一種激光退火裝置及方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種激光退火裝置及方法。
【背景技術】
[0002]近年來，廣泛開展了對形成于玻璃等絕緣基底上的半導體膜使用激光退火技術，目的是晶化或提高結晶度，相變的結果是把非晶態材料轉化為多晶或單晶態，這樣使得離子注入后，摻入的雜質與晶體中的原子有序的排列組合，即改善了材料的電學特性。
[0003]激光退火是將從激光光源提供的脈沖光源，使用光學加工系統加工成剖面為細長的矩形光束，通過該矩形光束對基板上的半導體膜在光束的短軸方向上相對地進行掃描。通常，通過使基板移動，進行矩形光束的掃描。此外，該掃描以激光照射區域部分重復的方式來實施。
[0004]現有技術中公開了一種激光退火裝置，包括固體激光光源，光束整形光學系統，掃描單元；光束整形光學系統包括長軸方向均化器和短軸方向均化器，對入射的激光在半導體膜的表面在矩形光束長軸方向和短軸方向的每一個中其作用并進行聚光；短軸方向均化器包括短軸用聚光透鏡，對入射光在短軸方向進行聚光；以及投影透鏡，將來自該短軸用聚光透鏡的出射光投影到半導體膜的表面；還包括位置變動檢測器，檢測半導體膜的激光照射部分在該半導體膜的垂直方向的位置變動；以及透鏡移動機構，使上述短軸用聚光透鏡在光軸方向移動。
[0005]采用這種激光退火裝置對半導體膜進行退火，只能監測出半導體膜的位置變動，無法監測出光路系統的指向以及聚光透鏡單元漂移的變化，無法實時監測照射到半導體膜上的光束尺寸的大小，不能保證退火過程中光束尺寸不變，因此無法保證退火能量密度也不變，進而不能保證退火均勻性。且半導體膜位置變動一般不大，在10 μ m左右變化，而這個位置變動對光斑尺寸的影響不大。
【發明內容】
[0006]本發明目的在于提供一種激光退火裝置及激光退火方法，能夠實時監測照射到半導體膜上的光束尺寸的大小，對光束大小進行補正，不能保證退火過程中光束尺寸不變，從而實現對半導體膜均勻有效的退火。
[0007]為了解決以上技術問題，本發明的技術方案是:一種激光退火裝置，包括:固體激光光源，提供一激光束；掃描單元，支撐基板，使所述激光束對所述基板上的半導體膜在所述激光束的短軸方向上相對地進行掃描，通過激光照射對所述半導體膜進行退火；還包括擴束單元:用于將激光光束尺寸擴大；勻光單元，用于減少所述激光光束的干涉作用；聚光透鏡單元；分光單元；以及第一光束探測器；用于監測從所述分光單元的透射來的光斑的尺寸；所述激光光源發出激光束依次經過所述擴束單元、勻光單元和聚光透鏡單元到達分光單元，經分光單元分光后分別入射至所述半導體膜和第一光束探測器；所述分光單元到所述第一光束探測器的光程距離與所述分光單元到所述半導體膜的光程距離相等。
[0008]作為優選，還包括控制器單元；所述控制器單元接收所述第一光束探測器反饋的信號，控制所述聚焦透鏡單元在光軸方向上運動。
[0009]作為優選，所述聚光透鏡單元包括鏡座、設置在所述鏡座內的第一聚焦透鏡以及支撐所述鏡座的水平移動臺；所述控制器單元控制所述水平移動臺帶動所述鏡座和第一聚焦透鏡在光軸方向上運動。
[0010]作為優選，所述第一聚焦透鏡與所述鏡座之間還設有壓圈。
[0011]作為優選，所述勻光單元包括柱面和臺階形狀的柱面鏡，所述柱面設置在靠近所述擴束單元的一端，所述柱面鏡設置在遠離所述擴束單元的一端。
[0012]作為優選，所述第一光束探測器是非接觸傳感器。
[0013]作為優選，還包括第二光束探測器，用于監測經所述半導體膜反射回來的光斑的尺寸，來標定所述第一光束探測器的初始位置。
[0014]作為優選，所述半導體膜反射回來的光經過所述分光單元到達所述第二光束探測器，所述第二光束探測器與所述分光單元之間還設有第二聚焦透鏡。
[0015]本發明提供的激光退火裝置，在對半導體膜進行退火的過程中，激光退火裝置需要一定時間才能穩定，先將激光退火裝置打開，一段時間后，激光退火裝置穩定后再進行退火；由于受光束M2因子和指向穩定性等的影響，高能量和低能量時的光斑尺寸存在一定的差異。激光束經過分光單元，大部分光經反射聚焦成所需的矩形光斑照射到半導體膜上，對半導體膜進行退火，小部分激光經過分光單元透射后聚焦到所述光束輪廓監測單元，所述光束輪廓監測單元對半導體膜退火過程中的光束尺寸變動進行實時監測，便于直觀了解在半導體膜退火期間激光束的能量密度變化。基于該監測值，調整所述聚焦透鏡單元到最佳位置，補償光束的變化，使光束尺寸達到初始值，保證退火過程中光束尺寸不變，進而保證退火能量密度也不變，保證半導體膜退火均勻性。同時，有了強光下監測光束尺寸的功能，半導體膜退火前不需監測弱光下的光斑尺寸穩定性，節省時間，提高效率。
[0016]為了解決以上技術問題，本發明還提供了一種激光退火的方法，包括以下步驟:步驟一:啟動所述固體激光光源，使其發射一激光束；步驟二:通過擴束單元、勻光單元和聚光透鏡單元對所述激光束進行整形；步驟三，通過分光單元將來自所述聚光透鏡單元的出射光投影到所述半導體膜的表面和第一光束探測器；步驟四:通過掃描單元使所述激光束對半導體膜在激光束短軸方向上相對地進行掃描，使激光照射對所述半導體膜進行退火；步驟五:通過第一光束探測器監測所述分光單元的透射光尺寸大小變化，以監測照射到半導體膜表面的激光光斑尺寸大小變化。
[0017]作為優選，基于所述步驟五中監測的光斑尺寸的值調整所述聚焦透鏡單元的位置，使照射到所述半導體膜表面的激光束光斑尺寸大小保持不變。
[0018]作為優選，所述第一光束探測器將信號傳送給控制器單元，控制所述聚焦透鏡單元的在光軸方向上的位置變化。
[0019]作為優選，所述聚光透鏡單元包括鏡座、設置在所述鏡座內的第一聚焦透鏡以及支撐所述鏡座的水平移動臺；所述控制器單元控制所述水平移動臺帶動所述鏡座和所述第一聚焦透鏡在光軸方向上運動。
[0020]作為優選，所述第一聚焦透鏡與所述鏡座之間還設有壓圈。
[0021]作為優選，所述步驟五還包括以下步驟:步驟5.1、通過第二光束探測器監測經所述半導體膜反射回來的光斑的尺寸，來標定所述第一光束探測器的初始位置，使第一光束探測器到分光單元的光程距離等于所述分光單元到所述半導體膜的光程距離；步驟5.2通過所述第一光束探測器監測所述分光單元的透射光的光斑尺寸大小，并跟預設的光斑尺寸進行對比。
[0022]作為優選，所述步驟5.1中，所述半導體膜反射回來的光經過所述分光單元到達所述第二光束探測器。
[0023]作為優選，所述第二光束探測器與所述分光單元之間還設有第二聚焦透鏡。
[0024]采用本發明所提供的激光退火方法對半導體膜進行退火時，增加了監測半導體膜表面的激光束尺寸大小變化，并根據激光束尺寸的大小變化進行補償的步驟，即當監測到照射到半導體膜表面的激光束尺寸變小時，調整聚焦透鏡單元的位置，使激光束尺寸變大至初始值；當監測到照射到半導體膜表面的激光束尺寸變大時，調整聚焦透鏡單元的位置，使激光束尺寸變小至初始值。從而保證半導體膜在退火過程中照射在半導體膜的激光束尺寸不變，進而保證退火能量密度也不變，以保證半導體膜退火的均勻性，從而提高半導體膜的退火質量。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明所提供的激光退火裝置的結構示意圖；
[0026]圖2是本發明所提供的激光退火裝置的勻光單元的結構示意圖；
[0027]圖3是本發明所提供的激光退火裝置的聚光透鏡單元的剖面視圖；
[0028]圖4是本發明所提供的激光退火裝置的光束輪廓監測單元的結構示意圖；
[0029]圖5是光束尺寸寬度方向的變化量與第一聚焦透鏡到分光單元的距離的偏移量的關系圖。
[0030]圖中所示: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-固體激光光源、11-擴束單元、12-勻光單元、121-柱面、122-柱面鏡、13-聚光透鏡單元、132-鏡座、133-