[发明专利]一种脉冲展宽装置、脉冲展宽激光退火装置及退火方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲展宽装置、脉冲展宽激光退火装置及退火方法。

背景技术

电子器件制造遵循摩尔定律，经历了快速发展，减小集成电路尺寸是维持这一趋势的源动力，而随着制造尺寸的缩小，带来了制造工艺技术上的困难和挑战。在互补金属氧化物半导体晶体管的形成过程中，热处理一直起着关键的作用，特别是对于超浅结激活以及硅化物形成等关键过程来讲，更是至关重要。传统的快速退火已经很难满足32nm及更高节点的要求，新的退火技术替代快速热退火正在被大量研究，如闪光灯退火、激光尖峰退火、低温固相外延等。其中，激光退火技术已显示出良好的应用前景。

激光退火效果主要受到激光脉冲能量、激光脉宽，激光脉冲之间的延时的影响。对于不同的材料，最高激活率所需要的能量密度、脉冲宽度、脉冲之间的延时不同，这就需要激光器的能量、脉宽和激光脉冲之间有尽可能大的调整量。

现有技术中采用两个脉冲激光合束，脉冲激光的重复频率1Khz，延时控制器控制两个脉冲激光器之间的延时，主要用于绝缘栅双极型晶体管(英文名称：insulated gate bipolar transistors，英文缩写IGBT)和低温多晶硅薄膜晶体管(英文名称：low-temperature polycrystalline silicon thin-film transistors，英文缩写：LTPS-TFTS)的退火，可以实现2μm的退火深度。激光器的重复频率固定，激光的脉宽不可调。

现有技术中公开一种利用部分反射的光学环形腔，主要由分束镜(BS)、反射镜(M)组成。脉冲激光以45°入射到分束镜(BS)表面后被分 束镜分为反射和透射两部分。透射光进入光学腔内并在腔内循环，每循环一周，将有一定的激光透射，透射率为(1-RBS)。这些透射光与第一次反射的激光在空间上相互重叠，在时间上按照一定的时间序列排列，形成一个较宽的激光脉冲，从而实现对激光脉宽的展宽。但在激光脉宽展宽的过程中，能量损耗较大，且能量是从高到低，不是均匀分布。

发明内容

本发明提供一种脉冲展宽激光退火装置，以解决以上技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种脉冲展宽装置，包括分光镜组件，用于将激光束分为不同光束；光线延迟单元，用于延长所述光束的路径；光束整合组件，用于整合光束，使不同光束路线重合；所述分光镜组件，所述光线延迟单元和所述光束整合组件数量相同；所述分光镜组件将入射光分为不同光束，所述光线延迟单元延长其中一束所述光束的路径；所述光束整合组件整合路径被延长的光束和路径未被延长的光束，使路径被延长的光束与路径未被延长的光束路线重合。

作为优选，所述分光镜组件包括第一分光镜组件，第二分光镜组件和第三分光镜组件；所述光线延迟单元包括第一光线延迟单元，第二光线延迟单元、第三光线延迟单元；所述光束整合组件包括第一光束整合组件、第二光束整合组件和第三光束整合组件。

作为优选，所述第一分光镜组件的分光比为3：1。

作为优选，第二分光镜组件的分光比为2：1。

作为优选，第三分光镜组件的分光比为1：1。

作为优选，所述光线延迟单元包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜相互平行并且镜面相对设置，所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的距离可调。

作为优选，所述第一反射镜和所述第二反射镜均是整体结构的反射镜。

作为优选，所述光线延迟单元包括还包括两个相互平行并且相对放置的导轨，所述第一反射镜和所述第二反射镜均是由若干个安装在所述导轨上第三反射镜组成。

作为优选，所述第三反射镜与所述导轨滑动连接。

作为优选，所述第三反射镜与所述导轨固定连接。

作为优选，所述光线延迟单元还包括与所述第一反射镜和所述第二反射镜垂直的并且位置可调的第四反射镜。

本发明公开的脉冲展宽装置，包括分光镜组件，用于将激光束分为不同光束；光线延迟单元，用于延长所述光束的路径；光束整合组件，用于整合光束，使不同光束路线重合；通过增加光程，改变入射光的角度，改变脉冲在时间上的分布，光程每增加1m，光脉冲可以延时3.3ns，光路采用分束、多次反射、合束，只占用很小的空间就可以达到较大的展宽效果。采用光束逐级分束最后再合束，可以实现多个脉冲的叠加，实现多倍光束自身脉宽的展宽。

为解决上述技术问题，本发明还公开一种脉冲展宽激光退火装置，包括激光光源、准直扩束单元、匀光器、聚焦单元和工件台，还包括上述的脉冲展宽装置，用于脉冲展宽激光束。