[发明专利]一种激光退火装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光退火装置及方法，该装置包括沿光路依次设置的激光照射系统、载片系统和反射光检测系统，以及与激光照射系统、载片系统和反射光检测系统连接的主机；激光照射系统包括沿光路依次设置的激光光源、光束调整组件、光强分布形成组件、分束组件和聚焦组件；通过选择光强分布形成组件上的光学元件形成硅片所需的入射光强分布，使硅片上的温度场达到中间和边缘温度一致的效果，保证退火温度均匀性，从而提高退火效果均匀性；基于同一批硅片，相同位置的图案是相同的，可以提前离线把退火过程中使用的光学元件选配好，按照顺序写入曝光流程，曝光过程中只进行监测，不进行调整，可以在保证退火性能的同时提高提高效率，提高产率。

技术领域

本发明涉及激光退火技术领域，具体涉及一种激光退火装置及方法。

背景技术

在摩尔定律的推动下，芯片制造业在过去的数十年中经历了快速发展。这种持续的快速发展源自于芯片尺寸的持续缩小。然而随着尺寸的缩小，对芯片的加工制造工艺提出了越来越高的困难和挑战，而传统的硅片快速热退火方式已经很难满足45nm及更高节点的要求。

近年来由于激光应用技术的发展，以及激光退火相对传统退火具有热预算小，激活效率高，可以很大程度减小热扩散，并降低热应变的优势，已显示出很好的应用前景。

当硅片经过光刻工艺之后，表面的不同位置处会形成不同的nm级几何结构以及材料属性，导致表面的不同位置处对入射激光能量的吸收不一致，从而导致激光退火后表面的温度分布均匀性变差，即所谓的图案效应。

如图1所示为经过特定光刻工艺处理之后的硅片表面的结构示意图。可以看出，硅片5表面由一系列黑色的方框所示的裸芯片51构成。对于形成的裸芯片51，在表面上具有nm级空间尺度的一系列特定的周期性结构以及沿硅片5内部深度方向具有不同的材料成分，如图2所示，包括A、B、C、D四种材料成分。基于上述因素，使得硅片5上表面对于入射光的反射率R(x,y)是位置的函数，因为光束无法透过硅片5，所以入射到硅片5上表面的能量只能被反射和吸收，即获得硅片5上表面的反射率后即可得出硅片5上表面对于入射光的吸收率A(x,y)也是位置的函数。

对于激光退火而言，利用激光作为能量源，照射待处理硅片的表面，使得硅片吸收规定的能量I₀，从而达到规定的退火温度T₀，实现目标退火。但是由于图案效应的存在，待处理硅片吸收的能量分布存在一定的差异ΔI，造成待处理的硅片的温度分布也存在一定的温差ΔT，这将会对器件性能的一致性产生重要的影响。因此，如何保证在激光退火过程中，避免图案效应，使硅片表面能量吸收差异ΔI保持在一个可以接受的范围内，进而保证硅片表面温差ΔT保持在一个可接受的范围内是当前亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种激光退火装置及方法，以解决现有技术中存在的硅片表面的温度分布和退火效果不均匀的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种激光退火装置，包括沿光路依次设置的激光照射系统、载片系统和反射光检测系统，以及与所述激光照射系统、载片系统和反射光检测系统连接的主机；所述激光照射系统包括沿光路依次设置的激光光源、光束调整组件、光强分布形成组件、分束组件和聚焦组件；

所述激光光源发出的激光依次经过所述光束调整组件、光强分布形成组件、分束组件和聚焦组件后投射至所述载片系统的硅片上，反射光束依次经过所述聚焦组件和分束组件后被所述反射光检测系统接收，以监测所述硅片表面的反射光斑光强分布，所述主机根据所述反射光斑光强分布信息控制所述光强分布形成组件形成硅片所需的入射光强分布。

进一步的，所述光束调整组件包括沿光路依次排列的准直组件和扩束组件，分别对所述激光光源发出的激光光束进行准直和扩束。

进一步的，所述光强分布形成组件包括转盘和设于所述转盘上的光学元件组，所述转盘与所述主机连接。