[发明专利]一种激光退火装置及退火方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及晶圆制造技术领域，尤其涉及一种激光退火装置及退火方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。