雙波長(zhǎng)激光退火裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及雙波長(zhǎng)激光退火裝置，包含綠光激光器和紅外激光器，綠光激光器的輸出光路上依次布置擴(kuò)束模塊、綠光條形光斑整形模塊和綠光45度反光鏡，紅外激光器的輸出光路上依次布置紅外條形光斑整形模塊和紅外45度反光鏡，綠光45度反光鏡和紅外45度反光鏡的輸出光路設(shè)置有合束投影聚焦鏡，合束投影聚焦鏡的輸出光路設(shè)有可變光闌，可變光闌的輸出端正對(duì)于加工平臺(tái)。通過(guò)光學(xué)組件調(diào)節(jié)使兩束激光合于一束，經(jīng)光學(xué)元件間配合調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換后，由高斯圓形分布轉(zhuǎn)換為條形高斯分布，合束后激光為條形光斑；紅外波長(zhǎng)的引入，使光斑具有更深的退火深度，使激光作用在材料表面瞬間溫度升高，提高注入離子的激活率，具有更優(yōu)異的加工效果。
【專利說(shuō)明】雙波長(zhǎng)激光退火裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種硅晶圓背部激光退火設(shè)備，尤其涉及一種雙波長(zhǎng)激光退火裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著消費(fèi)電子和家電業(yè)的飛速發(fā)展，高壓集成電路的耐高壓程度也在逐步提高，高壓功率集成電路使得器件同時(shí)具備了雙極器件的高跨導(dǎo)強(qiáng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力和CMOS集成度高、低功耗的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于該工藝的PSD (P型重?fù)诫s區(qū))和NSD (N型重?fù)诫s區(qū))工藝之后，有部分晶體排序不是有序的，而且不規(guī)則的，需要退火工藝來(lái)改變排序，提高激活率。傳統(tǒng)工藝是采用石英玻璃的退火爐烘烤退火，由于鋁基的熔點(diǎn)低，退火爐的溫度只能小于450度，導(dǎo)致晶體吸收能量低，退火后激活率較低，由于成本較低，普遍被國(guó)內(nèi)低端IGBT產(chǎn)業(yè)采用。
[0003]為了提高注入離子的激活率，激光退火開(kāi)始被部分廠家采用，基于脈沖式可變脈寬的綠光激光器，摻雜后的離子激活率得到了顯著提高，但是由于515nm激光器的波長(zhǎng)較短，退火深度只能達(dá)到I μπι級(jí)別，無(wú)法滿足更深的退火工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可提高退火深度的雙波長(zhǎng)激光退火裝置。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]雙波長(zhǎng)激光退火裝置，特點(diǎn)是:包含綠光激光器和紅外激光器，綠光激光器的輸出光路上依次布置擴(kuò)束模塊、綠光條形光斑整形模塊和綠光45度反光鏡，紅外激光器的輸出光路上依次布置紅外條形光斑整形模塊和紅外45度反光鏡，綠光45度反光鏡和紅外45度反光鏡的輸出光路設(shè)置有合束投影聚焦鏡，合束投影聚焦鏡的輸出光路設(shè)有可變光闌，可變光闌的輸出端正對(duì)于加工平臺(tái)。
[0007]進(jìn)一步地，上述的雙波長(zhǎng)激光退火裝置，其中，所述綠光激光器是綠光波段為515?532nm的調(diào)Q脈沖式綠光激光器。
[0008]更進(jìn)一步地，上述的雙波長(zhǎng)激光退火裝置，其中，所述紅外激光器是波段為808?1070nm的半導(dǎo)體或光纖紅外激光器。
[0009]更進(jìn)一步地，上述的雙波長(zhǎng)激光退火裝置，其中，所述擴(kuò)束模塊由共焦的凹透鏡和凸透鏡組成，兩個(gè)透鏡呈虛共焦結(jié)構(gòu)。
[0010]更進(jìn)一步地，上述的雙波長(zhǎng)激光退火裝置，其中，所述合束投影聚焦鏡旁設(shè)有用于測(cè)量激光光束到加工件表面高度的自動(dòng)測(cè)高儀。
[0011]本實(shí)用新型技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在:
[0012]①通過(guò)光學(xué)組件調(diào)節(jié)使兩束激光合于一束，激光束經(jīng)光學(xué)元件間配合調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換后，由高斯圓形分布轉(zhuǎn)換為條形高斯分布，合束后的激光為條形光斑，長(zhǎng)軸大約4_，短軸約為30 μπι，配合平臺(tái)的Z型來(lái)回高速移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)深度> 3 μπι的退火工藝；
[0013]②紅外波長(zhǎng)的引入，使得光斑具有更深的退火深度，同時(shí)，紅外激光的加入，使激光作用在材料表面瞬間溫度升高，提高了注入離子的激活率，具有更優(yōu)異的加工效果；
[0014]③雙波長(zhǎng)退火使退火深度達(dá)到3 μπι以上，離子摻雜的激活率進(jìn)一步提高，相比于傳統(tǒng)的高斯或者方形平頂光斑激光退火，本實(shí)用新型采用條形整形光斑使得退火均勻度更高，效率更快。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0016]圖1:本實(shí)用新型的光路結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，雙波長(zhǎng)激光退火裝置，包含綠光激光器11和紅外激光器21，綠光激光器11的輸出光路上依次布置擴(kuò)束模塊12、綠光條形光斑整形模塊13和綠光45度反光鏡3，紅外激光器21的輸出光路上依次布置紅外條形光斑整形模塊23和紅外45度反光鏡4，綠光45度反光鏡3和紅外45度反光鏡4可以是一個(gè)分光鏡，紅外激光透過(guò)該反射鏡，與反射的綠光激光合束，然后輸出至后端的合束投影聚焦鏡5，合束投影聚焦鏡5的輸出光路設(shè)有可變光闌6，可變光闌6的輸出端正對(duì)于加工平臺(tái)8。
[0018]其中，綠光激光器11是綠光波段為515?532nm的調(diào)Q脈沖式綠光激光器。紅外激光器21是波段為808?1070nm的半導(dǎo)體或光纖紅外激光器。
[0019]擴(kuò)束模塊12由共焦的凹透鏡和凸透鏡組成，輸入鏡將一個(gè)虛焦點(diǎn)光束傳送給輸出鏡，兩個(gè)透鏡是虛共焦結(jié)構(gòu)。
[0020]綠光條形光斑整形模塊13由一個(gè)柱透鏡組成，與球面透鏡產(chǎn)生點(diǎn)聚焦光斑不同，柱透鏡可產(chǎn)生一線型的光斑。
[0021]紅外條形光斑整形模塊23由一個(gè)柱透鏡組成，可產(chǎn)生一線型的光斑。
[0022]45度反光鏡的反射率大于98%，根據(jù)光線傳播路線改變的需要，45度反光鏡可任意設(shè)置于光束傳播的路線上。當(dāng)然，根據(jù)路線調(diào)節(jié)的需求，也可設(shè)有多個(gè)45度反光鏡。
[0023]合束投影聚焦鏡5鍍膜設(shè)計(jì)用于350?700納米的激光，以及650?1050納米的激光，該合束投影聚焦鏡對(duì)短軸的激光進(jìn)行投影聚焦，使條形光斑作用在硅片及樣品表面。合束投影聚焦鏡5下方設(shè)置可變光闌6，為螺旋調(diào)節(jié)位移機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)范圍為I?5_。
[0024]合束投影聚焦鏡5旁設(shè)有用于測(cè)量激光光束到加工件表面高度的自動(dòng)測(cè)高儀9，用于退火硅片的高度適時(shí)監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)高度超出公差，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整Z軸，使激光作用的能量密度保持高度一致性，從而保證退火均勻度。
[0025]XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)直線電機(jī)的控制，在導(dǎo)軌上精確的進(jìn)行二維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)硅晶圓等材料的整幅面退火加工。
[0026]具體應(yīng)用時(shí)，綠光激光器11發(fā)出激光束經(jīng)擴(kuò)束模塊12擴(kuò)束，擴(kuò)束后的光束進(jìn)入綠光條形光斑整形模塊13使輸出的光束具有均勻的能量密度，繼而，由綠光45度反光鏡3使光線路線折彎和傳輸；紅外激光器21發(fā)出的激光束進(jìn)入紅外條形光斑整形模塊23使輸出的光束具有均勻的能量密度，繼而，由紅外45度反光鏡4使光線路線折彎和傳輸；綠光45度反光鏡3和紅外45度反光鏡4反射的光束由合束投影聚焦鏡5聚焦為縮小的條形光斑，光斑在長(zhǎng)軸為平頂分布，短軸為高斯分布，高斯光束的能量分布特點(diǎn)為中間高，邊緣低；最后由可變光闌6調(diào)整長(zhǎng)軸條形光斑的長(zhǎng)度，條形光斑的長(zhǎng)度為4mm，寬度為30 μ m，使能量分布為長(zhǎng)條形激光光斑同時(shí)聚焦于加工件7的表面。合束投影聚焦鏡有效焦距為100mm，平頂光斑的能量密度為3?5J/cm2。
[0027]通過(guò)光學(xué)組件調(diào)節(jié)使兩束激光合于一束，激光束經(jīng)光學(xué)元件間配合調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換后，由高斯圓形分布轉(zhuǎn)換為條形高斯分布，合束后的激光為條形光斑，長(zhǎng)軸大約4_，短軸約為30 μπι，配合平臺(tái)的Z型來(lái)回高速移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)深度>3 μπι的退火工藝。紅外波長(zhǎng)的引入，使得該光斑具有更深的退火深度，同時(shí)，紅外激光的加入，使激光作用在材料表面瞬間溫度升高，提高了注入離子的激活率，具有更優(yōu)異的加工效果。
[0028]控制系統(tǒng)與自動(dòng)測(cè)高系統(tǒng)、XY直線電機(jī)和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌通信配合以實(shí)現(xiàn)樣品的左右上下移動(dòng)。控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、1卡，高度采集卡、驅(qū)動(dòng)器、高精度導(dǎo)軌、光柵尺、直線電機(jī)及氣動(dòng)元件。其中，1卡與運(yùn)動(dòng)控制卡與PC集成，高精度導(dǎo)軌、直線電機(jī)、光柵尺設(shè)于作用面的下方，工控機(jī)擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制卡和振鏡控制卡，與PC通訊控制平臺(tái)及樣品的高精度運(yùn)動(dòng)，樣品位于多孔陶瓷上方，多空陶瓷與真空發(fā)生器連接，使硅片可以平整的吸附在陶瓷上方，配合XY平臺(tái)的高精度運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)該設(shè)備做二維任意圖形的退火掃描。優(yōu)選地，平臺(tái)掃描Y軸間距為2mm，X軸速度為100mm/s，掃描幅面可達(dá)300 X 300mm，配合高精度導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，可以完成任意大小的硅片整片退火。在光學(xué)組件的各元件之間還可以添加有反光鏡之類的用于改變傳播路線但不會(huì)改變光束能量密度的光學(xué)反射器件，通過(guò)改變傳播路線以便該激光退火裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)置的便捷。
[0029]本實(shí)用新型采用條形光斑取代之前的小范圍平頂光，單次退火面積從之前的30X30 μπι，提高到4πιπιΧ30μπι，在X軸方向?yàn)榈湫偷母咚狗植?，Y軸為平頂分布，均與性< 10%，在平臺(tái)的XY軸配合下，可以獲得極高的退火效率。改善退火效率，提高激光退火深度。
[0030]需要理解到的是:以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.雙波長(zhǎng)激光退火裝置，其特征在于:包含綠光激光器和紅外激光器，綠光激光器的輸出光路上依次布置擴(kuò)束模塊、綠光條形光斑整形模塊和綠光45度反光鏡，紅外激光器的輸出光路上依次布置紅外條形光斑整形模塊和紅外45度反光鏡，綠光45度反光鏡和紅外45度反光鏡的輸出光路設(shè)置有合束投影聚焦鏡，合束投影聚焦鏡的輸出光路設(shè)有可變光闌，可變光闌的輸出端正對(duì)于加工平臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)激光退火裝置，其特征在于:所述綠光激光器是綠光波段為515?532nm的調(diào)Q脈沖式綠光激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)激光退火裝置，其特征在于:所述紅外激光器是波段為808?1070nm的半導(dǎo)體或光纖紅外激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)激光退火裝置，其特征在于:所述擴(kuò)束模塊由共焦的凹透鏡和凸透鏡組成，兩個(gè)透鏡呈虛共焦結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)激光退火裝置，其特征在于:所述合束投影聚焦鏡旁設(shè)有用于測(cè)量激光光束到加工件表面高度的自動(dòng)測(cè)高儀。
【文檔編號(hào)】H01L21/268GK204189772SQ201420748569
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】趙裕興, 韓偉 申請(qǐng)人:蘇州德龍激光股份有限公司, 江陰德力激光設(shè)備有限公司