TW201708885A - 雷射處理裝置中用於減少光斑的設備與方法 - Google Patents

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Abstract

這裡所描述的實施例提供用於以均勻雷射能量處理半導體基板的裝置和方法。雷射脈衝或光束被導引至一空間均化器，該空間均化器可為複數個透鏡，該等透鏡沿著一平面排列，該平面垂直於雷射能量的光學路徑，例如微透鏡陣列。該空間上均勻的能量由空間均化器所產生，該空間上均勻的能量接著被導引至折射介質，該折射介質具有複數個厚度。該等複數個厚度的每一者和其他厚度相差至少雷射能量的同調長度。

Description

雷射處理裝置中用於減少光斑的設備與方法
在此所述之實施例與半導體基板熱處理相關，更精確而言，在此所述之實施例與半導體基板的雷射熱處理相關。
在半導體製造領域中，熱處理經常用以將半導體基板熔融、退火、結晶或以活性離子佈植。通常以高功率位準處理半導體基板，且雷射頻繁地被用以達到所述高功率位準。雷射產生同調光，同調光具有空間上非均勻的能量分佈。能量分佈將基於雷射介質的結構而具有局部極大值與極小值，局部極大值與極小值造成較高與較低的能量強度，較高與較低的能量強度導致非均勻的基板處理。此外，雷射能量場的形狀通常有別於處理區域所欲的形狀。
迄今有許多致力於提升雷射能量場均勻性以及致力於使雷射能量場的形狀適於所欲的幾何形狀的工作已著手進行，且此雷射能量場改良的進度大致與半導體元件尺寸縮小的進度同步。如同微型化持續進行的的趨勢一般，亦持續需要進一步的改良。
這裡所描述的實施例提供用於以均勻的雷射能量處理半導體基板的裝置和方法。雷射脈衝或光束被引導到一個空間均化器，空間均化器可以是複數個透鏡，複數個透鏡配置成沿著垂直於雷射能量光路的平面，例如是一個微透鏡陣列。在空間上經空間均化器均勻化的能量接著被導引至具有複數個厚度的折射介質。複數個厚度的每一個厚度與其他厚度間至少相差一個雷射能量的同調長度。
在一些實施例中，折射介質是一個整體的介質，例如作為一個稜鏡。稜鏡可以包括複數個不同長度的列。折射介質通常具有接收表面和複數個傳輸表面，所有接收表面和複數個傳輸表面都是垂直於雷射能量的光路。傳輸表面和接收表面之間的距離是不同的，因而構成複數個厚度的稜鏡。在另一實施例中，折射介質是不同長度的圓棒體的集合。在另一實施例中，折射介質是複數個折射板。
熱處理設備100的一個實施例在圖1中示意性地示出。能量源102可以是同調光源，如雷射光源，能量源102被佈置在一個外殼114。能量源102傳輸能量至一個可選的組合器104，組合器104用於在使用多個發電機的該事件中，將來自多於一個能量源102產生器的能量束加以組合。能量束從組合器104行進進入均化器106，均化器106將能量束重組成均勻的能量束而通過孔116以給予所期望的場形狀，然後行進至載台110的一個工作表面120。待被處理的基板被設置在工作表面120上，且穿過孔116的能量通常照射在一個基本上在垂直方向上的基板上。能量形成了涵蓋了基板的處理區的一個能量場。在第一處理區經處理後，藉由移動載台110來移動基板以將隨後的處理區暴露於能量場。在一個實施例中，載台110是一個精密的x-y載台。控制器112可以耦合到載台110來控制載台110移動，且耦合至能量源102和組合器104，以控制能量傳輸到工作表面120。裝置100形成具有所需幾何形狀和極均勻能量密度分佈的能源場，以改良基板上所有處理區的均勻處理。
能量源102可包括複數個雷射。通常使用高功率連續波或脈衝雷射。雷射能量基本上可以在從單峰能量（M2≈1）至高模態能量（M2＞ 30）的範圍內，高模態具有數百或數千的空間模態。若具有高集光率，則可將來自每台發電機的雷射能量加以準直以防止在光學處理期間擴散能量損失。脈衝雷射脈衝持續時間從飛秒到微秒的範圍。在一個實施例中，可使用4個Q-開關、倍頻的Nd：YAG雷射發射532 nm的雷射能量，該雷射能量介於30兆瓦(MW)和50兆瓦(MW)之間且脈衝範圍從大約5奈秒至約30奈秒每脈衝且M2值為約500至約1000之間。
如果能量源102包括多於一個發電機，來自能量源102的能量可被導向組合器104。組合器104使一個以上的能量束或脈衝成為一個能量束或一個脈衝。圖4是一個組合器400的平面圖，根據一個實施例，組合器400可以用作可選的組合器104。使用包含在一個外殼499中的光學系統以防止光污染，組合器400組合將自能量源102接收的第一輸入424A和自能量源102接收的第二輸入424B組合為一個輸出438。兩個輸入424A/B通過輸入透鏡402A和402B而進入設置在外殼499開口的組合器400。 在圖4的實施例中，兩個輸入透鏡402A/B經對準而沿著外殼499的一個表面，且輸入424A/B以基本上平行的方向進入外殼499。
兩個輸入424A/B被導向到一個組合透鏡408，組合透鏡408組合兩個脈衝而成為一個脈衝438。組合透鏡408具有第一進入表面407A與第二進入表面207B，第一進入表面407A的方向垂直於第一定向輸入426A的進入路徑，第二進入表面207B的方向垂直於第二定向輸入426B的進入路徑，以避免任何定向輸入426A/B的折射進入組合透鏡408。圖2A的組合透鏡408是一個有選擇表面409這樣方向的晶體，使得第一和第二定向輸入426A/ B各自以約45°的角度的方式撞擊選擇表面409。選擇表面409選擇性地根據光的屬性而與光相互作用。組合透鏡408的選擇表面409可反映第一定向輸入426A且傳輸所述第二定向輸入426B以產生一個組合輸出428。為了促進輸入的組合，每個定向輸入426A/ B可被定制以特定的方式與選擇表面409交互作用。
在一個實施例中，選擇表面409是一個極化面。極化面可具有極性的線性軸，使得將定向輸入426B極化成平行於極化面的軸線的步驟會允許定向輸入426B由極化面傳輸，且將定向輸入426A極化成垂直於極化面的軸線的步驟會允許定向輸入426A由極化面反射。將兩個定向輸入426A/B對齊於極化面的相同點上會使得組合輸出428從組合透鏡408的第一出口面407C出口而垂直於第一出口面407C，以避免組合輸出428的任何折射。或者，選擇表面409可以是一個圓極化器，且定向輸入426A為了加以反射而以與圓極化器相對的極化方式加以圓極化，而定向輸入426B為了加以傳輸而以與圓極化器相同的極化方式加以圓極化。在另一個實施例中，定向輸入426A/B可以具有不同的波長，且所述選擇表面409可配置為反射一種波長的光，並傳輸另一種波長的光，如使用介電質鏡。
在極化的實施例中，定向輸入426A/B的極化的是使用極化濾波器406A/B而完成。極化濾波器406A/B將424A/B輸入加以極化而使424A/B輸入被組合透鏡408的選擇表面409選擇性地反射或傳輸。極化濾波器406A/B可以是波片，例如，半波片或四分之一波片，且該等極化軸方向彼此正交以產生用於在選擇表面409上選擇性反射或傳輸的正交極化光。極化濾波器406A/B的每一個的軸可以獨立地調整，例如與旋轉致動器405A/B，以精確地將極化定向輸入426A/B對準於選擇表面409的極化軸，或以提供輸入脈衝426A/B的極化軸和選擇表面409的極化軸之間的所需偏離角。
調整定向輸入426A/B的極化軸的步驟會控制組合輸出428的強度，因為極化濾波器根據平邑法(Malus’s Law)傳輸入射光，平邑法指的是極化濾波器傳輸的光強度正比於入射強度以及濾波器極化軸與入射光極化軸之間夾角的餘弦平方。因此，旋轉極化濾波器406A以致極化濾波器406A的極化軸的方向偏離於一方向，該方向垂直於所述選擇表面409的極化軸，因而導致定向輸入426A的一部分傳輸通過選擇表面409。同樣地，旋轉極化濾波器406B使得極化濾波器406B的極化軸偏離一方向，該方向平行於所述選擇表面409的極化軸，因而導致定向輸入426B的一部分反射通過選擇表面409。這種來自每個定向輸入426A/B的「非選擇」光組合成一個退回能量430，退回能量430通過第二出口面407D而離開組合透鏡408進入到一個能量轉儲件410。依上述這種方式，每一個極化濾波器作為一個調光器開關以衰減傳輸通過極化濾波器的能量強度。
應當注意的是，這準備由組合透鏡408組合的兩個定向輸入426A/B被導向朝選擇表面409的相對兩側而用於選擇性反射與透射。因此，第一輸入402A被反射鏡404導向沿著一條路徑，該路徑使第一輸入402A朝向選擇表面409的反射側，而第二輸入402B朝向選擇表面409的傳輸側。任何反射器的組合可以自然地用於在組合器400內引導光沿所希望的路徑傳播。
組合輸出428可與第一分路器412交互作用，第一分路器412將組合輸出228分路成為輸出438和樣本432。分路器412可以是一個部分反射鏡或一個脈衝分路器。樣本432可被導向一個診斷模組433，診斷模組433分析樣本432的屬性來表示輸出438的屬性。在圖2A的實施例中，診斷模組433有兩個偵測器416和418，偵測器416和418分別偵測樣本的瞬時形狀以及樣本的總能量含量。第二分路器414形成了第一子樣本436和第二子樣本434以分別用於上述偵測器之輸入。瞬時形狀偵測器416為一強度監控器，其中信號能量強度在很短的時間尺度內撞擊在監控器上。能量脈衝入射進瞬時形狀偵測器可具有從1皮秒至100毫微秒之歷時，因此瞬時形狀偵測器適用於在此時間尺度上紀錄一瞬時形狀而在這些時間尺度內的有效分段裡呈現強度信號，其中瞬時形狀偵測器是一個光電二極管或光電二極管陣列。能量偵測器418可以是，例如熱電偶的熱電裝置，該熱電裝置能將入射的電磁輻射轉換成可以測到的電壓，以指示子樣本434的能量含量。因第一和第二分路器412和414基於所述第一和第二分路器412和414的傳輸部分而對入射光已知部分進行取樣，輸出438的能量含量可以自子樣本434中的能量含量計算出。
來自診斷模組433的信號可以被傳輸到圖1中的控制器112，這可能會調整操作或能量源102或組合器400以實現期望的結果。控制器112可以將一個電子定時器調整成耦合到每一個雷射的主動q-開關以控制脈衝定時以回應由瞬時形狀偵測器416產生的結果。主動q-開關的快速循環致使更短的脈衝，反之亦然。控制器112可以耦合到旋轉致動器405A/B以基於來自能量偵測器418的結果且藉由將傳輸通過極化濾波器406A/B的光的極化角加以調整而調整輸出438的強度。以這種方式，輸出438的持續時間和能量含量可能是獨立控制的。控制器112還可以被配置來調整輸入到每個雷射的功率。
如果需要的話，輸出438可由光閥420中斷。光閥420在某個事件下可以被設置為一個安全裝置，在該事件中，來自組合器400出現的雷射能量被中斷以在組合400後調整元件。輸出438透過輸出透鏡422而離開組合器400。
輸出438是兩個定向輸入426A/B的一個組合。如前述，輸出438具有一性質，該性質能代表兩個定向輸入426A/B性質的組合。在上述極化的例子中，根據每個定向輸入426A/B在所述選擇表面409上的透射/反射的程度，輸出438可具有橢圓極化，橢圓極化代表兩個正交極化的組合且具有不同強度的定向輸入426A/B。在一個例子中，使用在選擇表面409入射波長的步驟以組合兩個輸入，輸出438將有一個波長根據兩個定向輸入426A/B各自的強度而代表兩個定向輸入426A/B的組合波長。
例如，一個1,064 nm的反射式介電質反射鏡可以設置在組合透鏡408的選擇表面409上。定向輸入426A可具有約1,064 nm之波長且具有A之強度以從選擇表面409反射，並且定向輸入426B可具有532nm之波長且具有B之強度以傳輸通過選擇表面209。組合輸出428將是一個共傳播的雙光子雙脈衝，雙光子雙脈衝具有定向輸入426A/B的波長和強度，且雙光子雙脈衝的總能量含量是兩個脈衝能量的總和。
圖4中的組合器400可用於組合兩個輸入成為一個輸出。光學組合器包括在不同的配置中的相似元件，如果需要的話，該等元件可以用以將組合器400的輸出組合起來。例如，一個對組合器，例如組合器400，可基於極化將四個輸入組合成兩個中間體，且一個第三組合器可基於波長而將兩個中間體組合成一個輸出。
來自可選的組合器104(或直接來自能量源102)的能源被引導到均化器106。圖2A是一個均化器200的平面圖，根據一個實施例，它可被當作圖1中裝置100的均化器106來使用。均化器200包括一個空間解相關器202和時間解相關器204。解相關器202和204被示意性地示出在圖2A中，以圖示說明對於大部分實施例而言，空間解相關器202配置成在時間解相關器204之前的位置且沿著光路。解相關器202和204可以如圖2A中所建議的呈實體接觸，或者如果需要的話，解相關器202和204可以介於兩者之間的距離相隔以允許傳播通過不同的介質。
空間解相關器202混合來自橫截面圖像的不同區域的能量，該能量入射於空間解相關器202的接收表面226。截面圖像的每一個成分投影成為一個較大的圖像場，在某些投影在整個合成圖像場上的情況下，以產生來自空間解相關器202的傳輸表面228元件區傳輸來的合成圖像，合成圖像由成分區域組成。出現於入射能量的空間模態重疊於生成的合成圖像以產生空間上均化的圖像。局部強度的最大值和最小值被疊加以減少空間模態和產生於空間模態之分配不均勻的盛行率。
時間解相關器204減少入射至時間解相關器204的接收表面230之能量的時間相關性以產生從時間解相關器204的傳輸表面232所傳輸的解相關圖像。解相關的圖像相對於入射能量呈相位均勻，以減少與時間同調能量相關聯的干涉圖案。時間解相關器204一般會指示入射能量通過在一折射介質內的多個不同的路徑長度以將該入射能量解相關。
圖2B是一個均化器240根據另一實施例的透視圖。均化器240具有複數個透鏡202A，複數個透鏡202A可能是佈置在與輸入能量206的光路的交點上的一個微透鏡陣列。複數個透鏡202A佈置成沿基本上垂直於輸入能量206的傳播方向的平面。複數個透鏡202A的每個透鏡208接收到入射能量的一部分且將該部分投射至合成圖像210，合成圖像210具有面積，該面積大於入射能量的接受部分面積。因此，來自一個透鏡208的圖像的一部分重疊於來自每一個其他透鏡208的每一個圖像的一部分而形成合成圖像210。因此所形成的合成圖像210可以取決於透鏡208的特性和複數個202A的安排而具有中央區域212，中央區域212具有較合成圖像210的周邊區域214來得高的強度和/或空間均勻性。應當指出的是，雖然在圖2B中示出的矩形截面，實施例可以具有任何所需的橫截面形狀，如圓形，橢圓形，方形，六角形，或其它多邊形和/或不規則的形狀。此外，在一些實施例中，複數個透鏡202A的平面可以相對於輸入能量206的傳播方向傾斜。或者，透鏡208可以呈交錯，也就是說，每個透鏡208可以位於與基準平面相距一些距離的位置，每個透鏡208與基準平面相距的距離可能是不同的。這樣的實施例可藉由將透鏡208的大部分的傳輸圖像傳輸通過另一個透鏡提供額外的空間均勻化以產生經空間均勻化之圖像210。
複數個透鏡202A在圖2B中設置成沿一表面，該表面定義出與輸入能量206的傳播方向垂直的平面。在替代實施例中，可以設置複數個透鏡202A沿一表面，該表面定義出一曲線，該曲線位於入射能量206的傳播軸線上的曲率軌跡上，入射能量206位於複數個透鏡202A的傳輸側。如果在複數個透鏡202A和時間解相關器204A之間有空間，這樣的結構可有效降低來自複數個透鏡202A的光的擴散。如果在複數個透鏡202A和時間解相關器204A之間沒有足夠的空間，擴散能量可以由時間解相關器204A的折射邊緣反射，或材料反射可以圍繞複數個透鏡202A中的一者或兩者以及時間解相關器204A。
複數個透鏡202A在圖2B中設置成作為一個單一的物體的一部分。或者，如果需要的話，一或更多個透鏡208可以脫離其他透鏡208。使用複數個分路的透鏡在以不時地調整透鏡而提升效能的實施例中是有幫助的。如上所述，如果該等透鏡與基準平面相距不同距離，則透鏡208也可以拆卸。
合成圖像210從複數個透鏡202A傳輸至解相關器204A的接收表面220。時間解相關器204A為折射介質，折射介質包括複數個折射窗格212，該等折射窗格212接觸於介面表面214。折射窗格212的每一者具有厚度「t」，厚度「t」可能相同或不同。能量穿過折射介質而進入折射介質的接收表面220而至第一介面表面214。能量的一小部分在第一介面表面214反射返回到接收表面220，在接收表面220上，能量的一部分被反射回來而進入折射介質導致部分入射能量行進不同路徑長度而通過折射介質。相同的反射/再反射圖案，發生在所有的介面表面214，導致了行進穿過折射介質的相當不同的路徑長度。假設路徑長度的差異不是同調光波長的整數倍，行進不同的路徑長度而通過折射介質的同調的光會呈相位解相關。如果不同的路徑長度在長度上有大於入射能量的一個同調長度(有時以光速除以pi與光學頻寬來表示)的差異，則會改良解相關。
窗格212可以是相同的材料或不同的材料，並且可以是任何透光的折射材料。窗格可以是固體，液體或氣體，例如具有具折射性液體或氣體於內部的窗格狀容器。示例性的折射材料為玻璃、石英和藍寶石。亦可使用透明液體，例如水，和空氣以外的氣體可以具有與空氣相對不同的折射率。所示窗格212在圖2B中與介面表面214接觸，但窗格212中的一者或多者可以與其他者隔開，使得一個介面表面214中的一者或多者包括兩個相鄰窗格212的兩個表面，該等兩個表面以一空間分隔。這樣的佈置可能會增加時間解相關而處於有一些能量會損失於空間中的風險中。在某些情況下，在鄰近窗格212的邊緣上圍繞著反射材料可能會減少這種損失。
從時間解相關器204A的傳輸表面222出現的解相關的圖像234具有橫截面形狀，該橫截面形狀相似於進入接收表面220的能量，該橫截面形狀具有中央區域218，該中央區域218具有來自所述複數個透鏡202A的多個重疊的圖像部分，且因此相較於解相關的圖像234的周邊區域216具有更高的空間均勻性。
圖2C是一個時間解相關器204B根據另一實施例的透視圖。圖2C的時間解相關器204B可以作為圖2A的均化器200的時間解相關器204而使用。圖2C的時間解相關器204B與圖2B中的解相關器204A在許多方面相似，但不同的是，窗格212在一方向上錯開，該方向與入射能量206（圖2A）的傳播方向橫向垂直。錯開窗格212提供了一個具有複數個厚度t1 - t5的折射介質，入射能量的不同部分傳播通過該折射介質。因此，入射能量的一部分行進通過厚度t1的折射介質，且入射能量的一部分獲得厚度為t1的光學路徑長度上的折射率效果。入射能量的另一部分穿過厚度為的t2折射介質，獲得長度為t2＞ t1的光路長度的折射率影響，以及長度為 t3、t4和t5等等。如果窗格212具有不同的厚度，折射率介質可具有至多為2n-1之厚度，其中n是窗格的數目。乘上不同的光學路徑長度的數目的步驟增加時間解相關的可用性，尤其是當所有的光路長度之間的差異大於入射輻射的同調長度時。
在圖2C的窗格212是以均勻的距離或節距“p”交錯排列(每個窗格212相對於前一個窗格212在一個方向上，例如，在“正-x”方向)。在替代的實施例中，也可以在”負x”方向以及“正x”方向上相互錯開一些窗格，得到與傳播方向呈正交的一個軸的兩側上的延伸部分的折射介質。在其他備選實施例中，一些窗格亦可以正和/或負方向的方式沿y方向錯開。此外，儘管圖2C示出的解相關器204B作為窗格212的集合，該解相關器204B也可以是一個根據任上面描述的模態所構成的具有複數個厚度的單一介質，如融合窗格的集合，或稜鏡。如果需要的話，可以藉保留窗格之間邊界的折射率的方式融合相同材料的融合窗格，以得到作為層疊窗格的一個集合的類似結果。
具有相似尺寸和形狀的交錯狀窗格節距“p”對於所有窗格212是恆定的或可以是不同的。如果平均間距 滿足關係式2（n-1） ＜w，其中n是窗格數和w是在成堆的第一個和最後一個窗格中的寬度的總和，那麼所有成堆的窗格將重疊成某個程度。應當指出的是只要有任何由於折射效應而變化的光學路徑根據具體的實施例來管理，不必所有窗格212具有相同形狀或尺寸。在一個實施例中，每一個的厚度t1-tn具有相等的面積覆蓋，使得相等的面積的入射能量場通過反射光介質204B的各厚度。自然地，在其他實施例中，面積覆蓋的厚度t1-tn可能是不同的。
在一個實施例中，解相關器204B是五個玻璃板的集合，每個玻璃板約1厘米厚，並在一個方向上每窗格約1厘米均勻的間距交錯。窗格是約1.0厘米×0.6厘米×1厘米，以便覆蓋入射能量的光路，入射能量具有約1厘米之橫截面尺寸。
圖2D是一個時間解相關器204C根據另一實施例的透視圖。時間解相關器204C可以在圖2A的均化器200中被用作時間解相關器204。根據由圖2C中的解相關器204B所體現的相同一般原理，解相關器204C是折射介質，折射介質定義出複數個光路長度而用於使入射能量場的不同部分穿過，從而引起的入射能量場的時間解相關。在圖2C的實施例中，複數個列224設置成將組合圖像210（圖2B）的光路交錯。列224在大多數情況下，定向成沿與組合圖像210的傳播方向平行的軸線延伸。列224共同形成折射介質226，折射介質226具有複數個厚度而能使入射能量場的部分行進通過該厚度。
如在圖2C中所示，列224可有基本上隨機的長度，列224之每一者與每個其他的列224相隔不同長度，但隨機性與不同長度的數目皆不相等於所需列的數目。較大數目的不同厚度或列的長度將導致更好的整體解相關，且和其他長度相差超過一個入射能量的同調長度的厚度或列長度更將提高效果。
具有不同長度的列224提供複數個傳輸表面222，傳輸表面222位於接收表面220的對面。入射於接收表面220上的能量根據列224的長度行進通過各種列224，且該能量在不同的時間從各傳輸表面222出現。應當指出的是，列224不需要設置成與平坦接收表面220在一起，如圖2C所示，但可以被設置成用以提供複數個交錯的接收表面以外/而非提供複數個交錯的傳輸表面222。
至於解相關器204B，列224可以是相同的材料或不同的材料，並且可以是以融合或以其它方式組合在一起。在一個實施例中，離散列224的集合可以由反射粘合劑組合在一起成為實體觸點，當粘合劑使接收和傳輸表面220和222清晰時，該粘合劑包圍反射隧道中的列的圓周側。列224形成介面表面，介面表面介於列224之間，介面表面呈實體接觸，且介面表面提供了反射和折射的機會而改善該等模態的解相關。一個反射邊界將減少任何反射損失。此外，解相關器204C可以是單一介質，如一個稜鏡，可加以塑形而以柱狀方式提供不同厚度。
每個均化器200和240被描述為具有單一空間均化器和單一時間均化器。在替代實施例中，多個空間和/或時間均化器可以與空間均化器一起被使用，每個空間均化器相同或不同於其他的空間均化器且每個時間均化器相同或不同於其他時間均化器。在其他備選實施例中，時間均化器的傳輸表面可能會擴散，例如，藉由提供一種微細的紋理表面。此外，如果時間均化器的折射介質呈任何程度的擴散，時間均化器的傳輸表面可成一定角度以抵消擴散，如果需要的話，或準直透鏡可施加到傳輸能量。
根據任何上述實施例的方法，藉由均化器106傳輸的能量通過孔116以提供一種具有所希望的形狀和大小的能量場。孔116可用於截斷能源領域的任何部分而不具有所需的均勻性，如圖2B的能量場234的周邊區域216。將所得經均勻化的能量場朝向設置在工作表面120上的基板。
和圖2A-2C相關的所述光學系統被描繪成大致準直於與入射能量206傳播方向平行的光軸。在替代實施例中，光學系統中的一個或更多個可能被定向成沿與傳播方向形成一個角度的軸線。在這樣的實施例中，接收和傳輸表面可以與傳播軸垂直或相對於傳播軸成一定的角度放置。自然地，以一個角度走向折射邊界的光將以某程度被反射。可以使用反射光學系統以盡量減少這樣的反射，例如，藉由利用可能發生的內部反射，或藉由設置反射元件周圍的折射介質。如果需要的話，光學系統可具有曲率以調整傳播軸，例如折射介質204A-204C。
時間解相關器204A/B/C都描繪成藉由迫使光行進不同距離而穿過組合時間解相關器的折射介質，來影響通過時間解相關器204A/B/C而傳輸的光。應當指出，在替代實施例中，光的傳輸時間可能也可以藉由將光傳輸至具有不同折射率的不同材料來影響。在一般情況下，時間解相關器204A/B/C具有複數個不同的路徑，該等路徑用於光的傳輸，且不同的路徑具有不同的傳輸時間，藉通過不同的介質的距離，或藉由傳輸通過具有不同折射率的不同材料，或兩者兼而有之。時間解相關是藉由迫使光以不同的速度行進一段給定的距離來實現，即藉由光行進不同距離而通過一折射介質來實現，或者藉由光行進相同距離而通過不同折射率的折射介質來實現，或它們的任意組合來實現。
在一個實施例中，一個具有規則的形狀的單一介質或稜鏡可從具有不同折射率的不同材料加以塑造以產生具有不同運送時間的路徑，例如一矩形固體。在一些實施例中，只有兩種材料被使用，其中在單一介質的不同位置內，有介面介於該等兩種材料之間。如果第一材料的厚度為d1 和折射率為n1 以及第二材料具有厚度為d2 和折射率為n2 ，通過兩個折射介質的總光路徑的有效折射率是n1和n2的加權平均值，即（n1 d1 + n2 d2 ）/（d1 + d2 ）。藉由為不同穿過介質的路徑提供不同距離d1 和d2 ，可實現沿不同路徑的傳輸時間的差異控制。在一些實施例中，光通路可以具有傳輸時間，傳輸時間與每一個其他的傳輸時間相差一個光的同調時間。
圖3是一個流程圖，總結另一實施例所述的方法300。圖3中，方法300用於提供用於熱處理基材的均勻能量場。在302處，雷射能量被引導通過複數個透鏡而與雷射能量光路相交以形成一個合成圖像。雷射能量可以是單一雷射能量的傳播或兩個或更多傳播的組合，例如，兩個組合光束或兩個組合脈衝。所述複數個透鏡可以符合任何上述的實施例與圖2A-2C相關。每個透鏡將入射能量的一部分投射到一個圖像場，圖像場與所有其他透鏡的圖像領域重疊。圖像場的重疊部分，一般為合成圖像的中央區域，是呈高度空間均勻的，而合成圖像的周邊部分可以是空間均勻性較差。
在304，合成圖像被引導通過折射介質，該折射介質具有複數個厚度以與合成圖像的光路相交以形成解相關圖像。折射介質可能符合任何上述的實施例與圖2A-2C相關。折射介質提供複數個具有不同長度的通過折射介質的光路，合成圖像的部分行進通過折射介質。通過折射介質的不同路徑長度導致合成圖像一個部分相對於合成圖像的另一部分的相位位移。在一些實施例中，折射介質的每一個光路長度和每一個其他的光路長度相差一個大於入射能量的同調長度的長度。在其它實施例中，一些光學路徑長度可能與其他的光路長度相差大於一個入射能量的同調長度的長度，而另一些一些光學路徑長度相差小於一個入射能量的同調長度的長度。在一些實施例中，一些光學路徑長度可能與其他光學路徑長度相同，而一些可能是不同的，以提供時間解相關。
不同的厚度可以根據均勻的或不均勻的分佈而沿著單一軸或兩個軸來分佈。不同的厚度導致多對接收表面與傳輸表面，其中每個接收/傳輸表面對被以一距離分路，該距離不同於至少一個其它接收/傳輸表面對的距離。在一些實施例中，所有接收/傳輸表面對的分路距離可能是不同的，而在一些實施例中，表面對可能落入由它們的分路距離定義的群組中。在一些實施例中，該等距離相差超過入射於接收表面的能量的一同調長度的距離。
在306，基板的處理區域暴露於解相關圖像。如果需要的話，解相關圖像可會通過一個孔以塑形、調整尺寸大小，和/或截斷圖像，例如，刪除圖像場的任何不符合所需均勻性的部分。 為了處理整個基板，第一處理區通常會識別成如上所述之處理。然後後續處理區域通常被識別成相鄰於第一處理區，並在某些情況下疊加或共享第一處理區的邊界。 基板被移動以定位用於處理的隨後的處理區，且藉由重複步驟302的導引、304的導引，和306的曝光來處理後續處理區域。 重複處理步驟直到基板的所有所需處理區域被處理。
即便上述內容為關於本發明之實施例，仍可提出本發明之其他或更進一步的實施例而不偏離本發明之基本範圍以及由接續的申請專利範圍所決定的範圍。
100‧‧‧熱處理設備
102‧‧‧能量源
110‧‧‧載台
104‧‧‧組合器
112‧‧‧控制器
106‧‧‧均化器
116‧‧‧孔
114‧‧‧外殼
200‧‧‧均化器
120‧‧‧工作表面
204‧‧‧時間解相關器
202‧‧‧空間解相關器
208‧‧‧透鏡
206‧‧‧輸入能量
216‧‧‧周邊區域
214‧‧‧第一介面表面/周邊區域
204B‧‧‧折射介質/時間解相關器
218‧‧‧中央區域
204C‧‧‧折射介質/時間解相關器
220‧‧‧接收表面
204A‧‧‧折射介質/時間解相關器
224‧‧‧列
210‧‧‧合成圖像
226‧‧‧折射介質
228‧‧‧傳輸表面
212‧‧‧窗格/中央區域
230‧‧‧接收表面
232‧‧‧傳輸表面
234‧‧‧圖像
222‧‧‧傳輸表面
240‧‧‧均化器
202A‧‧‧透鏡
t1‧‧‧厚度
t‧‧‧厚度
t2‧‧‧厚度
p‧‧‧節距
t4‧‧‧厚度
t3‧‧‧厚度
300‧‧‧方法
t5‧‧‧厚度
304‧‧‧方法
302‧‧‧方法
400‧‧‧組合器
306‧‧‧方法
424A‧‧‧第一輸入
402A‧‧‧輸入透鏡/第二輸入
424B‧‧‧第二輸入
402B‧‧‧輸入透鏡/第二輸入
406A‧‧‧極化濾波器
405A‧‧‧旋轉致動器
406B‧‧‧極化濾波器
405B‧‧‧旋轉致動器
404‧‧‧反射鏡
426A‧‧‧第一定向輸入/輸入脈衝
409‧‧‧選擇表面
426B‧‧‧第二定向輸入/輸入脈衝
407C‧‧‧第一出口面
407A‧‧‧第一進入表面
407D‧‧‧第二出口面
407B‧‧‧第二進入表面
430‧‧‧退回能量
410‧‧‧能量轉儲件
436‧‧‧第一子樣本
428‧‧‧組合輸出
418‧‧‧能量偵測器
416‧‧‧瞬時形狀偵測器
433‧‧‧診斷模組
408‧‧‧組合透鏡
434‧‧‧第二子樣本
412‧‧‧第一分路器
420‧‧‧光閥
414‧‧‧第二分路器
422‧‧‧輸出透鏡
432‧‧‧樣本
為了詳細地理解本案內容的上述特徵，藉由參考本案內容的實施例（其中一些圖示在附圖中），可以得到上文所簡要概括的內容的更為具體的描述。然而，應注意的是附圖僅圖示本發明之典型實施例且因此不應被視為對本發明範圍的限制，因為本發明可承認其他具等價有效性的實施例。
圖1是根據一個實施例的熱處理裝置的示意視圖。
圖2A是根據一個實施例的該均化器的平面視圖。
圖2B是根據其他實施例的該均化器的立體視圖。
圖2C是根據一個實施例的折射介質的透視圖。
圖2D是根據另一實施例的折射介質的透視圖。
圖3是總結實施例的方法的流程圖。
圖4是根據一個實施例的一個組合器的平面圖。
為使更容易瞭解本發明，在可能的情況下，相同的元件符號會指定在不同圖式中共用之相同元件。需瞭解的是，一實施例中揭示的元件可有益地組合於其他實施例中而無須進一步敘述。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
(請換頁單獨記載) 無
204C‧‧‧折射介質/時間解相關器
220‧‧‧接收表面
226‧‧‧折射介質
224‧‧‧列
222‧‧‧傳輸表面

Claims (29)

  1. 一種用於改良同調光的能源的均勻性的裝置，該裝置包括： 複數個透鏡，將該等透鏡定位以產生一合成投射場；以及 一折射介質，該折射介質具有一或更多個第一表面與一或更多個第二個表面，其中每一個第二表面位於與該等一或更多個第一表面相距一或更多個距離之位置，且該折射介質被定位成在該等一或更多個第一表面接收該合成投射場，且從該等一或更多個第二表面傳輸一能量場，或該折射介質被定位成在該等一或更多個第二表面接收該合成投射場，且從該等一或更多個第一表面傳輸該能量場，其中該折射介質是複數個平板。
  2. 根據請求項1所述之裝置，其中每一個平板具有一厚度，該厚度較該同調光的一同調長度厚。
  3. 根據請求項1所述之裝置，其中該等複數個透鏡是一微透鏡陣列。
  4. 根據請求項1所述之裝置，其中除了該等一或更多個第一表面以及該等複數個第二表面外，該折射介質的表面被鍍以一反射性材料。
  5. 根據請求項1所述之裝置，其中傳輸該能量場的該折射介質的每一個表面是擴散的。
  6. 根據請求項1所述之裝置，其中介於該等複數個透鏡與該折射介質之間的一距離大於該等複數個透鏡的任何一者的一焦距。
  7. 一種用於改良同調光的能源的均勻性的裝置，該裝置包括： 複數個透鏡，將該等透鏡定位以產生一合成投射場；以及 一折射介質，該折射介質具有一或更多個第一表面與一或更多個第二個表面，其中每一個第二表面位於與該等一或更多個第一表面相距一或更多個距離之位置，且該折射介質被定位成在該等一或更多個第一表面接收該合成投射場，且從該等一或更多個第二表面傳輸一能量場，或該折射介質被定位成在該等第二表面接收該合成投射場，且從該等一或更多個第一表面傳輸該能量場，其中該折射介質是複數個圓柱體。
  8. 根據請求項7所述之裝置，其中沒有兩個圓柱體具有相同的長度。
  9. 根據請求項7所述之裝置，其中該等複數個透鏡是一微透鏡陣列。
  10. 根據請求項7所述之裝置，其中除了該等一或更多個第一表面以及該等複數個第二表面外，該折射介質的表面被鍍以一反射性材料。
  11. 根據請求項7所述之裝置，其中傳輸該能量場的該折射介質的每一個表面是擴散的。
  12. 根據請求項7所述之裝置，其中介於該等複數個透鏡與該折射介質之間的一距離大於該等複數個透鏡的任何一者的一焦距。
  13. 一種用於改良同調光的能源的均勻性的裝置，該裝置包括： 複數個透鏡，將該等透鏡定位以產生一合成圖像投射場；以及 一折射介質，該折射介質具有一或更多個第一表面與一或更多個第二個表面，其中每一個第二表面位於與該等一或更多個第一表面相距一或更多個距離之位置，且該折射介質被定位成在該等一或更多個第一表面接收該合成圖像投射場，且從該等複數個第二表面傳輸一能量場，或該折射介質被定位成在該等複數個第二表面接收該合成圖像投射場，且從該等一或更多個第一表面傳輸該能量場，其中該折射介質是複數個平板，且該等複數個平板在與該等第一表面垂直的一方向上呈交疊。
  14. 根據請求項13所述之裝置，其中該等複數個透鏡是一微透鏡陣列。
  15. 根據請求項13所述之裝置，其中每一個平板具有一厚度，該厚度較該同調光的一同調長度厚。
  16. 根據請求項13所述之裝置，其中除了該等一或更多個第一表面以及該等複數個第二表面外，該折射介質的表面被鍍以一反射性材料。
  17. 根據請求項13所述之裝置，其中傳輸該能量場的該折射介質的每一個表面是擴散的。
  18. 根據請求項13～17之任一者所述之裝置，其中該等複數個平板在與該第一表面平行的一方向上呈交錯。
  19. 一種用於產生一均勻照明場的裝置，該裝置包含： 一雷射，該雷射將輻射沿著一光學路徑投射； 複數個透鏡，該等透鏡設置成沿著一平面，該平面垂直於該光學路徑； 一折射性光學系統，該折射性光學系統設置成沿著該光學路徑，該折射性光學系統具有一第一表面以及一第二表面，該第一表面相交於該光學路徑，該第二表面相交於該光學路徑，其中該第一表面定義出一垂直於該光學路徑的平面，且該第二表面包含複數個子平面，每一個子平面定義出一垂直於該光學路徑的平面，且其中沒有兩個子平面與該第一表面相距相同距離，該等複數個透鏡設置成介於該雷射與該折射光學系統之間，其中該折射光學系統為複數個平板，且其中該等複數個平板在與該第一表面垂直的一方向上呈交疊。
  20. 根據請求項19所述之裝置，其中每一個子平面與該第一表面相距的一距離不同於其他的每一個子平面與該第一表面相距之該距離且較長於一段該雷射的一同調長度之距離。
  21. 根據請求項19所述之裝置，其中介於該等複數個透鏡與該折射性光學系統之間的一距離大於該等複數個透鏡的任何一者的一焦距。
  22. 根據請求項19所述之裝置，更包含一第二雷射以及一光束組合器，該光束組合器介於該等雷射與該等複數個透鏡之間。
  23. 根據請求項19所述之裝置，更包含一脈衝塑形器，該脈衝塑形器設置成接收由該折射性光學系統所傳輸的輻射。
  24. 根據請求項19所述之裝置，更包含用於接收一工作件的一工作表面，該工作件待由來自該雷射的輻射加以處理，該工作表面設置成實質上垂直於該雷射的該光學路徑。
  25. 根據請求項19～24之任一者所述之裝置，其中該等複數個平板在與該第一表面平行的一方向上呈交錯。
  26. 一種用於改良同調光的能源的均勻性的裝置，該裝置包括： 複數個透鏡，將該等透鏡定位以產生一合成圖像投射場；以及 一折射介質，該折射介質具有複數個用於該同調光的傳輸路徑，該等傳輸路徑具有複數個通過該折射介質的傳輸時間，其中該折射介質被定位成在該等一或更多個第一表面接收該合成圖像，其中該折射介質是複數個平板，且其中該等複數個平板在與該等第一表面垂直的一方向上呈交疊。
  27. 根據請求項26所述之裝置，其中該傳輸路徑包含複數個材料，該等材料具有不同的折射率指數。
  28. 根據請求項26所述之裝置，其中該傳輸路徑包含複數個不同的距離。
  29. 根據請求項26～28之任一者所述之裝置，其中該等複數個平板在與該第一表面平行的一方向上呈交錯。
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