一种激光退火装置及退火方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光退火装置及退火方法，包括载物台、用于发射第一设定频率及第一设定能量的激光光束。还包括将激光光束进行扩束的扩束准直元件、调整模块。调整模块调整从扩束准直元件中射出的激光光束的频率及能量；在预热时，调整模块调整激光光束的频率及能量分别为第一设定频率及第二设定能量；在退火时，调整模块调整激光光束的频率及能量分别为第二设定频率及第一设定能量。还包括对从调整模块射出的光束进行整形的整形元件、以及振镜系统，振镜系统将从整形元件射出的光束聚焦在晶圆的设定深度层，还使聚焦在设定深度层的光斑在设定深度层移动。通过对单个激光器进行控制，有效避免多激光器带来的控制不稳定情况。

【技术实现步骤摘要】
一种激光退火装置及退火方法
本专利技术涉及晶圆制造
，尤其涉及一种激光退火装置及退火方法。
技术介绍
随着科学技术的进步和发展，激光已经作为一种工具应用在各行各业。由于激光的高亮度高强度的特性，且激光光斑的尺寸可以通过聚焦镜聚焦到微米量级，因此激光加工技术在有着高精度加工要求的行业中备受青睐，尤其是对于半导体行业晶圆制造的技术中，激光加工技术尤为受欢迎。最初，对晶圆的退火处理时在包含许多晶圆(其支撑在支架中)的炉中进行。将电能供应到炉壁中的电阻加热器元件，以将它们加热到接近期望处理温度的温度。晶圆最终达到与炉壁基本相等的温度。在升高的温度下进行了期望时间长度的退火之后，不再将电能供应到电阻加热器，使得壁逐渐冷却，晶圆也逐渐冷却。尽管需求热处理时间可能相对较短，但是加热速率和冷却速率两者都相对较慢，在大约上15℃/min的量级。这些升高温度过程中的较长时间显著地增大了退火所需的热预算。在先进集成电路中的精细特征和薄层需要减小热预算。
技术实现思路
本专利技术提供了一种激光退火装置及退火方法，以采用激光方式对晶圆进行退火，同时简化激光光路结构。第一方面，本专利技术提供了一种激光退火装置，该激光退火装置包括保持晶圆的载物台、以及单个用于发射第一设定频率及第一设定能量的激光光束。还包括用于将激光光束进行扩束的扩束准直元件、以及调整模块。其中，调整模块用于调整从扩束准直元件中射出的激光光束的频率及能量；在预热时，调整模块调整激光光束的频率及能量分别为第一设定频率及第二设定能量；在退火时，调整模块调整激光光束的频率及能量分别为第二设定频率及第一设定能量；其中，第一设定能量大于第二设定能量，第二设定频率小于第一设定频率。还包括用于对从调整模块射出的光束进行整形的整形元件、以及振镜系统，其中，振镜系统用于将从整形元件射出的光束聚焦在晶圆的设定深度层，还用于使聚焦在设定深度层的光斑在设定深度层移动。在上述的方案中，通过采用单个激光器及调整模块，在应用时，使单个激光器连续发射出同一频率及同一能量的激光，通过调整模块分时调整预热及退火时激光光束的频率及能量，从而实现对晶圆的退火。且仅仅使用一个激光器，单光路进行加工，简化光路，有益于设备的集成化，且方便维护，降低成本。通过对单个激光器进行控制，有效避免多激光器带来的控制不稳定情况，使激光预热加工能量和退火加工能量的比值更加稳定，更容易达到实际退火温度需求。不会因为某个激光器的波动影响整体结果。在一个具体的实施方式中，调整模块包括将激光光束从第一设定频率调整为第二设定频率的偏振调节器、以及将激光光束从第一设定能量调整为第二设定能量的声光调制器。以简化调整模块的设置。在一个具体的实施方式中，偏振调节器为电控的偏振调节器，以便于对偏振调节器进行控制。在一个具体的实施方式中，第一设定频率的大小为1Mhz～5Mhz，第二设定频率的大小为10Khz～100Khz，以较好的对晶圆的设定深度层进行预热，同时防止晶圆的设定深度层在退火时出现开槽。在一个具体的实施方式中，振镜系统为二轴振镜系统，以减小预热光斑及退火光斑的上下波动幅度，从而使预热光斑及退火光斑更准确地对设定深度层的某一区域进行退火。第二方面，本专利技术还提供了一种上述任意激光退火装置的退火方法，该退火方法包括：将晶圆保持在载物台上；激光器发射出第一设定频率及第一设定能量的激光光束；调整模块将激光光束的能量从第一设定能量调整为第二设定能量；整形元件对从调整模块射出的光束进行整形；振镜系统将从整形元件输出的光束聚焦在晶圆的设定深度层，以对设定深度层进行预热；调整模块停止将激光光束的能量从第一设定能量调整为第二设定能量，并将激光光束的频率从第一设定频率调整为第二设定频率，以对设定深度层进行退火。在上述的方案中，通过采用单个激光器及调整模块，在应用时，使单个激光器连续发射出同一频率及同一能量的激光，通过调整模块分时调整预热及退火时激光光束的频率及能量，从而实现对晶圆的退火。且仅仅使用一个激光器，单光路进行加工，简化光路，有益于设备的集成化，且方便维护，降低成本。通过对单个激光器进行控制，有效避免多激光器带来的控制不稳定情况，使激光预热加工能量和退火加工能量的比值更加稳定，更容易达到实际退火温度需求。不会因为某个激光器的波动影响整体结果。在一个具体的实施方式中，振镜系统将从整形元件射出的光束聚焦在晶圆的设定深度层，以对设定深度层进行预热具体为：振镜系统将从整形元件射出的光束聚焦在设定深度层的一点上，对设定深度层的一点进行预热。调整模块停止将激光光束的能量从第一设定能量调整为第二设定能量，并将激光光束的频率从第一设定频率调整为第二设定频率，以对设定深度层进行退火具体为：在对设定深度层的一点完成预热后，调整模块停止将激光光束的能量从第一设定能量调整为第二设定能量，并将激光光束的频率从第一设定频率调整为第二设定频率，以对设定深度层的一点进行退火。通过聚焦在设定深度层的某一点，先对该点进行预热，之后对该点进行退火，在此期间，无需移动光束，从而简化对光束的移动，便于控制及操作。在一个具体的实施方式中，在对设定深度层的一点完成退火后，退火方法还包括：振镜系统使聚焦在设定深度层的一点上的光斑移动到设定深度层上的另一点处，并重复上述步骤对设定深度层的另一点进行预热与退火。通过将设定深度层的某一点完成退火后，再移动到另一点，依次逐个点的方式进行退火，使每次退火都能达到较好的退火效果，且便于控制光束的移动。在一个具体的实施方式中，振镜系统将从整形元件射出的光束聚焦在晶圆的设定深度层，以对设定深度层进行预热具体为：振镜系统将从整形元件射出的光束聚焦在设定深度层，并使聚焦在设定深度层的关闭在设定深度层移动，以对设定深度层上的一条线进行预热。调整模块停止将激光光束的能量从第一设定能量调整为第二设定能量，并将激光光束的频率从第一设定频率调整为第二设定频率，以对设定深度层进行退火具体为：在对设定深度层上的一条线完成预热后，振镜系统使聚焦在设定深度层上的光斑移动到一条线的起始点；调整模块停止将激光光束的能量从第一设定能量调整为第二设定能量，并将激光光束的频率从第一设定频率调整为第二设定频率，以对设定深度层上预热后的一条线进行退火。通过先对设定深度层上的一条线进行预热，之后对该一条线进行退火，从而提高对晶圆某一退火区域进行退火的效率。在一个具体的实施方式中，对设定深度层上的一条线的起始点预热完成后，到对设定深度层上一条线的起始点进行退火时，两者之间的时间间隔小于20ms，使对一条线上的某点预热与退火之间的时间间隔较小，保证该一条线上的每一点的退火效果。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种激光退火装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的另一种激光退火装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种光路示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种退火方法的流程图；图5为本专利技术实施例提供的一种在晶圆上进行预热及退火的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的另一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光退火装置，其特征在于，包括：/n保持晶圆的载物台；/n单个激光器，用于发射第一设定频率及第一设定能量的激光光束；/n扩束准直元件，用于将所述激光光束进行扩束；/n用于调整从所述扩束准直元件中射出的激光光束的频率及能量的调整模块；在预热时，所述调整模块调整所述激光光束的频率及能量分别为所述第一设定频率及第二设定能量；在退火时，所述调整模块调整所述激光光束的频率及能量分别为第二设定频率及所述第一设定能量；其中，所述第一设定能量大于所述第二设定能量，所述第二设定频率小于所述第一设定频率；/n整形元件，用于对从所述调整模块射出的光束进行整形；/n振镜系统，用于将从所述整形元件射出的光束聚焦在所述晶圆的设定深度层；所述振镜系统还用于使聚焦在所述设定深度层的光斑在所述设定深度层移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光退火装置，其特征在于，包括：
保持晶圆的载物台；
单个激光器，用于发射第一设定频率及第一设定能量的激光光束；
扩束准直元件，用于将所述激光光束进行扩束；
用于调整从所述扩束准直元件中射出的激光光束的频率及能量的调整模块；在预热时，所述调整模块调整所述激光光束的频率及能量分别为所述第一设定频率及第二设定能量；在退火时，所述调整模块调整所述激光光束的频率及能量分别为第二设定频率及所述第一设定能量；其中，所述第一设定能量大于所述第二设定能量，所述第二设定频率小于所述第一设定频率；
整形元件，用于对从所述调整模块射出的光束进行整形；
振镜系统，用于将从所述整形元件射出的光束聚焦在所述晶圆的设定深度层；所述振镜系统还用于使聚焦在所述设定深度层的光斑在所述设定深度层移动。


2.如权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述调整模块包括：
将所述激光光束从所述第一设定频率调整为所述第二设定频率的偏振调节器；
将所述激光光束从所述第一设定能量调整为所述第二设定能量的声光调制器。


3.如权利要求2所述的激光退火装置，其特征在于，所述偏振调节器为电控的偏振调节器。


4.如权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述第一设定频率的大小为1Mhz～5Mhz，所述第二设定频率的大小为10Khz～100Khz。


5.如权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述振镜系统为二轴振镜系统。


6.一种如权利要求1所述的激光退火装置的退火方法，其特征在于，包括：
将晶圆保持在载物台上；
激光器发射出第一设定频率及第一设定能量的激光光束；
调整模块将所述激光光束的能量从所述第一设定能量调整为第二设定能量；
整形元件对从所述调整模块射出的光束进行整形；
振镜系统将从所述整形元件射出的光束聚焦在所述晶圆的设定深度层，以对所述设定深度层进行预热；
所述调整模块停止将所述激光光束的能量从所述第一设定能量调整为所述第二设定能量，并将所述激光光束的频率从所述第一设定频率调整为所述第二设定频率，以对所述设定深度层进行退火。


7.如权利要求6所述的激光退...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昆鹏，李纪东，张紫辰，侯煜，易飞跃，杨顺凯，李曼，张喆，王然，王瑜，
申请(专利权)人：北京中科镭特电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11