一种基于复合激光源的激光退火设备及退火方法技术

本发明专利技术公开了一种基于复合激光源的激光退火设备及退火方法，该退火设备包括载物台、复合激光源和移动部件，载物台用于承载待退火结构；复合激光源包括第一激光源和第二激光源；第一激光源的功率大于第二激光源的功率；第一激光和第二激光分别入射至待退火结构表面的不同区域；移动部件，用于使载物台和复合激光源相对运动，以使待退火结构同一退火区域先经第二激光预热后再经第一激光退火。在本发明专利技术中，复合激光源能同时发射不同功率的第一激光和第二激光，通过移动部件可以使待退火结构与复合激光源相对运动，第二激光用于预热，第一激光用于退火，当前区域的退火和下一区域的预热同时进行，可大大节省整体退火时间，提高退火效率。退火效率。退火效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合激光源的激光退火设备及退火方法


[0001]本专利技术属于集成电路退火领域，尤其涉及基于复合激光源的激光退火设备及退火方法。

技术介绍

[0002]晶圆的退火是超大规模集成电路制造中的一个重要步骤，通过对注入离子的硅片进行加热，将杂质原子激活，使杂质原子移动到晶格点，修复晶格损伤，提高晶圆的电学特性，并降低其内应力。
[0003]其中，激光退火是退火的常用手段。激光退火通常是指用一束线光斑照射晶圆表面，使照射部位能够在极短的时间内将温度提高至一千摄氏度以上，达到晶圆的退火温度。由于激光加热时间短、升降温速率快等特点防止了热处理过程中杂质的扩散和再分布，在器件制造中成为重要的退火手段
[0004]传统的激光退火，因为激光能够在小范围内快速提高硅片温度至退火温度，虽然相对于高温炉退火能够提高效率，节省成本，但由于激光退火引起的局部温度急速变化，容易引起晶圆表面热应力形变，导致退火效果不好。目前一般的解决方法是在执行激光退火之前先将晶圆放入退火炉提前预热以降低激光退火的热应力形变，但是通过退火炉对晶圆整体加热，该预热过程升温较慢且耗时较长，退火效率不高。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于复合激光源的激光退火设备及退火方法，其目的在于进行激光退火时能够降低热应力形变且提高退火效率，由此解决传统退火过程中预热过程升温较慢且耗时较长，退火效率不高的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于复合激光源的激光退火设备，其包括载物台、复合激光源和移动部件，其中，
[0007]载物台用于承载待退火结构；
[0008]复合激光源包括第一激光源和第二激光源；所述第一激光源用于发射第一激光，第二激光源用于发射第二激光，所述第一激光源的功率大于所述第二激光源的功率；所述第一激光和第二激光分别入射至待退火结构表面的不同区域；
[0009]移动部件，用于使所述载物台和所述复合激光源相对运动，以使待退火结构同一退火区域先经第二激光预热后再经第一激光退火。
[0010]优选地，所述第一激光源为CO2激光器，所述第二激光源为半导体激光器。
[0011]优选地，所述复合激光源还包括整形部件，所述整形部件包括反射式积分镜和鲍威尔棱镜，其中，所述反射式积分镜用于将所述第一激光积分成线光斑，所述鲍威尔棱镜用于使所述第二激光转换为线光斑。
[0012]优选地，所述复合激光源还包括整形部件，所述整形部件包括第一菲涅尔透镜组和第二菲涅尔透镜组，每组菲涅尔透镜组包括快轴菲涅尔透镜和慢轴菲涅尔透镜，所述快
轴菲涅尔透镜和慢轴菲涅尔透镜的楞互相垂直，第一菲涅尔透镜组用于使所述第一激光在快轴和慢轴两个方向均匀化，第二菲涅尔透镜组用于使所述第二激光在快轴和慢轴两个方向均匀化。
[0013]优选地，所述激光退火设备还包括定位组件，所述定位组件包括第一激光光斑定位组件和第二激光光斑定位组件，所述第一激光光斑定位组件包括棱镜和用于支撑所述棱镜的调节支架，所述第一激光经棱镜反射后在所述待退火结构上形成第一激光光斑，所述调节支架用于调整所述棱镜的倾斜程度；所述第二激光光斑定位组件包括平行设置且距离可调的第二反射镜和第三反射镜，所述第二激光以45
°
入射角入射至所述第二反射镜，且依次经所述第二反射镜和第三反射镜反射入垂直入射至待退火结构上形成第二激光光斑。
[0014]优选地，所述定位组件还包括第一柱面镜组和第二柱面镜组，所述第一柱面镜组用于对所述第一激光进行聚焦后入射至所述第一激光光斑定位组件，所述第二柱面镜组用于对所述第三反射镜反射的第一激光进行聚焦后入射至所述待退火结构上。
[0015]优选地，所述激光退火设备还包括控制系统，所述控制系统用于在退火期间控制所述移动部件朝相反方向来回旋转两次，其中，第一次旋转使待退火结构同一退火区域先被第二激光照射后再被第一激光照射，第二次旋转的方向与第一次旋转的方向相反。
[0016]优选地，所述移动部件与所述载物台联动以带动载物台旋转。
[0017]优选地，所述激光退火设备还包括监控系统和控制系统，所述监控系统包括第一分光镜、第二分光镜、第一传感器和第二传感器，整形后的第一激光经第一分光镜分出部分光线入射至所述第一传感器，整形后的第二激光经第二分光镜分出部分光线入射至所述第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器用于根据接收到的光线分析第一激光和第二激光是否满足预设条件并反馈至控制系统。
[0018]按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于复合激光源的激光退火方法，其用上述任一项所述的激光退火设备对置于载物台上的待退火结构进行退火，其中，移动部件与所述载物台联动以带动载物台旋转，且当以当前旋转中心旋转完成当前区域的退火后，移动移动部件以调整载物台的旋转中心，执行下一次旋转以对另一区域退火。
[0019]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于激光退火设备采用复合激光源，复合激光源能同时发射不同功率的第一激光和第二激光，功率较低的第二激光可用于预热，功率较高的第一激光可用于退火。同时，又由于激光退火设备还设置有移动部件，通过移动部件可以使置于载物台上的待退火结构与上述复合激光源相对运动，通过该相对运动，使待退火结构的同一退火区域先经过第二激光的光斑处进行预热，再经过第一激光的光斑处进行退火，先预热再退火，可以降低热应力形变。在本申请中，通过激光进行预热，其升温速度大于传统炉管的预热速度，而且，随着载物台和复合激光源的相对运动，在第一激光对当前退火区域进行退火的同时，第二激光对下一退火区域进行预热，使当前区域的退火和下一区域的预热同时进行，可大大节省整体退火时间，提高退火效率。
附图说明
[0020]图1是一实施例中基于复合激光源的激光退火设备的结构示意图；
[0021]图2是一实施例中基于复合激光源的激光退火设备的系统框图；
[0022]图3是一实施例中基于复合激光源的激光退火设备的元件关系图；
[0023]图4是一实施例中积分镜原理图；
[0024]图5是一实施例中鲍威尔棱镜整形光路图；
[0025]图6是一实施例中转角棱镜调整角度原理图；
[0026]图7是一实施例中第三反射镜与第二柱面镜组调整光斑距离示意图。
[0027]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其标号说明如下：
[0028]1、CO2激光器；2、第一准直镜；3、反射式积分镜；4、第一快轴菲涅尔透镜；5、第一慢轴菲涅尔透镜；6、第一分光镜、7、第一传感器；8、第一柱面镜组；9、转角棱镜；10、晶圆；11、载物台；12、半导体激光器；13、第二准直镜；14、第一反射镜；15、鲍威尔棱镜；16、第二快轴菲涅尔透镜；17、第二慢轴菲涅尔透镜；18、第二传感器；19、第二分光镜；20、第二反射镜；21、第三反射镜；22、第二柱面镜组；23
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合激光源的激光退火设备，其特征在于，包括载物台、复合激光源和移动部件，其中，载物台用于承载待退火结构；复合激光源包括第一激光源和第二激光源；所述第一激光源用于发射第一激光，第二激光源用于发射第二激光，所述第一激光源的功率大于所述第二激光源的功率；所述第一激光和第二激光分别入射至待退火结构表面的不同区域；移动部件，用于使所述载物台和所述复合激光源相对运动，以使待退火结构同一退火区域先经第二激光预热后再经第一激光退火。2.如权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，所述第一激光源为CO2激光器，所述第二激光源为半导体激光器。3.如权利要求2所述的激光退火设备，其特征在于，所述复合激光源还包括整形部件，所述整形部件包括反射式积分镜和鲍威尔棱镜，其中，所述反射式积分镜用于将所述第一激光积分成线光斑，所述鲍威尔棱镜用于使所述第二激光转换为线光斑。4.如权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，所述复合激光源还包括整形部件，所述整形部件包括第一菲涅尔透镜组和第二菲涅尔透镜组，每组菲涅尔透镜组包括快轴菲涅尔透镜和慢轴菲涅尔透镜，所述快轴菲涅尔透镜和慢轴菲涅尔透镜的楞互相垂直，第一菲涅尔透镜组用于使所述第一激光在快轴和慢轴两个方向均匀化，第二菲涅尔透镜组用于使所述第二激光在快轴和慢轴两个方向均匀化。5.如权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，所述复合激光源还包括定位部件，所述定位部件包括第一激光光斑定位组件和第二激光光斑定位组件，所述第一激光光斑定位组件包括转角棱镜和用于支撑所述转角棱镜的调节支架，所述第一激光经转角棱镜反射后在所述待退火结构上形成第一激光光斑，所述调节支架用于调整所述转角棱镜的倾斜程度；所述第二激光光斑定位组件包括平行设置且距离可调...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴洋，唐霞辉，彭浩，李玉洁，秦应雄，姚相杰，方星，陈曦，
申请(专利权)人：深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：