TWI481136B - 控制雷射源能量之照明裝置及方法 - Google Patents

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Description

控制雷射源能量之照明裝置及方法 相關申請案交叉參考
2005年12月22日申請之US 11/318,127號、2005年10月28日申請之US 60/731,539號及2005年12月23日申請之US 60/753,829號的內容視為本申請案的一部分且以引用的方式併入本文中。
本發明關於一種依據申請專利範圍第1和18項之前言的照明裝置，其用於用一受控能量窄照明線照射一工作台上之一樣本；及一種依據申請專利範圍第9和25項之前言的方法，其在利用一窄照明線照射一工作台上之一樣本時控制一雷射源之能量。
電子系統和顯示器科技中的許多技術應用需要玻璃上之一薄多晶矽(Si)層。此等面板通常用於液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)及太陽能電池技術。製造此等面板的標準程序是首先以化學氣相沈積(CVD)或濺鍍程序在玻璃上沈積非晶Si層。然後藉由雷射退火術譬如準分子雷射結晶化(ELC)或順序側向固化(SLS)技術形成一多晶薄膜。這些不同的常見技術的概要舉例來說見於US 7,061,959號，該專利之完整內容以引用的方式併入本文中。
用於使非晶矽轉變成多晶矽的一種相當新穎技術俗稱為細射束定向x長高(TDX)程序。此程序使用一寬度(俗稱短軸)尺寸約10 μm且縱向(俗稱長軸)尺寸約500 nm的脈衝窄聚焦雷射線，其在短軸方向中掃描以便熔化厚度為30-100 nm的薄Si層。
在施行ELC、SLS或TDX程序時，玻璃上之一薄矽層被一由一高能準分子雷射(較佳為XeCl準分子雷射)發出的照明線熔化，且被一射束成形光學系統成形。依據本申請案，射束成形光學系統意指一位於雷射與成像光學系統之間的模組，其執行下列功能之至少一者：
-在垂直於射束傳播方向的一或二個方向中改變形狀及/或發散度；
-使強度在一場域及/或光瞳平面於一及/或二個方向中均化；
-改變空間及/或時間相干性。
在已經藉由該射束成形光學系統使該射束成形後，該射束有一矩形橫截面，其橫截面在更進一步傳播之後會在長軸及/或短軸方向中按比例縮放。
此等射束成形光學系統包括一或多個用於使雷射束在長軸方向中擴張的射束擴張器，一或多個用於使射束在長軸及/或短軸方向中均化的均化器，及較佳一或多個用於限制射束在短軸方向中之尺寸的器件。WO 2006/066706 A2號揭示一種用於產生能夠施行TDX程序之窄照明線的裝置的實例。
矽層上之雷射線的能量密度必須在長軸方向中是均勻的且處於一特定處理窗口內。理論處理窗口因諸如長軸均勻度波動、射束位置和指向波動、Si薄膜厚度之變動及/或抵達面板之總體能量的變動等效應而縮小。總體能量的變動主要是由影響光學系統之透射量的雷射射束參數之變動造成。因為這些理由，必須測量並穩定化相關處理參數。
一般而言，雷射能量係藉由一測量雷射出口窗口附近之能量的反饋回路穩定化。這是最被常用的雷射能量穩定技術，因為幾乎每個市面上販售的雷射都配備有此一反饋回路。一包括此種雷射能量穩定系統的雷射退火系統運作良好，但其在運用TDX程序時無法防止沿著矽層上之雷射線之能量密度的變動，後者會造成不良晶體品質。
US 7,061,959 B2號揭示一種在一穩定性量測模組(SMM)中反饋給雷射的能量監測器。SMM是前述射束成形光學系統的一部份。此種設備的一個缺點是矽層上之雷射線之能量密度的不可忽視變動。
此外，US 7,061,959 B2號揭示一種在工作台處的能量監測器反饋。在工作台處進行能量監測本身具有在光線被吸收且來自雷射之能量被轉變成使非晶矽薄膜熔化之熱的地方瞬時控制能量的好處。但在該處只有在沒有面板位於該處的時間當中方可測量光能量。因此，只有藉由使用一單次調整用的可移除維修工具或是藉由一當在操作模式中掃描雷射線時係設置在面板之間的能量計方可進行能量監測。
US 5,721,416 A1號揭示一種透光反射鏡在射束路徑內介於一縮小透鏡與一用於分出一部分射束(百分之幾)的最終窗口之間的排列，該部分射束隨後被一顯微透鏡成像在一固體影像轉換器上以監測射束分佈。該固體影像轉換器僅供監測之用。不考慮將監測信號反饋給雷射。
因此，本發明之一目的是提出一種照明裝置和方法，用於控制雷射源之能量以使被照射的樣本上之雷射線之能量密度的變動更進一步減小。
此目的可由一種具備申請專利範圍第1和18項之特徵部分所述特徵的照明裝置達成，該裝置係用於用一受控能量窄照明線照射一工作台上之一樣本；及一種具備申請專利範圍第9和25項之特徵部分所述特徵的方法達成，該方法在利用一窄照明線照射一工作台上之一樣本時控制一雷射源之能量。
有利的變異和實施例是附屬專利範圍項的主體。
由於有些射束參數譬如指向、發散度及偏振性會隨時間改變，通過射束成形光學系統的透射量會遭受改變。這影響主要處理參數之一者，亦即面板上的能量密度。
提出一種用於用一受控能量窄照明線照射一工作台上之一樣本的照明裝置，其中該照明線係由一雷射產生發出，該照明線在一第一方向中有一尺寸且在一垂直於該第一方向的第二方向中有一尺寸，其中該第一方向尺寸以倍數大於該第二方向尺寸。此外，該照明裝置包括一用於使該雷射束成形為一線條形狀的射束成形光學系統、一用於測量該雷射束之能量的能量測量器件、及一用於根據該測量的雷射束能量產生一控制信號且根據該控制信號控制該雷射源之能量輸出的能量控制系統。其中該能量測量器件被設置在該射束路徑內該射束成形光學系統之後該工作台之前。該能量測量器件在下文為求簡化將稱為處理能量監測器(PEM)，其測量入射在面板上的能量且將一信號反饋給該雷射之控制回路。
該照明裝置可不侷限在雷射退火及/或雷射結晶化用途譬如與ELC、SLS或TDX程序有關，亦可應用在要求一具有高長寬比(例如數百或甚至數千)之細照明線的任何雷射光曝照。
頃發現依靠射束在一外緣的一小部分進行之能量測量可能僅傳送一有用控制信號，前提是外緣處的能量是總射束能量之一良好度量，但通常不是如此。因此，依據一較佳實施例，該控制信號經產生致使其代表一沿該線狀射束在該第一方向中之尺寸的平均射束能量。
要將一能量計直接放在依據本發明之照明裝置的射束路徑內而不擾及射束表現及/或輸出能量是相當困難的。一種解決方式可為該能量測量器件包括一用於向外耦接出該線狀射束之一小部分的射束分離器及一用於偵測該小部分射束的偵測器。
整體而言，該偵測器可為任何類型能夠偵測雷射光之一陣列。特定言之，該偵測器可為一在二個維度中有感測器的二維陣列，或是一僅在一方向中有光偵測元件的一維陣列、亦即較佳依長軸方向取向。在一依據本發明之較佳實施例中，該偵測器包括複數個光電二極體依該第一方向並肩設置以收集該小部分射束。儘管此等光電二極體可經配置致使多列光電二極體形成一二維感測器陣列，最佳實施例係由並肩放置的光電二極體一維陣列組成。
為盡可能減少光電二極體的數量，依據本發明之照明裝置的偵測器更包括複數個用於將該小部分射束聚焦到該複數個光電二極體上的球面透鏡。可能值得一提的是亦可使用柱面透鏡或是具備彼此交叉橫越之柱面的雙柱面透鏡或是任何其他聚焦透鏡。但為了可製造性的理由，球面透鏡會是較佳。
在一較佳實施例中，依據本發明之該照明裝置可進一步在該射束路徑內該射束成形光學系統之後包括一縮小光學系統以使該線狀射束在該第二方向中縮小。該能量測量器件可被定位在該射束路徑方向中該縮小光學系統之前或之後。另一選擇，該能量測量器件亦可被定位在該縮小光學系統本身內。當該射束被該縮小光學系統大幅窄化時，該射束之最相關部分的收集(及後續偵測)可能比較容易。
依據本發明之該照明裝置的進一步較佳實施例包括一用於使該線狀射束成像在該樣本上的成像光學系統。該成像光學系統可包括該縮小光學系統。射束成像可增進該樣本(亦即面板)上的照明線特質。
依據另一較佳實施例，該射束成形光學系統包括一使該雷射束至少沿著其在該第一方向中之尺寸均化的均化器。該能量測量器件因而被定位在該射束路徑內該均化器之後。用在該射束成形光學系統中的典型均化器揭示於US 5,721,416 A1號或WO 2006/066706 A2號。
在另一較佳實施例中，該射束成形光學系統包括一用於界定該雷射束至少在該第二方向中之尺寸的場域界定光學器件。US 5,721,416 A1號、US 60/731,539號及US 60/753,829號揭示用於界定或限制該雷射束至少在該第二方向中之尺寸的排列。
依據本發明之另一觀點，提出一種在利用一窄照明線照射一工作台上之一樣本時控制一雷射源之能量的方法，其中該照明線係由一沿一射束路徑傳播並從該雷射源射出的雷射束產生且在一第一方向中的尺寸以倍數大於一垂直於該第一方向之第二方向中的尺寸，該方法更包括以下步驟：使該雷射束成形為一線條形狀，在該射束路徑內該射束成形光學系統之後該工作台之前測量該雷射束之能量，根據該測量的雷射束能量產生一控制信號，且根據該控制信號控制該雷射源之能量輸出。
較佳來說，依據本發明之該方法的特徵在於該控制信號係代表沿該線狀射束在該第一方向中之尺寸之一平均射束能量。另一選擇，依靠在射束之一外緣的一小部分是不利的，因為外緣處的能量通常無法反映出全射束之能量。
依據進一步較佳實施例，依據本發明之方法包括使該雷射束在該射束路徑內該射束成形光學系統之後該工作台之前分裂且向外耦接出一小部分並偵測該小部分射束。該方法較佳進一步包括在該第一方向中沿該小部分射束之尺寸求取該小部分射束之一射束能量的平均值的步驟。不需要且在一些案例中幾乎不可能也求取在該第二方向中之射束能量的平均值。求取沿該第一方向中之尺寸之射束能量的平均值含有足以產生一控制信號的資訊。該求平均步驟可僅藉由求取射束能量沿該長軸方向之積分的方式完成。不需要該信號相對於被求積分之長度的加權。
該方法之進一步較佳實施例的特徵在於將該小部分射束分割成複數個子射束且將該複數個子射束聚焦到一偵測器陣列上的步驟，該偵測器陣列例如包括複數個光電二極體。另一選擇，可使用焦電和熱電感測器。這意味著必要偵測器陣列元件譬如光電二極體之數量的減少以及一種完全收集射束尺寸的有效方式。複數個射束的聚焦亦具有相較於沒有任何聚焦構件之情況可以比較容易地實行偵測器相對於待偵測射束之調整的優點。
依據另一變型，依據本發明之該方法包括縮小該第二方向中之該線狀射束的步驟。該能量可為在該射束路徑方向內縮小該第二方向中之該線狀射束之前、之後或期間測量。
視情況，依據本發明之該方法可為特徵在於進一步使該線狀射束成像在該樣本或面板上。使該射束成像的優點在於能夠在中間場平面且因而在該樣本或面板上檢查照明線特質。
依據本發明之方法可進一步包括使該雷射束至少沿著其在該第一方向中之尺寸均化的步驟。射束能量可為在射束路徑內使該雷射束均化之後測量。
依據本發明之更另一觀點，一種用於照明一工作台上之一樣本的照明裝置具備一受控能量窄照明線，該照明線係由一沿一射束路徑傳播並從一雷射源射出的雷射束產生且在一第一方向中的尺寸以倍數大於一垂直於該第一方向之第二方向中的尺寸。該裝置更包括一用於使該雷射束成形為一線條形狀的射束成形光學系統、一用於測量該雷射束之能量的能量測量器件、及一用於產生一控制信號的能量控制系統，該控制信號係代表一沿著該第一方向中該線狀射束之尺寸的平均射束能量、該測量的雷射束能量且用於依該控制信號控制該雷射源之能量輸出。
較佳來說，如上文已參照本發明第一觀點敘述，該能量測量器件包括一用於向外耦接出該線狀射束之一小部分的射束分離器及一用於偵測該小部分射束的偵測器。
該偵測器視情況如前所述包括複數個光電二極體依該第一方向並肩設置以收集該小部分射束。
此外，為求簡化，該偵測器可包括複數個用於將該小部分射束聚焦到該複數個光電二極體上的球面透鏡。
該等光電二極體之該至少二者可經並聯電耦接。光電二極體之並聯耦接導致當照明該等光電二極體時會產生附加的光電流。一由附加光電流構成的電流信號對應於照射在該等光電二極體上之射束能量之一(未歸一化)平均。
整體而言係使用電壓信號以便控制雷射之雷射束輸出。電壓控制信號可為藉由測量沿一串聯地電耦接於該等光電二極體(之至少一者)之分流電阻器的壓力降產生。為保持用於測量的強度損失為小，吾人可使用逆向偏壓光電二極體，其必要時也會促進短準分子雷射脈衝之時間分辨偵測。
光學信號之偵測的實例見於Dereniak and Crowe：Op-tical Radiation Detectors(Wiley)，其內容以引用的方式併入本文中。
原則上來說，雷射輸出可由一電子反饋回路控制。輸入信號可為由多個光電二極體產生。雷射脈衝在每一光電二極體內產生的電荷可被以電子方式加總。為保持暗電流為低，有可能該等光電二極體不受偏壓。
依據本發明之更另一觀點，提出一種在利用一窄照明線照射一工作台上之一樣本時控制一雷射源之能量的方法，其中該照明線係由一沿一射束路徑傳播並從該雷射源射出的雷射束產生且在一第一方向中的尺寸以倍數大於一垂直於該第一方向之第二方向中的尺寸，該方法包括以下步驟：使該雷射束成形，測量該已成形雷射束之能量，根據該測量的雷射束能量產生一控制信號，其中該控制信號係代表沿該線狀射束在該第一方向中之尺寸之一平均射束能量，且根據該控制信號控制該雷射源之能量輸出。
依據本發明此方法之一較佳版本，該線狀射束之一小部分被向外耦接且隨後被偵測。更佳來說，該小部分射束被分割成複數個小射束。該等小射束每一者隨後被分別偵測。
依循在以上章節中描述之方法，較佳該複數個小射束每一者被獨立聚焦以供偵測。
在一較佳實施例中，該方法包括使分別偵測該等小射束每一者後產生之偵測信號轉變成一總合信號的步驟。此一總合信號代表被偵測之該射束之平均。該總合信號隨後可被轉變成該控制信號(例如依前文所述方式)。
第1圖示出一依據本發明特定言之用於施行前述TDX程序之照明裝置的示意圖。此種TDX工具包括一光源準分子雷射10譬如XeCl準分子雷射，其射出一脈衝雷射束12。在一100 Hz-10 kHz的典型反覆率，典型脈衝寬度是10-30 ns。此一雷射脈衝之能量通常在100 mJ-1000 mJ範圍內。
具備10×30mm典型矩形橫截面的此雷射束12經由一在下文詳述的光學系統沿一射束路徑13導引並轉換成一窄照明線70。該樣本/面板66上的照明線70在一橫向於掃描方向的長軸方向中有一至少200mm的尺寸且在一短軸方向中(亦即掃描方向中)有一3-7 μm的尺寸。此種具備高長寬比的照明線70照射於一放在一工作台68上的樣本譬如面板66。工作台68以一約10mm/s的台掃描速度移動，得到例如2 μm/脈衝的典型掃描增量。
在離開雷射10後，該雷射束12被導往一俗稱射束傳送單元(BDU)14。此BDU 14包括一入口窗口16、一用於以2-6之倍數拉長脈衝寬度的脈衝伸展器18。經拉長的雷射脈衝12經由一出口窗口20離開BDU 14。
接下來該雷射束12之橫截面從矩形轉換成線條形狀。為此，雷射束12首先被導往一射束預調節單元(BPU)22。BPU 22包括複數個光學元件24。光學元件24之此排列用於弄平該雷射束12之強度分佈。
設置在射束路徑13內該BPU 22之後的射束擴張單元(BEU)26用於使雷射束12在一長度方向中擴張。以下將用參考符號x標示長度方向，雷射束之寬度方向則用參考符號y標示。在本例中，雷射束12之尺寸係藉由一個接一個設置在該射束路徑13上的四個透鏡28完成。若不使用此等透鏡，亦可使用依據習知技藝能夠使用的彎形反射鏡。
為縮短依據本發明之該照明裝置的總尺寸，可使用複數個平面反射鏡。作為範例，三個反射鏡30、32、34在該雷射束12進入一射束穩定性量測單元(BSMU)36之前使射束路徑13折向。射束穩定性量測單元36包括光學元件38之一排列，該等光學元件可依不同方向移動以便調整且/或校正譬如雷射束12之指向及/或位置。相應雷射束監測器件(圖中未示)被定位在BSMU 36之出口。細節舉例來說揭示於US 7,061,959 B2號。
在射束路徑13中，BSMU 36之後係定位一用於使該已擴張線狀雷射束12均化的均化器件40。在依據第1圖的實例中此均化器40包括一柱面透鏡陣列42然後是一透鏡44、另一柱面透鏡陣列46、一標尺48及一聚光器50。US 5,721,416 A1號或WO 2006/066706 A2號揭示複數個不同的均化器能被額外地或替代地插入射束路徑13內該均化器40所在之處。
然後，雷射束12被導往折向反射鏡52然後到場域界定單元(FDU)54。FDU 54界定雷射束12在一場平面、特定言之在面板平面66內於短軸方向y中的尺寸。FDU 54可包括如US 5,721,416 A1所述排列或者是如US 60/731,539號或US 60/753,829號揭示的排列其中一者。
由於在光學射束路徑13內跟在BDU 14之後到FDU 54之出口為止的光學元件使雷射束12從一具備矩形橫截面的原始雷射束成形為一沿著長軸方向具備一目標均勻強度分佈的線狀射束，該等光學元件之相應排列在下文稱為射束成形單元(BSU)。第1圖中以參考數字80標示的虛線圈出位在BSU之上述該等光學元件。
當離開該BSU 80時，矩形橫截面雷射束12被導往一綜合成像、縮小及折向光學系統82，其包括複數個平面或柱面反射鏡56、60、62。取代反射鏡56、60、62之排列，亦可採用複數個柱面透鏡或是透鏡與反射鏡之一組合。
典型組態例如揭示於WO 2006/066706 A2號或US 5,721,416 A1號中。雷射束12穿過一出口窗口64離開該成像、縮小及折向光學系統82，後者在下文為求簡化稱為射束投射單元(BPU)82。相較於離開BSU 80時之尺寸係具有一經擴張長軸尺寸和一經縮小短軸尺寸的雷射束12被聚焦成面板66上的該窄照明線70，例如蓋住該工作台68上之一非晶矽層。
總括用於產生該照明線之主要特徵的依據第1圖之光學系統，第2圖以方塊圖示出光線傳送系。特定言之，該雷射源和該BSU被繪成分別以參考數字10和80標示的方塊，而該BPU 82僅由前述柱面反射鏡62代表。為做範例說明，進入該BSU 80的雷射束12被示為具有一點狀橫截面的單一直線，而當離開該BSU 80時橫截面已在長軸方向中進一步擴張的雷射束被示為兩條發散線12a、12b及一連接此二線12a、12b的直線70a。聚焦在位於該工作台68上之該面板66上的照明線70係以一直線表示，該長軸方向和短軸方向分別以參考符號x和y標示。
本發明人確知由於面板上的能量密度是最有關係的處理參數，脈衝能量必須是在面板66附近或在一具備對應能量密度的地方測量。此信號必須反饋給雷射10之穩定電路。
面板66處的能量密度主要是由通過光學系統之雷射能量和光學透射給予。系統透射度的變化主要是在射束成形模組80中當諸如指向、射束發散度或偏振等參數改變時產生。投射光學系統82對於系統透射度的影響相對較小。因此適合進行能量測量的位置係位於投射模組82中沿著射束路徑13或是從面板反射的射束中。
因此，儘管依據習知技藝在US 7,061,959 B2號中揭示有一能量計被定位在射束路徑13內介於BSMU 94與均化器40之間且在第1圖中以虛線所示光學元件94表示，依據本發明一能量計係被定位在射束路徑13內介於BSU 80之出口與面板66之間。
將感測器定位在投射光學系統中會有一些優於在面板水平面直接測量的優點。會有更多空間可用且對於雷射線的成像品質有較小影響。在離面板一些距離之處，該線尚未達到其全尺寸所以比較容易用一射束分離器收集光線。
因此在第1圖所示特定實施例中，在下文稱為處理能量監測器(PEM)58的該能量計被定位在反射鏡56與60之間。該PEM 58如第2圖所示包括一射束分離器84(其可為一半透明窗口或一透明窗口)及一偵測器86。線狀雷射束12撞擊射束分離器84前表面的主要部分通過射束分離器84且被進一步成像及縮小而在面板66上形成最終照明線70。一小部分70b譬如較佳為0.05%至0.5%在例如射束分離器84之後表面被反射並導往偵測器86。
偵測器86偵測該小部分射束70b(或至少其一部份)並轉換成一測量的信號74例如一電流或一電壓。測量的信號74經由一反饋回路72反饋給一控制器件76譬如一主控制器，後者產生一控制信號78以控制該雷射束源10之輸出能量。
為偵測一空間分辨能量密度，吾人會需要一大型二維感測器。用於雷射的反饋信號始於一決定雷射能量的類比值。為獲得此信號，必須完成一數值(加總紀錄值)、電學(加總光敏元件之電流)或光學積分(用透鏡元件加總光)。就當今使用一窄照明線的問題來說，本發明人決定選擇一使用一光學和一電學平均方法的解決方案。
第3圖顯示該能量測量器件86是依據第1圖和第2圖之該TDX裝置的一部份。大約0.2%的射束能量被前述該射束分離器84向外耦接，該射束分離器係被實行為一雙面抗反射(AR)塗層玻璃板。小部分射束70b之大部分藉由四個大型球面透鏡88a、88b、88c、88d將小部分射束70b分割成四個獨立小射束92a、92b、92c、92d而被聚焦到四個光電二極體90a、90b、90c、90d上。四個光電二極體90a、90b、90c、90d並聯地電連接而且組合起來串聯地電連接於一分流電阻器Rs 。包括該等光電二極體90a、90b、90c、90d及該分流電阻器Rs 的電流被逆向偏壓電壓V0 逆向偏壓。
在照射光電二極體90a、90b、90c、90d之後會產生光電流Ipha 、Iphb 、Iphc 、Iphc 。這四個獨立的光電流Ipha 、Iphb 、Iphc 、Iphc (其通常相同)加到該單一共用分流電阻器Rs 。反饋回路72所需控制信號78係在此電路之輸出端以一輸出電壓Vout 提供。
四個光電二極體90a、90b、90c、90d並聯電連接。包括該等光電二極體90a、90b、90c、90d及一加總個別電荷之電子電路的電路分析總合信號並產生一輸出電壓Vout 。在照射光電二極體90a、90b、90c、90d之後會產生電荷Qpha 、Qphb 、Qphc 、Qphc 。這四個獨立的電荷Qpha 、Qphb 、Qphc 、Qphc (其通常不相同)在該電子電路內累加。反饋回路72所需控制信號78係在此電路之輸出端以一輸出電壓Vout 提供。
可能值得一提的是取代上述包括四個光電二極體90a、90b、90c、90d及一用於讀出可能使用之任何數量感測器種類及其支援電路的感測器件，亦可使用光電二極體、光電倍增器、焦電、光阻、光子拖曳等。
當用PEM器件58升級TDX裝置時，會觀察到面板66上之能量密度的穩定性明顯改善且有一加大處理窗口。第4圖示出用一能量計(譬如US 7,061,959 B2號揭示者)記錄在面板平面66中之歸一化線狀射束能量。細曲線顯示沒有PEM 58但一能量計94被定位在射束路徑13內介於BSMU 36與均化器40之間之情況下的波動為+/-3.5%。使用位於射束路徑13內介於反射鏡56與60之間以供反饋控制雷射源10，波動(粗曲線)減至+/-0.7%。因此可用處理窗口可被加大5.5%。
10．．．準分子雷射
12．．．雷射束
12a．．．線
12b．．．線
13．．．射束路徑
14．．．射束傳送單元(BDU)
16．．．入口窗口
18．．．脈衝伸展器
20．．．出口窗口
22．．．射束預調節單元(BPU)
24．．．光學元件之排列
26．．．射束擴張單元(BEU)
28．．．透鏡排列
30．．．反射鏡
32．．．反射鏡
34．．．反射鏡
36．．．射束穩定性量測單元(BSMU)
38．．．光學元件之排列
40．．．均化器
42．．．柱面透鏡陣列
44．．．透鏡
46．．．柱面透鏡陣列
48．．．標尺
50．．．聚光器
52．．．反射鏡
54．．．場域界定單元(FDU)
56．．．反射鏡
58．．．處理能量監測器(PEM)
60．．．反射鏡
62．．．反射鏡
64．．．出口窗口
66．．．面板
68．．．工作台
70．．．照明線
70a．．．線狀射束
70b．．．線狀射束之小部分
72．．．反饋回路
74．．．測量的信號
76．．．主控制器
78．．．控制信號
80．．．照明系統/射束成形單元(BSU)
82．．．成像光學系統/縮小光學系統/射束投射單元(BPU)
84．．．射束分離器/透光反射鏡
86．．．偵測器
88a．．．透鏡
88b．．．透鏡
88c．．．透鏡
88d．．．透鏡
90a．．．光電二極體
90b．．．光電二極體
90c．．．光電二極體
90d．．．光電二極體
92a．．．聚焦小射束
92b．．．聚焦小射束
92c．．．聚焦小射束
92d．．．聚焦小射束
94．．．能量計(習知技藝)
x．．．第一方向
y．．．第二方向
V0 ．．．偏壓電壓
Vout ．．．輸出電壓
Rs ．．．分流電阻器
Ipha ．．．光電流
Iphb ．．．光電流
Iphc ．．．光電流
Iphd ．．．光電流
以下參照圖式說明本發明，圖中：第1圖是一依據本發明之TDX裝置的示意圖，第2圖是一依據第1圖之該TDX裝置的剖面示意圖，第3圖是一依據本發明納入依據第1圖和2之該TDX裝置內的能量測量器件，第4圖示出當利用依據本發明定位之能量監測器控制雷射輸出能量時相較於利用依據習知技藝定位之能量計控制雷射輸出能量時在一面板/樣本處發生的能量波動。
10．．．準分子雷射
12．．．雷射束
12a、12b．．．線
13．．．射束路徑
58．．．處理能量監測器(PEM)
62．．．反射鏡
66．．．面板
68．．．工作台
70．．．照明線
70a．．．線狀射束
70b．．．線狀射束之小部分
72．．．反饋回路
74．．．測量的信號
76．．．主控制器
78．．．控制信號
80．．．照明系統/射束成形單元(BSU)
82．．．成像光學系統/縮小光學系統/射束投射單元(BPU)
84．．．射束分離器/透光反射鏡
86．．．偵測器

Claims (35)

  1. 一種用於以受控能量窄照明線(70)照射工作台(68)上之樣本(66)的照明裝置，該照明線(70)係從沿一射束路徑(13)傳播且係從一雷射源(10)射出的一雷射束(12)產生，且在一第一方向(x)中之一尺寸大於一第二方向(y)中之一尺寸，該第二方向(y)係垂直於該第一方向(x)，包含：一射束成形光學系統(80)，用於使該雷射束(12)成形為一線狀(70a)，其中該射束成形光學系統(80)包含用於使該雷射束(12)至少沿其在該第一方向(x)中之尺寸均化的一均化器(40)；一能量測量器件(58)，用於測量該雷射束(12)之能量；一能量控制系統(76)，用於根據該測量的雷射束能量產生一控制信號(78)，且用於根據該控制信號(78)控制該雷射源(10)之能量輸出及/或該射束成形光學系統(80)之一或多個組件之透射度；其特徵在於該能量測量器件(58)係設置在該射束路徑(13)內的該射束成形光學系統(80)後且在該工作台(68)前。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其特徵在於該控制信號(78)係代表沿該線狀射束(70a)在該第一方向(x)中之該尺寸之一平均射束能量。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之照明裝置，其特徵在於該能量測量器件(58)包含一射束分離器(84)及一偵測器(86)，該射束分離器係用於向外耦接出該線狀射束(70a)之一小部分(70b)，且該偵測器係用於偵測該小部分射束 (70b)。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之照明裝置，其特徵在於該偵測器(86)包含依該第一方向(x)並肩設置之用以收集該小部分射束(70b)的複數個光電二極體(90a、90b、90c、90d)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之照明裝置，其特徵在於該偵測器(86)更包含用於使該小部分射束(70b)聚焦在該等複數個光電二極體(90a、90b、90c、90d)上的複數個透鏡(88a、88b、88c、88d)。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之照明裝置，其特徵在於更包含用於使該線狀射束(70a)在該第二方向(y)中縮小的一縮小光學系統(82)。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之照明裝置，其特徵在於更包含用於使該線狀射束(70a)成像在該樣本(66)上的一成像光學系統(82)。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之照明裝置，其特徵在於該射束成形光學系統(80)包含一場域界定光學器件(54)，其係用於至少在該第二方向(y)中界定該雷射束(12)之尺寸。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之照明裝置，其特徵在於更包含用於使該線狀射束(70a)在該第二方向(y)中縮小的一縮小光學系統(82)。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其特徵在於更包含用於使該線狀射束(70a)在該第二方向(y)中縮小的一縮小光學系統(82)。
  11. 如申請專利範圍第4項所述之照明裝置，其特徵在於更包含 用於使該線狀射束(70a)成像在該樣本(66)上的一成像光學系統(82)。
  12. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其特徵在於更包含用於使該線狀射束(70a)成像在該樣本(66)上的一成像光學系統(82)。
  13. 如申請專利範圍第4項所述之照明裝置，其特徵在於該射束成形光學系統(80)包含一場域界定光學器件(54)，其係用於至少在該第二方向(y)中界定該雷射束(12)之尺寸。
  14. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其特徵在於該射束成形光學系統(80)包含一場域界定光學器件(54)，其係用於至少在該第二方向(y)中界定該雷射束(12)之尺寸。
  15. 一種用於在以窄照明線(70)照射工作台(68)上之樣本(66)時控制雷射源(10)之能量的方法，藉此該照明線(70)係從沿一射束路徑(13)傳播且係從該雷射源(10)射出的一雷射束(12)產生，且在一第一方向(x)中之一尺寸係以倍數大於一第二方向(y)中之一尺寸，該第二方向(y)係垂直於該第一方向(x)，該方法包含以下步驟：用一射束成形光學系統(80)使該雷射束成形為一線狀(70a)．其中射束成形包含使該雷射束(12)至少沿其在該第一方向(x)中之尺寸均化；測量該雷射束(12)之能量；根據該測量的雷射束能量產生一控制信號(78)；且根據該控制信號(78)控制該雷射源(10)之能量輸出及/或該射束成形光學系統(80)之一或多個組件之透射度； 該方法的特徵在於測量該雷射束(12)在該射束路徑(13)內在該射束成形之後且在該工作台(68)之前之該能量。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其特徵在於該控制信號(78)係代表沿該線狀射束(70a)在該第一方向(x)中之尺寸之一平均射束能量。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其特徵在於在成形該射束之後且在該工作台(68)之前於該射束路徑(13)內分裂該雷射束(12)且藉由分裂及偵測一小部分射束(70b)向外耦接出該小部分射束(70b)。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其特徵在於沿著該小部分射束(70b)在該第一方向(x)中之尺寸求取該小部分射束(70b)之一射束能量的平均值。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其特徵在於將該小部分射束(70b)分割成複數個子射束(92a、92b、92c、92d)並使該等複數個子射束(92a、92b、92c、92d)聚焦在複數個光電二極體(90a、90b、90c、90d)上。
  20. 如申請專利範圍第15、16、17、18或19項所述之方法，其特徵在於進一步使該線狀射束(70a)在該第二方向(y)中縮小。
  21. 如申請專利範圍第15、16、17、18或19項所述之方法，其特徵在於進一步使該線狀射束(70a)成像在該樣本(66)上。
  22. 如申請專利範圍第15、16、17、18或19項所述之方法，其特徵在於該射束成形包含至少在該第二方向(y)中界定該雷射束(12)之尺寸。
  23. 一種用於以受控能量窄照明線(70)照射工作台(68)上之樣本(66)的照明裝置，該照明線(70)係從沿一射束路程(13)傳播且係從一雷射源(10)射出的一雷射束(12)產生，且在一第一方向(x)中之一尺寸係以倍數大於一第二方向(y)中之一尺寸，該第二方向(y)係垂直於該第一方向(x)，包含：一射束成形光學系統(80)，用於使該雷射束(12)成形為一線狀(70a)，其中該射束成形光學系統(80)包含用於使該雷射束(12)至少沿其在該第一方向(x)中之尺寸均化的一均化器(40)；一能量測量器件(58)，用於測量該雷射束(12)之能量；一能量控制系統(76)，用於根據該測量的雷射束能量產生一控制信號(78)，且用於根據該控制信號(78)控制該雷射源(10)之能量輸出；該裝置的特徵在於該控制信號(78)係代表沿該線狀射束(70a)在該第一方向(x)中之尺寸之一平均射束能量。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之照明裝置，其特徵在於該能量測量器件(58)包含一射束分離器(84)及一偵測器(86)，該射束分離器係用於向外耦接出該線狀射束(70a)之一小部分(70b)，且該偵測器係用於偵測該小部分射束(70b)。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之照明裝置，其特徵在於該偵測器(86)包含依該第一方向(x)並肩設置之用以收集該小部分射束(70b)的複數個光電二極體(90a、90b、90c、90d)。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之照明裝置，其特徵在於該偵測器(86)更包含用於使該小部分射束(70b)聚焦在該等複數 個光電二極體(90a、90b、90c、90d)上的複數個球面透鏡(88a、88b、88 c、88d)。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之照明裝置，其特徵在於該等複數個光電二極體(90a、90b、90c、90d)中之至少二者係並聯地電耦接。
  28. 如申請專利範圍第26或27項所述之照明裝置，其特徵在於該等複數個光電二極體(90a、90b、90c、90d)中之至少一者係串聯地電耦接於一分流電阻器(Rs)。
  29. 如申請專利範圍第26或27項所述之照明裝置，其特徵在於該等複數個光電二極體(90a、90b、90c、90d)中之至少一者係電逆向偏壓(V0)。
  30. 一種用於在以窄照明線(70)照射工作台(68)上之樣本(66)時控制雷射源(10)之能量的方法，藉此該照明線(70)係從沿一射束路徑(13)傳播且係從該雷射源(10)射出的一雷射束(12)產生，且在一第一方向(x)中之一尺寸係以倍數大於一第二方向(y)中之一尺寸，該第二方向係垂直於該第一方向(x)，該方法包含以下步驟：使該雷射束(12)成形為一線(70a)，其中射束成形包含使該雷射束(12)至少沿其在該第一方向(x)中之尺寸均化；測量該線狀雷射束(12)之能量；根據該測量的雷射束能量產生一控制信號(78)；根據該控制信號(78)控制該雷射源(10)之能量輸出；該方法的特徵在於該控制信號(78)係代表沿該線狀射束(70a)在該第一方向(x)中之尺寸之一平均射束能量。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之方法，其特徵在於向外耦接出該線狀射束(70a)之一小部分(70b)並偵測該小部分射束(70b)。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其特徵在於使該小部分射束(70b)分割成複數個小射束(92a、92b、92c、92d)且分別地偵測該等複數個小射束(92a、92b、92c、92d)中的每一個。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之方法，其特徵在於使該等複數個小射束(92a、92b、92c、92d)中的每一個分別地聚焦。
  34. 如申請專利範圍第32或33項所述之方法，其特徵在於使在分別地偵測該等複數個小射束(92a、92b、92c、92d)中之每一者後產生之偵測信號(Ipha 、Iphb 、Iphc 、Iphc )轉換成一總合信號(74)。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之方法，其特徵在於使該總合信號(74)轉換成該控制信號(78、Vout )。
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