DE102011100594B4

DE102011100594B4 - Linienbildsysteme und Verfahren zum Laserhärten

Info

Publication number: DE102011100594B4
Application number: DE102011100594.7A
Authority: DE
Inventors: Sergui Anikitchev
Original assignee: Ultratech Inc
Current assignee: Ultratech Inc
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2031-05-06
Also published as: TW201201464A; TWI520454B; JP5679569B2; KR20110124715A; KR101777876B1; DE102011100594A1; JP2012009824A; US8014427B1

Abstract

Optisches Linienbildungssystem zum Bilden eines Linienbildes für ein thermisches Laserverarbeitungssystem, umfassend in der Reihenfolge entlang einer optischen Achse: einen Laser, der einen Eintrittslichtstrahl erzeugt; ein erstes zylindrisches Linsensystem, das den Eintrittslichtstrahl zu einem Linienfokus in einer ersten Richtung mit einem zentralen Maximum, definiert durch umgebende Intensitätsminima, fokussiert; ein erster Raumfilter, angeordnet am Linienfokus und aufgebaut, um das Linienbild in einer zweiten Richtung im zentralen Maximum abzuschneiden, wodurch ein erster Lichtstrahl gebildet wird; ein zweites zylindrisches Linsensystem, aufgebaut um einen Teil des ersten Lichtstrahls in der zweiten Richtung aufzunehmen und abzuschneiden, um einen zweiten, kollimierten Lichtstrahl zu bilden; eine scharfkantige Apertur, aufgebaut um den zweiten, kollimierten Lichtstrahl in der zweiten Richtung abzuschneiden, um einen dritten Lichtstrahl zu bilden; ein drittes zylindrisches Linsensystem mit einer Bildebene, konjugiert mit der scharfkantigen Apertur und aufgebaut, um den dritten Lichtstrahl aufzunehmen und hieraus einen vierten Lichtstrahl zu bilden, der in der zweiten Richtung fokussiert wird, um eine Linienbildlänge LL in der Bildebene zu definieren; und ein viertes zylindrisches Linsensystem, das den vierten Lichtstrahl in der ersten Richtung fokussiert, um eine Linienbildbreite WL in der Bildebene zu definieren.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Bildung von Linienbildern unter Verwendung von Lichtstrahlen und insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Linienabbildung für Laserhärtungsanwendungen.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, die die Verwendung eines gleichförmigen Linienbilds, gebildet aus einem kohärenten Lichtstrahl, erfordern. Eine derartige Anwendung ist thermische Laserverarbeitung (laser thermal processing, LTP), im Stand der Technik auch bezeichnet als laser spike annealing (LSA) oder einfach „laser annealing” bzw. „Laserhärten”, das in der Halbleiterherstellung eingesetzt wird, um Dotiermittel in ausgewählten Bereichen eines Halbleiterwafers zu aktivieren, wenn aktive Mikroschaltungsvorrichtungen, wie Transistoren, gebildet werden. Das Laserhärten verwendet ein gescanntes Linienbild von einem Lichtstrahl, um die Oberfläche des Wafers für eine Zeitdauer auf eine Temperatur (die „Härtungstemperatur”) zu erwärmen, die lang genug ist, um die Dotiermittel zu aktivieren, aber kurz genug ist, um die Dotiermitteldiffusion zu minimieren. Die Zeitdauer, in der sich die Waferoberfläche auf der Härtungstemperatur befindet, wird durch die Energiedichte des Linienbilds bestimmt, genauso wie durch die Linienbildbreite geteilt durch die Geschwindigkeit, mit der das Linienbild gescannt wird (die „Scangeschwindigkeit”).
Um einen hohen Durchsatz in einem kommerziellen LSA-Werkzeug zu erreichen, muss das Linienbild so lang und so schmal wie möglich sein, während auch eine hohe Energiedichte vorliegen muss. Ein beispielhafter Bereich für verwendbare Linienbilddimensionen beträgt 5 mm bis 100 mm Länge mit einer Breite von 25 μm bis 500 μm. Um ein gleichförmiges Härten zu erreichen ist es auch notwendig, dass das Intensitätsprofil entlang der Länge des Linienbildes so konstant wie möglich ist. Typische Halbleiterverarbeitungsanforderungen erfordern, dass die Härtungstemperatur zwischen 1000°C und 1300°C liegt mit einer Temperaturgleichförmigkeit von ±3°C. Um diesen Grad an Temperaturgleichförmigkeit zu erreichen, muss das durch den härtenden Lichtstrahl gebildete Linienbild eine relativ gleichförmige Intensität aufweisen, die in den meisten Fällen weniger als ±5% beträgt.
Ein CO₂-Laser ist eine bevorzugte Lichtquelle für Laserhärtungsanwendungen, da dessen Wellenlänge (nominal 10,6 μm) viel länger ist als die Größe der bestrahlten Vorrichtungen, was in einer geringeren Zerstreuung und gleichförmigeren Belichtung bzw. Bestrahlung resultiert, wodurch „Mustereffekte” eliminiert werden, und da dieser einen Strahl mit relativ hoher Intensität emittiert. Jedoch ist die Kohärenzlänge bei einem CO₂-Laser relativ lang, typischerweise mehrere Meter, was diesen für die Verwendung eines binären optischen Ansatzes, basierend auf den Prinzipien der Köhlerbeleuchtung, unbrauchbar macht, um einen langen, engen Linienfokus mit ~10% (±5%) Gleichförmigkeit zu erzeugen.
Traditionelle Verfahren zum Durchführen eines Laserhärtens mit einem CO₂-Laser umfassen das Abbilden des Lichtstrahls auf ein paar scharfe Kanten. Die scharfen Kanten werden positioniert, um nur einen engen zentralen Abschnitt eines Gauss-Lichtstrahls zu übertragen. Die Länge des übertragenen Lichtstrahls ist der Abschnitt des Strahls, der die Gleichförmigkeitsspezifikationen für das auf dem Wafer gebildete Linienbild erfüllt. Für den Gauss-CO₂-Lichtstrahl sind die scharfen Kanten typischerweise angeordnet, um nur die mittleren 10% des Gauss-Strahls durchzulassen. Unglücklicherweise bedeutet dies, dass die anderen 90% des Lichtstrahls nicht durchgelassen werden, was eine sehr ineffiziente Verwendung des Lichts hoher Intensität der Lichtquelle darstellt.
Aus der US 2009/0154318 A1 ist eine Vorrichtung zur Mikrostrukturierung eines Speichermediums mit einer Lichtquelle, strahlformenden optischen Elementen zur Beleuchtung eines Modulators, reduzierenden optischen Elementen und einem Tisch, der das zu belichtende optische Element trägt, bekannt geworden.
Die US 2006/0163223 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trunkieren eines Bildes gebildet durch kohärente Strahlung. Das optische System ist derart ausgebildet, das ein Linienbild in der Bildebene entsteht.
Aus der US 2008/0316748 A1 ist ein Beleuchtungssystem bekannt geworden, das Beleuchtungslinien zur Verfügung stellt und ein Filterelement zur Korrektur der räumlichen bzw. spatialen Uniformität.
Die DE 695 21 779 T2 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten von linienförmigen Bereichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der Offenbarung ist ein linienbildendes optisches System zum Bilden eines Linienbildes für ein thermisches Laserverarbeitungssystem. Das linienbildende optische System umfasst in der Reihenfolge entlang einer optischen Achse: einen Laser, ein erstes zylindrisches Linsensystem, einen ersten Raumfilter, ein zweites zylindrisches Linsensystem mit einem zweiten Raumfilter, eine scharfkantige Apertur, ein zylindrisches Relaysystem bzw. Weiterleitungssystem und eine zylindrische Fokussierungslinse. Der Laser erzeugt einen Eintrittslichtstrahl. Das erste zylindrische Linsensystem fokussiert den Eintrittslichtstrahl zu einem Linienfokus in einer ersten Richtung mit einem zentralen Maximum, definiert durch umgebende Intensitätsminima. Der erste Raumfilter ist am Linienfokus angeordnet und aufgebaut, um das Linienbild in einer zweiten Richtung im zentralen Maximum abzuschneiden, wodurch ein erster Lichtstrahl gebildet wird. Das zweite zylindrische Linsensystem ist aufgebaut, um einen Teil des ersten Lichtstrahls in der zweiten Richtung aufzunehmen und abzuschneiden, um einen zweiten, im Wesentlichen kollimierten Lichtstrahl zu bilden, wobei das Abschneiden durch einen Aperturstop bzw. eine Aperturblende durchgeführt wird, der als zweiter Raumfilter dient. Die scharfkantige Apertur ist aufgebaut, um den zweiten, im Wesentlichen kollimierten Lichtstrahl in der zweiten Richtung abzuschneiden, um einen dritten Lichtstrahl zu bilden und in einer Ausführungsform haben die Klingen, die die scharfen Kanten definieren, gezackte bzw. gezahnte Kanten. Das zylindrische Weiterleitungslinsensystem weist eine Bildebene auf, die zu der scharfkantigen Apertur konjugiert ist und aufgebaut ist, um den dritten Lichtstrahl aufzunehmen und hieraus einen vierten Lichtstrahl zu bilden, der in der zweiten Richtung fokussiert wird, um eine Linienbildlänge LL (line image length) in der Bildebene zu definieren. Die zylindrische Fokussierungslinse ist aufgebaut, um den vierten Lichtstrahl in der ersten Richtung zu fokussieren, um eine Linienbildbreite WL (line image width) in der Bildebene zu definieren.
Im optischen Linienbildungssystem führt das zweite zylindrische Linsensystem bevorzugt die Abschneidung des ersten Lichtstrahls durch mit a) einem Aperturstop, der ausgelegt ist, um die Abschneidung durchzuführen, oder b) einer freien Apertur, ausgelegt, um die Abschneidung durchzuführen.
Im optischen Linienbildungssystem umfasst die scharfkantige Apertur bevorzugt entgegengesetzt liegende gezackte bzw. gezahnte Klingenkanten.
Im optischen Linienbildungssystem liegt die Linienbildlänge LL bevorzugt im Bereich 5 mm ≤ LL ≤ 100 mm.
Im optischen Linienbildungssystem liegt die Linienbildbreite WL bevorzugt im Bereich von 25 μm ≤ WL ≤ 500 μm.
Im optischen Linienbildungssystem umfasst das dritte zylindrische Linsensystem bevorzugt ein zylindrisches Weiterleitungslinsensystem mit einem Aperturstop, der einen zweiten Raumfilter definiert.
Im optischen Linienbildungssystem weist das zentrale Maximum des Linienfokus bevorzugt eine Breite WC auf. Der erste Raumfilter weist bevorzugt eine Breite W1 derart auf, dass 0,6 WC ≤ W1 ≤ 0,9 WC.
Im optischen Linienbildungssystem ist der Laser bevorzugt ein CO₂-Laser, der den Lichtstrahl erzeugt, um eine nominale Wellenlänge von 10,6 μm aufzuweisen.
Im optischen Linienbildungssystem weist der erste Lichtstrahl bevorzugt eine Vielzahl von Intensitätsmaxima am ersten Raumfilter auf, umfassend ein zentrales Intensitätsmaximum und umgebenden Intensitätsmaxima. Das zweite zylindrische Linsensystem ist bevorzugt aufgebaut, um das zentrale Intensitätsmaximum und multiple umgebende Intensitätsmaxima zu übermitteln, während die multiplen umgebenden Intensitätsmaxima blockiert werden.
Im optischen Linienbildungssystem weist das Linienbild bevorzugt eine Energiedichte im Bereich von 50 W/mm² bis 5000 W/mm² auf.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist ein Laserhärtungssystem zum Härten eines Wafers mit einer Oberfläche, wobei das Laserhärtungssystem das optische Linienbildungssystem wie oben beschrieben umfasst, sowie einen Abschnit bzw. ein Gestell bzw. Gerüst, aufgebaut, um den Wafer in der Bildebene bedienbar zu halten und zu bewegen, um das Linienbild über die Waferoberfläche zu scannen.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Bilden eines Linienbildes zum Härten eines Wafers mit einer Oberfläche. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Laserstrahls und Fokussieren des Lichtstrahls, um einen Linienfokus mit einem zentralen Maximum zu bilden. Das Verfahren umfasst ebenfalls das Durchführen eines ersten Raumfilterns des Linienfokus im zentralen Maximum, um einen ersten raumgefilterten ausgedehnten bzw. verlängerten Lichtstrahl zu bilden. Das Verfahren umfasst ebenfalls das Übertragen des ersten raumgefilterten verlängerten Lichtstrahls zu einer Stelle im fernen Feld und Durchführen eines zweiten Raumfilterns des ersten raumgefilterten verlängerten beziehungsweise gestreckten beziehungsweise länglichen Lichtstrahls, um einen zweifach raumgefilterten verlängerten beziehungsweise gestreckten beziehungsweise länglichen Lichtstrahl zu bilden. Das Verfahren umfasst zusätzlich das Abschneiden des zweifach raumgefilterten verlängerten beziehungsweise gestreckten beziehungsweise länglichen Lichtstrahls in der Verlängerungsrichtung, um einen abgeschnittenen verlängerten Lichtstrahl zu bilden. Das Verfahren umfasst ebenfalls das Fokussieren des abgeschnittenen Lichtstrahls in mindestens einer Richtung, wodurch das Linienbild auf der Waferoberfläche gebildet wird.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Fokussieren des abgeschnittenen verlängerten Lichtstrahls in einer zweiten Richtung, wenn das Linienbild gebildet wird. Das Verfahren umfasst bevorzugt das Durchführen des zweiten Raumfilterns unter Verwendung eines zylindrischen optischen Systems mit einem Aperturstop beziehungsweise einer Aperturblende.
Im Verfahren weist das Linienbild bevorzugt eine Länge LL im Bereich von 5 mm LL ≤ 100 mm und eine Breite WL im Bereich von 25 μm ≤ WL ≤ 500 μm auf.
Im Verfahren weist das zentrale Maximum bevorzugt eine Breite WD auf, definiert durch umgebende Intensitätsminima, und umfassend das Durchführen des ersten Raumfilters mit einer Apertur mit einer Breite W1 derart, dass 0,6 WC ≤ W1 ≤ 0,9 WC.
Im Verfahren umfasst das Erzeugen des Eintrittslichtstrahls bevorzugt das Bilden des Eintrittslichtstrahls mit einer nominalen Wellenlänge von 10,6 μm.
Im Verfahren weist der erste Lichtstrahl bevorzugt an der Stelle im fernen Feld eine Vielzahl von Intensitätsmaxima, einschließlich eines zentralen Intensitätsmaximums und umgebenden Intensitätsmaxima auf. Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Durchführen des zweiten Raumfilterns, um das zentrale Intensitätsmaximum und multiple umgebende Intensitätsmaxima zu übermitteln, während die multiplen umgebenden Intensitätsmaxima blockiert werden.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Bewegen des Wafers relativ zum Linienbild, wodurch das Linienbild über die Waferoberfläche gescannt wird.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Bereitstellen des Linienbildes mit einer Energiedichte im Bereich von 50 W/mm² bis 5000 W/mm².
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden in der detaillierten Beschreibung, die folgt, dargestellt und in Teilen dem Fachmann im Stand der Technik aus der Beschreibung ohne Weiteres offensichtlich oder werden durch Umsetzung der Offenbarung in die Praxis, wie hier beschrieben, erkannt werden, einschließlich der detaillierten Beschreibung, die folgt, der Ansprüche, genauso wie der beigefügten Zeichnungen.
Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung, als auch die folgende detaillierte Beschreibung Ausführungsformen der Offenbarung darstellen und gedacht sind, um einen Überblick oder Rahmen zum Verständnis der Art und des Charakters der Offenbarung, wie sie beansprucht wird, bereitzustellen. Die beigefügten Zeichnungen sollen weiteres Verständnis für die Offenbarung bereitstellen und sind in diese Beschreibung einbezogen oder stellen einen Teil dieser dar. Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung und zusammen mit der Beschreibung dienen sie dazu, die Prinzipien und Durchführung der Offenbarung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind schematische Diagramme eines beispielhaften optischen Linienbildungssystems gemäß der Offenbarung, gesehen in der -X-Richtung bzw. -Y-Richtung;
1C und 1D sind ähnlich zu 1A und 1B und veranschaulichen eine beispielhafte Systemkonfiguration mit vier gefalteten Spiegeln;
2A ist eine Frontansicht eines beispielhaften Raumfilters vom scharfkantigen Typ zur Verwendung als erster Raumfilter;
2B ist eine Frontansicht eines beispielhaften Raumfilters vom scharfkantigen Typ zur Verwendung als zweiter Raumfilter, wobei die scharfen Kanten Kerbungen bzw. Verzahnungen aufweisen;
3 ist eine dreidimensionale (3D-)Ansicht einer beispielhaften Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls, emittiert durch den Laser, und zeigt eine Gauss-Form in Y-Richtung und eine Form mit relativ „abgeflachter Oberseite” in X-Richtung (Richtungsdimensionen sind in mm);
4A ist ein logarithmischer Konturplot der Lichtverteilung, die mit dem Linienfokus LF1 als ersten Raumfilter SF1 assoziiert;
3B stellt die (nicht logarithmische) Intensität des Liniefokus LF1 in x-Richtung dar und zeigt die Intensitätsminima MI, die umgeben und definieren ein zentrales Maximum (central lobe).
5 ist eine logarithmische Auftragung der Lichtintensitätsverteilung im fernen Feld im ersten Austrittslichtstrahl in der Ebene P2 und zeigt ein Beispiel, wo das zweite zylindrische Linsensystem CL2 aufgebaut ist, um fünf zentrale Maxima in der Intensitätsverteilung durchzulassen;
6 stellt eine beispielhafte Darstellung der normalisierten Intensität im fernen Feld gegen die Position in X-Richtung (mm) des ersten Austrittslichtstrahls in der Ebene P2 dar, gebildet unter Verwendung des herkömmlichen Ansatzes, in dem die erste Raumfilterbreite W1 gleich der zentralen Maximumbreite WC am ersten Raumfilter SF1 eingestellt wird;
7 ist eine Darstellung ähnlich zu 6, aber basierend auf dem optischen Linienbildungssystem der vorliegenden Offenbarung, wo W1 = 0,7 WC ist;
8A und 8B sind Darstellungen ähnlich zu 7, aber veranschaulichen zwei verschiedene Vergrößerungen für das optische Linienbildungssystem, das im Wesentlichen unterschiedliche Linienbildlängen erzeugt; und
9 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften thermischen Laserverarbeitungssystems, das das optische Linienbildungssystem der vorliegenden Offenbarung umfasst.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nunmehr wird auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Offenbarung in Einzelheiten Bezug genommen, wobei Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer möglich werden dieselben oder die gleichen Bezugszeichen und Symbole über die gesamten Zeichnungen verwendet, um auf die gleichen oder die selben Teile zu verweisen. In der nachfolgenden Beschreibung bezieht sich ein „verlängerter” beziehungsweise länglicher beziehungsweise gestreckter Lichtstrahl auf einen Querschnitt des Lichtstrahls, wobei eine Querschnittsrichtung größer als die andere ist.
Die 1A und 1B sind schematische Diagramme eines beispielhaften optischen Linienbildungssystems („optisches System”) 10, gesehen in der -Y-Richtung bzw. in der -X-Richtung, wie angegeben durch das kartesische Koordinatensystem, das für Bezugszwecke gezeigt ist. Das optische System 10 weist eine optische Achse A1 auf und umfasst den Laser 20, der einen anfänglich kollimierten und kohärenten Lichtstrahl 22 emittiert, der nachfolgend als „Eintrittslichtstrahl” bezeichnet wird. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Laser 20 einen CO₂-Laser und der Lichtstrahl 22 weist eine nominale Wellenlänge von 10,6 μm auf. Im Allgemeinen kann der Laser 20 irgendein Laser sein, der einen Lichtstrahl 22 mit einer geeigneten Wellenlänge zum Laserhärten des Wafers W erzeugt. Ein derartiges Härten kann beispielsweise ein Erhitzen des Wafers W oder Bestrahlen des Wafers W mit Strahlung von einer anderen Lichtquelle umfassen, so dass der Wafer W in ausreichendem Umfang den Lichtstrahl 22 absorbiert, um den Wafer W auf die Härtungstemperatur zu erwärmen, wie nachfolgend in näheren Einzelheiten erläutert wird.
Das optische System 10 umfasst ebenfalls in der Reihenfolge entlang der optischen Achse A1 ein erstes zylindrisches Linsensystem CL1 mit Energie in der X/Z-Ebene, einen ersten flachen Faltspiegel FM1, einen einstellbaren ersten Raumfilter SF1, angeordnet in der Ebene P1 und mit einer Schlitzapertur SA1, einen Faltspiegel FM2 und ein zweites zylindrisches Linsensystem CL2 mit Energie in der X/Z-Ebene. Das optische System 10 umfasst ebenfalls eine einstellbare scharfkantige Apertur 50, angeordnet in der Ebene P2 und mit einer Öffnung (Apertur) 50A. Das optische System 10 umfasst weiterhin ein zylindrisches Linsensystem CRL und eine zylindrische Fokussierungslinse CFL, die das endgültige Linienbild LI in der Ebene IP bildet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das zylindrische Linsensystem CRL ein zylindrisches Weiterleitungslinsensystem.
Das erste zylindrische Linsensystem CL1, das zweite zylindrische Linsensystem CL2, das zylindrische Linsensystem CRL und die zylindrische Fokussierungslinse CFL können ein oder mehrere zylindrische Spiegel und zylindrische Linsen umfassen und sind zum Zwecke der Veranschaulichung als einzelne zylindrische Spiegel gezeigt. Das erste zylindrische Linsensystem CL1, das zweite zylindrische Linsensystem CL2, das zylindrische Linsensystem CRL und die zylindrische Fokussierungslinse CFL können auch Aperturen und ähnliche Komponenten aufweisen. Das zweite zylindrische Linsensystem CL2 umfasst einen Aperturstop beziehungsweise eine Aperturblende AS, der die Pupille für das optische System 10 definiert. Auch umfasst das zylindrische Linsensystem CRL gegebenenfalls einen zweiten Raumfilter SF2. Die Faltspiegel FM1 und FM2 sind optional und werden beispielsweise dazu verwendet, um das optische System 10 kompakter zu machen, und sind in Systemen auf Spiegelbasis allgemein bevorzugt.
1C und 1D sind ähnlich zu 1A und 1B und veranschaulichen eine beispielhafte Konfiguration eines Teils des optischen Systems 10, das den ersten Raumfilter SF1 umfasst, worin die beispielhafte Konfiguration zwei zusätzliche Faltspiegel FM3 und FM4 aufweist.
Die 2A ist eine Frontansicht eines Beispiels eines ersten Raumfilters SF1. Der erste Raumfilter SF1 umfasst einstellbare Klingen B1 und B2 mit jeweiligen Klingenkanten BE1 und BE2 („Messerkanten”), die eine Schlitzapertur SA1 definieren, die in X-Richtung eng ist, mit einer Breite W1, und die in Y-Richtung lang verläuft.
2B ist ähnlich zu 2A und zeigt eine beispielhafte scharfkantige Apertur 50. Die scharfkantige Apertur 50 umfasst die Klingen B3 und B4, die jeweils scharfe Kanten bzw. Klingenkanten BE3 und BE4 aufweisen, die eine Öffnung (Apertur) 50A mit einer Höhe H2 in der Y-Richtung definieren. Die scharfen Kanten BE3 und BE4 sind gezackt bzw. gezahnt gezeigt, was zur Verringerung von Diffraktionseffekten dient.
In einem Beispiel umfasst der Laser 20 einen CO₂-Laser, der Licht mit einer Wellenlänge λ von nominal 10,6 μm emittiert. Einige CO₂-Laser emittieren Austrittsstrahlen, die Gauss-förmig sind. Jedoch weisen bestimmte monomode Hochleistungs-CO₂-Laser einen Austrittsstrahl auf, der in mindestens einer Richtung eine nicht-Gauss-Form aufweist, weil sie instabile Resonatoren einsetzen. 3 ist eine dreidimensionale (3D-)Darstellung einer beispielhaften Intensitätsverteilung eines nicht-Gauss-Lichtstrahls 22, wie durch den Laser 20 als Lichtquelleneinheit emittiert. Der beispielhafte, in 3 veranschaulichte Lichtstrahl weist eine Lichtverteilung mit einer im Wesentlichen flachen Oberseite entlang der X-Richtung und einer Gauss-Verteilung in Y-Richtung auf.
In einem herkömmlichen optischen Linienbildungssystem ist der erste Raumfilter SF1 aufgebaut (z. B. eingestellt über die Breite W1), um aus dem Eintrittslichtstrahl 22 einen Austrittslichtstrahl zu bilden, der in X-Richtung die Gauss-Form aufweist. In der nachfolgenden Diskussion umfassen diese herkömmlichen Raumfiltereinstellungen die Platzierung der Klingenkanten BE1 und BE2 an den Intensitätsnullpunkten (oder allgemeiner den Intensitätsminima, die das zentrale Maximum definieren) der Lichtverteilung, gebildet am ersten Raumfilter SF1 (siehe 4, die nachfolgend erläutert wird).
Die Lichtverteilung des Linienfokus LF1 wird durch die durchsichtige bzw. freie Apertur und die Fokuslänge des ersten zylindrischen Linsensystems CL1, genauso wie die Eintrittslichtintensitätsverteilung (ein Beispiel hiervon ist in 3 gezeigt) definiert. 4A ist eine logarithmische Konturauftragung der Lichtverteilung in Zusammenhang mit dem Linienfokus LF1 als erstem Raumfilter SF1. Die 4B stellt die (nichtlogarithmische) Intensität des Linienfokus LF1 in X-Richtung dar. 4B zeigt die Intensitätsminima MI, die ein zentrales Maximum CL (central lobe) umgeben und definieren. In einem idealen Fall sind die Intensitätsminima Intensitätsnullpunkte ZI (intensity zeros). Aus den 4A und 4B ist festzuhalten, dass die Lichtverteilung in X-Richtung im Wesentlichen eine „Sync”-Funktion darstellt, wobei das zentrale Maximum CL eine Breite WC, wie definiert durch die umgebenden Intensitätsminima MI, aufweist, während die Lichtverteilung in Y-Richtung ihren ursprünglichen Gauss-Charakter beibehält. Die Lichtverteilungsdarstellung von 4A zeigt, dass der Lichtstrahl 22 in Y-Richtung verlängert ist.
Die Darstellung von 4B zeigt überlagert die ersten Raumfilterbreiten W1 = WC und W1 = 0,8 WC, die den Austrittsstrahlen 23 mit Gauss- und nicht-Gauss-Form entsprechen, die den ersten Raumfilter SF1 verlassen.
Eine erste Raumfilterbreite W1, die die Klingenkanten BE1 und BE2 an die Intensitätsminima MI der Sync-Funktion (d. h. W1 = WC) bringt, resultiert in einer Lichtverteilung des Lichtstrahls 23 an einer Stelle im fernen Feld (z. B. am zweiten Raumfilter SF2), die eine Fouriertransformation des zentralen Maximums CL der Sync-Funktion darstellt, was in einer Gauss-ähnlichen Lichtverteilung im fernen Feld resultiert. Jedoch wird die Raumfilterbreite des optischen Systems der vorliegenden Offenbarung im zentralen Maximum CL eingestellt, d. h. bei W1 < WC (z. B. W1 im Bereich von 0,6 WC bis 0,9 WC, und bevorzugter im Bereich von 0,7 WC bis 0,8 WC). Dies schneidet das zentrale Maximum CL innerhalb der Intensitätsminima MI ab, was in einer Lichtverteilung im fernen Feld für den Lichtstrahl 23 resultiert, die eine Fouriertransformation von nur einem Teil des zentralen Maximums CL darstellt. Der Effekt ist die Raumausdehnung des Austrittslichtstrahls 23 im fernen Feld durch Abschneiden von mehr der höheren Raumfrequenzen im Lichtstrahl 23 zu verbreitern und Unterziehen des Lichtstrahls 23 einer stärkeren Beugung, wodurch dieser eine Form mit viel stärker abgeflachter Oberseite ergibt, verglichen mit einer Gauss-Lichtverteilung.
Der Austrittslichtstrahl 23 bewegt sich vom ersten Raumfilter SF1 zum zweiten zylindrischen Linsensystem CL2, wo der einmal gefilterte Lichtstrahl 23 in X-Richtung gefiltert (abgeschnitten) wird, um einen Lichtstrahl 24 zu bilden. Die Filter/Abschneidefunktion wird durchgeführt durch die Größe des zweiten zylindrischen Linsensystems CL2, d. h. dieses zweite zylindrische Linsensystem ist aufgebaut, um nur einen Teil des Lichtstrahls 23 passieren zu lassen. Somit dient das zweite zylindrische Linsensystem CL2 als zweiter Raumfilter SF2. Das zweite zylindrische Linsensystem CL2 hat Energie in X-Richtung und bildet in einem Beispiel den Lichtstrahl 24 als einen im Wesentlichen kollimierten Lichtstrahl, wenn der Lichtstrahl 23 ein im Wesentlichen divergierender Lichtstrahl ist.
Der Lichtstrahl 24 wird zum zweiten zylindrischen Linsensystem CL2 zur scharfkantigen Apertur 50 geführt, die dazu dient, diesen Lichtstrahl 24 in Längsrichtung (verlängerte Richtung) (d. h. der X-Richtung) abzuschneiden, um den Lichtstrahl 25 zu bilden. Dieses Abschneiden hilft, die Länge LL des endgültigen Linienbilds LI (line image) zu definieren. Die Klingen B3 und B4 sind einstellbar, um die Länge LL einzustellen. Die scharfkantige Apertur 50 ist eine Bildebene des zweiten zylindrischen Linsensystems CL2, wobei die entsprechende Objektebene am ersten Raumfilter SF1 verläuft.
Der Lichtstrahl 25 bewegt sich zum zylindrischen Linsensystem CRL, das so aufgebaut ist, dass die Ebene P2 und die Bildebene IP konjugierte Ebenen darstellen. Mit Bezug auf 1A fokussiert die zylindrische Relais- bzw. Weiterleitungslinse den Lichtstrahl 25 in X-Richtung, um den Lichtstrahl 26 zu bilden, der direkt durch die zylindrische Fokussierungslinse CFL geht (die in Y-Richtung Energie aufweist), um das endgültige Linienbild LI in der Bildebene IP (image plane) zu bilden. Mit Bezug auf 1B wird der Lichtstrahl 26 in Y-Richtung durch die zylindrische Fokussierungslinse CFL (cylindrical focussing lens) fokussiert, so dass das Linienbild LI eine Breite W1 aufweist. Eine typische Breite W1 für das Linienbild LI liegt im Bereich von etwa 25 μm bis etwa 500 μm.
Das erste zylindrische Linsensystem CL1 und das zweite zylindrische Linsensystem CL2 sind relativ zum ersten Raumfilter SF1 angeordnet, so dass der Lichtstrahl 22 sich vom Laser 20 durch das erste zylindrische Linsensystem CL1 zum ersten Raumfilter SF1 ausbreitet, einer Fouriertransformation unterliegt und der Lichtstrahl 23, der sich vom ersten Raumfilter SF1 über das zweite zylindrische Linsensystem CL2 ausbreitet (im Abstand von etwa der Fokuslänge des zweiten zylindrischen Linsensystems CL2') ist angenähert invers fouriertransformiert.
Der Lichtstrahl 23 wird durch das zweite zylindrische Linsensystem CL2 raumgefiltert, um einen zweifach raumgefilterten Lichtstrahl 24 zu bilden, der eine Lichtverteilung aufweist, die durch zwei Filterschritte bestimmt wird. Der erste Filterschritt schafft ein breites Energiespektrum, wie in 5 veranschaulicht. Das zweite zylindrische Linsensystem CL2 ist aufgebaut (z. B. durch Einstellen einer Innenapertur oder Auswählen der freien Apertur), um auszuwählen, welche Intensitätsmaxima im Energiespektrum durch das zweite zylindrische Linsensystem CL2 übermittelt werden, um den Lichtstrahl 24 zu bilden. In 5 ist beispielsweise ein zweites zylindrisches Linsensystem CL2 aufgebaut, um das zentrale (Haupt-)Maximum CL und vier der umgebenden Maxima passieren zu lassen, während die multiplen außenliegenden Intensitätsmaxima blockiert werden. Es ist festzuhalten, dass der Lichtstrahl 24 seinen Gauss-Charakter in Y-Richtung beibehält.
Aufgrund der doppelten Raumfilterung ändert sich die Intensitätsverteilung an der scharfkantigen Apertur 50 von einer Gauss-Form zu einer Verteilung mit „flacherer Oberseite” (vergleiche 6 und 7). Daher kann mehr Energie durch die scharfkantige Apertur 50 übermittelt werden, um das Linienbild LI zu bilden. Das resultierende Linienbild LI ist auch in Längsrichtung sehr gleichförmig (z. B. in der Regel besser als ±5%) und unterliegt keinen Interferenzeffekten von der Kohärenz des Austrittsstrahls (dies liegt aufgrund der Kerbungen bzw. Verzahnungen an der scharfen Kante und dem Raumfilter innerhalb der Weiterleitung vor oder, was dasselbe ist, der geringen NA des Relays). Die Länge LL des Linienbildes LI kann im Wesentlichen länger ausgelegt werden als bei herkömmlichen Linienbildungssystemen für optische Systeme zur thermischen Laserverarbeitung (z. B. dreimal länger), weil das optische System 10 mehr Leistung bereitstellt, um das Linienbild LI zu bilden, als herkömmliche Systeme. Die Länge LL des Linienbildes LI wird beispielsweise durch Auswählen einer geeigneten Vergrößerung für das zylindrische Linsensystem CRL ausgewählt.
Beispiele
Wie oben diskutiert, werden herkömmliche optische Linienbildungssysteme optimiert, um einen Gauss-Lichtstrahl zu erzeugen, der dann abgeschnitten wird, um einen engen zentralen Teil des Lichtstrahls passieren zu lassen, woraus ein wesentlicher Verlust von Licht im endgültigen Austrittslichtstrahl resultiert.
6 stellt eine beispielhafte normalisierte Intensität gegen die Position des Eintrittslichtstrahls 22 am ersten Raumfilter SF1 für ein herkömmliches optisches Linienbildungssystem dar. Die erste Raumfilterbreite W1 = WC, was der Bildung eines im Wesentlichen Gauss-Lichtstrahls 23 in X-Richtung entspricht. Bei der Berechnung der Darstellung von 6 ist die erste Raumfilterbreite W1 = WC = 2·(λ/D)·F = 0,87 mm, wobei die Laserwellenlänge λ = 10,6 μm, die Fokuslänge F1 und die freie Apertur (Durchmesser) D des ersten zylindrischen Linsensystems CL1 ist F1 = 900 mm und D = 22 mm.
Die Länge LL des Linienbildes LI beträgt 7,47 mm und wird als normalisierte Intensität von ≥ 0,9 definiert. Die Energiedichte des Lichtstrahls in der Bildebene (und somit auf der Waferoberfläche WS) beträgt 63,3 W/mm². Auffällig in der Darstellung von 7 ist die große Menge an Energie, die durch den ersten Raumfilter SF1 blockiert wird.
7 ist eine Darstellung ähnlich wie 6, aber basierend auf dem optischen System der vorliegenden Offenbarung, wobei der Abstand vom zweiten zylindrischen Linsensystem CL2 zur scharfkantigen Apertur 50 5 m beträgt und die Gesamtsystemvergrößerung beträgt 7,37. Die erste Raumfilterbreite ist W1 = 0,7 WC, was ein Linienbild LI mit einer Länge LL von 7,54 mm mit einer Energiedichte von 174 W/mm² erzeugt. Während dieses spezielle Beispiel eine Linienlänge LL ähnlich zu der mit konventionellen Mitteln erzeugten aufweist, ist die Energiedichte um etwa einen Faktor 3× größer, was eine wesentliche Erhöhung im Durchsatz eines thermischen Laserverarbeitungsgeräts darstellt. Die Linienlänge LL kann beträchtlich erhöht werden (z. B. bis zu etwa 3×), indem die Vergrößerung des optischen Systems 10 geändert wird. In einem Beispiel ist 5 mm ≤ LL ≤ 100 mm. Auch beträgt die Breite WL des Linienbildds LI in einem Beispiel 25 μm ≤ WL ≤ 500 μm. Auch weist das Linienbild LI in einem Beispiel eine Energiedichte im Bereich von 50 W/mm² bis 5000 W/mm² auf.
8A und 8B veranschaulichen ein weiteres Beispiel, worin W1 = 0,7 WC. In 8A beträgt die Länge LL des Linienbilds LI 7,3 mm. Jedoch wird nunmehr, mit Bezug auf 8B, durch Ändern des Abstands zwischen dem ersten Raumfilter SF1 und der Pupille (oder durch Erhöhen des Abstands zwischen dem zweiten zylindrischen Linsensystem CL2 und der scharfkantigen Apertur 50 und Reduzieren des Abstands zwischen dem ersten Raumfilter SF1 und der Pupille), die Vergößerung auf 16,7 geändert, was die Länge LL des Linienbildes LI auf etwa 17 mm ändert.
Es ist festzuhalten, dass die Toleranz bei der Konfiguration des ersten Raumfilters SF1 in vielen Fällen relativ groß ist, mit einer typischen axialen Platzierungstoleranz von etwa ±0,5 mm.
Thermisches Laserverarbeitungssystem
Das Laserhärten in der Halbleiterverarbeitung wird typischerweise bei mit Mustern versehenen Wafern durchgeführt. Die Absorption bei mit Mustern versehenen Wafern variiert mit den Musterabmessungen, der Musterdichte und der Laserwellenlänge. Es wurde gezeigt, dass das Laserhärten mit einer Wellenlänge, die viel größer ist als die Musterabmessungen, bevorzugt ist.
9 ist ein schematisches Diagramm eines Laserhärtungssystems 100, das das optische System der vorliegenden Offenbarung umfasst. Das beispielhafte Laserhärtungssystem 100, für das das optische System 10 zur Verwendung geeignet ist, ist beispielsweise in den US-Patenten Nr. 7,612,372 ; 7,514,305 ; 7,494,492 ; 7,399,945 ; 7,154,066 ; 6,747,245 und 6,366,308 beschrieben, wobei die Patente hier durch Bezugnahme einbezogen werden.
Das Laserhärtungssystem 100 von 9 umfasst entlang der optischen Achse A1 das optische System 10, wie oben beschrieben, worin der Lichtstrahl 22, emittiert vom Laser 20, eine Wellenlänge (z. B. nominal 10,6 μm von einem CO₂-Laser) aufweist, der unter ausgewählten Bedingungen von einem Wafer W absorbiert wird und diesen erwärmen kann. Derartige Bedingungen umfassen beispielsweise Erwärmen des Wafers W oder Bestrahlen des Wafers W mit einem zweiten Bestrahlungsstrahl (nicht gezeigt) mit einer Bandlückenenergie, die größer ist als die Halbleiterbandlückenenergie des Wafers W, wodurch bewirkt wird, dass der Wafer W den Lichtstrahl 22 in einem Maße absorbiert, das ausreicht, den Wafer W auf Härtungstemperatur zu erwärmen. Ein Beispiel einer Bestrahlung des Wafers W mit einer zweiten Lichtquelle, damit der Wafer W den Lichtstrahl 22 absorbiert, ist in den US-Patenten Nr. 7,098,155 , 7,148,159 und 7,482,254 beschrieben, die sämtliche hier durch Bezugnahme einbezogen sind.
Der Wafer W wird durch eine Spannvorrichtung 110 mit einer oberen Fläche 112 getragen bzw. gestützt bzw. gehalten. In einem Beispiel ist die Spannvorrichtung 110 aufgebaut, um den Wafer W zu erwärmen. Die Spannvorrichtung 110 ihrerseits wird durch einen Abschnitt bzw. ein Gestell bzw. Gerüst 120 gehalten bzw. getragen, der/das seinerseits von einer Platte (nicht gezeigt) getragen bzw. gestützt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Spannvorrichtung 110 in den Abschnitt bzw. das Gestell bzw. Gerüst 120 einbezogen. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Abschnitt bzw. das Gestell bzw. Gerüst 120 bewegbar, einschließlich verschiebbar und drehbar.
Der Wafer W ist beispielhaft gezeigt mit Source- und Drainregionen 150S und 150D, gebildet an oder nahe der Fläche WS des Wafers W als Teil einer Schaltung (z. B. Transistor) 156, gebildet auf dem Wafer W. Es ist festzuhalten, dass in 10 die relative Größe der Source- und Drainregionen 150S und 150D in der Schaltung 156, verglichen mit dem Wafer W aus Gründen der Veranschaulichung in großem Maße übertrieben dargestellt sind. In der Praxis sind die Source- und Drainregionen 150S und 150D sehr flach mit einer Tiefe im Wafer W von etwa 1 μm oder weniger.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Laserhärtungssystem 100 weiterhin ein Kontrollgerät 170, elektrisch verbunden mit dem Laser 20, und mit einem Abschnitt- bzw. Gestell- bzw. -Gerüst-Kontrollgerät 122. Das Abschnitt- bzw. Gestell- bzw. -Gerüst-Kontrollgerät 122 ist mit dem Abschnitt bzw. Gerüst bzw. Gestell 120 elektrisch gekoppelt, und ist aufgebaut, um die Bewegung des Abschnitts bzw. Gestells bzw. Gerüsts 120 über Instruktionen vorn Kontrollgerät 170 zu steuern bzw. zu kontrollieren. Das Kontrollgerät 170 ist gekoppelt aufgebaut, um im Betrieb das Laserhärtungssystem 100 im Allgemeinen und im Speziellen den Laser 20 und das Abschnitt- bzw. Gerüst- bzw. Gestell-Kontrollgerät 122 zu steuern.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kontrollgerät 170 ein Computer oder umfaßt einen solchen, wie einen Personal Computer oder eine Workstation, erhältlich von einer großen Anzahl gut bekannter Computerfirmen wie Dell Computers Inc., Austin, Texas. Das Kontrollgerät 170 umfasst bevorzugt irgendeine Anzahl von kommerziell erhältlichen Mikroprozessoren, eine geeignete Busarchitektur, um den Prozessor mit einer Speichervorrichtung, wie einem Harddisk-Laufwerk, zu verbinden, und geeignete Eingabe- und Ausgabevorrichtungen (z. B. eine Tastatur bzw. eine Anzeige).
Weiterhin, mit Bezug auf 9, wird der Lichtstrahl 26, der wie oben beschrieben erzeugt wird, auf die Fläche WS des Wafers W gerichtet, um hierauf das Linienbild LI zu bilden. Es ist festzuhalten, dass der Begriff „Bild” wie hier verwendet, im Allgemeinen die Verteilung des Lichts, gebildet durch den Lichtstrahl 26 in der Bildebene IP und der Fläche WS des Wafers W, die hierauf vorliegt, bezeichnet. Somit weist das Linienbild LI nicht notwendigerweise ein in Zusammenhang stehendes „Objekt” im klassischen Sinne auf.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird das Linienbild LI über die Fläche WS des Wafers W gescannt, wie durch den Pfeil 180 angegeben und resultiert in einem schnellen Erwärmen der Fläche WS des Wafers W (hinunter bis zu einer Tiefe von etwa 1 μm oder weniger) bis zu einer Temperatur (z. B. zwischen 1000°C und 1300°C), die ausreicht, um die Dotiermittel in der Source- und Drainregion 150S und 150D zu aktivieren, während auch ein schnelles Abkühlen der Fläche WS des Wafers W möglich ist, so dass die Dotiermittel im Wesentlichen nicht diffundieren, wobei die flache Form der Source- und Drainregionen 150S und 150D aufrechterhalten wird. Eine typische Scangeschwindigkeit des Linienbilds LI über die Fläche WS des Wafers W reicht von 25 mm/sek bis 1000 mm/sek. In einem Beispiel können einer oder beide Lichtstrahlen 26 und der Wafer W während des Scannens bewegt werden. Weil das optische System 10 ein relativ langes Linienbild LI mit einer relativ großen Energiedichte bilden kann, kann der Wafer W viel schneller gescannt werden (z. B. bis zu 3mal schneller oder mit einer 3mal längeren Prozesslinie für dreifache Durchsatzverbesserung) als vorherige optische Linienbildbildungssysteme ermöglichen würden, wodurch die Anzahl von Wafern pro Stunde zunimmt, die durch das optische System 10 verarbeitet werden können.
Es wird dem Fachmann im Stand der Technik offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen hinsichtlich der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Somit ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung die Modifikationen und Variationen dieser Offenbarung abdeckt, vorausgesetzt sie liegen im Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente.

Claims

Optisches Linienbildungssystem zum Bilden eines Linienbildes für ein thermisches Laserverarbeitungssystem, umfassend in der Reihenfolge entlang einer optischen Achse: einen Laser, der einen Eintrittslichtstrahl erzeugt; ein erstes zylindrisches Linsensystem, das den Eintrittslichtstrahl zu einem Linienfokus in einer ersten Richtung mit einem zentralen Maximum, definiert durch umgebende Intensitätsminima, fokussiert; ein erster Raumfilter, angeordnet am Linienfokus und aufgebaut, um das Linienbild in einer zweiten Richtung im zentralen Maximum abzuschneiden, wodurch ein erster Lichtstrahl gebildet wird; ein zweites zylindrisches Linsensystem, aufgebaut um einen Teil des ersten Lichtstrahls in der zweiten Richtung aufzunehmen und abzuschneiden, um einen zweiten, kollimierten Lichtstrahl zu bilden; eine scharfkantige Apertur, aufgebaut um den zweiten, kollimierten Lichtstrahl in der zweiten Richtung abzuschneiden, um einen dritten Lichtstrahl zu bilden; ein drittes zylindrisches Linsensystem mit einer Bildebene, konjugiert mit der scharfkantigen Apertur und aufgebaut, um den dritten Lichtstrahl aufzunehmen und hieraus einen vierten Lichtstrahl zu bilden, der in der zweiten Richtung fokussiert wird, um eine Linienbildlänge LL in der Bildebene zu definieren; und ein viertes zylindrisches Linsensystem, das den vierten Lichtstrahl in der ersten Richtung fokussiert, um eine Linienbildbreite WL in der Bildebene zu definieren.
Optisches Linienbildungssystem nach Anspruch 1, wobei das zweite zylindrische Linsensystem das Abschneiden des ersten Lichtstrahls durchführt durch a) einen Aperturstop beziehungsweise eine Aperturblende, ausgelegt um das Abschneiden durchzuführen, oder b) eine freie Apertur, ausgelegt, um das Abschneiden durchzuführen.
Optisches Linienbildungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die scharfkantige Apertur entgegengesetzte gezackte oder gezahnte Klingenkanten aufweist.
Optisches Linienbildungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Linienbildlänge LL im Bereich von 5 mm ≤ LL ≤ 100 mm liegt.
Optisches Linienbildungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Linienbildbreite WL im Bereich von 25 μm ≤ WL ≤ 500 μm liegt.
Optisches Linienbildungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das dritte zylindrische Linsensystem ein zylindrisches Weiterleitungslinsensystem mit einem Aperturstop, der einen zweiten Raumfilter definiert, aufweist.
Optisches Linienbildungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zentrale Maximum des Linienfokus eine Breite WC aufweist, und wobei der erste Raumfilter eine Breite W1 aufweist, derart dass 0,6 WC ≤ W1 ≤ 0,9 WC.
Optisches Linienbildungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Laser einen CO₂-Laser darstellt, der den Lichtstrahl erzeugt, um eine nominale Wellenlänge von 10,6 μm aufzuweisen.
Optisches Linienbildungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Lichtstrahl eine Vielzahl von Intensitätsmaxima am ersten Raumfilter aufweist, einschließlich eines zentralen Intensitätsmaximums und umgebenden Intensitätsmaxima, und wobei das zweite zylindrische Linsensystem aufgebaut ist, um das zentrale Intensitätsmaximum und die multiplen umgebenden Intensitätsmaxima zu übermitteln, wobei die multiplen umgebenden Intensitätsmaxima blockiert werden.
Optisches Linienbildungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Linienbild eine Energiedichte im Bereich von 50 W/mm² bis 5000 W/mm² aufweist.
Laserhärtungssystem zum Härten eines Wafers mit einer Oberfläche, umfassend: das optische Linienbildungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10; und einen Abschnitt, aufgebaut um den Wafer in der Bildebene betriebsbereit zu tragen und zu bewegen, um das Linienbild über die Waferoberfläche zu scannen.
Verfahren zum Bilden eines Linienbildes zum Härten eines Wafers mit einer Oberfläche, mit einem optischen Linienbildungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 umfassend folgende Schritte: Erzeugen eines Eintrittslichtstrahls; Fokussieren des Eintrittslichtstrahls mit einem ersten zylindrischen Linsensystem, um einen Linienfokus in einer ersten Richtung mit einem zentralen Maximum, definiert durch umgebende Intensitätsminima, zu bilden; Durchführen eines ersten Raumfilterns des Linienfokus im zentralen Maximum, um das Linienbild in einer zweiten Richtung im zentralen Maximum abzuschneiden, wodurch ein erster Lichtstrahl gebildet wird; Übertragen des ersten Lichtstrahls durch ein zweites zylindrisches Linsensystem, aufgebaut, um einen Teil des ersten Lichtstrahls in der zweiten Richtung aufzunehmen und abzuscheiden, um einen zweiten, kollimierten Lichtstrahl zu bilden; Abschneiden des zweiten kollimierten Lichtstrahls mit einer scharfkantigen Apertur in einer zweiten Richtung, um einen dritten Lichtstrahl zu bilden; und Aufnahme des dritten Lichtstrahls durch ein drittes zylindrisches Linsensystem mit einer Bildebene, konjugiert mit der scharfkantigen Apertur zur Bildung eines vierten Lichtstrahls, der in der zweiten Richtung fokussiert wird, um eine Linienbildlänge LL in der Bildebene zu definieren; und Fokussieren des vierten Lichtstrahls durch ein viertes zylindrisches Linsensystem in der ersten Richtung, um eine Linienbildbreite WL in der Bildebene zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend das Fokussieren des abgeschnittenen verlängerten Lichtstrahls in einer zweiten Richtung, wenn das Linienbild gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, umfassend die Verwendung des zweiten zylindrischen optischen Systems mit einem Aperturstop bzw. einer Aperturblende.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Linienbild eine Länge LL im Bereich von 5 mm ≤ LL ≤ 100 mm und eine Breite WL im Bereich von 25 μm ≤ WL ≤ 500 μm aufweist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das zentrale Maximum eine Breite WC aufweist, definiert durch umgebende Intensitätsminima und umfassend das Durchführen des ersten Raumfilterns mit einer Apertur mit einer Breite W1, derart dass 0,6 WC ≤ W1 ≤ 0,9 WC.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das Erzeugen des Eintrittslichtstrahls umfasst: Bilden des Eintrittslichtstrahls, um eine nominale Wellenlänge von 10,6 μm aufzuweisen.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 17, wobei der erste Lichtstrahl an der Stelle im fernen Feld eine Vielzahl von Intensitätsmaxima aufweist, einschließlich ein zentrales Intensitätsmaximum und umgebende Intensitätsmaxima, und weiterhin umfassend das Durchführen des zweiten Raumfilterns, um das zentrale Intensitätsmaximum und die multiplen umgebenden Intensitätsmaxima zu übertragen, während die multiplen umgebenden Intensitätsmaxima blockiert werden.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 18, weiterhin umfassend das Bewegen des Wafers relativ zum Linienbild, wodurch das Linienbild über die Waferoberfläche gescannt wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 19, weiterhin umfassend das Bereitstellen des Linienbilds mit einer Energiedichte im Bereich von 50 W/mm² bis 5000 W/mm².