[发明专利]用于深紫外激光退火的三片式加热片台扫描装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造设备范围，特别涉及半导体超浅结制造中的一种用于深紫外激光退火的三片式加热片台扫描装置。

背景技术

当今的半导体行业是在国际上吸纳资金、技术和人才最多的行业之一，整个行业的发展也是日新月异。随着以集成电路和大容量存储器为代表的半导体器件工艺节点从65nm，45nm进入到32nm及以下，其要求重掺杂的、超浅的MOS器件源漏扩展区的器件结构，即在工艺上要制作出超浅结(Ultra-Shallow Junction，简称USJ)。此时超浅结的方块电阻为810-900Ω/sq，结深为9-10nm，结的陡度为1.8-2.0nm/decade。

为了满足在200-300mm圆片上制作出32nm及以下各代器件对超浅PN结的要求，除了要在杂质掺杂技术上采取新的技术措施之外，在杂质激活的退火环节，需要对传统的基于灯光的快速热退火(RTA)方法做出变更。当前较为认可的超浅结退火工艺是波长为深紫外的激光退火技术。

采用深紫外激光退火技术所制造出的超浅、陡峭的PN结，能够满足32nm及其以下工艺节点集成电路制造的需求。这是因为，首先深紫外激光波长短，对物质直接作用的深度浅，只对超浅的表面区域产生影响；其次，由于退火激光是脉冲式工作，激光脉冲约在几十纳秒量级，退火采用对圆片扫描或场步进方式，因此总的退火作用时间很短暂，使得退火阶段杂质的纵向再扩散几乎为零；高的杂质激活率可以得到更低的的方块电阻。

需要指出的是，本发明所称的深紫外激光退火，专门是指用于超浅结制作的激光退火技术，其在物质作用机理上有别于现有的激光退火技术。目前，国际上针对超浅结制作的激光退火设备及配套工艺技术，还处于实验研究阶段。

由于目前用于超浅结退火的深紫外激光器单脉冲能量较低，无法对直径200-300mm的整个圆片同时退火，所以只能采取线扫描或场步进的方式来实现退火。同时需要对衬底材料进行加热。这样不仅可以将激光退火的能量密度阈值降低至350mJ/cm²的量级，同时还可以减轻由于采用高强度激光退火在衬底上产生的热应力的影响。

直径200-300mm的圆片上可以制作的超大规模集成电路芯片成百上千，每个芯片上的晶体管数量也达到了百万甚至上亿。如此巨大数量的晶体管或电路，要保证其相应的参数相同，对加工工艺的一致性就提出了很高的要求。激光退火工艺的一致性要求加热加热片台上圆片的温度在激光退火过程中时时处处相同，但由于圆片材料的热容量和热导率的关系，圆片加热时温度的建立和达到热平衡都需要一定的时间，这样势必造成一个等待时间，降低了退火设备的效率(产能)。

基于以上原因，为了减小加热过程中的等待时间，本发明提出了一种ABC三片式加热片台扫描装置的激光退火设备方案。具体地说，就是利用三片式加热片台，圆片在A加热片台上进行装卸片和预加热，转移至B加热片台上继续进行预加热，在C加热片台上进行激光退火，这一过程循环进行，三个加热片台上都有一个圆片，通过一个可以旋转的托盘实现圆片在三个加热片台上的转移，从而减少了激光退火过程中的等待时间，以及圆片在转移过程中的温度变化，提高了工艺一致性和设备产能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于深紫外激光退火的三片式加热片台扫描装置及方法。

一种用于深紫外激光退火的三片式加热片台扫描装置，其特征在于，A加热片台2、B加热片台3和C加热片台4连接成品字型加热片台，旋转托盘5放置在该品字型加热片台上；品字型加热片台通过托盘旋转传动轴17固定在X1电动平移台14上台面上，X1电动平移台14下台面与X方向平移台10固定，X1电动平移台驱动电机11固定在X方向平移台10一端；R1电动旋转机构15分别与托盘旋转传动轴17和驱动电机16连接；Y方向Y1电动平移台6和Y方向Y2电动平移台8分别通过Y1电动平移台滑轨12和Y2电动平移台滑轨13固定在X方向平移台10下面两端；Y1电动平移台驱动电机7固定在Y方向Y1电动平移台6一端、Y2电动平移台驱动电机9固定在Y方向Y2电动平移台8一端；深紫外脉冲激光光束扫描定位中心点1位于C加热片台附近。

所述旋转托盘5与所述A加热片台2、B加热片台3和C加热片台4成品字型连接的形状相同。

所述旋转托盘上设置圆片的定位槽18，槽内有三个顶针的通孔19。

所述A加热片台2、B加热片台3和C加热片台4的外部结构均为正六边形。

所述A加热片台2、B加热片台3和C加热片台4的中间均有以等边三角形布置的三根顶针孔，将所加工的圆片顶起，便于机械手卸片与装片。