一种激光退火装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光退火装置，包括：固体激光光源，扫描单元，支撑基板，通过激光照射对半导体膜进行退火；还包括扩束单元，匀光单元，聚光透镜单元；分光单元；以及第一光束探测器；激光光源发出激光束依次经过扩束单元、匀光单元和聚光透镜单元到达分光单元，经分光单元分光后分别入射至半导体膜和第一光束探测器；分光单元到第一光束探测器的光程距离与分光单元到半导体膜的光程距离相等。还公开了一种激光退火方法，通过实时监测照射到半导体膜表面的激光束尺寸的变化，并基于该检测值使聚光透镜单元在光轴方向移动，从而保证退火过程中照射在半导体膜上的激光束尺寸不变，以保证半导体膜退火的均匀性，从而提高半导体膜的退火质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
近年来，广泛开展了对形成于玻璃等绝缘基底上的半导体膜使用激光退火技术，目的是晶化或提高结晶度，相变的结果是把非晶态材料转化为多晶或单晶态，这样使得离子注入后，掺入的杂质与晶体中的原子有序的排列组合，即改善了材料的电学特性。激光退火是将从激光光源提供的脉冲光源，使用光学加工系统加工成剖面为细长的矩形光束，通过该矩形光束对基板上的半导体膜在光束的短轴方向上相对地进行扫描。通常，通过使基板移动，进行矩形光束的扫描。此外，该扫描以激光照射区域部分重复的方式来实施。现有技术中公开了一种激光退火装置，包括固体激光光源，光束整形光学系统，扫描单元；光束整形光学系统包括长轴方向均化器和短轴方向均化器，对入射的激光在半导体膜的表面在矩形光束长轴方向和短轴方向的每一个中其作用并进行聚光；短轴方向均化器包括短轴用聚光透镜，对入射光在短轴方向进行聚光；以及投影透镜，将来自该短轴用聚光透镜的出射光投影到半导体膜的表面；还包括位置变动检测器，检测半导体膜的激光照射部分在该半导体膜的垂直方向的位置变动；以及透镜移动机构，使上述短轴用聚光透镜在光轴方向移动。采用这种激光退火装置对半导体膜进行退火，只能监测出半导体膜的位置变动，无法监测出光路系统的指向以及聚光透镜单元漂移的变化，无法实时监测照射到半导体膜上的光束尺寸的大小，不能保证退火过程中光束尺寸不变，因此无法保证退火能量密度也不变，进而不能保证退火均匀性。且半导体膜位置变动一般不大，在10 μ m左右变化，而这个位置变动对光斑尺寸的影响不大。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种激光退火装置及激光退火方法，能够实时监测照射到半导体膜上的光束尺寸的大小，对光束大小进行补正，不能保证退火过程中光束尺寸不变，从而实现对半导体膜均匀有效的退火。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案是:一种激光退火装置，包括:固体激光光源，提供一激光束；扫描单元，支撑基板，使所述激光束对所述基板上的半导体膜在所述激光束的短轴方向上相对地进行扫描，通过激光照射对所述半导体膜进行退火；还包括扩束单元:用于将激光光束尺寸扩大；匀光单元，用于减少所述激光光束的干涉作用；聚光透镜单元；分光单元；以及第一光束探测器；用于监测从所述分光单元的透射来的光斑的尺寸；所述激光光源发出激光束依次经过所述扩束单元、匀光单元和聚光透镜单元到达分光单元，经分光单元分光后分别入射至所述半导体膜和第一光束探测器；所述分光单元到所述第一光束探测器的光程距离与所述分光单元到所述半导体膜的光程距离相等。作为优选，还包括控制器单元；所述控制器单元接收所述第一光束探测器反馈的信号，控制所述聚焦透镜单元在光轴方向上运动。作为优选，所述聚光透镜单元包括镜座、设置在所述镜座内的第一聚焦透镜以及支撑所述镜座的水平移动台；所述控制器单元控制所述水平移动台带动所述镜座和第一聚焦透镜在光轴方向上运动。作为优选，所述第一聚焦透镜与所述镜座之间还设有压圈。作为优选，所述匀光单元包括柱面和台阶形状的柱面镜，所述柱面设置在靠近所述扩束单元的一端，所述柱面镜设置在远离所述扩束单元的一端。作为优选，所述第一光束探测器是非接触传感器。作为优选，还包括第二光束探测器，用于监测经所述半导体膜反射回来的光斑的尺寸，来标定所述第一光束探测器的初始位置。作为优选，所述半导体膜反射回来的光经过所述分光单元到达所述第二光束探测器，所述第二光束探测器与所述分光单元之间还设有第二聚焦透镜。本专利技术提供的激光退火装置，在对半导体膜进行退火的过程中，激光退火装置需要一定时间才能稳定，先将激光退火装置打开，一段时间后，激光退火装置稳定后再进行退火；由于受光束M2因子和指向稳定性等的影响，高能量和低能量时的光斑尺寸存在一定的差异。激光束经过分光单元，大部分光经反射聚焦成所需的矩形光斑照射到半导体膜上，对半导体膜进行退火，小部分激光经过分光单元透射后聚焦到所述光束轮廓监测单元，所述光束轮廓监测单元对半导体膜退火过程中的光束尺寸变动进行实时监测，便于直观了解在半导体膜退火期间激光束的能量密度变化。基于该监测值，调整所述聚焦透镜单元到最佳位置，补偿光束的变化，使光束尺寸达到初始值，保证退火过程中光束尺寸不变，进而保证退火能量密度也不变，保证半导体膜退火均匀性。同时，有了强光下监测光束尺寸的功能，半导体膜退火前不需监测弱光下的光斑尺寸稳定性，节省时间，提高效率。为了解决以上技术问题，本专利技术还提供了一种激光退火的方法，包括以下步骤:步骤一:启动所述固体激光光源，使其发射一激光束；步骤二:通过扩束单元、匀光单元和聚光透镜单元对所述激光束进行整形；步骤三，通过分光单元将来自所述聚光透镜单元的出射光投影到所述半导体膜的表面和第一光束探测器；步骤四:通过扫描单元使所述激光束对半导体膜在激光束短轴方向上相对地进行扫描，使激光照射对所述半导体膜进行退火；步骤五:通过第一光束探测器监测所述分光单元的透射光尺寸大小变化，以监测照射到半导体膜表面的激光光斑尺寸大小变化。作为优选，基于所述步骤五中监测的光斑尺寸的值调整所述聚焦透镜单元的位置，使照射到所述半导体膜表面的激光束光斑尺寸大小保持不变。作为优选，所述第一光束探测器将信号传送给控制器单元，控制所述聚焦透镜单元的在光轴方向上的位置变化。作为优选，所述聚光透镜单元包括镜座、设置在所述镜座内的第一聚焦透镜以及支撑所述镜座的水平移动台；所述控制器单元控制所述水平移动台带动所述镜座和所述第一聚焦透镜在光轴方向上运动。作为优选，所述第一聚焦透镜与所述镜座之间还设有压圈。作为优选，所述步骤五还包括以下步骤:步骤5.1、通过第二光束探测器监测经所述半导体膜反射回来的光斑的尺寸，来标定所述第一光束探测器的初始位置，使第一光束探测器到分光单元的光程距离等于所述分光单元到所述半导体膜的光程距离；步骤5.2通过所述第一光束探测器监测所述分光单元的透射光的光斑尺寸大小，并跟预设的光斑尺寸进行对比。作为优选，所述步骤5.1中，所述半导体膜反射回来的光经过所述分光单元到达所述第二光束探测器。作为优选，所述第二光束探测器与所述分光单元之间还设有第二聚焦透镜。采用本专利技术所提供的激光退火方法对半导体膜进行退火时，增加了监测半导体膜表面的激光束尺寸大小变化，并根据激光束尺寸的大小变化进行补偿的步骤，即当监测到照射到半导体膜表面的激光束尺寸变小时，调整聚焦透镜单元的位置，使激光束尺寸变大至初始值；当监测到照射到半导体膜表面的激光束尺寸变大时，调整聚焦透镜单元的位置，使激光束尺寸变小至初始值。从而保证半导体膜在退火过程中照射在半导体膜的激光束尺寸不变，进而保证退火能量密度也不变，以保证半导体膜退火的均匀性，从而提高半导体膜的退火质量。【附图说明】图1是本专利技术所提供的激光退火装置的结构示意图；图2是本专利技术所提供的激光退火装置的匀光单元的结构示意图；图3是本专利技术所提供的激光退火装置的聚光透镜单元的剖面视图；图4是本专利技术所提供的激光退火装置的光束轮廓监测单元的结构示意图；图5是光束尺寸宽度方向的变化量与第一聚焦透镜到分光单元的距离的偏移量的关系图。图中所示:1-第一入射光、2-第二入射光、3-第三入射光、4-第四入射光、10-固体激光光源、11-扩束单元、12-匀光单元、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光退火装置，包括：固体激光光源，提供一激光束；扫描单元，支撑基板，使所述激光束对所述基板上的半导体膜在所述激光束的短轴方向上相对地进行扫描，通过激光照射对所述半导体膜进行退火；其特征在于，还包括扩束单元：用于将激光光束尺寸扩大；匀光单元，用于减少所述激光光束的干涉作用；聚光透镜单元；分光单元；以及第一光束探测器；用于监测从所述分光单元的透射来的光斑的尺寸；所述激光光源发出激光束依次经过所述扩束单元、匀光单元和聚光透镜单元到达分光单元，经分光单元分光后分别入射至所述半导体膜和第一光束探测器；所述分光单元到所述第一光束探测器的光程距离与所述分光单元到所述半导体膜的光程距离相等。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王成才，鲁武旺，兰艳平，徐建旭，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31