本发明公开了属于半导体制造设备和技术范围的一种高产率的真空激光处理装置及处理方法。所述装置由多个真空激光处理腔构成。并在多个真空的激光处理腔外，配置了环形轨道和取送片机械手，机械手在环形轨道上运行；激光光束位于多个真空激光处理腔之间，通过机械部件带动，可处于欲处理真空激光处理腔的上方，并且进行扫描移动，使激光光束在各真空激光处理腔顶面通过激光透明窗口轮转对真空激光处理腔内的晶圆片进行激光辐照处理，极大地提高了激光光束的利用效率；并且环形轨道上的机械手与其配合，不停地将晶圆片送入、取出，在各真空激光处理腔之间轮转工作，使整个装置处在充分并行的工作状态下，从而提高真空激光处理装置加工效率。
1.一种高产率的真空激光处理装置，其特征在于，该装置由3个以上的多个真空激光处理腔构成，并在多个真空的激光处理腔外，配置了环形轨道和在环形轨道附近配置一个以上取送片机械手及一个以上片盒；机械手在环形轨道上运行；激光光束位于多个真空激光处理腔之间，通过机械部件带动，可处于欲处理真空激光处理腔的上方，并且进行扫描移动，使激光光束在各真空激光处理腔顶面通过激光透明窗口轮转对真空激光处理腔内的晶圆片进行激光辐照处理。
2.根据权利要求1所述高产率的真空激光处理装置，其特征在于，所述真空激光处理腔由金属材质制成半扁平圆柱形结构，顶部开设激光透明窗口；在底部或者侧壁位置，设置
2个以上的入气管，形成多路进气口，向真空激光处理腔内通入保护性气体或者反应气体；
在真空激光处理腔内部配置顶杆片托机构，用于承载晶圆片，在顶杆机构进入真空激光处理腔腔室处，进行动密封的处理，使晶圆片在顶杆片托机构的带动下，在真空激光处理腔中上下移动；在真空激光处理腔底部设置抽真空口，通过抽真空口对真空激光处理腔抽真空，并在真空激光处理腔腔体下半部分外侧壁，布置环绕冷却液管路，提供冷壁式反应腔以及提供对激光辐照处理后的晶圆片较快速冷却的处理。
3.根据权利要求2所述高产率的真空激光处理装置，其特征在于，所述顶杆片托机构的片托和顶杆用热导率低的材料制成，同时相对于外部带动顶杆升降的机械机构做隔热处理，所述隔热处理包括升降机械结构采用气缸形式，通过进气或出气的控制，来控制顶杆的升起和降落，可以隔开激光处理腔和周围的设备部件热传递。
4.根据权利要求1所述高产率的真空激光处理装置，其特征在于，所述真空激光处理腔腔室内的真空度由真空泵抽率和通入气体的流量共同控制决定，根据不同的处理阶段，在腔室内的气压为100～200毫乇量级；对晶圆片进行激光辐照处理的阶段，腔室内为高真空，压力值为1毫乇量级，或者更低一些。
5.根据权利要求1所述高产率的真空激光处理装置，其特征在于，所述片盒附近配置对准机构，晶圆片经过对准后，再由机械手携带并送入真空激光处理腔腔室内，由于执行了对准，当激光光束对晶圆片表面扫描辐照时，扫描线可严格与晶圆片上芯片间的划片道平行。
6.一种高产率的真空激光处理装置的激光处理方法，所述真空激光处理装置由多个真空激光处理腔构成，并在多个真空的激光处理腔外，配置了环形轨道和取送片机械手，机械手在环形轨道上运行，激光光束在各真空激光处理腔顶面通过激光透明窗口轮转对真空激光处理腔内的晶圆片进行激光辐照处理；其特征在于，具体步骤如下：(1)向某一真空激光处理腔通入气流，并充气至大气压；机械手(11)从片盒(10)处取一片晶圆片，机械手(11)沿环形轨道(12)运行，将晶圆片送至该充气的真空激光处理腔处，已经充气完成的真空激光处理腔(2)对着环形轨道(12)的门打开，机械手(11)将晶圆片送入该腔，此时该腔内的顶杆片托机构升起，接过晶圆片；机械手手臂缩回，该腔的门关闭，并开始抽真空；
(2)达到工艺所需的真空度之后，顶杆(6)继续向上顶起，使得晶圆片进入真空腔上部接近于透明窗(8)的位置，准备进行激光辐照的处理；此时如果需要对晶圆片进行辅助性的加热，则采用外部的热辐射源透过透明窗(8)对晶圆片表面进行辐照加热；在辅助性的辐照加热阶段，真空激光处理腔(2)内部可以是较高真空度，腔室压力为1毫乇，或通入微量气体而令真空激光处理腔(2)内部处于较低的真空度，腔室压力为100～200毫乇，通过气流的对流传热达到比较好的均匀加热效果；除辅助性加热之外，在激光处理之前如果还需要进行通氢气对晶圆片表面做清洁处理，也都放在本步骤进行；
(3)激光束(1)开始透过透明窗(8)，对晶圆片表面进行辐照处理，由于激光束(1)由外部机械机构带动，在晶圆片表面扫描，因此晶圆片的全部表面都能够被处理到，当晶圆片接受激光辐照处理时，真空激光处理腔(2)内部处于较高真空状态的，腔室压力1毫乇或者更低；当针对的是激光辅助薄膜沉积工艺时，腔室压力的设定则根据工艺的要求控制，通过对真空泵组抽率，保护性气体入气量和工艺气体入气量的协调调节而实现；
(4)完成激光辐照之后，顶杆(6)降下至真空激光处理腔(2)的下部的冷却液管路(3)附近，或再次通入保护气体，由于气体流动换热，提高对晶圆片进行冷却的速度；
(5)晶圆片足够冷却后，真空激光处理腔继续充气直至大气压，腔门打开，沿环形轨道运行至此处的机械手取走加工完成的晶圆片，送回片盒；此时，真空激光处理腔处于空闲状态，等待下一片晶圆片被送入进行加工处理；
(6)位于多个真空激光处理腔之间激光光束，通过机械部件带动，可处于不同的真空激光处理腔的上方，通过透明窗对真空激光处理腔内的晶圆片进行激光辐照处理，而环形轨道上的机械手则不停地将晶圆片送入、取出，在各真空激光处理腔之间轮转工作，整个装置在充分并行的工作状态下，从而提高加工制造的效率。
一种高产率的真空激光处理装置及处理方法
技术领域
[0001] 本发明属于半导体制造装置与技术范围，特别涉及一种高产率的真空激光处理装置及处理方法。
背景技术
[0002] 激光对于半导体材料的作用，从微观机制看可以分成两类，一类以声子对光的吸收为主，由于声子代表了晶格振动，而其剧烈程度是由材料温度来表征的，因此热效应比较显著；另一类是以材料中电子系统对光的吸收为主，此时热效应并不是很显著。对于电子系统吸收，经过弛豫过程后，电子系统最终会将能量传递给晶格以达到平衡态，这样晶格的温度最终还是会有所上升的，不过相对于很多重要的利用了激光光作用的工艺技术来说，热作用仅仅是一个副产品，属于从属的地位。
[0003] 从当前激光半导体加工的技术趋势来看，也是越来越倾向于非热作用的。例如，在近几年的ITRS发展路线图中，已经提出了非热退火的概念(英文为Athermal Anneal)。当重点从早期激光烧熔、切割的技术，转向如今不以热作用为主的非熔性、非热作用的光处理技术时，需要在实施工艺过程的装置层面，也设计和制造出专门针对光处理的工艺腔及作业方法。
[0004] 本发明提出一种对半导体晶圆片表面实施激光处理的高产率装置和方法，其主要的技术特色在于，激光对于半导体材料表面的处理，是放在真空腔体中进行的，对于三种热量传输机制，——传导，对流，和辐射，都在较大程度上进行了抑制，使得这些热过程不占据主导的地位。采用多处理腔配置，激光处理的主要过程，及该过程前后的辅助性过程，都在同一工艺腔中进行；当某一工艺腔中的晶圆片处于辅助性工艺阶段时，另一工艺腔中的晶圆片可接受激光辐照处理，因此工艺过程的不同作业步骤做到了充分的并行化，整个装置能够实现对于激光加工的高产率。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种高产率的真空激光处理装置及处理方法。
[0006] 一种高产率的真空激光处理装置，其特征在于，该装置由多个真空激光处理腔构成，并在多个真空的激光处理腔外，配置了环形轨道和配置了环形轨道和在环形轨道附近配置一个以上取送片机械手及一个以上片盒；机械手在环形轨道上运行；激光光束位于多个真空激光处理腔之间，通过机械部件带动，可处于欲处理真空激光处理腔的上方，并且进行扫描移动，使激光光束在各真空激光处理腔顶面通过激光透明窗口轮转对真空激光处理腔内的晶圆片进行激光辐照处理。
[0007] 所述真空激光处理腔由金属材质制成半扁平圆柱形结构，顶部开设激光透明窗口；在底部或者侧壁位置，设置多个入气管，形成多路进气口，向真空激光处理腔内通入保护性气体或者反应气体；在真空激光处理腔内部配置顶杆片托机构，用于承载晶圆片，在顶杆机构进入真空激光处理腔腔室处，进行动密封的处理，使晶圆片在顶杆片托机构的带动下，在真空激光处理腔中上下移动；在真空激光处理腔底部设置抽真空口，通过抽真空口对真空激光处理腔抽真空，并在真空激光处理腔腔体下半部分外侧壁，布置环绕冷却液管路，提供冷壁式反应腔以及提供对激光辐照处理后的晶圆片较快速冷却的处理。
[0008] 所述顶杆片托机构的片托和顶杆用热导率低的材料制成，同时相对于外部带动顶杆升降的机械机构做隔热处理，例如升降机械结构可采用气缸形式，通过进气/出气的控制，来控制顶杆的升起/降落，这样的实现方式，可以较好地隔开激光处理腔和周围的其它设备部件。
[0009] 所述真空激光处理腔腔室内的真空度由真空泵抽率和通入气体的流量共同控制决定，根据不同的处理阶段，在腔室内的气压为100～200毫乇量级；对晶圆片进行激光辐照处理的阶段，腔室内为高真空，压力值为1毫乇量级，或者更低一些。
[0010] 所述取送片机械手为一个以上；并在片盒附近配置对准机构，晶圆片经过对准后，再由机械手携带并送入真空激光处理腔腔室内，由于执行了对准，当激光光束对晶圆片表面扫描辐照时，扫描线可严格与晶圆片上芯片间的划片道平行。
[0011] 所述多个真空激光处理腔为至少3个。
[0012] 一种高产率的真空激光处理装置的激光处理方法，所述真空激光处理装置由多个真空激光处理腔构成，并在多个真空的激光处理腔外，配置了环形轨道和取送片机械手，机械手在环形轨道上运行，激光光束在各真空激光处理腔顶面通过激光透明窗口轮转对真空激光处理腔内的晶圆片进行激光辐照处理；其特征在于，具体步骤如下：
[0013] (1)向某一真空激光处理腔通入气流，并充气至大气压；机械手11从片盒10处取一片晶圆片，机械手11沿环形轨道12运行，将晶圆片送至该充气的真空激光处理腔处，已经充气完成的真空激光处理腔2对着环形轨道12的门打开，机械手11将晶圆片送入该腔，此时该腔内的顶杆6片托4机构升起，接过晶圆片；机械手手臂缩回，该腔的门关闭，并开始抽真空；
[0014] (2)达到工艺所需的真空度之后，顶杆6继续向上顶起，使得晶圆片进入真空腔上部接近于透明窗8的位置，准备进行激光辐照的处理；此时如果需要对晶圆片进行辅助性的加热，则采用外部的热辐射源透过透明窗8对晶圆片表面进行辐照加热；在辅助性的辐照加热阶段，真空激光处理腔2内部可以是较高真空度，腔室压力为1毫乇，或通入微量气体而令真空激光处理腔2内部处于较低的真空度，腔室压力为100～200毫乇，通过气流的对流传热达到比较好的均匀加热效果；除辅助性加热之外，在激光处理之前如果还需要进行其他的工艺处理(例如，通氢气对晶圆片表面做清洁处理等)，也都放在本步骤进行；
[0015] (3)激光束1开始透过透明窗8，对晶圆片表面进行辐照处理。由于激光束1由外部机械机构带动，在晶圆片表面扫描，因此晶圆片的全部表面都能够被处理到，当晶圆片接受激光辐照处理时，真空激光处理腔2内部处于较高真空状态的，腔室压力1毫乇或者更低；当针对的是激光辅助薄膜沉积工艺时，腔室压力的设定则根据工艺的要求控制，通过对真空泵组抽率，保护性气体入气量和工艺气体入气量的协调调节而实现；
[0016] (4)完成激光辐照之后，顶杆6降下至真空激光处理腔2的下部的冷却液管路3附近，或再次通入保护气体，由于气体流动换热，提高对晶圆片进行冷却的速度；
[0017] (5)晶圆片足够冷却后，真空激光处理腔继续充气直至大气压，腔门打开，沿环形轨道运行至此处的机械手取走加工完成的晶圆片，送回片盒；此时，真空激光处理腔处于空闲状态，等待下一片晶圆片被送入进行加工处理；
[0018] (6)位于多个真空激光处理腔之间激光光束，通过机械部件带动，可处于不同的真空激光处理腔的上方，通过透明窗对真空激光处理腔内的晶圆片进行激光辐照处理，而环形轨道上的机械手则不停地将晶圆片送入、取出，在各真空激光处理腔之间轮转工作，整个装置在充分并行的工作状态下，从而提高加工制造的效率。
[0019] 本发明的有益效果是，对于一类特殊的，工作于真空环境下的激光处理腔，提供了一种组合式的装置结构，激光光束在不同的真空激光处理腔之间轮转工作，极大地提高了激光光束的利用效率，因而提高了整机装置的产率。如果不是采用多腔式的配置，那么在腔室进出片，充气与抽真空，必要的预备处理，激光照射后必要的后续收尾处理，所有这些工艺阶段，激光器以及激光光束仍旧处于正常的工作状态，但是光束资源却是闲置不用的，因而效率不高，设备的产率也不高。
附图说明
[0020] 图1为真空的激光处理腔结构示意图。
[0021] 图2为高产率真空激光处理装置的示意图。
[0022] 图1和图2中，
[0023] 1.是激光源，光束可作二维扫描动作；2.是内部抽真空的激光处理腔；3.是冷却液管路；4.是顶杆顶部的片托；5.是主工艺腔底部的抽真空口；6.是可上下移动的顶杆；7.是顶杆进入到真空腔中的入口，此处进行动密封处理；8.是工艺腔顶部的透明窗；9.是保护气及工艺气体入口；10.是容纳待加工片或回收已加工片的片盒；11.是在环形导轨上行走的机械手；12.是环形导轨。
具体实施方式
[0024] 本发明提供一种高产率的真空激光处理装置及处理方法。具体的装置示意如图1、图2所示。
[0025] 图2是高产率真空激光处理装置的整体示意图，主要由多个真空激光处理腔组成，图1显示了其中的一个处理腔结构组成。
[0026] 在图1中，真空激光处理腔2采用金属材料制成半扁平圆柱形结构，内壁覆盖钝化薄膜(例如，SiC材料)对反应腔进行保护。反应腔外壁环绕冷却液管路3，构成“冷壁式”反应腔。真空激光处理腔2内部通过真空泵组抽真空。顶部开设激光透明窗8；石英材料是一种比较好的选择，对于近红外，可见光到紫外波段的光均有很好的透明性。在底部或者侧壁位置，设置2个以上的入气管9，形成多路进气口，向真空激光处理腔2内通入保护性气体(氮气，氩气)或者反应气体，对各路气流的气流量，可使用质量流量计调控。在真空激光处理腔内部配置顶杆6和片托4，用于承载晶圆片，顶杆6从顶杆入孔7处进入真空激光处理腔内部，此处进行动密封的处理，以隔离腔室真空与外部环境；所述顶杆片托机构的片托和顶杆用热导率低的材料制成，同时相对于外部带动顶杆升降的机械机构做隔热处理，所述隔热处理包括升降机械结构采用气缸形式，通过进气或出气的控制，来控制顶杆的升起和降落，可以隔开激光处理腔和周围的设备部件热传递。
[0027] 外部电机带动顶杆6、片托4可以上下移动，使晶圆片在顶杆片托机构的带动下，在真空激光处理腔中上下移动；在真空激光处理腔底部设置抽真空口5，通过抽真空口5对真空激光处理腔2抽真空，并在真空激光处理腔腔体下半部分外侧壁，布置环绕冷却液管路3，提供冷壁式反应腔以及提供对激光辐照处理后的晶圆片较快速冷却的处理。
[0028] 在真空激光处理腔底部，开辟一个门，用于腔内外环境的连通。当腔室内外的气压环境平衡时，门可以打开，由外部的机械手11送入待加工的晶圆片，或者取出已经加工完成的晶圆片。当门关闭后，腔室内部可以抽真空。门的开与关通过电子装置来驱动实现。在取送片的阶段，腔室内压力为大气压；晶圆片激光辐照完成后，如果需要对晶圆片进行较快速的冷却，腔室内气压可在100～200毫乇量级，或者更高一些；对晶圆片进行激光辐照处理的阶段，腔室内为高真空，压力值为1毫乇量级，或者更低一些。
[0029] 在工艺腔体的外侧壁，环绕冷却液管3，管路材料可以是金属材质的，冷却液可以是冷却水。
[0030] 如图2所示，将若干真空激光处理腔组合成为多腔式的装置。图2显示了三个真空激光处理腔的配置情况，但是整机装置可以由3个以上的真空激光处理腔组成。
[0031] 图2中，在三个真空激光处理腔之外，设置了环形轨道12和在环形轨道12附近配置一个以上取送片机械手11及一个以上片盒10，图2显示了两个片盒10的情况，视不同需要，片盒可配置更多个。轨道的高度是处于真空激光处理腔底部附近，并且轨道上运行的机械手11，其高度调整到与各真空激光处理腔的腔室门高度相适合的位置，能够进行顺畅的送片取片。
[0032] 激光器位于三个真空激光处理腔之间的位置，光束向上出射，通过反射镜使得光束成为横向的，并且光束在横向经过一段距离后，进一步通过反射镜，使得光束向下，透过真空激光处理腔顶部的透明窗8，辐照腔内的晶圆片。激光光束对于某一真空激光处理腔内部晶圆片的扫描动作，由机械运动机构带动相关的光学系统与光路实现，例如采用两片各与入射光线呈45度放置的，可移动的反射镜，即可实现光束在二维方向上的扫描。激光光束在不同工艺腔之间的轮转，是通过机械机构带动激光器及光学系统光路元件，整体围绕设备纵轴线转动实现的。例如在图2所示情况中，旋转120度，即可从一个真空激光处理腔上方，轮转到另一个真空激光处理腔的上方。
[0033] 采用本发明装置，进行工艺处理的具体过程，举例说明如下：
[0034] (1)激光源开启，至稳定输出激光光束1。向某一真空激光处理腔通入气流，并充气至大气压；机械手11从片盒10处取一片晶圆片，机械手11沿环形轨道12运行，将晶圆片送至该充气的真空激光处理腔处，已经充气完成的真空激光处理腔2对着环形轨道12的门打开，机械手11将晶圆片送入该腔，此时该腔内的顶杆6片托4机构升起，接过晶圆片；机械手手臂缩回，该腔的门关闭，并开始抽真空；
[0035] (2)达到工艺所需的真空度之后，顶杆6继续向上顶起，使得晶圆片进入真空腔上部接近于透明窗8的位置，准备进行激光辐照的处理；此时如果需要对晶圆片进行辅助性的加热，则采用外部的热辐射源透过透明窗8对晶圆片表面进行辐照加热；在辅助性的辐照加热阶段，真空激光处理腔2内部可以是较高真空度，腔室压力为1毫乇，或通入微量气体而令真空激光处理腔2内部处于较低的真空度，腔室压力为100～200毫乇，通过气流的对流传热达到比较好的均匀加热效果；除辅助性加热之外，在激光处理之前如果还需要进行其他的工艺处理(例如，通氢气对晶圆片表面做清洁处理等)，也都放在本步骤进行；
[0036] (3)激光束1开始透过透明窗8，对晶圆片表面进行辐照处理。由于激光束1由外部机械机构带动，在晶圆片表面扫描，因此晶圆片的全部表面都能够被处理到，当晶圆片接受激光辐照处理时，真空激光处理腔2内部处于较高真空状态的，腔室压力1毫乇或者更低；当针对的是激光辅助薄膜沉积工艺时，腔室压力的设定则根据工艺的要求控制，通过对真空泵组抽率，保护性气体入气量和工艺气体入气量的协调调节而实现；
[0037] (4)完成激光辐照之后，顶杆6降下至真空激光处理腔2的下部的冷却液管路3附近，或再次通入保护气体，由于气体流动换热，提高对晶圆片进行冷却的速度；
[0038] (5)晶圆片足够冷却后，真空激光处理腔继续充气直至大气压，腔门打开，沿环形轨道运行至此处的机械手取走加工完成的晶圆片，送回片盒；此时，真空激光处理腔处于空闲状态，等待下一片晶圆片被送入进行加工处理；
[0039] (6)位于多个真空激光处理腔之间激光光束，通过机械部件带动，可处于不同的真空激光处理腔的上方，通过透明窗对真空激光处理腔内的晶圆片进行激光辐照处理，而环形轨道上的机械手则不停地将晶圆片送入、取出，在各真空激光处理腔之间轮转工作，整个装置在充分并行的工作状态下，从而提高加工制造的效率。
