[發明專利]激光熱處理裝置及激光熱處理方法

在審

• 申請號: 201910188307.1
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109686686A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 陳靜;蔣一鳴;李紅;陳威;李震;朱津泉;侯曉弈;孫金召
• 申請（專利權）人: 北京華卓精科科技股份有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/324
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 王璐

1.一種激光熱處理裝置，對晶圓(4)表面進行熱處理，其特征在于，包括：三個激光器(L1、L2、L3)，三個激光器(L1、L2、L3)各自具有激光控制器(C1、C2、C3)；還包括系統控制單元(1)，系統控制單元(1)進行三個激光輸出的總體時序控制以及與運動臺(5)的同步時序控制，系統控制單元(1)為脈沖發生器的形式，其中三種激光器包含兩種波長。

2.如權利要求1所述的激光熱處理裝置，其特征在于，該熱處理為退火處理。

3.如權利要求1所述的激光熱處理裝置，其特征在于，其中兩個激光器(L1、L2)為綠光激光器，兩者波長相同；第三個激光器(L3)為紅外光激光器。

4.如權利要求3所述的激光熱處理裝置，其特征在于，綠光波段激光器波長范圍為500nm～560nm，紅外光激光器波長范圍為780nm～1550nm；

和紅外光斑寬度與綠光光斑寬度的比例要大于1.5；

和/或投射到晶圓(4)表面的綠光光斑的寬度在10-400μm范圍，

和/或紅外光斑的寬度在30-800μm范圍。

5.如權利要求1所述的激光熱處理裝置，其特征在于，三個激光器(L1、L2、L3)的激光均經過精密校準的光學系統(2)，合成出射光束(3)，以一定角度投射到晶圓(4)表面的同一位置，載片臺(5)承載晶圓(4)進行來回掃描及步進運動，最終使激光束覆蓋整張晶圓(4)，完成激光熱處理工藝過程。

6.如權利要求5所述的激光熱處理裝置，其特征在于，光學系統(2)完成由光源束斑至目標束斑的光束準直、勻化、合成及投影功能，第一激光器(L1)和第二激光器(L2)發出的光束進入到光學系統后(2)，由第一耦合鏡(6)合成一束光，經過擴束準直模塊(E1)、整形勻光模塊(H1)、能量調節模塊(V1)、工藝開關模塊(A1)，由圓形光斑整形為能量分布相對均勻的線斑或矩形斑，進入第二耦合鏡(7)；第三個激光器(L3)發出的光束，同樣經過擴束準直模塊(E2)、整形勻光模塊(H2)、能量調節模塊(V2)，被整形為形狀一致但尺寸相對較大的線斑或矩形斑，進入第二耦合鏡(7)；經第二耦合鏡(7)對兩種波長的光束進行合成，并由光闌(8)進行邊緣處理，最后由鏡頭(9)投射至目標尺寸及目標位置。

7.如權利要求5所述的激光熱處理裝置，其特征在于，光學系統(2)使晶圓(4)表面上其中一種激光器的照射區域大于另兩個激光器的照射區域。

8.如權利要求5所述的激光熱處理裝置，其特征在于，三個激光器的光斑形狀一致，為線形或矩形，光斑在長軸方向上為邊沿陡峭的平頂分布，在短軸方向上為高斯分布或平頂分布。

9.一種激光退火方法，對晶圓(4)表面進行熱處理，其特征在于，該激光退火方法，包括以下步驟：

第一步，為紅外光預熱，體現在紅外光不但在時序上先于綠光作用于晶圓，而且在空間分布上因覆蓋區域大于綠光覆蓋區域而在掃描方向前沿起到提前預熱作用；

第二步，為第一個綠光脈沖的加熱作用，在第一個綠光脈沖進行作用時晶圓獲得基礎退火溫度，起到預先退火的效果；

第三步，為第二個綠光脈沖在第一個綠光脈沖作用后的較短時間內，以不低于第一個綠光脈沖的能量密度進行加熱，達到最終退火激活的效果。

10.如權利要求9所述的激光退火方法，其特征在于，利用權利要求1-8之一所述的激光熱處理裝置執行所述激光退火方法；和/或第一個綠光脈沖和第二個綠光脈沖之間的時間延遲可調節，調節范圍為10ns-3000ns；和/或第一個綠光脈沖與紅外光之間的時間延遲至少＞100ns。