一種激光退火裝置及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種激光退火裝置，其特征在于，沿光路依次包括：激光器、準(zhǔn)直系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、勻光系統(tǒng)、分光聚焦系統(tǒng)、步進(jìn)單元、工件臺單元、能量監(jiān)測單元以及輪廓監(jiān)測系統(tǒng)；其中，所述步進(jìn)單元控制曝光光斑進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動，所述工件臺單元控制硅片進(jìn)行掃描運(yùn)動。本發(fā)明將工件臺進(jìn)行簡化，工件臺僅帶動硅片進(jìn)行掃描運(yùn)動，而使最后的線性光斑（即分光聚焦系統(tǒng)）進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動，從而可以降低工件臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度和成本；同時，由于分光聚焦系統(tǒng)在尺寸和空間大小上都遠(yuǎn)小于工件臺，這樣相應(yīng)的導(dǎo)軌、電機(jī)以及沖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(fā)明還公開了該激光退火裝置的操作方法。
【專利說明】一種激光退火裝置及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種激光退火裝置及其操作方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來，廣泛開展了對形成于玻璃等絕緣基底上的半導(dǎo)體膜使用激光退火技術(shù)，目的是晶化或提高結(jié)晶度，相變的結(jié)果是把非晶態(tài)材料轉(zhuǎn)化為多晶或單晶態(tài)，這樣使得離子注入后，摻入的雜質(zhì)與晶體中的原子有序的排列組合，即改善了材料的電學(xué)特性。
[0003]對于激光退火技術(shù)的應(yīng)用，經(jīng)過光路最終成形到硅片面的線性光束或橢圓光斑大小一般在3X0.3_左右，這就需要對硅片面進(jìn)行掃描。傳統(tǒng)的方法是在硅片承載面下安裝有一個二維移動臺(俗稱工件臺)帶動硅片在短軸方向上掃描和在長軸方向上步進(jìn)，從而達(dá)到整個硅片面退火的需求。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，降低工件臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度和成本，改善激光退火裝置的空間和成本。
[0006]本發(fā)明提出一種激光退火裝置，其特征在于，沿光路依次包括:激光器、準(zhǔn)直系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、勻光系統(tǒng)、分光聚焦系統(tǒng)、步進(jìn)單元、工件臺單元、能量監(jiān)測單元以及輪廓監(jiān)測系統(tǒng)；從激光器出射的激光，依次經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、勻光系統(tǒng)后，經(jīng)分光聚焦系統(tǒng)入射到硅片上；小部分能量經(jīng)分光后分別入射到能量監(jiān)測單元和輪廓監(jiān)測系統(tǒng)；其中，所述步進(jìn)單元控制曝光光斑進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動，所述工件臺單元控制硅片進(jìn)行掃描運(yùn)動。
[0007]其中，所述步進(jìn)單元控制分光聚焦系統(tǒng)進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動。
[0008]其中，所述步進(jìn)單元控制一掃描反射鏡進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動，所述掃描反射鏡位于分光透鏡和聚焦透鏡之間。
[0009]其中，所述步進(jìn)單元控制掃描反射鏡進(jìn)行掃描運(yùn)動，所述工件臺單元控制硅片進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動。
[0010]其中，所述聚焦透鏡為一平場透鏡。
[0011]本發(fā)明還提出了該激光退火裝置的操作方法，其特征在于包括如下步驟:
1)工件臺單元控制硅片運(yùn)動到初始退火區(qū)域位置；
2)開啟激光退火設(shè)備，工件臺單元帶動硅片在一個方向做掃描運(yùn)動；
3)步進(jìn)單元帶動分光聚焦系統(tǒng)沿另一個方向步進(jìn)到下一個退火區(qū)域；
4)重復(fù)步驟2)。
[0012]本發(fā)明將工件臺進(jìn)行簡化，工件臺僅帶動硅片進(jìn)行掃描運(yùn)動，而使最后的線性光斑(即分光聚焦系統(tǒng))進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動，從而可以降低工件臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度和成本；同時，由于分光聚焦系統(tǒng)在尺寸和空間大小上都遠(yuǎn)小于工件臺，這樣相應(yīng)的導(dǎo)軌、電機(jī)以及沖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?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0013]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
[0014]圖1為本發(fā)明激光退火裝置第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例中分光聚焦及步進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例中曝光掃描步進(jìn)工作流程圖；
圖4為本發(fā)明激光退火裝置第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例中平場透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例中曝光掃描步進(jìn)工作流程圖；
圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例中另一種曝光掃描步進(jìn)工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0016]如圖1所示，在本發(fā)明第一個實(shí)施例中，激光退火裝置包括:激光器1、準(zhǔn)直系統(tǒng)2、擴(kuò)束系統(tǒng)3、勻光系統(tǒng)4、分光聚焦系統(tǒng)5、步進(jìn)單元6、工件臺單元7、能量監(jiān)測單元8、輪廓監(jiān)測系統(tǒng)9等組成。從光源激光器I出射的激光，依次經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)2、擴(kuò)束系統(tǒng)3、勻光系統(tǒng)4后，1%的能量透過分光聚焦系統(tǒng)5，入射到能量監(jiān)測單元8。99%的能量經(jīng)分光聚焦系統(tǒng)5后聚焦在娃片10上。娃片10表面具有一定的反射率,反射后的光經(jīng)分光聚焦系統(tǒng)5,其中，99%按照原路返回，1%透過分光聚焦系統(tǒng)5后入射到輪廓監(jiān)測系統(tǒng)9。
[0017]在整個曝光過程中，需要對硅片掃描步進(jìn)，并保證退火的均勻性及重復(fù)性。由于光斑大小及能量均勻性的差異，在X和Y向的掃描步進(jìn)速度會隨著變化并且有一定的重疊率，并保證在掃描過程中速度的均勻性。圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例中分光聚焦及步進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tǒng)5，其安裝固定在步進(jìn)單元6上。分光鏡20和聚焦鏡22固定在鏡座21內(nèi)，鏡座21通過螺釘?shù)劝惭b固定在精密移動平臺24上，精密電機(jī)23可驅(qū)動精密移動平臺24運(yùn)動，相應(yīng)地帶動鏡座21在X向(即光束入射方向)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動。在整個曝光退火過程中，曝光掃描步進(jìn)工作流程如圖3所示，整機(jī)自動控制硅片10運(yùn)動到初始退火區(qū)域位置，激光器I能量開啟，激光快門打開，執(zhí)行脈沖激光退火，硅片10由工件臺單元7帶動在Y方向上做精密的掃描運(yùn)動，一個退火區(qū)域掃描結(jié)束，激光快門關(guān)閉，步進(jìn)單元6帶動分光聚焦系統(tǒng)5步進(jìn)到下一個退火區(qū)域，此時重新打開激光快門，而后再由工件臺單元7帶動硅片10掃描，如此循環(huán)，直到整片硅片退火完成，激光快門關(guān)閉，硅片傳輸系統(tǒng)進(jìn)行硅片交接，進(jìn)行下一片硅片曝光退火，如此循環(huán)。由于步進(jìn)精度需求相對掃描精度低，對于步進(jìn)單元，分光聚焦系統(tǒng)質(zhì)量約為8Kg，外形尺寸小于Φ80_，相對于硅片承載臺 的大小和質(zhì)量都有較大的減少，從而對于相同的精度和性能需求，驅(qū)動分光聚焦系統(tǒng)作步進(jìn)運(yùn)動的步進(jìn)運(yùn)動臺所需的轉(zhuǎn)矩等明顯偏小，這樣我們可以選擇外購符合精度要求的運(yùn)動平臺，這樣就可以很好的降低設(shè)計(jì)難度和成本。
[0018]在本發(fā)明的激光退火裝置中，工件臺單元的結(jié)構(gòu)得到了簡化，工件臺單元只保留一個方向上作掃描運(yùn)動的結(jié)構(gòu)，從而大大減少了.工件臺單元的空間尺寸、結(jié)構(gòu)和成本，其可靠性也將提高。曝光光斑作步進(jìn)運(yùn)動是由一個運(yùn)動臺帶動分光聚焦系統(tǒng)在X向運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，分光聚焦系統(tǒng)的大小不超過Φ80，質(zhì)量約為8Kg，相對原來的步進(jìn)承載體都大大的降低了，從而對運(yùn)動臺的需求也降低了，相應(yīng)運(yùn)動臺的成本減少。
[0019]如圖4所示，在本發(fā)明第二個實(shí)施例中，從光源激光器I出射的激光，依次經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)2、擴(kuò)束系統(tǒng)3、勻光系統(tǒng)4，1%的能量透過分光鏡20，入射到能量監(jiān)測單元8。99%的能量經(jīng)分光鏡20后，再經(jīng)過掃描反射鏡11反射后聚焦在娃片10上。娃片10表面具有一定的反射率，反射后的光經(jīng)分光鏡20，其中、99%按照原路返回，1%透過分光鏡20后入射到輪廓監(jiān)測系統(tǒng)9。
[0020]在整個曝光過程中的步進(jìn)運(yùn)動由掃描反射鏡11來實(shí)現(xiàn)。曝光掃描步進(jìn)工作流程如圖6所示，在退火過程中，整機(jī)自動控制硅片10運(yùn)動到初始退火區(qū)域位置，激光器I能量開啟，激光快門打開，執(zhí)行脈沖退火，硅片10由工件臺單元7帶動在Y方向上做精密的掃描運(yùn)動，一個退火區(qū)域掃描結(jié)束，激光快門關(guān)閉，掃描電機(jī)12帶動掃描反射鏡11步進(jìn)到下一個退火區(qū)域，此時重新打開激光快門，而后再由工件臺單元7帶動硅片10掃描，如此循環(huán)，直到整片硅片退火完成，激光快門關(guān)閉，硅片傳輸系統(tǒng)進(jìn)行硅片交接，進(jìn)行下一片硅片曝光退火，如此循環(huán)。由于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(guān)系，這就會導(dǎo)致當(dāng)需要掃描反射鏡旋轉(zhuǎn)較大的角度時所產(chǎn)生的離焦非常明顯，超過了焦深的范圍，達(dá)不到使用要求。為此，可以使用平場透鏡(即f-theta透鏡，其產(chǎn)生的像高與入射角成正比)替代普通聚焦透鏡進(jìn)行聚焦，其產(chǎn)生的像點(diǎn)在一定范圍內(nèi)是保持在一個平面的，圖5所示為平場透鏡的結(jié)構(gòu)原理圖。相對于運(yùn)動臺，掃描反射鏡具有反應(yīng)占用面積小，處理能力快的特點(diǎn)，這樣在保證一定均勻性的情況下，可以降低工件臺的的設(shè)計(jì)難度、成本以及提高生產(chǎn)效率。
[0021] 在本實(shí)施例的另一種曝光掃描步進(jìn)工作流程中，如圖7所示，利用掃描反射鏡進(jìn)行掃描運(yùn)動，工件臺作步進(jìn)運(yùn)動，這樣能夠更好的提高產(chǎn)率。
[0022]本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光退火裝置，其特征在于，沿光路依次包括:激光器、準(zhǔn)直系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、勻光系統(tǒng)、分光聚焦系統(tǒng)、步進(jìn)單元、工件臺單元、能量監(jiān)測單元以及輪廓監(jiān)測系統(tǒng)；從激光器出射的激光，依次經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、勻光系統(tǒng)后，經(jīng)分光聚焦系統(tǒng)入射到硅片上；小部分能量經(jīng)分光后分別入射到能量監(jiān)測單元和輪廓監(jiān)測系統(tǒng)；其中，所述步進(jìn)單元控制曝光光斑進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動，所 述工件臺單元控制硅片進(jìn)行掃描運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光退火裝置，其特征在于所述步進(jìn)單元控制分光聚焦系統(tǒng)進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光退火裝置，其特征在于所述步進(jìn)單元控制一掃描反射鏡進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動，所述掃描反射鏡位于分光透鏡和聚焦透鏡之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光退火裝置，其特征在于所述步進(jìn)單元控制掃描反射鏡進(jìn)行掃描運(yùn)動，所述工件臺單元控制硅片進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光退火裝置，其特征在于所述聚焦透鏡為一平場透鏡。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的激光退火裝置的操作方法，其特征在于包括如下步驟: 1)工件臺單元控制硅片運(yùn)動到初始退火區(qū)域位置； 2)開啟激光退火設(shè)備，工件臺單元帶動硅片在一個方向做掃描運(yùn)動； 3)步進(jìn)單元帶動分光聚焦系統(tǒng)沿另一個方向步進(jìn)到下一個退火區(qū)域； 4)重復(fù)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(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】王成才, 魯武旺, 蘭艷平, 劉國淦 申請人:上海微電子裝備有限公司