專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于半導(dǎo)體制造的激光退火設(shè)備及退火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造設(shè)備范圍，特別涉及一種用于半導(dǎo)體制造的激光退火
設(shè)備及退火工藝。
背景技術(shù)：
隨著器件尺寸不斷縮小，在集成電路制造45nm， 32nm等技術(shù)節(jié)點(diǎn)，要求制 作出超淺的MOS器件源漏區(qū)，也就是提出了超淺結(jié)(Ultra-Shallow Junction) 的要求。為了滿足12〃圓片45nm納米及以下各代器件對(duì)超淺PN結(jié)制作的需求， 除了要在超淺的雜質(zhì)摻雜技術(shù)上采取一定的技術(shù)措施之外，在退火以及激活所摻 雜質(zhì)的環(huán)節(jié)，需要對(duì)傳統(tǒng)的、主要是基于燈光的快速熱退火(RTA)方法作出變 更。當(dāng)前較為認(rèn)可的超淺結(jié)退火技術(shù)為激光退火。
采用激光脈沖退火(Laser Spike Annealing)的好處在于，由于退火激光 是脈沖式作用的，激光脈沖約在幾十納秒量級(jí)，因此總的退火作用時(shí)間非常短暫， 可以將退火階段注入雜質(zhì)粒子的再擴(kuò)散控制在接近于是零擴(kuò)散的水平，同時(shí)可獲 得超固溶度的表面載流子濃度。采用激光退火技術(shù)所制造獲得的超淺、陡峭的PN 結(jié)，是能夠滿足45nm、 32nm集成電路制造的需求的。
需要指出的是，當(dāng)前市場(chǎng)上確實(shí)存在激光退火設(shè)備或者激光退火的技術(shù)，但 是與傳統(tǒng)設(shè)備或者技術(shù)相對(duì)應(yīng)的是結(jié)深在幾百nm的PN結(jié)，采用傳統(tǒng)意義上的激 光退火技術(shù)，從退火作用的機(jī)理和模式上看都完全不適合32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，不適 合于超淺結(jié)的制作。所以本發(fā)明所稱(chēng)的激光退火，專(zhuān)門(mén)是指的用于超淺結(jié)制作的 技術(shù)。而說(shuō)到專(zhuān)門(mén)針對(duì)超淺結(jié)制作的激光退火設(shè)備及配套工藝技術(shù)，則目前國(guó)際 上還處在起步的階段。
對(duì)于超淺結(jié)激光退火，由于當(dāng)前可用激光器的單脈沖能量較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)整 個(gè)晶圓片同時(shí)退火，所以只能是采取一次退火晶圓片上一個(gè)局部面積(稱(chēng)作一個(gè) 場(chǎng))的方式，通過(guò)一歩歩的逐場(chǎng)退火的方式，實(shí)現(xiàn)整個(gè)圓片的退火。
由于激光退火采用高強(qiáng)度的激光，對(duì)圓片表面進(jìn)行瞬時(shí)的作用，會(huì)在襯底材料的表面附近引起較大的熱應(yīng)力，對(duì)于加工質(zhì)量產(chǎn)生不良的影響，所以人們?cè)谶M(jìn) 行激光退火的同時(shí)，需要對(duì)襯底材料進(jìn)行預(yù)加熱，來(lái)減輕熱應(yīng)力的影響。對(duì)襯底 材料的加熱，主要的方式是從圓片背面加熱，對(duì)圓片的整片進(jìn)行。
如果不采用襯底預(yù)加熱，則激光退火的能量密度閾值在600mJ/cm2左右；當(dāng) 采用襯底預(yù)加熱，加熱溫度一般在300 55(TC范圍，則不僅減輕了熱應(yīng)力梯度， 也同時(shí)將激光退火的能量密度閾值降低至350mJ/cm2的量級(jí)。使用襯底預(yù)加熱技 術(shù)，盡管有技術(shù)上必要的理由和種種好處，但是也帶來(lái)了設(shè)備實(shí)現(xiàn)上的困難。按 照當(dāng)前激光退火裝置的主要形式，主要的難點(diǎn)集中于片臺(tái)的實(shí)現(xiàn)上 一方面，片 臺(tái)要具備較高溫度下控溫加熱的能力；在另一方面，在圓片被加熱至較高溫度同 時(shí)，還要能夠以很高的位置控制精度執(zhí)行步進(jìn)，以使圓片上的各個(gè)曝光場(chǎng)都能夠 得到曝光退火。同時(shí)以很高精度實(shí)現(xiàn)上述兩種要求在技術(shù)處理上是比較困難的， 與此同時(shí)還有必然需要處理的熱隔離問(wèn)題，圓片處于較高溫度下的對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題等。
為了降低預(yù)加熱激光退火設(shè)備的實(shí)現(xiàn)難度，同時(shí)也與已存在的設(shè)備整機(jī)結(jié)構(gòu) 形式相區(qū)別開(kāi)，本發(fā)明提出，采用襯底加熱與圓片步進(jìn)相隔離的整機(jī)實(shí)現(xiàn)方案。 具體地說(shuō)， 一方面使用片臺(tái)從圓片背面對(duì)圓片實(shí)施整片預(yù)加熱，但是片臺(tái)固定不 動(dòng)；在另一方面，逐場(chǎng)步進(jìn)的動(dòng)作采用光束按曝光場(chǎng)步進(jìn)的方式來(lái)進(jìn)行。也就是 片臺(tái)只負(fù)責(zé)加熱，而光束以較高精度執(zhí)行步進(jìn)，共同完成對(duì)整個(gè)圓片的退火。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于半導(dǎo)體制造的激光退火設(shè)備及退火工藝，其特 征在于，所述半導(dǎo)體制造的激光退火設(shè)備是以提供脈沖激光束4的準(zhǔn)分子激光器 1，具有激光光束的擴(kuò)束、勻束、邊沿處理的光路2， 二維精確移動(dòng)平臺(tái)固定在帶 隔振的機(jī)架結(jié)構(gòu)3中部，片臺(tái)10固定在二維精確移動(dòng)平臺(tái)下方，預(yù)加熱控溫臺(tái)9 設(shè)置在片臺(tái)10的中部；在二維精確移動(dòng)平臺(tái)上安裝Y平臺(tái)11， X平臺(tái)12裝置于 Y平臺(tái)ll之上，安裝X、Y鏡面，以及整機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成能實(shí)現(xiàn)超淺結(jié)制造 半導(dǎo)體的激光退火設(shè)備。
所述脈沖激光束的單脈沖能量為500mJ 1.5J，波長(zhǎng)位于193nm 308nm區(qū)
6間，脈寬在幾十納秒量級(jí)，重復(fù)頻率10 1000Hz。
所述準(zhǔn)分子激光器1出射脈沖激光束4經(jīng)擴(kuò)束、整形后，束斑面積擴(kuò)至0. 2cm X0.2cm 3.5cmX3.5cm，根據(jù)產(chǎn)品芯片的面積可調(diào)；經(jīng)過(guò)勻束后，有效退火束 斑內(nèi)的光強(qiáng)均勻性得到提升，至不均勻度《5%;又由邊沿處理系統(tǒng)，將束斑邊緣 不均勻的部分控制在10iirn以內(nèi)；在實(shí)際退火時(shí)，光束邊緣不均勻的部分，是落 在劃片槽之內(nèi)的，因此不影響正式電路元器件的退火效果。
所述預(yù)加熱控溫臺(tái)9從背面對(duì)放置于片臺(tái)10之上的晶圓片5實(shí)施均勻加熱， 控溫范圍為300 60(TC;預(yù)加熱控溫臺(tái)9的加熱部分通過(guò)隔熱材料8與片臺(tái)10 實(shí)施熱隔離；在晶圓片5上方配置隔離罩7，隔離罩7內(nèi)部抽真空或通入工藝氣 體；在隔離罩7頂部是對(duì)準(zhǔn)分子激光透明的窗6，允許退火激光透過(guò)并輻照晶圓 片上的某個(gè)退火場(chǎng)；在片臺(tái)10可帶動(dòng)晶圓片做適度旋轉(zhuǎn)，以補(bǔ)償晶圓片初始放 置位置相對(duì)于激光束運(yùn)動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)偏差。
所述X平臺(tái)12相對(duì)于Y平臺(tái)可做左右向精確運(yùn)動(dòng)，Y鏡面13裝在Y平臺(tái)11 上，X鏡面14固定在X平臺(tái)12上，用于對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)元件15安裝于二維精確移動(dòng) 平臺(tái)上；脈沖激光束4經(jīng)鏡面反射后入射至X鏡面14上，再次反射后，脈沖激 光束4成為方向向下行進(jìn)的光束，用于對(duì)晶圓片表面逐場(chǎng)退火。Y平臺(tái)11可做前 后向運(yùn)動(dòng)，由于X、 Y鏡面隨二維精確移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，因而實(shí)現(xiàn)光束在晶圓片表 面的選區(qū)退火。
所述整機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，控制激光器開(kāi)放/切斷快門(mén)的動(dòng)作，以及二維平臺(tái) 在退火階段的移動(dòng)，需要取得對(duì)激光觸發(fā)脈沖的同步；而加熱控溫則是連續(xù)性的， 無(wú)需同步；該整機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)激光器，光束處理系統(tǒng)，片臺(tái)，二維精確移 動(dòng)平臺(tái)各自的動(dòng)作狀態(tài)，使得整機(jī)協(xié)同工作，共同完成超淺結(jié)激光退火的工藝過(guò)程。
所述激光退火工藝步驟如下
1) 片臺(tái)10上熱隔離罩7升起；
2) 晶圓片5經(jīng)過(guò)預(yù)對(duì)準(zhǔn)后，由機(jī)械手將其送入退火所在的片臺(tái)位置的上方；3) 片臺(tái)頂針升起，接過(guò)晶圓片5;機(jī)械手退出；
4) 片臺(tái)頂針下降，晶圓片5落下并被固定在預(yù)加熱控溫臺(tái)9上；熱隔離罩7 下降；
5) 待晶圓片5預(yù)加熱溫度穩(wěn)定后，通過(guò)用于對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)元件15、 二維移動(dòng) 平臺(tái)的Y平臺(tái)11，和X平臺(tái)12執(zhí)行晶圓片5的對(duì)準(zhǔn)和補(bǔ)償圓片預(yù)對(duì)準(zhǔn)及進(jìn)片過(guò) 程中所造成的剩余硅片旋轉(zhuǎn)量；
6) 根據(jù)對(duì)準(zhǔn)結(jié)果以及激光束和對(duì)準(zhǔn)光束之間距離量，計(jì)算退火激光束所必 需到達(dá)的退火位置陣列；
7) 退火激光束束斑調(diào)至與產(chǎn)品芯片相同的面積。例如，產(chǎn)品單芯片(或者 由幾個(gè)芯片構(gòu)成的陣列)占據(jù)2.0cmX2.0cm的面積，則退火激光束的束斑也調(diào) 至略大于2.0cmX2.0cm，以覆蓋一個(gè)(或幾個(gè))產(chǎn)品芯片的面積，對(duì)范圍內(nèi)的芯 片實(shí)施退火。整機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)控制二維精確移動(dòng)平臺(tái)，使退火激光束束斑行進(jìn) 至退火場(chǎng)位置；打開(kāi)快門(mén)，執(zhí)行一至多個(gè)芯片的脈沖激光退火；
8) 關(guān)閉退火激光快門(mén)，光束行進(jìn)至下一個(gè)退火場(chǎng)，如此重復(fù)，直至晶圓片 整個(gè)表面執(zhí)行完激光退火；
9) 片臺(tái)上熱隔離罩7升起；片臺(tái)頂針升起，托起晶圓片；機(jī)械手進(jìn)入接片 的位置，頂針落下，機(jī)械手接過(guò)晶圓片，并將晶圓片送至冷卻片臺(tái)，最終進(jìn)入收 片_Sl ;
10) 機(jī)械手將另一片待退火的晶圓片，送入片臺(tái)；如此重復(fù)，直至所有晶圓 片均被退火。
本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)超淺結(jié)激光退火的兩項(xiàng)技術(shù)要求，也就是預(yù)加熱和 分場(chǎng)步進(jìn)式的退火作用，是由片臺(tái)和光束移動(dòng)機(jī)構(gòu)分別完成的，因此可以針對(duì)技 術(shù)要求分別實(shí)行優(yōu)化，在具體的設(shè)備實(shí)現(xiàn)上，也更加容易。退火作用如果采用光 束相對(duì)于晶圓片做掃描運(yùn)動(dòng)的形式，則在微觀層面將帶來(lái)退火作用的不均勻性， 因此逐場(chǎng)步進(jìn)式的退火，相對(duì)于掃描方式，能夠得到更好的超淺結(jié)退火效果；最 后作為設(shè)備重要組成部分的懸吊式的光束步進(jìn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于與高溫片臺(tái)在空間上相隔離，將能夠方便地實(shí)現(xiàn)冷卻保溫，有利于提高退火光束質(zhì)量和退火效果的 重復(fù)性、均勻性。


圖1為激光退火設(shè)備的整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為激光退火設(shè)備的預(yù)加熱控溫片臺(tái)的示意圖。 圖3為激光退火設(shè)備的二維精確運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的示意圖。
圖中，1-是產(chǎn)生脈沖激光的激光器；2-是用來(lái)對(duì)激光束進(jìn)行擴(kuò)束、勻束、邊 沿處理的光路；3-是帶隔振的機(jī)架結(jié)構(gòu)，二維精確移動(dòng)的平臺(tái)，和退火晶圓片的 預(yù)加熱承片臺(tái)，都是固定在機(jī)架上的；4-是起退火作用的短脈沖激光束，可由二 維精確運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)，對(duì)晶圓片的表面進(jìn)行選區(qū)退火，且可用快門(mén)控制其通、斷； 5-是固定于片臺(tái)上的晶圓片；6-是隔離罩頂部的對(duì)退火激光的透明窗；7-是熱隔 離罩；8-隔熱材料；9-是片臺(tái)中心部分襯底背面的預(yù)加熱控溫臺(tái)；10-是片臺(tái)， ll-是Y平臺(tái)，可作精確的前后運(yùn)動(dòng)；12-是X平臺(tái)，可作精確的左右運(yùn)動(dòng)；13-是Y反射鏡面；14-是X反射鏡面；15-是用于對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)元件15。圖3中只是示 意地畫(huà)出了對(duì)準(zhǔn)部件中的X反射鏡面。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供提供一種用于半導(dǎo)體激光退火設(shè)備及退火工藝。下面結(jié)合附圖對(duì) 本發(fā)明予以說(shuō)明。
所述的超淺結(jié)激光退火設(shè)備的整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該設(shè)備以準(zhǔn)分子激光器 提供準(zhǔn)分子脈沖激光源，設(shè)備其他的部件，包括具有激光光束的擴(kuò)束、勻束、邊 沿處理的光路，二維精確移動(dòng)平臺(tái)，預(yù)加熱控溫片臺(tái)，以及整機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)， 共同構(gòu)成能實(shí)現(xiàn)超淺結(jié)半導(dǎo)體激光退火設(shè)備。所有這些部件或設(shè)備子系統(tǒng)，均是 基于當(dāng)前現(xiàn)有的常規(guī)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明所強(qiáng)調(diào)的是將這些部件或設(shè)備子系統(tǒng)整 合起來(lái)形成超淺結(jié)激光退火設(shè)備的整機(jī)設(shè)計(jì)方案。具體地說(shuō)
1)退火激光源采用單脈沖能量處于500mJ 1.5J區(qū)間，波長(zhǎng)位于193nm 308nm區(qū)間，脈寬在幾十納秒量級(jí)，重復(fù)頻率10 1000Hz的準(zhǔn)分子脈沖激光器。2) 準(zhǔn)分子激光器出射激光經(jīng)擴(kuò)束、整形后，束斑面積擴(kuò)至Q.2cmX0.2cm 3.5cmX3.5cm (視具體產(chǎn)品芯片的面積可調(diào))；經(jīng)過(guò)勻束后，有效退火束斑內(nèi)的 光強(qiáng)均勻性得到提升，至不均勻度《5%;又由邊沿處理系統(tǒng)，將束斑邊緣不均勻 的部分控制在10wm以內(nèi)。在實(shí)際退火時(shí)，光束邊緣不均勻的部分，將落在劃片 槽之內(nèi)，不影響正式電路元器件的退火效果。
3) 經(jīng)過(guò)上述的光束處理，光束質(zhì)量經(jīng)調(diào)整已可適用于超淺結(jié)激光退火的目的。
4) 被退火的晶圓片放置于片臺(tái)之上。片臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意如附圖2所示。片臺(tái) 特征為，可從背面對(duì)圓片5實(shí)施均勻加熱，控溫范圍為300 600'C;加熱部分通 過(guò)隔熱材料8與片臺(tái)的其余部分10實(shí)施熱隔離；在晶圓片上方配置隔離罩7，隔
離罩的主要作用是用作熱隔離，內(nèi)部可以抽真空，以及通入工藝氣體；在隔離罩
頂部是對(duì)準(zhǔn)分子激光透明的窗6,允許退火激光透過(guò)并輻照晶圓片上的某個(gè)退火 場(chǎng)；片臺(tái)可帶動(dòng)晶圓片做適度旋轉(zhuǎn)，以補(bǔ)償晶圓片初始放置位置相對(duì)于激光束運(yùn) 動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)偏差。
5) 激光束入射到X、 Y鏡面上，而X、 Y鏡面是分別安裝于二維精確移動(dòng)平 臺(tái)上的X平臺(tái)、Y平臺(tái)上，并隨二維精確移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，因而可以實(shí)現(xiàn)光束在晶 圓片表面的選區(qū)退火。二維精確移動(dòng)平臺(tái)具體的結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。脈沖激光 束4首先入射至Y鏡面13上，經(jīng)鏡面反射后入射至X鏡面14上，再次反射后， 成為方向向下行進(jìn)的光束，用于對(duì)晶圓片表面逐場(chǎng)退火。Y平臺(tái)11可做前后向運(yùn) 動(dòng)，而X平臺(tái)12裝置于Y平臺(tái)11之上并相對(duì)于Y平臺(tái)可做左右向精確運(yùn)動(dòng)，由 此形成光束束斑在晶圓片表面的步進(jìn)。步進(jìn)動(dòng)作期間，由自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出指令， 令激光光束快門(mén)關(guān)閉因而切斷退火激光。用于對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)元件15也是安裝于二 維精確移動(dòng)平臺(tái)上的，并且對(duì)準(zhǔn)光束按照退火激光束的同樣原理，由二維平臺(tái)帶 動(dòng)，在晶圓片表面搜尋對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
6) '整機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)操控下運(yùn)行。通過(guò)自控系統(tǒng)，協(xié)調(diào)激光器，光束處 理系統(tǒng)，片臺(tái)，和二維精確移動(dòng)平臺(tái)各自的動(dòng)作狀態(tài)，使得整機(jī)協(xié)同工作，共同完成超淺結(jié)激光退火的工藝過(guò)程。
所述超淺結(jié)激光退火的工藝過(guò)程，具體的步驟如下
1) 片臺(tái)熱隔離罩7升起；
2) 晶圓片5經(jīng)過(guò)預(yù)對(duì)準(zhǔn)后，由機(jī)械手將其送入退火所在的片臺(tái)位置的上方;
3) 片臺(tái)頂針升起，接過(guò)晶圓片；機(jī)械手退出；
4) 片臺(tái)頂針下降，晶圓片落下并被固定在預(yù)加熱器9上；熱隔離罩下降；
5) 晶圓片預(yù)加熱溫度穩(wěn)定后，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)及二維移動(dòng)平臺(tái)的X平臺(tái)12裝 置于Y平臺(tái)11上，執(zhí)行晶圓片的對(duì)準(zhǔn)；執(zhí)行片臺(tái)旋轉(zhuǎn)以補(bǔ)償圓片預(yù)對(duì)準(zhǔn)及進(jìn)片 過(guò)程中所造成的剩余硅片旋轉(zhuǎn)量；
6) 根據(jù)對(duì)準(zhǔn)結(jié)果以及激光束和對(duì)準(zhǔn)光束之間距離量，計(jì)算退火激光束所必 需到達(dá)的退火位置陣列；
7) 退火激光束束斑調(diào)至適當(dāng)?shù)拿娣e，整機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)控制二維精確移動(dòng) 平臺(tái)，使退火激光束束斑行進(jìn)至退火場(chǎng)位置；打開(kāi)快門(mén)，執(zhí)行一至多個(gè)芯片的脈 沖激光退火；
8) 關(guān)閉退火激光快門(mén)，光束行進(jìn)至下一個(gè)退火場(chǎng)，如此重復(fù)，直至晶圓片 整個(gè)表面執(zhí)行完激光退火；
9) 片臺(tái)熱隔離罩7升起；片臺(tái)頂針升起，托起晶圓片；機(jī)械手進(jìn)入接片的 位置，頂針落下，機(jī)械手接過(guò)晶圓片，并將晶圓片送至冷卻片臺(tái)，最終進(jìn)入收片 盒；
10) 機(jī)械手將另一片待退火的晶圓片，送入片臺(tái)；如此重復(fù)，直至所有晶圓 片均被退火。
權(quán)利要求
1. 一種用于半導(dǎo)體制造的激光退火設(shè)備，其特征在于，所述激光退火設(shè)備以準(zhǔn)分子激光器提供準(zhǔn)分子脈沖激光源，包括具有激光光束的擴(kuò)束、勻束、邊沿處理的光路，二維精確移動(dòng)平臺(tái)，預(yù)加熱控溫片臺(tái)，以及整機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成能實(shí)現(xiàn)超淺結(jié)半導(dǎo)體激光退火設(shè)備。所述準(zhǔn)分子脈沖激光源的單脈沖能量為500mJ～1.5J，波長(zhǎng)位于193nm～308nm區(qū)間，脈寬在幾十納秒量級(jí)，重復(fù)頻率10～1000Hz。所述準(zhǔn)分子激光器出射激光經(jīng)擴(kuò)束、整形后，束斑面積擴(kuò)至0.2cm×0.2cm～3.5cm×3.5cm(視具體產(chǎn)品芯片的面積可調(diào))；經(jīng)過(guò)勻束后，有效退火束斑內(nèi)的光強(qiáng)均勻性得到提升，至不均勻度≤5％；又由邊沿處理系統(tǒng)，將束斑邊緣不均勻的部分控制在10μm以內(nèi)。在實(shí)際退火時(shí)，光束邊緣不均勻的部分，是落在劃片槽之內(nèi)的，因此不影響正式電路元器件的退火效果。所述預(yù)加熱控溫片臺(tái)，從背面對(duì)放置于片臺(tái)之上晶圓片實(shí)施均勻加熱，控溫范圍為300～600℃；加熱部分通過(guò)隔熱材料與片臺(tái)的其余部分實(shí)施熱隔離；在晶圓片上方配置隔離罩，隔離罩內(nèi)部可以抽真空或通入工藝氣體；在隔離罩頂部是對(duì)準(zhǔn)分子激光透明的窗，允許退火激光透過(guò)并輻照晶圓片上的某個(gè)退火場(chǎng)；片臺(tái)可帶動(dòng)晶圓片做適度旋轉(zhuǎn)，以補(bǔ)償晶圓片初始放置位置相對(duì)于激光束運(yùn)動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)偏差。所述二維精確移動(dòng)平臺(tái)上安裝X、Y鏡面，激光束入射到X、Y鏡面上，X、Y鏡面隨二維精確移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，因而實(shí)現(xiàn)光束在晶圓片表面的選區(qū)退火。所述整機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，控制激光器開(kāi)放/切斷快門(mén)的動(dòng)作，以及二維平臺(tái)在退火階段的移動(dòng)，需要取得對(duì)激光觸發(fā)脈沖的同步；而加熱控溫則是連續(xù)性的，無(wú)需同步；該整機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)激光器，光束處理系統(tǒng)，片臺(tái)，二維精確移動(dòng)平臺(tái)各自的動(dòng)作狀態(tài)，使得整機(jī)協(xié)同工作，共同完成超淺結(jié)激光退火的工藝過(guò)程。
2. —種用于半導(dǎo)體激光退火設(shè)備的退火工藝，其特征在于，所述激光退火工藝步驟如下1) 片臺(tái)熱隔離罩(7)升起；2) 晶圓片(5)經(jīng)過(guò)預(yù)對(duì)準(zhǔn)后，由機(jī)械手將其送入退火所在的片臺(tái)位置的上方；3) 片臺(tái)頂針升起，接過(guò)晶圓片(5);機(jī)械手退出；4) 片臺(tái)頂針下降，晶圓片(5)落下并被固定在預(yù)加熱器(9)上；熱隔離罩(7)下降；隔離罩內(nèi)部抽真空或通入工藝氣體；在隔離罩頂部是對(duì)準(zhǔn)分子激 光透明的窗(6)，允許退火激光透過(guò)并輻照晶圓片上的某個(gè)退火場(chǎng)；5) 待晶圓片(5)預(yù)加熱溫度穩(wěn)定后，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)及二維移動(dòng)平臺(tái)的Y平 臺(tái)(11)和X平臺(tái)(12)執(zhí)行晶圓片(5)的對(duì)準(zhǔn)，和補(bǔ)償圓片預(yù)對(duì)準(zhǔn)及進(jìn)片過(guò) 程中所造成的剩余硅片旋轉(zhuǎn)量；6) 根據(jù)對(duì)準(zhǔn)結(jié)果以及激光束和對(duì)準(zhǔn)光束之間距離量，計(jì)算退火激光束所必 需到達(dá)的退火位置陣列；7) 退火激光束束斑調(diào)至與產(chǎn)品芯片相同的面積。例如，產(chǎn)品單芯片(或者 由幾個(gè)芯片構(gòu)成的陣列)占據(jù)2.0cmX2.0cm的面積，則退火激光束的束斑也調(diào) 至略大于2.0craX2.0cm，以覆蓋一個(gè)(或幾個(gè))產(chǎn)品芯片的面積，對(duì)范圍內(nèi)的芯 片實(shí)施退火。整機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)控制二維精確移動(dòng)平臺(tái)，使退火激光束束斑行進(jìn) 至退火場(chǎng)位置；打開(kāi)快門(mén)，執(zhí)行一至多個(gè)芯片的脈沖激光退火；8) 關(guān)閉退火激光快門(mén)，光束行進(jìn)至下一個(gè)退火場(chǎng)，如此重復(fù)，直至晶圓片 整個(gè)表面執(zhí)行完激光退火；9) 片臺(tái)熱隔離罩(7)升起；片臺(tái)頂針升起，托起晶圓片；機(jī)械手進(jìn)入接片的位置，頂針落下，機(jī)械手接過(guò)晶圓片，并將晶圓片送至冷卻片臺(tái)，最終進(jìn)入收片盒510) 機(jī)械手將另一片待退火的晶圓片，送入片臺(tái)；如此重復(fù)，直至所有晶圓 片均被退火。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體激光退火的設(shè)備，其特征在于，退火所用 的準(zhǔn)分子激光器，也可以選用重復(fù)頻率大于10kHz (10kHz 50kHz)的脈沖激光器。在這種情況下，保持設(shè)備的所有其他部件不變，僅需將退火作用的模式變化 為掃描式退火，也就是說(shuō)退火激光光束的束斑在移動(dòng)平臺(tái)的帶動(dòng)下，勻速地掃描 通過(guò)圓片表面待退火的面積，仍然能夠完成激光退火，獲得良好的雜質(zhì)激活效果。 以此處所描述之掃描式的退火，為本發(fā)明"激光退火設(shè)備及相應(yīng)退火工藝技術(shù)"的擴(kuò)展性選項(xiàng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于半導(dǎo)體制造設(shè)備范圍的一種用于半導(dǎo)體激光退火設(shè)備及退火工藝。該激光退火設(shè)備，由準(zhǔn)分子激光源，激光光束的擴(kuò)束、勻束、邊沿處理等的光路，二維精確移動(dòng)平臺(tái)，預(yù)加熱控溫片臺(tái)，以及整機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成。其中退火激光源采用先進(jìn)的大功率準(zhǔn)分子脈沖激光。激光器出射激光經(jīng)擴(kuò)束、整形、勻束、邊沿處理后，經(jīng)過(guò)鏡面系統(tǒng)反射，最終照射到待退火晶圓片表面的退火場(chǎng)。本發(fā)明對(duì)預(yù)加熱和逐場(chǎng)步進(jìn)技術(shù)要求實(shí)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)更加容易。由于采用逐場(chǎng)步進(jìn)式退火，帶來(lái)更加均勻的場(chǎng)內(nèi)、場(chǎng)間退火效果。能夠方便地對(duì)光束處理系統(tǒng)和精確移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行冷卻保溫，有利于提高退火光束質(zhì)量和退火效果的重復(fù)性、均勻性。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101459057SQ20081024110
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者嚴(yán)利人, 朋 劉, 劉志弘, 衛(wèi) 周, 竇維治 申請(qǐng)人:清華大學(xué)