專利名稱：使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體制造裝置與技術范圍，特別涉及一種使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構。
背景技術：
激光技術已經(jīng)廣泛應用于半導體材料的加工。對于一般性的工藝加工過程而言， 除了最重要的激光輻照處理的環(huán)節(jié)之外，工藝過程中還會包含若干預處理，及激光加工之后的后處理步驟。如果只是單純地進行單片式的激光處理，那么因為整個的處理過程不只是激光處理這一步，還需要加上預處理，后處理等步驟的時間，因此激光處理的時間只是全部過程時間的一部分，對于激光光束的利用率是不高的。為了解決激光光束的利用率的問題，可以采用多工藝腔的概念，也就是設置多個單片處理的工作站，每個工作站都能夠獨立運行激光處理的完整工藝過程。當某一個工作站中的晶圓片在進行激光輻照處理時，其他工作站中的晶圓片可以并行地進行預處理或者后處理的工作，等到此處晶圓片的激光處理完成后，激光光束可以轉(zhuǎn)移至已經(jīng)完成了晶圓片預處理的工作站，對那里的晶圓片進行激光加工處理。在這種加工制造模式下，對于激光光束的利用率達到了最大化。為了令激光光束能夠在不同工作站場所之間做比較大范圍的移動，以及在某一工作站范圍內(nèi)，做覆蓋晶圓片全部表面積的掃描或者掃描步進的動作，需要對激光光束的移動和掃描機構進行特殊的設計與處理。本發(fā)明提出一種激光光束可做大范圍移動及掃描動作的機構，利用該機構，可以將激光光束移動至需要進行激光加工處理的工作站處，并且在局部進行掃描或者步進掃描，對那里的晶圓片進行工藝處理。本發(fā)明的主要技術特色在于，對于激光光束進行擴束， 勻束，光斑整形，準直等光學處理的光學系統(tǒng)，是隨同激光光束一起移動的，因此能夠保證激光光束的處理效果，激光光束指標在不同位置都能夠保持一致良好，保證激光處理工藝效果的片間均勻性，一致性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，其特征在于，激光器、反射鏡及處理激光光束的光路組件安裝于光學腔中，其中激光器、處理激光束的光路組件分別安裝在光學腔兩個豎直腔內(nèi)，第一反射鏡固定于激光器上方，第一反射鏡與第二反射鏡相對安裝在光學腔的水平腔中，第二反射鏡固定在處理激光束的光路部件上方，安裝有激光器的光學腔的豎直腔安裝于支撐座上，在支撐座周圍呈圓形排列各獨立工作站，光學腔及其中的光路組件都可圍繞軸線4在360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述光路組件都能夠隨光學腔做一體化的旋轉(zhuǎn)，激光束可通過旋轉(zhuǎn)不同角度的方式，分別移動到不同工作站的上方，對那里的晶圓片進行激光輻照的處理。所述第二反射鏡還可以與光路組件組成執(zhí)行擴束、勻束、整形和準直處理的光學系統(tǒng)。一種使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，其特征在于，晶圓片放置在各工藝工作站中，這些工作站呈直線排列或者圍繞軸線4環(huán)狀排列。以直線排列情況為例，此時只需光學腔在支撐座上做直線運動，或?qū)⒅巫惭b在可以做直線運動的操作臺面上， 就能實現(xiàn)包含激光器在內(nèi)的所有光路組件都做一體化的直線運動，也就實現(xiàn)了激光光束在不同的工作站之間進行轉(zhuǎn)移；在另外一種情況下，也可以支撐座固定不動，即激光光束固定不動，只需將呈直線排列的工作站安裝在可以做直線運動的操作臺面上，同樣可實現(xiàn)激光光束在不同的工作站之間進行轉(zhuǎn)移。工作站做環(huán)狀排列時，情況是類似的。一種使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，其特征在于，激光光束在晶圓片表面做二維掃描，此時只需要在所述大范圍移動及掃描動作的機構中再增加一片第三反射鏡即可，以工作站直線排列為例，用兩片反射鏡使激光束在晶圓片表面做二維掃描，此時，激光束假定是從右至左入射到第三反射鏡11上，經(jīng)過第三反射鏡11折反射后入射到第二反射鏡5上，然后折射向下，入射到晶圓片的表面。當?shù)谌瓷溏R11左右移動時，第二反射鏡5及光路組件6構成一體，隨之一起左右移動。第二、第三兩個反射鏡在平移平面內(nèi)的協(xié)同平移，實現(xiàn)了激光光束在晶圓片表面作二維的掃描移動。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構， 利用該機構，既可以在較大范圍內(nèi)移動激光光束，使其工作于不同的工作站；又可以在較小范圍內(nèi)使激光光束進行掃描或者步進掃描，使其在各工作站的范圍內(nèi)，能夠掃描并覆蓋所要處理的全部晶圓片表面積。光束進行平移及掃描動作的機構，主要包含兩項主要的功能機構，一是造成光束在晶圓片表面掃描的機構，另一項是對激光光束進行擴束、勻束、光斑整形、準直等光學處理的光路組件。光路組件部分處于掃描機構的后面，并且隨掃描過程也做同步的移動，通過這樣的方式，作用于不同工作站，或者同一工作站晶圓片表面不同區(qū)域的激光光束，都是穩(wěn)定一致的，從而能夠保證激光加工工藝質(zhì)量的均勻性，穩(wěn)定性，并實現(xiàn)激光光束利用的高效率。


圖1為使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構示意圖。圖2為用兩片反射鏡使激光束在晶圓片表面做二維掃描的情況。在圖1和圖2中1.是激光器、光學腔等部件的支撐座；2.是激光器；3.是相對于激光器固定的第一反射鏡；4.是整個機構做旋轉(zhuǎn)移動的旋轉(zhuǎn)軸；5.是相對于激光器可移動的第二反射鏡，因為該鏡的移動，而造成最終光束的掃描動作；6.是對光束進行擴束，勻束，光斑整形，準直等處理的光路組件，光路組件隨第二反射鏡一起，做掃描移動；7.是最終出射的激光光束；8.是光學腔；9.是待處理的晶圓片；10.是對移動部件起到支撐作用的機架結(jié)構；11.是激光束做二維掃描移動所需的第三反射鏡；12.是移動鏡進行平移動作時所處的二維平移平面。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明予以說明。
如圖1所示。激光器2、第一反射鏡3、第二反射鏡5及處理激光光束的光路組件 6安裝于光學腔8中，其中第一反射鏡3固定于激光器2上方，安裝在光學腔8的一個豎直腔內(nèi)；第二反射鏡5安裝在處理激光光束7的光路組件6的上方，安裝在光學腔8的另一個豎直腔內(nèi)；第二反射鏡5與光路組件6構成一個整體一起運動；光路組件6用于擴束、勻束、 整形和準直等處理。第一反射鏡3與第二反射鏡5相對，處于光學腔8的水平腔位置，安裝有激光器2的光學腔8的豎直腔安裝于支撐座1上，在支撐座1周圍呈直線形或者圓形排列各獨立工作站，待處理的晶圓片9固定于各獨立工作站；光學腔8及其中的零部件都可做直線運動或者圍繞軸線4在360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。以旋轉(zhuǎn)運動為例，當激光加工的各獨立工作站呈圓形排列，擺布在本發(fā)明機構的周邊時，在電子系統(tǒng)的控制下，激光光束7可通過旋轉(zhuǎn)不同角度的方式，分別移動到不同工作站的上方，對那里的晶圓片9進行激光輻照的處理。支撐機架10安裝在光學腔8的下面， 光學腔8右半部分靠支撐機架10承擔重量。圖1中支撐座1，支撐機架10，采用金屬材料制成。其中支撐座1上部的中心部分，做成圓柱孔形，用于容納光學腔8，在光學腔內(nèi)安裝激光器及其他光路組件。光學腔8和支撐座1之間通過軸承相接觸，軸承可以是金屬件，也可以采用空氣軸承等方式實現(xiàn)。由于軸承的存在，光學腔的整體，可相對于支撐座1做旋轉(zhuǎn)運動，本發(fā)明的另一種實現(xiàn)方式是工作站呈直線排列，此時只需光學腔8在支撐座1上做直線運動，或?qū)⒅巫?安裝在可以做直線運動的操作臺面上，就能實現(xiàn)包含激光器在內(nèi)的所有光路組件都能夠做一體化的直線運動，即實現(xiàn)激光光束7在不同的工作站之間進行轉(zhuǎn)移；或支撐座1固定不動，激光光束7固定不動，只需將呈直線排列的工作站安裝在可以做直線運動的操作臺面上，即實現(xiàn)激光光束7在不同的工作站之間進行轉(zhuǎn)移。本發(fā)明中激光光束需要在晶圓片表面做二維掃描，此時只需要在所述大范圍移動及掃描動作的機構中再增加一片第三反射鏡11即可。以工作站直線排列為例，圖2示意了用兩片反射鏡使激光束在晶圓片表面做二維掃描的情況。此時，激光束假定是從右至左入射到第三反射鏡11上，經(jīng)過反射鏡11折反射后入射到第二反射鏡5上，然后再折射向下， 入射到晶圓片的表面。這里，第二、第三兩個反射鏡與光路組件6構成了一個組合，在平移平面12內(nèi)做協(xié)同的平移移動，實現(xiàn)激光光束7在晶圓片表面作二維的掃描移動。圖2中， 第二反射鏡5及光路組件6的整體移動使激光光束7在晶圓片所在平面內(nèi)做前后掃描，而第三反射鏡11連同第二反射鏡5及光路組件6的整體移動，使激光光束7在晶圓片所在晶圓片表面做左右掃描。這樣就使激光光束7對于晶圓片9的處理加工覆蓋整個晶圓片的表在上述實現(xiàn)方式中，當光學腔做整體性的轉(zhuǎn)動時，除支撐座1之外，支撐機架10也對光學腔起支撐的作用。圖1中已示意了光學腔右半部分靠支撐機架10承擔重量的情況。 左半部份的支撐機架10，在與光學腔8相交之處，開出圓孔來，以使光學腔8能夠穿過。以上是工作站環(huán)繞激光器擺放，因而激光器需要做旋轉(zhuǎn)移動而定位到某一工作站位置。如果工作站不是環(huán)繞激光器，而是呈直線排列，則激光器和其他光學部件需要做整體性的直線移動，以定位到某個工作站位置，此時，支撐機架10將不是開圓孔，而是開長方形的孔。光路組件6主要由透鏡系統(tǒng)組成，承擔擴束，勻束，整形，準直等功能的實現(xiàn)，制作透鏡的材料為光學玻璃，或者采用石英材料。由于透鏡系統(tǒng)的引入，整個系統(tǒng)的出射光束，將具有特定的焦距，在焦面附近光束的質(zhì)量是符合于加工要求的。如果光路組件被置于可移動反射鏡之前，那么由于反射鏡的前后移動，反射鏡位置并不總是處在光學系統(tǒng)焦面附近，因而不能實現(xiàn)可重復，均一性的激光處理。在本發(fā)明中，光路組件6是置于可移動光路之后的，并且隨可移動件做一體性的掃描移動。本發(fā)明之激光光束移動機構，對光線進行折反射，變換其光線方向，或者對光線進行平移，所述激光光束的掃描移動，首先執(zhí)行的是激光器出射光線的二維掃描，或者步進掃描的移動，然后再執(zhí)行激光光線的擴束，勻束，束斑整形，準直的激光光束處理，也就是掃描機構在前，光束處理在后。最終作用于晶圓片之上的，是合乎激光加工需求的特定束斑形狀，束斑范圍內(nèi)光強均勻的激光光束。這些光學操作是處在對光線進行擴束、勻束等處理之前的。由于激光器出射光線具有較好的空間相干性，因此能夠保證在一定的路程范圍內(nèi)，光束并不發(fā)散。即便是反射鏡的移動，也不會改變此性質(zhì)。對光線進行擴束勻束等處理是放在反射鏡之后進行的，因此光學系統(tǒng)6對于光線處理后所得到的光束7能夠保持穩(wěn)定和一致性，不隨反射鏡的平移掃描動作而改變，最終保證激光加工質(zhì)量的均勻性，一致性。
權利要求
1.一種使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，其特征在于，激光器、反射鏡及處理激光光束的光路組件安裝于光學腔中，其中激光器、處理激光束的光路組件分別安裝在光學腔兩個豎直腔內(nèi)，第一反射鏡固定于激光器上方，第一反射鏡與第二反射鏡相對安裝在光學腔的水平腔中，第二反射鏡固定在處理激光束的光路部件上方，安裝有激光器的光學腔的豎直腔安裝于支撐座上，在支撐座周圍呈圓形排列各獨立工作站，光學腔及其中的光路組件都可圍繞激光器及所在光學腔豎直腔的軸線在360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權利要求1所述使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，其特征在于，所述光路組件都能夠隨光學腔做一體化的旋轉(zhuǎn)，激光束可通過旋轉(zhuǎn)不同角度的方式，分別移動到不同工作站的上方，對那里的晶圓片進行激光輻照的處理。
3.根據(jù)權利要求1所述使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，其特征在于，所述激光束經(jīng)過光路組件而實現(xiàn)擴束、勻束、整形和準直等光學系統(tǒng)處理后，才入射到晶圓片的表面，對晶圓片進行工藝處理。
4.根據(jù)權利要求1所述使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，其特征在于，所述大范圍移動及掃描動作的機構首先執(zhí)行的是激光器出射光線的二維掃描，或者步進掃描的移動，然后再執(zhí)行激光光線的擴束，勻束，束斑整形，準直的激光光束處理，也就是掃描機構在前，光束處理在后，最終作用于晶圓片之上的，是合乎激光加工需求的特定束斑形狀， 束斑范圍內(nèi)光強均勻的激光光束。
5.一種使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，其特征在于，晶圓片放置在各工藝工作站中，這些工作站呈直線排列或者圍繞激光器及所在光學腔豎直腔的軸線環(huán)狀排列。以直線排列情況為例，此時只需光學腔在支撐座上做直線運動，或?qū)⒅巫惭b在做直線運動的操作臺面上，就能實現(xiàn)包含激光器在內(nèi)的所有光路組件都做一體化的直線運動， 也就實現(xiàn)了激光光束在不同的工作站之間進行轉(zhuǎn)移；在另外一種情況下，也可以支撐座固定不動，即激光光束固定不動，只需將呈直線排列的工作站安裝在可以做直線運動的操作臺面上，同樣可實現(xiàn)激光光束在不同的工作站之間進行轉(zhuǎn)移；工作站做環(huán)狀排列時，情況可類推。
6.一種使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構，其特征在于，激光光束在晶圓片表面做二維掃描，此時只需要在所述大范圍移動及掃描動作的機構中再增加一片第三反射鏡即可，在工作站呈直線排列情況下，激光束從右至左入射到第三反射鏡上，經(jīng)過第三反射鏡折反射后光線從前向后入射到第二反射鏡處，然后然后再折射變成為自上向下的光束， 入射到晶圓片的表面，這里，第二、第三兩個反射鏡與光路組件構成了一個組合，這個組合在平移平面內(nèi)做協(xié)同的平移移動，可實現(xiàn)激光光束在晶圓片表面作二維的掃描移動；具體地說，第二反射鏡及光路組件整體做前后移動，可使激光光束在晶圓片所在平面內(nèi)做前后掃描；第三反射鏡，連同第二反射鏡及光路組件構成一個整體做左右移動，可使激光光束在晶圓片所在晶圓片表面做左右掃描。這樣就使激光光束對于晶圓片的處理加工覆蓋整個晶圓片的表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于半導體制造設備范圍的使激光光束做大范圍移動及掃描動作的機構。激光器、反射鏡及處理激光光束的光路組件安裝于光學腔中，其中激光器、處理激光束的光路組件分別安裝在光學腔兩個豎直腔內(nèi)，光學腔安裝于支撐座上，利用該機構，可以在較大范圍內(nèi)移動激光光束，使其對不同的工作站進行掃描或者步進掃描，并覆蓋所要處理的全部晶圓片表面。該機構還可以對激光光束進行擴束、勻束、光斑整形、準直等光學處理。光路組件部分處于掃描機構的后面，并且隨掃描過程也做同步的移動，通過這樣的方式，使作用于工作站上的晶圓片表面不同區(qū)域的激光光束穩(wěn)定一致，從而能夠保證激光加工工藝質(zhì)量的均勻性，穩(wěn)定性，并實現(xiàn)激光光束利用的高效率。
文檔編號G02B27/09GK102176085SQ20111005622
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權日2011年3月9日
發(fā)明者嚴利人, 劉朋, 周衛(wèi), 張偉, 竇維治 申請人:清華大學