CN106141428B - 激光处理装备中用于减少斑纹的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

这里所描述的实施方式提供用于以均匀的激光能量处理半导体基板的设备和方法。激光脉冲或光束被导引至空间均化器，该空间均化器可为多个透镜，这些透镜沿着平面布置，该平面垂直于激光能量的光学路径，一个实例是微透镜阵列。该空间上均匀的能量由空间均化器产生，该空间上均匀的能量接着被导引至折射介质，该折射介质具有多个厚度。所述多个厚度的每一个厚度与其他厚度相差至少激光能量的相干长度。

Description

激光处理装备中用于减少斑纹的设备和方法
本申请是申请日为2012年9月26日申请的申请号为201280043966.2，并且发明名称为“激光处理装备中用于减少斑纹的设备和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
在此所述的实施方式涉及半导体基板的热处理。更具体而言，在此所述的实施方式涉及半导体基板的激光热处理。
背景技术
在半导体制造中，热处理通常用于在半导体基板中熔化、退火、结晶和激活半导体基板中的掺杂剂。通常以高功率水平处理半导体基板，并且激光频繁地被用以实现所述高功率水平。激光产生相干光(coherent light)，相干光具有能量的非均匀空间分布。根据激光介质的结构，能量分布将具有局部极大值和局部极小值，局部极大值和局部极小值造成较高的能量强度和较低的能量强度，较高的能量强度和较低的能量强度导致非均匀的基板处理。此外，激光能量场的形状通常与处理区域的所需形状不同。
大量的工作一直致力于提高激光能量场的均匀性以及致力于使激光能量场的形状适应于所需的几何形状，此激光能量场改良的进度大致与半导体装置尺寸缩小的进度同步。然而，如同微型化的趋势仍在持续进行，仍然需要进一步的改良。
发明内容
这里所描述的实施方式提供用于以均匀的激光能量处理半导体基板的设备和方法。激光脉冲或光束被导引(directed)至空间均化器(homogenizer)，空间均化器可以是多个透镜，多个透镜布置成沿着垂直于激光能量的光学路径(optical path)的平面，一个实例是微透镜阵列。由空间均化器产生的空间上均匀的能量接着被导引至具有多个厚度的折射介质。多个厚度的每一个厚度与其他厚度间相差至少激光能量的相干长度。
在一些实施方式中，折射介质是单一(unitary)介质，诸如棱镜。棱镜可以包括多个不同长度的柱。折射介质通常具有接收表面和多个传输表面，所有接收表面和多个传输表面都垂直于激光能量的光学路径。传输表面与接收表面之间的距离是不同的，因而构成多个厚度的棱镜。在另一个实施方式中，折射介质是不同长度的棒体(rod)的集合。在另一个实施方式中，折射介质是多个折射板。
附图说明
可参照实施方式(其中一些图示在附图中)来详细理解本发明的上述特征以及以上简要概述的有关本发明更为具体的描述。然而，应注意的是附图仅图示本发明的典型实施方式并且因此不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许其他等效的实施方式。
图1是根据一个实施方式的热处理设备的示意图。
图2A是根据一个实施方式的均化器的平面图。
图2B是根据另一个实施方式的均化器的透视图。
图2C是根据一个实施方式的折射介质的透视图。
图2D是根据另一个实施方式的折射介质的透视图。
图3是总结实施方式的方法的流程图。
图4是根据一个实施方式的组合器的平面图。
为了便于理解，已尽可能地使用相同的参考数字来标示各图共有的相同元件。预期在一个实施方式中披露的元件可有益地用于其他实施方式而无需特别叙述。
具体实施方式
图1示意性地示出热处理设备100的实施方式。能量源102可以是相干光源，诸如激光光源，能量源102设置在壳体(enclosure)114中。能量源102将能量传输至可选的组合器104，如果使用多个发生器，组合器104用于将来自能量源102的多于一个发生器的能量束加以组合。能量束从组合器104行进进入均化器106中，均化器106将能量束重组成均匀的能量束而穿过孔116以产生所需的场形状，然后行进至工作台(stage)110的工作表面120。待处理的基板设置在工作表面120上，并且穿过孔116的能量通常以实质上垂直的方向照射(impinge)基板。能量形成覆盖基板的处理区域的能量场。在第一处理区域经处理后，通过移动工作台110来移动基板以将随后的处理区域暴露于能量场。在一个实例中，工作台110是精密x-y工作台。控制器112可耦接至工作台110来控制工作台110移动，并且控制器112可耦接至能量源102和组合器104以控制能量传输到工作表面120。设备100形成具有所需几何形状和高度均匀的能量密度分布的能量场，以促进基板上所有处理区域的均匀处理。
能量源102可包括多个激光。通常使用高功率连续波或脉冲激光。激光能量的范围基本上可从单峰能量(M2≈1)至高模态能量(M2>30)，高模态具有数百或数千的空间模态。若集光率(etendue)较大，则可将来自各发生器的激光能量加以准直(collimated)以防止在光学处理期间扩散能量损失。脉冲激光可具有从飞秒到微秒范围的脉冲持续时间。在一个实施方式中，可使用4个Q-开关、倍频的Nd：YAG激光发射532nm的激光能量，该激光能量介于30兆瓦(MW)与50兆瓦(MW)之间并且脉冲范围从约5纳秒至约30纳秒每脉冲，M2值为约500与约1000之间。
如果能量源102包括多于一个发生器，来自能量源102的能量可被导引至组合器104。组合器104使一个以上的能量束或脉冲成为一个能量束或一个脉冲。图4是根据实施方式的组合器400的平面图，组合器400可以用作可选的组合器104。使用包含在壳体499中的光学镜片(optic)以防止光污染，组合器400将从能量源102接收的第一输入424A和从能量源102接收的第二输入424B组合为一个输出438。两个输入424A/B通过设置在壳体499开口中的输入透镜402A和402B进入组合器400。在图4的实施方式中，两个输入透镜402A/B沿着壳体499的一个表面对准，输入424A/B以实质上平行的方向进入壳体499。
两个输入424A/B被导引至组合光学镜片408，组合光学镜片408将两个脉冲组合为一个脉冲438。组合光学镜片具有第一进入表面407A和第二进入表面407B，第一进入表面407A的方向垂直于第一定向输入426A的进入路径，第二进入表面407B的方向垂直于第二定向输入426B的进入路径，以避免定向输入426A/B进入组合光学镜片408时的任何折射。图4的组合光学镜片408是具有选择表面409的晶体，选择表面409的方向使得第一和第二定向输入426A/B各自以约45°的角度撞击选择表面409。选择表面409根据光的性质而选择性地与光相互作用。组合光学镜片408的选择表面409可反射第一定向输入426A并且传输第二定向输入426B以产生组合输出428。为了促进输入的组合，每一个定向输入426A/B可被定制以特定的方式与选择表面409相互作用。
在一个实施方式中，选择表面409是极化面(polarizing surface)。极化面可具有极性的线性轴，使得将定向输入426B极化成平行于极化面的轴线，该步骤允许定向输入426B由极化面传输，并且将定向输入426A极化成垂直于极化面的轴线，该步骤允许定向输入426A由极化面反射。将两个定向输入426A/B与极化面上的相同点对准使得组合输出428从组合光学镜片408的第一出射表面(exit surface)407C出现而垂直于第一出射表面407C，以避免组合输出428的任何折射。或者，选择表面409可以是圆极化器，定向输入426A为了加以反射而以与圆极化器相对的极化方式加以圆极化，定向输入426B为了加以传输而以与圆极化器相同的极化方式加以圆极化。在另一个实施方式中，定向输入426A/B可具有不同的波长，并且所述选择表面409可配置为反射一种波长的光并且传输另一种波长的光，诸如使用介质镜(dielectric mirror)。
在极化的实施方式中，定向输入426A/B的极化的是使用极化滤波器(polarizingfilter)406A/B完成的。极化滤波器406A/B将424A/B输入加以极化而使424A/B输入被组合光学镜片408的选择表面409选择性地反射或传输。极化滤波器406A/B可以是波片，例如，半波片或四分之一波片，这些极化轴的方向彼此正交以产生用于在选择表面409处选择性反射和传输的正交极化光。每一个极化滤波器406A/B的轴可被独立地调整，例如用旋转致动器405A/B，以将定向输入426A/B的极化与选择表面409的极化轴精确地对准，或提供输入脉冲426A/B的极化轴与选择表面409的极化轴之间的所需偏向(deviation)角。
调整定向输入426A/B的极化轴的步骤控制组合输出428的强度，因为极化滤波器根据马吕斯定律(Malus’s Law)传输入射光，马吕斯定律认为由极化滤波器传输的光强度与入射强度以及滤波器极化轴与入射光极化轴之间的夹角的余弦平方成正比。因此，旋转极化滤波器406A使得极化滤波器406A的极化轴偏离于一方向，该方向垂直于所述选择表面409的极化轴，因而导致定向输入426A的一部分通过选择表面409传输。同样地，旋转极化滤波器406B使得极化滤波器406B的极化轴偏离方向，该方向平行于所述选择表面409的极化轴，因而导致定向输入426B的一部分选择表面409反射。这种来自每个定向输入426A/B的“非选择”光被组合成退回能量(rejected energy)430，退回能量430通过第二出射表面407D离开组合光学镜片408进入到能量转储件(energy dump)410中。以上述这种方式，每一个极化滤波器作为调光器开关以使穿过极化滤波器的能量强度衰减。
应当注意的是，将由组合光学镜片408组合的所述两个定向输入426A/B被导引朝向选择表面409的相对两侧而用于选择性反射和传输。因此，第一输入402A被反射器(reflector)404沿着路径导引，该路径使第一输入402A朝向选择表面409的反射侧，而第二输入402B被导引朝向选择表面409的传输侧。任何反射器的组合可以自然地用于引导光在组合器400内沿所需路径。
组合输出428可与第一分路器(splitter)412相互作用，第一分路器412将组合输出428分路成为输出438和样本432。分路器412可以是部分反射镜(partial mirror)或脉冲分路器。样本432可被导引至诊断模块433，诊断模块433分析样本432的性质来表示输出438的性质。在图4的实施方式中，诊断模块433具有两个检测器416和418，检测器416和418分别检测样本的瞬时形状(temporal shape)以及样本的总能量含量。第二分路器414形成第一子样本436和第二子样本434以用于输入上述各检测器。瞬时形状检测器416为强度监控器，监控在很短的时间尺度内撞击监控器的能量信号强度。入射到瞬时形状检测器上的能量脉冲可具有从1皮秒至100纳秒的总持续时间，因此瞬时形状检测器适用于在这些时间尺度内纪录瞬时形状，在这些时间尺度内的有效分段(subdivision)里呈现强度信号，其中瞬时形状检测器是光电二极管或光电二极管阵列。能量检测器418可以是诸如热电偶之类的热电装置，该热电装置将入射的电磁辐射转换成可以测量的电压，以表示子样本434的能量含量。因第一分路器412和第二分路器414基于所述第一分路器412和第二分路器414的传输部分而对入射光的已知部分进行取样，输出438的能量含量可以由子样本434的能量含量计算出。
来自诊断模块433的信号可被发送到图1中的控制器112，控制器112可调整操作或能量源102或组合器400以实现所需结果。控制器112可以将电子定时器调整成耦接至每一个激光的有源q-开关以控制脉冲时序以响应来自瞬时形状检测器416的结果。更快地循环有源q-开关致使更短的脉冲，反之亦然。控制器112可耦接至旋转致动器405A/B以基于来自能量检测器418的结果、通过调整穿过极化滤波器406A/B的光的极化角而调整输出438的强度。以这种方式，输出438的持续时间和能量含量可被独立控制。控制器112还可以被配置来调整输入到每个激光的功率。
如果需要的话，输出438可由光阀(shutter)420中断。如果从组合器400出现的激光能量待被中断以调整在组合400之后的部件，在这种情况下光阀420可以被设置为安全装置。输出438通过输出透镜422离开组合器400。
输出438是两个定向输入426A/B的组合。因此输出438具有性质，该性质能代表两个定向输入426A/B性质的组合。在上述极化的实例中，根据每个定向输入426A/B在所述选择表面409处的传输/反射的程度，输出438可具有椭圆极化，椭圆极化代表两个正交极化的、具有不同强度的定向输入426A/B的组合。在一个实例中，在选择表面409处使用入射波长以组合两个输入，输出438将具有波长，该波长根据两个定向输入426A/B各自的强度而代表两个定向输入426A/B的组合波长。
例如，1,064nm的反射式介质镜可以设置在组合光学镜片408的选择表面409处。定向输入426A可具有约1,064nm的波长并且具有强度A以从选择表面409反射，并且定向输入426B可具有532nm的波长并且具有强度B以传输通过选择表面409。组合输出428将是共传播的双光子双脉冲，双光子双脉冲具有定向输入426A/B的波长和强度，双光子双脉冲的总能量含量是两个脉冲能量的总和。
图4中的组合器400可用于将两个输入组合成为一个输出。光学组合器包括在不同的配置中的相似元件，如果需要的话，这些元件可进一步用以组合从组合器400的输出。例如，一对组合器(诸如组合器400)可基于极化将四个输入组合成两个中间体，并且第三组合器可基于波长将两个中间体组合成一个输出。
来自可选的组合器104(或直接来自能量源102)的能量被导引至均化器106。图2A是根据一个实施方式的均化器200的平面图，均化器200可作为图1中设备100的均化器106来使用。均化器200包括空间解相关器(decorrelator)202和时间解相关器204。图2A示意性地示出解相关器202和204，以图示说明对于大部分实施方式而言，空间解相关器202沿着光学路径定位在时间解相关器204之前。解相关器202和204可以如图2A中所建议的呈实体接触(physical contact)，或者如果需要的话，解相关器202与204之间可被隔开一段距离，为不同的介质传播通过创造条件。
空间解相关器202将来自截面图像的不同区域的能量混合，该能量入射到空间解相关器202的接收表面226上。截面图像的每一个分量区域(component area)被投射成为更大的场，在某些情况下投射在整个合成(resultant)图像场上，以产生从空间解相关器202的传输表面228传输来的各分量区域的合成图像。出现于入射能量中的空间模态重叠于生成的合成图像中以产生空间上均化的图像。局部强度极大值和极小值被叠加以减少产生于空间模态的能量分布不均匀和空间模态的盛行(prevalence)。
时间解相关器204减少入射至时间解相关器204的接收表面230上的能量的时间相关性以产生从时间解相关器204的传输表面232所传输的解相关图像。解相关图像相对于入射能量呈相位均匀，以减少与时间相干能量相关联的干涉图案。时间解相关器204通常将入射能量导引通过在折射介质内的多个不同的路径长度以将该入射能量解相关。
图2B是根据另一个实施方式的均化器240的透视图。均化器240具有多个透镜202A，多个透镜202A可以是布置在与输入能量206的光学路径的交叉处的微透镜阵列。多个透镜202A设置成沿实质上垂直于输入能量206的传播方向的平面。多个透镜202A的每个透镜208接收入射能量的一部分并且将该部分投射至合成图像210上，合成图像210具有面积，该面积大于入射能量的接收部分的面积。因此，来自透镜208的图像的一部分与来自所有其他的透镜208的每一个图像的一部分重叠以形成合成图像210。这样形成的合成图像210可根据透镜208的特性和多个202A的布置而具有中央区域212，中央区域212具有比合成图像210的周边区域214更高的强度和/或空间均匀性。应当指出的是，虽然在图2B中示出矩形截面，实施方式可以具有任何所需的截面形状，诸如圆形、椭圆形、方形、六角形、或其它多边形和/或不规则的形状。此外，在一些实施方式中，多个透镜202A的平面可以相对于输入能量206的传播方向成一定角度。或者，透镜208可以是错开(staggered)的，也就是说，每个透镜208可以位于与基准面相距一定距离的位置，每个透镜208与基准面相距的距离可以是不同的。这样的实施方式可通过使大多数透镜208的传输图像的部分穿过另一个透镜而提供额外的空间均匀化以产生经空间均匀化的图像210。
如图2B所示，多个透镜202A设置成沿表面，该表面界定与输入能量206的传播方向垂直的平面。在替代的实施方式中，多个透镜202A可以设置成沿表面，该表面界定曲线，该曲线具有位于入射能量206的传播轴线上的曲率轨迹，入射能量206位于多个透镜202A的传输侧。如果在多个透镜202A与时间解相关器204A之间有空间，这样的配置可有效降低光从多个透镜202A的扩散。如果在多个透镜202A与时间解相关器204A之间没有空间，扩散能量可以由时间解相关器204A的折射边缘反射，或反射材料可以围绕多个透镜202A和时间解相关器204A中的一者或两者。
如图2B所示，多个透镜202A作为单一物体的一部分。或者，如果需要的话，可以使一个或更多个透镜208脱离其他透镜208。使用多个脱离的透镜在不时地调整透镜以提高性能的实施方式中是有帮助的。如上所述，如果这些透镜与基准面相距不同的距离，则透镜208也可以是脱离的。
来自多个透镜202A的合成图像210传到时间解相关器204A的接收表面220。时间解相关器204A为折射介质，折射介质包括多个折射窗格(refractive pane)212，这些折射窗格212在界面表面214处接触。每一个折射窗格212具有厚度“t”，厚度“t”可以相同或不同。进入折射介质的接收表面220的能量穿过折射介质而至第一界面表面214。一小部分能量在第一界面表面214处被反射返回到接收表面220，在接收表面220，一部分能量被反射回来而进入折射介质导致部分入射能量行进不同路径长度而通过折射介质。相同的反射/再反射图案发生在所有的界面表面214处，导致了行进通过折射介质的各种不同的路径长度。假设路径长度的差异不是相干光波长的整数倍，行进不同的路径长度而通过折射介质的相干光将呈相位解相关。如果不同的路径长度在长度上有大于入射能量的相干长度(有时以光速除以pi和光学带宽(optical bandwidth)来表示)的量，则会改良解相关。
窗格212可以是相同的材料或不同的材料，并且可以是任何透光的折射材料。窗格可以是固体、液体或气体，例如内部具有折射性液体或气体的窗格状容器。示例性的折射材料为玻璃、石英和蓝宝石。亦可使用诸如水之类的透明液体和空气以外的气体，空气以外的气体可以具有与空气相对不同的折射率。如图2B所示，窗格212在界面表面214处接触，但窗格212中的一个或更多个可以与其他窗格隔开，使得一个或更多个界面表面214包括两个相邻窗格212的两个表面，所述两个表面由空间分隔。这样的布置可冒着一些能量损失于空间中的风险而增加时间解相关。在某些情况下，使反射材料围绕在窗格212的边缘上可减少这种损失。
从时间解相关器204A的传输表面222出现的解相关图像234具有截面形状，该截面形状与进入接收表面220的能量类似，该截面形状具有中央区域218，该中央区域218具有来自所述多个透镜202A的多个重叠的图像部分，并且因此与解相关图像234的周边区域216相比，中央区域218具有更高的空间均匀性。
图2C是根据另一个实施方式的时间解相关器204B的透视图。图2C的时间解相关器204B可以作为图2A的均化器200的时间解相关器204使用。图2C的时间解相关器204B与图2B的解相关器204A在许多方面相似，但不同的是，窗格212在一定方向上错开，该方向横向于入射能量206(图2A)的传播方向。错开窗格212提供具有多个厚度t1-t5的折射介质，入射能量的不同部分传播通过该折射介质。因此，入射能量的一部分行进通过厚度t1的折射介质，并且入射能量的一部分经历光学路径长度为t1的折射效应。入射能量的另一部分行进通过厚度为t2的折射介质，经历光学路径长度为t2>t1的折射效应，以及长度为t3、t4和t5等等。如果窗格212具有不同的厚度，折射介质可具有至多为2n-1的厚度，其中n是窗格的数目。使不同的光学路径长度的数目相乘增加时间解相关的可用性，尤其是当所有的光学路径长度中的差异大于入射辐射的相干长度时。
图2C中的窗格212是以均匀的距离或节距(pitch)“p”错开(每个窗格212相对于前一个窗格212在一个方向上，例如，在“正-x”方向)。在替代的实施方式中，一些窗格除了在“正x”方向外也可以在“负x”方向错开，得到具有延伸至与传播方向正交的一个轴的两侧上的部分的折射介质。在其他替代的实施方式中，一些窗格亦可以正向和/或负向沿y方向错开。此外，尽管图2C示出的解相关器204B作为窗格212的集合，解相关器204B也可以是根据上述任何模态构成的具有多个厚度的单一介质，诸如融合(fused)窗格的集合或棱镜。如果需要的话，可以通过保留窗格之间的折射边界的方式融合相同材料的融合窗格，以得到作为堆叠(stacked)窗格的集合的类似结果。
在窗格具有相似尺寸和形状的情况下，对于所有窗格212来说，窗格错开的节距“p”可以是恒定的或可以是不同的。如果平均节距p满足关系式2(n-1)p<w，其中n是窗格数并且w是在堆叠中的第一个和最后一个窗格的宽度的总和，那么所有堆叠中的窗格将重叠成某个程度。应当指出的是，只要有任何由于折射效应而变化的光学路径根据具体的实施方式来管理，不必所有窗格212具有相同的形状或尺寸。在一个实施方式中，每一个厚度t1-tn具有相等的面积覆盖，使得相等面积的入射能量场穿过各厚度的折射介质204B。自然地，在其他实施方式中，厚度t1-tn的面积覆盖可能是不同的。
在一个实施方式中，解相关器204B是五个玻璃窗格的集合，每个玻璃窗格约1厘米厚，并在一个方向上每窗格约1厘米均匀的节距错开。窗格为约1.0厘米×0.6厘米×1厘米，以便覆盖入射能量的光学路径，入射能量具有约1厘米的截面尺寸。
图2D是根据另一个实施方式的时间解相关器204C的透视图。时间解相关器204C可以作为图2A的均化器200中的时间解相关器204使用。根据由图2C的解相关器204B所体现的相同的一般原理，解相关器204C是折射介质，折射介质界定多个光学路径长度而用于使入射能量场的不同部分穿过，从而产生入射能量场的时间解相关。在图2D的实施方式中，多个柱224设置成与组合图像210(图2B)的光学路径交叉。在大多数情况下，柱224定向成沿与组合图像210的传播方向平行的轴线延伸。柱224共同形成折射介质226，折射介质226具有多个厚度而使入射能量场的各部分行进通过折射介质226。
如图2D所示，柱224可具有基本上随机的长度，每一个柱224可具有与每个其他的柱224不同的长度，但随机性和不同长度的数目都不与所需柱的数目相等。较大数目的不同厚度或柱的长度将导致更好的整体解相关，并且和其他长度相差超过入射能量的相干长度的厚度或柱长度将更提高效果。
具有不同长度的柱224提供多个传输表面222，传输表面222与接收表面220相对。入射到接收表面220上的能量根据柱224的长度行进通过各种柱224，并且该能量在不同的时间从各传输表面222出现。应当指出的是，柱224不需要布置成与平坦接收表面220在一起，如图2D所示，但可以被布置成用以除提供多个错开的传输表面222以外提供多个错开的接收表面，或提供多个错开的接收表面以替代多个错开的传输表面222。
至于解相关器204C，柱224可以是相同的材料或不同的材料，并且可以是以融合或以其它方式结合在一起。在一个实施方式中，离散柱224的集合可以由反射粘合剂结合在一起成为实体接触，同时使接收表面220和传输表面222保持清晰(unobscured)，该粘合剂包围反射隧道中的柱的周边侧。柱224形成界面表面，界面表面介于柱224之间，界面表面呈实体接触，并且界面表面提供了反射和折射的机会而改良这些模态的解相关。反射结合将减少任何折射损失。此外，解相关器204C可以是单一介质，诸如棱镜，以柱状方式制作以提供不同厚度。
每个均化器200和240被描述为具有单一空间均化器和单一时间均化器。在替代的实施方式中，多个空间均化器和/或时间均化器可以与空间均化器一起被使用，每个空间均化器与其他空间均化器相同或不同并且每个时间均化器与其他时间均化器相同或不同。在其他替代的实施方式中，时间均化器的传输表面可以是扩散的，例如，通过为表面提供微细(fine)的纹理。此外，如果时间均化器的折射介质呈任何程度的扩散，时间均化器的传输表面可成一定角度以抵消扩散，如果需要的话，或准直透镜可被施加到传输能量。
根据任何上述实施方式，由均化器106传输的能量穿过孔116以提供具有所需形状和大小的能量场。孔116可用于截断能量场的任何部分而不具有所需的均匀性，诸如图2B的能量场234的周边区域216。使所得经均匀化的能量场被导引朝向设置在工作表面120上的基板。
与图2A-2C相关的所述光学元件被描绘成大致对齐于与入射能量206传播方向平行的光轴。在替代的实施方式中，一个或更多个光学元件可被定向成沿与传播方向形成一定角度的轴线。在这样的实施方式中，接收和传输表面可以与传播轴垂直或相对于传播轴成一定角度。自然地，以一定角度照到折射边界的光将在某种程度上被反射。可以使用反射光学镜片以尽量减少这样的反射，例如，通过利用可能发生的内部反射和通过在折射介质周围设置反射元件。如果需要的话，诸如折射介质204A-204C之类的光学元件可具有曲率以调整传播轴。
时间解相关器204A/B/C被描绘成通过迫使光行进不同距离而通过构成时间解相关器的折射介质，来影响通过时间解相关器204A/B/C的光的传输。应当指出，在替代的实施方式中，光的传输时间也可通过将光发送通过具有不同折射率的不同材料而受到影响。在一般情况下，时间解相关器204A/B/C具有多个不同的路径，这些路径用于光的传输，并且不同的路径具有不同的传输时间，借助于行进通过介质的距离，或借助于传输通过具有不同折射率的不同材料，或两者兼而有之。时间解相关是通过迫使光以不同的速度行进给定的距离来实现的，或者通过行进不同距离而通过折射介质来实现，或者通过行进相同距离而通过不同折射介质来实现，或它们的任意组合来实现。
在一个实施方式中，具有规则的形状(诸如长方体(rectangular solid))的棱镜或单一介质可由具有不同折射率的不同材料制作以产生具有不同传输时间的路径。在一些实施方式中，只有两种材料被使用，其中在单一介质内的不同位置处，有界面介于所述两种材料之间。如果第一材料具有厚度d1和折射率n1以及第二材料具有厚度d2和折射率n2，通过两个折射介质的总光学路径的有效折射率是n1和n2的加权平均值，即(n1d1+n2d2)/(d1+d2)。通过为穿过介质的不同路径提供不同距离d1和d2，可实现沿不同路径的传输时间的差动控制(differential control)。在一些实施方式中，光路径可以具有传输时间，传输时间与每一个其他的传输时间相差光的相干时间。
图3是根据另一个实施方式的总结方法300的流程图。图3中，方法300用于提供用于热处理基板的均匀能量场。在302处，激光能量被导引通过与激光能量的光学路径交叉的多个透镜以形成合成图像。激光能量可以是单一激光能量的传播或两个或更多个传播的组合，例如，两个组合光束或两个组合脉冲。所述多个透镜可符合任何上述的与图2A-2C相关的实施方式。每个透镜将入射能量的一部分投射到图像场上，所述图像场与所有其他透镜的图像场重叠。图像场的重叠部分，通常为合成图像的中央区域，是呈高度空间均匀性的，而合成图像的周边部分可以是空间均匀性较差的。
在304处，合成图像被导引通过折射介质，该折射介质具有与合成图像的光学路径交叉的多个厚度以形成解相关图像。折射介质可符合任何上述的与图2A-2C相关实施方式。折射介质提供具有不同长度的多个光学路径，合成图像的各部分行进通过折射介质。通过折射介质的不同路径长度导致合成图像的一部分相对于合成图像的另一部分的相位位移。在一些实施方式中，折射介质的每一个光学路径长度与每一个其他的光学路径长度相差大于入射能量的相干长度的量。在其它实施方式中，一些光学路径长度可与其他的光学路径长度相差大于入射能量的相干长度的量，而另一些光学路径长度相差小于入射能量的相干长度的量。在一些实施方式中，一些光学路径长度可与其他光学路径长度相同，而一些可以是不同的，以提供时间解相关。
不同的厚度可以根据均匀的或不均匀的分布而沿着单一轴或两个轴来分布。不同的厚度导致多对接收表面和传输表面，其中每个接收/传输表面对被距离分隔，该距离不同于至少一个其它接收/传输表面对的距离。在一些实施方式中，所有接收/传输表面对的分隔距离可以是不同的，而在一些实施方式中，表面对可落入由它们的分隔距离界定的组中。在一些实施方式中，这些距离相差超过入射于接收表面的能量的相干长度的距离。
在306处，基板的处理区域暴露于解相关图像。如果需要的话，可使解相关图像穿过孔以塑形、调整尺寸大小、和/或截断图像，例如，除去图像场的任何不符合所需均匀性的部分。为了处理整个基板，第一处理区域通常按如上所述被识别和处理。然后随后的处理区域被识别，通常随后的处理区域邻近于第一处理区域，并且在某些情况下与第一处理区域的边界叠加或共享边界。基板被移动以定位用于处理的随后的处理区域，并且通过重复步骤302的导引、304的导引、和306的暴露来处理随后的处理区域。重复处理步骤直到基板的所有所需处理区域被处理。
虽然上述内容为关于本发明的实施方式，可不背离本发明的基本范围而提出本发明的其他和进一步的实施方式。

Claims (17)

1.一种用于提高相干光的能量均匀性的设备，所述设备包含：
多个透镜，将所述多个透镜定位以产生合成投射场；以及
折射介质，所述折射介质具有一个或更多个第一表面和一个或更多个第二表面，其中每一个第二表面位于与所述一个或更多个第一表面相距一个或更多个距离的位置，并且所述折射介质被定位成在所述一个或更多个第一表面接收所述合成投射场，并且从一个或更多个第二表面传输能量场，或所述折射介质被定位成在一个或更多个第二表面接收所述合成投射场，并且从所述一个或更多个第一表面传输能量场，其中所述折射介质是多个板。
2.根据权利要求1所述的设备，其中每一个板具有厚度，所述厚度大于所述相干光的相干长度。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个透镜是微透镜阵列。
4.根据权利要求1所述的设备，其中除了所述一个或更多个第一表面以及一个或更多个第二表面外，所述折射介质的表面被涂以反射材料。
5.一种用于提高相干光的能量均匀性的设备，所述设备包含：
多个透镜，将所述多个透镜定位以产生合成投射场；以及
折射介质，所述折射介质具有一个或更多个第一表面和多个第二表面，其中每一个第二表面位于与所述一个或更多个第一表面相距一个或更多个距离的位置，并且所述折射介质被定位成在所述一个或更多个第一表面接收所述合成投射场，并且从所述多个第二表面传输能量场，或所述折射介质被定位成在所述多个第二表面接收所述合成投射场，并且从所述一个或更多个第一表面传输能量场，其中所述折射介质是棱镜，所述棱镜包含多个柱，所述多个柱具有多个不同的长度。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述多个透镜是微透镜阵列。
7.根据权利要求5所述的设备，其中除了所述一个或更多个第一表面以及多个第二表面外，所述折射介质的表面被涂以反射材料。
8.一种用于提高相干光的能量均匀性的设备，所述设备包含：
多个透镜，将所述多个透镜定位以产生合成投射场；以及
折射介质，所述折射介质具有一个或更多个第一表面和一个或更多个第二表面，其中每一个第二表面位于与所述一个或更多个第一表面相距一个或更多个距离的位置，并且所述折射介质被定位成在所述一个或更多个第一表面接收所述合成投射场，并且从一个或更多个第二表面传输能量场，或所述折射介质被定位成在一个或更多个第二表面接收所述合成投射场，并且从所述一个或更多个第一表面传输能量场，其中所述折射介质是多个棒体。
9.根据权利要求8所述的设备，其中没有两个棒体具有相同的长度。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述多个透镜是微透镜阵列。
11.根据权利要求8所述的设备，其中除了所述一个或更多个第一表面以及一个或更多个第二表面外，所述折射介质的表面被涂以反射材料。
12.一种用于产生均匀照明场的设备，所述设备包含：
激光，所述激光将辐射沿着光学路径投射；
多个透镜，所述多个透镜设置成沿着垂直于所述光学路径的平面；以及
折射光学镜片，所述折射光学镜片设置成沿着所述光学路径，所述折射光学镜片具有第一表面以及第二表面，所述第一表面与所述光学路径交叉，所述第二表面与所述光学路径交叉，其中所述第一表面界定垂直于所述光学路径的平面，并且所述第二表面包含多个小平面，每一个小平面界定垂直于所述光学路径的平面，并且其中没有两个小平面与所述第一表面相距相同距离，所述多个透镜设置成介于所述激光与所述折射光学镜片之间，其中每一个小平面与所述第一表面相距的距离与其它每一个小平面与所述第一表面相距的距离相差大于所述激光的相干长度的量。
13.根据权利要求12所述的设备，其中介于所述多个透镜与所述折射光学镜片之间的距离大于所述多个透镜的任何一者的焦距。
14.一种用于产生均匀照明场的设备，所述设备包含：
第一激光，所述第一激光将辐射沿着光学路径投射；
第二激光；
多个透镜，所述多个透镜设置成沿着垂直于所述光学路径的平面；
光束组合器，所述光束组合器介于所述第一激光与所述多个透镜之间；以及
折射光学镜片，所述折射光学镜片设置成沿着所述光学路径，所述折射光学镜片具有第一表面以及第二表面，所述第一表面与所述光学路径交叉，所述第二表面与所述光学路径交叉，其中所述第一表面界定垂直于所述光学路径的平面，并且所述第二表面包含多个小平面，每一个小平面界定垂直于所述光学路径的平面，并且其中没有两个小平面与所述第一表面相距相同距离，所述多个透镜设置成介于所述第一激光与所述折射光学镜片之间。
15.根据权利要求14所述的设备，所述设备进一步包含脉冲塑形器，所述脉冲塑形器设置成接收辐射，所述辐射由所述折射光学镜片传输。
16.根据权利要求14所述的设备，其中所述折射光学镜片包含多个标准具。
17.一种用于产生均匀照明场的设备，所述设备包含：
激光，所述激光将辐射沿着光学路径投射；
多个透镜，所述多个透镜设置成沿着垂直于所述光学路径的平面；
折射光学镜片，所述折射光学镜片设置成沿着所述光学路径，所述折射光学镜片具有第一表面以及第二表面，所述第一表面与所述光学路径交叉，所述第二表面与所述光学路径交叉，其中所述第一表面界定垂直于所述光学路径的平面，并且所述第二表面包含多个小平面，每一个小平面界定垂直于所述光学路径的平面，并且其中没有两个小平面与所述第一表面相距相同距离，所述多个透镜设置成介于所述激光与所述折射光学镜片之间；以及
工作表面，所述工作表面用于接收工作件，所述工作件待由来自所述激光的辐射处理，所述工作表面设置成实质上垂直于所述激光的所述光学路径。
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