[发明专利]一种使用真空腔的激光处理装置和处理方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造装置与技术范围，特别涉及一种使用真空腔的激光光处理装置和处理方法。

背景技术

激光作用于半导体晶圆片，对半导体晶圆片的表面进行加工处理，对于这个过程的认识，一般是认为激光能量被衬底材料所吸收，转化成为热能，并使衬底材料产生显著的升温，通过高温热作用的方式产生所需的加工效果。从半导体材料掺杂杂质退火的技术实践来看，由于较强的热作用，导致了初始杂质的扩散再分布，所以并不希望热作用的强度太大。因为杂质扩散再分布的原因，人们看到，退火处理的时间越来越短暂，主要是希望减少杂质热扩散过程的时间，这样的技术趋势发展下来，就产生了单脉冲激光退火这样的技术方案，可以说是短时强作用技术的极致了。

从当前激光半导体加工的技术趋势来看，越来越忽视热作用的过程，而更强调非热作用。例如，在近几年的国际半导体技术发展路线图中，已经提出了非热退火的概念(英文为Athermal Anneal)。将激光对半导体材料的处理，更多地看成是直接的光作用，而将热量产生和扩散看成是伴随的次要的作用，就有可能有针对性地，针对光作用这样的特点，去设计和实现激光光处理的新装置和新技术方法。

本发明提出一种对半导体晶圆片表面实施激光处理加工的装置和方法，其主要的技术特色在于，在激光处理过程中，晶圆片表面接受激光辐照后，对于辐照能量的吸收，是以电子吸收为主的，而不是热效应(升温)显著的晶格吸收。此外，引入了真空腔体，激光处理的过程被置于抽成较高真空的腔体内来进行。这样，与热量传输有关的传导，对流，和辐射过程被减弱到了很小的程度，由于所述的这些技术特色，本发明得以提供专门适用于激光光处理的腔体及相关处理方 法。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用真空腔的激光处理装置和处理方法，其特征在于，工艺腔体2的顶端为透明窗口12，顶杆6从工艺腔体2底部中心孔7插入，顶杆6的顶端固定片托4，工艺腔体2底部侧面连接预真空腔9，预真空腔9和工艺腔体2分别通过预真空管口8和真空腔管口5接真空泵系统，在预真空腔9和工艺腔体2之间设置隔离门10，工艺腔体2设置气体入管11；工艺腔体2下半部分外侧壁，环绕冷却液管路3，用于冷却激光处理后的晶圆片；激光束1处于工艺腔体2的上方，激光束1透过透明窗口12对晶圆片表面进行辐照加热处理。

所述片托和顶杆用热导率低的材料制成，同时相对于外部带动顶杆升降的机械机构做隔热处理。

所述晶圆片在工艺腔体2中，由顶杆6和片托4机构承载，并且随顶杆6和片托4上下移动。

所述气体入管11用于在工艺阶段中向工艺腔体2内通保护气或工艺气体；所述气体入管为一路以上，并且气体入管的位置不局限于工艺腔体的底部。

一种使用真空腔的激光光处理方法，其特征在于，对于晶圆片进行激光处理的具体步骤如下：

(1)关闭隔离门10和预真空管口8，此时预真空腔9处于不抽真空的状态。预真空腔充气且向外的门打开曝露于大气中，外部机械手将晶圆片送入预真空腔9内，机械手退出预真空腔，预真空腔对外的门关闭，预真空管口8连通真空抽气泵开始对预真空腔9抽真空；

(2)打开隔离门10，由预真空腔中的机械手将晶圆片送入工艺腔体2，工艺腔体中的顶杆6自下方升起，由顶杆6顶端的片托4接过晶圆片，预真空腔中的机械手退回，关闭隔离门10；

(3)顶杆6升起至工艺腔体2顶部，此时根据具体的工艺要求，如果需要 对晶圆片进行辅助性加热，则采用外部的热辐射源透过透明窗12对晶圆片表面进行辐照加热，在辅助性的辐照加热阶段，工艺腔体2内部处于较高真空度或通入微量气体，令工艺腔内部处于100～200毫乇的真空度，以加强辅助加热的效果，辅助性加热的温度范围自室温至500摄氏度，除了辅助性加热之外，如果在激光处理之前还需要进行其他的工艺处理，例如对于洁净的晶圆片表面，通氢气进行表面处理等，也都放在本步骤进行；

(4)激光束1开始透过透明窗12对晶圆片表面进行辐照加热，由于激光束1由外部机械机构带动，在晶圆片表面扫描，因此晶圆片的全部表面都能够被处理到；当晶圆片接受激光辐照处理时，工艺腔体2处于腔室压力1毫乇或者更低的高真空状态，当针对的是特定的激光辅助薄膜沉积工艺时，腔室压力的设定则要符合特定工艺的要求；腔室压力的控制是通过对真空泵组抽率，保护性气体入气量和工艺气体入气量的协调调节实现的；