CN103551731A - 可旋转匀化器、激光应用光路和激光退火设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种可旋转匀化器,包括:匀化部件,用于均匀化激光束;旋转装置,具有旋转套筒和内部空腔;其中,匀化部件的边缘外侧通过固定装置固定在内部空腔中;旋转套筒,构成内部空腔的腔体,用于带动匀化部件进行旋转;传动部件,设置于旋转装置上,且连接有驱动装置,在驱动装置的带动下使传动部件进行旋转,进而带动旋转装置进行旋转;固定支座,用于将所述旋转装置固定在光路板上。本发明的激光应用光路和激光退火设备,采用上述可旋转匀化器,避免激光束产生的毛刺长时间固定作用于匀化器的某一位置造成匀化器的损坏,延长了其使用寿命和降低了使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域,具体涉及一种可旋转匀化器、激光应用光路和激光退火设备。
背景技术
由于不同波长的激光在硅片中的吸收深度不同,激光退火具有退火深度可控的特点,因此,无论是在功率半导体器件的背面处理工艺中,还是在32nm及其以下各技术节点器件的超浅PN结制备工艺中,激光退火技术都显示出不可替代的优势。通常半导体领域的激光退火除了需要比较高的激光功率外,还需要将激光束整形为两维或一维均匀的光斑。
光路中将用到大功率激光器、扩束镜、激光束匀化器、光阑、运动工件台等元件。请参阅图1,图1为常规的激光器应用光路示意图,图中,大功率激光器11提供能量符合要求的激光光源,扩束镜12调整光斑尺寸并减少光束的发散,激光束匀化器13将激光器产生的非均匀光束转换为一定范围内均匀的光束,光阑14截掉光束边缘的非均匀光束,运动工件台15上载有晶圆,通过一定的移动后,光斑照射在晶圆上。
其中,激光束匀化器由于其加工难度大和镀膜成本高,是退火设备的主要消耗品。理论上激光束的能量呈高斯分布,但由于加工精度、光学调准、沾污等原因,实际上的激光束并非严格的高斯分布,而是带有毛刺的近似高斯分布;而且光率越短,毛刺越明显。对于多光束的激光模式,激光束则是能量叠加的方式,也将有个别较强的毛刺出现。
如果激光束中的毛刺长时间固定地作用在匀化器上,匀化器的镀膜的某一位置长时间受到较强激光的作用,将先行损坏,进而恶性循环,造成匀化器的失效。
发明内容
为了克服上述问题,本发明旨在设计一种可旋转匀化器,使激光应用光路中的匀化器能够进行转动,从而以达到延长匀化器使用寿命和降低激光退火设备的使用成本的目的。
本发明提供一种可旋转匀化器,包括:
匀化部件,用于均匀化所述激光束;
旋转装置,具有旋转套筒和内部空腔;所述旋转套筒,构成所述内部空腔的腔体,用于带动所述匀化部件进行旋转;
第一固定装置,所述匀化部件的边缘外侧通过所述第一固定装置固定在所述内部空腔中;
传动部件,设置于所述旋转装置上,且连接有驱动装置,在所述驱动装置的带动下使所述传动部件进行旋转,进而带动所述旋转装置进行旋转;
固定支座,用于将所述旋转装置固定在光路板上。
优选地,所述第一固定装置为匀化部件顶丝。
优选地,所述匀化部件顶丝,设置于所述旋转套筒的筒壁内,用于将所述匀化部件固定在所述旋转套筒上。
优选地,所述可旋转匀化器还包括轴承和第二固定装置,所述轴承包裹在所述旋转套筒的外表面,通过所述第二固定装置固定在所述旋转套筒上。
优选地,所述轴承为滚动轴承,包括轴承内圈和轴承外圈,在所述轴承内圈和轴承外圈之间包含有滚珠。
优选地,所述第二固定装置为旋转套筒顶丝,设置于所述轴承内圈上,用于将所述旋转套筒固定在所述轴承内圈上。
优选地,所述匀化部件的中心轴、所述旋转套筒的中心轴、以及所述轴承的中心轴在一条直线上。
优选地,所述的传动部件为传动皮带槽和传动皮带。
优选地,所述传动皮带槽位于所述旋转套筒的筒壁内,用于将所述传动皮带嵌套在所述旋转套筒上,使所述旋转套筒以皮带方式进行旋转。
优选地,所述的传动部件为齿轮。
优选地,所述齿轮位于所述旋转套筒的筒壁上,用于与所述电机进行齿合,使所述旋转套筒以齿轮方式进行旋转。
优选地,所述匀化部件为蝇眼匀化部件。
本发明还提供一种采用上述任意一项所述可旋转匀化器所设计的激光应用光路,包括激光器、扩束镜、光阑和运动工件台,其中,包括所述可旋转匀化器,所述旋转装置通过所述固定支座设置在扩束镜和光阑之间;其中,所述匀化部件装载在所述内部空腔中,跟随所述旋转套筒在所述电机的电动下一起转动。
优选地,所述的匀化部件跟随所述旋转套筒一起进行匀速旋转。
优选地,所述激光器发出的激光束的光轴和所述扩束镜的中心轴在一条直线上,所述匀化部件的中心轴相对于所述激光束的光轴发生偏移。
本发明还提供一种采用上述任意一项所述的激光应用光路所设计的晶圆激光退火设备,其中,包括所述激光应用光路。
本发明的可旋转匀化器、激光应用光路和激光退火设备,通过利用旋转套筒的旋转从而带动匀化部件进行旋转,避免在激光退火过程中激光束产生的毛刺区域长时间固定地作用于匀化器的某一个位置上,以及避免了该位置由于受到强光而造成匀化器的损坏,延长了匀化器的使用寿命和降低了激光退火设备的使用成本。
附图说明
图1为常规的激光器应用光路示意图
图2为本发明的实施例一的可旋转匀化器的截面结构示意图
图3为本发明的实施例一的可旋转匀化器的三维结构示意图
图4为本发明的一个较佳实施例的激光应用光路示意图
具体实施方式
体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化,其皆不脱离本发明的范围,且其中的说明及图示在本质上当做说明之用,而非用以限制本发明。
以下结合附图2-4,通过具体实施例对本发明的可旋转匀化器、激光应用光路和激光退火设备作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例,且仅用以方便、明晰地达到辅助说明本发明实施例的目的。
如前所述,由于在常规的激光应用光路中,匀化器处于固定静止的状态,这样造成激光束产生的“毛刺”会长期固定地照射在某一位置上,造成该位置的提前损伤,从而导致整个匀化器的报废,这样还无疑增加了激光光路系统和激光退火设备的成本。因此,本发明提出了一种可旋转匀化器,将其应用于激光应用光路中和激光退火设备中,可以避免上述现象的产生,节约了成本。
实施例一
请参阅图2和3,图2为本发明的实施例一的可旋转匀化器的截面结构示意图,图3为本发明的实施例一的可旋转匀化器的三维结构示意图。
首先需要说明的是,本发明中所采用的匀化部件可以为蝇眼匀化部件、矩形波导管匀化部件、棱镜组匀化部件等,由于蝇眼匀化部件具有光束均匀性号和能量利用率高的优点,本实施例中,以蝇眼匀化部件为例对本发明的可旋转匀化器及激光应用光路作进一步解释说明,这不用于限制本发明的范围。
本发明的可旋转匀化器,包括:
匀化部件,用于均匀化激光束;
旋转装置,具有旋转套筒和内部空腔;旋转套筒,构成内部空腔的腔体,用于带动匀化部件进行旋转;
第一固定装置,匀化部件的边缘外侧通过第一固定装置固定在内部空腔中;
传动部件,设置于旋转装置上,且连接有驱动装置,在该驱动装置的带动下使传动部件进行旋转,进而带动旋转装置进行旋转;
固定支座,用于将旋转装置固定在光路板上。
本发明中,上述的驱动装置可以是回转驱动装置,步进电机驱动装置,伺服驱动装置等;较佳地,在本实施例中,采用步进电机驱动装置,这不用于限制本发明的范围;驱动装置的用途是带动传动部件进行转动。
在本实施例中,第一固定装置为匀化部件顶丝;此外,由于轴承具有较高的抗疲劳作用,能够保护旋转套筒避免受到较大的磨损,在本实施例中,还包括有轴承;同时,本发明中的轴承可以为任意轴承,比如滚动轴承,滑动轴承等,只要能够起到保护、固定和减小摩擦的作用即可;较佳地,本发明的本实施例中的轴承可以为滚动轴承,可以包括内圈和外圈,在内圈和外圈之间具有滚珠,这样可以提高旋转精度,承受高径向负荷以及一定的轴向负荷。
此外,本实施例中还包括有第二固定装置,轴承可以通过第二固定装置固定在旋转套筒上,本实施例中,第二固定装置可以为旋转套筒顶丝。
以下结合附图2和3对本实施例中的可旋转匀化器作进一步详细完成的表述:
具体的,请参阅图2和3,本实施例中的可旋转匀化器包括:
放置腔1,用于放置匀化部件;
旋转套筒2,包裹在放置腔1外部,构成放置腔1的腔体,用于带动匀化部件进行旋转;
匀化部件顶丝7,设置于旋转套筒2的筒壁内,用于将匀化部件固定在旋转套筒2上;
传动部件,设置于旋转套筒2上,连接有电机9,在电机9的带动下使传动部件进行旋转,进而带动旋转套筒2进行旋转;
本实施例中,传动部件为传动皮带槽8和传动皮带10,位于旋转套筒2的筒壁内,用于将传动皮带10嵌套在旋转套筒2上,使旋转套筒2以皮带方式进行旋转。
需要说明的是,本实施例中,以下将以具有传动皮带槽8的可旋转匀化器为例进行说明,这不用于限制本发明的范围。
轴承,包裹在旋转套筒2的外表面;轴承包括轴承内圈3和轴承外圈5,在轴承内圈3和轴承外圈5之间包含有滚珠4;
旋转套筒顶丝6,设置于轴承内圈3上,用于将旋转套筒2固定在轴承内圈3上;
固定支座11,位于轴承外圈5外部,用于将可旋转匀化器固定在光路架上。
需要说明的是,本实施例中,匀化部件的中心轴、旋转套筒的中心轴、以及轴承的中心轴在一条直线上,这样可以确保激光束的均匀化效果。
实施例二
本发明的本实施例的可旋转匀化器与实施例一的可旋转匀化器的结构相比,除了传动部件不相同,其他的部件都相同。区别在于,在本实施例中,传动部件为齿轮,位于旋转套筒2的筒壁上,用于与电机进行齿合,使旋转套筒2以齿轮方式进行旋转。
此外,本发明还提供一种激光应用光路。请参阅图4,图4为本发明的一个较佳实施例的激光应用光路示意图,本发明的一个较佳实施例中,采用上述任意一种可旋转匀化器设计的激光应用光路包括:
激光器21,用于产生激光束;
扩束镜22,位于激光器的右侧,用于调整光斑尺寸并减少光束的发散;
可旋转匀化器23,与扩束镜的右侧,其内部放置有匀化部件,通过固定支座固定在光路板上;
光阑24,位于可旋转匀化器23的右侧,用于截掉光束边缘的非均匀光束;
运动工件台25,位于光阑的右侧,其上装载有晶圆,通过运动工作台的移动,激光束可以照射在晶圆上。
其中,可旋转匀化器23可以在电机的驱动下进行旋转,该较佳实施例中,匀化部件可以跟随旋转套筒一起进行匀速旋转。当然,本发明中匀化器以采用带式传动,也可以采用齿轮传动,在该较佳实施例中,可旋转匀化器23采用带式传动,这不用于限制本发明的范围。
需要说明的是,该较佳实施例中的扩束镜22、可旋转匀化器23、光阑24和运动工件台25均位于激光器21的同一侧,为了便于描述,上述采用右侧进行解释说明,当然,还可以同时位于激光器21的任一侧,包括左侧、前方、后方等等。
该较佳实施例中,激光器21发出的激光束的光轴、扩束镜22的中心轴、可旋转匀化器23的旋转套筒的中心轴、匀化部件中心轴和光阑24的中心轴位于同一条直线上;
这样,匀化部件可以在旋转套筒的带动下进行旋转,避免了激光束产生的“毛刺”固定地作用在匀化部件的某一个位置上,导致匀化部件的失效。
在本发明的另一个实施例中,激光器发出的激光束的光轴和扩束镜的中心轴在同一条直线上,而匀化器的旋转套筒的中心轴、匀化部件中心轴和光阑的中心轴位于同一条直线上,匀化部件的中心轴相对于激光束的光轴发生偏移;这样,在匀化部件的旋转过程中,避免了激光束的光强区固定地作用在匀化部件的某一个部位上,例如蝇眼部位,避免该处的镀膜上时间的受到强光的照射而导致匀化部件的失效。
在本发明中,还提供了一种包括有上述任意一种激光应用光路的激光退火设备,该退火设备可以用于单片晶圆的激光退火或者是多晶硅膜的晶化。这样,在使用过程中,由于匀化器的旋转,而避免了激光束的“毛刺”固定作用于匀化部件的某一位置,而导致匀化部件的失效。
综上,本发明的可旋转匀化器、激光应用光路和激光退火设备,通过利用旋转套筒和轴承的旋转从而带动匀化器进行旋转,避免在激光退火过程中激光束产生的毛刺区域长时间固定地作用于匀化器的某一个位置上,以及避免了该位置由于受到强光而造成匀化器的损坏,延长了匀化器的使用寿命和降低了激光退火设备的使用成本。
以上所述的仅为本发明的实施例,所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围,因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (16)
1.一种可旋转匀化器,其特征在于,包括:
匀化部件,用于均匀化所述激光束;
旋转装置,具有旋转套筒和内部空腔;所述旋转套筒,构成所述内部空腔的腔体,用于带动所述匀化部件进行旋转;
第一固定装置,所述匀化部件的边缘外侧通过所述第一固定装置固定在所述内部空腔中;
传动部件,设置于所述旋转装置上,且连接有驱动装置,在所述驱动装置的带动下使所述传动部件进行旋转,进而带动所述旋转装置进行旋转;
固定支座,用于将所述旋转装置固定在光路板上。
2.根据权利要求1所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述第一固定装置为匀化部件顶丝。
3.根据权利要求2所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述匀化部件顶丝,设置于所述旋转套筒的筒壁内,用于将所述匀化部件固定在所述旋转套筒上。
4.根据权利要求1所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述可旋转匀化器还包括轴承和第二固定装置,所述轴承包裹在所述旋转套筒的外表面,通过所述第二固定装置固定在所述旋转套筒上。
5.根据权利要求4所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述轴承为滚动轴承,包括轴承内圈和轴承外圈,在所述轴承内圈和轴承外圈之间包含有滚珠。
6.根据权利要求4所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述第二固定装置为旋转套筒顶丝,设置于所述轴承内圈上,用于将所述旋转套筒固定在所述轴承内圈上。
7.根据权利要求4所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述匀化部件的中心轴、所述旋转套筒的中心轴、以及所述轴承的中心轴在一条直线上。
8.根据权利要求1所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述的传动部件为传动皮带槽和传动皮带。
9.根据权利要求8所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述传动皮带槽位于所述旋转套筒的筒壁内,用于将所述传动皮带嵌套在所述旋转套筒上,使所述旋转套筒以皮带方式进行旋转。
10.根据权利要求1所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述的传动部件为齿轮。
11.根据权利要求10所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述齿轮位于所述旋转套筒的筒壁上,用于与所述电机进行齿合,使所述旋转套筒以齿轮方式进行旋转。
12.根据权利要求1所述的可旋转匀化器,其特征在于,所述匀化部件为蝇眼匀化部件。
13.一种采用上述权利要求1-12任意一项所述可旋转匀化器所设计的激光应用光路,包括激光器、扩束镜、光阑和运动工件台,其特征在于,包括所述可旋转匀化器,所述旋转装置通过所述固定支座设置在扩束镜和光阑之间;其中,所述匀化部件装载在所述内部空腔中,跟随所述旋转套筒在所述电机的电动下一起转动。
14.根据权利要求13所述的激光应用光路,其特征在于,所述的匀化部件跟随所述旋转套筒一起进行匀速旋转。
15.根据权利要求13所述的激光应用光路,其特征在于,所述激光器发出的激光束的光轴和所述扩束镜的中心轴在一条直线上,所述匀化部件的中心轴相对于所述激光束的光轴发生偏移。
16.一种采用上述权利要求13-15任意一项所述的激光应用光路所设计的晶圆激光退火设备,其特征在于,包括所述激光应用光路。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140205 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |