高效率的線形成光學系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及用于形成線圖像的光學系統(tǒng)，且特別涉及高效率的線形成光學系統(tǒng)及方法。
[0002]這里所提到的任何公開或者專利文件的全部公開通過引用來并入，包括美國專利N0.8014427。
【背景技術】
[0003]許多應用需要使用由高能量的激光束形成的均勻線圖像。一種這樣的應用是激光熱處理(laser thermal processing ；LTP)，在本技術領域中也被稱作激光尖峰退火(laserspike annealing ；LSA)，或簡稱為激光退火(laser annealing)，當形成有源微電路器件如晶體管時，在半導體制造中利用該激光退火以激活半導體晶片的選擇區(qū)域中的摻雜物。
[0004]—種類型的激光退火使用由激光束形成的掃描線圖像來加熱半導體晶片的表面至一溫度(退火溫度)達一段時間，此段時間長到足以將摻雜物激活，同時也短到足以最小化摻雜物的擴散。半導體晶片表面處于退火溫度下的時間是取決于線圖像的功率，以及取決于線圖像寬度除以線圖像掃描速度(掃描速率)。
[0005]用于激光退火應用的一種類型的高能量激光為C02激光。以C0 2激光執(zhí)行激光退火的傳統(tǒng)方法包含映射激光束于一對葉片邊緣上，接著中繼激光束穿越其中至像平面來形成線圖像。葉片邊緣被定位以僅傳送高斯激光束的狹窄中心部分(例如，10% )，在該狹窄中心部分其強度相對均勻從而使得所得到的線圖像沿線圖像的長度也相對均勻。
[0006]不幸地，僅使用激光束的狹窄中心部分表示拒絕了余下的90%的光束。這造成無效率地使用高強度激光束。另一方面，傳統(tǒng)知識認為:試圖傳送較大部分的高斯光束可能會自然地造成線圖像沿其長度方向的不均勻性，這是由于高斯光束的強度在遠離光束中心的一定距離處存在實質的降低。
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明的方面是一種線形成光學系統(tǒng)，其具有物平面及像平面，且所述線形成光學系統(tǒng)在像平面處形成線圖像，所述線形成光學系統(tǒng)包含:發(fā)射初始激光束的激光光源；光束調節(jié)光學系統(tǒng)，其接收初始激光束且從所述初始激光束形成具有第一強度分布的調節(jié)激光束，所述第一強度分布在至少第一方向上具有高斯分布；第一光圈器件，其可操作地設置于物平面處且第一光圈器件定義第一狹縫光圈，第一狹縫光圈在第一方向上截斷第一強度分布以定義第一透射光，第一透射光構成至少50%的調節(jié)激光束；中繼光學系統(tǒng)，其定義物平面及像平面，且中繼光學系統(tǒng)還定義中間像平面，第二光圈器件可操作地設置于中間像平面處，中繼光學系統(tǒng)在中間像平面處定義第二強度分布，第二強度分布具有中心峰及緊鄰中心峰的第一側峰，其中第二光圈器件被配置以在第一方向上且在第一側峰的每個內截斷第二強度分布以定義第二透射光；其中中繼光學系統(tǒng)利用第二透射光在像平面處形成線圖像。
[0008]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，每個第一側峰優(yōu)選是由最大值MX、第一最小值ml及第二最小值m2所定義。第二光圈器件定義第二狹縫光圈。第二狹縫光圈優(yōu)選被配置為在每個第一側峰中的最大值MX及第二最小值m2之間截斷第二強度分布。
[0009]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，中繼光學系統(tǒng)在第一方向上優(yōu)選具有實質上為1倍的放大倍率。
[0010]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，中繼光學系統(tǒng)優(yōu)選是圓柱形光學系統(tǒng)，所述圓柱形光學系統(tǒng)僅在第一方向上具有光能。
[0011]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，線圖像優(yōu)選具有在5mm^L^ 100mm的范圍內的長度L，且線圖像在長度L上優(yōu)選具有± 5 %內的強度均勻性。
[0012]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，中繼光學系統(tǒng)優(yōu)選僅由反射光學組件所組成。
[0013]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，激光光源優(yōu)選具有標稱10.6μπι的操作波長。
[0014]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，第一光圈器件優(yōu)選包含可操作地設置于物平面中的一對葉片。
[0015]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，第二光圈器件優(yōu)選包含可操作地設置于中間像平面中的一對葉片。
[0016]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，線圖像優(yōu)選具有在5mm彡L彡100mm的范圍內的長度L，且線圖像優(yōu)選具有在25μπι彡w彡500 μm的范圍內的寬度w。
[0017]本發(fā)明的另一方面是一種用于退火具有表面的晶片的激光退火系統(tǒng)。所述激光退火系統(tǒng)包含:如前所述的線形成光學系統(tǒng)，其中線圖像具有由長度L所定義的長尺寸；及載臺，被設置以可操作地在像平面中支撐并移動晶片，以在掃描方向上在晶片的表面上掃描線圖像以退火晶片的表面，其中掃描方向垂直于線圖像的長尺寸。
[0018]本發(fā)明的另一方面是如前述的激光退火系統(tǒng)，其中晶片的表面包括包含摻雜物的器件特征，且對晶片的表面的退火激活所述摻雜物。
[0019]本發(fā)明的另一方面是一種形成線圖像的方法，包含形成激光束，激光束具有第一強度分布，第一強度分布在至少第一方向上具有高斯分布；使得在第一方向上的激光束的至少50 %穿過以形成第一透射光。本方法還包括在中間像平面處聚焦第一透射光以定義第二強度分布，第二強度分布具有中心峰及緊鄰中心峰的第一側峰；在第一側峰的每個內截斷第二強度分布以定義第二透射光；及利用第二透射光在像平面處形成線圖像。
[0020]本發(fā)明的另一方面是如前述的方法，其中每個第一側峰由最大值MX、第一最小值ml及第二最小值m2所定義。且優(yōu)選在第一側峰的每個中的最大值MX及第二最小值m2之間執(zhí)行對第二強度分布的所述截斷。
[0021]本發(fā)明的另一方面是如前述的方法，其中中間像平面優(yōu)選是由中繼光學系統(tǒng)所定義。中繼光學系統(tǒng)在第一方向上具有實質上為1倍的放大倍率。
[0022]本發(fā)明的另一方面是如前述的方法，其中中繼光學系統(tǒng)優(yōu)選包括圓柱形面鏡。
[0023]本發(fā)明的另一方面是如前述的方法，其中線圖像優(yōu)選具有在5mm彡L彡100mm的范圍中的長度L，且線圖像在長度L上優(yōu)選具有±5%內的強度均勻性。
[0024]本發(fā)明的另一方面是如前述的方法，其中中繼光學系統(tǒng)優(yōu)選僅由反射光學組件所組成。
[0025]本發(fā)明的另一方面是如前述的方法，其中截斷第二強度分布優(yōu)選包括使第一透射光的中心部分穿過由一對葉片所定義的狹縫光圈。
[0026]本發(fā)明的另一方面是如前述的方法，其中線圖像優(yōu)選具有在5mm彡L彡100mm的范圍內的長度L，且線圖像優(yōu)選具有在25 μ m < w < 500 μ m的范圍內的寬度w。
[0027]本發(fā)明的另一方面是如前述的方法，其中線圖像優(yōu)選具有由長度L所定義的長尺寸，所述方法優(yōu)選還包含在晶片的表面上沿掃描方向掃描線圖像，所述掃描方向垂直于長尺寸。
[0028]本發(fā)明的另一方面是如前述的方法，其中晶片的表面優(yōu)選包括包含摻雜物的器件特征。在晶片的表面上掃描線圖像優(yōu)選激活摻雜物。
[0029]本發(fā)明的另一方面是一種具有物平面及像平面的線形成光學系統(tǒng)，且所述線形成光學系統(tǒng)在像平面處形成線圖像，所述線形成光學系統(tǒng)包括激光光源系統(tǒng)，發(fā)射具有第一強度分布的激光束，第一強度分布在第一方向上是伸長的，且第一強度分布在第一方向上具有高斯分布；第一光圈器件，可操作地設置以在第一方向上截斷激光束以使激光束的中心部分的至少50%穿過；及中繼光學系統(tǒng)，具有中間像平面，第二光圈器件可操作地設置于中間像平面處，中繼光學系統(tǒng)具有第一光學組件，第一光學組件在中間像平面處定義第二強度分布，第二強度分布在第一方向上是伸長的且第二強度分布具有中心峰及緊鄰中心峰的第一側峰，其中所述第二光圈器件被配置以在第一側峰的每個內截斷第二強度分布以定義第二透射光。中繼光學系統(tǒng)具有第二光學組件，第二光學組件利用第二透射光在像平面處形成線圖像。
[0030]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，其中第一光學組件及第二光學組件優(yōu)選為反射式的。
[0031]本發(fā)明的另一方面是如前述的線形成光學系統(tǒng)，其中第一光圈器件及第二光圈器件的每個優(yōu)選包含一對葉片。
[0032]在以下【具體實施方式】中提出本公開內容的額外的特征及優(yōu)點，本領域技術人員通過閱讀說明書可以清楚這些額外的特征及優(yōu)點，或者本領域與技術人員通過實踐說明書、其權利要求書和附圖中所描述的實施例來認識到這些額外的特征及優(yōu)點。可以理解的是，之前的大體
【發(fā)明內容】
以及之后的【具體實施方式】都僅是示例性的，并且旨在提供概要或者框架用以理解權利要求的本質和特征。
【附圖說明】
[0033]包括附圖以提供進一步的理解，附圖被并入本說明書來構成本說明書的一部分。附圖示出了一個或者多個實施例，同時【具體實施方式】用來解釋不同實施例的原理和操作。這樣一來，借助于以下【具體實施方式】以及附圖，將可以更好地理解本公開。
[0034]圖1是根據本公開的示例線形成光學系統(tǒng)的示意圖。
[0035]圖2A是圖1的示例線形成光學系統(tǒng)的第一光圈器件從+z方向來看的前視圖，并示出當入射到第一