黑硅制备设备及工艺调整方法

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种黑硅制备设备及工艺调整方法。


背景技术：

2.制备黑硅表面有很多方式，包括溶胶凝胶法、电子刻蚀、湿法刻蚀、干法刻蚀和激光加工等。激光加工能够满足加工结构的任意性和可控性，也能够满足加工结构高精度的需求；其次，激光加工具有可程序化、适合于大面积加工以及环境友好等优势。除此之外，激光加工具有结构可设计性，有利于减反射结构表面设计及后期制备。
3.在制备黑硅的过程中，工艺参数对于黑硅的减反射能力具有至关重要的影响，为了对黑硅的减反射能力进行检测，通常需要对硅片进行加工后，再移动到专门的检测设备进行检测。但是这种检测方式，其工艺步骤多且复杂，导致了成本的提高和效率的降低；同时，移动过程中容易造成黑硅的污染或损伤，导致检测结果不准确。


技术实现要素：

4.本发明提供的黑硅制备设备及工艺调整方法，能够在对硅材料进行加工后，原位进行加工参数的判断，简化了工艺调整的过程，降低了材料污染或损伤的风险。
5.第一方面，本发明提供一种黑硅制备设备，包括：
6.载物平台，具有置物区域和对比区域，所述置物区域用于放置待处理材料，所述对比区域用于放置标准反射板；所述载物平台至少能够在水平面内在两个相互垂直的方向平移；
7.激光发生器，用于发出激光束，所述激光束经反射镜和聚焦镜后，能够聚焦在所述置物区域，以对所述置物区域内的待处理材料进行加工；
8.双光束模块，用于发出两束相同波长的测量光束，其中一束测量光束能照射至置物区域，并能被置物区域放置的待处理材料反射形成第一反射光束，另一束测量光束照射至对比区域的对应位置，并能被对比区域放置的标准反射板反射形成第二反射光束；
9.探测器，设置在所述第一反射光束和第二反射光束的光路上，接收所述第一反射光束和第二反射光束，并依据所述第一反射光束和第二反射光束分别输出第一电流和第二电流，以判断激光发生器的参数是否符合要求。
10.可选地，所述双光束模块包括：
11.光源，用于产生复合光线；
12.单色仪，设置在所述光源照射的区域，所述单色仪用于将复合光线转换为单色光线；
13.积分球，具有一个光线入口和两个光线出口，所述积分球的光线入口设置在所述单色光线的光路上，所述积分球的两个光线出口用于发出两束相同波长的测量光束。
14.可选地，所述测量光束的波长范围为350nm-2000nm。
15.可选地，还包括与所述探测器通信连接的电化学工作站；所述电化学工作站用于
测量所述探测器输出的第一电流和第二电流，以依据所述第一电流和第二电流确定当前加工参数是否符合要求。
16.可选地，所述置物区域设置在空气氛围中。
17.第二方面，本发明提供一种黑硅制备工艺调整方法，利用上述任何一项所述的设备进行调整，包括：
18.载物平台置物区域放置的待处理材料的前一加工区域不符合要求时，调整工艺参数并采用激光发生器产生激光，对载物平台置物区域放置的待处理材料的当前加工区域进行处理，形成黑硅；
19.采用双光束模块发出波长相同的两束测量光束，使其中一束测量光束照射至当前区域，并被当前区域的黑硅反射形成第一反射光束，另一束测量光束照射至对比区域的标准反射板对应位置，并被对比区域放置的标准反射板反射形成第二反射光束；
20.采用探测器接收第一反射光束和第二反射光束，获取探测器输出的对应第一反射光束的第一电流和对应第二反射光束的第二电流，并依据所述第一电流和第二电流确定当前区域是否符合要求。
21.可选地，当前区域符合要求时，将激光器的当前参数确定为加工参数。
22.可选地，依据所述第一反射光束和第二反射光束确定当前区域是否符合要求包括：
23.依据如下的公式计算当前区域的反射率：r2＝(i1/i2)*r1；其中，r2为当前区域反射率，r1为标准反射板的反射率，i1为对应标准反射板的电流，i2为对应当前区域的电流；
24.判断当前区域的反射率是否符合要求。
25.可选地，所述待处理材料具有多个加工区域，所述标准反射板具有多个对比区域，所述加工区域与所述对比区域一一对应；当其中一束测量光束照射在其中一个加工区域时，另一束测量光束照射在对应的对比区域。
26.可选地，当前区域不符合要求时，驱动所述载物平台移动，以使下一加工区域对应于光斑加工位置。
27.在本发明提供的技术方案中，在载物平台上设置置物区域和对比区域，置物区域放置待处理材料，对比区域放置标准反射板，在激光加工完成之后，直接在原位采用双光束模块照射制备的黑硅和标准反射板，并将两者进行对比，无需对制备的黑硅进行移动，能够有效的减少检测过程中的工艺步骤，降低工艺复杂性，节省成本。同时，由于不需要对黑硅进行移动，能够有效的减少黑硅的损伤和污染，大幅提高检测的准确性。
附图说明
28.图1为本发明一实施例黑硅制备设备的示意图；
29.图2为本发明另一实施例黑硅制备工艺调整方法的流程图；
30.在图中，1为激光器；2为反射镜；3为聚焦镜；4为氙灯；5为单色仪；6为积分球；7为探测器；8为载物平台；9为硅材料；10为标准反射板。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明实施例提供一种黑硅制备设备，如图1所示，包括：
33.载物平台8，具有置物区域和对比区域，所述置物区域用于放置待处理材料9，所述对比区域用于放置标准反射板10；所述载物平台8至少能够在水平面内在两个相互垂直的方向平移；
34.在一些实施例中，标准反射板10的反射率是均匀且已知的。待处理材料9是指用于制备黑硅的材料。载物平台8能够在水平面内在两个相互垂直的方向平移，能够实现光斑与待处理材料9之间的相互运动。在一些优选的实施方式中，待处理材料9的尺寸和标准反射板10的尺寸和形状是相同的。在载物平台8移动过程中，如果以两个测量光束照射在待处理材料9和标准反射板10上，两个测量光束在待处理材料9和标准反射板10上将在对应位置同步移动。
35.激发发生器1，用于发出激光束，所述激光束经反射镜2和聚焦镜3后，能够聚焦在所述置物区域，以对所述置物区域内的待处理材料9进行加工；
36.在一些实施例中，激发发生器1发出的激光束经过反射镜2进行方向的改变，再经过聚焦镜3进行聚焦，使光斑具有合适的直径和能量密度。激光束经过聚焦后对待处理材料9进行加工。
37.双光束模块，用于发出两束相同波长的测量光束，其中一束测量光束能照射至置物区域，并能被置物区域放置的待处理材料9反射形成第一反射光束，另一束测量光束照射至对比区域的对应位置，并能被对比区域放置的标准反射板10反射形成第二反射光束；
38.在一些实施例中，双光束模块能够发出波长和强度相同的两束测量光束，两束测量光束均为光强均匀的光束。在激发发生器1对待处理材料9进行完成之后，双光束模块将发出两束测量光束，两束测量光束分别照射在待处理材料9和标准反射板10上对应的位置，以便将待处理材料9已经加工完成的区域与标准反射板10进行反射率的对比。在另一些实施例中，双光束模块也可以发出波长相同，但是强度不同的两束测量光束，此时，每一束测量光束的强度应当是已知的，以便在对第一反射光束和第二反射光束进行测量后，计算待处理材料9和标准反光板的反射率。
39.探测器7，设置在所述第一反射光束和第二反射光束的光路上，接收所述第一反射光束和第二反射光束，并依据所述第一反射光束和第二反射光束分别输出第一电流和第二电流，以判断激发发生器1的参数是否符合要求。
40.在一些实施例中，探测器7接收第一反射光束和第二反射光束，将第一反射光束和第二反射光束转换为电流信号输出。第一反射光束与第一电流成正比例关系，当第一反射光束的光强越强时，第一电流越大；第二反射光束与第二电流成正比例关系，当第二反射光束的光强越强时，第二电流越大。
41.在本发明实施例提供的技术方案中，在载物平台8上设置置物区域和对比区域，置物区域放置待处理材料9，对比区域放置标准反射板10，在激光加工完成之后，直接在原位采用双光束模块照射制备的黑硅和标准反射板10，并将两者进行对比，无需对制备的黑硅进行移动，能够有效的减少检测过程中的工艺步骤，降低工艺复杂性，节省成本。同时，由于
不需要对黑硅进行移动，能够有效的减少黑硅的损伤和污染，大幅提高检测的准确性。
42.作为一种可选的实施方式，所述双光束模块包括：
43.光源4，用于产生复合光线；
44.在一些实施例中，光源4通常是产生复合光线的，而非单色光线。为了对特定波长的光的吸收率进行检测，通常需要将光源4产生的复合光线采用单色仪5进行处理。
45.单色仪5，设置在所述光源4照射的区域，所述单色仪5用于将复合光线转换为单色光线；
46.在一些实施例中，单色仪5能够从复合光线中分离出需要波长的光线，例如，可以分离出光谱范围在350nm-2000nm的光线。
47.积分球6，具有一个光线入口和两个光线出口，所述积分球6的光线入口设置在所述单色光线的光路上，所述积分球6的两个光线出口用于发出两束相同波长的测量光束。
48.在一些实施例中，积分球6的一个光线入口用来接收入射的单色光，积分球6额两个光线出口用来向外出射两束均匀且波长相同的测量光束。积分球6能够将光束变换为光强均匀的光束，有利于对反射率的检测。
49.作为一种可选的实施方式，所述测量光束的波长范围为350nm-2000nm。在一些实施例中，350nm-2000nm是制备黑硅是设定的需要提高吸收率的波长范围，因此，将测量光束的波长设置在该范围内，能够有效的进行反射率的检测。
50.作为一种可选的实施方式，还包括与所述探测器7通信连接的电化学工作站；所述电化学工作站用于测量所述探测器7输出的第一电流和第二电流，以依据所述第一电流和第二电流确定当前加工参数是否符合要求。在一些实施例中，第一反射光束与第一电流成正比例关系，当第一反射光束的光强越强时，第一电流越大；第二反射光束与第二电流成正比例关系，当第二反射光束的光强越强时，第二电流越大。采用电化学工作站对第一电流和第二电流分别进行检测，能够准确的确认加工完成的黑硅与标准反射板10的反射率。
51.作为一种可选的实施方式，所述置物区域设置在空气氛围中。在一些实施例中，由于黑硅通常工作在空气氛围中，为了准确的测定其工作过程中的反射率，本实施方式中，将置物区域设置在空气氛围中。同时，在空气氛围中进行检测时，还有助于降低设备的复杂程度和设备成本。
52.本发明实施例还提供一种黑硅制备工艺调整方法，利用上述任何一项所述的设备进行调整，如图2所示，包括：
53.步骤100，载物平台置物区域放置的待处理材料的前一加工区域不符合要求时，调整工艺参数并采用激光发生器产生激光，对载物平台置物区域放置的待处理材料的当前加工区域进行处理，形成黑硅；
54.在一些实施例中，在采用激光加工前或者激光加工过程中，为了确保加工出的黑硅符合要求，需要对工艺参数进行实时的调整。例如，为了实现加工前的尽快调整，可以将一片待处理材料划分为多个区域，采用激光发生器每次对其中一个区域进行加工，使该区域转变为黑硅，再通过后续的反射率对比，对加工工艺参数进行调整。这种方式中，可以采用同一片待处理材料对工艺参数完成多次调整，节省材料的同时，提高工艺参数的调整效率。在调整过程中，前一加工区域不符合要求时，表明工艺参数不合理，需要进行调整。在对工艺参数进行调整后，需要对调整后的工艺参数合理性进行验证，因此，需要对当前加工区
域进行加工后进行反射率的测量。对于工艺参数来说，例如可以为光斑的能量密度、光斑的尺寸或光斑的移动速度等参数。
55.步骤200，采用双光束模块发出波长相同的两束测量光束，使其中一束测量光束照射至当前区域，并被当前区域的黑硅反射形成第一反射光束，另一束测量光束照射至对比区域的标准反射板对应位置，并被对比区域放置的标准反射板反射形成第二反射光束；
56.在一些实施例中，双光束模块发出两束相同波长的测量光束，两个测量光束分别照射在制备的黑硅和标准反射板上，将反射出的第一反射光束和第二反射光束进行比对，即可确认当前工艺参数制备的黑硅是否符合要求。
57.步骤300，采用探测器接收第一反射光束和第二反射光束，获取探测器输出的对应第一反射光束的第一电流和对应第二反射光束的第二电流，并依据所述第一电流和第二电流确定当前区域是否符合要求。
58.在一些实施例中，探测器接收第一反射光束和第二反射光束，将第一反射光束和第二反射光束转换为电流信号输出。第一反射光束与第一电流成正比例关系，当第一反射光束的光强越强时，第一电流越大；第二反射光束与第二电流成正比例关系，当第二反射光束的光强越强时，第二电流越大。通过对第一电流和第二电流的比较，即可确定当前的工艺参数是否符合要求。
59.在本发明实施例提供的技术方案中，在载物平台上设置置物区域和对比区域，置物区域放置待处理材料，对比区域放置标准反射板，在激光加工完成之后，直接在原位采用双光束模块照射制备的黑硅和标准反射板，并将两者进行对比，无需对制备的黑硅进行移动，能够有效的减少检测过程中的工艺步骤，降低工艺复杂性，节省成本。同时，由于不需要对黑硅进行移动，能够有效的减少黑硅的损伤和污染，大幅提高检测的准确性。
60.作为一种可选的实施方式，当前区域符合要求时，将激光器的当前参数确定为加工参数。在一些实施例中，当前区域符合要求时，表明当前参数能够加工出符合要求的黑硅，以当前参数作为加工参数，进行黑硅的制备即可。
61.作为一种可选的实施方式，依据所述第一反射光束和第二反射光束确定当前区域是否符合要求包括：
62.依据如下的公式计算当前区域的反射率：r1＝(i2/i1)*r2；其中，r1为当前区域反射率，r2为标准反射板的反射率，i2为对应标准反射板的电流，i1为对应当前区域的电流；
63.判断当前区域的反射率是否符合要求。
64.在一些实施例中，第一电流与第一反射光束成正比，第二电流与第二反射光束成正比，即第一电流和第二电流的比例等价于第一反射光束与第二反射光束的比例。又由于初始的两束测量光束是相同波长的测量光束，因此，采用第一反射光束和第二反射光束的比例，就可以确定当前区域的反射率与标准反射板的反射率之间的比例。当两者的比例符合预期时，即可确定当前区域的反射率符合要求。
65.作为一种可选的实施方式，所述待处理材料具有多个加工区域，所述标准反射板具有多个对比区域，所述加工区域与所述对比区域一一对应；当其中一束测量光束照射在其中一个加工区域时，另一束测量光束照射在对应的对比区域。在一些实施例中，加工区域与对比区域一一对应是指，每一个加工区域对应一个对比区域。当载物平台移动时，带动待处理材料和标准反射板同时运动。当一束测量光束照射在其中一个加工区域时，另一束测
量光束照射在对应的对比区域，例如，多个加工区域和多个对比区域均呈阵列方式排列，当一束测量光束照射在第一行的第一个加工区域使，另一束测量光束照射在第一行的第一个对比区域。
66.作为一种可选的实施方式，当前区域不符合要求时，驱动所述载物平台移动，以使下一加工区域对应于光斑加工位置。
67.上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。