[发明专利]一种改进的光束匀化装置的研制

说明书

技术领域

本发明属于一种激光光束匀化装置，其对现有的光束匀化装置进行了一定的改进，适用于激光退火等激光加工领域或其他需要对激光束进行匀化的场合。

背景技术

在最近几十年中，集成电路制造遵循莫尔定律，经历了飞速的增长，集成电路的发展带动了整个电子产业的不断进步。电子产业的发展日新月异，已经成为了带动国家经济增大的一大引擎。不过由于集成电路制造精细度的不断提高，也带来了极小尺寸工艺技术方面的极大困难与挑战。

目前，极大规模集成电路制造已经进入了32nm及以下的阶段，对于32nm的技术节点而言，由于短沟道效应的影响，如果要继续得到性能不劣化的基础MOS器件，就要求NMOS管和PMOS管的源、漏的结深至少小于20nm，也就是提出了制作超浅结的要求。

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)已很难满足制作超浅结的要求。为了解决这个问题，人们研究了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-Phase Laser Spike Annealing或LSA)、液相激光脉冲退火(Liquid-Phase Laser Thermal Process或LTP)，以及低温固相外延(Solid-Phase Epitaxial Recrystallization或SPER)等。其中，激光退火技术已经显示出了很好的应用前景。

但是目前常用的激光器发出的激光，其光强在截面上分布不均匀，一般在中间光强较大，边缘较小，因此在用于进行激光退火前，首先要对其进行匀化。一般目前常见的匀化方法是，首先使用柱面透镜阵列或其他形状的微透镜阵列对光束进行分割，然后再通过聚集透镜把各子光束会聚重叠到该透镜的焦平面上。

一个常见光学匀化系统参阅附图1。图1A为该匀化系统的主视图，图1B为俯视图。其中101为激光光源，102和103为球面凸透镜，它们两者的焦点重合，形成一个倒置的开普勒望远镜系统。104和105都为柱面透镜阵列，两者的参数相同，但是两者圆柱单元的母线布置方向相互垂直。106和107都为柱面透镜，两者圆柱母线布置方向也相互垂直，并且106和104的布置方向相匹配，107和105的布置方向相匹配，这样104、106和105、107这两组光学元件分别在两个相互垂直的方向上分别对光线起偏折作用，不相互干扰。108为得到的均匀能量分布光斑的所在平面。

参阅附图1，从激光源101发出的平行准直光通过球面透镜102会聚于其焦点处。由于球面透镜102和103的焦点重合，光束经过球面透镜103后形成截面扩大的准直平行光。该经过扩束后的准直平行光，被柱面透镜阵列104分割为多个子光束，并且在图1A所示的主视平面内形成向各个方向偏折的多组平行光。该多组平行光经柱面透镜106会聚叠加在108平面。同时，扩束后的准直平行光也被柱面透镜阵列105分割为多个子光束，并且在图1B所示的俯视平面内形成向各个方向偏折的多组平行光，这些平行光经柱面透镜107会聚也叠加在108平面。于是，最终在108平面形成了一个能量分布均匀的光斑。

这种方案有以下不足：

一是其最终的匀化效果在很大程度上取决于柱面透镜阵列104和105中柱面镜单元的数量，其柱面镜单元越多、排列越密集，则匀化效果越好。但是随着单元数量的增加，柱面透镜阵列的加工难度急剧增加，在实际中很难保证各单元透镜所应具有的曲率和表面精度。因此，受制于加工能力，难以得到具有极高能量分布均匀度的光斑。

二是若使用的是具有相干性的光源，由于相干性影响，容易在108平面形成散斑，从而削弱匀化的效果。

发明内容

本发明设计了一种改进的光束匀化装置来解决上述存在的问题，可以得到很好的匀化效果同时又不增加加工的难度。

附图说明

图1是一种常见的光学匀化系统示意图。

图2根据本发明的一个实施例的预匀化环节装置的示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的预匀化环节处理的效果示意图。

图4是一种改进的光束匀化设备的示意图。

101：激光光源                    102、103：球面凸透镜

104、105：柱面透镜阵列           106、107：柱面透镜

108：匀化面

201、206：偏振分光镜             202、205：全反射镜

203A、203B、204A、204B：三角棱镜