专利名称：采用投影成像方式获取特定激光加工束斑的方法
技术领域：
本发明属于半导体制造设备范围，特别涉及一种采用投影成像方式获取特定激光加工束斑的方法。
背景技术：
激光加工用于集成电路及相关制造领域，其具体的应用包括激光退火，激光再结晶，激光辅助薄膜沉积等由于激光束斑尺寸的限制，如果要对更大尺寸的晶圆片全部表面进行加工处理， 就必须使激光束与晶圆片之间形成相对的运动，这样随着处理时间的推移，激光束斑将移动和覆盖整个的晶圆片表面。对于任何采用激光扫描或者步进扫描等方式的激光加工来说，主要要求在两个连续扫描行之间，不存在任何的缝隙或重叠。假如是发生了上述的情况，则晶圆片表面会存在激光完全没有作用或者两遍加工作用的区域，而在现代集成电路技术中，在很小的晶圆片表面积上能够集成地制作出很多晶体管器件，因此哪怕是很小一点的面积，其激光加工作用不同，也会影响该区域内的多个器件性能，也就是造成了激光加工处理的工艺失效。处理光斑接缝问题的技术方法有很多种，其中一种为采用束宽线性下降的特殊形状的束斑，包括梯形束斑、六角形束斑等，利用线性变化部分的束斑重叠，去进行总的沉积激光能量的相加补偿，提高激光作用的片内均勻性。常规的激光束斑是线形的，或者矩形的，对于非常规的、特殊形状的束斑，可以采用在光束处理的光路上设置光束挡板机构来获取。由于衍射效应，在特定形状束斑的边、角等处，总是存在额外的衍射光，这一部分衍射光同样会对衬底芯片产生作用，因而带来控制上的不确定性。为了限制衍射光线，本发明提出，采用投影成像系统，将特定的几何形状投影成像到晶圆片的表面，而得到抑制了杂散衍射光的特定形状的激光作用光束束斑。本发明使用一块光刻版，光刻版上设置一系列特殊形状和大小的透光图形，根据工艺需要，将选定的图形置于光路中心，然后将这样的图形投影成像到晶圆片的表面，投影成像的放大倍率可调，因而可以灵活方便地得到各种形状和大小、且消除了杂散衍射光的光束束斑，以此束斑对晶圆片的表面进行扫描或者步进扫描式的加工处理，可获得理想的更为均勻的激光加工处理的工艺控制效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用投影成像方式获取特定的激光加工束斑的方法，其特征在于，在光刻版1上设计一系列的透光图形，通过驱动机构2移动光刻版1，以选择特定的光刻版透光图形，将选定的光刻版透光图形置于光束通路之中，经过了扩束、勻束、和初步整形的入射激光光束5从光刻版上面通过光刻版透光图形后，进入光刻版下面的投影成像透镜组3，入射激光光束5在投影成像透镜组3内投影成像于晶圆片4的表面，形成所需的激光作用束斑7 ；其中，在该光学投影成像系统中，以光刻版上的透光图形作为物，以晶圆片上的束斑为像。所述投影透镜组设计为单侧远心光路，在物方即光刻版一侧为远心，在像方即晶圆片一侧为非远心，通过设置晶圆片与投影透镜组的不同的聚焦位置，可调节成像倍率，从而获得可调尺寸的特定的激光束斑。所述光刻版 上的透光图形与常规的线形的，或者矩形形状的激光束斑一样，采用梯形、或正多边形；其中正多边形为4、5、6、7或8边形；同样可以实现对晶圆片表面的激光加工；并在光刻版的掩蔽层上附加额外的散热片，增加散热能力。所述特定形状束斑是在光束处理的光路上设置相应形状的光束挡板机构，遮蔽掉一部分边缘光线而得到特定形状束斑。本发明的有益效果是，通过将特定的光刻版透光图形投影成像到晶圆片上的方式，可以获取所需要的激光加工光束束斑，束斑边沿锐利，充分抑制了由于衍射效应带来的激光加工处理工艺控制上的不确定性。另一方面，由于在光刻版上可以放置一系列透光图形，以及投影光刻系统可以设计成为变比的，因而最终得到的激光束斑在几何形状和尺寸上是充分灵活可调的，保证理想的和更为均勻的激光加工处理的工艺控制效果。
图1为投影成像方式获取特定形状束斑的机构示意图。图1中1.是光刻版；2.是移动光刻版的驱动结构；3.是投影成像镜头组；4.是晶圆片；5.是入射激光束；6.是通过光刻版后的光束；7.是在晶圆片表面成像的束斑。
具体实施例方式本发明的目的是提供一种采用投影成像方式获取特定的激光加工束斑的方法。本发明采用一种投影成像系统来实现光束整形处理，除了得到所需要形状的束斑之外，更可以抑制束斑边沿的衍射部分，获取束斑的锐利边缘。投影成像系统的组成如下投影成像系统一般由三个部分组成，一为物，二为成像镜头组，三为屏及像。投影成像系统的组成如图1所示。图中，在光刻版1上设计一系列的透光图形(在几何形状上主要采用以中间宽，向上或下逐渐宽度减小到零的图形为主如梯形或正多边形；其中正多边形为4、5、6、7或8边形)，在光刻版1上方为经过了扩束、勻束、和初步整形的入射激光光束5，在光刻版1下面为投影成像透镜组3，晶圆片4置于投影成像透镜组3的正下方。驱动机构2和光刻版1连接，以驱动光刻版1来选择特定的光刻版透光图形，将选定的光刻版透光图形置于光束通路之中，入射激光光束5从光刻版上面通过光刻版透光图形后，进入光刻版下面的投影成像透镜组3，入射激光光束5在投影成像透镜组3内投影成像于晶圆片4的表面，形成所需的激光作用束斑7 ；因此在该光学投影成像系统中，以光刻版上的透光图形作为物，该物经过以投影成像透镜组3后投影成像于晶圆片4的表面，形成所需的激光作用束斑7的像，尺寸大小可以在厘米的量级。并在光刻版的掩蔽层上附加额外的散热片，增加散热能力。需要附加说明的一点是，由于光刻版上设计了多个图形，因此存在多个可以成像的物，本发明通过驱动机构来选择特定的物用于成像。具体地，通过电机等方式驱动光刻版移动，以使不同的光刻版透光图形进入到光束通路之中而被选出，并经投影成像透镜组成像。本发明中的投影成像透镜组，例如，可设计为单侧 远心光路，在物方(光刻版一侧)为远心，而在像方(晶圆片一侧)非远心，通过设置晶圆片不同的聚焦位置，可调节成像倍率，获得可调尺寸的特定的激光束斑。本发明以晶圆片为成像屏，在其上得到所需要特定形状大小的束斑。通过电机等驱动，可令晶圆片处于不同的高度之上即调节晶圆片与投影成像透镜组之间的距离，因而可以在一定的范围内，调整激光束斑像的大小。最后，本发明所述之投影成像系统，对于入射照明是有一定要求的，如要求入射激光光束是经过扩束、勻束、和初步整形的，这些主要可通过光学系统来实现，技术上很成熟， 不属于本发明的内容。采用所述的投影成像系统来实现激光光束整形处理，除了可得到所需要形状的束斑之外，更可以抑制束斑边沿的衍射部分，获取束斑的锐利边缘，最终得到更好的激光加工效果。
权利要求
1.一种采用投影成像方式获取特定的激光加工束斑的方法，其特征在于，在光刻版 (1)上设计一系列的透光图形，通过驱动机构(2)移动光刻版(1)，以选择特定的光刻版透光图形，将选定的光刻版透光图形置于光束通路之中，经过了扩束、勻束、和初步整形的入射激光光束(5)从光刻版上面通过光刻版透光图形后，进入光刻版下面的投影成像透镜组 (3)，入射激光光束(5)在投影成像透镜组(3)内投影成像于晶圆片(4)的表面，形成所需的激光作用束斑(7)；其中，在该光学投影成像系统中，以光刻版上的透光图形作为物，以晶圆片上的束斑为像。
2.根据权利要求1所述采用投影成像方式获取特定的激光加工束斑的方法，其特征在于，所述投影透镜组设计为单侧远心光路，在物方即光刻版一侧为远心，在像方即晶圆片一侧为非远心，通过设置晶圆片与投影透镜组的不同的聚焦位置，可调节成像倍率，从而获得可调尺寸的特定的激光束斑。
3.根据权利要求1所述采用投影成像方式获取特定的激光加工束斑的方法，其特征在于，所述光刻版上的透光图形与常规的线形的，或者矩形形状的激光束斑一样，采用梯形、 或正多边形；其中正多边形为4、5、6、7或8边形；同样可以实现对晶圆片表面的激光加工。
4.根据权利要求1所述采用投影成像方式获取特定的激光加工束斑的方法，其特征在于，所述特定形状束斑是在光束处理的光路上设置相应形状的光束挡板机构，遮蔽掉一部分边缘光线而得到特定形状束斑。
5.根据权利要求1所述采用投影成像方式获取特定的激光加工束斑的方法，其特征在于，光刻版的掩蔽层上附加额外的散热片，增加其散热能力。
全文摘要
本发明公开了属于半导体制造设备范围的一种采用投影成像方式获取特定的激光加工束斑的方法。通过在光刻版上设计一系列的透光图形，通过驱动机构移动光刻版以选择特定的光刻版透光图形，入射激光光束通过光刻版透光图形后，进入投影成像透镜组，投影成像于晶圆片的表面，形成所需的激光作用束斑。该束斑边沿锐利，充分抑制了由衍射效应带来的激光加工处理工艺控制上的不确定性。另一方面，由于在光刻版上可以放置一系列透光图形，以及投影光刻系统可以设计成为变比的，因而最终得到的激光束斑在几何形状和尺寸上是充分灵活可调的，可保证获得理想的和更为均匀的激光加工处理的工艺控制效果。
文档编号B23K26/073GK102343482SQ20111020746
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者严利人, 刘志弘, 刘朋, 周卫, 窦维治 申请人:清华大学