本发明专利技术是关于激光退火设备中光学处理装置的研制，该装置也可应用于其他相关领域。其特征在于，有两个可替换组件和一个可变光阑相结合，每个组件都有多套系统可供选用，且第一可替换组件和可变光阑可通过计算机统一控制。通过替换两个组件和对第一可替换组件中透镜位置以及可变光阑的调节，用户可以自主选择光斑的形状为矩形或正方形，并对它们的大小在较大范围内进行分档及连续调节，提高了生产效率，也提高了整个系统的稳定性和易用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种激光退火设备中的光学处理装置，特别是涉及该光学处理装置中 调节环节的设计及具体实施方案。
技术介绍
在经济全球化、信息化的今天，IC产业无疑是影响国家经济、政治和国防安全的战 略必争产业。目前，世界IC装备产业已成为IC产业的驱动力和重要组成部分。在过去几十 年中，集成电路制造遵循莫尔定律，经历了飞速的增长。不过集成电路制造的等比例缩小， 也带来了极小尺寸工艺技术方面的极大困难与挑战。在纳米级CMOS器件中，超浅和低电阻率的结对抑制短沟道效应，获得更好的器件 性能起着越来越重要的作用。由于氧化增强扩散与瞬时增强扩散以及固溶度的限制，传统 的快速热退火(RTA)已很难满足32nm及以下各技术节点的要求。为了解决这个问题，目 前正在大量研究一些新的退火技术来替代RTA，如闪速灯光退火(Flash Lamp Annealing 或FLA)、固相激光脉冲退火(Solid-PhaseLaser Spike Anneal ing或LSA)、液相激光脉 冲退火(Liquid-Phase LaserThermal Process 或 LTP)，以及低温固相外延(Solid-Phase EpitaxialRecrystallization或SPER)等。其中，激光退火技术已经显示出了很好的应用 前景。由于激光脉冲退火设备终将替代RTA设备，成为今后32nm及以下各技术节点器件 的超浅PN结的生产用退火装备，研究激光脉冲退火设备和技术具有很强的实际应用前景。又因为激光退火设备中所用光源一般为准分子激光器或其他具有较高功率的激 光器，而这种激光光源其光束质量不符合要求，一般不能直接用于激光退火。例如准分子激 光器的光斑一般为圆形，而且截面的能量分布不均勻，边缘的锐利度也不够，所以在投射到 待加工表面之前，必须通过一光学系统对其进行光束整形、勻化、边缘处理、投影等步骤。可 见，激光退火设备中的光学系统对于整个退火系统具有关键作用，一个好的光学系统不仅 可以提高激光退火的质量和稳定性，同时还能增强退火设备的适用性和可调节能力。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于激光退火的光学处理装置，其特征在于 包括扩束系统，用于对来自一个光源的激光光束进行扩束；勻化系统，用于使所述扩束系统输出的光束能量均勻；边缘处理系统，用于得到所需的边缘锐利的光斑；投影系统，用于将勻化的光斑投射到加工面。附图说明图1显示了根据本专利技术的一个实施例的激光退火设备光学系统原理示意图。3图2A-2D显示了根据本专利技术的一个实施例的球面透镜阵列示意图。图3A和;3B显示了根据本专利技术的一个实施例的可变光阑示意图。图4是根据本专利技术的一个较佳实施例的光学系统示意图。图5是根据本专利技术的一个实施例的球面镜阵列位置关系示意图。图6A-6D是第一可替换组件的另两种可选实施例的结构示意图。图7A和7B显示了本专利技术的实施例的计算机仿真结果示意图。具体实施例方式本专利技术的目的在于提出一种用于激光退火设备的光学处理装置，其中在传统的光 学系统中加入可调节环节，使得退火设备中的激光光斑的形状、面积及能量密度可调节，扩 展了激光退火设备的适用场合，仅用一台设备就能有效地对不同形状和面积的材料进行退 火，不仅使成本降低、操作简便，还有助于对退火工艺的探究。参阅图1，根据本专利技术的一个实施例的激光退火设备的光学处理装置包括紫外激 光光源101以及对从光源发出的激光束进行处理的后续光学系统。根据本专利技术的一个具体实施例，上述的紫外激光光源可以为准分子激光器，也可 以是NdYAG (倍频到激光器。根据本专利技术的一个具体实施例，所述紫外激光光源发出的光束为准直的或发散角 小于1°，具有较高能量密度以满足激光退火的要求。根据本专利技术的一个实施例，所述后续光学系统可包括扩束系统，勻化系统，边缘处理系统，投影系统。扩束系统包括透镜102、103。根据本专利技术的一个具体实施例，透镜102、103都是球 面凸透镜，这样就成为一个倒置的开普勒望远镜系统；根据本专利技术的另一个具体实施例，透 镜102为球面凹透镜，透镜103为球面凸透镜，这样就构成一个倒置的伽利略望远镜系统。 图1中显示的是前一种情况。为了减小球差，优选使用平凸透镜，并对透镜的设置方向有一 定要求。勻化系统包括部分104、105A、105B ；部分104是球面透镜阵列，起到分割光束的作 用；部分105A和105B是球面凸透镜，两者组成一个变焦系统，焦距在一定范围内连续可调。 根据本专利技术的一个实施例的上述球面透镜阵列104的具体结构如图2，其中图2A为其主视 图，图2B为其侧视图，球面透镜阵列的球面微元如图2A所示呈二维矩阵排列，每一球面微 透镜的一面为正方形平面，另一面为球面；图2C和2D为其放大示意图，其中图2C为主视 图，图为侧视图。边缘处理系统包括可变光阑106，可变光阑106的形状和尺寸可以得到控制，通 过调节装置可以调节光束截面X、Y两个方向的通光口径。根据本专利技术的一个具体实施例的 可变光阑106的具体结构见图3A和3B，图3A为主视图，图为侧视图，标号301为调节机 构，302为窗口，303为立柱，304为有效通光口径，305为刻度尺，306为刀口。可以通过调节 机构301调节刀口 306的位置，进而改变有效通光口径304。投影系统包括球面凸透镜107A、球面凹透镜107B、球面凸透镜107C、圆形平板 107D，它们共同组成了一个成像系统，并具有预定的放大倍率。为了使该成像系统的像差极 小，通过应用像差理论和相应的光学设计软件设计该成像系统，可以设计出各种不同参数的成像系统(其具体设计过程是已经成熟的方法)，从而将可变光阑通光口的勻化面无畸 变地成像到所需的加工面108，保持光束截面能量的均勻和边缘的锐利。为了使得最终用于 加工的光束截面大小分档可调，通过设计多套不同放大倍率的上述成像投影系统，并通过 替换它们，即可使得光束截面大小分档可调。图1中所示的经过投影系统投影后的成像面108，也即是待加工表面。该表面上的 光斑性质满足激光退火的要求。激光器光源发出的光束经过上述扩束、勻化、边缘处理、投 影这四个系统的光学处理之后，到达加工面108时已经满足了激光退火对光斑均勻性、边 缘锐利度等的要求。如图1的实施例所示，本专利技术所述的光学系统中，从光源101发出的激光经过扩束 系统的扩束，进入勻化系统。勻化系统中的球面透镜阵列104对入射光束进行分割，各分割 后的子光束经过上述的变焦系统105A、105B重新会聚叠加于可变光阑106的有效通光口径 304平面，该平面的光束能量均勻。该平面经过后续的投影系统投影成像到成像面同时也是 待加工表面108。图4显示了本专利技术的一个较佳实施例。参阅图4，该激光退火装置所用激光光源401为紫外激光器，该激光器可以为准分 子激光器，也可以是NdYAG(倍频到沈611111)激光器，同时要求该激光器发出的激光束为准直 (发散角小于1° )的，且具有较高的能量密度以满足退火对能量的要求。由于现有的紫外激光器输出光束在截面上能量分布不均勻，光斑形状、大小、边缘 性质也都不符合激光退火的需要，所以需要一个专门的光学系统对其进行改良。以上所述的光学系统包括扩束系统，勻化系统，边缘处理系统，投影本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于激光退火的光学处理装置，其特征在于包括：扩束系统，用于对来自一个光源（１０１）的激光光束进行扩束；匀化系统，用于使所述扩束系统输出的光束能量均匀；边缘处理系统，用于得到所需的边缘锐利的光斑；投影系统，用于将匀化的光斑投射到加工面（１０８）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄威，尉昊赟，李岩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11
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