CN114371522A - 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，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反射至同一处理件的工作面。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。

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 同区域受到的辐照总能量相对更均匀。

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反射至同一处理件的 工作面。

该光学照明装置将光源设为线光源，通过光调制部件将线光源的 光线调制为相对均匀的平行光光带，通过中继反射部件将光带反射至 两个扫描反射镜，两个扫描反射镜将接收的光线反射至同一处理件的 工作面，实现对工作面的改性处理；与面光源相比，线光源的局部辐 照能量密度相对较高，利用率相对高，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，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，也方便根据需要控制光照的 有效区域大小和形状，有利于提高光能利用率；另外，两个扫描反射 镜同时对一个处理件处理的设置能够降低或匀化不同区域的排队效 应。

如上所述的光学照明装置，所述线光源和所述光调制部件均设有 两个，两个所述光调制部件分别与两个所述线光源配合；所述中继反 射部件包括至少两个中继反射面，每个所述光调制部件与对应的所述 扫描反射镜之间的光路上设有至少一个所述中继反射面。

如上所述的光学照明装置，两个所述线光源靠近所述处理件的中 部区域设置，两个所述扫描反射镜相对设置，且靠近所述处理件的边 缘设置。

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，和/或，两个所述扫描反射镜反射至所述工作面的 光线至少覆盖所述工作面。

如上所述的光学照明装置，还包括驱动部件，所述驱动部件用于 驱动所述光学照明装置作为一个整体绕所述处理件的中心线转动。

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，所述扫描反射镜为非球面反射镜。

如上所述的光学照明装置，所述光学照明装置还包括设置于所述 线光源处的聚光器。

如上所述的光学照明装置，所述中继反射部件的位置可调以改变 所述中继反射部件反射的光线的出射角度；和/或所述扫描反射镜的位 置可调以改变所述扫描反射镜反射的光线的出射角度。

如上所述的光学照明装置，所述光学照明装置的所有反射结构 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 阵列形式排布的反射单元，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。

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。

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 对称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，所述托盘能够绕其中心线旋转。

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示意图；

图2a至图2c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，扫描反射镜14，中继反 射镜15；

反应腔21，托盘22，晶圆23，石英窗24；

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一种实施例的结 构简示图。

该实施例中，光学改性设备包括反应腔21，反应腔21的个数不 限，可视情况设定，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线光源11、光调制部件13、中 继反射部件和两个扫描反射镜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 射部件用于将光带反射至两个扫描反射镜14，两个扫描反射镜14用 于将接收的光线反射至同一晶圆23的工作面。

该光学照明装置将光源设为线光源11，通过光调制部件13将线 光源11的光线调制为相对均匀的平行光光带，通过中继反射部件将光 带反射至两个扫描反射镜14，两个扫描反射镜14将接收的光线反射 至同一晶圆23的工作面，实现对工作面的改性处理；与面光源相比， 线光源11的局部辐照能量密度相对较高，利用率相对高，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，也方 便根据需要控制光照的有效区域大小和形状，有利于提高光能利用率； 另外，两个扫描反射镜14同时对一个晶圆23处理的设置能够降低或 匀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。

为提高局部辐照能量密度，该光学照明装置可设有两个线光源 11，对应设有两个光调制器13，中继反射部件包括至少两个中继反射 面，每个光调制部件13与对应的扫描反射镜14之间的光路上设有至 少一个中继反射面。

具体到图示实例中，中继反射部件包括两个中继反射镜15，每个 光调制器13与对应的扫描反射镜14之间的光路上都设有一个中继反 射镜15，即一个线光源11发出的光线经对应的光调制器13调制后形 成的光带照射至对应的中继反射镜15上，再由中继反射镜15反射至 对应的扫描反射镜14，最后经扫描反射镜14反射至晶圆23的工作面。

上述每个线光源11至对应的扫描反射镜14的光路上只设了一个 中继反射镜15，可以理解，在其他实施例中，根据设备布局需求，每 个光路上的中继反射镜15可以设置其他数目，不限于一个。

如图1所示，将两个线光源11靠近晶圆23的中部区域设置，两 个扫描反射镜14相对设置，且靠近晶圆23的边缘设置，以确保能够 对晶圆23工作面所有区域都能扫描到，并保证各区域的辐照能量密度 的均匀性。

在图示方案的基础上，作为中继反射部件的两个中继反射镜15 也可以用双面反射棱镜来替代。

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。

具体设置时，两个扫描反射镜14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，可以提高对晶圆23工作面改性 的效率，提高产能。

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，以适应不同尺寸的晶圆 23。

另外，经光调制部件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，这样能确保对晶圆23工作面的所有区域都可以被扫描 到。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，还可以设置驱动部件(图中未示出)，该驱动部件 用于驱动光学照明装置作为一个整体绕晶圆23的中心线转动，以改善 总辐照通量在不同区域的均匀性，当然，也可以使反应腔21内的托盘 22旋转带动晶圆23相对光学照明装置旋转，该方式同样能够改善辐 照能量的均匀性。

具体的可以将光学照明装置安装在一个相对独立的罩壳上，通过 驱动罩壳来带动光学照明装置转动，驱动部件具体可以采用马达等驱 动源，必要时可以设置传动机构。

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，扫描反射镜14可以设为非球面反射镜，与光调 制部件13调制的平行光束带结合，可以相对均匀地将光能投射到晶圆 23的工作面，提高辐照强度均匀性。

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，扫描反射镜14的位置可调以改变照射至扫描反射镜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，扫描反射镜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，中继反射部件的位置也可调，就该例中来说，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。

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。

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。

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 (13)

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反射至同一处理件的工作面。

2.根据权利要求1所述的光学照明装置，其特征在于，所述线光源和所述光调制部件均设有两个，两个所述光调制部件分别与两个所述线光源配合；所述中继反射部件包括至少两个中继反射面，每个所述光调制部件与对应的所述扫描反射镜之间的光路上设有至少一个所述中继反射面。

3.根据权利要求2所述的光学照明装置，其特征在于，两个所述线光源靠近所述处理件的中部区域设置，两个所述扫描反射镜相对设置，且靠近所述处理件的边缘设置。

4.根据权利要求1-3任一项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，和/或，两个所述扫描反射镜反射至所述工作面的光线至少覆盖所述工作面。

5.根据权利要求1-3任一项所述的光学照明装置，其特征在于，还包括驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述光学照明装置作为一个整体绕所述处理件的中心线转动。

6.根据权利要求1-3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1-3任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述扫描反射镜为非球面反射镜。

9.根据权利要求1-3任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述光学照明装置还包括设置于所述线光源处的聚光器。

10.根据权利要求1-3任一项所述的光学照明装置，其特征在于，所述中继反射部件的位置可调以改变所述中继反射部件反射的光线的出射角度；和/或所述扫描反射镜的位置可调以改变所述扫描反射镜反射的光线的出射角度。

11.根据权利要求1-3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形式排布的反射单元，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.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1-11任一项所述的光学照明装置。

13.根据权利要求12所述的光学改性设备，其特征在于，所述托盘能够绕其中心线旋转。

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