[发明专利]一种激光退火匀光装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体、液晶领域，尤其涉及一种激光退火匀光装置。

背景技术

在半导体、液晶领域中，为了提高载流子的迁移率，需要对掺杂后的器件进行退火。传统的退火方法有电子束、闪光灯、连续不相干光照和石墨加热等。电子束比激光能量分布均匀，能处理宽带隙半导体，通过改变电子能量可控制退火层深度，缺点是需要真空；固相退火用电子束比激光优越，但是要求高浓度电活性掺杂物质，需液相退火时用激光退火更适宜，这是由于光子在表面被吸收可保证精确控制熔前穿透深度，而电子穿透较深，难以进行浅层控制；传统的炉子加热退火，即使在高达1150度下退火，仍不能彻底消除结晶缺陷，激光退火则能比较彻底地消除缺陷，特别是纳秒级脉冲激光退火的效果最佳，连续波激光退火则适用于大面积处理，能将非晶层转变成为单晶结构，但可能残存少量缺陷；其他方法成本较低，在能满足要求时，不推荐使用激光退火，当性能要求高，局部定域和薄层高浓度电活性掺杂以及复杂结构半导体退火时，采用激光技术具有明显优势，包括激活效率高、改善表面粗糙度、降低杂质浓度、退火背面的温度较低而不损伤器件等。激光退火相对于传统退火具有激活率高、对器件损伤小等优点，在未来将在IGBT、TFT、CIS（像传感器）等领域部分替代传统退火，需求量将快速增长。

激光退火后的器件的均匀性直接与器件的性能相关，退火过程中，激光束的整形和匀光对退火的均匀性起到非常关键的作用。由于激光的相干性，在匀光过程中干涉严重影响光束的均匀性，所以在光学系统中需要消除干涉。

第一种消干涉方法，是利用光束无规则的反射和折射，光线再会聚，以面阵空间调制器调制三色激光信号，实现激光彩色视频显示，完全消除干涉条纹，获得清晰图像，但这种方法的典型应用场景是激光显影技术，且对于强激光不适用，对于形成特定照明视场的场景也不适用；

另一种消除干涉的方法如图1所示，激光退火匀光装置由消干涉系统10和透镜阵列20组成，所述消干涉系统10由多个透明玻璃板11组成，透镜阵列20由多个长度相等的柱面镜21组成，其中，透明玻璃板11的宽度与柱面镜21的宽度相同，两个相邻的透明玻璃板11在光轴方向（即图中箭头方向）的长度差大于激光器（图中未示出）的相干长度，且相邻两个玻璃板11之间的长度差相同。通过各透明玻璃板11的激光的光路变成所述透明玻璃板11的长度（即沿箭头方向）部分，所以，各个激光产生比相干长度长的距离的光程差，相干性的影响消失，相互不产生干涉，故透明玻璃板11产生消干涉的作用，柱面镜21起到匀光的作用，但是这种方法中，透明玻璃板11和柱面镜21的尺寸比较小（入射面尺寸约为0.5mm），除了干涉，还可能引起衍射，严重影响匀光效果；透明玻璃板11和柱面镜21分离，在光学系统中的搭建比较复杂，要使二者严格对应，保证相对的倾斜和偏心比较困难，而且对精度要求较高，增加了成本。

发明内容

本发明提供一种激光退火匀光装置，以解决现有的激光退火装置中匀光系统的上述问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种激光退火匀光装置，应用于激光退火装置中，包括发射激光光束的激光器，还包括若干柱面镜，所述若干柱面镜的曲率半径均相同，各个柱面镜在曲率所在平面的尺寸相同，且各个柱面镜在光束的传播方向上的长度不同，每两个柱面镜在光束的传播方向上的长度差大于所述激光器的相干长度。

较佳地，所述激光退火装置还包括准直系统、扩束系统以及聚焦系统，所述激光退火装置的排列顺序沿光路传播方向依次为激光器、准直系统、扩束系统、激光退火匀光装置以及聚焦系统，所述激光器发出的光束经所述准直系统变为平行光，再经过扩束系统将光束扩大到所需尺寸，再经所述激光退火匀光装置匀光，最终经所述聚焦系统形成所需的光斑。

较佳地，每两个柱面镜在光束的传播方向上的长度差为固定值。

较佳地，每两个柱面镜在光束的传播方向上的长度差值均不同。

较佳地，所述柱面镜的数量和所述柱面镜在曲率所在平面的尺寸由入射至所述激光退火匀光装置的光束直径来决定。

较佳地，所述柱面镜的数量为5～7根。

较佳地，所述柱面镜的曲率半径为100mm～200mm。

较佳地，所述柱面镜在曲率所在方向的口径为4mm～10mm。

较佳地，所述柱面镜采用光学冷加工方法加工制造。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明采用长度不同的大尺寸的柱面镜代替了现有技术中透明玻璃板与柱面镜组合的方式，同样能够实现消除干涉和匀化光束的作用；