CN114325889A - 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线光源、光调制部件、中继反射部件和两个扫描反射镜，光调制部件用于将线光源发出的光线调制成平行光，且匀化后形成具有设定长度的光带，中继反射部件具有两个反射面，用于将光带反射至两个扫描反射镜，两个扫描反射镜用于将接收的光线分别反射至两个处理件的工作面；还包括驱动部件，驱动部件用于驱动扫描反射镜沿设定方向往复运动，设定方向为平行于工作面的方向；或者，扫描反射镜为球面镜，扫描反射镜反射至工作面的光线范围至少覆盖工作面。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辐照总能量相对更均匀，同时还能够节约成本。

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。

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辐照总能量相对更均匀，同时还能够节约成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光学照明装置，包括线光源、光调制部件、中继反射部件和两个扫描反射镜，所述光调制部件用于将所述线光源发出的光线调制成平行光，且匀化后形成具有设定长度的光带，所述中继反射部件具有两个反射面，两个所述反射面用于将所述光带反射至两个所述扫描反射镜，两个所述扫描反射镜用于将接收的光线分别反射至两个处理件的工作面；

还包括驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述扫描反射镜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，两个所述工作面均平行于水平面；或者，所述扫描反射镜为球面镜，所述扫描反射镜反射至所述工作面的光线范围至少覆盖所述工作面。

该光学照明装置采用线光源，在光路上设置了光调制部件，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，利用中继反射部件将光带反射至两个扫描反射镜，两个扫描反射镜再将各自接收的光线反射至对应的处理件的工作面，实现对工作面的改性处理；这样设置后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，有利于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，或者采用球面镜作为扫描反射镜，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；同时，该光学照明装置采用两个扫描反射镜，可同时对两个处理件的工作面进行处理，进一步地节约了成本，且使得整个设备更加紧凑。

如上所述的光学照明装置，所述光带的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，所述中继反射部件能够沿竖直方向移动以靠近或远离所述处理件，且能够沿所述扫描反射镜的移动方向移动；和/或，所述中继反射部件能够转动以改变照射至所述中继反射部件的光线的入射角度。

如上所述的光学照明装置，所述驱动部件还用于驱动所述扫描反射镜沿与所述设定方向垂直的水平方向或竖直方向移动，和/或，所述扫描反射镜能够转动以改变照射至所述扫描反射镜的光线的入射角度。

如上所述的光学照明装置，所述光调制部件设有两个，两个所述光调制部件调制成的两个光带分别用于反射至两个所述扫描反射镜。

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，所述光调制部件的位置可调以改变所述光带的出射方向，和/或，所述光调制部件与所述中继反射部件之间的相对位置可调。

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，所述中继反射部件位于两个所述扫描反射镜之间；所述中继反射部件为双面反射棱镜，或者，所述中继反射部件包括两个平面反射镜。

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结构中，至少由一个所述反射结构为反射模块，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，还包括两个光强传感器，分别用于监测两个所述扫描反射镜反射的光线的光强。

如上所述的光学照明装置，所述扫描反射镜上开设有至少一个通孔，照射至所述扫描反射镜的光线通过所述通孔能够抵达所述光强传感器。

如上所述的光学照明装置，所述扫描反射镜能够偏转至监测位置，处于所述监测位置，照射至所述扫描反射镜的光线能够抵达所述辐照强度传感器。

本发明还提供一种光学改性设备，包括至少两个反应腔，所述反应腔内设有用于放置处理件的托盘，两个所述反应腔配置一个光学照明装置，所述光学照明装置为上述任一项所述的光学照明装置。

由于上述光学照明装置具有上述技术效果，所以包括该光学照明装置的光学改性设备也具有相同的技术效果，此处不再重复论述。

如上所述的光学改性设备，还包括遮光罩、灯罩和回流装置，所述光学照明装置的所述线光源设于所述灯罩内，其余部件设于所述遮光罩内；所述线光源为紫外光光源；所述回流装置包括散热器，所述遮光罩通过回流管路与所述散热器连通，所述散热器通过通风管路与所述灯罩连通，所述通风管路内设有风扇。

附图说明

图1为本发明所提供光学照明装置一种实施例的结构简示图；

图2a至图2c示出了三种反射模块的结构简示图；

图3为本发明所提供光学改性设备一种实施例的结构简示图。

附图标记说明：

线光源11，聚光器12，光调制部件13，扫描反射镜14，中继反射部件15；

反应腔21，托盘22，晶圆23，石英窗24；

遮光罩31，灯罩32，回流管路33，通风管路34，风扇35，散热器36，光强传感器37；

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。

请参考图1，图1为本发明所提供光学照明装置一种实施例的结构简示图。

该实施例中，光学照明装置包括线光源11、光调制部件13、中继反射部件15和两个扫描反射镜14，光调制部件13用于将线光源11 发出的光线调制成平行光，且匀化后形成具有设定长度的光带，中继反射部件15具有两个反射面，两个反射面用于将光带反射至两个扫描反射镜14，可以理解，光带照射至中继反射部件15的两个反射面被分为两个光带分别反射至扫描反射镜14，两个扫描反射镜14用于将接收的光线分别反射至两个晶圆23的工作面。图1中的虚线箭头示意了光线的传递路径。

该光学照明装置采用线光源11，在光路上设置了光调制部件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，利用中继反射部件15将光带反射至两个扫描反射镜14，两个扫描反射镜14再将各自接收的光线反射至对应的晶圆23的工作面，实现对工作面的改性处理；这样设置后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，有利于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，能够使得工作面的不同区域接受的辐照总能量相对更均匀；同时，该光学照明装置采用两个扫描反射镜14，可同时对两个晶圆23的工作面进行处理，进一步地节约了成本，且使得整个设备更加紧凑。

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。

为方便对两个晶圆23处理，中继反射部件15设于两个扫描反射镜14之间，以免形成干扰。

该实施例中，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镜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。

实际应用时，晶圆23放置在半导体设备的反应腔21的托盘22 上，反应腔21上方设置有石英窗24，以便于扫描反射镜14反射的光线可通过石英窗24扫描至晶圆23的工作面。

以图1所示方位来说，扫描反射镜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镜14的移动方向，这样，通过扫描反射镜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。

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镜14移动，便于实施。驱动部件具体可以包括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。

实际设置时，驱动部件可以设置有两个驱动源，分别驱动两个扫描反射镜14的移动，当然，也可只设置一个驱动源，通过设置中间传动结构使得一个驱动源能够同步驱动两个扫描反射镜14移动。

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，扫描反射镜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，只需驱动扫描反射镜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，扫描反射镜14自对应晶圆23的一端移动至另一端即可，图中表示扫描反射镜14的实线和虚线分别示意了扫描反射镜14移动的极限位置，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。

图示实施例中，每个扫描反射镜14都在驱动部件的驱动下往复运动，在其他实施例中，扫描反射镜14可以采用球面镜，具体可以是一个扫描反射镜14为球面镜，也可以两个扫描反射镜14都为球面镜，将球面镜放置在晶圆23的合适位置，使得球面镜反射至晶圆23工作面的光线至少能够覆盖晶圆23的工作面，这样对于球面镜的扫描反射镜14来说，可以不设置驱动部件，不需要移动，可简化结构。

当然，在上述设置驱动部件驱动扫描反射镜14往复移动的实施例中，扫描反射镜14既可以选择平面镜的形式，也可以选择球面镜的形式，不做限制，具体采用什么形式反射镜根据实际需要来定。

为了更好地调制并分配线光源11发出的光线，在光路上可以设置两个光调制部件13，两个光调制部件13调制的两个光带分别照射至中继反射部件15的两个反射面，并分别反射至两个扫描反射镜14。

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。

具体的方案中，光调制部件13的位置可调改变光带的出射方向，比如说可以适当调节光调制部件13的角度等，另外，还可以调整光调制部件13与中继反射部件15之间的相对位置，以图1所示方位来说，可调节两者之间的竖向距离等，可以理解，光调制部件13与中继反射部件15之间相对位置的变化也会影响光调制部件13与线光源11之间的相对位置。该设置可方便光学照明装置的调试。

图1所示方案中，中继反射部件15采用的是双面反射棱镜的结构形式，在其他实施例中，中继反射部件15也可采用两个平面反射镜的结构形式。

一般来说，晶圆23在工艺处理时处于水平状态，具体的方案中，中继反射部件15的位置也可调，以方便光学照明装置的调试，具体的，中继反射部件15可以沿竖直方向移动以靠近或远离晶圆23，或者可以沿扫描反射镜14的移动方向移动，中继反射部件15还可能转动以改变照射至其上的光线的入射角度，以对光强进行适当的调节。

具体的方案中，前述驱动部件还用于驱动扫描反射镜14沿竖直方向或者与其扫描方向(即前述设定方向)垂直的方向移动，扫描反射镜14也可适当的转动以改变照射至扫描反射镜14的光线的入射角度，这样也方便光学照明装置的调试。

可以理解，前述提及的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。

该实施例中，还可以在每个扫描反射镜14的背侧(即与扫描反射镜14的反射面相反的一侧)设置一个光强传感器37，用于监测扫描反射镜14反射光线的光强，以便根据实际工艺需求调制光带的宽度或者调节各光学部件的位置。

具体的方案中，可以在扫描反射镜14上开设有至少一个通孔，照射至扫描反射镜14的光线通过通孔可以抵达光强传感器37，从而可以在工艺过程中实现光强的实时监测。可以理解，通孔的孔径相对来说较小设置，以免影响对晶圆工作面的正常处理。

另外，还可以通过设置使得扫描反射镜14能够偏转至监测位置，处于监测位置，照射至扫描反射镜的光线能够抵达(比如通过反射的方式)光强传感器37，此时，在每个工艺开始前，可以先将扫描反射镜14偏转到监测位置，对光强进行监测，该方式可对光强进行间隙性监测。

实际应用中，上述光学照明装置的所有反射结构中，至少有一个反射结构为反射模块，比如说中继反射部件15的任一反射面或者扫描反射镜14，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2a至图2c，图2a至图2c示出了三种反射模块的结构简示图。

图2a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2b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2c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2a至图2c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2a至图2c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。

请一并参考图3，图3为本发明所提供光学改性设备一种实施例的结构简示图。

除了上述光学照明装置外，本发明还提供一种光学改性设备，该光学改性设备包括至少两个反应腔21，其中两个所述反应腔21配置有一个上述实施例介绍的光学照明装置，反应腔21的结构设置与前述一致，其内设有用于放置晶圆23的托盘22，顶部设有石英窗24。

如前所述，对于半导体行业的晶圆加工来说，通常采用紫外灯光源，为此，光学改性设备还设有回流装置，以对各光学部件仅降温，避免氧气转化为臭氧，即通过回流装置的设置来控制臭氧含量。

图示中以光学改性设备具有两个反应腔21为例说明，该两个反应腔21共用一套光学照明装置，光学改性设备包括遮光罩31、灯罩 32和回流装置，光学照明装置的线光源11布置在灯罩32内，其余部件布置在遮光罩31内。

回流装置包括散热器36，散热器36通过两个回流管路33与遮光罩31连通，遮光罩31与回流管路33的两个连接位置分别靠近两个反应腔21，以方便对各光学部件都能很好地散热；散热器36通过一个通风管路34与灯罩32连通，通风管路34内设有风扇35，通过风扇35可冷却灯罩32和遮光罩31内的各光学部件。图3中较粗的虚线实心箭头标明了散热风的流动路径。

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，包括线光源、光调制部件、中继反射部件和两个扫描反射镜，所述光调制部件用于将所述线光源发出的光线调制成平行光，且匀化后形成具有设定长度的光带，所述中继反射部件具有两个反射面，两个所述反射面用于将所述光带反射至两个所述扫描反射镜，两个所述扫描反射镜用于将接收的光线分别反射至两个处理件的工作面；

还包括驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述扫描反射镜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，两个所述工作面均平行于水平面；或者，所述扫描反射镜为球面镜，所述扫描反射镜反射至所述工作面的光线范围至少覆盖所述工作面。

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

3.根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于，所述中继反射部件能够沿竖直方向移动以靠近或远离所述处理件，且能够沿所述扫描反射镜的移动方向移动；和/或，所述中继反射部件能够转动以改变照射至所述中继反射部件的光线的入射角度。

4.根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于，所述驱动部件还用于驱动所述扫描反射镜沿与所述设定方向垂直的水平方向或竖直方向移动，和/或，所述扫描反射镜能够转动以改变照射至所述扫描反射镜的光线的入射角度。

5.根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于，所述光调制部件设有两个，两个所述光调制部件调制成的两个光带分别用于反射至两个所述扫描反射镜。

6.根据权利要求1-5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。

7.根据权利要求6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。

8.根据权利要求1-5任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述光调制部件的位置可调以改变所述光带的出射方向，和/或，所述光调制部件与所述中继反射部件之间的相对位置可调。

9.根据权利要求1-5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。

10.根据权利要求1-5任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述中继反射部件位于两个所述扫描反射镜之间；所述中继反射部件为双面反射棱镜，或者，所述中继反射部件包括两个平面反射镜。

11.根据权利要求1-5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结构中，至少由一个所述反射结构为反射模块，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。

12.根据权利要求1-5任一项所述的光学照明装置，其特征在于，还包括两个光强传感器，分别用于监测两个所述扫描反射镜反射的光线的光强。

13.根据权利要求12所述的光学改性设备，其特征在于，所述扫描反射镜上开设有至少一个通孔，照射至所述扫描反射镜的光线通过所述通孔能够抵达所述光强传感器。

14.根据权利要求12所述的光学改性设备，其特征在于，所述扫描反射镜能够偏转至监测位置，处于所述监测位置，照射至所述扫描反射镜的光线能够抵达所述辐照强度传感器。

15.光学改性设备，包括至少两个反应腔，所述反应腔内设有用于放置处理件的托盘，两个所述反应腔配置一个光学照明装置，其特征在于，所述光学照明装置为权利要求1-14任一项所述的光学照明装置。

16.根据权利要求15所述的光学改性设备，其特征在于，还包括遮光罩、灯罩和回流装置，所述光学照明装置的所述线光源设于所述灯罩内，其余部件设于所述遮光罩内；所述线光源为紫外光光源；所述回流装置包括散热器，所述遮光罩通过回流管路与所述散热器连通，所述散热器通过通风管路与所述灯罩连通，所述通风管路内设有风扇。

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