所述晶圓在所述圓盤(pán)的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，依次循環(huán)經(jīng)過(guò)所述激光照射點(diǎn)進(jìn)行激光脈沖退火處理；
[0024]步驟四:根據(jù)制程要求完成退火處理后，關(guān)閉激光發(fā)射器，停止對(duì)晶圓照射加熱，啟動(dòng)所述圓盤(pán)開(kāi)始作遠(yuǎn)離所述激光照射點(diǎn)的直線移動(dòng)，并在晶圓離開(kāi)所述激光照射點(diǎn)后停止移動(dòng)；同時(shí)，增大通入的惰性氣體流量，以幫助晶圓降溫；
[0025]步驟五:待晶圓溫度降低至目標(biāo)溫度以下后，停止所述圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束退火處理制程并取出晶圓。
[0026]進(jìn)一步地，在上述方法的步驟一中，通入的所述惰性氣體包括N2、He或Ar的其中之一，或其混合氣體。
[0027]進(jìn)一步地，步驟一中，所述惰性氣體的通入流量為10?30升/分鐘。
[0028]進(jìn)一步地，步驟二中，所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束的照射角度為60?120 度。
[0029]進(jìn)一步地，步驟二中，所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束的照射角度為90度。
[0030]進(jìn)一步地，步驟二中，當(dāng)所述溫度傳感器的溫度達(dá)到400°C后穩(wěn)定0.5?1.5分鐘。[0031]進(jìn)一步地，步驟三中，當(dāng)所述圓盤(pán)的自轉(zhuǎn)速度達(dá)到1200轉(zhuǎn)/分鐘并穩(wěn)定在勻速狀態(tài)后，再啟動(dòng)所述圓盤(pán)開(kāi)始以100?300毫米/秒的速度、在320毫米的移動(dòng)區(qū)間內(nèi)，沿所述圓盤(pán)中心與所述激光照射點(diǎn)連線方向進(jìn)行平面直線往復(fù)移動(dòng)。
[0032]進(jìn)一步地，步驟四中，將通入的惰性氣體流量增大至50?100升/分鐘，以幫助晶圓盡快降溫。
[0033]進(jìn)一步地，步驟五中，待晶圓溫度降低至50°C以下后，停止所述圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束退火處理制程并取出晶圓。
[0034]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過(guò)在激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置一個(gè)可同時(shí)放置多個(gè)晶圓的圓盤(pán)，并在退火處理過(guò)程中使圓盤(pán)進(jìn)行自轉(zhuǎn)和直線移動(dòng)，使圓盤(pán)上各晶圓放置凹槽內(nèi)的晶圓在圓盤(pán)的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，依次循環(huán)地經(jīng)過(guò)激光照射點(diǎn)接受激光的均勻照射，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的批量退火處理。因此，本發(fā)明在保證了與傳統(tǒng)只能進(jìn)行單片晶圓退火處理的LSA—樣的退火效果的同時(shí)，顯著提高了退火效率，可以很好地與高端先進(jìn)制程中對(duì)退火的品質(zhì)和效率的工藝需求相適應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明一種激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔的正視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3是本發(fā)明一種激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖4是圖2中圓盤(pán)的工作狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0040]在本實(shí)施例中，首先對(duì)本發(fā)明一種激光脈沖退火設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)介紹。請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明一種激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔的正視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明在激光脈沖退火設(shè)備的反應(yīng)腔6內(nèi)以垂直狀態(tài)設(shè)置一個(gè)用于放置晶圓的圓盤(pán)7。圓盤(pán)7面對(duì)設(shè)備的激光發(fā)射器(圖略)的一面環(huán)繞圓盤(pán)7的圓周均勻設(shè)有13個(gè)晶圓放置凹槽8，每個(gè)凹槽內(nèi)可固定放置一個(gè)300mm的晶圓。凹槽8可以采用卡口或卡盤(pán)的方式來(lái)固定晶圓。激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束以90度的照射角射向圓盤(pán)表面的預(yù)定部位，形成激光照射點(diǎn)10。這個(gè)預(yù)定部位是設(shè)在圓盤(pán)面對(duì)激光發(fā)射器一面的上端二個(gè)凹槽之間的溫度傳感器
9。溫度傳感器9與圓盤(pán)7中心的連線處于垂直狀態(tài)。
[0041]請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明一種激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，反應(yīng)腔6內(nèi)的圓盤(pán)7連接到反應(yīng)腔6外的驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置包括一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12和一直線電機(jī)15，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12通過(guò)轉(zhuǎn)軸11與圓盤(pán)7的中心連接。當(dāng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12時(shí)，電機(jī)12連接的轉(zhuǎn)軸11可帶動(dòng)另一端連接的圓盤(pán)7轉(zhuǎn)動(dòng)。直線電機(jī)15通過(guò)傳動(dòng)桿14與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12的底座13連接，傳動(dòng)桿14的設(shè)置方向與圓盤(pán)7的平面直線往復(fù)移動(dòng)方向相一致。當(dāng)啟動(dòng)直線電機(jī)15時(shí),傳動(dòng)桿14可帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12及與其連接的圓盤(pán)7 —起進(jìn)行直線往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在圓盤(pán)7自轉(zhuǎn)的同時(shí)可進(jìn)行直線移動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12的額定轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘，直線電機(jī)15傳動(dòng)桿14的移動(dòng)速度為100?300毫米/秒，以與激光脈沖退火短暫的處理時(shí)間相匹配。直線電機(jī)15的傳動(dòng)桿14的移動(dòng)區(qū)間設(shè)定為O?320毫米，因此，圓盤(pán)的上下移動(dòng)區(qū)間也是O?320毫米。這個(gè)移動(dòng)的區(qū)間可以根據(jù)晶圓的尺寸大小進(jìn)行調(diào)整。
[0042]請(qǐng)參閱圖4，圖4是圖2中圓盤(pán)的工作狀態(tài)示意圖。如圖4中右側(cè)的旋轉(zhuǎn)箭頭和左側(cè)的上下箭頭所示，圖3中的驅(qū)動(dòng)裝置可帶動(dòng)本圖中的圓盤(pán)7在反應(yīng)腔6內(nèi)作圍繞圓盤(pán)7中心的自轉(zhuǎn)及沿圓盤(pán)7中心與激光照射點(diǎn)10連線方向的平面直線往復(fù)移動(dòng)。13個(gè)凹槽8內(nèi)放置的晶圓在圓盤(pán)7的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，依次循環(huán)經(jīng)過(guò)激光照射點(diǎn)10進(jìn)行退火處理。這樣，可使圓盤(pán)7上放置的各個(gè)晶圓，在圓盤(pán)7自轉(zhuǎn)時(shí)依次通過(guò)激光照射點(diǎn)10，每個(gè)晶圓上以圓盤(pán)7中心為圓心、以圓盤(pán)7中心至激光照射點(diǎn)10的距離為半徑的轉(zhuǎn)動(dòng)圓弧區(qū)域可以逐點(diǎn)掃描形式接受激光照射；并在圓盤(pán)7進(jìn)行直線移動(dòng)時(shí)，變換激光照射點(diǎn)在晶圓上掃描的轉(zhuǎn)動(dòng)圓弧區(qū)域，從而使每個(gè)晶圓的全部表面都能受到激光的均勻照射。因此，通過(guò)本發(fā)明設(shè)計(jì)的可同時(shí)放置多個(gè)晶圓的圓盤(pán)7，可以實(shí)現(xiàn)一次對(duì)多個(gè)晶圓進(jìn)行批量退火處理，有效改變了現(xiàn)有技術(shù)只能一次處理一片晶圓的低效狀況。
[0043]請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2。各凹槽8內(nèi)放置的晶圓的中心至圓盤(pán)7中心的距離是相等的，這樣，圓盤(pán)7上所有的晶圓可以以接近同步的方式進(jìn)行退火處理。在圓盤(pán)7面對(duì)激光發(fā)射器一面的頂部二個(gè)凹槽之間的圓盤(pán)表面設(shè)有溫度傳感器9，溫度傳感器9與圓盤(pán)7中心的距離大于各凹槽內(nèi)放置的晶圓的外接圓的半徑、小于各凹槽內(nèi)放置的晶圓的內(nèi)切圓的半徑與圓盤(pán)7的直線移動(dòng)區(qū)間距離之和。也就是說(shuō)，溫度傳感器9的高度位置應(yīng)介于各晶圓的外接圓半徑之外、各晶圓的內(nèi)切圓半徑再加上320毫米以內(nèi)的位置。溫度傳感器9用于探測(cè)激光照射產(chǎn)生的溫度，設(shè)于非晶圓放置區(qū)域，以便在退火開(kāi)始前，先探測(cè)激光照射產(chǎn)生的溫度是否符合制程要求，避免此時(shí)激光直接照射在晶圓上，防止廢片。并且，溫度傳感器9與圓盤(pán)7中心的距離要大于各凹槽內(nèi)放置的晶圓的外接圓的半徑、小于各凹槽內(nèi)放置的晶圓的內(nèi)切圓的半徑與圓盤(pán)7的直線移動(dòng)區(qū)間距離(320毫米)之和，是因?yàn)榧す庹丈潼c(diǎn)是固定的，這樣的位置及距離設(shè)計(jì)，可以保證在退火過(guò)程中，所有300mm晶圓的全部表面都能夠接受到激光的均勻照射。
[0044]下面對(duì)本發(fā)明在使用上述的激光脈沖退火設(shè)備時(shí)的退火方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0045]本發(fā)明的退火方法可以對(duì)晶圓進(jìn)行批量退火處理，包括以下步驟:
[0046]步驟一:設(shè)備開(kāi)機(jī)，先向反應(yīng)腔6通入流量為10?30升/分鐘的N2，也可以是He或Ar，或它們的混合氣體作為保護(hù)氣體，并具有冷卻作用；然后，根據(jù)圓盤(pán)7上的13個(gè)凹槽8的數(shù)量，將13個(gè)300mm晶圓裝在凹槽內(nèi)，每個(gè)凹槽內(nèi)固定放置一個(gè)晶圓；
[0047]步驟二:打開(kāi)激光發(fā)射器，并在開(kāi)始退火前，先發(fā)射脈沖激光束射向圓盤(pán)7表面設(shè)有的溫度傳感器9，在溫度傳感器9處形成激光照射點(diǎn)10，待溫度達(dá)到400°C后再穩(wěn)定I分鐘，以保證在激光脈沖穩(wěn)定前，激光束不會(huì)接觸晶圓；
[0048]步驟三:打開(kāi)驅(qū)動(dòng)裝置，先啟動(dòng)圓盤(pán)7的自轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)速達(dá)到1200轉(zhuǎn)/分鐘并穩(wěn)定在勻速狀態(tài)后，再啟動(dòng)圓盤(pán)7開(kāi)始以100?300毫米/秒的速度、在320毫米的移動(dòng)區(qū)間內(nèi)，沿圓盤(pán)7的中心與激光照射點(diǎn)10的連線方向進(jìn)行平面直線往復(fù)移動(dòng)；激光發(fā)射器按照制程要求，以90度照射角射向圓盤(pán)7，開(kāi)始對(duì)晶圓照射加熱退火，各凹槽8內(nèi)的晶圓在圓盤(pán)7的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，依次循環(huán)經(jīng)過(guò)激光照射點(diǎn)10進(jìn)行激光脈沖退火處理；
[0049]步驟四:根據(jù)制程要求完成退火處理后，關(guān)閉激光發(fā)射器，停止對(duì)晶圓照射加熱，啟動(dòng)圓盤(pán)7開(kāi)始作遠(yuǎn)離激光照射點(diǎn)10的直線移動(dòng)，并在晶圓離開(kāi)激光照射點(diǎn)10后的移動(dòng)極限位置停止移動(dòng)；同時(shí)，增大通入的惰性氣體流量至50?100升/分鐘，以幫助晶圓快速降溫；
[0050]步驟五:待晶圓溫度降低至50°C目標(biāo)溫度以下后，停止圓盤(pán)7的轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束退火處理制程并取出晶圓。
[0051]經(jīng)過(guò)上述對(duì)本發(fā)明的激光脈沖退火設(shè)備及退火方法的介紹可知，本發(fā)明通過(guò)在激光脈沖退火設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置一個(gè)可同時(shí)放置多個(gè)晶圓的圓盤(pán)，并在退火處理過(guò)程中使圓盤(pán)進(jìn)行自轉(zhuǎn)和直線移動(dòng)，使圓盤(pán)上各晶圓放置凹槽內(nèi)的晶圓在圓盤(pán)的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，依次循環(huán)地經(jīng)過(guò)激光照射點(diǎn)接受激光的均勻照射，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)晶圓的批量退火處理。因此，本發(fā)明在保證了與傳統(tǒng)LSA —樣的退火效果的同時(shí)，顯著提高了退火效率，可以很好地與高端先進(jìn)制程中對(duì)退火的品質(zhì)和效率的工藝需求相適應(yīng)。
[0052]需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例中的圓盤(pán)也可以根據(jù)設(shè)備反應(yīng)腔的布局，按水平方向或傾斜方向設(shè)置；圓盤(pán)上凹槽的數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)置在4?13個(gè)之間，當(dāng)然地，也可以超出這個(gè)范圍設(shè)置；激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束的照射角度范圍在60?120度，甚至在加大激光發(fā)射器的功率的情況下，可以擴(kuò)大照射角的范圍，也可以達(dá)到照射溫度所需要的能量。這些都并不影響本發(fā)明的正常實(shí)現(xiàn)。
[0053]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光脈沖退火設(shè)備，包括所述退火設(shè)備的反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置的晶圓固定裝置，所述退火設(shè)備的激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束射向所述晶圓固定裝置的表面形成激光照射點(diǎn)，其特征在于，所述晶圓固定裝置包括一圓盤(pán)，在所述圓盤(pán)面對(duì)所述激光發(fā)射器的一面環(huán)繞所述圓盤(pán)圓周設(shè)有若干晶圓放置凹槽，每個(gè)所述凹槽內(nèi)可固定放置一個(gè)晶圓；所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束射向所述圓盤(pán)的表面形成所述激光照射點(diǎn)；所述圓盤(pán)連接驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置可帶動(dòng)所述圓盤(pán)在所述反應(yīng)腔內(nèi)作圍繞所述圓盤(pán)中心的自轉(zhuǎn)及沿所述圓盤(pán)中心與所述激光照射點(diǎn)連線方向的平面直線往復(fù)移動(dòng)，各所述晶圓在所述圓盤(pán)的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，依次循環(huán)經(jīng)過(guò)所述激光照射點(diǎn)進(jìn)行退火處理。
2.如權(quán)利要求1所述的激光脈沖退火設(shè)備，其特征在于，所述圓盤(pán)可按垂直或水平方向設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的激光脈沖退火設(shè)備，其特征在于，環(huán)繞所述圓盤(pán)圓周均勻設(shè)有若干晶圓放置凹槽，所述凹槽的數(shù)量為4~13個(gè)。
4.如權(quán)利要求1所述的激光脈沖退火設(shè)備，其特征在于，所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束的照射角度為60~120度。
5.如權(quán)利要求1所述的激光脈沖退火設(shè)備，其特征在于，所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束的照射角度為90度。
6.如權(quán)利要求1所述的激光脈沖退火設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括一轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和一直線電機(jī)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)軸與所述圓盤(pán)的中心連接；所述直線電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)桿與所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的底座連接，所述直線電機(jī)的所述傳動(dòng)桿的設(shè)置方向與所述圓盤(pán)的平面直線往復(fù)移動(dòng)方向相一致。
7.如權(quán)利要求6所述的激光脈沖退火設(shè)備，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘，所述直線電機(jī)傳動(dòng)桿的移動(dòng)速度為100~300毫米/秒。
8.如權(quán)利要求1所述的激光脈沖退火設(shè)備，其特征在于，各所述凹槽內(nèi)放置的晶圓的中心至所述圓盤(pán)中心的距離相等。
9.如權(quán)利要求1所述的激光脈沖退火設(shè)備，其特征在于，在所述圓盤(pán)面對(duì)所述激光發(fā)射器一面的其中二個(gè)所述凹槽之間的所述圓盤(pán)表面設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器與所述圓盤(pán)中心的距離大于各所述凹槽內(nèi)放置的晶圓的外接圓的半徑、小于各所述凹槽內(nèi)放置的晶圓的內(nèi)切圓的半徑與所述圓盤(pán)的直線移動(dòng)區(qū)間距離之和。
10.如權(quán)利要求1或9所述的激光脈沖退火設(shè)備，其特征在于，所述圓盤(pán)在所述反應(yīng)腔內(nèi)可作沿所述圓盤(pán) 中心與所述激光照射點(diǎn)連線方向的平面直線往復(fù)移動(dòng)，所述圓盤(pán)的移動(dòng)區(qū)間為O~320暈米。
11.一種激光脈沖退火方法，使用如權(quán)利要求1所述的激光脈沖退火設(shè)備對(duì)晶圓進(jìn)行批量退火處理，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:設(shè)備開(kāi)機(jī)，先向所述反應(yīng)腔通入一定流量的惰性氣體，然后根據(jù)所述晶圓固定裝置的所述圓盤(pán)上的所述凹槽數(shù)量，將相應(yīng)數(shù)量的晶圓裝在所述凹槽內(nèi)，每個(gè)所述凹槽內(nèi)固定放置一個(gè)晶圓； 步驟二:打開(kāi)所述激光發(fā)射器，并在開(kāi)始退火前，先發(fā)射脈沖激光束射向所述圓盤(pán)表面設(shè)有的所述溫度傳感器，在所述溫度傳感器處形成所述激光照射點(diǎn)，待溫度達(dá)到設(shè)定值后穩(wěn)定一段時(shí)間，以保證在激光脈沖穩(wěn)定前，激光束不會(huì)接觸晶圓；步驟三:打開(kāi)所述驅(qū)動(dòng)裝置，先啟動(dòng)所述圓盤(pán)自轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定在勻速狀態(tài)后，再啟動(dòng)所述圓盤(pán)開(kāi)始以一定速度、一定移動(dòng)區(qū)間沿所述圓盤(pán)中心與所述激光照射點(diǎn)連線方向進(jìn)行平面直線往復(fù)移動(dòng)；所述激光發(fā)射器按照制程要求開(kāi)始對(duì)晶圓照射加熱退火，各所述凹槽內(nèi)的所述晶圓在所述圓盤(pán)的連續(xù)自轉(zhuǎn)和直線往復(fù)移動(dòng)帶動(dòng)下，依次循環(huán)經(jīng)過(guò)所述激光照射點(diǎn)進(jìn)行激光脈沖退火處理； 步驟四:根據(jù)制程要求完成退火處理后，關(guān)閉激光發(fā)射器，停止對(duì)晶圓照射加熱，啟動(dòng)所述圓盤(pán)開(kāi)始作遠(yuǎn)離所述激光照射點(diǎn)的直線移動(dòng)，并在晶圓離開(kāi)所述激光照射點(diǎn)后停止移動(dòng)；同時(shí)，增大通入的惰性氣體流量，以幫助晶圓降溫； 步驟五:待晶圓溫度降低至目標(biāo)溫度以下后，停止所述圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束退火處理制程并取出晶圓。
12.如權(quán)利要求11所述的激光脈沖退火方法，其特征在于，步驟一中，通入的所述惰性氣體包括N2、He或Ar的其中之一，或其混合氣體。
13.如權(quán)利要求11或12所述的激光脈沖退火方法，其特征在于，步驟一中，所述惰性氣體的通入流量為10~30升/分鐘。
14.如權(quán)利要求11所述的激光脈沖退火方法，其特征在于，步驟二中，所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束的照射角度為60~120度。
15.如權(quán)利要求11所述的激光脈沖退火方法，其特征在于，步驟二中，所述激光發(fā)射器所發(fā)射的脈沖激光束的照射角度為90度。
16.如權(quán)利要求11所述的激光脈沖退火方法，其特征在于，步驟二中，當(dāng)所述溫度傳感器的溫度達(dá)到400°C后穩(wěn)定0.5~1.5分鐘。
17.如權(quán)利要求11所述的激光脈沖退火方法，其特征在于，步驟三中，當(dāng)所述圓盤(pán)的自轉(zhuǎn)速度達(dá)到1200轉(zhuǎn)/分鐘并穩(wěn)定在勻速狀態(tài)后，再啟動(dòng)所述圓盤(pán)開(kāi)始以100~300毫米/秒的速度、在320毫米的移動(dòng)區(qū)間內(nèi)，沿所述圓盤(pán)中心與所述激光照射點(diǎn)連線方向進(jìn)行平面直線往復(fù)移動(dòng)。
18.如權(quán)利要求11所述的激光脈沖退火方法，其特征在于，步驟四中，將通入的惰性氣體流量增大至50~100升/分鐘，以幫助晶圓盡快降溫。
19.如權(quán)利要求11所述的激光脈沖退火方法，其特征在于，步驟五中，待晶圓溫度降低至50°C以下后，停止所述圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束退火處理制程并取出晶圓。
【文檔編號(hào)】B23K26/08GK103920994SQ201410161316
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】董琪琪, 謝威, 賴朝榮, 蘇俊銘 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司