本實用新型專利技術(shù)涉及一種用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備，包括激光器、光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)、擴束鏡、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、刀口、第三合束鏡、光束質(zhì)量分析儀、積分鏡、加熱盤、運動平臺、電腦、三色溫?zé)岚l(fā)射探測器和激光測距儀。功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)由設(shè)置在光路上的λ/2玻片和偏振片組成。本實用新型專利技術(shù)通過激光器固定功率出光，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅同時控制了輸出功率和偏振，還避免了因激光器功率改變導(dǎo)致的光束質(zhì)量變差和功率穩(wěn)定性降低等問題；光束質(zhì)量分析儀，與三色溫?zé)岚l(fā)射探測器及功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同組成退火功率負反饋系統(tǒng)，根據(jù)退火區(qū)域溫度反饋結(jié)果，實時控制退火功率大小及穩(wěn)定性。實時控制退火功率大小及穩(wěn)定性。實時控制退火功率大小及穩(wěn)定性。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備
[0001]本技術(shù)涉及一種激光退火設(shè)備，具體指，一種用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備，屬于激光退火
技術(shù)介紹
[0002]隨著柵極溝道尺寸縮小，短溝道效應(yīng)成為制約CMOS器件尺寸縮小的主要因素。為抑制短溝道效應(yīng)，需要在器件結(jié)構(gòu)上加以改進，所以源漏淺結(jié)工藝被廣泛應(yīng)用到先進CMOS集成電路制造工藝中。淺結(jié)的形成對注入和退火工藝有著更高的要求，當(dāng)前的集成電路制造過程中可以做到納米級別的注入深度。注入工藝過程將對硅片表面造成損傷，同時注入只能將雜質(zhì)元素發(fā)射到硅片特定位置。雜質(zhì)元素和硅原子之間的電激活和硅晶格損傷的修復(fù)需要后續(xù)的退火工藝才能完成。在高溫退火過程中，多晶甚至非晶硅在高溫下獲得足夠能量實現(xiàn)晶格損傷修復(fù)，雜質(zhì)元素和周圍的硅原子形成化學(xué)鍵結(jié)合實現(xiàn)電學(xué)激活；同時，控制退火熱預(yù)算降低注入元素在深度方向擴展以及橫向擴散，從而降低PN結(jié)的結(jié)深以及避免短溝道效應(yīng)。因此退火工藝決定著源漏PN結(jié)和輕摻雜漏PN結(jié)的結(jié)深和橫向尺寸。
[0003]源漏極激光退火較高的退火溫度可使雜質(zhì)元素在超短時間內(nèi)瞬間激活和硅晶體損傷的快速修復(fù)。激光退火在高溫區(qū)域停留時間為納秒級別，雜質(zhì)元素的擴散被充分抑制，所以在40nm及以下先進技術(shù)節(jié)點中，激光退火技術(shù)以光能密度精確可控、雜質(zhì)激活率高、選擇性區(qū)域熔化、不會對襯底造成熱損傷等優(yōu)異特點，成為源漏極退火技術(shù)的最佳選擇。
[0004]現(xiàn)有設(shè)備激光器的功率穩(wěn)定性一般是對激光器固定的出光功率進行的優(yōu)化，如3KW的激光器，只能在1000W、1500W等固定點進行優(yōu)化，使得激光器的功率穩(wěn)定性能達到
±
1％，但是在實際使用時，退火功率要根據(jù)退火要求做實時調(diào)整，無法實現(xiàn)退火過程中的實時保持功率穩(wěn)定。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0005]本技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備，能夠在退火過程中確保退火功率保持穩(wěn)定。
[0006]為了解決上述問題，本技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
[0007]一種用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備，包括激光器、光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)、擴束鏡、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、刀口、第三合束鏡、光束質(zhì)量分析儀、積分鏡、晶圓片、加熱盤、運動平臺、電腦、三色溫?zé)岚l(fā)射探測器和激光測距儀，所述晶圓片放置在加熱盤上，所述加熱盤放置在運動平臺上，所述激光器、光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、光束質(zhì)量分析儀、運動平臺、激光測距儀及三色溫?zé)岚l(fā)射探測器分別與電腦相連接；
[0008]所述激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)后入射到擴束鏡中進行擴束，然后經(jīng)過功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制光束的輸出功率和偏振角度，再經(jīng)過刀口去除光斑邊緣雜散光，接著利用第三合束鏡反射小部分的光束并透射大部分的光束，小部分光束反射進入光束質(zhì)量分析儀中進行光束檢測，透射的大部分光束經(jīng)過積分鏡反射后轉(zhuǎn)換成線光斑匯聚到晶圓
片表面用于退火，所述運動平臺帶動加熱盤運動實現(xiàn)退火軌跡。
[0009]進一步，所述光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括兩塊平行設(shè)置的合束鏡，兩塊合束鏡上分別安裝有二維電動調(diào)節(jié)鏡架，兩塊合束鏡的透射光光路上分別依次設(shè)置有聚焦透鏡和位置探測器。
[0010]進一步，所述合束鏡的反射率為99％，透射率為1％，所述二維電動調(diào)節(jié)鏡架俯仰和傾斜調(diào)節(jié)角度≥
±2°
，所述位置探測器響應(yīng)時間＜300ms、探測精度優(yōu)于0.5mard。
[0011]進一步，所述功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)由設(shè)置在光路上的λ/2玻片和偏振片組成。所述激光器固定功率出光，通過調(diào)節(jié)λ/2玻片的角度改變光束偏振角度，結(jié)合偏振片同時控制輸出功率和偏振。
[0012]進一步，所述積分鏡為離軸拋物積分鏡，光束調(diào)節(jié)角度為0～90
°
，線光斑能量分布均勻性≥95％，線光斑短軸尺寸≥50μm。
[0013]進一步，所述加熱盤的加熱溫度范圍為0～600
°
，加熱溫度均勻性優(yōu)于
±
20℃。
[0014]進一步，所述三色溫?zé)岚l(fā)射探測器實時監(jiān)測晶圓片退火區(qū)域溫度，與所述功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、所述光束質(zhì)量分析儀共同組成退火功率負反饋系統(tǒng)，根據(jù)退火區(qū)域溫度反饋結(jié)果，實時控制退火功率大小及穩(wěn)定性。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的有益效果在于：
[0016]1、本技術(shù)通過激光器固定功率出光，外加λ/2玻片和偏振片不僅同時控制了輸出功率和偏振，還避免了因激光器功率改變導(dǎo)致的光束質(zhì)量變差和功率穩(wěn)定性降低等問題；光束質(zhì)量分析儀用于檢測光束的能量分布狀態(tài)及功率穩(wěn)定性，三色溫?zé)岚l(fā)射探測器實時監(jiān)測晶圓片退火區(qū)域溫度，與功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、光束質(zhì)量分析儀共同組成退火功率負反饋系統(tǒng)，根據(jù)退火區(qū)域溫度反饋結(jié)果，實時控制退火功率大小及穩(wěn)定性。
[0017]2、本技術(shù)采用積分鏡對光束進行整形，結(jié)構(gòu)簡單，勻化效果好，同時通過改變積分結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)對光束出射角度的控制，避免了退火時的圖案化效應(yīng)。
[0018]3、本技術(shù)利用加熱盤控制晶圓片的預(yù)熱溫度，改變晶圓片對激光束的吸收系數(shù)，再通過對激光功率、駐留時間的控制，可實現(xiàn)退火深度的精確控制。
附圖說明
[0019]圖1為本技術(shù)用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備的原理示意圖。
[0020]圖2為本技術(shù)所涉及的光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理示意圖。
[0021]圖3為本技術(shù)所涉及的晶圓片退火區(qū)域光束、檢測及運動平臺的分布圖。
具體實施方式
[0022]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本技術(shù)做進一步的詳細說明。根據(jù)下面的說明，本技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點將更加清楚。需要說明的是，所描述的實施例是本技術(shù)的優(yōu)選實施例，而不是全部的實施例。
[0023]結(jié)合圖1和圖3所示，一種用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備，包括：激光器1、光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)2、擴束鏡3、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)4、刀口5、第三合束鏡6、光束質(zhì)量分析儀7、積分鏡8、晶圓片9、加熱盤10、運動平臺11、電腦12、激光測距儀13和三色溫?zé)岚l(fā)射探測器14。
[0024]所述三色溫?zé)岚l(fā)射探測器14及激光測距儀13位于晶圓片的上方，所述晶圓片9放置在加熱盤10上，所述加熱盤10放置在運動平臺11上，所述激光器1、光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)2、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)4、光束質(zhì)量分析儀7、運動平臺11、激光測距儀13及三色溫?zé)岚l(fā)射探測器14分別與電腦12相連接。
[0025]作為優(yōu)選，激光器的發(fā)射激光波長為355nm～10640nm，脈沖頻率為1～10KHz，光束質(zhì)量因子≤1.1，功率穩(wěn)定性≤2％，偏振類型為線偏振光。
[0026]作為另一優(yōu)選，所述激光器1采用Coherent公司生產(chǎn)rofin DC30二氧化碳激光器，發(fā)射激光波長為10.64μm，脈沖頻率為1～5KHz，光束質(zhì)量因子≤1.05，功率穩(wěn)定性≤1％，偏振類型為線偏振光。
[0027]結(jié)合圖2所示，所述光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括兩塊平行設(shè)置的第本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備，其特征在于：包括激光器、光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)、擴束鏡、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、刀口、第三合束鏡、光束質(zhì)量分析儀、積分鏡、晶圓片、加熱盤、運動平臺、電腦、三色溫?zé)岚l(fā)射探測器和激光測距儀，所述三色溫?zé)岚l(fā)射探測器及激光測距儀位于晶圓片的上方，所述晶圓片放置在加熱盤上，所述加熱盤放置在運動平臺上，所述激光器、光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、光束質(zhì)量分析儀、運動平臺、激光測距儀及三色溫?zé)岚l(fā)射探測器分別與電腦相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備，其特征在于：所述光束指向調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括兩塊平行設(shè)置的合束鏡，兩塊合束鏡上分別安裝有二維電動調(diào)節(jié)鏡架，兩塊合束鏡的透射光光路上分別依次設(shè)置有聚焦透鏡和位置探測器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備，其特征在于：兩塊合束鏡的反射率均為99％，透射率為1％，所述二維電動調(diào)節(jié)鏡架俯仰和傾斜調(diào)節(jié)角度≥
±2°
，所述位置探測器響應(yīng)時間＜300ms、探測精度不低于0.5mard。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于改善CMOS晶圓淺結(jié)工藝的激光退火設(shè)備，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：汪于濤，駱公序，王麗，劉昆，袁山山，黃羲凌，張磊，
申請(專利權(quán))人：上海市激光技術(shù)研究所，
類型：新型
國別省市：
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