專利名稱：一種激光熱處理中倍頻激光器的功率測控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造中的檢測技術(shù)范圍，特別涉及應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓片激光熱 處理的一種倍頻激光器的功率測控方法。
背景技術(shù)：
激光熱處理加工包括用于半導(dǎo)體晶圓片熔性或者非熔性的激光退火，激光輔助的 薄膜生長，激光作用下非晶材料相變(用于制作多晶薄膜器件，太陽能電池)等等。對于所 有的激光熱處理應(yīng)用，在實施激光加工的過程中，都需要極為精確地控制工藝條件，使得各 次加工都是在嚴格可控的條件下進行，工藝過程可重復(fù)，各不同圓片之間和不同批次圓片 之間，加工的效果一致。為了實現(xiàn)對上述工藝過程的基本要求，不僅對于激光處理設(shè)備的整機處理過程需 要進行智能化的控制，對于構(gòu)成設(shè)備的各個不同的組成模塊也要實行關(guān)鍵性能指標(biāo)的測 控。這里，也包括了對處理光源的激光器的輸出功率進行測量與控制。對于激光器的輸出功率進行實時的測量與控制，基本的要求是輸出功率的穩(wěn)定 性，既包括在某一時間段內(nèi)的穩(wěn)定性，也包括在激光器有效工作時期內(nèi)的長期穩(wěn)定性。一 般的測控方法為，利用光探測器實時地測量激光器輸出功率，并反饋給計算機控制系統(tǒng)，由 計算機控制系統(tǒng)去具體地調(diào)節(jié)激發(fā)激光束的泵浦源的功率，使得受激輻射所輸出的激光功 率穩(wěn)定在工藝處理過程所要求的設(shè)定值上。這種傳統(tǒng)做法使與光強/功率測量相關(guān)的光學(xué) 系統(tǒng)，就需要針對更短的波長，最短波長可達深紫外波段，不僅加工光學(xué)元件的材料要求很 高，而且工作于更短波長的此類光學(xué)元器件加工難度也更高，并增加系統(tǒng)實現(xiàn)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種激光熱處理中的倍頻激光器的功率測控方法，所述的激 光熱處理的主要應(yīng)用領(lǐng)域包含對材料的激光退火，激光輔助薄膜沉積，或利用激光作用的 液相和固相再結(jié)晶，其特征在于，首先將用于激光熱處理的激光源采用光學(xué)晶體，對于原始 的波長較長的激光進行一次，或二次變頻，得到所需的較短波長的激光，去進行激光晶圓片 的表面處理；具體所采用的變頻激光器，通過分光元件，將倍頻之前的激光分出一束來，由 探測器進行光強/功率的測量與控制，因為這類光學(xué)元件只需要適應(yīng)于倍頻之前的、處在 可見光波段的較長激光波長，比較容易處理，從而使測控的光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)起來更加簡捷方 便。所述分光元件對入射光束進行部分透射和部分折反射，透射的光束經(jīng)過倍頻晶體 的作用后，成為激光器最終的輸出激光光束；而折反射的光束，則由探測器測量光強及功率 值，根據(jù)探測得到的具體值，再由計算機控制系統(tǒng)去調(diào)控激光器的電源，改變泵浦的功率， 使得受激出射的激光束功率穩(wěn)定在設(shè)定值上。本發(fā)明的有益效果是，對于紫外、深紫外的晶圓片熱處理激光，由于對工作在此波 段的光學(xué)元件的材料要求高，加工難度大。實現(xiàn)的成本很高。但是換成對倍頻前的激光進行采樣與測量，則光學(xué)系統(tǒng)和傳感器部分能夠比較方便地實現(xiàn)，既能夠起到很好地監(jiān)控實 際輸出功率的作用，同時實現(xiàn)的成本也大大降低。本發(fā)明方案充分考慮和利用了倍頻激光 器源的特點，能夠更好地實現(xiàn)激光器穩(wěn)定功率的測控目的。


圖1為對倍頻前激光功率進行檢測的光學(xué)元件配置的示意圖。圖1中，1.是倍頻前的激光熱處理的激光源；2.是倍頻前的激光光束；3.是探測 激光光強及功率的探測器；4.是分光元件，將倍頻前的激光分取出一小部分光束來供探測 器進行測量；5.是對激光倍頻的非線性光學(xué)晶體；6.是倍頻激光器的最終輸出激光光束， 即已實施了測控的功率穩(wěn)定的激光束。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種激光熱處理中的倍頻激光器的功率測控方法。圖1所示為對倍頻 前激光功率進行檢測的光學(xué)元件配置的示意圖。對于所述的激光源功率進行測量控制，傳 統(tǒng)的做法是對最終的出射激光光束6分出一束激光后，進行測量與控制。在本發(fā)明中，則是 在未倍頻之前的激光器1的內(nèi)部設(shè)置分光元件4，將未倍頻之前的激光束2分出一部分光 后，由探測器3測量光強/功率值。在圖1中，用作激光熱處理的激光光束6，波長在紫外、深紫外波段，具體為波長小 于350nm。該波長通過一次或者兩次倍頻得到。舉例來說，例如原始激光波長為lOMnm，倍 頻一次后，激光波長變?yōu)?32nm，再經(jīng)過一次倍頻，則可得到波長的激光，用于晶圓片 的超淺結(jié)退火的處理。圖1中的分光元件4，其光學(xué)功能為能夠透過一部分激光光束，而其余部分激光光 束被折反射；例如，98%透過，2%折反射至上方的探測器3，進行光強及功率的探測。分光 元件在光學(xué)系統(tǒng)中是基本的光學(xué)元器件之一，通過表面上所鍍膜層的變化，可精確調(diào)節(jié)其 分光光學(xué)功能。圖1中的探測器3，例如可采用光電二極管，將入射光子的作用轉(zhuǎn)換成為光電流， 電流經(jīng)過電路積分后，量取電壓值，可得到測量所發(fā)生的這一段時間內(nèi)的總?cè)肷涔庾拥牧?值，進而轉(zhuǎn)換為功率的測量值。探測器3也可由獨立的光功率計擔(dān)當(dāng)。在一個實現(xiàn)例中，最 終輸出的激光波長為266nm，則倍頻前的激光波長為532nm的，屬于可見光波段，相應(yīng)波長 的光學(xué)元件及探測器都很容易實現(xiàn)。圖1中的非線性光學(xué)晶體5，可以對入射光起到倍頻的作用。例如，三硼酸鋰(簡 稱LBO)晶體，即可用于對摻釹釔鋁石榴石激光(Nd: YAG激光)進行倍頻轉(zhuǎn)換。關(guān)于功率的實時控制，主要是將測得的光功率值反饋給計算機系統(tǒng)，由計算機系 統(tǒng)判定是否相對于設(shè)定值或者中、長期工作的平均值發(fā)生了波動變化，當(dāng)變化增大，超過一 定的閾值范圍后，則采取控制措施，增大或者減小激光泵浦的功率，從而將實際輸出的激光 束功率鎖定在設(shè)定值上。當(dāng)然，如果測量得到的數(shù)值，發(fā)生突變，或者相對于穩(wěn)定值漂移過 遠，則計算機系統(tǒng)將提示設(shè)備工程師進行設(shè)備檢查，排除設(shè)備故障與隱患后，再行使用。
權(quán)利要求
1.一種激光熱處理中的倍頻激光器的功率測控方法，所述的激光熱處理的主要應(yīng)用領(lǐng) 域包含對材料的激光退火，激光輔助薄膜沉積，或利用激光作用的液相和固相再結(jié)晶，其特 征在于，首先將激光熱處理的激光源采用光學(xué)晶體，對于原始的波長比較長的激光進行一 次，或二次變頻，得到所需的較短波長的激光處理的光源，去進行激光晶圓片的表面處理； 具體所采用的變頻激光器，通過分光元件，將倍頻之前的激光分出一束來，由探測器進行光 強/功率的測量與控制，因為這類光學(xué)元件只需要適應(yīng)于倍頻之前的處在可見光波段的較 長激光波長，比較容易處理，從而使測控的光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)起來更加簡捷方便，所述分光元件的功能為對入射光束進行部分透射和部分折反射，透射的光束經(jīng)過倍頻 晶體的作用后，成為激光器最終的輸出激光光束；而折反射的光束，則由探測器測量光強及 功率值，根據(jù)探測得到的具體值，再由計算機控制系統(tǒng)去調(diào)控激光器的電源，改變泵浦的功 率，使得受激出射的激光束功率穩(wěn)定在設(shè)定值上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種激光熱處理中的倍頻激光器的功率測控方法，其特征在 于，所述分光元件對倍頻前的入射激光光束的98%透射至光學(xué)晶體進行倍頻；入射激光光 束的2%發(fā)生折反射至上方的探測器，進行光強及功率的量測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種激光熱處理中的倍頻激光器的功率測控方法，其特征在 于，所述一種激光熱處理中的倍頻激光器的功率測控，用于測試和控制的硬件系統(tǒng)是集成 在倍頻激光器內(nèi)部，將測得的數(shù)據(jù)送出至外部計算機進行處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種激光熱處理中的倍頻激光器的功率測控方法，其特征在 于，所述將測得的數(shù)據(jù)送出至外部計算機進行處理是通過將測得的光功率值輸出給計算機 系統(tǒng)，由計算機系統(tǒng)進行處理和調(diào)控的；具體地說，計算機控制系統(tǒng)判定測量值是否相對于 工藝設(shè)定值或者中、長期工作的平均值發(fā)生了波動變化，如果變化增大且超過了一定的閾 值范圍，則將采取控制措施，增大或者減小激光泵浦的功率，從而將實際輸出的激光束功率 穩(wěn)定在設(shè)定值上或長期工作的平均值的附近。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于半導(dǎo)體制造中的檢測技術(shù)范圍，涉及應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓片激光熱處理的一種倍頻激光器的功率測控方法。將倍頻之前的激光分出一束來，由探測器進行光強和功率的測量與控制。因為這類光學(xué)元件只需要適應(yīng)于倍頻之前的處在可見光波段的較長激光波長，與傳統(tǒng)的，僅對最終輸出激光的功率進行測控的方法相比，當(dāng)輸出激光的波長處于紫外、深紫外波段時，傳統(tǒng)方法的實現(xiàn)難度很大；采用本發(fā)明方法，則比較容易處理，從而使測控的光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)起來更加簡捷方便，既能夠起到很好地監(jiān)控實際輸出功率的作用，實現(xiàn)的成本大大降低，在另一方面也充分考慮和利用到了倍頻激光器源的特點，可更好地滿足激光器穩(wěn)定輸出功率的測控目的。
文檔編號H01S3/131GK102064460SQ20101051502
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者嚴利人, 劉志弘, 劉朋, 周衛(wèi), 張偉, 竇維治 申請人:清華大學(xué)