激光能量密度的監(jiān)測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種激光能量密度的監(jiān)測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣極雙極型晶體管)主要應(yīng)用于高電壓高電流器件。目前，IGBT在家電領(lǐng)域中主要應(yīng)用在電磁爐、電飯煲，汽車領(lǐng)域應(yīng)用在伺服驅(qū)動(dòng)器、地鐵機(jī)頭、高速機(jī)車，工業(yè)領(lǐng)域則應(yīng)用在馬達(dá)控制、工業(yè)變頻器等一系列高功率器件中。
[0003]器件能承受高壓的主要原因在于其存在較厚的N層，最優(yōu)的生產(chǎn)方法是在N型的硅圓片襯底上直接制作IGBT高壓功率器件的上層結(jié)構(gòu)，然后將圓片減薄，對(duì)N層的厚度進(jìn)行控制，最后采用背面離子注入的方法，形成P型硅摻雜層，背面金屬化后形成器件。由于目前的注入工藝已解決了背面高濃度的離子注入問題，但離子注入后需要進(jìn)行激光退火來激活注入的雜質(zhì)。采用激光退火的原因是激光退火的深度僅限于硅片背面的表面，并且能以較快的速度激活注入雜質(zhì)，既能保證背面金屬化形成良好歐姆接觸，又能保證正面的器件不受影響。激光的光源的波長(zhǎng)為400nm-600nm,進(jìn)行激光退火時(shí)只發(fā)生在娃片背面的表層，一部分激光能量被反射，大部分激光能量被吸收并且發(fā)生熔融和結(jié)晶的ns級(jí)變化，偏振態(tài)為線偏振時(shí)存在周期性條紋，當(dāng)偏振態(tài)由線偏振變?yōu)閳A偏振后周期性條紋會(huì)基本消失，但由于較大的激光能量的存在會(huì)出現(xiàn)背面硅片表面的起伏，不同的能量密度和延遲時(shí)間表征對(duì)應(yīng)的起伏程度也有所不同，表面的強(qiáng)度越大破壞性就越大，起伏的程度也就越大。也就是說，能量密度越強(qiáng)經(jīng)退火后的表面起伏也就越大。
[0004]激光退火中關(guān)鍵性工藝指標(biāo)有三個(gè):退火深度、退火效率和退火均勻性，指標(biāo)要求:退火均勻性〈I % O(ISigma),退火重復(fù)性〈I % @ (ISigma),而評(píng)價(jià)是否是最佳能量則是通過對(duì)雜質(zhì)濃度深度分布來進(jìn)行精確地測(cè)量，二次離子質(zhì)譜(SMS)技術(shù)以及擴(kuò)展電阻探針(SRP)技術(shù)都具有較高靈敏度、深度分辨率和較廣測(cè)量范圍，評(píng)價(jià)上述三個(gè)指標(biāo)都可以通過這兩種檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，通過變化能量密度等工藝實(shí)驗(yàn)可以得到最佳的能量密度，而最佳的能量密度對(duì)應(yīng)硅片表面的起伏的程度也是唯一的有特征的。
[0005]激光器的能量密度會(huì)隨著使用時(shí)間而衰減或者受到激光器本身功率的變化，并且能量的大小的感應(yīng)器也會(huì)隨著使用時(shí)間而發(fā)生衰減，能量密度的大小最終影響退火的深度以及退火后的電阻均勻性，而單片的退火電阻均勻性以及片與片的退火后的電阻重復(fù)性都有嚴(yán)格指標(biāo)要求。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)是將探測(cè)光照到退火的區(qū)域，通過接收到的反射光光強(qiáng)度，來檢測(cè)硅片表面反射率的變化情況，用于監(jiān)測(cè)硅片表面是否發(fā)生有效退火而產(chǎn)生硅片上表面的熔融以及結(jié)晶，該方法不具有檢測(cè)硅片表面形貌的功能。目前檢測(cè)在退火過程中的激光器能量密度是否發(fā)生變化，主要采用擴(kuò)展電阻探針技術(shù)，通過四探針對(duì)固定的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行電阻值的測(cè)試以評(píng)價(jià)能量密度是否穩(wěn)定，但四探針測(cè)試會(huì)對(duì)硅片表面進(jìn)行破壞并且受到離子注入工藝的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種激光能量密度的監(jiān)測(cè)裝置及方法，以監(jiān)測(cè)硅片表面的結(jié)晶形貌、起伏的程度，進(jìn)而判斷當(dāng)前使用的激光能量密度，并根據(jù)最佳能量密度下的結(jié)晶形貌實(shí)時(shí)調(diào)整激光器的能量密度。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種激光能量密度的監(jiān)測(cè)裝置，包括:圖形監(jiān)測(cè)采集模塊，用于在退火過程中對(duì)硅片表面產(chǎn)生的微紋進(jìn)行檢測(cè)和采集；圖形控制模塊，對(duì)圖形監(jiān)測(cè)采集模塊采集到的微紋圖形進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，以獲取與該微紋圖形對(duì)應(yīng)的實(shí)際能量密度；主機(jī)電路模塊，對(duì)從圖形控制模塊獲取的微紋圖形的實(shí)際能量密度和從激光器中直接獲取的能量密度進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整激光器的能量密度至最佳。
[0009]作為優(yōu)選，所述圖形監(jiān)測(cè)采集模塊包括光源和圖像探測(cè)器，所述光源發(fā)出的光束照射到工件臺(tái)的硅片表面上，經(jīng)硅片反射后進(jìn)入到所述圖像探測(cè)器中。
[0010]作為優(yōu)選，所述光源為L(zhǎng)ED光源，所述圖像探測(cè)器為CXD照相機(jī)。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述圖形控制模塊包括:圖像獲取采集單元，根據(jù)微紋圖形判斷激光退火后的硅片表面是否產(chǎn)生結(jié)晶起伏形貌；圖像判斷單元，判斷硅片表面結(jié)晶起伏形貌的特征；圖像處理單元，根據(jù)結(jié)晶的形貌特征處理微紋圖形，并將處理后的結(jié)果輸出至圖像庫(kù)單元，所述圖像庫(kù)單元中存儲(chǔ)有不同能量密度下的結(jié)晶圖形；以及圖像匹配處理單元，將所述微紋圖形匹配存儲(chǔ)在圖像庫(kù)單元中不同能量密度對(duì)應(yīng)的結(jié)晶圖像，得出與該微紋圖形對(duì)應(yīng)的能量密度。
[0012]作為優(yōu)選，所述主機(jī)電路模塊包括:訊號(hào)反饋器、計(jì)算機(jī)和脈沖激光控制器；其中，所述訊號(hào)反饋器接收?qǐng)D像匹配處理單元中微紋圖形的實(shí)際能量密度并反饋至計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)接收微紋圖形的實(shí)際能量密度，同時(shí)直接獲取激光器的能量密度，計(jì)算得到補(bǔ)償差值，將該補(bǔ)償差值反饋至脈沖激光控制器；所述脈沖激光控制器根據(jù)得到的補(bǔ)償差值調(diào)整激光器的能量密度。
[0013]本發(fā)明還提供一種激光能量密度的監(jiān)測(cè)方法，包括:步驟1:退火過程中，對(duì)退火后的硅片表面進(jìn)行圖像采集，獲取微紋圖形；步驟2:對(duì)所述微紋圖形進(jìn)行處理分析，得到與該微紋圖形對(duì)應(yīng)的能量密度；步驟3:獲取激光器的能量密度，計(jì)算與該微紋圖形對(duì)應(yīng)的能量密度和激光器的能量密度之間的補(bǔ)償差值，并根據(jù)該補(bǔ)償差值調(diào)整激光器的能量密度。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟2包括:判斷微紋圖形中的硅片表面是否有結(jié)晶起伏；若無(wú)結(jié)晶起伏，圖像獲取采集單元將信息反饋至圖像匹配處理單元，圖像匹配處理單元將信息反饋至計(jì)算機(jī)，進(jìn)入步驟3 ;若有結(jié)晶起伏，圖像判斷單元判斷結(jié)晶的形貌特征為線條狀還是圓形狀；圖像處理單元根據(jù)結(jié)晶的形貌特征處理微紋圖形，并將處理后的結(jié)果輸出至圖像庫(kù)單元，所述圖像庫(kù)單元中存儲(chǔ)有不同能量密度下的結(jié)晶圖形；圖像匹配處理單元將處理后的微紋圖形匹配存儲(chǔ)在圖像庫(kù)單元中不同能量密度對(duì)應(yīng)的結(jié)晶圖像，得出與該微紋圖形對(duì)應(yīng)的能量密度。
[0015]作為優(yōu)選，結(jié)晶的形貌特征為線條狀時(shí)，圖形處理單元的處理步驟包括:對(duì)線條進(jìn)行直線擬合，接著對(duì)相鄰線段進(jìn)行搜索和整合，計(jì)算微紋圖形中的線段總數(shù)與間距，從而進(jìn)行結(jié)晶的密集度計(jì)算。
[0016]作為優(yōu)選，結(jié)晶的形貌特征為圓形狀時(shí)，圖形處理單元的處理步驟包括:首先，判斷圓形狀結(jié)晶是否為嵌套圓，若是，則去除內(nèi)層嵌套圓，在獲取圓心的位置；若否則直接獲取圓心位置；接著，計(jì)算結(jié)晶的總數(shù)，從而進(jìn)行結(jié)晶的密集度計(jì)算。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用本發(fā)明的激光能量密度的監(jiān)測(cè)裝置及方法后，激光退火后的硅片不會(huì)受到離子注入的影響，不會(huì)對(duì)硅片表面進(jìn)行破壞還能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及補(bǔ)償，極大的節(jié)約成本以及提高良率。通過使用退火過程中監(jiān)測(cè)硅片表面微紋調(diào)整載片臺(tái)(承載硅片的工件臺(tái))的垂向高度以及激光器輸出能量密度使整片硅片在最佳工藝能量密度，提高了制程的良率。此外，通過儲(chǔ)存在最佳工藝下的微紋起伏及形貌，并通過檢測(cè)的圖形的對(duì)比可以節(jié)省后期的測(cè)試成本。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中激光能量密度的監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中硅片表面監(jiān)測(cè)光斑與退火光斑示意圖