一種雷射退火裝置及其操作方法
2023-05-20 22:00:41 4
一種雷射退火裝置及其操作方法
【專利摘要】本發明提出一種雷射退火裝置，其特徵在於，沿光路依次包括：雷射器、準直系統、擴束系統、勻光系統、分光聚焦系統、步進單元、工件臺單元、能量監測單元以及輪廓監測系統；其中，所述步進單元控制曝光光斑進行步進運動，所述工件臺單元控制矽片進行掃描運動。本發明將工件臺進行簡化，工件臺僅帶動矽片進行掃描運動，而使最後的線性光斑（即分光聚焦系統）進行步進運動，從而可以降低工件臺的結構設計複雜程度和成本；同時，由於分光聚焦系統在尺寸和空間大小上都遠小於工件臺，這樣相應的導軌、電機以及衝擊力和可靠性等都會有顯著的簡化，空間和成本得到顯著的提高。本發明還公開了該雷射退火裝置的操作方法。
【專利說明】一種雷射退火裝置及其操作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製造【技術領域】，具體地，涉及一種雷射退火裝置及其操作方法。【背景技術】
[0002]近年來，廣泛開展了對形成於玻璃等絕緣基底上的半導體膜使用雷射退火技術，目的是晶化或提高結晶度，相變的結果是把非晶態材料轉化為多晶或單晶態，這樣使得離子注入後，摻入的雜質與晶體中的原子有序的排列組合，即改善了材料的電學特性。
[0003]對於雷射退火技術的應用，經過光路最終成形到矽片面的線性光束或橢圓光斑大小一般在3X0.3_左右，這就需要對矽片面進行掃描。傳統的方法是在矽片承載面下安裝有一個二維移動臺(俗稱工件臺)帶動矽片在短軸方向上掃描和在長軸方向上步進，從而達到整個矽片面退火的需求。
[0004]
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服現有技術中的不足，降低工件臺的結構設計複雜程度和成本，改善雷射退火裝置的空間和成本。
[0006]本發明提出一種雷射退火裝置，其特徵在於，沿光路依次包括:雷射器、準直系統、擴束系統、勻光系統、分光聚焦系統、步進單元、工件臺單元、能量監測單元以及輪廓監測系統；從雷射器出射的雷射，依次經過準直系統、擴束系統、勻光系統後，經分光聚焦系統入射到矽片上；小部分能量經分光後分別入射到能量監測單元和輪廓監測系統；其中，所述步進單元控制曝光光斑進行步進運動，所述工件臺單元控制矽片進行掃描運動。
[0007]其中，所述步進單元控制分光聚焦系統進行步進運動。
[0008]其中，所述步進單元控制一掃描反射鏡進行步進運動，所述掃描反射鏡位於分光透鏡和聚焦透鏡之間。
[0009]其中，所述步進單元控制掃描反射鏡進行掃描運動，所述工件臺單元控制矽片進行步進運動。
[0010]其中，所述聚焦透鏡為一平場透鏡。
[0011]本發明還提出了該雷射退火裝置的操作方法，其特徵在於包括如下步驟:
1)工件臺單元控制矽片運動到初始退火區域位置；
2)開啟雷射退火設備，工件臺單元帶動矽片在一個方向做掃描運動；
3)步進單元帶動分光聚焦系統沿另一個方向步進到下一個退火區域；
4)重複步驟2)。
[0012]本發明將工件臺進行簡化，工件臺僅帶動矽片進行掃描運動，而使最後的線性光斑(即分光聚焦系統)進行步進運動，從而可以降低工件臺的結構設計複雜程度和成本；同時，由於分光聚焦系統在尺寸和空間大小上都遠小於工件臺，這樣相應的導軌、電機以及衝擊力和可靠性等都會有顯著的簡化，空間和成本得到顯著的提高。【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]關於本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的了解。
[0014]圖1為本發明雷射退火裝置第一實施例結構示意圖；
圖2為本發明第一實施例中分光聚焦及步進系統結構示意圖；
圖3為本發明第一實施例中曝光掃描步進工作流程圖；
圖4為本發明雷射退火裝置第二實施例結構示意圖；
圖5為本發明第二實施例中平場透鏡結構示意圖；
圖6為本發明第二實施例中曝光掃描步進工作流程圖；
圖7為本發明第二實施例中另一種曝光掃描步進工作流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0016]如圖1所示，在本發明第一個實施例中，雷射退火裝置包括:雷射器1、準直系統2、擴束系統3、勻光系統4、分光聚焦系統5、步進單元6、工件臺單元7、能量監測單元8、輪廓監測系統9等組成。從光源雷射器I出射的雷射，依次經過準直系統2、擴束系統3、勻光系統4後，1%的能量透過分光聚焦系統5，入射到能量監測單元8。99%的能量經分光聚焦系統5後聚焦在娃片10上。娃片10表面具有一定的反射率,反射後的光經分光聚焦系統5,其中，99%按照原路返回，1%透過分光聚焦系統5後入射到輪廓監測系統9。
[0017]在整個曝光過程中，需要對矽片掃描步進，並保證退火的均勻性及重複性。由於光斑大小及能量均勻性的差異，在X和Y向的掃描步進速度會隨著變化並且有一定的重疊率，並保證在掃描過程中速度的均勻性。圖2為本發明第一實施例中分光聚焦及步進系統結構示意圖。分光鏡20和聚焦透鏡22組成一個整體的分光聚焦系統5，其安裝固定在步進單元6上。分光鏡20和聚焦鏡22固定在鏡座21內，鏡座21通過螺釘等安裝固定在精密移動平臺24上，精密電機23可驅動精密移動平臺24運動，相應地帶動鏡座21在X向(即光束入射方向)運動，實現步進運動。在整個曝光退火過程中，曝光掃描步進工作流程如圖3所示，整機自動控制矽片10運動到初始退火區域位置，雷射器I能量開啟，雷射快門打開，執行脈衝雷射退火，矽片10由工件臺單元7帶動在Y方向上做精密的掃描運動，一個退火區域掃描結束，雷射快門關閉，步進單元6帶動分光聚焦系統5步進到下一個退火區域，此時重新打開雷射快門，而後再由工件臺單元7帶動矽片10掃描，如此循環，直到整片矽片退火完成，雷射快門關閉，矽片傳輸系統進行矽片交接，進行下一片矽片曝光退火，如此循環。由於步進精度需求相對掃描精度低，對於步進單元，分光聚焦系統質量約為8Kg，外形尺寸小於Φ80_，相對於矽片承載臺 的大小和質量都有較大的減少，從而對於相同的精度和性能需求，驅動分光聚焦系統作步進運動的步進運動臺所需的轉矩等明顯偏小，這樣我們可以選擇外購符合精度要求的運動平臺，這樣就可以很好的降低設計難度和成本。
[0018]在本發明的雷射退火裝置中，工件臺單元的結構得到了簡化，工件臺單元只保留一個方向上作掃描運動的結構，從而大大減少了.工件臺單元的空間尺寸、結構和成本，其可靠性也將提高。曝光光斑作步進運動是由一個運動臺帶動分光聚焦系統在X向運動實現的，分光聚焦系統的大小不超過Φ80，質量約為8Kg，相對原來的步進承載體都大大的降低了，從而對運動臺的需求也降低了，相應運動臺的成本減少。
[0019]如圖4所示，在本發明第二個實施例中，從光源雷射器I出射的雷射，依次經過準直系統2、擴束系統3、勻光系統4，1%的能量透過分光鏡20，入射到能量監測單元8。99%的能量經分光鏡20後，再經過掃描反射鏡11反射後聚焦在娃片10上。娃片10表面具有一定的反射率，反射後的光經分光鏡20，其中、99%按照原路返回，1%透過分光鏡20後入射到輪廓監測系統9。
[0020]在整個曝光過程中的步進運動由掃描反射鏡11來實現。曝光掃描步進工作流程如圖6所示，在退火過程中，整機自動控制矽片10運動到初始退火區域位置，雷射器I能量開啟，雷射快門打開，執行脈衝退火，矽片10由工件臺單元7帶動在Y方向上做精密的掃描運動，一個退火區域掃描結束，雷射快門關閉，掃描電機12帶動掃描反射鏡11步進到下一個退火區域，此時重新打開雷射快門，而後再由工件臺單元7帶動矽片10掃描，如此循環，直到整片矽片退火完成，雷射快門關閉，矽片傳輸系統進行矽片交接，進行下一片矽片曝光退火，如此循環。由於普通聚焦透鏡的像高與焦距和入射角成正比(即像高X =焦距f*入射角Θ的正切值)，不是線性關係，這就會導致當需要掃描反射鏡旋轉較大的角度時所產生的離焦非常明顯，超過了焦深的範圍，達不到使用要求。為此，可以使用平場透鏡(即f-theta透鏡，其產生的像高與入射角成正比)替代普通聚焦透鏡進行聚焦，其產生的像點在一定範圍內是保持在一個平面的，圖5所示為平場透鏡的結構原理圖。相對於運動臺，掃描反射鏡具有反應佔用面積小，處理能力快的特點，這樣在保證一定均勻性的情況下，可以降低工件臺的的設計難度、成本以及提高生產效率。
[0021] 在本實施例的另一種曝光掃描步進工作流程中，如圖7所示，利用掃描反射鏡進行掃描運動，工件臺作步進運動，這樣能夠更好的提高產率。
[0022]本說明書中所述的只是本發明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的範圍之內。
【權利要求】
1.一種雷射退火裝置，其特徵在於，沿光路依次包括:雷射器、準直系統、擴束系統、勻光系統、分光聚焦系統、步進單元、工件臺單元、能量監測單元以及輪廓監測系統；從雷射器出射的雷射，依次經過準直系統、擴束系統、勻光系統後，經分光聚焦系統入射到矽片上；小部分能量經分光後分別入射到能量監測單元和輪廓監測系統；其中，所述步進單元控制曝光光斑進行步進運動，所 述工件臺單元控制矽片進行掃描運動。
2.根據權利要求1所述的雷射退火裝置，其特徵在於所述步進單元控制分光聚焦系統進行步進運動。
3.根據權利要求1所述的雷射退火裝置，其特徵在於所述步進單元控制一掃描反射鏡進行步進運動，所述掃描反射鏡位於分光透鏡和聚焦透鏡之間。
4.根據權利要求3所述的雷射退火裝置，其特徵在於所述步進單元控制掃描反射鏡進行掃描運動，所述工件臺單元控制矽片進行步進運動。
5.根據權利要求3所述的雷射退火裝置，其特徵在於所述聚焦透鏡為一平場透鏡。
6.如權利要求1-5之一所述的雷射退火裝置的操作方法，其特徵在於包括如下步驟: 1)工件臺單元控制矽片運動到初始退火區域位置； 2)開啟雷射退火設備，工件臺單元帶動矽片在一個方向做掃描運動； 3)步進單元帶動分光聚焦系統沿另一個方向步進到下一個退火區域； 4)重複步驟2)。
【文檔編號】H01L21/26GK103894734SQ201210589265
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月31日 優先權日:2012年12月31日
【發明者】王成才, 魯武旺, 蘭豔平, 劉國淦 申請人:上海微電子裝備有限公司