200541117 九、發明說明： 【發明所屬之^技術領域】 交叉參考 此申請案係為2003年9月2日提交且讓渡予超技公司 5 (Ultratech，Inc·)的美國專利申請案N〇1〇/653,625號之部分 接續案。此申請案亦有關2002年11月6日提交且讓渡予超技 公司（Ultratech，Inc·)的美國專利申請案ν〇·ι〇/287,864號。 發明領域 本發明有關雷射熱處理，且特別有關藉由雷射二極體 10 輻射來進行雷射熱處理之裝置及方法。 【先前技4标；3 相關技藝描述 雷射熱處理（“LTP”)（亦稱為“雷射熱退火，，)係為—種用 來退火及/或活化積體元件或電路之源、汲或閘區的摻雜物 15之技術，以形成矽化物區於積體元件或電路中、降低與其 耦合之金屬配線的接觸電阻、或觸發一化學反應以對於一 基材沉積或移除物質。 用於進行半導體基材的LT P之各種不同元件係為人所 習知並使用在積體電路(1C)製造業中。LTP接面退火較隹係 20在單一循環中將受退火材料溫度帶到高達退火溫度而再回 降之單一循環中完成。如果使用一脈衝雷射，每個脈衝係 需要足夠能量來將整體晶片或電路表面帶到高達退火溫 度。因為所需要的場域尺寸會超過四平方公分且所需要 的的劑量會超過一（1.0)焦耳/平方公分，需要一相對较大、 200541117 昂貴的雷射。因為大部份雷射的狹窄頻譜範圍由於干涉效 應產生一斑紋狀圖案，亦難以單一脈衝在_相對較大面積 上達成良好的劑量均勾度。 ' 雷射二極體棒極適於作為進行LTP之一輕射源，原因在 於其780奈米或810奈米的波長容易在石夕的頂層（亦即，〜η 微米）中被吸收所致。二極體棒係亦為有效率之電力對於輻 射的轉換器（〜45%)並發射可被擾礼以在一延伸場域尺寸上 • 提供均勻能量覆蓋之多種不同波長。 吳國專利案6,531，681號（‘681號專利）係描述—線性雷 10射二極體陣列或數個線性二極體陣列可如何用來形成可掃 描橫越-基材之-均勻、狹窄的線影像，藉以熱退火其上 的積體電路。’681號專利亦描述線影像可如何放置在一罩 幕上及成像經過-投射系統以處理一與罩幕呈同步掃描之 基材的選定區域。然而，如，681號專利所述藉由一線性陣 15列的雷射二極體棒來進行雷射熱處理將具有問題。包含矽 # 基材的應用係具有需要相對較高能量密度(譬如對於200微 秒停頓時間係為1300瓦特/平方公厘的範圍）之系統需求（亦 即線影像寬度及停頓時間）。 美國專利申请案No.l〇/287,864號係描述使用以接近布 2〇魯斯特角（Brewster，s angle)入射之一經p_偏振的c〇2雷射 束，以進行一其上形成有積體電路之矽基材&LTp。如其中 所述’使用位居或接近布魯斯特角之入射角係產生很均勻 的基材加熱，其在法向入射時原本呈現頻譜不均勻性。譬 如，在法向入射及1CK6微米下，裸矽具有大於3〇%的反射 200541117 率，而氧化梦具有小於14%的反射率。當進行LTP時使用C〇2 雷射之一利益係為其輸送具有相對較高能量密度之一經良 好準直的束之能力。另一利益係在於：相較於可能在已備 妥可供退火步驟的一晶圓上所發現之各種不同膜厚度而 5 言，C〇2雷射所發射的1〇·6微米波長係很大。因此，膜厚度 的小變異並未如同較短退火波長之案例中般地導致了反射 率的大變異。 然而，10.6微米的C〇2雷射波長係最適合用來退火可在 頂部50至100微米材料中吸收充分轄射之經重度換雜的秒 10 基材。然而，對於輕度摻雜的基材或只在接近頂表面處摻 雜有一淺層的基材之退火而言，C〇2雷射輻射係一路穿過而 使極少的入射能量即可產生有效的加熱。 另一方面，雷射二極體係以780奈米或810奈米來發射 輻射。這些波長容易在一矽晶圓的頂部10至2〇微米被σ及收 15 而無關乎摻雜程度。對於與LTP相關聯之以短時間尺度（亦 即100微秒至20毫秒)操作的雷射二極體，加熱深度係取決 於熱擴散而非輻射吸收深度（長度）。 因此，若能夠具有以位居或接近布魯斯特角進行雷射 熱退火之系統及方法且其中以相對較高的能量密度來輪送 20經偏振的雷射二極體輻射將是有用的方式。 【發明内容】 發明概要 本發明的第一態樣係為一用以對於一選用輻射波長具 有布魯斯特角來進行一基材的雷射熱處理(LTP)之系统。此 200541il7 = '、先包括-射以選用波長發射經偏練 雷射二極體。此糸τ 一維陣列的 繞係呈有—=純括—LTP光«統，該咖光學系 始（第it 平面並排列為接收所發射糾且形成-原 D 〜像於基材上。輻射束係經p :斯特角的入射角來入射基材。此系二= 收切綠，該至少—回收找系統係排列為接收 自基材所反射1射且將經反射的細導弓丨收 對應的至彡、-啊舖束。 i材作為 10 15 20 =:的第二態樣係為—進行—基材的雷理 (LTP)之以。此方法包括自—二__雷射 射選用波長的細。此方法亦包括以—咖 “發 所發射的輻射且自其形成一經線性p偏振的:=來接收 成一影像（譬如—線影像)於基材上。此方法亦勺&精以形 選用波長的—最小基材反射率之_ :匕括以對應於 輕照基材，同時掃鄉像於基材的至少—部a A射束來 法進-步包括在掃描期間將自基材反射的口 = 材作f的輻射束，同時保存ϋ射的P偏振到基 圖式間早έ兄明 第1圖為本發明的LTP裝置之示 的❿光學系統梢平面中觀看之示意/2相為本發明 之 示意=圖為本發明的LTp光學系統於以平面中觀看 第3A圖為最接近雷射二極體陣列之光學元件於X 面中觀看的近寫分解圖； 、千 8 200541117 第3B圖為最接近雷射二極體陣列之光學元件於平 面中觀看的近寫分解圖； 第4Α圖為最接近基材之LTP光學系統的元件於γ_ζ平 面中觀看之近寫圖； 5 第4 Β圖為最接近基材之LT Ρ光學系統的元件於χ _ ζ平 面中觀看的近寫圖； 第5圖為顯示對於800奈米波長之裸矽及矽基材上具有 300奈米、400奈米及500奈米厚度的場氧化物膜之入射角0 (度)及反射率R(%)變異之繪圖； 10 第6圖為類似於第5圖的繪圖，顯示對於8〇〇奈米波長之 一 130奈米厚層的多晶矽鋪覆於在一矽基材上分別具有3〇〇 奈米、400奈米及500奈米厚度的氧化物層之反射率； 第7A圖為類似於第1圖者之一LTP系統的一範例實施 例之近寫示意圖，但進一步包括一排列為接收經反射輻射 15 且將其導引回到基材作為“回收輻射，，之回收光學系統； 第7B圖與第7A圖相同，且進一步包括沿著轴線八丨排列 作為LTP光學糸統的一部分之一偏光板、一半波板及一隔離 元件，以防止輻射回到雷射二極體陣列； 第8A圖為第7圖的回收光學系統之一範例實施例的橫 20 剖視圖，其包括一角落反射器及一收集/聚焦透鏡； 第8B圖為類似於第8A圖者的回收光學系統之一範例 實施例的橫剖視圖，其利用一二透鏡中繼部(relay)及一平面 鏡面； 第8C圖為類似於第8B圖者的回收光學系統之一範例 200541117 實施例的俯橫剖視圖，其利用一二透鏡歪像性中繼部及一 屋頂鏡面，該屋頂鏡面係具有一平行於基材上的線影像之 屋頂線； 第8D圖為第8C圖的回收光學系統之橫剖側視圖； 5 第9A圖為第8A-8D圖的回收光學系統之範例實施例的 一變異之橫剖視圖，其中回收光學系統軸線A2係設定為位 居經反射輻射圓錐角以外之一角度以在直接入射與回收輻 射束之間的入射角中達成一偏移來防止輻射回到雷射二極 體陣列； 10 第9B圖為以第9A圖為基礎的示意圖，其顯示各種光學 系統及不同輻射束的圓錐角與不同軸線之間的關係； 第9C圖為顯示其中回收光學系統軸線A2相對於雷射 二極體陣列及LTP光學系統軸線A1方位性旋轉了 一方位 角Ψ之實施例的俯視示意圖； 15 第10圖為第7圖的回收光學系統之另一範例實施例的 橫剖視圖，其包括一收集/聚焦透鏡及一格柵； 第11圖為一 LT P系統之一範例實施例的橫剖視圖，其採 用了排列為以相距基材法向相對側呈現類似入射角來輻照 基材之兩雷射二極體陣列及兩對應的LTP光學系統； 20 第12圖為本發明的一實施例之平面圖，其利用兩個雷 射二極體陣列輻射源及六個回收光學系統來回收自基材表 面所反射之輻射。 圖中所描繪的各種不同元件僅為代表性質且未必依實 際比例繪製。可能誇大其特定比例，且縮小其另外的特定 10 200541117 比例。圖式係預定用來示範可供熟習該技術者瞭解及適當 地實施之本發明的各種不同實行方式。 【實施冷式】 發明的詳細描述 首先描述本發明的裝置，然後描述其操作方法。然後 提供功率密度需求及系統產出能力。 裝置 第1圖為根據本發明之LTP装置10的一範例實施例之示 意圖。裝置10係包括一二維雷射二極體陣列12，該二維雷 10射二極體陣列12係產生用來處理（亦即輻照）一被一可移式 階台17所支撐的基材16之相對較強的輻射14。基材表面16S 留駐在一LTP光學系統22的一影像平面IP上或附近。下文分 開討論這些元件及用以構成裝置10之其他元件。 雷射二極體陣列 15 雷射二極體陣列12係包括沿著陣列的一二維發射面20 以規則分佈的間隔定位之複數個雷射二極體18。一範例實 施例中，利用組合(“譬如堆積，，）用以構成陣列的列或行之線 性二極體陣列，藉以形成雷射二極體陣列丨2。 一典型市售的雷射二極體陣列棒（亦即線性二極體陣 2 〇列）係為各含有6 0個發射器且沿著陣列長度分開約16 〇微米 之一（1)公分線性陣列的一堆積體。各發射器係為約丨微米寬 及約150微米長。發射器的定向係使發射器的最大維度對準 於陣列長度。雷射二極體18通常係發射在一此處界定為γ_ζ 平面且含有個別線性陣列的軸線之平面中發散1〇。之輻射 11 200541117 14。並且，輻射束14係在一與個別線性二極體陣列的軸線 呈現正交之平面（此處界定為XZ平面）中具有一發散量（譬 如 30。）。 適當的雷射二極體陣列棒係可購自許多供應商，包括 5 SDL，80 Rose Orchard Way，San Jose，Calif· 95134-1365(譬 如，SDL 3400系列係包括1公分長且能夠有40瓦特(W)輸出 功率的線性陣列），Star Technologies, Inc·，Pleasanton，
Calif.，Spire, Inc·，Patriots Park，Bedford, Mass. 01730-2396 ； Siemens Microelectronics, Inc., Optoelectronics 10 Division，Cupertino, Calif.(Model SPLBG81)，Spectra Diode Labs，Thompson CFS，Rue du Bois Chanland，CE2901 Lisses， 91029 Evry Cedex，France，及 IMC，20 Point West
Boulevard，St· Charles，Mo. 63301。 因為雷射二極體18操作中所產生的熱量可能很大並限 15制了最大可取得的輸出功率，雷射二極體陣列棒通常為水 冷卻式以防止使用期間過熱。 一特定的範例實施例中，雷射二極體陣列12係由25列 的雷射二極體18構成，各列分離ι·9公厘且含有49個雷射二 極體18，各雷射二極體μ係沿γ軸線測得1〇〇微米且沿X軸 20線（亦即沿橫列方向）測得1微米。各雷射二極體列係為10公 厘長而雷射二極體陣列12為24x1.9公厘=45.6公厘寬。自各 雷射二極體發射的輻射係在γ_ζ平面中發散1〇。全寬半最大 值(FWHM)且在乂_2平面中為35〇 FWHM。一適當的二維雷 射二極體陣列12係得自Coherent，Inc的UghtSt〇neTM產品 12 200541117 線（譬如’以品名LIGHTSTACK銷售之二極體陣列）。 範例實施例中，雷射二極體陣列12係產生處於從約35〇 奈米（nm)至950奈米、且在一特定範例實施例中處於78〇奈 米或810奈米的範圍波長之輕射14。此等波長對於處理一具 5有包含數十奈米（nm)厚度的源/汲區之一微米或更小級數的 積體元件或電路特性之矽基材係特別有效。 此處請注意，本發明並不限於一只產生位於上述波長 範圍内的輻射之雷射二極體陣列12。市售的雷射二極體係 發射位居從380奈米（譬如GaN藍二極體）延伸至931奈米波 1〇長之輻射。市售雷射二極體陣列之波長及類型已經快速地 擴張，且此趨勢可能會持續下去所以未來可望從製造廠購 得上述波長範圍之内與之外的許多額外的陣列。此等未來 雷射二極體的陣列可用來實行於本發明中，特別是發射被 矽吸收之波長者尤然。部分市售的雷射二極體陣列棒係能 15 夠在一含有單列二極體之1公分長的棒中產生具有5〇w至 100W的相對較強功率位準之輻射14。 一範例實施例中，雷射二極體陣列12係產生在基材處 測量出具有1500瓦/平方公厘或更高功率密度之輕射。 LTP光學系統
20 繼續參照第1圖，裝置10亦包括LTP光學系統22，LTP 光學系統22係排列為自雷射二極體陣列12接收輻射14且生 成一輻射束23，該輻射束23係在影像平面IP處形成一大致 呈均勻強度的線影像24。本發明中，“線影像”係指一具有 高尺寸比（譬如約7:1)的二維影像，故使影像在一維度中呈 13 200541117 長形且在另一維度中相對較窄（‘ 厂710罕乐轨ZZ具有 15 參 20 學軸線A1(虛線） 輕射束23係受到P偏振且以—位居或接近布魯斯特角 Θβ的角度人射在基材16上（第i圖中，“ ~θβ，，代表“位居或接 )近布魯斯特角〜”）。入射角定義為表面法向Ν(亦即基材表 的法向^ ’如點狀虛線所示_射束μ的軸向射線 (，圖示的軸向射線係'與光學鱗A1共線)之_角度。布 :斯特角係由構成基材的材料及人射輕射的波長所界定。 對中’基材16較佳為矽，諸如IC製造中所使用的類型。 微半I溫碎之布魯斯特角在咖奈米波長係為〜75。且在1〇.6 二長係為〜74。。雖然縣對於膜堆積體界定布魯斯特 聪在#上的出現係輕微地改變最小反射率的角度。然 晶圓匕^成於石夕基材上的膜之大部份應用中，裸石夕 之布魯斯特角係、為良好的逼近值。 對於$明的一範例實施财，輕射束Μ的入射角係位在 内。二理的—基材材料（譬如⑦）之布魯斯特角的+/1〇。 範例只她例中，入射角位於60。與80。之間。 加熱利==、斯特角的入射角係在基材上產生均勻的 元件的;；二 4含有呈不同頻譜特徵的不同膜之電路 如—不平均分佈而在法向入射時呈現頻譜不均勾性。丝 覆蓋有mr可具有主要為裸晶石夕之—區、及主要 第三區係可1/至0.5微米深度的隔離溝道之另-區。一 米多晶雜之、E在^的一氧化物溝道頂部上含有0.1微 曰、。°域。各區的反射率係隨著相對於表面法向Ν 14 200541117 測得的入射角而變（請見第5圖）。藉由在布魯斯特角或接近 布魯斯特角（譬如概括位於60。至80。之間）操作，可能在廣泛 不同的膜及膜厚度中以及基材的不同區中幾乎將吸收予以 等化。 在此角度範圍中柄作之另一優點係為：所有膜的反射 率在此區中皆很低，因此入射輻射束23很有效率地耦合至 基材16内。在法向入射時，約有33%的入射8〇〇奈米輻射束 自裸矽被反射，且約有3.4%自一無限厚的Si〇2層表面被反 射。在68。入射角，只有約3%的輻射自裸矽及自Si〇2層頂表 10面被反射。當考慮到來自多重表面的干涉效應時此結果更 加複雜，但當經P偏振的入射輻射束23以位居或接近對於矽 的布魯斯特角入射時，來自各種不同可能的膜之反射率的 總變異係達到最小。 第2A及2B圖分別為歪像性]^^光學系統22於孓2;及5^2 15平面中所觀看之不意圖。如上述，一雷射二極體所發射的 輻射係在不同平面中具有不同發散量，譬如在γ_ζ平面中為 10。FWHM而在Χ-Ζ平面中為35。。第3Α&3Β圖分別為最接 近雷射二極體陣列12之光學元件於χ_ζ及γ-Ζ平面中所觀看 的近寫分解側視圖。 2〇 參知、第3Α及圖，為了準直Χ-Ζ平面中來自雷射二極 體陣列12的輻射，系統22係沿著光學軸線八丨包括一與雷射 二極體陣列12呈緊鄰排列之二維圓柱形透鏡陣列1〇〇。圓挺 形透鏡陣列1〇〇係由圓柱形透鏡元件1〇2構成且包括一輪入 側104及一輸出側106。陣列1〇〇中之圓柱形透鏡元件1〇2數 15 200541117 ®係對應於雷射二極體陣列12中之雷射二極體18的列數。 相鄰透鏡元件丨〇2之間隔較佳係與相鄰列的雷射二極體之 間隔（譬如在上述範例實施例中為1.9公厘）相同，而透鏡元 件具有X-Z平面中的透鏡功率。因此，N個圓柱形透鏡係在 平面中產生N個經準直且平行的束110。請注意這些束 仍於含有雷射二極體列之Y-Z平面中發散（譬如10。）。 一範例實施例中，各圓柱形透鏡元件的焦距相對較 丑，言如約為3公厘。N個準直束（譬如n=25)係等同於給定 見度（譬如47·5公厘）的單一準直輸出束112。理論上，（大致） 準直束112中之射線的角度分散可為很小（譬如0.024。)且只 义限於务射斋的1微米尺寸或受限於衍射。特定言之，二極 體列最後係輕微地彎曲而導致對於圓柱形透鏡元件102的 失準。這限制了輸出束112的最小發散角（譬如限制為約〇 3。 FWHM) 〇 15 20 一適當圓柱形透鏡陣列100的一範例係得自乙丨皿^ Micro-Optics & Laser Systems ^ Bookenburgweg 4? 44319 Dortmund，Germany。束110的偏振方向係定向為使電場向 量垂直於列方向，亦即偏振位於x方向中。在此例中，且藉 由第2關所示的光學配置，不需要改變偏振方向。然而，曰 其他二極體_可在正交方肖巾魅且料情料將需要 改變偏振方向以對應於影像平面IP處的一 F偏振。因此，繼 續參照第3A及3B圖’ 一範例實施例中， lip光學系統22係 包括一與圓柱形透鏡陣列110呈緊鄰排 ' ' ’、 先學半波板120 以在萬-需要改變偏振方向時將旋轉偏振轉_。。亦可利 16 200541117 用半波板120藉由使板沿光學系統軸線A1旋轉來改變基材 上的經P偏振輻射束23之強度。因為所有的二極體棒皆發射 經線性偏振的輻射，半波板120的角度定向係決定了入射在 基材上之經P偏振及經S偏振輻射的相對量。因為輻射束23 5 的經p偏振分量受到強烈吸收而經S偏振分量主要受到反 射’半波板的定向係決定基材中所吸收的總能量。因此， 半波板的定向可用來控制基材中所吸收之能量總量。 基於描述及容易顯示之便，雷射二極體陣列12、圓柱 形透鏡陣列1〇〇及選擇性半波板12〇係分組在一起並在此處 1〇視為構成一用以發射輸出束112之有效雷射輻射源140(第 3A及3B圖）。 再度參照第2A及2B圖且其為相同LTP中繼部的正交 圖’ LTP光學系統22係依照沿著光學軸線A1的次序進一步 包括對於有效輻射源14〇呈緊鄰排列之一圓柱形場透鏡 202。圓柱形場透鏡2〇2在X-Z平面中具有功率。LTP光學系 、、422進一步包括一在γ_ζ平面中具有功率之圓柱形準直透 鏡204、一橢圓形瞳孔210、一在χ-ζ平面中具有功率之第一 圓才主形中繼部群組22〇、及一中間影像平面224，如第2Β圖 不。系統22亦包括一在γ_ζ平面中具有功率之圓柱形聚焦 、見28、及一在χ-Ζ平面中具有功率之第二圓柱形中繼部 透1 見群組230。一範例實施例中，圓柱形中繼部透鏡群組22〇 及23〇係為分別由透鏡22〇Α、220Β及230Α、230Β所構成之 空間分隔式雙件組。 此範例中’圓柱形準直透鏡204及圓柱形聚焦透鏡228 17 200541117 係形成一遠心、歪像性中繼部且其在γ-ζ平面中具有一般可 在約1.5至約4.5之間變動之約為2的縮小功率（比值）。請注意 身為2的縮小功率係對應於1/2的放大倍數。這些圓柱形透 鏡在Χ-Ζ平面中未貢獻功率（第2Β圖）。因此，第2Α圖所示的 5中繼部產生之遠心影像係為5公厘且其對角係為一 2 〇。圓錐 角。 正常來說’需要具有盡可能大的縮小比值來將功率集 中在形成於基材16處之線影像24中。然而，縮小比值愈大， 則基材處的圓錐角將愈大且基材所看見之輻射源23中的入 10射角範圍之角度變異亦愈大。譬如，如果雷射二極體陣列 12以1:1成像至基材16上，則離開雷射二極體陣列之輻射的 角度分散將被複製在基材處的輻射束中。 為了使光學設計保持相對較簡單並限制基材16處之入 射角的變異，需要將基材處輻射束23的角度分散限制為約 15 2〇°，且其對應於Υ-Ζ平面中約為2之上述縮減比值。因此， 範例中，一10公厘長的二極體列係成像成為一 5公厘長的線 影像。 參照第2Β圖，圓柱形場透鏡2〇2(與圓柱形透鏡陣列1〇〇 及k擇性半波板120合作）係具有在一選定部位形成一曈孔 2〇 210的作用以使線最後影像24呈遠心性。第一圓柱形中繼部 透敍群組220係以約為8.3的縮減因數在中間影像平面224 處形成雷射二極體陣列12之一中間影像。第二圓柱形中繼 部透鏡群組230係以約為8·8的另一因數來縮減第二中間影 像而具有約69的總縮減倍數以產生對於光學軸線A1呈法向 18 200541117 之約0.66公厘的影像尺寸。因為影像以66。角入射在基材 上，基材上的影像尺寸增加1/cos0，其中0為入射角。因 此’基材上之影像24的寬度約為ι·62公厘。 上述範例中，藉由將基材所看見之輻射束23中的圓錐 5角設定為20。上限來決定χ_ζ及γ·ζ平面中的放大率。然而， 對於入射角圍並無基本限制，但小角度範圍可在橫越晶 圓所吸收的能量中產生較小的變異。如果二極體及圓柱形 透鏡陣列所產生的束準直作用已更為緊密，則已經可在χ_ζ 平面中使用-更高的放大率來獲得一更窄的線影像。同樣 1〇地，基材上的雷射束之數值孔徑並沒有理由必須要在兩平 面中相同。因此，Υ-Ζ平面中的縮小功率可能已經譬如位於 約1.5Χ至約4.5Χ之間，且Χ-Ζ平面中的縮小功率可能已經譬 如位於約5〇Χ至約150Χ之間。χ_ζ方向的縮小功率係依據^ 到圓柱形透鏡陣列100準直後之輻射束112中的角度分散而 15 定。 第4Α及4Β圖分別顯示在基材16形成線影像24之圓柱 形聚焦透鏡228及圓柱形中繼部透鏡群組23〇於γ_ζ平面及 Χ-Ζ平面所觀看之近寫圖。 如上述用於LTP光學系統22的一範例實施例之光學設 2〇計資料係請見下表卜表中，第一行係為表面數，第二行為 表面半徑，第三行為對於下個表面之距離(厚度或間隔），而 第四行代表透鏡材料。字母“S”代表“表面數”μ、幻等，而 TH代表“厚度”。所有厚度及半徑值係以公厘(mm)為單元。 星號(*)代表表面S3及S10的非球型表面，而非球型表面資 19 200541117 料在下文中分開地提供。 表1 :如第2A及2B圖所示之LPT光學系統22的範例實施例 之透鏡設計資料
S 半徑（RDY，RDX) TH 玻璃 元件 1 RDY=8 RDX=8 6.000 矽石 透鏡202 2 RDY=8 RDX=-208.824 196.238 3* RDY=92.224 RDX二8 10.000 矽石 透鏡204 4 RDY=8 RDX=8 232.209 5 RDY=8 RDX=8 47.500 瞳孔210 6 RDY=8 RDX=20.204 8.000 碎石 透鏡220A 7 RDY=8 RDX=8 0.500 8 RDY=8 RDX=20.668 8.000 碎石 透鏡220B 9 RDY=8 RDX=8 43.100 10* RDY=46.026 RDX=8 10.000 矽石 透鏡228 11 RDY=8 RDX=8 40.943 12 RDY=8 RDX二8 21.500 瞳孔 13 RDY=8 RDX=24.143 8.000 矽石 透鏡230A 14 RDY=8 RDX=8 0.500 15 RDY=8 RDX=15.783 8.000 矽石 透鏡230B 16 RDY=8 RDX二8 21.510 17 RDY=8 RDX=8 0.000 影像平面 5 表面S3 k=-3.410989 表面S10 k=-l.011858 其中k為下式所界定之一超環面非球型常數： 10 z=cy2/(l+(l-(l+k)c2y2)°·5) 其中：z為位於光學軸線方向中及與其軸線呈法向之 20 200541117 超環面表面上的一點位置 y為與其軸線呈法向且與光學軸線呈法向之超環 面上的一點位置 C為表面曲率或表面半徑的倒數。 5 影像功率密度 一範例實施例中，各列的二極體係能夠以水冷卻產生 約80W的光學功率。假射具有70%的整體效率，影像功率密 度（亦即影像24中的強度）約為： 功率=25(80瓦)(0·7)/(1·62公厘）(5公厘）=173瓦/平方公厘 0 此功率量顯著地小於，684號專利之先前技術的LTP系 統中所需要之1300瓦/平方公厘（與一 2〇〇微秒停頓時間相關 聯）。 一範例實施例中，線影像24中的強度係為1〇〇瓦/平方 公厘或更大。 15 20 控制系統 再度苓照第1圖，一範例實施例中，LTp裝置1〇進一步 包括-用以控制裝置操作之控·統25(虛線箱）。控制系統 _包括-控制器26、一耗合至控制器之輸入單元烈、及 至㈣器之顯示器單元30°此外，控制器25係包括 :=Γ2’其―器26以對於雷射二極體陣 幻队應功率，_階台 控制階台π的運動之控制器26.及八=至階台17及用以 控制器26且留駐在階△上。二一偵測器38 ’其搞合至 以將㈣器放置=3路8係排列為當階台移動 咖卩切料破處或附 21 200541117 近交截線影像24)時用以偵測輸送至影像平面Ip之至少一部 分的輻射束23。 一範例實施例中’控制系統25係包括一反射輻射監視 器39A及一溫度監視器39B。反射輻射監視器39八係排列為 5 接收自基材表面16S反射的輪射23。反射輻射係以23，代 表。溫度監視39B係排列為測量基材表面1的溫度，在 範例貝施例中顯不為沿者表面法向N排列藉以在線影像 24形成處或附近之法向入射處觀看基材。然而，溫度監視 器39B亦可排列為以與用來測量溫度的波長頻帶呈現對應 1〇之布魯斯特角來觀看基材。監視器39A及39B係耦合至控制 器26以反射輻射量23,的測量值及/或基材表面16S的測得溫 度作為基礎來提供回饋控制，如下文更詳細地描述。 一範例實施例中，控制器26係為一耦合至一記憶體之 微處理器、或一微控制器、可程式化邏輯陣列（pLA)、場可 15程式化邏輯陣列(FPLA)、可程式化陣列邏輯(PLA)或其他控 制兀件（未圖示）。控制器26可以下列兩操作模式操作：開迴 路，其中係維持基材上之一固定功率及一固定掃描速率； 及閉迴路，其中係維持基材表面上之一固定最大溫度或基 材中所吸收之一固定功率。因為最大溫度係隨著施加功率 直接曼動且與知描速度的平方根呈反比變動，一範例實 施例中，使用一閉迴路控制來維持入射功率除以掃描速度 平方根之一固定比值。亦即，如果P23為輻射束12中的功率 量而V為掃描速度，則比值p23/V〗/2保持固定。 子於閉迴路插作，控制器％係經由一信號（譬如電信號） 22 200541117 接收至少-參數，諸如最大基材溫度（譬如經由來自溫度監 視器信號232)、輕射束23中的功率p23(譬如經由來自偵測器 38的彳§號42)、反射輻射束23’中的反射功率（譬如經由來自 反射輻射監視器39A的信號230)。並且，控制器如適可以所 5接收信號為基礎來計算參數，譬如由信號230 '232及/或42 中資訊所決定的晶圓16之接收功率量等。 控制器26亦搞合以自-操作員或自一身為較大基材總 成或處理工具的-部分之主控制器接收—外部信號4〇。此 麥數係指示出所供應用來處理基材之預定輻射劑量或基材 1〇達成的最大溫度。參數信號亦可指示出強度、掃描速度(scan velocity)、掃描速率（scan speed)、及/或用以輸送一預定輻 射劑量至基材16之掃描數。 以控制器26所接收的參數信號為基礎，控制器可產生 一顯示信號46並將其送到顯示器單元30而在顯示器單元上 15視覺地顯示資訊，所以一使用者可決定及驗證參數信號位 準控制為26亦搞合以接收一用來引發裝置1 〇所進行的處 理之啟動信號。此啟動信號可為輸入單元28所產生的信號 39或來自諸如一主控制器等外部單元（未圖示）的外部信號 40 〇 20 操作方法 現在描述LTP裝置10的操作方法。繼續參照第丨圖，回 應於一用以引發系統操作模式之啟動信號（譬如信號39或 信號40)，控制器26係預程式化以造成基材階台17(經由階台 控制器34)將基材定位在一適當的啟動部位，以引發掃描（嬖 23 200541117 如移動基材階台Π)，然後產生一具有適當強度的輻射束 23。由使用者或外部控制器預設的參數信號為基礎之一雷 射二極體束強度控制信號200係提供至功率供應器32。功率 供應器32隨後係以強度控制信號為基礎來產生一經調節的 5電流信號202。更詳言之，來自功率供應器之電流信號2〇2 中的電流量係由強度控制信號200加以決定。功率供應電流 係輸出至雷射二極體陣列12以產生一選用位準的輻射功率 14 ° 一範例實施例中，控制器26係預程式化以代表預定掃 10描速率及掃描數之參數信號作為基礎來產生一掃描控制信 號206。控制器26與強度控制信號200協調地產生掃描控制 信號206並將掃描控制信號供應至階台控制器34。以掃描控 制信號206及一預程式化至階台控制器内的預定掃描圖案 為基礎，階台控制器係產生一掃描信號21〇以執行階台％的 I5運動（譬如光栅狀（raster)、蜿蜒狀或牛耕式轉行奎寫狀 (boustrophedonic))以使線影像24掃描於基材丨6或其選定區 域的上方。 -範例實施例中，_器38係產生_用以指示出基材 16處所接收輻射束23中的功率量之偵測器信號42，且其係 20為來自雷射二極體陣列12之輻射14的功率位準&LTp光學 系統22的傳輸之一函數。一範例實施例中，控制器26(哎直 接經由使用者）決定強度控制信號200及掃描速率。基材Μ 上所產生的最大溫度係與輻射強度亦即，p23/(單位面 積))除以掃描速率平方根(亦即WV，近似成正比。因此， 24 200541117 一範例實施例中，控制器26係預程式化以藉由改變掃描速 率、或雷射強度、或兩者來達成一所需要的最大溫度，以 獲得一強度數值除以對應於所需要的最大溫度之根掃描速 度。另一範例實施例中，所需要的最大溫度係在掃描期間 5 維持固定。 另一範例實施例中，一反射輻射23’量係藉由反射輻射 監視器39A予以測量，並提供一與對於控制器26的測得功率 呈現對應之信號230。然後利用入射輻射測量值（譬如來自 偵測器38)及反射輻射測量值來計算基材所吸收的輻射束 10 23以及對應的吸收功率位準之比例。然後藉由控制器26使 用信號23來控制雷射二極體陣列12提供至基材16之吸收輻 射束23功率位準以確保在基材中維持正確的最大溫度。 另一範例實施例中，基材溫度監視器39B係測量基材表 面16S溫度並提供一對應於最大基材表面溫度之信號232至 15 一控制器26。信號232隨後由控制器26使用來控制雷射二極 體陣列2 3提供至基材的輻射2 3量以確保在掃描期間於基材 中維持正確的最大溫度。 此方法亦包括使線影像24掃描於基材的至少一部分上 方，故使各個受掃描部分看見雷射二極體輻射的一脈衝且 2〇其使矽基材16的表面溫度在一段位於100微米到2〇毫秒的 時間中恰低於（亦即400°C以内或更小）石夕的融點（！ 4丨此）。 對於矽LTP的功率密度需求 用於退火石夕基材（晶圓）所需要之吸收功率密度係隨著 “停頓時間”而變，停頓時間係為線影像24留駐在基材表面 25 200541117 16S上的一特定點上方之時間量（第1圖）。一般而言，所需要 的功率密度係與停頓時間平方根呈反比變化，如下表2所 示： 表2-停頓時間vs·功率密度 停頓時間 功率密度 200微秒 1200瓦/平方公厘 500微秒 759瓦/平方公厘 1毫秒 537瓦/平方公厘 2毫粆 379瓦/平方公厘 5毫秒 240瓦/平方公厘 10毫秒 Π0瓦/平方公厘 假δ又對於以石夕為基礎的應用進行ltp係需要1瓦/平 方公厘的最小功率，一能夠產生此最小功率的雷射二極體 陣列12係可以1〇毫秒級數的停頓時間來進行LTp。 系統產出 10 基於商業可行性，一 LT P系統務必能夠在每單位元件中 處理足量的基材，或依照此產業用語稱為具有一足夠的“產 出。為了估计LTP裝置1 〇的產出，考慮一 3〇〇公厘石夕晶圓及 5公厘長與ι·62公厘寬的線影像。藉由3〇〇公厘/5公厘=6〇 求出晶圓上方的掃描數。並且，對於1〇毫秒的停頓時間， 掃知速率為162公厘/秒。藉由（3〇〇公厘)/(162公厘/秒)=1.85 I求出一次掃描的時間。對於lg的階台加速度，階台的加 逮/減速時間為（162公厘/秒)(9800公厘/平方秒)=〇·〇17秒。因 此’處理一基材的時間係為60(1.85秒+(2)(0.017秒))=113 衫。如果對於基材輸入及輸出一基材之時間共為15秒，則 2 0 藉由（3600秒/小時)/(15秒+ 113秒)=28基材/小時求出產出， 26 200541117 其為商業上可行的產出率。 回收反射輻射 雖然較佳以盡量減少此輻射束的反射之入射角θ藉由 退火輻射束(輻射)23來輻照基材16,此方式未必永遠方便或 5 可行。這是因為基材16的反射率依據表面16S的本質而定所 致，表面16S可具有不平均分佈之多種不同薄膜與留駐其上 的其他結構。 這t、纟σ構係包括從接面區域中的裸碎、到場氣化物、 到場氧化物上的多晶矽。已經估計一典型的積體電路包含 10 30%至50%的場氧化物、約15%至20%裸矽或矽上的多晶 石夕，其餘則為場氧化物上的多晶;ε夕。然而，這些比例係隨 著不同電路而改變且甚至在一電路上即會改變。 第5圖係為裸矽及通常出現在一就緒可供接面活化之 石夕基材上的範例場氧化物膜(300奈米、400奈米及500奈米） 15 之入射角Θ(度)及反射率R(%)變異的繪圖。第5圖的繪圖係 假設入射在基材上的輻射具有8〇〇奈米波長且受到P偏振。 如繪圖所示，對於這些膜而言，最大操作點係對應於約55。 的入射角0 ’且其係為反射率等於約14%處之角度。 第6圖為類似於第5圖的繪圖，並顯示一石夕基材上之3〇〇 20 奈米、400奈米及500奈米厚度的氧化物層上之一 13〇奈米厚 層的多晶矽之反射率。在此例中，不具有理想的操作入射 角，然而55°係為一合理選擇。實際上，一經活化摻雜物在 多晶矽及矽層中的出現係使得這些區更呈現金屬狀且升高 所有入射角之反射率。 27 200541117 簡單地參照下文所更詳細描述的第10圖，為了將足夠 能量從輻射源12轉移至基材16，一範例實施例中，輻射束 23具有基材上之一顯著範圍的入射角p，亦即LTP光學系統 22具有一顯著的數值孔徑NA=sinp23，其中φ23為軸線A1 5及輻射束23的外射線23Α或23Β所形成之半角。請注意入射 角923係在表面法向Ν與軸線…之間測量，其中轴線…亦 代表輪射束23的一軸向射線。軸向射線及基材表面法向ν 所形成的角度6>在此處係稱為“中央入射角，，且入射角可具 有角Ρ 23範圍的改變幅度。 10 一範例貫施例中，如果在入射平面中考慮20。的入射角 範圍’第5圖的繪圖係建議具有從約42。至62。的入射角#23 分散’其中約52。的中央角係為一良好選擇以盡量減少各不 同膜堆積體之間的反射率變異。 實際上，難以消除來自基材表面16S之輻射23反射。因 15 此，本發明的一範例實施例係包含捕捉反射輻射23R及將其 重新導引回到基材作為“回收輻射23RD”，其在該處可被基 材吸收以藉由加熱基材來幫助退火程序。 回收反射能量具有兩項主要理由。其一理由單純在於 改良了能量耦合至基材内之效率，因此降低了所需要的最 20 大雷射功率且因此降低成本。第二理由也是更重要的理由 係在於晶圓上不同點的反射率變異導致吸收功率的變異， 因此導致溫度的不良變異。因此，如果可使回收系統產生 夠高解析度，溫度均勻度可望具有可察覺的改良。 所需要的解析度係小於下式求出的熱擴散長度 28 200541117 “(Dr)0.5 ⑴ 其中D為熱擴散率（對於矽為〇·9平方公分/秒），而r為線影 像在基材上的一點上方之停頓時間。 一微秒的典型停頓時間將產生約3〇〇微米的熱擴散長 5度，所以一具有100微米解析度的回收系統將提供溫度均勻 度的顯著改良。 回收系統的所需要數值孔徑(N A)係必須以一最小值來 匹配於直接入射束的數值孔徑。因為晶圓上的圖案具有一 有限對比，即便在設計用來盡量減小此對比之照明條件 10下，仍需要使回收系統NA略為更大。 為此’現在茶照第7A圖，其中顯示類似於第1圖者之本 發明的LTA裝置1〇之一範例實施例的近寫示意圖，其進一步 包括-回收光學系統3〇〇，回收光學系統3〇〇係排列為接收 反射輕射23R且將其導引回到基材作為回收輻射2勤。第 15 7A圖中，回收光學系統3⑻沿著—與反射輻射的軸線重合之 轴線A2排列，藉以使回收輻射在與原始束相同的點及相同 的入射角回到基材。在此例中，反射束的入射角係等 於幸田射束入射角θ 23且與其相對。第7Α圖中，為了易於圖 不’反射及回收的輕射束及對應的角度0观及0 23RD係顯示 20 為分離。 理心上回收光學系統3〇〇需以與原始（第一）線影像相 同的尺度及相同的定向來將線影像Μ再成像回到自身上。 具有可達成此作用之數種簡單的配置。其中兩範例係為一 it鏡’其與物體分離了該透鏡的焦距，其後係為一頂角反 29 200541117 射器；及一中繼部系統，其將物體成像在一平面鏡面上。 第7B圖顯示與第7A圖相同之本發明的一範例實施 例，其進一步包括一偏光板302、一半波板3〇4、及一沿著 軸線A1排列（譬如，位於發射的輻射束14或入射退火輻射束 5 23中）之隔離元件306(譬如，一法拉第旋轉器或一隔離器） 以防止回收輻射自基材產生反射及回到雷射二極體陣列 12。偏光板302、半波板304及隔離元件306可視為LTP光學 糸統22的"部分。 刼作中，偏光板302係對準至來自雷射二極體陣列12 10之輸出束14的線性偏振方向，而半波板304係定位為相對於 基材所需要者產生一偏振45。◦隔離元件306提供額外旋轉 以在基材上產生經p偏振的輕射。在回收輻射束中保存了此 偏振方向，然而，回收輻射束第二次通過隔離元件係產生 一額外的45°旋轉。因此，隔離元件與半波板之間的空間中 15之回收輻射的偏振方向係正交於直接來自雷射二極體陣列 12之輻射14的偏振方向。第二次通過半波板3〇4之後，回收 輻射係具有一對於偏光板302通過方向呈法向之偏振方 向，導致回收輻射束的嚴重衰減。 第8A、8B及8C圖係為回收光學系統3〇〇的各別範例實 20施例之橫剖視示意圖。第8A圖所示的實施例係包括一中空 頂角反射器310及一具有一焦距F之收集/聚焦透鏡316，該 焦距F係對應於沿著軸線A2從透鏡至基材表面16S之矩 離。中空頂角反射為310具有三個以直角相交的反射表面， 但為了簡化圖示只顯示兩個表面312及314。 30 200541117 雖然對於這些系統的一範例實施例中之第8A及8D圖 的系統300設計而言並不重要，可藉由將頂角的頂點APX設 置於透鏡的光學軸線A2上且使一焦距遠離透鏡來盡量減小 透鏡316及頂角310兩者的孔徑。此配置生成一身為遠心性 5 IX中繼部之回收系統，其中將頂角設置於瞳孔處。計算顯 示出：如果以一中空頂角組態來使用金屬反射表面312及 314以及另一反射器表面（未圖示），則可保存物體（亦即，原 始或第一線影像)及影像（回收輕射23RD所形成的“第二，，線 影像）中之輻射的偏振方向。 10 第8A圖的光學系統300之操作中，透鏡316係自基材表 面16S收集反射輻射23R並將其導引至頂角反射器表面312 及314以及另一反射器表面（未圖示），作為平行射線32〇。平 行射線係從三個反射器表面反射並以確切相反的方向但在 軸線A2相對側上導引回到透鏡316，作為此時構成回收輕射 15 23RD之平行射線320。平行射線320’係由透鏡316收集並在 其原點3 21處再聚焦回到基材表面16 S。 第8B圖代表構成第8A圖的回收光學系統300之一替代 性方式。此實施例中，物體（亦即線影像24)係成像至一用以 使影像回到物體之平面鏡面PM1上。所顯示的範例係在分 20 離其焦距總和之兩透鏡316A與316B之間採用經準直輕 射。一設置於經準直路徑中且與各透鏡316A及316B分離一 焦距之瞳孔闌PS1係使此系統呈現加倍遠心性。 弟8C及8D圖顯示第8A及8B圖所示的範例實施例之― 混合物。第8C及8D圖所示的俯視圖及側視圖係分別顯示一 31 200541117 歪像性系統，該歪像性系統係具有排列為在一平面中形成 一成像中繼部之圓柱形透鏡LA1、LA2及LA3(第8C圖的俯 視圖）、及正交平面中之一準直透鏡及反復鏡面（retro mirror)(第8D圖的側視圖）。在此例中，第8B圖的鏡面pMl 5 係由一使其屋頂線位於成像系統的平面中之屋頂鏡面RM1 取代。 第8A-8D圖所示組態之一項困難係在於：如果其使用 在反射輻射束的軸線上’則自基材第二次反射的任何反射 輻射皆將沿原始路徑通回到雷射二極體陣列12。回到雷射 10 二極體陣列的輻射會造成輸出位準的嚴重不穩定性且甚至 會損壞雷射源。如果雷射輻射充分具有同調性，則基材上 直接入射及反射束之間的干涉效應亦會具有問題。藉由分 隔束所佔用的角度空間可改善但無法消除此問題。 第9A及9B圖顯示一種避免將回收輻射送回到雷射二 15極體陣列12之方法。第9A圖為第8A圖所示的範例實施例之 一變異的橫剖視圖。第9A圖的系統3〇〇中，回收中繼部的光 學軸線A2係穿過產生角度位移之線影像中心故使其配置於 反射輻射圓錐的外部（其半角界定為，如第9β圖示意 性所示。 20 如第9A圖所示，此配置係導致反射韓射束23R及回收 韓射束23RD所產生之入射角的—偏移。請注意基㈣上之 入射韓射束23及喊_束2则的位践持㈣，而〇有 入射角改變。第9A及删的系統實施例中，利用反 射及回收轄射束之間的相對角偏移來防止回到雷射二極體 32 200541117 第9A圖所示的特錢例實施财，並不直好採用 用來自三個頂角面各者的全内反射之折射性頂角別，因= 其反射時並未保存偏振方向。 5 第9A及_回收光學系統300之範例實施例中，與回 收轄射束23RD相關聯的角度0聊係從初始人射及反射角 0 23及023R明顯地改變。一般而言，不希望在角产0及 之間具有可察覺的差異，因為此幾何結構將使入射角^ 離最佳值。可利用將回收系統300的軸線八2放置在反射輻射 1〇圓錐的中間、然後繞一與基材呈法向的軸線（亦即2輛線\來 方位性旋轉A2軸線，藉以使入射角保持接近於或處於相同 數值。此旋轉使A2軸線保持穿過影像24中心，如第9C圖所 示。利用此方式，中繼部軸線A2可移至反射輻射23R的圓 錐外部且輻射係以相同入射角（亦即Θ 23=0 23rd)、不同方位 15角见；亦即與沿基材法向N所測得者不同之角度回到基材。 一範例貫施例中’反射幸S射較佳係藉由回收光學系統 300自其反射處回到基材上相同的點（譬如，線影像24上的 或多點321 )，而位於熱擴散長度的一小比例部分内。否 貝1J ’反射輻射會加劇LTP相關聯的不均勻加熱問題。第9A 20 及9C圖所示的回收輻射系統300之範例實施例係顯示如何 完成此作用。實際上，熟習該技術者瞭解，回收光學系統 的折射性部分一般將必須採用數個透鏡元件，來達成優於 或等於停頓時間及可施用材料所用的熱擴散距離之解析 度。衍射極限未必是問題。譬如，如果用來加熱基材的輻 33 200541117 射束23具有一數值孔徑〇·2，則假設對於〇·8微米波長，衍射 ⑽的點區尺寸約為4微米。這穩穩地位於100至150微米的 典型熱擴散長度内。 第8Α、8b ' 8C、8D、9Α及9C圖所示的範例實施例之 5 缺點在於··其並未直接地補償物體及影像平面的顯著傾 斜（亦即，相對於光學軸線A2之傾斜狀基材表面16S)。然 而，如同熟習該技術者所瞭解，可利用傾斜狀透鏡元件、 圓柱形透鏡、折射性楔件或格柵來容納傾斜狀影像平面。 第10圖為一回收光學系統300的另一範例實施例之橫 1〇剖視圖，其將一物體成像回到本身上同時維持影像的尺度 及定向，亦包括橫越傾斜狀物體及影像平面之良好聚焦。 此系統係遵循第8B圖的實施例之一般方案，並以一傾斜狀 格柵取代平面鏡面。中繼部透鏡45〇將基材成像在一具有一 才。柵表面462之格栅460上。一範例實施例中，透鏡45〇係為 一具有第一及第二透鏡470及472之高解析度、遠心性中繼 部，該等第一及第二透鏡47〇及472係利用使傾斜狀物體平 面的影像沿其表面配置之方式來將傾斜狀基材成像至一格 柵表面上。一孔闌474係設置於第一及第二透鏡之間而離開 透鏡470—段距離^且離開透鏡472一段距離打，其中？1及 &刀別為透鏡470及472的焦距。因此，中繼部45〇為雙重遠 心性。
選擇格柵462的週期藉以將入射束衍射回到本身上且 將袼栅強光對於此幾何結構予以最佳化。因此，由下式求 出最佳格栅週期P:P=又/2sin0G，其中λ為輻射波長而gG 34 200541117 為格栅上相對於格柵表面法向NG之入射角。格柵的用途係 在於補償基材上之傾斜狀焦平面，其原本會導致回行影像 產生依據其相距影像點321的距離而定之散焦量。點321係 分別重合於基材16與LTP光學系統22及回收光學系統300的 5光學軸線A1及A2之交點。請注意在其中中繼部450從基材 到格栅以-IX操作之第10圖所示的幾何結構中，係具有Θ 0 23二023R=023RD。然而，不需要採用一具有IX放大率的中 繼部450。一般而言，不論符號轉換如何，tan0G=Mtan023， 其中Μ為中繼部450從基材至格柵之放大率。 10 第10圖的回收光學系統300之操作中，反射輻射23R係 由包括透鏡470及472之遠心性中繼部450收集，遠心性中繼 部450係將輻射帶到格栅表面462的一焦點。格柵表面462係 將幸S射再導弓丨（或更精密來說，衍射）回到中繼部450，中繼 部450在反射輻射發源之點321處或附近將此時的回收輻射 15 23RD導引回到基材表面i6S。因此，原始（第一）影像24的一 第一影像461係形成於格栅表面462上，而一第三影像321係 形成為疊置於基材處之原始（第一）影像24上。 第10圖的實施例之一缺點係在於：反射輻射23R係以持 續性基礎成像在格栅上的一很小點區或線上，如果具有可 20察覺的反射能量其終將融化或以其他方式損害格柵。若使 用一法向入射鏡面（未圖示）來取代格栅，將遭遇類似問題。 因此，對於第10圖的回收光學系統3〇〇之範例實施例必須小 心地選擇組件。 第11圖為一 LTP基材退火系統的一範例實施例之橫剖 35 200541117 視不思、圖，其中該系統採用分別具有相關聯的二維雷射二 極體陣列輕射源12及12，之兩個咖光學系統22及π。輕射 源12及12,皆操作性連接至控制器26。輻射源12及12,係分別 發射退火輕射束14及14，。各退火轄射束係由
一對應的LTP 5光學系統22及22,所接收。LTp光學系統係在基材表面i防 上形成各別的退火輻射影像24及24,。 一範例實施例中，LTP光學系統22及22，係適可形成至 乂在基材上彼此對接且可能重疊之影像24及24，。另一範例 貝％例中，景》像24及24’為線影像。另一範例實施例中，退 10火I射束23或23’的至少-者係以—位居或接近布魯斯特 角（其在8GG奈米對於石夕為〜75。)之人射角“及〜來入射 基材表面16S。 此配置因為可有效地合併其輸出，故降低了對於來自 個別雷射二極體輻射源12及12,所需要的輻射強度之需 、、弟2圖的LTP糸統之範例實施例並不限於兩個韓射束23 及23。—般而言，可使用任何合理數量的二維雷射二極體 陣列12、12,、12，，等及對應的光學系統22、22,、22，，等來形 f對應的影像24、24,、24”(譬如線影像)於基材表面16S上 藉以達成對於退火所需要的強度及空間性分佈。 2〇 第11圖所示簡單配置中之一固有問題係在於：如果兩 系充的入射角（亦即0 23及0’23)相等，且其排列為對角性相 對’則自一系統反射的輻射將進入另一系統。理論上，將 偏光板或一偏振分光器、及一法拉第旋轉器或一隔離 為、及—半波板放置在雷射二極體陣列22與基材16之間的 36 200541117 路徑中係可解決此問題。從雷射側進入偏光板之來自於雷 射二極體陣列22的經偏振Μ係透射過偏光板 ，而偏振方 向係被半波板所旋轉且在打擊基材之前藉由隔離 器再度另 行旋轉45。。然而’絲材至雷射在相反方向移行之經線性 5偏振的輕射係藉由旋轉器而在與先前相同的方向中旋轉， 口此取後在-與偏光板呈法向之方向中被偏振且因而被偏 光板所拒斥。 ^目⑴市°的^離$係具有1G公厘的孔徑極限及500瓦/ I方公分的功率限制。這排除了對於—料火應用使用目 10月〕世代的^離③’然而，隔離器可能可使用在需要顯著較 並且’預期未來世代的隔離器將具有 更大的孔t及更呵的功率限制，使其適合石夕退火應用。 不4可以使用多重雷射二極體陣列12及12,來達成一 所需要的強度，本發明的一範例實施例中，與任意數量的 15回^光學系統合併地使用多個雷射二極體陣列(輻射源），且 同b保存了所需要的入射角。此範例實施例顯示於第⑽ 中為方便圖不，第12圖顯示與基材呈法向之-視圖，其 中回收光學系統300已經旋轉遠離法向以反映一 90。入射 20 、Μ上’可能_6〇。至⑽。之間的人射角〜來使石夕退 火々弟12®所不的範例實施例中，各回收光學系統係遵 ^第8A圖所不的原理，亦即一透鏡316及一對於透鏡離開約 …、距之中工金屬塗覆頂角31G係形成-IX中繼部，其當成 σ J本身上4係保存了物體（亦即線影像叫在基材上之 37 200541117 定向。 在大部份案例中，各回收光學系統30係偏離軸線使用 藉以令輸入與輸出束不會重疊。第12圖的實施例中，輸入 輻射束為23A及23A’，其係由各別的偏離軸線式LTP光學系 5 統22A及22A’予以成像。輸入輻射束23A及23A，係排列成為 令對應的反射束23BR及23B’R不會被LTP光學系統22A或 22A’所接取。取而代之，反射束23BR及23B，R係被個別的 回收光學系統300B及300’所接取且成像回到基材上。系統 300B及300B’係保存入射角但改變方位角ψ(第9C圖）。 10 自基材第二次反射的輻射係再度被對應的回收光學系 統300C及300C’所收集並成像回到基材上作為回收輻射束 23CRD及23C’RD。自基材第三次反射的輻射係再度被對應 的回收光學系統300D及300D’所收集並成像回到基材上作 為回收輻射束23DRD及23D’RD。此時，來自束23DRD及 15 23D’RD的反射輻射束係回行至回收光學系統3〇〇c及 300C’，且自該處前進至系統300B及300B，且終將回到雷射 二極體陣列12及12’。 本範例實施例中，兩輸入束23A及23A’各者回到雷射二 極體陣列12或12’之前係自基材表面16S反射七次。即便單 20 一反射只吸收一半的入射輻射，七次反射之後，只有小於 1%的原始輻射回到對應的雷射二極體陣列。這將藉由回收 光學系統的延伸光學串列之光學效率予以進一步衰減。 如第11及12圖在上文所描述的範例實施例基於示範用 途係使用選定數量之雷射二極體陣列及回收光學系統。然 38 200541117 而’接續上文來說，本發明係㉟蓋了具有不會彼此干涉的 非列=式之任意數量的雷射二極體陣列源（亦即，最後不會 有頌著的輻射量回到一雷射二極體陣列）。 5 #肖且’本發明的—範例貫施例中，與第12圖所示配置 抑地來排列任意數量之回收光學系統_以回收任何被 數-欠反射回到基材上的線影像之輻射，同時避免使顯著的 :收輻射量回到-雷射二極體陣列。此範例實施例係包括 一其中採用高度歪斜的人射角之配置。並且，可以在此配 置中保存回收束中之入射角及偏振方向。 1〇 上文詳細描述段落中，為易於瞭解在各種不同範例實 施例中將各種不同特性予以分組在一起。本發明的許多特 性及優點可從詳細說明書得知，因此，申請專利範圍預定 涵蓋了遵循本發明的精神及範圍之所描述裝置的所有此等 特性及優點。尚且，因為熟習該技術者易於作出許多修改 15及變化，無意將本發明侷限於此處所描述的確切構造及操 作。為此，其他實施例係位於所請求的申請專利範圍之範 _内。 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明的LTP裝置之示意圖；第2八圖為本發明 20的LTP光學系統於γ-ζ平面中觀看之示意圖； 第2B圖為本發明的LTP光學系統於χ、ζ平面中觀看之 示意圖； 第3 Α圖為最接近雷射二極體陣列之光學元件於平 面中觀看的近寫分解圖； 39 200541117 第3B圖為最接近雷射二極體陣列之光學元件於γ_ζ平 面中觀看的近寫分解圖； 第4Α圖為最接近基材之LTP光學系統的元件於γ_ζ平 面中觀看之近寫圖； 第4Β圖為最接近基材之LTP光學系統的元件於χ-ζ平 面中觀看的近寫圖； 第5圖為顯示對於800奈米波長之裸矽及矽基材上具有 300奈米、_奈米及5〇〇奈米厚度的場氧化物膜之入射角θ (度)及反射率R(%)變異之綠圖； 10 15 20 第6圖為巧似於第5圖的繪圖，顯示對於咖奈米波長之 一 130奈米厚㈣多㈣鋪覆於在—絲材上分別具有300 奈米/⑻奈米及5叫米厚度的氧化物層之反射率； 第圖^頁似於第1圖者之一 LTP系統的-範例實施 例之k寫丁 ％、圖’但進一步包括一排列為接收經反射轄射 且將其*引回到基材作為‘‘回收㈣”之回收光學系統； 第7Β圖與第7Α圖相同，且進一步包括沿著轴 作為LTP光學系統的— 、邛刀之一偏光板、一半波板及一隔離 元件:广防止輻射回到雷射二極體陣列； 、第θ為第7圖的回收光學系統之一範例實施例的橫 咅1J視圖’其包括一角贷 。 用洛反射為及一收集/聚焦透鏡； 笫8Β圖為類也 μ 、於弟8 Α圖者的回收光學系統之一範例 實施例的橫剖視圖，其利用一二透鏡中繼部⑽樣一平面 鏡面； 第8C圖為類似於 第8B圖者的回收光學系統之一範例 40 200541117 實施例的俯橫剖視圖，其利用一二透鏡歪像性中繼部及一 屋頂鏡面，該屋頂鏡面係具有一平行於基材上的線影像之 屋頂線； 第8D圖為第8C圖的回收光學系統之橫剖側視圖； 5 第9 A圖為第8 A - 8 D圖的回收光學系統之範例實施例的 一變異之橫剖視圖，其中回收光學系統軸線A2係設定為位 居經反射輻射圓錐角以外之一角度以在直接入射與回收輻 射束之間的入射角中達成一偏移來防止輻射回到雷射二極 體陣列； 10 第9B圖為以第9A圖為基礎的示意圖，其顯示各種光學 系統及不同輻射束的圓錐角與不同軸線之間的關係； 第9C圖為顯示其中回收光學系統軸線A2相對於雷射 二極體陣列及LT P光學系統軸線A1方位性旋轉了一方位角 Ψ之實施例的俯視示意圖； 15 第10圖為第7圖的回收光學系統之另一範例實施例的 橫剖視圖，其包括一收集/聚焦透鏡及一格栅； 第11圖為一 LT P系統之一範例實施例的橫剖視圖，其採 用了排列為以相距基材法向相對側呈現類似入射角來輻照 基材之兩雷射二極體陣列及兩對應的LTP光學系統； 20 第12圖為本發明的一實施例之平面圖，其利用兩個雷 射二極體陣列輻射源及六個回收光學系統來回收自基材表 面所反射之輻射。 41 200541117
【主要元件符號說明】 10…雷射熱處理(LTP)裝置 12，12’，12’’···二維雷射二極體 陣列 14，14’，23,23’“.退火輕射束 16…基材 16S…基材表面 Π…可移式階台 18…雷射二極體 20…二維發射面 22,22’…雷射熱處理(LTp)光學 系統 22’’···光學系統 22A，22A’…偏離軸線式雷射熱 處理(LTP)光學系統 23 A，23 A’…輸入輻射束 23BR,23B’R· · ·反射束
23CRD，23C’RD，23DRD，23D，R D…回收輻射束 23R···反射輻射 23RD···回收輕射 24…線影像，原始(第一)影像 24’···退火輻射影像 24”…影像 25…控制系統 26···控制器 28…輸入單元 30···顯示器單元 32…功率供應器 34…階台控制器 38…谓測器 39…輸人單元28所產生的信號 39A···反射輻射監視器 39B···溫度監視器 40…外部信號 42…偵測器信號 46…顯示信號 100···二維圓柱形透鏡陣列 102…圓柱形透鏡元件 104…輸入側 106…輸出側 110···經準直且平行的束 112···單一準直輸出束 120,304···半波板 140···有效雷射輻射源 200···雷射二極體束強度控制 信號 42 200541117 202···來自功率供應器之電流 信號(Fig. 1) 202···圓柱形場透鏡(Fig.2A，2B) 204…圓柱形準直透鏡 206···掃描控制信號 210···掃描信號(Figi) 210···橢圓形瞳孔(Fig.2A，2B) 220···第一圓柱形中繼部透鏡 群組 220A，220B，230A，230B，316A， 316B…透鏡 224…中間影像平面 228···圓柱形聚焦透鏡 230···來自反射輻射監視器 39A 的信號(Fig.l) 230···第二圓柱形中繼部透鏡 群組(Fig.2A，2B) 232···對應於最大基材表面溫 度之信號 300,300，，300B，300C，300C，，300 D，300D’…回收光學系統 302…偏光板 306···隔離元件 310···中空頂角反射器 312,314…金屬反射表面 316···收集/聚焦透鏡 320，320’ · · ·平行射線 321···影像點，原點，第三影像 450···中繼部透鏡，遠心性中繼部 460…格拇 461…第二影像 462…格桃表面 470,472".第一及第二透鏡 474…孔闌 A1···光學軸線 A2···透鏡的光學軸線 APX…頂角的頂點 c···表面曲率或表面半徑的倒數 D…熱擴散率 F···焦距 F1…透鏡470的焦距 F2…透鏡472的焦距 123…輻射強度 IP…影像平面 k···超環面非球型常數 LA1，LA2，LA3···圓柱形透鏡 Μ…中繼部450從基材至格栅 之放大率 43 200541117 N…表面法向 ΝΑ…數值孔徑 NG…袼柵表面法向 P…最佳格柵週期 P23···幸S射束23中的功率 PM1…平面鏡面 R…反射率 RMl···屋頂鏡面 y…與其軸線呈法向且與光學 軸線呈法向之超環面上的一點 位置 z···位於光學轴線方向中及與 其軸線呈法向之超環面表面上 的一點位置 PSl···瞳孔闌 Θ , (923, <9，23, P ···入射角 Θ cr··格柵上相對於格柵表面 法向NG之入射角 023…輻射束入射角 023R…反射角 $23RD…反射束的入射角，與回 收幸畐射束23RD相關聯的角度 ΘΒ···布魯斯特角 6…熱擴散長度 又…輻射波長 ι…線影像在基材上的一點上 方之停頓時間 Ρ23…軸線Α1及輻射束23的外 射線23Α或23Β所形成之半角 Ψ···方位角 44