一种激光退火方法和具备自主冷却功能的多孔吸盘技术

本申请涉及一种激光退火方法和具备自主冷却功能的多孔吸盘；所述方法包括：通过所述真空吸附接口向所述盘面提供负压，使晶圆吸附于所述盘面；对晶圆进行激光退火，同时通过冷却介质对所述多孔吸盘进行冷却；其中，所述多孔吸盘内部设置有冷却介质通道。本申请的方案能够通过冷却介质对吸盘进行自主冷却，降低吸盘的温度，以提高吸盘和晶圆之间的热交换效率，使薄片晶圆因为激光退火造成的热量积累能够快速散除，从而降低薄片晶圆因为热积累而导致的碎片风险，提高工艺生产过程中的稳定性。提高工艺生产过程中的稳定性。提高工艺生产过程中的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种激光退火方法和具备自主冷却功能的多孔吸盘


[0001]本申请涉及半导体行业激光退火
，具体涉及一种激光退火方法和具备自主冷却功能的多孔吸盘。

技术介绍

[0002]在进行半导体芯片制造时，会对某些器件的薄片晶圆背面进行离子注入掺杂：将加速到一定高能量的离子束注入固体材料表面层内，在半导体中注入相应的杂质原子(如在硅中注入硼、磷或砷等)；再经过退火后，可改变其表面电导率或形成PN结。离子注入掺杂会对晶格造成严重的损伤，所掺杂的杂质离子未能位于正确的晶格位置，因此并不具备有效的电活性，此时需要再对材料进行加热处理，以修复晶格损伤，同时激活杂质电活性，这种加热处理工艺即为退火。
[0003]激光退火，是指利用脉冲信号的激光输出对材料进行退火处理的工艺方法。由于瞬时温度高、作用时间短、热预算低的优势，激光脉冲退火能够很好地满足高效激活的工艺要求。尤其是，对于新一代功率器件，例如IGBT，因采用电场中止(FieldStop)技术，可以将衬底研磨得很薄来降低通态损耗，通常的薄片晶圆厚度在40
‑
200μm，在这种薄片/超薄片(小于100μm)上进行背面退火时，一方面为保证器件正面的铝不会因为高温熔化，要求工艺温度必须控制在450℃以内；另一方面，薄片/超薄片的刚度相比标准厚度薄片晶圆(725μm)要小很多，在热加工的过程中更易发生碎裂，退火过程中既需要满足一定热预算条件下工艺热加工需求(即杂质激活)，又需要保证不发生碎片。
[0004]在时序输出上，激光脉冲是以重复频率f进行能量输出，输出信号如图1所示，纵坐标为功率密度P(W)，一个脉冲周期时间为T(T＝1/f)，脉冲的形状可以是矩形和类三角形或近高斯。
[0005]由于激光线斑尺寸的限制，如果要对整个薄片晶圆背面进行退火，就必须使激光的线斑与薄片晶圆之间产生相对运动，随着时间的推移，激光一方面沿着线斑宽度方向扫描，另一方面沿着长度方向步进，直至其移动痕迹覆盖整个薄片晶圆背面。
[0006]如图2所示，激光退火所采用的设备系统，其核心模块主要包括：(1)用于退火的和光路传输的光学系统；(2)用于承载薄片晶圆的吸盘；(3)用于带动卡盘和薄片晶圆运动的载片台。
[0007]如图3所示，由激光器输出的原始光束，经特定的精密光学系统进行整形，将整形好的线斑通过镜头投射到薄片晶圆表面，由载片台带动卡盘和薄片晶圆进行步进和逐行扫描运动，直至扫完整片薄片晶圆，从而实现对整片薄片晶圆的激光退火。
[0008]如图2所示，由于薄片晶圆与吸盘紧密吸合，因此在激光退火工艺过程中，吸盘也承担着为薄片晶圆进行散热的重要功能。随着激光的照射，晶圆不断升温，需要吸盘与晶圆之间进行热交换；显然吸盘的温度越低，热交换的效率就越高。
[0009]现有的技术方案中，多孔吸盘均不具备自主冷却功能，因而随着热交换的进行，吸盘的温度也不断升高，热交换的效率随之降低。这样就无法对晶圆内部的残余热量进行有
效消除，导致晶圆内部的热量容易不断积累；晶圆越薄，其因为热量积累导致的碎片风险越高，使薄片晶圆在退火过程中的工艺不稳定性增加。特别是对薄片/超薄片薄片晶圆而言，退火过程中既需要满足一定热预算条件下的激光退火需求(即杂质激活)，又需要保证不发生碎片，不具备冷却功能的多孔吸盘已经难以满足更广范围的工艺加工需求。

技术实现思路

[0010]为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种激光退火方法和具备自主冷却功能的多孔吸盘。
[0011]根据本申请实施例的第一方面，提供一种激光退火方法，该方法包括：
[0012]通过所述真空吸附接口向所述盘面提供负压，使晶圆吸附于所述盘面；
[0013]对晶圆进行激光退火，同时通过冷却介质对所述多孔吸盘进行冷却；
[0014]其中，所述多孔吸盘内部设置有冷却介质通道。
[0015]进一步地，通过冷却介质对所述多孔吸盘进行冷却，具体包括：
[0016]将冷却介质从所述冷却介质入口输入到所述冷却介质通道中，以使冷却介质在所述冷却介质通道中进行热交换；
[0017]持续输入冷却介质，使冷却介质流经整个所述冷却介质通道后，从所述冷却介质出口流出。
[0018]进一步地，所述通过冷却介质对所述多孔吸盘进行冷却，还包括：
[0019]将所述冷却介质出口流出的冷却介质输送到制冷机进行冷却处理；
[0020]将经过制冷机处理后的冷却介质再次输送到所述冷却介质入口，使冷却介质在制冷机与所述冷却介质通道之间进行循环。
[0021]进一步地，经过制冷机处理后的冷却介质的温度为T0，温度T0低于环境温度。
[0022]进一步地，对所述多孔吸盘进行冷却，还包括：
[0023]实时检测所述多孔吸盘的温度，获得当前温度T
D
；
[0024]如果当前温度T
D
高于设定值T1，加快冷却介质的流速；如果当前温度T
D
低于设定值T1，减小冷却介质的流速。
[0025]进一步地，所述加快/减小冷却介质的流速，具体包括：
[0026]根据当前温度T
D
与设定值T1的比值k确定冷却介质的流速，所述冷却介质的流速与k的值正相关。
[0027]根据本申请实施例的第二方面，提供一种具备自主冷却功能的多孔吸盘，包括：吸盘本体；
[0028]所述吸盘本体的第一侧面设置有多孔材料制成的盘面；
[0029]所述吸盘本体的第一侧面与所述盘面之间设置有冷却介质通道；
[0030]所述吸盘本体的第二侧面设置有冷却介质入口、冷却介质出口、真空吸附接口；所述冷却介质入口、所述冷却介质出口分别与所述冷却介质通道相连通；所述真空吸附接口与所述盘面相连通。
[0031]进一步地，所述盘面为多孔材料制成，其孔隙率为25％～65％；
[0032]所述吸盘本体与所述盘面均为圆形，所述吸盘本体的圆心与所述盘面的圆心重合；所述真空吸附接口设置于所述吸盘本体的第二侧面的圆心位置。
[0033]进一步地，所述盘面的直径小于所述吸盘本体的直径；所述吸盘本体的第一侧面上未被所述盘面覆盖的环形区域形成固定部，所述固定部上设置有定位孔。
[0034]进一步地，所述固定部上设置有多个紧固结构；多个所述紧固结构沿着圆周均匀地间隔设置。
[0035]本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：
[0036]本申请的方案能够通过冷却介质对吸盘进行自主冷却，降低吸盘的温度，以提高吸盘和晶圆之间的热交换效率，使薄片晶圆因为激光退火造成的热量积累能够快速散除，从而降低薄片晶圆因为热积累而导致的碎片风险，提高工艺生产过程中的稳定性。
[0037]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0038]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光退火方法，其特征在于，包括：通过所述真空吸附接口向所述盘面提供负压，使晶圆吸附于所述盘面；对晶圆进行激光退火，同时通过冷却介质对多孔吸盘进行冷却；其中，所述多孔吸盘内部设置有冷却介质通道。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过冷却介质对多孔吸盘进行冷却，具体包括：将冷却介质从所述冷却介质入口输入到所述冷却介质通道中，以使冷却介质在所述冷却介质通道中进行热交换；持续输入冷却介质，使冷却介质流经整个所述冷却介质通道后，从所述冷却介质出口流出。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过冷却介质对多孔吸盘进行冷却，还包括：将所述冷却介质出口流出的冷却介质输送到制冷机进行冷却处理；将经过制冷机处理后的冷却介质再次输送到所述冷却介质入口，使冷却介质在制冷机与所述冷却介质通道之间进行循环。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，经过制冷机处理后的冷却介质的温度为T0，温度T0低于环境温度。5.根据权利要求2
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4任一项所述的方法，其特征在于，对所述多孔吸盘进行冷却，还包括：实时检测所述多孔吸盘的温度，获得当前温度T
D
；如果当前温度T
D
高于设定值T1，加快冷却介质的流速；如果当前温度T
D

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋一鸣，侯晓弈，陈静，
申请(专利权)人：北京华卓精科科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：