CN114280701A - 光学照明装置及光学改性设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学照明装置及光学改性设备，该光学照明装置包括两个线光源和扫描反射部件，所述扫描反射部件具有两个反射面，每个所述线光源设有一个光调制部件，所述光调制部件用于将所述线光源发出的光线调制为平行光且匀化后形成具有设定长度的光带，两个所述反射面分别用于接收两个所述光带，并将两个所述光带反射至同一处理件的工作面；还包括驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述扫描反射部件沿设定方向往复运动，所述设定方向为平行于所述工作面的方向。该光学照明装置的结构设置能够提高局部辐照能量密度，使目标工作面的不同区域受到的辅助总能量相对均匀，同时还能够提高产能。

Description

光学照明装置及光学改性设备

技术领域

本发明涉及光学改性处理技术领域，特别是涉及一种光学照明装置及光学改性设备。

背景技术

半导体行业的薄膜光学改性处理，或者LED和平板显示行业的薄膜光学改性处理，通常是利用光学改性设备进行。

以紫外光改性设备为例，其紫外光照明装置一般采用面光源辅助照明头旋转的方案，在工程设计上采用一根或者两根紫外线灯管作为光源配合光路设计来达到面光源的效果，这样的面光源在目标工作面上不同区域的辐照强度差异很大，只能通过让照明头旋转来达到工作面上局部光强时间积分达到一定的均匀性，即在整个工艺过程中工作面上局部区域的总辐照计量接近均匀，实际上很难达到较好的均匀性。

由于面光源在照明头不旋转的情况下，整体的辐照强度均匀性差，对于接受光处理的工作面来说，不同区域有不同时长的排队效应，实际设置时，照明头的旋转速度较慢，导致排队效应明显。

另外，在实际应用中，由于针对面光源的均匀性调节，紫外线灯发出的部分光被舍弃，正常情况下，光的有效利用率大约有40％～50％，能效比差，以对12寸的晶圆的光处理来说，一个晶圆需配置两个灯管，直接推高了成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学照明装置及光学改性设备，该光学照明装置的结构设置能够提高局部辐照能量密度，使目标工作面的不同区域受到的辅助总能量相对均匀，同时还能够提高产能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光学照明装置，包括两个线光源和扫描反射部件，所述扫描反射部件具有两个反射面，每个所述线光源设有一个光调制部件，所述光调制部件用于将所述线光源发出的光线调制为平行光且匀化后形成具有设定长度的光带，两个所述反射面分别用于接收两个所述光带，并将两个所述光带反射至同一处理件的工作面；还包括驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述扫描反射部件沿设定方向往复运动，所述设定方向为平行于所述工作面的方向。

该光学照明装置将光源设置为线光源，且设有两个线光源，在每个线光源的光路上均设置了光调制部件，利用光调制部件将线光源发出的光调制为平行光，且匀化后形成具有设定长度的光带，再利用具有两个反射面的扫描反射部件将两个光带反射至同一处理件的工作面，实现对工作面的改性处理；线光源和光调制部件的设置能够提高光的有效利用率和局部辐照能量密度，对于光源的技术指标可以适当地降低，有利于供应链多样化，从而可节约电能和降低设备成本；利用光调制部件对光线进行光匀化处理形成的光带，使扫描反射镜沿与工作面平行的方向往复运动，可实现对整个工作面的扫描，使得工作面的不同区域接受的辐照总能量相对更均匀；另外，利用两个线光源和具有两个反射面的扫描反射部件对同一处理件进行扫描，结合扫描反射镜的往复运动，能够提高产能，同时能够降低或弱化不同区域的排队效应。

如上所述的光学照明装置，所述扫描反射部件为双面反射棱镜，所述双面反射棱镜位于两个所述线光源之间。

如上所述的光学照明装置，所述扫描反射部件包括两个平面反射镜。

如上所述的光学照明装置，每个所述平面反射镜运动的最大行程不小于所述处理件的半径。

如上所述的光学照明装置，两个所述平面反射镜背向设置，两者朝所述处理件的中心方向运动的极限位置为两者相抵。

如上所述的光学照明装置，所述光调制部件形成的光带直接照射至所述扫描反射部件。

如上所述的光学照明装置，所述光调制部件调制的所述光带经过至少一个中继反射镜反射至所述扫描反射部件。

如上所述的光学照明装置，所述中继反射镜的位置可调以改变照射至所述中继反射镜的光线的入射角度。

如上所述的光学照明装置，所述扫描反射部件的位置可调以改变照射至所述扫描反射部件的光线的入射角度。

如上所述的光学照明装置，所述光带的所述设定长度大于或等于所述处理件的最大尺寸。

如上所述的光学照明装置，所述光调制部件包括平行光调制器和光强匀化调制器，所述平行光调制器相对所述光强匀化调制器靠近所述线光源。

如上所述的光学照明装置，所述平行光调制器和所述光强匀化调制器设为一体式光学部件，或者，所述平行光调制器和所述光强匀化调制器为相对独立的光学部件。

如上所述的光学照明装置，所述光学照明装置中的所有反射镜中，至少由一个所述反射镜为反射模块，所述反射模块包括多个呈阵列排布的反射单元，所述反射单元能够独立转动以改变照射至所述反射单元的光线的入射角度。

如上所述的光学照明装置，所述线光源处设置有聚光器。

如上所述的光学照明装置，还包括光强传感器，所述光强传感器用于检测所述扫描反射部件的反射面反射的光线的光强。

本发明还提供一种光学改性设备，包括反应腔，所述反应腔内设有用于放置处理件的托盘，所述反应腔配置有光学照明装置，所述光学照明装置为上述任一项所述的光学照明装置。

附图说明

图1为本发明所提供光学照明装置的第一实施例的结构简示图；

图2为本发明所提供光学照明装置的第二实施例的结构简示图；

图3a至图3c示出了三种反射模块的结构简示图。

附图标记说明：

线光源11，聚光器12，光调制部件13，扫描反射部件14，双面反射棱镜14a，平面反射镜14b，中继反射镜15；

反应腔21，托盘22，晶圆23，石英窗24；

光强传感器30；

反射模块40a、40b、40c，反射单元41。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

不失一般性，下文以光学照明装置应用至半导体晶圆沉积薄膜处理为例来说光学照明装置的具体结构，在此基础上，光学照明装置的处理物即为晶圆，可以理解，除了应用至半导体晶圆薄膜的处理外，本光学照明装置还可以应用至其他有类似需求的领域，比如说LED和平板显示行业的薄膜光学改性处理等。

为便于理解和描述简洁下文结合光学照明装置及光学改性设备一并说明，有益效果部分不再重复论述。

请参考图1，图1为本发明所提供光学照明装置的第一实施例的结构简示图。

该实施例中，光学改性设备包括反应腔21，每个反应腔21配置有光学照明装置，反应腔21内设有托盘22，用以放置晶圆23等处理件，反应腔21上方设置有石英窗24，以便于光学照明装置的光线能够通过石英窗24扫描至晶圆23的工作面。

如图1所示，该光学照明装置包括两个线光源11和扫描反射部件14，扫描反射部件14具有两个反射面，每个线光源11设有一个光调制部件13，光调制部件13用于将线光源11发出的光线调制为平行光且匀化后形成具有设定长度的光带，扫描反射部件14的两个反射面分别用于接收两个光调制部件13调制的光带，并将两个光带反射至同一晶圆23的工作面。

该光学照明装置将光源设置为线光源11，且设有两个线光源11，在每个线光源11的光路上均设置了光调制部件13，利用光调制部件13将线光源11发出的光调制为平行光，且匀化后形成具有设定长度的光带，再利用具有两个反射面的扫描反射部件14将两个光带反射至同一晶圆23的工作面，实现对工作面的改性处理；线光源11和光调制部件13的设置能够提高光的有效利用率和局部辐照能量密度，对于光源的技术指标可以适当地降低，有利于供应链多样化，从而可节约电能和降低设备成本；利用光调制部件13对光线进行光匀化处理形成的光带，能够使得晶圆23工作面的不同区域接受的辐照总能量相对更均匀；另外，利用两个线光源11和具有两个反射面的扫描反射部件14对同一晶圆23进行扫描，可大大加快扫描速度，有效提高产能，同时能够降低或弱化不同区域的排队效应。

对于半导体行业的晶圆23处理来说，线光源11通常采用紫外灯线光源，当然，若是处理件的工作面有其他需求，线光源11也可采用其他灯结构。

实际设置时，为更好地利用线光源11的光能，可以在每个线光源11处设置聚光器12，通过聚光器12将线光源11发出的光线聚集，以提高单位面积的辐照能量密度。

该实施例中，扫描反射部件14具体采用双面反射棱镜14a，该双面反射棱镜14a为一个部件，具有两个反射面。

光学照明装置还包括驱动部件(图中未示出)，该驱动部件用于驱动扫描反射部件14沿设定方向往复运动，该设定方向为平行于晶圆23的工作面的方向。

以图1所示方位来说，扫描反射部件14沿图中左右方向往复运行，图中的黑色实心箭头标明了扫描反射部件14的移动方向，这样，通过扫描反射部件14的移动，使得晶圆23工作面的任何区域都能够接收光线的辐射。对于半导体行业的晶圆23处理来说，线光源11通常采用紫外灯线光源，当然，若是处理件的工作面有其他需求，线光源11也可采用其他灯结构。

实际设置时，为更好地利用线光源11的光能，可以在线光源11处设置聚光器12，通过聚光器12将线光源11发出的光线聚集，以提高单位面积的辐照能量密度。

实际应用时，可根据需求来调节光调制部件13调制的光带的宽度，以此来调节局部辐照能量密度和扫描时间。

该结构设置只需要扫描反射部件14移动，便于实施。驱动部件具体可以采用直线电机或者丝杠螺母等形式，只要能够实现直线移动的驱动方式均可。

为相对快速地扫描，光调制部件13调制的光带的设定长度不小于晶圆23的直径，也就是说，光调制部件13调制的光带的设定长度大于或等于晶圆23的直径，这样，扫描反射部件14只需沿设定方向移动晶圆23的直径行程范围，即可实现对晶圆23工作面所有区域的扫描。即在对一个晶圆23工作面的处理中，只需驱动扫描反射部件14沿一个方向移动完成对晶圆23的扫描即可，在一个工艺处理过程中，无需来回移动。该方式相比于背景技术中照明头旋转的方式来说，可以大幅缩短对晶圆23工作面的扫描时间，结合单位面积辐照能量密度的提高，可以降低或匀化晶圆23工作面不同区域的排队效应。

以图1所示来说，即双面反射棱镜14a自图示晶圆23的左端向右移动有至少一个晶圆23直径的行程即可。

可以理解，对于其他形状的处理件来说，光带的设定长度最好不小于处理件的最大尺寸。

该实施例中，光调制部件13具体包括平行光调制器和光强匀化调制器，其中，平行光调制器相对光强匀化调制器靠近线光源11。

具体的，可采用条形平行光调制器将线光源11发出的散射光调制成平行光，采用条形光强匀化调制器将条形灯发出的光匀化并调制光带。

实际设置时，平行光调制器和光强匀化调制器可以设为一体式的光学部件，当然也可以为相对独立的两个光学部件，具体根据需求来定。

该实施例中，光学照明装置在每个线光源11的光路上都设有一个中继反射镜15，具体的，中继反射镜15将光调制部件13调制的光带反射至扫描反射部件14的反射面，扫描反射部件14再将接收的光带反射至晶圆23工作面。

在其他实施例中，每个线光源11的光路上可以设置不止一个中继反射镜15，具体根据实际设备布局需求来定。当然，在另外的实施例中，若设备布局允许，也可不设置中继反射镜15，光调制部件13调制的光带可直接照射至扫描反射部件14。

具体的方案中，为了适应不同尺寸的晶圆23处理，或者调试设备等需求，扫描反射部件14的位置可调以改变照射至扫描反射部件14的光线的入射角度，从而调节反射至晶圆23工作面的辐照能量密度。

具体来说，扫描反射部件14的位置调节可以包括调节其角度设置(比如其与晶圆23工作面之间的夹角)或者其与晶圆23之间的竖向距离等。

具体的方案中，若设有中继反射镜15，也可以通过中继反射镜15的位置调节来改变照射至中继反射镜15的光线的入射角度，从而调节反射至扫描反射部件14的光线的入射角度。

具体来说，中继反射镜15的位置调节可以包括调节其角度设置，或者与光调制部件13之间的距离等。

具体的方案中，线光源11和光调制部件13的位置也可调以改变光带的出射方向，比如说，线光源11和光调制部件13整体可以有一个角度调节范围等。

可以理解，上述各光学部件的位置调节互不干扰，在实际设置时，可以允许其中一个或几个的位置可调。

请参考图2，图2为本发明所提供光学照明装置的第二实施例的结构简示图。

该实施例中光学照明装置的基本结构组成与前述第一实施例一致，区别在于扫描反射部件14的具体结构形式不同，下面仅就该区别进行说明，其他均可参考前述理解。

该实施例中，扫描反射部件14包括两个平面反射镜14b，两个平面反射镜14b相对独立，两者可沿平行于晶圆23工作面的设定方向来回移动，在此基础上，具体设置时，两个平面反射镜14b背向设置，两者朝晶圆23中心方向移动的极限位置为两者相抵，避免两者移动行程上重叠，而影响对晶圆23工作面的处理。

具体设置时，为确保晶圆23工作面都可以被扫描到，每个平面反射镜14b运动的最大行程可不小于晶圆23的半径设置。

如图2所示，该实施例中，在每个中继反射镜15的背侧设有一个光强传感器30，用于检测扫描反射部件14的对应反射面反射的光线的光强，以便于对设备进行调试。

当然，在前述图1所示的实施例中，也可以在合适的位置设置光强传感器30。

实际应用中，上述各实施例中的各反射结构中，至少有一个反射结构为反射模块，比如说中继反射镜15或者扫描反射部件14的任一反射面，反射模块的设置，可以提高对辐照能量调节的灵活性。

下面介绍反射模块的具体结构形式，可以理解，实际设置时，上述各实施例中的任何一个或几个反射结构均可采用反射模块的形式。

反射模块包括多个呈阵列形式排布的反射单元，每个反射单元能够独立转动以改变照射至反射单元的光线的入射角度。

请参考图3a至图3c，图3a至图3c示出了三种反射模块的结构简示图。

图3a所示的反射模块40a的多个反射单元41排布呈单行多列阵列，即多个反射单元41沿x轴方向排成一行；图3b所示的反射模块40b的多个反射单元41排布呈双行多列阵列，即多个反射单元41沿x轴方向排成两行，每行的反射单元41的数量相同，且在y轴方向上位置一一对应设置；图3c所示的反射模块40c的多个反射单元41排布呈三行多列阵列，即多个反射单元41沿x轴方向排成三行，每行的反射单元41的数量相同，且在y轴方向上位置一一对应。

图3a至图3c只是示例性地示出了三种阵列形式的反射模块，可以理解，实际设置时，反射模块的多个反射单元41可以排布呈其他阵列形式，不限于图中所示，比如说相邻两行的反射单元41可以错开设置，阵列形式也包括圆形阵列或者其他形状的阵列形式。

以图中所示来说，每个反射单元41可独立在两个方向上转动，具体绕y轴方向转动或者绕x轴方向转动，当然，每个反射单元41也可仅有一个转动自由度，具体根据需要来设置。具体的，各反射单元41的转动可以通过微机来控制，转动时可以连续转动，也可以是设定角度的转动，即一个定点位置到另一定点位置的转动。

这样，通过调整反射模块的各反射单元41的位置，可以调整特定区域的光强，灵活性更高。

需要说明的是，图3a至图3c中标记的x轴和y轴只是为了方便说明，可以理解实际设置时，在各反射单元41之间不相互干涉的情况下，反射单元41的转动轴线也可以为其他方向，只要能够调整各反射单元41的反射面的角度即可。

以上对本发明所提供的一种光学照明装置及光学改性设备均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (16)

1.光学照明装置，其特征在于，包括两个线光源和扫描反射部件，所述扫描反射部件具有两个反射面，每个所述线光源设有一个光调制部件，所述光调制部件用于将所述线光源发出的光线调制为平行光且匀化后形成具有设定长度的光带，两个所述反射面分别用于接收两个所述光带，并将两个所述光带反射至同一处理件的工作面；还包括驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述扫描反射部件沿设定方向往复运动，所述设定方向为平行于所述工作面的方向。

2.根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于，所述扫描反射部件为双面反射棱镜，所述双面反射棱镜位于两个所述线光源之间。

3.根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于，所述扫描反射部件包括两个平面反射镜。

4.根据权利要求3所述的光学照明装置，其特征在于，每个所述平面反射镜运动的最大行程不小于所述处理件的半径。

5.根据权利要求3所述的光学照明装置，其特征在于，两个所述平面反射镜背向设置，两者朝所述处理件的中心方向运动的极限位置为两者相抵。

6.根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于，所述光调制部件形成的光带直接照射至所述扫描反射部件。

7.根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于，所述光调制部件调制的所述光带经过至少一个中继反射镜反射至所述扫描反射部件。

8.根据权利要求7所述的光学照明装置，其特征在于，所述中继反射镜的位置可调以改变照射至所述中继反射镜的光线的入射角度。

9.根据权利要求1-8任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述扫描反射部件的位置可调以改变照射至所述扫描反射部件的光线的入射角度。

10.根据权利要求1-8任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述光带的所述设定长度大于或等于所述处理件的最大尺寸。

11.根据权利要求1-8任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述光调制部件包括平行光调制器和光强匀化调制器，所述平行光调制器相对所述光强匀化调制器靠近所述线光源。

12.根据权利要求11所述的光学照明装置，其特征在于，所述平行光调制器和所述光强匀化调制器设为一体式光学部件，或者，所述平行光调制器和所述光强匀化调制器为相对独立的光学部件。

13.根据权利要求1-8任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述光学照明装置中的所有反射镜中，至少由一个所述反射镜为反射模块，所述反射模块包括多个呈阵列排布的反射单元，所述反射单元能够独立转动以改变照射至所述反射单元的光线的入射角度。

14.根据权利要求1-8任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述线光源处设置有聚光器。

15.根据权利要求1-8任一项所述的光学照明装置，其特征在于，还包括光强传感器，所述光强传感器用于检测所述扫描反射部件的反射面反射的光线的光强。

16.光学改性设备，包括反应腔，所述反应腔内设有用于放置处理件的托盘，所述反应腔配置有光学照明装置，其特征在于，所述光学照明装置为权利要求1-15任一项所述的光学照明装置。

Images