CN203607373U - 激光退火装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种激光退火装置，包括：激光源，提供一激光束；扩束模块，位于所述激光束输出光束的光路上；光束整形模块，用于使经所述光束整形模块输出的光束具有均匀的能量密度；平场聚焦镜，位于所述光束整形模块输出光束的光路上，用于聚焦所述光束整形模块输出的光束为平顶光斑。本实用新型提出的激光退火装置及其激光退火方法，通过光学组件调节传输出能量分布均匀的平顶光斑，其具有退火效率高，均一性好的优点，同时提高了晶体排列的激活率，具有更高的加工效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光退火装置技术领域，尤其涉及一种可提高晶体排列的激活率的激光退火装置。
背景技术
随着消费电子和家电业的飞速发展，高压集成电路的耐高压程度也在逐步提高，高压功率集成电路常用BCD（Bipolar CMOS DMOS）工艺，BCD是一种半导体功率器件领域的制造技术，该工艺集合了Bipolar（绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体）高模拟精度、CMOS的高集成度以及DMOS的高功率和高压特性。由意法半导体1986年率先研制成功，使得器件同时具备了双极器件的高跨导强负载驱动能力和CMOS集成度高、低功耗的优点。整合过的BCD工艺可以大幅降低功耗，提高系统的性能和可靠性。
然而，由于该工艺的PSD（P型重掺杂区）和NSD（N型重掺杂区）工艺之后，有部分晶体排序不是有序的，而且不规则的，需要退火工艺来改变排序，提高激活率。传统工艺是采用石英玻璃的退火炉烘烤退火，由于铝基的熔点低，退火炉的温度只能小于450度，导致晶体吸收能量低，退火后激活率仅提高9-13%。其退火效率低，不能够满足市场发展的需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种可提高晶体排列的激活率的激光退火装置。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种激光退火装置，包括：
激光源，提供一激光束；
扩束模块，位于所述激光束输出光束的光路上；
光束整形模块，用于使经所述光束整形模块输出的光束具有均匀的能量密度；
平场聚焦镜，位于所述光束整形模块输出光束的光路上，用于聚焦所述光束整形模块输出的光束为平顶光斑。
作为本实用新型的进一步改进，所述扩束模块包括扩束镜，所述扩束镜由共焦的凹透镜和凸透镜组成。
作为本实用新型的进一步改进，所述光束整形模块采用非球面透镜组或者衍射光学元件。
作为本实用新型的进一步改进，所述激光退火装置还包括位于所述激光束的光路上并设置于所述光束整形模块与所述平场聚焦镜之间的扫描振镜，所述扫描振镜包括用于将输出光束偏转的扫描镜以及调节光束直径的振镜。
作为本实用新型的进一步改进，所述平场聚焦镜的焦距为160mm。
作为本实用新型的进一步改进，所述激光束的波长处于100-400nm的紫光波段或者400-700nm的绿光波段或者1025-2080nm的红外波段。
作为本实用新型的进一步改进，所述平顶光斑的能量密度为2~5J/cm2。
作为本实用新型的进一步改进，所述激光退火装置还包括影像定位系统，所述影像定位系统与所述平场聚焦镜配合设置以将所述平顶光斑定位并聚焦至作用面。
作为本实用新型的进一步改进，所述影像定位系统包括CCD模组、远心镜头以及LED光源，其中，所述CCD模组套设于所述远心镜头上，所述LED光源设于所述远心镜头的任一侧的外缘。
作为本实用新型的进一步改进，所述激光退火装置还包括控制系统，所述控制系统与所述影像定位系统配合设置以实现在所述作用面上选区退火。
本实用新型的有益效果在于，提出一种激光退火装置及其激光退火方法，通过光学组件调节传输出能量分布均匀的平顶光斑，其具有退火效率高，均一性好的优点，同时提高了晶体排列的激活率，具有更高的加工效果。
附图说明
图1为本实用新型的激光退火装置的整体结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
请参图1所示，为本实用新型的激光退火装置整体结构示意图，包括：激光源1，光学组件，影像定位系统20以及控制系统。其激光源1发出的激光束经光学组件内光学元件间配合调节转换后，照射出能量均衡的平顶光斑，该平顶光斑具有退火效率高，均一性好的优点，同时提高了晶体排列的激活率，具有更高的加工效果。
具体地，该激光源1可选用高功率固体脉冲激光器，其提供一激光束照射至光学组件，优选地，该激光束的波长处于100-400nm的紫光波段或者400-700nm的绿光波段或者1025-2080nm的红外波段。
光学组件，位于激光束的行径线路上并将激光束聚焦为平顶光斑。优选地，该平顶光斑可为长方形、方形或者圆形，其能量密度为2~5J/cm2。详细地，该光学组件包括扩束模块3、光束整形模块4以及平场聚焦镜6，其中，扩束模块3主要用于扩束、并准直激光源1输出的激光束，该扩束模块3设置于激光源1的输出端且位于激光束输出光束的光路上，扩束模块3包括一扩束镜，该扩束镜由共焦的凹透镜和凸透镜组成。光束整形模块4用于使经该光束整形模块4输出的光束具有均匀的能量密度，即为多条能量密度均匀的高斯光束，高斯光束的能量分布特点为中间高，边缘低。该光束整形模组采用用非球面镜组或者衍射光学元件，具体地，非球面镜组由共焦的平凹非球面镜和平凸非球面镜组成；衍射光学元件具有是光束整形的一种极为有效的方法，衍射光学元件又称二元光学器件，其是利用计算机设计衍射图，并通过微电子加工技术在光学材只做浮雕的元件。平场聚焦镜6位于光束整形模块4输出光束的光路上，用于聚焦光束整形模块4输出的光束为平顶光斑。特别地，平顶光斑的特点为光强均匀分布的光斑。在本实施方式中，该平场聚焦镜6采用焦距为160mm的平光镜，平顶光斑的能量密度为2~5J/cm2。
另外，该光学组件还包括有光闸2、设于光束传播线路上的45度反光镜（未图示）、以及位于光束整形模块4与平场聚焦镜6光线传播路线上的扫描振镜5。详细地，光闸2用于打开以控制光束的输出或关闭以切断光束的输出。45度反光镜主要用于光线的路线的调整，并且该45度反光镜的反射率大于98%，根据光线传播路线改变的需要，该45度反光镜可任意设置于光束传播的路线上。当然，根据路线调节的需求，也可设有多个45度反光镜。特别地，扫描振镜5包括有用于将输出光束偏转的扫描镜51以及调节光束直径的振镜52。通过该扫描振镜5的调节，可控制输出平顶光斑的形状，如正方形、长方形、圆形或其他任意形状。
影像定位系统20，该影像定位系统20与平场聚焦镜6配合以定位平顶光斑聚焦至作用面10，其包括高分辨率的CCD模组21、高倍的远心镜头22以及LED同轴光源23。其中，CCD模组21套设于远心镜头22上，LED光源23设于远心镜头22的任一侧的外缘。该影像定位系统20与控制系统PC相连，通过CCD模组21、远心镜头22以及LED同轴光源23配合工作，从而完成寻焦定位。
控制系统，与影像定位系统20通信配合以实现激光束在作用面10上选区退火。详细地，该控制系统包括工控机、振镜控制卡、运动控制卡、驱动器、高精度导轨、光栅尺及气动元件。其中，振镜控制卡与运动控制卡与PC集成，高精度导轨设于作用面10的下方，工控机扩展运动控制卡和振镜控制卡，与PC通讯控制作用面10的高精度运动，从而实现该设备做二维任意图形的退火扫描。优选地，扫描间距为300~800μm，扫描幅面为80*80mm，配合高精度导轨运动，可以完成任意大小的硅片整片退火。
当然在光学组件的各元件之间还可以添加有反光镜之类的用于改变传播路线但不会改变光束能量密度的光学反射器件，通过改变传播路线以便该激光退火装置的整体结构设置的便捷。
采用本实用新型的激光退火装置，可以提高得到能量均衡的平顶光，并且该平顶光均一性好，可提高退火的效率，并且配合影响定位系统以及控制系统可控制聚焦至作用面10，同时实现对作用面10的选区退火。
本实用新型通过上述实施方式，可以改善传统的退火炉烘烤退火效率差的问题，通过光学组件调节传输出能量分布均匀的平顶光斑，其具有退火效率高，均一性好的优点，同时提高了晶体排列的激活率，具有更高的加工效果。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光退火装置，其特征在于，包括：
激光源，提供一激光束；
扩束模块，位于所述激光束输出光束的光路上；
光束整形模块，用于使经所述光束整形模块输出的光束具有均匀的能量密度；
平场聚焦镜，位于所述光束整形模块输出光束的光路上，用于聚焦所述光束整形模块输出的光束为平顶光斑。
2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述扩束模块包括扩束镜，所述扩束镜由共焦的凹透镜和凸透镜组成。
3.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述光束整形模块采用非球面透镜组或者衍射光学元件。
4.根据权利要求3所述的激光退火装置，其特征在于，所述激光退火装置还包括位于所述激光束的光路上并设置于所述光束整形模块与所述平场聚焦镜之间的扫描振镜，所述扫描振镜包括用于将输出光束偏转的扫描镜以及调节光束直径的振镜。
5.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述平场聚焦镜的焦距为160mm。
6.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述激光束的波长处于100-400nm的紫光波段或者400-700nm的绿光波段或者1025-2080nm的红外波段。
7.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述平顶光斑的能量密度为2~5J/cm2。
8.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述激光退火装置还包括影像定位系统，所述影像定位系统与所述平场聚焦镜配合设置以将所述平顶光斑定位并聚焦至作用面。
9.根据权利要求8所述的激光退火装置，其特征在于，所述影像定位系统包括CCD模组、远心镜头以及LED光源，其中，所述CCD模组套设于所述远心镜头上，所述LED光源设于所述远心镜头的任一侧的外缘。
10.根据权利要求9所述的激光退火装置，其特征在于，所述激光退火装置还包括控制系统，所述控制系统与所述影像定位系统配合设置以实现在所述作用面上选区退火。
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