CN102176085A - 使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于半导体制造设备范围的使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构。激光器、反射镜及处理激光光束的光路组件安装于光学腔中，其中激光器、处理激光束的光路组件分别安装在光学腔两个竖直腔内，光学腔安装于支撑座上，利用该机构，可以在较大范围内移动激光光束，使其对不同的工作站进行扫描或者步进扫描，并覆盖所要处理的全部晶圆片表面。该机构还可以对激光光束进行扩束、匀束、光斑整形、准直等光学处理。光路组件部分处于扫描机构的后面，并且随扫描过程也做同步的移动，通过这样的方式，使作用于工作站上的晶圆片表面不同区域的激光光束稳定一致，从而能够保证激光加工工艺质量的均匀性，稳定性，并实现激光光束利用的高效率。

Description

使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构

技术领域

本发明属于半导体制造装置与技术范围，特别涉及一种使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构。

背景技术

激光技术已经广泛应用于半导体材料的加工。对于一般性的工艺加工过程而言，除了最重要的激光辐照处理的环节之外，工艺过程中还会包含若干预处理，及激光加工之后的后处理步骤。如果只是单纯地进行单片式的激光处理，那么因为整个的处理过程不只是激光处理这一步，还需要加上预处理，后处理等步骤的时间，因此激光处理的时间只是全部过程时间的一部分，对于激光光束的利用率是不高的。

为了解决激光光束的利用率的问题，可以采用多工艺腔的概念，也就是设置多个单片处理的工作站，每个工作站都能够独立运行激光处理的完整工艺过程。当某一个工作站中的晶圆片在进行激光辐照处理时，其他工作站中的晶圆片可以并行地进行预处理或者后处理的工作，等到此处晶圆片的激光处理完成后，激光光束可以转移至已经完成了晶圆片预处理的工作站，对那里的晶圆片进行激光加工处理。在这种加工制造模式下，对于激光光束的利用率达到了最大化。

为了令激光光束能够在不同工作站场所之间做比较大范围的移动，以及在某一工作站范围内，做覆盖晶圆片全部表面积的扫描或者扫描步进的动作，需要对激光光束的移动和扫描机构进行特殊的设计与处理。

本发明提出一种激光光束可做大范围移动及扫描动作的机构，利用该机构，可以将激光光束移动至需要进行激光加工处理的工作站处，并且在局部进行扫描或者步进扫描，对那里的晶圆片进行工艺处理。本发明的主要技术特色在于，对于激光光束进行扩束，匀束，光斑整形，准直等光学处理的光学系统，是随同激光光束一起移动的，因此能够保证激光光束的处理效果，激光光束指标在不同位置都能够保持一致良好，保证激光处理工艺效果的片间均匀性，一致性。

发明内容

本发明的目的是提供一种使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，其特征在于，激光器、反射镜及处理激光光束的光路组件安装于光学腔中，其中激光器、处理激光束的光路组件分别安装在光学腔两个竖直腔内，第一反射镜固定于激光器上方，第一反射镜与第二反射镜相对安装在光学腔的水平腔中，第二反射镜固定在处理激光束的光路部件上方，安装有激光器的光学腔的竖直腔安装于支撑座上，在支撑座周围呈圆形排列各独立工作站，光学腔及其中的光路组件都可围绕轴线4在360度范围内旋转。

所述光路组件都能够随光学腔做一体化的旋转，激光束可通过旋转不同角度的方式，分别移动到不同工作站的上方，对那里的晶圆片进行激光辐照的处理。

所述第二反射镜还可以与光路组件组成执行扩束、匀束、整形和准直处理的光学系统。

一种使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，其特征在于，晶圆片放置在各工艺工作站中，这些工作站呈直线排列或者围绕轴线4环状排列。以直线排列情况为例，此时只需光学腔在支撑座上做直线运动，或将支撑座安装在可以做直线运动的操作台面上，就能实现包含激光器在内的所有光路组件都做一体化的直线运动，也就实现了激光光束在不同的工作站之间进行转移；在另外一种情况下，也可以支撑座固定不动，即激光光束固定不动，只需将呈直线排列的工作站安装在可以做直线运动的操作台面上，同样可实现激光光束在不同的工作站之间进行转移。工作站做环状排列时，情况是类似的。

一种使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，其特征在于，激光光束在晶圆片表面做二维扫描，此时只需要在所述大范围移动及扫描动作的机构中再增加一片第三反射镜即可，以工作站直线排列为例，用两片反射镜使激光束在晶圆片表面做二维扫描，此时，激光束假定是从右至左入射到第三反射镜11上，经过第三反射镜11折反射后入射到第二反射镜5上，然后折射向下，入射到晶圆片的表面。当第三反射镜11左右移动时，第二反射镜5及光路组件6构成一体，随之一起左右移动。第二、第三两个反射镜在平移平面内的协同平移，实现了激光光束在晶圆片表面作二维的扫描移动。

本发明的有益效果是，提供了一种使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，利用该机构，既可以在较大范围内移动激光光束，使其工作于不同的工作站；又可以在较小范围内使激光光束进行扫描或者步进扫描，使其在各工作站的范围内，能够扫描并覆盖所要处理的全部晶圆片表面积。光束进行平移及扫描动作的机构，主要包含两项主要的功能机构，一是造成光束在晶圆片表面扫描的机构，另一项是对激光光束进行扩束、匀束、光斑整形、准直等光学处理的光路组件。光路组件部分处于扫描机构的后面，并且随扫描过程也做同步的移动，通过这样的方式，作用于不同工作站，或者同一工作站晶圆片表面不同区域的激光光束，都是稳定一致的，从而能够保证激光加工工艺质量的均匀性，稳定性，并实现激光光束利用的高效率。

附图说明

图1为使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构示意图。

图2为用两片反射镜使激光束在晶圆片表面做二维扫描的情况。

在图1和图2中：1.是激光器、光学腔等部件的支撑座；2.是激光器；3.是相对于激光器固定的第一反射镜；4.是整个机构做旋转移动的旋转轴；5.是相对于激光器可移动的第二反射镜，因为该镜的移动，而造成最终光束的扫描动作；6.是对光束进行扩束，匀束，光斑整形，准直等处理的光路组件，光路组件随第二反射镜一起，做扫描移动；7.是最终出射的激光光束；8.是光学腔；9.是待处理的晶圆片；10.是对移动部件起到支撑作用的机架结构；11.是激光束做二维扫描移动所需的第三反射镜；12.是移动镜进行平移动作时所处的二维平移平面。

具体实施方式

本发明提供一种使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，下面结合附图对本发明予以说明。

如图1所示。激光器2、第一反射镜3、第二反射镜5及处理激光光束的光路组件6安装于光学腔8中，其中第一反射镜3固定于激光器2上方，安装在光学腔8的一个竖直腔内；第二反射镜5安装在处理激光光束7的光路组件6的上方，安装在光学腔8的另一个竖直腔内；第二反射镜5与光路组件6构成一个整体一起运动；光路组件6用于扩束、匀束、整形和准直等处理。第一反射镜3与第二反射镜5相对，处于光学腔8的水平腔位置，安装有激光器2的光学腔8的竖直腔安装于支撑座1上，在支撑座1周围呈直线形或者圆形排列各独立工作站，待处理的晶圆片9固定于各独立工作站；光学腔8及其中的零部件都可做直线运动或者围绕轴线4在360度范围内旋转。

以旋转运动为例，当激光加工的各独立工作站呈圆形排列，摆布在本发明机构的周边时，在电子系统的控制下，激光光束7可通过旋转不同角度的方式，分别移动到不同工作站的上方，对那里的晶圆片9进行激光辐照的处理。支撑机架10安装在光学腔8的下面，光学腔8右半部分靠支撑机架10承担重量。图1中支撑座1，支撑机架10，采用金属材料制成。其中支撑座1上部的中心部分，做成圆柱孔形，用于容纳光学腔8，在光学腔内安装激光器及其他光路组件。光学腔8和支撑座1之间通过轴承相接触，轴承可以是金属件，也可以采用空气轴承等方式实现。由于轴承的存在，光学腔的整体，可相对于支撑座1做旋转运动，

本发明的另一种实现方式是工作站呈直线排列，此时只需光学腔8在支撑座1上做直线运动，或将支撑座1安装在可以做直线运动的操作台面上，就能实现包含激光器在内的所有光路组件都能够做一体化的直线运动，即实现激光光束7在不同的工作站之间进行转移；或支撑座1固定不动，激光光束7固定不动，只需将呈直线排列的工作站安装在可以做直线运动的操作台面上，即实现激光光束7在不同的工作站之间进行转移。

本发明中激光光束需要在晶圆片表面做二维扫描，此时只需要在所述大范围移动及扫描动作的机构中再增加一片第三反射镜11即可。以工作站直线排列为例，图2示意了用两片反射镜使激光束在晶圆片表面做二维扫描的情况。此时，激光束假定是从右至左入射到第三反射镜11上，经过反射镜11折反射后入射到第二反射镜5上，然后再折射向下，入射到晶圆片的表面。这里，第二、第三两个反射镜与光路组件6构成了一个组合，在平移平面12内做协同的平移移动，实现激光光束7在晶圆片表面作二维的扫描移动。图2中，第二反射镜5及光路组件6的整体移动使激光光束7在晶圆片所在平面内做前后扫描，而第三反射镜11连同第二反射镜5及光路组件6的整体移动，使激光光束7在晶圆片所在晶圆片表面做左右扫描。这样就使激光光束7对于晶圆片9的处理加工覆盖整个晶圆片的表面。

在上述实现方式中，当光学腔做整体性的转动时，除支撑座1之外，支撑机架10也对光学腔起支撑的作用。图1中已示意了光学腔右半部分靠支撑机架10承担重量的情况。左半部份的支撑机架10，在与光学腔8相交之处，开出圆孔来，以使光学腔8能够穿过。以上是工作站环绕激光器摆放，因而激光器需要做旋转移动而定位到某一工作站位置。如果工作站不是环绕激光器，而是呈直线排列，则激光器和其他光学部件需要做整体性的直线移动，以定位到某个工作站位置，此时，支撑机架10将不是开圆孔，而是开长方形的孔。

光路组件6主要由透镜系统组成，承担扩束，匀束，整形，准直等功能的实现，制作透镜的材料为光学玻璃，或者采用石英材料。由于透镜系统的引入，整个系统的出射光束，将具有特定的焦距，在焦面附近光束的质量是符合于加工要求的。如果光路组件被置于可移动反射镜之前，那么由于反射镜的前后移动，反射镜位置并不总是处在光学系统焦面附近，因而不能实现可重复，均一性的激光处理。在本发明中，光路组件6是置于可移动光路之后的，并且随可移动件做一体性的扫描移动。

本发明之激光光束移动机构，对光线进行折反射，变换其光线方向，或者对光线进行平移，所述激光光束的扫描移动，首先执行的是激光器出射光线的二维扫描，或者步进扫描的移动，然后再执行激光光线的扩束，匀束，束斑整形，准直的激光光束处理，也就是扫描机构在前，光束处理在后。最终作用于晶圆片之上的，是合乎激光加工需求的特定束斑形状，束斑范围内光强均匀的激光光束。

这些光学操作是处在对光线进行扩束、匀束等处理之前的。由于激光器出射光线具有较好的空间相干性，因此能够保证在一定的路程范围内，光束并不发散。即便是反射镜的移动，也不会改变此性质。对光线进行扩束匀束等处理是放在反射镜之后进行的，因此光学系统6对于光线处理后所得到的光束7能够保持稳定和一致性，不随反射镜的平移扫描动作而改变，最终保证激光加工质量的均匀性，一致性。

Claims (6)

1.一种使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，其特征在于，激光器、反射镜及处理激光光束的光路组件安装于光学腔中，其中激光器、处理激光束的光路组件分别安装在光学腔两个竖直腔内，第一反射镜固定于激光器上方，第一反射镜与第二反射镜相对安装在光学腔的水平腔中，第二反射镜固定在处理激光束的光路部件上方，安装有激光器的光学腔的竖直腔安装于支撑座上，在支撑座周围呈圆形排列各独立工作站，光学腔及其中的光路组件都可围绕激光器及所在光学腔竖直腔的轴线在360度范围内旋转。

2.根据权利要求1所述使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，其特征在于，所述光路组件都能够随光学腔做一体化的旋转，激光束可通过旋转不同角度的方式，分别移动到不同工作站的上方，对那里的晶圆片进行激光辐照的处理。

3.根据权利要求1所述使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，其特征在于，所述激光束经过光路组件而实现扩束、匀束、整形和准直等光学系统处理后，才入射到晶圆片的表面，对晶圆片进行工艺处理。

4.根据权利要求1所述使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，其特征在于，所述大范围移动及扫描动作的机构首先执行的是激光器出射光线的二维扫描，或者步进扫描的移动，然后再执行激光光线的扩束，匀束，束斑整形，准直的激光光束处理，也就是扫描机构在前，光束处理在后，最终作用于晶圆片之上的，是合乎激光加工需求的特定束斑形状，束斑范围内光强均匀的激光光束。

5.一种使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，其特征在于，晶圆片放置在各工艺工作站中，这些工作站呈直线排列或者围绕激光器及所在光学腔竖直腔的轴线环状排列。以直线排列情况为例，此时只需光学腔在支撑座上做直线运动，或将支撑座安装在做直线运动的操作台面上，就能实现包含激光器在内的所有光路组件都做一体化的直线运动，也就实现了激光光束在不同的工作站之间进行转移；在另外一种情况下，也可以支撑座固定不动，即激光光束固定不动，只需将呈直线排列的工作站安装在可以做直线运动的操作台面上，同样可实现激光光束在不同的工作站之间进行转移；工作站做环状排列时，情况可类推。

6.一种使激光光束做大范围移动及扫描动作的机构，其特征在于，激光光束在晶圆片表面做二维扫描，此时只需要在所述大范围移动及扫描动作的机构中再增加一片第三反射镜即可，在工作站呈直线排列情况下，激光束从右至左入射到第三反射镜上，经过第三反射镜折反射后光线从前向后入射到第二反射镜处，然后然后再折射变成为自上向下的光束，入射到晶圆片的表面，这里，第二、第三两个反射镜与光路组件构成了一个组合，这个组合在平移平面内做协同的平移移动，可实现激光光束在晶圆片表面作二维的扫描移动；具体地说，第二反射镜及光路组件整体做前后移动，可使激光光束在晶圆片所在平面内做前后扫描；第三反射镜，连同第二反射镜及光路组件构成一个整体做左右移动，可使激光光束在晶圆片所在晶圆片表面做左右扫描。这样就使激光光束对于晶圆片的处理加工覆盖整个晶圆片的表面。

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