[发明专利]一种基于复合激光源的激光退火设备及退火方法

说明书

本发明公开了一种基于复合激光源的激光退火设备及退火方法，该退火设备包括载物台、复合激光源和移动部件，载物台用于承载待退火结构；复合激光源包括第一激光源和第二激光源；第一激光源的功率大于第二激光源的功率；第一激光和第二激光分别入射至待退火结构表面的不同区域；移动部件，用于使载物台和复合激光源相对运动，以使待退火结构同一退火区域先经第二激光预热后再经第一激光退火。在本发明中，复合激光源能同时发射不同功率的第一激光和第二激光，通过移动部件可以使待退火结构与复合激光源相对运动，第二激光用于预热，第一激光用于退火，当前区域的退火和下一区域的预热同时进行，可大大节省整体退火时间，提高退火效率。

技术领域

本发明属于集成电路退火领域，尤其涉及基于复合激光源的激光退火设备及退火方法。

背景技术

晶圆的退火是超大规模集成电路制造中的一个重要步骤，通过对注入离子的硅片进行加热，将杂质原子激活，使杂质原子移动到晶格点，修复晶格损伤，提高晶圆的电学特性，并降低其内应力。

其中，激光退火是退火的常用手段。激光退火通常是指用一束线光斑照射晶圆表面，使照射部位能够在极短的时间内将温度提高至一千摄氏度以上，达到晶圆的退火温度。由于激光加热时间短、升降温速率快等特点防止了热处理过程中杂质的扩散和再分布，在器件制造中成为重要的退火手段

传统的激光退火，因为激光能够在小范围内快速提高硅片温度至退火温度，虽然相对于高温炉退火能够提高效率，节省成本，但由于激光退火引起的局部温度急速变化，容易引起晶圆表面热应力形变，导致退火效果不好。目前一般的解决方法是在执行激光退火之前先将晶圆放入退火炉提前预热以降低激光退火的热应力形变，但是通过退火炉对晶圆整体加热，该预热过程升温较慢且耗时较长，退火效率不高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于复合激光源的激光退火设备及退火方法，其目的在于进行激光退火时能够降低热应力形变且提高退火效率，由此解决传统退火过程中预热过程升温较慢且耗时较长，退火效率不高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于复合激光源的激光退火设备，其包括载物台、复合激光源和移动部件，其中，

载物台用于承载待退火结构；

复合激光源包括第一激光源和第二激光源；所述第一激光源用于发射第一激光，第二激光源用于发射第二激光，所述第一激光源的功率大于所述第二激光源的功率；所述第一激光和第二激光分别入射至待退火结构表面的不同区域；

移动部件，用于使所述载物台和所述复合激光源相对运动，以使待退火结构同一退火区域先经第二激光预热后再经第一激光退火。

优选地，所述第一激光源为CO2激光器，所述第二激光源为半导体激光器。

优选地，所述复合激光源还包括整形部件，所述整形部件包括反射式积分镜和鲍威尔棱镜，其中，所述反射式积分镜用于将所述第一激光积分成线光斑，所述鲍威尔棱镜用于使所述第二激光转换为线光斑。

优选地，所述复合激光源还包括整形部件，所述整形部件包括第一菲涅尔透镜组和第二菲涅尔透镜组，每组菲涅尔透镜组包括快轴菲涅尔透镜和慢轴菲涅尔透镜，所述快轴菲涅尔透镜和慢轴菲涅尔透镜的楞互相垂直，第一菲涅尔透镜组用于使所述第一激光在快轴和慢轴两个方向均匀化，第二菲涅尔透镜组用于使所述第二激光在快轴和慢轴两个方向均匀化。

优选地，所述激光退火设备还包括定位组件，所述定位组件包括第一激光光斑定位组件和第二激光光斑定位组件，所述第一激光光斑定位组件包括棱镜和用于支撑所述棱镜的调节支架，所述第一激光经棱镜反射后在所述待退火结构上形成第一激光光斑，所述调节支架用于调整所述棱镜的倾斜程度；所述第二激光光斑定位组件包括平行设置且距离可调的第二反射镜和第三反射镜，所述第二激光以45°入射角入射至所述第二反射镜，且依次经所述第二反射镜和第三反射镜反射入垂直入射至待退火结构上形成第二激光光斑。