[发明专利]一种激光退火装置

说明书

本发明提供了一种激光退火装置，包括保持晶圆的载物台、单个发射激光光束的激光器；还设置有将激光器发射出的激光光束分束为至少两束光束的分束及整形系统。还设置有与至少两束光束一一对应的至少两个菲涅尔透镜，每个菲涅尔透镜具有至少两组不同焦距的透镜区域，以将对应的光束聚焦出至少两个互不重合的焦点。还设置有将至少两束光束合在一起并聚焦在晶圆的至少两个不同设定深度层的合束系统，至少两个互不重合的焦点中的每个焦点位于该焦点对应设定深度层上。通过设置每个菲涅尔透镜具有至少两组不同焦距的透镜区域，将至少两束光束合在一起并聚焦到晶圆的至少两个不同的设定深度层，以对晶圆的至少两个不同的设定深度层进行同时退火。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种激光退火装置。

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，用以对晶圆上的不同深度层同时进行退火。

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、以及单个发射激光光束的激光器；还设置有将激光器发射出的激光光束分束为至少两束光束的分束及整形系统，其中，至少两束光束中的一束光束为退火光束，其他光束为预热光束；且该分束及整形系统还调整退火光束的能量大于预热光束的能量。还设置有与至少两束光束一一对应的至少两个菲涅尔透镜，每个菲涅尔透镜具有至少两组不同焦距的透镜区域，以将对应的光束聚焦出至少两个互不重合的焦点。还设置有将至少两束光束合在一起并聚焦在晶圆的至少两个不同设定深度层的合束系统，其中，至少两个不同设定深度层与至少两个互不重合的焦点一一对应，且至少两个互不重合的焦点中的每个焦点位于该焦点对应设定深度层上。

在上述的方案中，通过采用单个激光器，通过分束及整形系统将单个激光器发射出的激光光束分束为一束退火光束及至少一束预热光束；并设置至少两个菲涅尔透镜，且每个菲涅尔透镜具有至少两组不同焦距的透镜区域，通过合束系统将至少两束光束合在一起并聚焦到晶圆的至少两个不同的设定深度层，以对晶圆的至少两个不同的设定深度层进行同时退火，从而提高对晶圆退火的效率。与现有技术中的炉火退火的方式相比，本发明的方案无需将整个晶圆都加热到退火温度，从而能够实现对晶圆的某几个设定深度层进行退火，而其他的深度层不受影响或影响较小。采用单个激光器即可完成对晶圆的退火，从而减少激光器的个数，节省成本。且采用同时对晶圆的至少两个不同设定深度层进行退火，从而提高对晶圆退火的效率。

在一个具体的实施方式中，每个菲涅尔透镜具有使该菲涅尔透镜对应的光束射入的入射面、以及与入射面相对的出射面，其中，出射面上设置有圆形弧面、以及环绕圆形弧面且呈同心圆分布的多个环形齿纹，以简化菲涅尔透镜的设置。

在一个具体的实施方式中，在至少两个菲涅尔透镜中的任意一个菲涅尔透镜中，该菲涅尔透镜上的每组透镜区域包括圆形弧面或\和至少一个环形齿纹，以便于设置每个菲涅尔透镜区域。

在一个具体的实施方式中，在至少两个菲涅尔透镜中的任意一个菲涅尔透镜中，该菲涅尔透镜上的至少两组不同焦距的透镜区域由该菲涅尔透镜的中心向外依次排布，以使同一透镜区域的环形齿纹分布在一起，从而便于在菲涅尔透镜上设置出不同焦距的透镜区域。