一种大面积印刷与激光退火制造装置及半导体制造方法制造方法及图纸

本申请提供一种大面积印刷与激光退火制造装置及半导体制造方法，其衬底材料设置于移动载台的上表面上；加热器内嵌于移动载台的内部，且处于衬底材料的正下方；位移平台与移动载台平行间隔设置，且可相对移动载台进行平行移动；印刷机构可升降地连接于位移平台上；准分子激光发射器、扩束器以及光束整形器同轴设置，且处于位移平台的斜上方；转轮振镜、汇聚透镜间隔地安装于位移平台上，转轮振镜处于汇聚透镜的正上方，汇聚透镜处于衬底材料的正上方，且位移平台能够带动转轮振镜、汇聚透镜沿衬底材料的宽度方向进行移动。该装置能够减少工艺复杂度和提高生产效率。工艺复杂度和提高生产效率。工艺复杂度和提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种大面积印刷与激光退火制造装置及半导体制造方法


[0001]本申请涉及半导体领域，尤其涉及一种大面积印刷与激光退火制造装置及半导体制造方法。

技术介绍

[0002]随着功能材料和电子科学的不断发展进步,半导体层和有机无机杂化半导体材料因其成本低廉、可大面积柔性加工以及具有良好的光电特性等优点受到了越来越广泛的关注。相比于以硅基为代表的传统无机半导体，半导体层一个重要特点是可低温制备，印刷刮涂，狭缝挤出，旋涂等都是良好的快速制备工艺。
[0003]在半导体芯片生产制备过程中，退火是一个重要的环节，经过不同条件下的退火处理，可以使得生长的半导体外延片的位错和缺陷密度降低，从而减少半导体深能级的出现，以获得更好的芯片质量。然而，传统管式退火炉退火温度较高，退火时间较长，需对炉膛内环境温度精确控制。

技术实现思路

[0004]本申请的目的之一在于提供一种大面积印刷与激光退火制造装置及半导体制造方法，旨在改善现有的半导体芯片生产制备过程中退火处理效率较低的问题。
[0005]本申请的技术方案是：
[0006]一种大面积印刷与激光退火制造装置，包括：
[0007]移动载台；
[0008]衬底材料，所述衬底材料设置于所述移动载台的上表面上；
[0009]加热器，所述加热器内嵌于所述移动载台的内部，且处于所述衬底材料的正下方，用于对所述衬底材料进行预热；
[0010]位移平台，所述位移平台与所述移动载台平行间隔设置，且可相对所述移动载台进行平行移动；
[0011]印刷机构，可升降地连接于所述位移平台上，用于将有机前驱体溶液均匀印刷在所述衬底材料的上表面上；
[0012]激光退火机构，包括准分子激光发射器、扩束器、光束整形器、转轮振镜以及汇聚透镜；所述准分子激光发射器、所述扩束器以及所述光束整形器同轴设置且依次间隔地设置于所述移动载台和所述位移平台之间，且处于所述位移平台的斜上方；所述转轮振镜、所述汇聚透镜间隔地安装于所述位移平台上，所述转轮振镜处于所述汇聚透镜的正上方，所述汇聚透镜处于所述衬底材料的正上方，且所述位移平台能够带动所述转轮振镜、所述汇聚透镜沿所述衬底材料的宽度方向进行移动；所述扩束器对所述准分子激光发射器发射处的准分子激光脉冲进行扩束且准直，所述光束整形器使所述准分子激光发射器输出的激光形成平顶光束，所述转轮振镜用于接收由所述光束整形器形成的所述平顶光束并制造出个体曝光图案；所述汇聚透镜用于接收由所述转轮振镜传输来的所述平顶光束并对所述平顶
光束进行聚焦，用于对所述衬底材料上表面上的半导体层材料上进行线扫描，并控制所述半导体层材料的退火深度。
[0013]作为本申请的一种技术方案，所述印刷机构包括涂布机液压结构、狭缝式挤压涂布头以及可转动连接臂；所述涂布机液压结构安装于所述位移平台上，并连接于所述狭缝式挤压涂布头，所述涂布机液压结构用于调节进入到所述狭缝式挤压涂布头中的有机前驱体溶液的流速；所述可转动连接臂的一端可转动地连接于所述位移平台上，另一端连接于所述狭缝式挤压涂布头，用于驱动所述狭缝式挤压涂布头升降，并调节所述狭缝式挤压涂布头与所述衬底材料之间的倾角。
[0014]作为本申请的一种技术方案，所述转轮振镜、所述汇聚透镜均处于所述光束整形器和所述狭缝式挤压涂布头之间。
[0015]作为本申请的一种技术方案，所述汇聚透镜包括远心平场镜，所述狭缝式挤压涂布头处于所述衬底材料和所述汇聚透镜所在的平面之间。
[0016]作为本申请的一种技术方案，所述加热器与所述移动载台之间填充有隔热层，且所述加热器、所述隔热层以及所述移动载台的三者的上表面均处于同一水平面上。
[0017]作为本申请的一种技术方案，所述平顶光束为沿两个轴能量均匀分布的细长光束。
[0018]一种半导体制造方法，采用以上所述的大面积印刷与激光退火制造装置进行制造，包括以下步骤：
[0019]步骤一，将所述衬底材料转移至所述移动载台，所述移动载台将所述衬底材料传送至所述印刷机构，到达目标区域后停止移动；将所述印刷机构的可转动连接臂带动狭缝式挤压涂布头下降至设定的高度，并对准所述衬底材料的印刷端；
[0020]步骤二，打开所述加热器，对所述衬底材料进行持续预热，并达到预定温度；
[0021]步骤三，打开涂布机液压结构和涂布口，所述涂布机液压结构中的有机前驱体溶液从所述狭缝式挤压涂布头中挤出；同时，所述位移平台开始匀速移动，并带动所述狭缝式挤压涂布头移动由所述衬底材料的一端向另一端的方向进行移动，使挤出的有机前驱体溶液均匀印刷在所述衬底材料上；所述衬底材料上的涂布层迅速结晶成半导体层，所述半导体层开始沿印刷方向持续生长；
[0022]步骤四，随即打开所述准分子激光发射器，准分子激光依次经所述扩束器扩束、所述光束整形器整形并匀束，由所述转轮振镜在所述半导体层上进行线扫描，扫描区域的半导体层材料在瞬时被加热至相变温度，随后在短时间内降温固化再结晶；
[0023]步骤五，当所述印刷机构印刷至所述衬底材料的另一端时，此时溶液印刷完成，关闭所述涂布口，且所述位移平台继续向右移动，直至所述激光退火机构通过激光扫描完所述半导体层层后停止移动；
[0024]步骤六，激光退火完成后，将所述准分子激光器暂时关闭，将所述狭缝式挤压涂布头升起、所述位移平台恢复至初始位置；将所述移动载台恢复启动，并移动至冷却台，将激光退火完成的所述半导体层转移至冷却台；
[0025]步骤七，将所述移动载台恢复至初始位置，接收新的所述衬底材料，重复上述步骤一至步骤六中的工艺，进行连续集成制造。
[0026]作为本申请的一种技术方案，在步骤四中，所述转轮振镜、所述汇聚透镜以及所述
印刷机构三者随所述位移平台进行同步运动，并控制转轮振镜的扫描速率，将涂布印刷与激光扫描退火同步进行。
[0027]本申请的有益效果：
[0028]本申请的大面积印刷与激光退火制造装置及半导体制造方法中，其主要包括印刷机构和激光退火机构，印刷机构与激光退火机构之间有移动载台，用于传递待处理的衬底材料；采用该装置进行半导体的制造，其能够在前驱体溶液印刷生长结晶后的短时间内对薄膜进行同步选区激光退火，从而减少工艺复杂度，还能够有效地提高生产效率。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0030]图1为本申请实施例提供的大面积印刷与激光退火制造装置示意图。
[0031]图标：1
‑
大面积印刷与激光退火制造装置；2
‑
移动载台；3
‑
衬底材料；4
‑
加热器；5
‑
位移平台；6...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积印刷与激光退火制造装置，其特征在于，包括：移动载台；衬底材料，所述衬底材料设置于所述移动载台的上表面上；加热器，所述加热器内嵌于所述移动载台的内部，且处于所述衬底材料的正下方，用于对所述衬底材料进行预热；位移平台，所述位移平台与所述移动载台平行间隔设置，且可相对所述移动载台进行平行移动；印刷机构，可升降地连接于所述位移平台上，用于将有机前驱体溶液均匀印刷在所述衬底材料的上表面上；激光退火机构，包括准分子激光发射器、扩束器、光束整形器、转轮振镜以及汇聚透镜；所述准分子激光发射器、所述扩束器以及所述光束整形器同轴设置且依次间隔地设置于所述移动载台和所述位移平台之间，且处于所述位移平台的斜上方；所述转轮振镜、所述汇聚透镜间隔地安装于所述位移平台上，所述转轮振镜处于所述汇聚透镜的正上方，所述汇聚透镜处于所述衬底材料的正上方，且所述位移平台能够带动所述转轮振镜、所述汇聚透镜沿所述衬底材料的宽度方向进行移动；所述扩束器对所述准分子激光发射器发射处的准分子激光脉冲进行扩束且准直，所述光束整形器使所述准分子激光发射器输出的激光形成平顶光束，所述转轮振镜用于接收由所述光束整形器形成的所述平顶光束并制造出个体曝光图案；所述汇聚透镜用于接收由所述转轮振镜传输来的所述平顶光束并对所述平顶光束进行聚焦，用于对所述衬底材料上表面上的半导体层材料上进行线扫描，并控制所述半导体层材料的退火深度。2.根据权利要求1所述的大面积印刷与激光退火制造装置，其特征在于，所述印刷机构包括涂布机液压结构、狭缝式挤压涂布头以及可转动连接臂；所述涂布机液压结构安装于所述位移平台上，并连接于所述狭缝式挤压涂布头，所述涂布机液压结构用于调节进入到所述狭缝式挤压涂布头中的有机前驱体溶液的流速；所述可转动连接臂的一端可转动地连接于所述位移平台上，另一端连接于所述狭缝式挤压涂布头，用于驱动所述狭缝式挤压涂布头升降，并调节所述狭缝式挤压涂布头与所述衬底材料之间的倾角。3.根据权利要求2所述的大面积印刷与激光退火制造装置，其特征在于，所述转轮振镜、所述汇聚透镜均处于所述光束整形器和所述狭缝式挤压涂布头之间。4.根据权利要求2所述的大面积印刷与激光退火制造装置，其特征在于，所述汇聚透镜包括远心平场镜，所述狭缝式挤压涂布头处于所述衬底材料和所述汇聚透镜所在的平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学文，冯宇哲，孙楷理，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：