[发明专利]激光退火设备中的光学处理装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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匀，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、匀化、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。

发明内容

根据本发明的一个方面，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；

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。

附图说明

图1显示了根据本发明的一个实施例的激光退火设备光学系统原理示意图。

图2A-2D显示了根据本发明的一个实施例的球面透镜阵列示意图。

图3A和3B显示了根据本发明的一个实施例的可变光阑示意图。

图4是根据本发明的一个较佳实施例的光学系统示意图。

图5是根据本发明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显示了本发明的实施例的计算机仿真结果示意图。

具体实施方式

本发明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，根据本发明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。

根据本发明的一个具体实施例，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266nm)激光器。

根据本发明的一个具体实施例，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。

根据本发明的一个实施例，所述后续光学系统可包括：

扩束系统，匀化系统，边缘处理系统，投影系统。

扩束系统包括透镜102、103。根据本发明的一个具体实施例，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；根据本发明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。