激光退火装置的制作方法

本发明涉及半导体，特别涉及一种激光退火装置。

背景技术：

1、退火处理主要是指将材料曝露于高温一段时间后，再慢慢冷却的热处理制程。传统的炉管退火工艺中，即使在高达1100摄氏度下进行退火，仍不能彻底消除结晶缺陷。而激光退火则能比较彻底地消除结晶缺陷。激光退火是指利用激光对工件进行退火处理的加工方法。激光退火对于退火范围更具有可控性且能够在较短时间内即达到设定温度，现已被广泛应用于各种退火场合，进行激光退火处理的工件可以是以晶圆、玻璃、陶瓷、金属等基底制作的工件。

2、现有的激光退火系统中，在高长宽比光斑的退火场景中，由于使用同一聚焦单元对光斑长短边聚焦，使得短边方向的微透镜阵列相较于长边方向而言需要更小的宽度和更长的焦距，导致微透镜阵列加工难度增加，也增加了光轴方向的空间需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种激光退火装置，以解决微透镜阵列加工难度大和光路变得长的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种激光退火装置，包括：光源单元、匀光单元和聚焦单元，所述光源单元发射的光束经过所述匀光单元和所述聚焦单元在工件上形成光斑；所述聚焦单元焦深调节单元，所述焦深调节单元用于降低所述光斑的短边方向的聚焦单元的焦距。

3、可选的，所述焦深调节单元是在所述光斑的短边方向上具有负焦度的镜组，经过所述焦深调节单元的光束呈发散状态。

4、可选的，所述焦深调节单元包括第一柱透镜和第二柱透镜，所述第一柱透镜是在所述光斑的短边方向具有负焦度的柱透镜，所述第二柱透镜是在所述光斑的短边方向具有正焦度的柱透镜。

5、可选的，所述第一柱透镜和所述第二柱透镜相对设置且距离可调整。

6、可选的，所述匀光单元包括第一组微透镜阵列和第二组微透镜阵列，所述第一组微透镜阵列用于匀化所述光斑的长边方向，所述第二组微透镜阵列用于匀化所述光斑的短边方向。可选的，所述第一组微透镜阵列包括第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列相互正交。

7、可选的，所述第二微透镜阵列位于所述第一微透镜阵列的焦距处，且所述第二微透镜阵列与所述第一微透镜阵列沿光轴方向镜像设置。

8、可选的，所述第二组微透镜阵列包括第三微透镜阵列和第四微透镜阵列，所述第三微透镜阵列和所述第四微透镜阵列相互正交。

9、可选的，所述第四微透镜阵列位于所述第三微透镜阵列的焦距处，且所述第四微透镜阵列与所述第三微透镜阵列沿光轴方向镜像设置。

10、可选的，所述第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、第三微透镜阵列和第四微透镜阵列均由多个柱透镜组成。

11、可选的，所述第一组微透镜阵列中的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列满足以下约束条件，或者，所述第二组微透镜阵列中的第三微透镜阵列和第四微透镜阵列满足以下约束条件：

12、λ＝(λ·f)/p≤10；

13、fn＝p^2/4λf>10；

14、d＝(p·f)/f；

15、其中，λ表征因微透镜阵列引入的激光光斑干涉周期大小，fn表征微透镜阵列引入的衍射效应大小，λ表示为光源单元的光源波长，f为单个微透镜阵列的焦距，p为组成微透镜阵列的单个柱透镜的宽度，f为所述聚焦单元的焦距，d为目标光斑在需要匀化方向上的宽度。

16、可选的，所述聚焦单元还包括第一片透镜和聚焦单元镜组，所述焦深调节单元位于所述第一片透镜和所述聚焦单元之间。

17、可选的，还包括准直扩束单元，所述准直扩束单元位于所述光源单元和所述匀光单元之间，所述准直扩束单元用于对所述光束进行准直和扩束。

18、可选的，所述准直扩束单元包括准直透镜、第一扩束透镜和第二扩束透镜，所述准直透镜用于将所述光源单元出射的带有一定发散角度的光束进行准直汇聚输出准平行光，所述第一扩束透镜和所述第二扩束透镜共同对准直后的所述光束进行扩束得到光斑扩大的准平行光。

19、在本发明提供的一种激光退火装置中，在聚焦单元中设置有焦深调节单元，所述焦深调节单元用于降低所述光斑的短边方向的聚焦单元的焦距，进而降低微透镜阵列加工难度，使目标光斑尺寸更加受控，防止因微透镜阵列加工误差过大导致退火均匀性降低；以及，减小短边匀光装置光路长度，可使整体光学结构更加紧凑，缩小整机体积并降低装调难度；同时可提升整个装置的焦深范围，提高整体的工艺均匀性，避免了产率提升带来的工艺适应性下降。

20、另外，本发明在微透镜阵列参数设计时充分考虑物理光学影响，分别针对干涉、衍射效应进行设计约束，进一步提升目标光斑的高均匀性。

21、此外，所述准直扩束单元包括独立设计的准直透镜、第一扩束透镜和第二扩束透镜，将准直透镜和扩束透镜分开设计，可以分别装调，相比于现有技术而言装调方便，有利于提高出射光的准直效果。

技术特征：

1.一种激光退火装置，其特征在于，包括：光源单元、匀光单元和聚焦单元，所述光源单元发射的光束经过所述匀光单元和所述聚焦单元在工件上形成光斑；所述聚焦单元包括焦深调节单元，所述焦深调节单元用于降低所述光斑的短边方向的聚焦单元的焦距。

2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述焦深调节单元是在所述光斑的短边方向上具有负焦度的镜组，经过所述焦深调节单元的光束呈发散状态。

3.根据权利要求2所述的激光退火装置，其特征在于，所述焦深调节单元包括第一柱透镜和第二柱透镜，所述第一柱透镜是在所述光斑的短边方向具有负焦度的柱透镜，所述第二柱透镜是在所述光斑的短边方向具有正焦度的柱透镜。

4.根据权利要求3所述的激光退火装置，其特征在于，所述第一柱透镜和所述第二柱透镜相对设置且距离可调整。

5.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述匀光单元包括第一组微透镜阵列和第二组微透镜阵列，所述第一组微透镜阵列用于匀化所述光斑的长边方向，所述第二组微透镜阵列用于匀化所述光斑的短边方向。

6.根据权利要求5所述的激光退火装置，其特征在于，所述第一组微透镜阵列包括第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列相互正交。

7.根据权利要求6所述的激光退火装置，其特征在于，所述第二微透镜阵列位于所述第一微透镜阵列的焦距处，且所述第二微透镜阵列与所述第一微透镜阵列沿光轴方向镜像设置。

8.根据权利要求6或7所述的激光退火装置，其特征在于，所述第二组微透镜阵列包括第三微透镜阵列和第四微透镜阵列，所述第三微透镜阵列和所述第四微透镜阵列相互正交。

9.根据权利要求8所述的激光退火装置，其特征在于，所述第四微透镜阵列位于所述第三微透镜阵列的焦距处，且所述第四微透镜阵列与所述第三微透镜阵列沿光轴方向镜像设置。

10.根据权利要求8所述的激光退火装置，其特征在于，所述第一微透镜阵列、第二微透镜阵列、第三微透镜阵列和第四微透镜阵列均由多个柱透镜组成。

11.根据权利要求8所述的激光退火装置，其特征在于，所述第一组微透镜阵列中的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列满足以下约束条件，或者，所述第二组微透镜阵列中的第三微透镜阵列和第四微透镜阵列满足以下约束条件：

12.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述聚焦单元还包括第一片透镜和聚焦单元镜组，所述焦深调节单元位于所述第一片透镜和所述聚焦单元之间。

13.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，还包括准直扩束单元，所述准直扩束单元位于所述光源单元和所述匀光单元之间，所述准直扩束单元用于对所述光束进行准直和扩束。

14.根据权利要求13所述的激光退火装置，其特征在于，所述准直扩束单元包括准直透镜、第一扩束透镜和第二扩束透镜，所述准直透镜用于将所述光源单元出射的带有一定发散角度的光束进行准直汇聚输出准平行光，所述第一扩束透镜和所述第二扩束透镜共同对准直后的所述光束进行扩束得到光斑扩大的准平行光。

技术总结
本发明提供一种激光退火装置，包括：光源单元、匀光单元和聚焦单元，所述光源单元发射的光束经过所述匀光单元和所述聚焦单元在工件上形成光斑；所述聚焦单元包括焦深调节单元，所述焦深调节单元用于降低所述光斑的短边方向的聚焦单元的焦距。本发明降低微透镜阵列加工难度，减小短边匀光装置光路长度，使整体光学结构更加紧凑，提升目标光斑的高均匀性。

技术研发人员：于迪迪,侯宝路,周伟
受保护的技术使用者：上海微电子装备（集团）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10