TWI520454B - 用於雷射退火之線成像系統與方法 - Google Patents

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Description

用於雷射退火之線成像系統與方法
本揭示案大體而言係關於使用光束之線像之形成，且特定言之係關於用於雷射退火應用之改良線成像系統及方法。
存在多種需要利用由相干光束形成之均勻線像的應用。一種此類應用為雷射熱處理(laser thermal processing;LTP)，在本領域亦稱為雷射尖波退火(laser spike annealing;LSA)或僅「雷射退火」，其用於半導體製造中，以在形成諸如電晶體之有源微電路裝置時活化半導體晶圓選擇區內的摻雜劑。雷射退火利用來自光束之經掃描線像將晶圓表面加熱至一溫度(「退火溫度」)達一段時間，此時間足夠長以活化摻雜劑但又足夠短以將摻雜劑擴散降至最低。晶圓表面處於退火溫度之時間由線像之功率密度，以及由線像寬度除以掃描線像之速度(「掃描速度」)決定。
為達成商用LSA工具之高處理量，線像需要儘可能長且窄，同時亦具有高功率密度。可用之線像尺寸之示例性範圍為5 mm至100 mm長、25微米至500微米寬。為達成均勻退火，亦需沿線像長度之強度截面儘可能為常數。典型之半導體處理需求要求退火溫度介於1000℃與1300℃之間，且具有+/-3℃之溫度均勻性。為達成此程度之溫度均勻性，由退火光束形成之線像需具有相對均勻之強度，該強度在大多數情況下小於+/-5%。
CO2雷射器為用於雷射退火應用之較佳光源，因為其波長(標稱10.6微米)較所照射裝置的尺寸長得多，從而產生較少散射及更均勻曝露，進而消除「圖案效應」，且因為其發射相對高強度之光束。然而，用於CO2雷射器之相干長度較長，通常為若干米，從而使基於科勒照明原理運用二元光學方法來產生具有~10%(+/-5%)均勻度之狹長線焦點並不可行。
以CO2雷射器進行雷射退火之傳統方法包括使光束在一對刀緣上成像。刀緣經定位以透射高斯光束之狹窄中心部分。透射光束之長度為滿足在晶圓上所形成之線像之均勻度規格的光束部分。對於高斯CO2光束，刀緣通常經佈置以僅使高斯光束之中間10%通過。遺憾的是，此舉意謂拒斥了光束的其餘90%，其為對來自光源之高強度光之非常低效之利用。
本揭示案之一態樣為一種形成用於雷射熱處理系統之線像之成線光學系統。該成線光學系統包括(沿光軸依次)一雷射器、一第一柱面透鏡系統、一第一空間濾波器、具有一第二空間濾波器之一第二柱面透鏡系統、一刀緣孔徑、一柱面中繼系統及一柱面聚焦透鏡。該雷射器產生輸入光束。該第一柱面透鏡系統使該輸入光束沿第一方向聚焦成線焦點，該線焦點具有由周圍強度最小值界定之中心波瓣。該第一空間濾波器位於該線焦點處，且經配置以沿第二方向在中心波瓣內截斷線像，進而形成一第一光束。該第二柱面透鏡系統經配置以沿第二方向接收並且截斷部分第一光束以形成一第二基本準直光束，其中藉由充當第二空間濾波器之孔徑光闌進行截斷。該刀緣孔徑經配置以沿第二方向截斷該第二基本準直光束以形成一第三光束，並且在一實施例中，界定該等刀緣之刀片具有鋸齒狀邊緣。該柱面中繼透鏡系統具有與該刀緣孔徑共軛之像平面，且經配置以接收該第三光束並且由此形成沿第二方向聚焦以界定像平面處線像長度LL之一第四光束。該柱面聚焦透鏡經配置以使該第四光束沿第一方向聚焦以界定像平面處之線像寬度WL。
在該成線光學系統中，該第二柱面透鏡系統較佳藉由a)定尺寸以進行該截斷之孔徑光闌或b)定尺寸以進行該截斷之通光孔徑進行第一光束之截斷。
在該成線光學系統中，該刀緣孔徑較佳包括相對之鋸齒狀刀片邊緣。
在該成線光學系統中，線像長度LL較佳在5 mm≦LL≦100 mm之範圍內。
在該成線光學系統中，線像寬度WL較佳在25微米≦WL≦500微米之範圍內。
在該成線光學系統中，該第三柱面透鏡系統較佳包含具有界定一第二空間濾波器之一孔徑光闌之一柱面中繼透鏡系統。
在該成線光學系統中，該線焦點之該中心波瓣較佳具有一寬度WC。該第一空間濾波器較佳具有一寬度W1以使得0.6WC≦W1≦0.9WC。
在該成線光學系統中，該雷射器較佳為產生具有10.6微米之標稱波長之光束的CO2雷射器。
在該成線光學系統中，該第一光束較佳在第一空間濾波器處具有複數個強度波瓣，其包括一中心強度波瓣及周圍強度波瓣。第二柱面透鏡系統較佳經配置以使該中心強度波瓣及多個周圍強度波瓣透射，同時阻斷多個周圍強度波瓣。
在該成線光學系統中，該線像較佳具有在自50 W/mm2至5000 W/mm2之範圍內之功率密度。
本揭示案之另一態樣為一種用於將具有表面之晶圓退火之雷射退火系統，其中該雷射退火系統包括如上所述之成線光學系統，以及經配置以在像平面內可操作地支撐且移動晶圓以便在晶圓表面上方掃描線像之一平臺。
本揭示案之另一態樣為一種形成用於將具有表面之晶圓退火之線像之方法。該方法包括以下步驟：產生一光束，並且使該光束聚焦以形成具有一中心波瓣之一線焦點。該方法亦包括以下步驟：在該中心波瓣之內進行該線焦點之第一空間濾波，以形成一第一空間濾波伸長光束。該方法亦包括以下步驟：將該第一空間濾波伸長光束傳播至一遠場位置，且進行該第一空間濾波伸長光束之第二空間濾波，以形成一個二次空間濾波伸長光束。該方法另外包括以下步驟：沿伸長方向截斷該二次空間濾波伸長光束，以形成一經截斷伸長光束。該方法亦包括以下步驟：使該經截斷光束沿至少一個方向聚焦，進而在晶圓表面上形成線像。
該方法較佳進一步包含以下步驟：當形成線像時使該經截斷伸長光束沿第二方向聚焦。該方法較佳包括以下步驟：使用具有一孔徑光闌之一柱面光學系統進行該第二空間濾波。
在該方法中，該線像較佳具有在5 mm≦LL≦100 mm之範圍內的長度LL以及在25微米≦WL≦500微米之範圍內的寬度WL。
在該方法中，該中心波瓣較佳具有由周圍強度最小值界定之寬度WC，且包括以具有寬度W1以使得0.6WC≦W1≦0.9WC之孔徑運行該第一空間濾波。
在該方法中，產生輸入光束較佳包括形成具有10.6微米之標稱波長之輸入光束。
在該方法中，該第一光束較佳在遠場位置處具有複數個強度波瓣，其包括一中心強度波瓣及周圍強度波瓣。該方法較佳進一步包含以下步驟：進行該第二空間濾波以使該中心強度波瓣及多個周圍強度波瓣透射，同時阻斷多個周圍強度波瓣。
該方法較佳進一步包含以下步驟：相對於該線像移動該晶圓，進而在該晶圓表面上方掃描該線像。
該方法較佳進一步包含以下步驟：為該線像提供在自50 W/mm2至5000 W/mm2之範圍內的功率密度。
本揭示案之附加結構特徵及優點將在隨後的詳細描述中闡述，且其部分將自彼描述對熟習此項技術者顯而易見，或藉由實踐如本文所述之本揭示案來認識，其包括隨後的詳細描述、申請專利範圍以及隨附圖式。
應瞭解，上文之一般描述及下文之詳細描述介紹本揭示案之實施例，且意欲提供概述或框架，用以瞭解如所主張之本揭示案之本質及特性。包括該等隨附圖式以提供對本揭示案之進一步瞭解，且該等隨附圖式併入且構成本專利說明書之一部分。該等圖式圖示本揭示案之不同實施例，且與該描述一起用以解釋本揭示案之原理及操作。
現請詳細參閱本揭示案之本較佳實施例，其實例圖示於隨附圖式中。凡有可能，相同或相似之元件符號及標誌在該等圖式中自始至終用於代表相同或相似之部件。在以下描述中，「伸長」光束代表光束之橫截面，其中一個橫截面尺寸大於另一個橫截面尺寸。
第1A圖及第1B圖為分別沿負Y軸方向及沿負X軸方向觀察示例性成線光學系統(「光學系統」)10之示意圖，如為了參考起見而圖示之笛卡兒坐標所指示。光學系統10具有光軸A1且包括發射初始準直且相干之光束22之雷射器20，光束22在下文稱為「輸入光束」。在一示例性實施例中，雷射器20包括CO2雷射器且光束22具有10.6微米之標稱波長。一般而言，雷射器20可為產生具有適於晶圓W雷射退火之波長之光束22的任何雷射器。此類退火可包括例如加熱晶圓W或以來自另一光源之輻射照射晶圓W，以便晶圓W吸收足夠量之光束22以加熱晶圓W至退火溫度，如下文更詳細之論述。
光學系統10亦包括(沿光軸A1依次)在X-Z平面內具有功率之第一柱面透鏡系統CL1、第一平面折鏡FM1、位於平面P1處且具有狹縫孔徑SA1之可調節第一空間濾波器SF1、折鏡FM2以及在X-Z平面內具有功率之第二柱面透鏡系統CL2。光學系統10亦包括位元於平面P2處且具有開口(孔徑)50A之可調節刀緣孔徑50。光學系統10進一步包括柱面透鏡系統CRL及在平面IP處形成最終線像LI之柱面聚焦透鏡CFL。在一示例性實施例中，柱面透鏡系統CRL為柱面中繼透鏡系統。
第一柱面透鏡系統CL1、第二柱面透鏡系統CL2、柱面透鏡系統CRL及柱面聚焦透鏡CFL可包括柱面鏡及柱面透鏡中之一或多者，並且為了說明起見以單一柱面鏡圖示。第一柱面透鏡系統CL1、第二柱面透鏡系統CL2、柱面透鏡系統CRL及柱面聚焦透鏡CFL亦可包括孔徑及相似元件。第二柱面透鏡系統CL2包括界定針對光學系統10之光瞳的孔徑光闌AS。柱面透鏡系統CRL亦視需要包括第二空間濾波器SF2。折鏡FM1及折鏡FM2為可選的，且用於(例如)使光學系統10更為緊湊，並且一般而言在基於反射鏡之系統中較佳。
第1C圖及第1D圖類似於第1A圖及第1B圖，且圖示包括第一空間濾波器SF1之部分光學系統10之示例性配置，其中該示例性配置包括額外兩個折鏡FM3及FM4。
第2A圖為第一空間濾波器SF1之實例之正向視圖。第一空間濾波器SF1包括分別具有刀片邊緣BE1及刀片邊緣BE2(「刀緣」)之可調節刀片B1及可調節刀片B2，刀緣BE1及刀緣BE2界定沿X軸方向較窄(具有寬度W1)而沿Y軸方向較長之狹縫孔徑SA1。
第2B圖類似於第2A圖，且圖示刀緣孔徑50之實例。刀緣孔徑50包括分別具有刀緣BE3及刀緣BE4之刀片B3及刀片B4，刀緣BE3及刀緣BE4界定在Y軸方向之高度上具有高度H2之開口(孔徑)50A。刀緣BE3及刀緣BE4被圖示為鋸齒狀，其用以減少繞射效應。
在一實例中，雷射器20包括發射具有標稱10.6微米之波長λ之光的CO2雷射器。一些CO2雷射器發射高斯輸出光束。然而，因為某些高功率單模CO2雷射器使用不穩定共振器，所以其至少在一個方向上具有非高斯輸出光束。第3圖為如作為光源單位之雷射器20所發射之非高斯光束22之示例性強度分佈的三維(3D)曲線。第3圖中圖示之示例性光束具有沿X軸方向之基本平頂之光分佈及沿Y軸方向之高斯分佈。
在習知成線光學系統中，第一空間濾波器SF1經配置(例如設定寬度W1)以自輸入光束22形成沿X軸方向之高斯輸出光束。在以下論述中，此習知空間濾波器之設定涉及將刀片邊緣BE1及刀片邊緣BE2置放於在第一空間濾波器SF1處形成之光分佈(參見第4圖，下文論述)之強度零點(或更一般而言，界定中心波瓣之強度最小值)處。
線焦點LF1之光分佈由第一柱面透鏡系統CL1之通光孔徑及焦距，以及由輸入光之強度分佈(其實例在第3圖中圖示)決定。第4A圖為與作為第一空間濾波器SF1之線焦點LF1相關的光分佈之對數等值線圖。第4B圖圖示了在X軸方向上線焦點LF1之(非對數)強度。第4B圖示出圍繞且界定中心波瓣CL之強度最小值MI。在理想情況下，強度最小值為強度零點ZI。從第4A圖及第4B圖可以注意到，X軸方向上之光分佈實質上為「sinc」函數，其中心波瓣CL具有如經由周圍強度最小值MI界定之寬度WC，而Y軸方向上之光分佈維持其原始高斯特性。第4A圖之光分佈曲線圖示光束22沿Y軸方向伸長。
第4B圖之曲線圖示其上重疊之第一空間濾波器寬度W1=WC及W1=0.8WC，該等寬度與形成離開第一空間濾波器SF1之高斯及非高斯輸出光束23相對應。
將刀片邊緣BE1及刀片邊緣BE2置於該sinc函數之強度最小值MI(亦即W1=WC)處之第一空間濾波器寬度W1在遠場位置(例如，在第二空間濾波器SF2處)中產生光束23中的光分佈，該光分佈為該sinc函數之中心波瓣CL之傅立葉變換，其產生類高斯之遠場光分佈。然而，本揭示案之光學系統將空間濾波器寬度設定在中心波瓣CL之內，亦即W1<WC(例如，W1在自0.6WC至0.9WC之範圍內，且更較佳在自0.7WC至0.8WC之範圍內)。此舉截斷強度最小值MI內部之中心波瓣CL，從而產生光束23之遠場光分佈，該光分佈為僅部分中心波瓣CL之傅立葉變換。該效應將藉由切斷光束23中更多較高空間頻率來在遠場中擴展輸出光束23之空間範圍，並且給予光束23更多繞射，使其具有與高斯光分佈相比更加平頂之形狀。
輸出光束23自第一空間濾波器SF1行進至第二柱面透鏡系統CL2，其中一次濾波光束23在X軸方向上被濾波(截斷)以形成光束24。經由第二柱面透鏡系統CL2之尺寸執行濾波/截斷功能，亦即，此第二柱面透鏡系統經配置以使僅部分光束23通過。因此，第二柱面透鏡系統CL2作為第二空間濾波器SF2。第二柱面透鏡系統CL2在X軸方向上具有功率，且在一個實例中當光束23為基本發散光束時形成作為基本準直光束之光束24。
光束24經由第二柱面透鏡系統CL2導引至刀緣孔徑50，刀緣孔徑50用以在運動(伸長)方向(亦即X軸方向)上截斷此光束24以形成光束25。此截斷幫助界定最終線像LI之長度LL。刀片B3及刀片B4可調節以調整長度LL。刀緣孔徑50為第二柱面透鏡系統CL2之像平面，其中相應的物平面在第一空間濾波器SF1處。
光束25行進至經設置以便平面P2與像平面IP為共軛平面之柱面透鏡系統CRL。參看第1A圖，柱面中繼透鏡使光束25沿X軸方向聚焦以形成光束26，光束26直接通過柱面聚焦透鏡CFL(其在Y軸方向上具有功率)以在像平面IP處形成最終線像LI。參看第1B圖，柱面聚焦透鏡CFL使光束26沿Y軸方向聚焦以便線像LI具有寬度W1。線像LI之典型寬度W1在約25微米至約500微米之範圍內。
第一柱面透鏡系統CL1及第二柱面透鏡系統CL2相對於第一空間濾波器SF1佈置，以便自雷射器20經由第一柱面透鏡系統CL1傳播至第一空間濾波器SF1之光束22經歷傅立葉變換，並且超越第二柱面透鏡系統CL2(至約第二柱面透鏡系統CL2之焦距後之距離)自第一空間濾波器SF1傳播之光束23近似為傅立葉逆變換。
光束23經由第二柱面透鏡系統CL2空間濾波以形成二次空間濾波之光束24，光束24具有經由兩個濾波步驟決定的光分佈。第一濾波步驟產生寬功率譜，如第5圖所示。第二柱面透鏡系統CL2經配置(例如，藉由設定內部孔徑或選擇其通光孔徑)以選擇功率譜中哪些強度波瓣由第二柱面透鏡系統CL2透射以形成光束24。舉例而言，在第5圖中，第二柱面透鏡系統CL2經配置以使中心(主)波瓣CL及四個周圍波瓣通過，而阻斷多個偏遠強度波瓣。注意，光束24在Y軸方向上維持其高斯特性。
歸因於雙重空間濾波，故在刀緣孔徑50處之強度分佈自高斯分佈改變為「更平頂」之分佈(比較第6圖及第7圖)。因此，更多功率可經由刀緣孔徑50透射以用於形成線像LI。所得線像LI亦在運動方向上極為均勻(例如通常較佳於+/-5%)，並且不遭受源來自輸出光束之相干性(其歸因於刀緣處之鋸齒及中繼內部之空間濾波器或，同樣的中繼之低NA)之干涉效應的影響。對於雷射熱處理光學系統而言，可形成顯著長於在習知成線系統中的線像LI之長度LL(例如其3倍長)，因為光學系統10提供比習知系統更多的功率以形成線像LI。線像LI之長度LL(例如)係藉由選擇對柱面透鏡系統CRL合適之放大率來選擇。
實例
如上文所論述，優化習知成線光學系統以產生高斯光束，然後截斷該光束以使該光束之狹窄中心部分通過，從而導致最終輸出光束中的顯著光損失。
第6圖圖示了用於習知成線光學系統之示例性正規化強度與輸入光束22在第一空間濾波器SF1處之位置之比。第一空間濾波器寬度W1=WC，該寬度與在X軸方向上形成顯著高斯光束23相對應。在第6圖之曲線之計算中，第一空間濾波器寬度W1=WC=2*(λ/D)*F=0.87 mm，其中雷射波長λ=10.6微米，第一柱面透鏡系統CL1之焦距F1及通光孔徑(直徑)D為F1=900 mm且D=22 mm。
線像LI之長度LL為7.47 mm且被定義為≧0.9之正規化強度。在像平面(且因此在晶圓表面WS處)之光束之功率密度為63.3瓦特/平方毫米。在第7圖之曲線中明顯可見大量能量被第一空間濾波器SF1阻斷。
第7圖為類似於第6圖之曲線，但其基於本揭示案之光學系統，其中自第二柱面透鏡系統CL2至刀緣孔徑50之距離等於5米，並且整體系統之放大率為7.37。第一空間濾波器寬度W1=0.7WC，其產生具有7.54 mm之長度LL及174瓦特/平方毫米之功率密度的線像LI。雖然此特定實例具有類似於經由習知方法所產生的線長度LL，但是功率密度約為其3倍大，其表示雷射熱處理工具之處理量顯著增加。線長度LL可藉由改變光學系統10之放大率明顯增加(例如高達約3倍)。在一實例中，5 mm≦LL≦100 mm。亦在一實例中，線像LI之寬度WL為25微米≦WL≦500微米。亦在一實例中，線像LI具有在自50 W/mm2至5000 W/mm2之範圍內之功率密度。
第8A圖及第8B圖圖示另一實例，其中W1=0.7WC。在第8A圖中，線像LI之長度LL為7.3 mm。然而，現參看第8B圖，藉由改變第一空間濾波器SF1與光瞳之間的距離(或藉由增加第二柱面透鏡系統CL2與刀緣孔徑50之間的距離並且藉由減小第一空間濾波器SF1與光瞳之間的距離)，將放大率改變為16.7，此舉將線像LI之長度LL改變為約17 mm。
應注意，第一空間濾波器SF1之配置之公差在大多數情況下相對較寬，其中典型軸向方位公差約為+/-0.5 mm。
雷射熱處理系統
半導體處理中之雷射退火通常在圖樣化晶圓上進行。圖樣化晶圓上之吸收隨圖樣尺寸、圖樣密度及雷射波長而變化。已顯示波長遠長於圖樣尺寸之雷射退火是較佳的。
第9圖為包括本揭示案之光學系統之雷射退火系統100的示意圖。可對其適於使用光學系統10之示例性雷射退火系統100在(例如)美國專利第7,612,372號；第7,514,305號；第7,494,942號；第7,399,945號；第7,154,066號；第6,747,245號；及第6,366,308號中有所描述，該等專利以引用之方式併入本文。
第9圖之雷射退火系統100包括如上所述沿光軸A1之光學系統10，其中雷射器20發射之光束22具有在選擇條件下被晶圓W吸收且能夠加熱晶圓W之波長(例如，來自CO2雷射器之標稱10.6微米之波長)。此類條件包括例如加熱晶圓W或以具有大於晶圓W之半導體帶隙能量之帶隙能量的第二輻射光束(未圖示)照射晶圓W，進而引起晶圓W吸收光束22至足以加熱晶圓W至退火溫度之程度。以第二光源照射晶圓W以使晶圓W吸收光束22之實例在美國專利第7,098,155號、第7,148,159號及第7,482,254號中有所描述，所有該等專利皆以引用之方式併入本文。
晶圓W藉由具有上表面112之夾盤110支撐。在一實例中，夾盤110經配置以加熱晶圓W。夾盤110接著藉由平臺120支撐，而平臺120又藉由平板(未圖示)支撐。在一示例性實施例中，夾盤110併入平臺120。在另一示例性實施例中，平臺120為可活動的，包括可平移且可旋轉。
以實例圖示晶圓W具有形成於晶圓W之表面WS處或附近之源極及汲極區域150S及150D，其作為晶圓W中形成之電路(例如，電晶體)156之一部分。注意，電路156中源極及汲極區域150S及150D與晶圓W相比之相對尺寸在第10圖中被大加誇示以便於說明。實際上，源極及汲極區域150S及150D很淺，其具有深入晶圓W之內約一微米或更小之深度。
在一示例性實施例中，雷射退火系統100進一步包括電氣連接至雷射器20及平臺控制器122之控制器170。平臺控制器122經電氣耦接至平臺120且經配置以經由來自控制器170之指令控制平臺120之移動。控制器170經耦接配置以通常控制雷射退火系統100之操作，且尤其控制雷射器20、平臺控制器122之操作。
在一示例性實施例中，控制器170為電腦或包括電腦，諸如個人電腦或工作站，其可購自許多眾所熟知電腦公司(諸如Austin Tex之Dell Computer,Inc.)中之任一者。控制器170較佳包括許多市售微處理機中之任一者、將該處理機連接至記憶體裝置(諸如硬碟機)之合適的匯流排架構以及合適的輸入及輸出裝置(例如，分別為鍵盤及顯示器)。
繼續參看第9圖，如上所述產生之光束26被導引至晶圓W之表面WS上，以在其上形成線像LI。應注意，術語「像」在本文中一般而言用以表示由光束26在像平面IP處及駐留在其中之晶圓W之表面WS上形成的光分佈。因此，線像LI未必在傳統意義上具有相關「實物」。
在一示例性實施例中，在晶圓W之表面WS上方掃描線像LI，如箭頭180所示，從而導致迅速加熱晶圓W之表面WS(降至約1微米或更小之深度)至足以活化源極及汲極區域150S及150D中之摻雜劑之溫度(例如，在1000℃與1,300℃之間)，同時亦允許快速冷卻晶圓W之表面WS，以便摻雜劑不會顯著擴散，進而維持源極及汲極區域150S及150D之淺度。在晶圓W之表面WS上方掃描線像LI之典型掃描速度在自25 mm/sec至1000 mm/sec之範圍內變動。在一實例中，光束26及晶圓W中之一者或二者均可在掃描期間移動。因為光學系統10可形成具有較大功率密度之較長線像LI，所以相比前述線像成形光學系統所允許之情況，可更快地掃描晶圓W(例如用於3倍處理量改良之至多快3倍之速度或具有長3倍之處理線)，進而增加每小時可由光學系統10處理之晶圓之數量。
對熟習此項技術者將顯而易見的是，在不脫離本揭示案之精神及範疇的情況下，可對本揭示案進行各種修改及變更。因此，期望本揭示案涵蓋本揭示案之修改及變化，只要其在附加申請專利範圍及其同等物之範疇內。
10．．．成線光學系統/光學系統
20．．．雷射器
22．．．光束/輸入光束
23．．．光束/輸出光束
24．．．光束
25．．．光束
26．．．光束
50．．．刀緣孔徑
50A．．．開口(孔徑)
100．．．雷射退火系统
110．．．夾盤
112．．．上表面
120．．．平臺
122．．．平臺控制器
156．．．電路
170．．．控制器
180．．．箭頭
150D．．．汲極區域
150S．．．源極區域
A1．．．光軸
AS．．．孔徑光闌
B1．．．刀片
B2．．．刀片
B3．．．刀片
B4．．．刀片
BE1．．．刀片邊緣/刀緣
BE2．．．刀片邊緣/刀緣
BE3．．．刀緣
BE4．．．刀緣
CFL．．．柱面聚焦透鏡
CL．．．中心波瓣
CL1．．．第一柱面透鏡系统
CL2．．．第二柱面透鏡系统
CRL．．．柱面透鏡系統
FM1．．．第一平面折鏡
FM2．．．折鏡
FM4．．．折鏡
FM3．．．折鏡
H2．．．高度
IP．．．像平面
LF1．．．線焦點
LI．．．線像
LL．．．線像長度
MI．．．強度最小值
P1．．．平面
ZI．．．強度零點
SA1．．．狹縫孔徑
P2．．．平面
SF2．．．第二空間濾波器
SF1．．．第一空間濾波器
W1．．．第一空間濾波器寬度
W．．．晶圓
WL．．．線像寬度
WC．．．中心波瓣寬度
F1．．．焦距
WS．．．晶圓表面
D．．．通光孔徑(直徑)
λ．．．波長/雷射波長
第1A圖及第1B圖分別為沿負Y軸方向及沿負X軸方向觀察根據本揭示案之示例性成線光學系統之示意圖；
第1C圖及第1D圖類似於第1A圖及第1B圖，且圖示具有四面折鏡之示例性系統配置；
第2A圖為用作第一空間濾波器之示例性刀緣型空間濾波器之正向視圖；
第2B圖為用作第二空間濾波器之示例性刀緣型空間濾波器之正向視圖，其中刀緣具有鋸齒；
第3圖為由雷射器所發射之光束之示例性強度分佈的三維(three-dimension;3D)曲線，其圖示沿Y軸方向之高斯形狀及沿X軸方向之相對「平頂」形狀(方向尺寸以mm計)；
第4A圖為與作為第一空間濾波器SF1之線焦點LF1相關的光分佈之對數等值線圖；
第4B圖圖示了在X軸方向上之線焦點LF1之(非對數)強度；
第5圖為平面P2處之第一輸出光束中遠場光強度分佈之對數坐標圖，且圖示其中第二柱面透鏡系統CL2經配置以通過強度分佈中五個中心波瓣；
第6圖圖示了示例性遠場正規化強度與平面P2處之第一輸出光束在X軸方向(mm)上之位置之比，其運用設定第一空間濾波器寬度W1等於第一空間濾波器SF1處之中心波瓣寬度WC之習知方法形成；
第7圖為類似於第6圖之曲線，但其基於其中W1=0.7WC之本揭示案之成線光學系統；
第8A圖及第8B圖為類似於第7圖之曲線，但其圖示對成線光學系統產生顯著不同之線像長度之兩種不同放大率；以及
第9圖為包括本揭示案之成線光學系統之示例性雷射熱處理系統的示意圖。
10．．．成線光學系統/光學系統
20．．．雷射器
22．．．光束/輸入光束
23．．．光束/輸出光束
24．．．光束
25．．．光束
26．．．光束
50．．．刀緣孔徑
50A．．．開口(孔徑)
A1．．．光軸
AS．．．孔徑光闌
CFL．．．柱面聚焦透鏡
CL．．．中心波瓣
CL1．．．第一柱面透鏡系统
CL2．．．第二柱面透鏡系统
CRL．．．柱面透鏡系統
FM1．．．第一平面折鏡
FM2．．．折鏡
FM4．．．折鏡
P2．．．平面
H2．．．高度
SF1．．．第一空間濾波器
LF1．．．線焦點
W．．．晶圓
LL．．．線像長度
WS．．．晶圓表面
P1．．．平面
SF2．．．第二空間濾波器
SA1．．．狹縫孔徑

Claims (20)

  1. 一種形成用於一雷射熱處理系統之一線像之成線光學系統，其沿一光軸依次包含：一雷射器，其產生一輸入光束；一第一柱面透鏡系統，其使該輸入光束沿一第一方向聚焦成一線焦點，該線焦點具有由周圍強度最小值界定之一中心波瓣；一第一空間濾波器，其位於該線焦點處且經配置以沿一第二方向在該中心波瓣內截斷該線像，進而形成一第一光束；一第二柱面透鏡系統，其經配置以沿該第二方向接收並且截斷部分該第一光束以形成一第二基本準直光束；一刀緣孔徑，其經配置以沿該第二方向截斷該第二基本準直光束以形成一第三光束；一第三柱面透鏡系統，其具有與該刀緣孔徑共軛之一像平面，且經配置以接收該第三光束且由此形成一第四光束，該第四光束係沿第二方向聚焦以界定該像平面處之一線像長度LL；以及一第四柱面透鏡系統，其使該第四光束沿該第一方向聚焦以界定該像平面處之一線像寬度WL。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該第二柱面透鏡系統藉由a)定尺寸以進行該截斷之一孔徑光闌或b)定尺寸以進行該截斷之一通光孔徑來進行該第一光束之該截斷。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該刀緣孔徑包括相對之鋸齒狀刀片邊緣。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該線像長度LL在5 mm≦LL≦100 mm之範圍內。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該線像寬度WL在25微米≦WL≦500微米之範圍內。
  6. 如請求項1所述之系統，其中該第三柱面透鏡系統包含一柱面中繼透鏡系統，該柱面中繼透鏡系統具有界定一第二空間濾波器之一孔徑光闌。
  7. 如請求項1所述之系統，其中該線焦點之該中心波瓣具有一寬度WC，且其中該第一空間濾波器具有一寬度W1以使得0.6WC≦W1≦0.9WC。
  8. 如請求項1所述之系統，其中該雷射器為一CO2雷射器，該CO2雷射器能產生具有10.6微米之一標稱波長之該光束。
  9. 如請求項1所述之系統，其中該第一光束在該第一空間濾波器處具有複數個強度波瓣，其包括一中心強度波瓣及周圍強度波瓣，且其中第二柱面透鏡系統經配置以使該中心強度波瓣及多個周圍強度波瓣透射，同時阻斷多個周圍強度波瓣。
  10. 如請求項1所述之系統，其中該線像具有一功率密度，其範圍為自50 W/mm2至5000 W/mm2內。
  11. 一種用於將具有一表面之一晶圓退火之雷射退火系統，其包含：如請求項1所述之成線光學系統；以及一平臺，其經配置以在該像平面內可操作地支撐且移動該晶圓，以便在該晶圓表面上方掃描該線像。
  12. 一種形成用於將具有一表面之一晶圓退火之一線像的方法，其包含以下步驟：產生一輸入光束；使該輸入光束聚焦以形成具有一中心波瓣之一線焦點；在該中心波瓣之內進行該線焦點之一第一空間濾波以形成一第一光束；將該第一光束傳播至一遠場位置，並且進行該第一光束之一第二空間濾波以形成一二次空間濾波第二光束；沿一伸長方向截斷該第二光束以形成一第三光束；以及使該第三光束沿至少一個方向聚焦以在該晶圓表面上形成該線像。
  13. 如請求項12所述之方法，進一步包含以下步驟：當形成該線像時使該經截斷伸長光束沿一第二方向聚焦。
  14. 如請求項12所述之方法，包括以下步驟：使用具有一孔徑光闌之一柱面光學系統進行該第二空間濾波。
  15. 如請求項12所述之方法，其中該線像具有在5 mm≦LL≦100 mm之範圍內的一長度LL及在25微米≦WL≦500微米之範圍內的一寬度WL。
  16. 如請求項12所述之方法，其中該中心波瓣具有由周圍強度最小值所界定之一寬度WC，且該方法包括以下步驟：以具有一寬度W1一孔徑來進行該第一空間濾波，以使得0.6WC≦W1≦0.9WC。
  17. 如請求項12所述之方法，其中產生該輸入光束之步驟包括以下步驟：形成具有10.6微米之一標稱波長之該輸入光束。
  18. 如請求項12所述之方法，其中該第一光束在該遠場位置處具有複數個強度波瓣，其包括一中心強度波瓣及周圍強度波瓣，且該方法進一步包含以下步驟：進行該第二空間濾波以使該中心強度波瓣及多個周圍強度波瓣透射，同時阻斷多個周圍強度波瓣。
  19. 如請求項12所述之方法，進一步包含以下步驟：相對於該線像移動該晶圓，藉此在該晶圓表面上方掃描該線像。
  20. 如請求項12所述之方法，進一步包含以下步驟：為該線像提供在自50 W/mm2至5000 W/mm2之範圍內的一功率密度。
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