激光清扫装置和激光清扫方法与流程

本公开涉及半导体工艺领域，具体涉及一种激光清扫装置和激光清扫方法。

背景技术：

1、半导体(如硅片)放置在空气中的情况下，空气中的空气分子污染物(airbornemolecular contamination，amc)会吸附在半导体表面形成污染薄膜。

2、污染薄膜会影响半导体的制程工艺，也影响对半导体表面的形貌、厚度测量等监控结果，并导致半导体的成品率下降、压缩半导体制程工艺的控制窗口以及影响半导体器件的长期稳定性的问题。

3、相关技术中，可以通过晶圆加热法、湿法清洗法和激光清扫法去除半导体表面的污染物。其中，对于晶圆表面的特性测量，激光清扫法相较于晶圆加热法、湿法清洗法，能够快速对样品的量测区域进行清扫，并且在清扫之后能够进行快速测量，以保证膜厚量测的准确性。图1是相关技术中激光清扫装置对样品表面进行清扫的原理示意图。如图1所示，激光清扫装置通常包括依次设置的激光器1、中继镜组2、图案掩膜3、匀化及成像系统4、和样品台5，该种激光清扫装置通过光强调制成像的方式，在样品表面形成光强分布均匀的平顶光斑(top-hat beam)，进而利用平顶光斑对样品表面污染物进行清扫。其中，图案掩膜3也可以通过孔或者光阑代替。为了确保激光清扫法在样品表面清扫效果的一致性，需要通过图案掩膜3和匀化及成像系统4对光束的光强分布进行调整，使得激光在样品表面形成的光斑的能量尽量均匀分布。然而由于激光在样品表面形成光斑的均匀性容易受到激光清扫装置中器件如图案掩膜3和匀化成像系统4的性能影响和激光相干散斑影响，导致生成光斑的均匀性差，降低了清扫效果。并且，相关技术中，为了确保激光在样品表面形成的光斑的能量均匀性，需要通过孔或图案遮挡激光的部分光强，造成了激光能量的损失，此种方式会降低整个清扫系统的能量效率。

技术实现思路

1、为了解决相关技术中存在的上述问题，提供了一种激光清扫装置和激光清扫方法。

2、本公开的第一方面提供一种激光清扫装置，包括：控制模块，以及沿着光路方向依次设置的光源、空间光调制器、偏转扫描装置和场镜；所述光源，用于产生初始激光束；所述空间光调制器，用于接收所述初始激光束，并对所述初始激光束进行相位调制，产生涡旋光束(vortex beam)，其中，所述涡旋光束的波前(wavefront)为螺旋状；所述偏转扫描装置，用于改变所述涡旋光束的传播方向，以使得所述涡旋光束偏转并沿不同方向入射至所述场镜；所述场镜，用于会聚所述涡旋光束，并在样品表面产生环形涡旋光斑；所述控制模块，用于设置扫描路径，并控制所述偏转扫描装置以使所述环形涡旋光斑沿所述扫描路径在所述样品表面移动，以使视场范围内的辐照光强度分布一致，并均匀清扫所述样品表面的污染物。

3、根据本公开一些实施例，所述空间光调制器包括静态相位调制器件或动态相位调制器件，其中，所述静态相位调制器件通过预先设计的表面拓扑结构实现对入射激光束的空间相位调制，所述动态相位调制器件通过加载预先设计的图像或信号调整材料光学特性实现对入射激光束的空间相位调制。

4、根据本公开一些实施例，所述空间光调制器包括多个可切换的静态相位调制器件，其中，所述静态相位调制器件通过预先设计的表面拓扑结构实现对入射激光束的空间相位调制；所述控制模块还用于：控制多个所述静态相位调制器件进行切换使用，以使所述样品表面产生能量变化的环形涡旋光斑，进而使得所述能量变化的环形涡旋光斑沿所述扫描路径移动，以清扫所述样品表面的污染物。

5、根据本公开一些实施例，所述多个可切换的静态相位调制器件包括：拓扑荷数为正数的第一静态相位调制器件，以及拓扑荷数为负数的第二静态相位调制器件；所述控制模块还用于：控制所述第一静态相位调制器件与所述第二静态相位调制器件进行切换使用，以产生螺旋方向变化的涡旋光束，以使所述样品表面产生螺旋方向变化的环形涡旋光斑。

6、根据本公开一些实施例，所述静态相位调制器件为涡旋相位板。

7、根据本公开一些实施例，所述激光清扫装置还包括可调光阑，所述可调光阑设置在所述光源与所述空间光调制器之间，用于限制所述初始激光束中的杂光和高阶高斯模态的光强。

8、根据本公开一些实施例，所述激光清扫装置还包括扩束器，所述扩束器设置在所述可调光阑与所述空间光调制器之间，用于将所述初始激光束进行扩束，以使初始激光束的直径与所述空间光调制器的调制区域的直径匹配。

9、根据本公开一些实施例，所述偏转扫描装置包括偏转方向正交的两个振镜或一个双向连续可调压电偏转镜。

10、根据本公开一些实施例，所述环形涡旋光斑在所述样品表面的电场表达式为：

11、

12、其中，e3表示所述环形涡旋光斑的电场强度，(r,θ)表示所述环形涡旋光斑中各点的极坐标；i0表示初始激光束中心的最大光强，ω0表示初始激光束的束腰半径，ω1表示所述初始激光束在不经过所述空间光调制器进行相位调制的情况下聚焦后光束的束腰半径，m表示所述空间光调制器的拓扑荷数；

13、所述环形涡旋光斑的光强表达式i3(r)为：

14、

15、其中，i3表示环形涡旋光斑的光强分布。

16、本公开的第二方面，提供一种激光清扫方法，包括：通过光源提供初始激光束，并采用空间光调制器调制所述初始激光束的相位，以产生涡旋光束，其中，所述涡旋光束的波前为螺旋状；通过偏转扫描装置改变所述涡旋光束的传播方向，以使得所述涡旋光束偏转并沿不同方向入射至场镜；通过所述场镜会聚偏转后的所述涡旋光束，以在所述样品表面产生环形涡旋光斑；设置扫描路径，并调控所述偏转扫描装置以使所述环形涡旋光斑沿着扫描路径在所述样品表面移动，以使视场范围内的辐照光强度分布一致，并均匀清扫所述样品表面的污染物。

17、本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过空间光调制器对初始激光束的相位进行调整，以产生涡旋光束，并通过偏转扫描装置和场镜使涡旋光束在样品表面产生可移动的环形涡旋光斑。通过该方式，能够利用涡旋光束的波前为螺旋状的特性，使光斑在样品表面产生涡旋力和轴向力，进一步采用光斑在样品表面移动扫描的方式，通过移动的环形涡旋光斑使得视场范围内的辐照光强度分布一致，从而实现了对污染物的均匀清扫，此外，移动的环形涡旋光斑增强了涡旋力和轴向力，进一步增强了对样品表面污染物的清扫效果。该方法不用在光路中添加孔或图案掩膜来生成均匀光斑，因而避免了对激光进行遮挡，提高了清扫装置的能量效率。并且，通过该方式在样品表面形成的环形涡旋光斑在整个光斑区域内的积分能量与高斯光斑相同，但环形涡旋光斑的最大光强低于同样功率的激光器所产生的高斯光斑的最大光强，因此，通过该方式能够在不超过晶圆损伤阈值的基础上，以相较于通过高斯光斑进行样品表面污染物清扫的方法更高的功率进行清扫，提高了清扫装置的清扫能力。

1.一种激光清扫装置，其特征在于，包括：控制模块，以及沿着光路方向依次设置的光源、空间光调制器、偏转扫描装置和场镜；

2.根据权利要求1所述的激光清扫装置，其特征在于，所述空间光调制器包括静态相位调制器件或动态相位调制器件，其中，所述静态相位调制器件通过预先设计的表面拓扑结构实现对入射激光束的空间相位调制，所述动态相位调制器件通过加载预先设计的图像或信号调整材料光学特性实现对入射激光束的空间相位调制。

3.根据权利要求1所述的激光清扫装置，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的激光清扫装置，其特征在于，所述多个可切换的静态相位调制器件包括：拓扑荷数为正数的第一静态相位调制器件，以及拓扑荷数为负数的第二静态相位调制器件；

5.根据权利要求2至4任一项所述的激光清扫装置，其特征在于，所述静态相位调制器件为涡旋相位板。

6.根据权利要求1所述的激光清扫装置，其特征在于，所述激光清扫装置还包括可调光阑，所述可调光阑设置在所述光源与所述空间光调制器之间，用于限制所述初始激光束中的杂光和高阶高斯模态的光强。

7.根据权利要求6所述的激光清扫装置，其特征在于，所述激光清扫装置还包括扩束器，所述扩束器设置在所述可调光阑与所述空间光调制器之间，用于将所述初始激光束进行扩束，以使初始激光束的直径与所述空间光调制器的调制区域的直径匹配。

8.根据权利要求1所述的激光清扫装置，其特征在于，所述偏转扫描装置包括偏转方向正交的两个振镜或一个双向连续可调压电偏转镜。

9.根据权利要求1所述的激光清扫装置，其特征在于，所述环形涡旋光斑在所述样品表面的电场表达式为：

10.一种激光清扫方法，其特征在于，包括：