激光快速处理方法及装置与流程

本发明属于激光领域，具体涉及一种激光快速处理方法及装置。

背景技术：

随着微电子技术的快速发展，激光技术在半导体加工领域的应用越来越广泛。利用激光可以在半导体材料上实现高深宽比的孔或沟槽，在保证不会碎片的前提下加热轻薄半导体材料实现注入杂质激活，以及退火金属-半导体结构制备欧姆接触等。由于激光光斑较小，因此处理整个半导体材料通常采用扫描的方式实现。现有的扫描方式主要有两种，一种是通过振镜改变激光束的偏转角度进行扫描，第二种方式是通过滑轨移动样品进行扫描。但随着激光技术的不断进步，激光器可以输出的功率越来越大，对应需要的扫描速度也越来越高，而现有扫描方式的弊端电逐渐显露。对于滑轨式扫描方式，扫描速度本身就是短板，即使是直线滑轨，运动速度最快也不会超过500mm/s，同时，直线滑轨采用往返运动方式实现扫描效果，随着运动速度的增加，走走停停带来的震动也就越大，滑轨寿命会明显缩短，同时也不利于设备的稳定运行。对于振镜扫描，配合常规254mm焦距的f-theta场镜，扫描速度最快也10m/s左右。虽然可以通过增加场镜的焦长来提高扫描速度，但焦距越长，光束的束腰半径会随之增加，最终可以实现的最小光斑尺寸也会随之变大，不利于激光能量的集中。同时采用振镜扫描无法对光束进行整形均化，限制了其在某些高精度领域的应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种激光快速处理装置及应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种激光快速处理方法，包括：

将激光束沿着旋转单元的旋转轴中心传导；然后经过导向、整形和聚焦后离开旋转单元，照射到待处理样品上对样品进行激光处理；

其中，照射到待处理样品上的激光束随着旋转单元的旋转，在空间中做圆周运动，且待处理样品相对于旋转单元做平移运动。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种激光快速处理装置，包括：

样品台，承载待激光处理的样品；

旋转单元，设置在样品台上方，内部设有激光束导向、整形和聚焦元件，激光穿过旋转单元的旋转轴，经过导向、整形和聚焦后照射到待处理的样品上；以及

滑台，承载样品台进行移动或者是承载旋转台进行移动。

基于上述技术方案可知，本发明的激光快速处理装置及应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：

1)采用圆周式扫描可以避免往返运动引入的震动，大大提升稳定性；

2)扫描速度由旋转装置转速和焦斑到旋转轴中心的距离决定，速度可以大幅度提升；

3)扫描速度与聚焦透镜的焦距无关，便于对激光束进行整形均化。

附图说明

图1是本发明实施中样品台移动的激光快速处理装置的结构示意图；

图2是本发明实施中旋转台移动的激光快速处理装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-激光束；2旋转轴；3-旋转台；4-光束导向元件；5-光束整形及聚焦元件；6-样品；7-激光光斑在样品上的移动轨迹；8-样品台；9-滑台。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种激光快速处理方法，包括：

将激光束沿着旋转单元的旋转轴中心传导；然后经过导向、整形和聚焦后离开旋转单元，照射到待处理样品上对样品进行激光处理；

其中，照射到待处理样品上的激光束随着旋转单元的旋转，在空间中做圆周运动，且待处理样品相对于旋转单元做平移运动。

在本发明的一些实施例中，所述旋转单元的中心轴为旋转轴。

在本发明的一些实施例中，所述旋转单元的旋转面与待处理样品表面平行。

在本发明的一些实施例中，所述待处理样品的移动方向与旋转单元的旋转面平行。

在本发明的一些实施例中，所述旋转单元包括旋转台。

本发明还公开了一种激光快速处理装置，包括：

样品台，承载待激光处理的样品；

旋转单元，设置在样品台上方，内部设有激光束导向、整形和聚焦元件，激光穿过旋转单元的旋转轴，经过导向、整形和聚焦后照射到待处理的样品上；以及

滑台，承载样品台进行移动或者是承载旋转台进行移动。

在本发明的一些实施例中，所述旋转单元的中心轴为旋转轴。

在本发明的一些实施例中，所述旋转单元的回旋面与样品台载片台面平行。

在本发明的一些实施例中，所述滑台滑动方向与样品台载片台面平行。

在本发明的一些实施例中，所述旋转单元包括旋转台。

以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。

如图1-2所示，为了保证激光聚焦效果的前提下仍然可以大幅度提高激光束的扫描速度，本实施例提出了一种激光快速处理方法和装置。该方法包括：

1)将一束激光束1沿着旋转轴2中心，传导到一个旋转台3上；

2)然后，激光束经过旋转台3上固定的光束传导元件4远离旋转轴2中心传导；

3)最后，激光束经过光束整形及聚焦元件5进行必要的导向、整形、聚焦后，离开旋转台3，照射到待处理样品6上。

4)其中，照射到样品6上的激光束随着旋转装置的旋转，在空间中做圆周运动。

5)与此同时，样品6相对于旋转轴2中心移动。

由此，既可以完成对整个材料的扫描处理。激光焦斑的扫描速度v由旋转台的转速k和焦斑距离旋转台中心轴的长度也就是旋转半径r决定，满足关系v＝2πr*k。几种不同r和k下对应的扫描速度v如下表一所示。通过此装置，焦斑的速度明显提升，可达数十米每秒，甚至上百米每秒。速度显著高于常规振镜系统。

表一：

其中，待处理样品相对可旋转台中心轴做平移运动，相对移动可以分为两个方案，一是样品台8移动，旋转台3只旋转、不移动，如图1所示；二是样品台8不动，旋转台3既做旋转也做平移，如图2所示。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种激光快速处理方法，包括：

将激光束沿着旋转单元的旋转轴中心传导；然后经过导向、整形和聚焦后离开旋转单元，照射到待处理样品上对样品进行激光处理；

其中，照射到待处理样品上的激光束随着旋转单元的旋转，在空间中做圆周运动，且待处理样品相对于旋转单元做平移运动。

2.根据权利要求1所述的激光快速处理方法，其特征在于，

所述旋转单元的中心轴为旋转轴。

3.根据权利要求1所述的激光快速处理方法，其特征在于，

所述旋转单元的旋转面与待处理样品表面平行。

4.根据权利要求1所述的激光快速处理方法，其特征在于，

所述待处理样品的移动方向与旋转单元的旋转面平行。

5.根据权利要求1所述的激光快速处理方法，其特征在于，

所述旋转单元包括旋转台。

6.一种激光快速处理装置，包括：

样品台，承载待激光处理的样品；

旋转单元，设置在样品台上方，内部设有激光束导向、整形和聚焦元件，激光穿过旋转单元的旋转轴，经过导向、整形和聚焦后照射到待处理的样品上；以及

滑台，承载样品台进行移动或者是承载旋转台进行移动。

7.根据权利要求6所述的激光快速处理装置，其特征在于，

所述旋转单元的中心轴为旋转轴。

8.根据权利要求6所述的激光快速处理装置，其特征在于，

所述旋转单元的回旋面与样品台载片台面平行。

9.根据权利要求6所述的激光快速处理装置，其特征在于，

所述滑台滑动方向与样品台载片台面平行。

10.根据权利要求6所述的激光快速处理装置，其特征在于，

所述旋转单元包括旋转台。

技术总结
一种激光快速处理方法及装置，该处理方法包括将激光束沿着旋转单元的旋转轴中心传导；然后经过导向、整形和聚焦后离开旋转单元，照射到待处理样品上对样品进行激光处理；其中，照射到待处理样品上的激光束随着旋转单元的旋转，在空间中做圆周运动，且待处理样品相对于旋转单元做平移运动。本发明采用圆周式扫描可以避免往返运动引入的震动，大大提升稳定性；扫描速度由旋转装置转速和焦斑到旋转轴中心的距离决定，速度可以大幅度提升；扫描速度与聚焦透镜的焦距无关，便于对激光束进行整形均化。

技术研发人员：刘敏;郑柳
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：2020.04.22
技术公布日：2020.06.30