CN102157343A - 一种采用梯形束斑扫描的激光退火装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于半导体制造设备和技术范围的一种采用梯形束斑扫描的激光退火装置和方法。该梯形束斑采用两块独立控制移动的挡板来得到。当梯形束斑的激光光束对晶圆片进行扫描退火时，两次梯形束斑边缘按c＝(a-b)/2重叠，使相邻的两扫描行相互重叠补偿，从而可以将传统逐行扫描过程中，行与行之间的过扫描和欠扫描所引起的不均匀性大幅度地降低，提高光束扫描作用的均匀性。本发明方案更加简便高效，在提高激光退火的片内均匀性的同时，可大幅度降低***的实现成本，而且并不对片台或者激光束扫描运行的机械***提过高的要求。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造设备和技术范围，特别涉及一种采用梯形束斑扫描的激光退火装置和方法。
背景技术
在集成电路制造技术的发展过程中，随着器件尺寸不断缩小，在45nm，32nm等技术节点，乃至更小尺寸时，如何形成一个性能优良的晶体管源漏区的超浅结(Ultra-Shallow Junction)，成为一项至关重要的技术性的挑战。为了满足12″晶圆片45nm纳米及以下各代器件对超浅PN结制作的需求，传统的以条形或球形灯作为光源的灯光快速热退火(RTA)已经不能适应超浅结的要求。而大量的研究表明，在纳米级CMOS器件中，超浅和低电阻率的结对抑制短沟道效应和获得更好的器件性能起着越来越重要的作用。由于热扩散和固溶度的限制，传统的灯光快速热退火(RTA)，即使是采用尖峰退火技术也很难满足65nm节点的要求。
在此种背景下，人们提出采用激光脉冲退火(Laser Spike Annealing)的方法，来获得退火阶段注入杂质粒子的零扩散、超固溶度的表面载流子浓度和超浅、陡峭的PN结。
由于激光退火的束斑尺寸的限制，如果要对整个晶圆片进行退火，就必须使激光束与晶圆片之间形成相对的运动，这样随着处理时间的推移，激光束将移动和覆盖满整个的晶圆片表面。进一步地，对于任何采用扫描方式移动的激光退火来说，要求下一扫描行的上端，要紧邻上一扫描行的下端，两行激光扫描束的痕迹之间，既不允许有重叠，也不允许有漏空(扫描不到的地方)。假如是发生了上述的情况，则晶圆片表面总是存在激光作用了两遍，或者激光完全没有作用到的地方，鉴于现代集成电路技术，在很小的晶圆片表面积上能够集成地制作出很多晶体管器件，因此哪怕是很小一点的异常作用面积，也会导致多个器件性能与其他正常退火的器件不一致，造成激光退火工艺失效。
为了解决上述问题，一种方法是令激光束边沿处的光强在一定的尺度内线性下降，例如在1毫米长度上，从光强的最高值降至光强为0。这样，当进行前后相接的两行激光扫描时，可令前一行与后一行相重叠1毫米，由于互补的原因，前后两激光束作用到晶圆片上的总能量，在两扫描行的范围内的任意一处都是相同的，从而可以获得相同的退火效果。即便是由于片台或者激光束扫描的机械控制***精度不够，例如两激光束重叠的区域只有0.9毫米，那么由此造成的总沉积激光能量，在晶圆片上的不同区域之间，也只是最大相差10％，远远好于原始方案。
为了更好地解决上述问题，同时又不对片台或者激光束扫描运行的机械***的运行提出过高的要求，本发明提出，也可以对激光束束斑的形状进行整形，通过引入梯形束斑，来实现同样的光强线性变化至0的目的。与利用光学元器件对光束边沿进行处理，使光强线性变化下降的方法相比，本发明方案，更加简便高效，在提高激光退火的片内均匀性的同时，可大幅度降低***的实现成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用梯形束斑扫描的激光退火装置和方法。
所述采用梯形束斑扫描的激光退火装置是指用呈梯形束斑的激光束对晶圆片进行扫描，来实现整个晶圆片的均匀退火；梯形束斑扫描的激光退火装置在最简单情形下，通过在光路中放入左、右两块独立活动的挡板，并由两个步进马达分别驱动左挡板、右挡板向左或向右移动，而将激光束整形为梯形形状，从而得到不同面积大小的梯形束斑。
所述左挡板为一矩形平板；右挡板为开有梯形通孔或槽的平板；两档板所围成的梯形形状，总是处于光束之中。
所述的采用梯形束斑的激光退火方法，是指激光光束通过挡板***后，成为梯形截面形状的光束，从梯形的短边算起，向上或者向下，光束的面积都是线性单调地下降为0的；当这样的梯形束斑对晶圆片进行扫描退火时，两扫描行的重叠部分控制成梯形束斑边缘重叠，形成两束斑相互补偿，实现照射到晶圆片上的总激光能量相等。
所述两扫描行的重叠，具体为c＝(a-b)/2；其中a为等腰梯形的长边，b为等腰梯形的短边，则计算得出c值作为前后两扫描行束斑重叠的尺度；考虑到光衍射效应，或者同样照射能量下两次作用和一次作用的效果并不能完全一致时，对c值进行调整，使其重叠部分得到的照射能量作用的效果和一次作用的效果完全一致。
本发明的有益效果是，将激光束斑整形成为梯形形状后，可实现束斑边缘部分的光强从最大值线性地变化至0的效果。与利用光学元器件对光束边沿进行处理，使光强线性变化下降的方法相比，本发明方案，更加简便高效，在提高激光退火的片内均匀性的同时，可大幅度降低***的实现成本，而且并不对片台或者激光束扫描运行的机械***提过高的要求。
附图说明
图1为用于形成梯形束斑的两独立运行挡板的设置情况；
图2为采用梯形束斑逐行扫描时，两扫描行叠加情况的示意图。
图中，1.是左挡板；2.是右挡板；3.是前一行，向右做扫描移动的激光束束斑；4.是后一行，向左做扫描移动的激光束束斑。
具体实施方式
本发明是提供一种采用梯形束斑扫描的激光退火装置和方法。
退火激光源的波长、功率等，视工艺要求而定，例如采用308nm XeCl激光，功率50W～200W。
对于出射的激光光束，经过一定扩束，匀束等光学***的处理后，可使束斑达到一定的面积，并且束斑范围内的光强均匀化。
经过光学***匀束的激光，在其束腰部分，***两个可独立运动的光路挡板，从而将激光束截面处理成为梯形形状。如图1所示，左、右两个挡板可由电机驱动在左右方向上移动，既可以任意固定一块，使另一块可调；也可以同时调节两档板的位置，从而改变梯形束斑的面积。这里要求，两档板所围成的梯形形状，总是处于光束之中。
在得到梯形束之后，令这样的激光在晶圆片表面做扫描的运动，其中前一扫描行与后一扫描行有一定的重叠，如图2所示，实现梯形束斑扫描方式的退火。
关于扫描行彼此重叠，具体的方法为，设等腰梯形的长边为a，短边为b，则计算得出c值，c＝(a-b)/2，以此作为前后两扫描行束斑重叠的尺度。在具体运行激光退火时，如果考虑到梯形束边缘的光学衍射效应，则两扫描行重叠略为拉开一些，少重叠一点；如果考虑到两次激光照射的总效果，不如一次照射同样激光能量的效果，则两扫描行再多重叠一些。考虑到光衍射效应，或者同样照射能量下两次作用和一次作用的效果并不能完全一致，需要在c值的基础上，再进行一定的调整。具体调整多少，可在具体应用所特定的条件下进行工艺试验确定。
所述梯形束斑的激光束，不限于激光退火应用，也可用于激光辅助沉积，激光辅助非晶材料再结晶等其他用到激光光束的材料处理制程。
Claims (4)
1.一种采用梯形束斑扫描的激光退火装置，其特征在于，所述采用梯形束斑扫描的激光退火装置是在光路中放入左、右两块独立活动的挡板，并由两个步进马达分别驱动左、右挡板向左或向右移动，将激光束整形为梯形形状，从而得到不同面积大小的梯形束斑；用呈梯形束斑的激光束对晶圆片进行扫描，来实现整个晶圆片的均匀退火。
2.根据权利要求1所述一种采用梯形束斑扫描的激光退火装置，其特征在于，所述左挡板为一矩形平板；右挡板为开有梯形通孔或梯形槽的平板；两档板所围成的梯形形状，总是处于光束之中。
3.一种采用梯形束斑扫描的激光退火方法，其特征在于，所述采用梯形束斑扫描的激光退火方法是从梯形的短边算起，向上或者向下，光束的面积都是线性单调地下降为0的；当这样的梯形束斑对晶圆片进行扫描退火时，两扫描行的重叠部分控制成梯形束斑边缘重叠，形成两束斑相互补偿，实现照射到晶圆片上的总激光能量相等。
4.根据权利要求3所述一种采用梯形束斑扫描的激光退火方法，其特征在于，所述两扫描行的重叠，具体为c＝(a-b)/2；其中a为等腰梯形的长边，b为等腰梯形的短边，则计算得出c值作为前后两扫描行梯形束斑重叠的尺度；考虑到光衍射效应，或者同样照射能量下两次作用和一次作用的效果并不能完全一致时，对c值进行调整，使其重叠部分得到的照射能量作用的效果和一次作用的效果完全一致。
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