專利名稱：一種采用激光輔助加熱的激光退火方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造設(shè)備和方法，特別是涉及一種采用激光輔助加熱的激光退火的方法及裝置。
背景技術(shù)：
激光工藝在半導(dǎo)體生產(chǎn)中取得了很好的應(yīng)用效果。使用激光工藝進(jìn)行擴(kuò)散、摻雜雜質(zhì)，其目的是為了獲得沉積不深的突變結(jié)和建立歐姆觸電等。激光退火能對(duì)注入的雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)電激活，消除結(jié)構(gòu)的輻射缺陷，還發(fā)現(xiàn)激光能使硅外延結(jié)晶和吸收半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的氣體。激光退火工藝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在退火工程中不會(huì)生成其他的產(chǎn)物。
基于目前大多數(shù)的激光退火方法都是在半導(dǎo)體材料進(jìn)行激光退火工藝前，增加一道預(yù)熱的工藝，這樣可以有效的消除半導(dǎo)體表面的徑向缺陷和活化注入半導(dǎo)體的離子。但是這樣做的缺點(diǎn)是工序復(fù)雜，成本高，半導(dǎo)體表面受熱不均勻的話離子活化效率低。也有采用輔助加熱方法的，但是加熱源一般和退火激光的方向不一致，這樣的缺點(diǎn)是加熱的區(qū)域和激光退火區(qū)域的重合程度不高，調(diào)整位置比較困難。當(dāng)設(shè)備工作時(shí)，一般采取激光退火光源定點(diǎn)照射，半導(dǎo)體材料被固定到載物臺(tái)上，隨載物臺(tái)一起緩慢的步進(jìn)。這種方法的缺點(diǎn)是加工速度慢，加工工時(shí)長(zhǎng)，不利于規(guī)?；纳a(chǎn)。還有的方法是將半導(dǎo)體材料固定到載物臺(tái)轉(zhuǎn)盤上，工作時(shí)半導(dǎo)體材料隨轉(zhuǎn)盤自轉(zhuǎn)，同時(shí)載物臺(tái)向前步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，從而在半導(dǎo)體表面完成從外向內(nèi)的，或由內(nèi)向外的圓周旋轉(zhuǎn)式激光退火。這種激光退火沖方法的缺點(diǎn)在于不能對(duì)半導(dǎo)體表面指定區(qū)域范圍進(jìn)行激光退火，不夠方便靈活。
我公司獨(dú)立設(shè)計(jì)的采用激光輔助加熱的激光退火設(shè)備，拋棄了傳統(tǒng)觀念的束縛。 采用掃描式激光退火光源這一新穎的設(shè)計(jì)理念。需要退火的半導(dǎo)體材料被固定在載物臺(tái)上。載物臺(tái)可以在上下、左右、前后方向微動(dòng)。以便于調(diào)節(jié)激光退火時(shí)半導(dǎo)體材料所處的最佳退火位置。輔助加熱的激光光源和用于激光退火的激光光源，同軸傳輸?shù)揭粋€(gè)可調(diào)節(jié)全反鏡上，反射后照射到半導(dǎo)體材料上。
可調(diào)節(jié)全反鏡被裝配在一個(gè)精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)上，由電動(dòng)控制，能夠在軸向和徑向兩個(gè)方向上做擺動(dòng)，擺動(dòng)速度快，重復(fù)精度高，可以精確定位。這樣經(jīng)過(guò)可調(diào)節(jié)全反鏡反射的用于輔助加熱激光光束和用于激光退火的激光光束就能夠在半導(dǎo)體表面水平方向和豎直方向上進(jìn)行掃描，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于半導(dǎo)體表面全覆蓋范圍的激光退火。
在系統(tǒng)中插入CXD相機(jī)圖像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，時(shí)刻觀察半導(dǎo)體退火的效果，保證激光退火的效率。
我公司獨(dú)特設(shè)計(jì)的采用激光輔助加熱的激光退火方法比較其他激光退火方法的優(yōu)點(diǎn)在于
1.用于輔助加熱的激光光源和用于激光退火的激光光源同光軸傳輸，保證了退火處的半導(dǎo)體材料被充分的激活；
2.退火激光在半導(dǎo)體表面的照射位置可以在水平、豎直方向掃描，能有利于對(duì)半導(dǎo)體需要進(jìn)行激光退火處理位置的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、定位激光退火。使退火方式更加靈活；
3.退火激光通過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行掃描退火，掃描速度快，因而激光退火的效率高；
4.在光路中加入CXD圖像檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體表面的退火效果，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)，保證了激光退火的效率。
因此采用激光輔助加熱的激光退火技術(shù)在半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)，引起人們的高度重視，成為激光領(lǐng)域中比較熱門的研究方向。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)的激光退火方法和裝置的不足，從而提供一種采用激光輔助加熱的激光退火的方法及裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種采用激光輔助加熱的激光退火裝置，該裝置基于掃描式的激光退火光源實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體表面指定區(qū)域的激光退火，所述裝置包含同軸光束生成單元和掃描光學(xué)系統(tǒng)單元；所述同軸光束生成單元，用于將輔助加熱的激光光源和激光退火的退火光源采用同光軸傳輸；所述掃描光學(xué)系統(tǒng)單元，用于接收入射的同光軸光束，將同光軸光束包含的輔助加熱的激光光源轉(zhuǎn)化為合適大小的光斑，并將同光軸光束包含的退火光源在半導(dǎo)體表面的照射位置進(jìn)行水平和豎直方向掃描，調(diào)整對(duì)半導(dǎo)體表面進(jìn)行激光退火處理的位置。
可選的，所述同軸光束生成單元進(jìn)一步包含如下單元兩臺(tái)獨(dú)立的激光器、高反鏡、合束鏡和一調(diào)整單元；所述兩臺(tái)獨(dú)立的激光器，其中一臺(tái)激光器產(chǎn)生長(zhǎng)波長(zhǎng)用于為半導(dǎo)體材料進(jìn)行輔助加熱的激光光源；另外一臺(tái)激光器產(chǎn)生短波長(zhǎng)激光，用于產(chǎn)生為半導(dǎo)體材料表面進(jìn)行激光退火的退火光源；所述高全反鏡位于輔助加熱的激光光源的入射線上，用于將輔助加熱的激光光束經(jīng)過(guò)其反射轉(zhuǎn)向照射到所述合束鏡的后表面；所述合束鏡位于退火光源的入射線上，其上鍍有針對(duì)輔助加熱激光波長(zhǎng)的高反射率膜，使得輔助加熱激光光束再一次轉(zhuǎn)向傳輸；同時(shí)退火光源入射到所述合束鏡的前表面，在合束鏡的前表面鍍有針對(duì)激光退火激光波長(zhǎng)的高透過(guò)率膜，用于激光退火的激光光束透過(guò)合束鏡繼續(xù)向前傳輸； 所述調(diào)整單元，用于調(diào)整高全反鏡和合束鏡的相對(duì)位置，從而改變用于輔助加熱的激光光束經(jīng)合束鏡反射后的光束指向，使得用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束同軸傳輸。
其中，所述高反鏡的前表面和合束鏡的后表面鍍有高反射膜，該高反射膜可針對(duì)反射波長(zhǎng)范圍在190nm-1100nm之間的光波反射；所述合束鏡的前表面還鍍?cè)鐾改ぃ撛鐾改さ姆瓷洳ㄩL(zhǎng)范圍在190nm-532nm之間。
可選的，所述掃描光學(xué)系統(tǒng)單元被裝配在一個(gè)能夠軸向和徑向擺動(dòng)的電動(dòng)控制系統(tǒng)上，該掃描光學(xué)系統(tǒng)單元進(jìn)一步包含轉(zhuǎn)向鏡鏡和一個(gè)聚焦透鏡。
所述轉(zhuǎn)向鏡組用于兩次改變同軸光束的傳播方向，使得同軸光束自上而下照射到需要進(jìn)行退火的半導(dǎo)體材料表面；當(dāng)電動(dòng)控制系統(tǒng)接收到軸向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組的兩次反射在半導(dǎo)體表面水平方向進(jìn)行掃描；當(dāng)電動(dòng)控制系統(tǒng)接收到徑向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組的兩次反射可以在半導(dǎo)體表面豎直方向進(jìn)行掃描，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面的激光退火掃描。
所述聚焦鏡的用于將同軸光束在半導(dǎo)體材料表面聚焦成規(guī)定尺寸的光斑。
其中，所述轉(zhuǎn)向鏡組為兩塊同水平面放置的等腰直角棱鏡全反鏡。
優(yōu)化的，所述半導(dǎo)體材料被固定在載物平臺(tái)上，該載物平臺(tái)能在前、后、左右方向上進(jìn)行的移動(dòng)，以便調(diào)整激光退火光源在半導(dǎo)體表面的最佳位置；所述載物平臺(tái)也能在上下方向上移動(dòng)，以確保在半導(dǎo)體表面的聚焦的激光退火光斑符合加工的要求。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述系統(tǒng)還包含在同軸光束進(jìn)入掃描光學(xué)系統(tǒng)前的光路中加入 CCD圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單元，該單元用于對(duì)半導(dǎo)體表面退火效果和激光聚焦后的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
基于上述裝置本發(fā)明還提供一種采用激光輔助加熱的激光退火方法，該方法基于掃描式的激光退火光源實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體表面指定區(qū)域的激光退火，所述方法為將用于輔助加熱的激光光源和用于激光退火的退火光源采用同光軸傳輸?shù)牟呗赃M(jìn)行同軸傳輸，然后經(jīng)由掃描光學(xué)系統(tǒng)單元將同軸光束在水平和豎直方向掃描半導(dǎo)體表面，進(jìn)行激光退火；其中， 所述水平和豎直方向掃描受控于一電動(dòng)控制系統(tǒng)，該電動(dòng)控制系統(tǒng)采用檢流計(jì)控制結(jié)構(gòu)， 將對(duì)該電動(dòng)控制系統(tǒng)輸入電壓的控制轉(zhuǎn)化為對(duì)掃描轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了激光光束在水平方向和豎直方向上的掃描。
可選的，所述同光軸傳輸?shù)牟呗詾?br> 用于輔助加熱的激光光束經(jīng)過(guò)高反鏡轉(zhuǎn)向照射到合束鏡的后表面，合束鏡的后表面鍍有針對(duì)輔助加熱激光波長(zhǎng)的高反射率膜，使得輔助加熱激光光束再一次轉(zhuǎn)向傳輸；用于激光退火的激光光束入射到合束鏡的前表面，在合束鏡的前表面鍍有針對(duì)激光退火激光波長(zhǎng)的高透過(guò)率膜，用于激光退火的激光光束透過(guò)合束鏡繼續(xù)向前傳輸；基于以上所述用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束就朝著相同的方向傳輸，調(diào)整高反鏡和合束鏡的相對(duì)位置，從而改變用于輔助加熱的激光光束經(jīng)合束鏡反射后的光束指向，就可以使得用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束同軸傳輸。
可選的，所述掃描為同軸傳輸?shù)挠糜谳o助加熱激光光束和用于激光退火的激光光束傳輸?shù)綊呙韫鈱W(xué)系統(tǒng)，掃描光學(xué)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向鏡組和一個(gè)聚焦透鏡組成；轉(zhuǎn)向鏡組用于兩次改變同軸光束的傳播方向，使得同軸光束自上而下照射到需要進(jìn)行退火的半導(dǎo)體材料表面；其中，所述掃描光學(xué)系統(tǒng)位于一軸向和徑向擺動(dòng)的電動(dòng)控制系統(tǒng)上，當(dāng)調(diào)整架接收到軸向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組的兩次反射可以在半導(dǎo)體表面水平方向進(jìn)行掃描；同樣當(dāng)調(diào)整架接收到徑向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組的兩次反射在半導(dǎo)體表面豎直方向進(jìn)行掃描，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面的激光退火掃描；所述聚焦鏡的作用是將同軸光束在半導(dǎo)體材料表面聚焦成規(guī)定尺寸的光斑；所述轉(zhuǎn)向鏡組為兩塊同水平面放置的等腰直角棱鏡全反鏡。
優(yōu)化的，所述半導(dǎo)體材料被固定在載物平臺(tái)上，載物平臺(tái)可以在前后左右方向上進(jìn)行小范圍的移動(dòng)，以便調(diào)整激光退火光源在半導(dǎo)體表面的最佳位置；所述載物平臺(tái)也可以在上下方向上進(jìn)行精確地移動(dòng)，以確保在半導(dǎo)體表面的聚焦的激光退火光斑符合加工的要求。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述方法還包含
在所述進(jìn)入掃描光學(xué)系統(tǒng)前的光路中加入CCD圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單元，用于對(duì)半導(dǎo)體表面退火效果和激光聚焦后的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
本發(fā)明的優(yōu)越性本發(fā)明通過(guò)一種采用激光輔助加熱的激光退火方法。用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束同軸傳輸，最終照射到半導(dǎo)體材料表面。從而實(shí)現(xiàn)了在正式激光退火前在半導(dǎo)體表面利用激光輔助加熱的方法給半導(dǎo)體表面進(jìn)行活化的目的。同軸光束經(jīng)過(guò)光學(xué)掃描系統(tǒng)后反射光可以在半導(dǎo)體材料的表面上沿水平和豎直方向進(jìn)行掃描。這克服了傳統(tǒng)激光退火設(shè)備中激光退火光源定點(diǎn)照射的弊端，使得激光退火的可選擇范圍更加具有靈活性，可以在制定的區(qū)域范圍內(nèi)完成激光退火工藝。操作簡(jiǎn)單，退火效率高，完成速度快，工藝先進(jìn)，便于設(shè)備化的集成，維護(hù)方便，非常有利于規(guī)模化半導(dǎo)體材料生產(chǎn)過(guò)程中退火工藝采用。
本發(fā)明提供一種采用激光輔助加熱的激光退火方法，解決了以往激光退火方法中半導(dǎo)體表面沒(méi)有預(yù)先活化的缺點(diǎn)。輔助加熱激光光束和退火激光光束在半導(dǎo)體材料表面以水平和豎直方向掃描方式退火，徹底改變了以往半導(dǎo)體材料的激光退火方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于指定區(qū)域的激光退火，方便生產(chǎn)加工、更有利于優(yōu)化半導(dǎo)體生產(chǎn)工程中的激光退火工藝， 該方法可以用于對(duì)于指定位置的半導(dǎo)體進(jìn)行激光退火。通過(guò)電動(dòng)控制，大大簡(jiǎn)化了半導(dǎo)體生產(chǎn)制造過(guò)程中激光退火的工藝。該方法整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便制造商使用。


圖Ι-a是本發(fā)明的采用激光輔助加熱的激光退火方法的裝置組成框圖Ι-b是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種采用激光輔助加熱的激光退火方法的裝置圖2是本發(fā)明采用激光輔助加熱的激光退火裝置包含的掃描光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)鏡子的轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)光束在半導(dǎo)體表面橫向掃描的示意圖3是是本發(fā)明采用激光輔助加熱的激光退火裝置包含的掃描光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)鏡子的轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)光束在半導(dǎo)體表面縱向掃描的示意圖4是本發(fā)明采用的激光輔助加熱的激光退火方法的流程示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種同軸光束形成步驟流程圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的掃描半導(dǎo)體表面的退火位置的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
圖Ι-a所示，該圖為本發(fā)明提供的裝置的組成框圖，所述裝置包含雙光源發(fā)聲單元101、同軸光束生成單元102、掃描光學(xué)系統(tǒng)單元103和用于放置被加工半導(dǎo)體的載物臺(tái)單元104。
所述同軸光束生成單元102，用于將雙光源發(fā)聲單元101發(fā)射的輔助加熱的激光光源和激光退火的退火光源采用同光軸傳輸；所述掃描光學(xué)系統(tǒng)單元103，用于接收入射的同光軸光束，將同光軸光束包含的輔助加熱的激光光源轉(zhuǎn)化為合適大小的光斑，并將同光軸光束包含的退火光源在半導(dǎo)體表面的照射位置進(jìn)行水平和豎直方向掃描，調(diào)整對(duì)位于載物臺(tái)的半導(dǎo)體104的表面進(jìn)行激光退火處理的位置。
用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束可為相同或不同光束，當(dāng)用于激光退火的激光光束入射到合束鏡的前表面時(shí)，因?yàn)楹鲜R的前表面鍍有增透膜，這使得用于激光退火的激光光束直接透射。也就是說(shuō)用于激光退火的激光光束的指向性不會(huì)發(fā)生任何改變，仍然沿著原來(lái)的光路傳輸。用于激光輔助加熱的激光光束當(dāng)入射到高反鏡的前表面和合束鏡的后表面度高反射膜的時(shí)候，由于表面上鍍有高反射膜所以會(huì)發(fā)生反射。
所述全反鏡和合束鏡是如何調(diào)節(jié)使兩束光同光軸傳輸?shù)木唧w策略為
動(dòng)作一調(diào)節(jié)高反鏡后面的兩個(gè)推進(jìn)螺母可以改變激光輔助加熱的激光光束經(jīng)高反鏡發(fā)射后的光束指向性，從而改變激光輔助加熱的激光光束入射到合束鏡的后表面的位置。要想使兩束光同光軸傳輸，一定要使調(diào)節(jié)激光輔助加熱的激光光束在合束鏡的后表面的入射點(diǎn)和激光退火的激光光束在合束鏡的后表面的出射點(diǎn)一致。動(dòng)作二 然后再調(diào)節(jié)合束鏡后面的兩個(gè)推進(jìn)螺母(在調(diào)解過(guò)程中激光退火的激光光束是不受任何影響的)使激光輔助加熱的激光光束的指向性和激光退火的激光光束的指向性一致，即雙光束同光軸傳輸。注意在調(diào)節(jié)合束鏡后面的兩個(gè)推進(jìn)螺母的時(shí)候，原來(lái)已經(jīng)調(diào)好的激光輔助加熱的激光光束在合束鏡的后表面的入射點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，因此需要重復(fù)動(dòng)作一和動(dòng)作二，最終使兩束光同光軸傳輸。
其中，上述技術(shù)方案在高反鏡的前表面和合束鏡的后表面鍍高反射膜的時(shí)候，反射波長(zhǎng)范圍在190nm-lIOOnm之間；在合束鏡的前表面鍍?cè)鐾改さ臅r(shí)候，反射波長(zhǎng)范圍在 190nm-53aim 之間。
實(shí)施例1
如圖l_b所示，本發(fā)明采用了用于激光退火的激光光源同軸傳輸?shù)募す廨o助加熱光源，優(yōu)化了待退火半導(dǎo)體材料表面的活性，大大提升了激光退火的效率和效果。本發(fā)明方法獨(dú)創(chuàng)了退火光源在半導(dǎo)體材料表面水平和豎直方向上進(jìn)行激光退火掃描的方法，改變了傳統(tǒng)的用于激光退火光源定點(diǎn)照射，半導(dǎo)體材料在載物平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)的激光退火方式。改進(jìn)后的激光退火方法，可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體表面指定區(qū)域的激光退火，這是傳統(tǒng)的激光退火設(shè)備所不具備的特點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是利用輔助加熱激光光源和激光退火光源同軸傳輸?shù)姆绞?，利用電氣化精密機(jī)械系統(tǒng)控制掃描光學(xué)系統(tǒng)的位置，實(shí)現(xiàn)了雙光源在半導(dǎo)體表面水平和豎直方向上的掃描。從而提供了一種可以廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體退火工藝的采用激光輔助加熱的激光退火方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種采用激光輔助加熱的激光退火方法，采取激光輔助加熱光源和激光退火光源同軸傳輸?shù)姆绞健＜す庀到y(tǒng)有兩臺(tái)獨(dú)立的激光器組成。一臺(tái)激光器產(chǎn)生長(zhǎng)波長(zhǎng)激光，目的是給半導(dǎo)體材料進(jìn)行輔助加熱；另外一臺(tái)激光器產(chǎn)生短波長(zhǎng)激光，目的是為半導(dǎo)體材料進(jìn)行激光退火。
用于輔助加熱的激光光束經(jīng)過(guò)全反鏡轉(zhuǎn)向照射到合束鏡的后表面，合束鏡的后表面鍍有針對(duì)輔助加熱激光波長(zhǎng)的高反射率膜，使得輔助加熱激光光束再一次轉(zhuǎn)向傳輸。用于激光退火的激光光束入射到合束鏡的前表面，在合束鏡的前表面鍍有針對(duì)激光退火激光波長(zhǎng)的高透過(guò)率膜，用于激光退火的激光光束透過(guò)合束鏡繼續(xù)向前傳輸。這樣用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束就朝著相同的方向傳輸。調(diào)整全反鏡和合束鏡的相對(duì)位置，從而改變用于輔助加熱的激光光束經(jīng)合束鏡反射后的光束指向，就可以使得用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束同軸傳輸。
同軸傳輸?shù)挠糜谳o助加熱激光光束和用于激光退火的激光光束傳輸?shù)綊呙韫鈱W(xué)系統(tǒng)。掃描光學(xué)系統(tǒng)由一個(gè)全反鏡和一個(gè)聚焦透鏡組成。全反鏡的功能是改變同軸光束的傳播方向，使得同軸光束自上而下照射到需要進(jìn)行退火的半導(dǎo)體材料表面。整個(gè)掃描光學(xué)系統(tǒng)被裝配在一個(gè)精密的可以在軸向和徑向擺動(dòng)的電動(dòng)控制系統(tǒng)上。當(dāng)調(diào)整架接收到軸向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)全反鏡的反射可以在半導(dǎo)體表面X方向(規(guī)定為水平方向)進(jìn)行掃描(如圖2)；同樣當(dāng)調(diào)整架接收到徑向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)全反鏡的反射可以在半導(dǎo)體表面Y方向(規(guī)定為豎直方向)進(jìn)行掃描(如圖3)。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面的激光退火掃描。聚焦鏡的作用是將同軸光束在半導(dǎo)體材料表面聚焦成規(guī)定尺寸的光斑。
經(jīng)過(guò)聚焦透鏡聚焦的同軸光束的光斑照射到半導(dǎo)體材料表面。半導(dǎo)體材料被固定在載物平臺(tái)上，載物平臺(tái)可以在前后左右方向上進(jìn)行小范圍的移動(dòng)，以便調(diào)整激光退火光源在半導(dǎo)體表面的最佳位置。載物平臺(tái)也可以在上下方向上進(jìn)行精確地移動(dòng)，以確保在半導(dǎo)體表面的聚焦的激光退火光斑符合加工的要求。
在系統(tǒng)中加入了 CCD圖像采集系統(tǒng)，用于對(duì)半導(dǎo)體表面進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，觀察激光退火的效果，從而提高了激光退火的效率。
本發(fā)明還提供一種采用的激光輔助加熱的激光退火方法，所述方法和上述技術(shù)方案所述的裝置基于同樣的設(shè)計(jì)構(gòu)思。
如圖4所示，該圖為本發(fā)明提供的采用的激光輔助加熱的激光退火方法的流程示意圖，所述方法包含如下步驟
步驟401，將用于輔助加熱的激光光源和用于激光退火的退火光源采用同光軸傳輸?shù)牟呗赃M(jìn)行傳輸，。
步驟402，將同軸光束在水平和豎直方向掃描半導(dǎo)體表面，進(jìn)行激光退火；
其中，所述掃描受控于一電動(dòng)控制系統(tǒng)。
本發(fā)明所采用的電動(dòng)控制系統(tǒng)是現(xiàn)有的電動(dòng)控制系統(tǒng)，在此不做贅述。
實(shí)施例2
如圖5所示，該圖為上述方法所述的同光軸傳輸?shù)牟呗缘目蛇x策略之一，具體包含
步驟501，用于輔助加熱的激光光束經(jīng)過(guò)高反鏡轉(zhuǎn)向照射到合束鏡的后表面，合束鏡的后表面鍍有針對(duì)輔助加熱激光波長(zhǎng)的高反射率膜，使得輔助加熱激光光束再一次轉(zhuǎn)向傳輸。
步驟502，用于激光退火的激光光束入射到合束鏡的前表面，在合束鏡的前表面鍍有針對(duì)激光退火激光波長(zhǎng)的高透過(guò)率膜，用于激光退火的激光光束透過(guò)合束鏡繼續(xù)向前傳輸。
步驟503，調(diào)整高反鏡和合束鏡的相對(duì)位置，從而改變用于輔助加熱的激光光束經(jīng)合束鏡反射后的光束指向，使得用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束同軸傳輸。
如圖6所示，該圖為上述方法所述掃描方式的一種可選策略，具體步驟為
步驟601，同軸傳輸?shù)挠糜谳o助加熱激光光束和用于激光退火的激光光束傳輸?shù)綊呙韫鈱W(xué)系統(tǒng)，掃描光學(xué)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向鏡組和一個(gè)聚焦透鏡組成。
步驟602，轉(zhuǎn)向鏡組用于改變同軸光束的傳播方向，使得同軸光束自上而下照射到需要進(jìn)行退火的半導(dǎo)體材料表面。
步驟603，所述聚焦透鏡用于調(diào)整同軸光束在半導(dǎo)體表面形成的光斑的大小。
其中，所述掃描光學(xué)系統(tǒng)位于一軸向和徑向擺動(dòng)的電動(dòng)控制系統(tǒng)上，當(dāng)調(diào)整架接收到軸向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組鏡的兩次反射可以在半導(dǎo)體表面水平方向進(jìn)行掃描；同樣當(dāng)調(diào)整架接收到徑向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組的反射在半導(dǎo)體表面豎直方向進(jìn)行掃描，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面的激光退火掃描； 所述聚焦鏡的作用是將同軸光束在半導(dǎo)體材料表面聚焦成規(guī)定尺寸的光斑。
所述半導(dǎo)體材料被固定在載物平臺(tái)上，載物平臺(tái)可以在前后左右方向上進(jìn)行小范圍的移動(dòng)，以便調(diào)整激光退火光源在半導(dǎo)體表面的最佳位置；所述載物平臺(tái)也可以在上下方向上進(jìn)行精確地移動(dòng)，以確保在半導(dǎo)體表面的聚焦的激光退火光斑符合加工的要求。
進(jìn)一步完善的，在所述進(jìn)入掃描光學(xué)系統(tǒng)前的光路中加入CCD圖像檢測(cè)系統(tǒng)，用于對(duì)半導(dǎo)體表面退火效果和激光聚焦后的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
上述技術(shù)方案中，所述掃描光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)鏡片共由三塊組成，由兩塊全反鏡組成轉(zhuǎn)向鏡組和一個(gè)聚焦鏡組成。
關(guān)于兩塊全反鏡，其實(shí)是兩個(gè)等腰直角棱鏡。這兩塊全反鏡作用有兩個(gè)，一個(gè)作用是將同軸光束傳輸?shù)焦潭ㄔ谳d物臺(tái)上的半導(dǎo)體材料表面上；另外一個(gè)作用就是在系統(tǒng)工作狀態(tài)下，通過(guò)電動(dòng)控制，讓這兩個(gè)鏡子發(fā)生轉(zhuǎn)向讓同軸光在半導(dǎo)體表面上實(shí)現(xiàn)掃描功能。一塊鏡子只在一個(gè)方向上做轉(zhuǎn)動(dòng)，兩塊鏡子合起來(lái)使用就能使光束在水平和豎直方向上都進(jìn)行掃描。
所述聚焦鏡一塊叫做f_ θ聚焦鏡。f- θ聚焦鏡不是本發(fā)明中單獨(dú)發(fā)明的，早就有就像電話一樣常見(jiàn)。f-θ聚焦鏡的特點(diǎn)是在平面上焦點(diǎn)的位置和鏡子的焦距f，還有光束的入射角θ這兩個(gè)因子的乘積有關(guān)系。在本發(fā)明中f_ θ聚焦鏡的作用沒(méi)有錯(cuò)，就是所述聚焦透鏡用于調(diào)整同軸光束在半導(dǎo)體表面形成的聚焦光斑的大小。
本發(fā)明是一種采用激光輔助加熱的激光退火方法，這種方法主要通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)使用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束同軸傳輸，最終照射到半導(dǎo)體材料的表面，在正式的激光退火工藝前，完成半導(dǎo)體材料表面的活化過(guò)程，同軸光束經(jīng)過(guò)掃描光學(xué)系統(tǒng)，可以在半導(dǎo)體材料表面實(shí)現(xiàn)水平和豎直方向上的掃描，可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體材料表面指定區(qū)域范圍內(nèi)的激光退火工藝，具體實(shí)施方案如下。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種采用激光輔助加熱的激光退火裝置，該裝置基于掃描式的激光退火光源實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體表面指定區(qū)域的激光退火，所述裝置包含同軸光束生成單元和掃描光學(xué)系統(tǒng)單元；所述同軸光束生成單元，用于將輔助加熱的激光光源和激光退火的退火光源采用同光軸傳輸；所述掃描光學(xué)系統(tǒng)單元，用于接收入射的同光軸光束，將同光軸光束包含的輔助加熱的激光光源轉(zhuǎn)化為合適大小的光斑，并將同光軸光束包含的退火光源在半導(dǎo)體表面的照射位置進(jìn)行水平和豎直方向掃描，調(diào)整對(duì)半導(dǎo)體表面進(jìn)行激光退火處理的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光輔助加熱的激光退火裝置，其特征在于，所述同軸光束生成單元進(jìn)一步包含如下單元兩臺(tái)獨(dú)立的激光器、高反鏡、合束鏡和一調(diào)整單元；所述兩臺(tái)獨(dú)立的激光器，其中一臺(tái)激光器產(chǎn)生長(zhǎng)波長(zhǎng)用于為半導(dǎo)體材料進(jìn)行輔助加熱的激光光源；另外一臺(tái)激光器產(chǎn)生短波長(zhǎng)激光，用于產(chǎn)生為半導(dǎo)體材料表面進(jìn)行激光退火的退火光源；所述高全反鏡位于輔助加熱的激光光源的入射線上，用于將輔助加熱的激光光束經(jīng)過(guò)其反射轉(zhuǎn)向照射到所述合束鏡的后表面；所述合束鏡位于退火光源的入射線上，其上鍍有針對(duì)輔助加熱激光波長(zhǎng)的高反射率膜，使得輔助加熱激光光束再一次轉(zhuǎn)向傳輸；同時(shí)退火光源入射到所述合束鏡的前表面，在合束鏡的前表面鍍有針對(duì)激光退火激光波長(zhǎng)的高透過(guò)率膜，用于激光退火的激光光束透過(guò)合束鏡繼續(xù)向前傳輸；所述調(diào)整單元，用于調(diào)整高全反鏡和合束鏡的相對(duì)位置，從而改變用于輔助加熱的激光光束經(jīng)合束鏡反射后的光束指向，使得用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束同軸傳輸；其中，所述高反鏡的前表面和合束鏡的后表面鍍有高反射膜，該高反射膜可針對(duì)反射波長(zhǎng)范圍在190nm-1100nm之間的光波反射；所述合束鏡的前表面還鍍?cè)鐾改?，該增透膜的反射波長(zhǎng)范圍在190nm-532nm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用激光輔助加熱的激光退火裝置，其特征在于，所述掃描光學(xué)系統(tǒng)單元被裝配在一個(gè)能夠軸向和徑向擺動(dòng)的電動(dòng)控制系統(tǒng)上，該掃描光學(xué)系統(tǒng)單元進(jìn)一步包含轉(zhuǎn)向鏡組和一個(gè)聚焦透鏡；所述轉(zhuǎn)向鏡組用于兩次改變同軸光束的傳播方向，使得同軸光束自上而下照射到需要進(jìn)行退火的半導(dǎo)體材料表面；當(dāng)電動(dòng)控制系統(tǒng)接收到軸向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組的兩次反射在半導(dǎo)體表面水平方向進(jìn)行掃描；當(dāng)電動(dòng)控制系統(tǒng)接收到徑向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組的兩次反射可以在半導(dǎo)體表面豎直方向進(jìn)行掃描， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面的激光退火掃描；所述聚焦鏡的用于將同軸光束在半導(dǎo)體材料表面聚焦成規(guī)定尺寸的光斑，該聚焦鏡為 f- θ聚焦鏡；其中，所述轉(zhuǎn)向鏡組為兩塊同水平面放置的等腰直角棱鏡全反鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用激光輔助加熱的激光退火裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料被固定在載物平臺(tái)上，該載物平臺(tái)能在前、后、左右方向上進(jìn)行的移動(dòng)，以便調(diào)整激光退火光源在半導(dǎo)體表面的最佳位置；所述載物平臺(tái)也能在上下方向上移動(dòng)，以確保在半導(dǎo)體表面的聚焦的激光退火光斑符合加工的要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光輔助加熱的激光退火裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)還包含在同軸光束進(jìn)入掃描光學(xué)系統(tǒng)前的光路中加入CCD圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單元，該單元用于對(duì)半導(dǎo)體表面退火效果和激光聚焦后的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
6.一種采用激光輔助加熱的激光退火方法，該方法基于掃描式的激光退火光源實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體表面指定區(qū)域的激光退火，所述方法為將用于輔助加熱的激光光源和用于激光退火的退火光源采用同光軸傳輸?shù)牟呗赃M(jìn)行同軸傳輸，然后經(jīng)由掃描光學(xué)系統(tǒng)單元將同軸光束在水平和豎直方向掃描半導(dǎo)體表面，進(jìn)行激光退火；其中，所述水平和豎直方向掃描受控于一電動(dòng)控制系統(tǒng)，該電動(dòng)控制系統(tǒng)采用檢流計(jì)控制結(jié)構(gòu)，將對(duì)該電動(dòng)控制系統(tǒng)輸入電壓的控制轉(zhuǎn)化為對(duì)掃描轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了激光光束在水平方向和豎直方向上的掃描。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用激光輔助加熱的激光退火方法，其特征在于，所述同光軸傳輸?shù)牟呗詾橛糜谳o助加熱的激光光束經(jīng)過(guò)高反鏡轉(zhuǎn)向照射到合束鏡的后表面，合束鏡的后表面鍍有針對(duì)輔助加熱激光波長(zhǎng)的高反射率膜，使得輔助加熱激光光束再一次轉(zhuǎn)向傳輸；用于激光退火的激光光束入射到合束鏡的前表面，在合束鏡的前表面鍍有針對(duì)激光退火激光波長(zhǎng)的高透過(guò)率膜，用于激光退火的激光光束透過(guò)合束鏡繼續(xù)向前傳輸；基于以上所述用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束就朝著相同的方向傳輸，調(diào)整高反鏡和合束鏡的相對(duì)位置，從而改變用于輔助加熱的激光光束經(jīng)合束鏡反射后的光束指向，就可以使得用于輔助加熱的激光光束和用于激光退火的激光光束同軸傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用激光輔助加熱的激光退火方法，其特征在于，所述掃描為同軸傳輸?shù)挠糜谳o助加熱激光光束和用于激光退火的激光光束傳輸?shù)綊呙韫鈱W(xué)系統(tǒng)， 掃描光學(xué)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向鏡組和一個(gè)聚焦鏡組成；轉(zhuǎn)向鏡組用于兩次改變同軸光束的傳播方向，使得同軸光束自上而下照射到需要進(jìn)行退火的半導(dǎo)體材料表面；其中，所述掃描光學(xué)系統(tǒng)位于一軸向和徑向擺動(dòng)的電動(dòng)控制系統(tǒng)上，當(dāng)調(diào)整架接收到軸向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組的兩次反射可以在半導(dǎo)體表面水平方向進(jìn)行掃描；同樣當(dāng)調(diào)整架接收到徑向擺動(dòng)的控制信號(hào)時(shí)，同軸光束經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向鏡組的兩次反射在半導(dǎo)體表面豎直方向進(jìn)行掃描，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體材料表面的激光退火掃描；所述聚焦鏡的作用是將同軸光束在半導(dǎo)體材料表面聚焦成規(guī)定尺寸的光斑；所述轉(zhuǎn)向鏡組為兩塊同水平面放置的等腰直角棱鏡全反鏡；所述聚焦鏡為θ聚焦鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采用激光輔助加熱的激光退火方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料被固定在載物平臺(tái)上，載物平臺(tái)可以在前后左右方向上進(jìn)行小范圍的移動(dòng)，以便調(diào)整激光退火光源在半導(dǎo)體表面的最佳位置；所述載物平臺(tái)也可以在上下方向上進(jìn)行精確地移動(dòng)，以確保在半導(dǎo)體表面的聚焦的激光退火光斑符合加工的要求。
10.根據(jù)權(quán)利要求6、7、8或9所述的采用激光輔助加熱的激光退火方法，其特征在于，所述方法還包含在所述進(jìn)入掃描光學(xué)系統(tǒng)前的光路中加入CCD圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單元，用于對(duì)半導(dǎo)體表面退火效果和激光聚焦后的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中激光退火技術(shù)范圍內(nèi)的一種采用激光輔助加熱的激光退火方法及裝置，該方法主要是采取兩臺(tái)激光器，一臺(tái)激光器用于激光輔助加熱，是半導(dǎo)體表面活化，為激光退火做準(zhǔn)備工作；一臺(tái)激光器用于為半導(dǎo)體進(jìn)行激光退火。兩束激光經(jīng)過(guò)相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)后同軸輸出，照射到掃描鏡上。掃描光學(xué)系統(tǒng)被裝配在精密機(jī)械組件上由電動(dòng)控制。電動(dòng)控制系統(tǒng)采用檢流計(jì)控制結(jié)構(gòu)，當(dāng)輸入電壓為-10V至+10V時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)應(yīng)偏轉(zhuǎn)-20°至+20°，從而可以使對(duì)輸入電壓的控制轉(zhuǎn)化為對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的精確控制。光學(xué)鏡片被固定在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，通過(guò)控制掃描光學(xué)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)調(diào)節(jié)激光光束的照射位置。從而實(shí)現(xiàn)了激光光束在水平方向和豎直方向上的掃描。
文檔編號(hào)H01L21/268GK102489876SQ201110356480
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者劉全力, 彭俊, 彭海波 申請(qǐng)人:北京中科思遠(yuǎn)光電科技有限公司