減少激光退火的脈沖激光束輪廓的非均勻性的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明是公開減少激光退火的脈沖激光束輪廓的非均勻性的系統(tǒng)及方法。所述的方法包含沿光軸定向初始脈沖式激光束,及對每個光脈沖施加相對于所述的光軸的隨時間變化的角度偏轉(zhuǎn)量。如此形成新激光束,其中每個光脈沖在空間偏轉(zhuǎn)量δ上可被抹平,此空間偏轉(zhuǎn)量δ足夠減少激光束的微觀尺度強(qiáng)度變化。此新激光束被用以形成線圖像,和使用初始激光束所形成的線圖像相比,新激光束所形成的線圖像具有較佳的強(qiáng)度均勻性。
【專利說明】
減少激光退火的脈沖激光束輪廓的非均勻性的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于激光退火,特別是關(guān)于使用脈沖式激光束的激光退火中減少
[0002] 光束輪廓的非均勻性的系統(tǒng)及方法。
[0003] 本文所提及的任何出版物或?qū)@募娜抗_在這里通過引用被并入,
[0004] 包括美國專利號 6,747,245;7,098,155;7,157,660;7,763,828 ;8,014,427;8, 026,519; 8,309,474; 8,501,638; 8,546,805; 8,691,598及美國公開號 2013/0330844。
【背景技術(shù)】
[0005] 激光退火(也稱為激光尖峰退火,激光熱退火,激光熱加工等),是用于半導(dǎo)體制造 的各種應(yīng)用中,包括在形成有源微電路,如晶體管及相關(guān)類型的半導(dǎo)體特征時,在半導(dǎo)體晶 片中形成的器件(結(jié)構(gòu))的選定區(qū)域中活化摻雜物。
[0006] -種激光退火是有關(guān)于線形強(qiáng)度輪廓的形成,此強(qiáng)度輪廓通過移動線圖像、移動 半導(dǎo)體晶片或二種移動的組合而掃描于半導(dǎo)體晶片上。線圖像在垂直于線圖像長軸的"掃 描方向"上掃描。線圖像在掃描方向上(即,線圖像的短軸)的一些空間上的強(qiáng)度變化是可以 容忍的,因?yàn)楫?dāng)線圖像在半導(dǎo)體晶片上移動時,此非均勻性是可被平均化。另一方面,線圖 像在"跨掃描"(cross-scan)方向上的強(qiáng)度輪廓在空間上的變化需被嚴(yán)格控制,使得在線圖 像的掃描路徑上可實(shí)現(xiàn)一致均勻的退火效果。
[0007] 在形成線圖像時,具有高斯強(qiáng)度輪廓的脈沖式激光束需被成形為平頂或超高斯的 強(qiáng)度輪廓。這可以通過光束均勻化并且然后重新組合這些小波而完成,而光束均勻化是利 用微透鏡數(shù)組或光導(dǎo)管(light pipe)將入射光束分成多個小波。多個小波重疊后可產(chǎn)生宏 觀上均勻的光束。然而,即使激光束是相干的,仍會因?yàn)楦缮嫘?yīng),如斑點(diǎn)(speckle),而使 光束輪廓有微觀尺度上的非均勻性。
[0008] 圖1A是晶片表面所位于的圖像平面處形成的示例線圖像的現(xiàn)有技術(shù)的強(qiáng)度輪廓I (X)相對于X的示例曲線圖。圖1A的曲線圖示意地繪示當(dāng)強(qiáng)度輪廓在小尺度下觀看時能夠被 看到的示例的微觀尺度強(qiáng)度變化I m(x),即,與宏觀尺度相比下,小尺度下通常是指介于一 微米(μπι)的一部分至數(shù)十微米(μπι)的范圍中,宏觀尺度是在大約1毫米(mm)至數(shù)十毫米的 范圍中測量。這些微觀尺度強(qiáng)度變化是難以消除的,特別是在退火過程中使用短光脈沖時。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 本發(fā)明是公開減少用于激光退火的脈沖式激光束輪廓的非均勻性的系統(tǒng)及方法。 本發(fā)明所公開的方法包括定向第一或初始脈沖式激光束以使其沿著光軸,及對每一光脈沖 施加隨時間變化且相對于光軸的角度偏轉(zhuǎn)量。如此形成新的(即,偏轉(zhuǎn)的)激光束,其中每一 光脈沖在空間偏轉(zhuǎn)量S上可被抹平(smear out),此空間偏轉(zhuǎn)量δ足夠減少激光束的微觀尺 度強(qiáng)度變化。此新的(偏轉(zhuǎn)的)激光束被用以形成線圖像,和使用初始激光束所形成的線圖 像相比之下,具有較佳的強(qiáng)度均勻性。
[0010] 本發(fā)明所公開之一概念是一種當(dāng)形成線圖像時減少微觀尺度強(qiáng)度變化的方法,所 述的線圖像被用以執(zhí)行半導(dǎo)體基板的激光退火,所述的方法包含:a)定向激光束以使其沿 著光軸,其中激光束具有波長λ且包含光脈沖,光脈沖具有在10ns至10ys的范圍中的時間脈 沖長度i;b)施加相對于光軸的變化的角度偏轉(zhuǎn)量于每個光脈沖,以使每一光脈沖在空間偏 轉(zhuǎn)量S之上被抹平,相比于無角度偏轉(zhuǎn)量,空間偏轉(zhuǎn)量δ足夠以至少1.5X均方根(RMS)的因子 減少激光束的微觀尺度強(qiáng)度變化,且其中S < 100μπι;且c)使用形成于動作b)的激光束以形 成所述的線圖像。
[0011] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中施加變化的角度偏轉(zhuǎn)量的動作 b)包含使激光束通過光束重定向元件或使激光束被光束重定向元件所反射。
[0012] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中所述的光束重定向元件包含聲 光調(diào)制器或電光調(diào)制器。
[0013] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中所述的微觀尺度強(qiáng)度變化具有 調(diào)制周期ps,是在λ/4 S ps S 4〇λ的范圍中,且其中δ 2 ps。
[0014] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中所述的微觀尺度強(qiáng)度變化具有 調(diào)制周期ps,是在V2 < ps < 2〇λ的范圍中。
[0015] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,進(jìn)一步包含在施加所述的變化的角 度偏轉(zhuǎn)量于激光束的光脈沖之前或之后,執(zhí)行激光束的光束調(diào)節(jié)。
[0016] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中形成線圖像包含使已偏轉(zhuǎn)的激 光束通過中繼光學(xué)系統(tǒng)。
[0017] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中所述的微觀尺度強(qiáng)度變化是在 二個正交的方向中發(fā)生的,且其中動作b)是使用光束重定向元件而執(zhí)行,光束重定向元件 被導(dǎo)向至相對于光軸的角度,使得所述的微觀尺度強(qiáng)度變化在二個正交的方向上被減少。
[0018] 本發(fā)明所公開的另一概念是一種激光退火系統(tǒng),該激光退火系統(tǒng)使用由激光束所 形成的線圖像來退火半導(dǎo)體基板的表面。所述的激光退火系統(tǒng)包含:激光系統(tǒng),發(fā)射激光 束,激光束具有光脈沖,每個光脈沖具有波長λ及時間寬度τ,且其中激光束包含強(qiáng)度輪廓, 強(qiáng)度輪廓具有第一微觀尺度強(qiáng)度變化量,所述的微觀尺度強(qiáng)度變化具有在λ/4 < ps < 40λ的 范圍中的調(diào)制周期ps;光束重定向元件,被設(shè)置以接收光脈沖,且針對每個光脈沖該光束重 定向元件使激光束有隨時間變化的空間偏轉(zhuǎn)量δ,其中p s < δ < 100μπι,由此形成已偏轉(zhuǎn)的光 束,已偏轉(zhuǎn)的光束具有第二微觀尺度強(qiáng)度變化量且該第二微觀尺度強(qiáng)度變化量小于第一微 觀尺度強(qiáng)度變化量;中繼光學(xué)系統(tǒng),被設(shè)置以接收已偏轉(zhuǎn)的光束且由所述的已偏轉(zhuǎn)的光束 形成線圖像于像平面,所述半導(dǎo)體基板的表面位于所述像平面處;以及控制器,操作地連接 到光束重定向元件及激光系統(tǒng),控制器被設(shè)置以將來自激光系統(tǒng)的光脈沖的發(fā)射與光束重 定向元件的操作同步,以針對每個光脈沖執(zhí)行隨時間變化的空間偏轉(zhuǎn)量L
[0019] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的激光退火系統(tǒng),其中所述的光束重定向元 件包含聲光偏轉(zhuǎn)器或電光偏轉(zhuǎn)器。
[0020] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的激光退火系統(tǒng),其中第一微觀尺度強(qiáng)度變 化量具有在λ/2 < ps < 20λ的范圍中的調(diào)制周期Ps。
[0021] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的激光退火系統(tǒng),其中中繼光學(xué)系統(tǒng)具有1: 1的放大率。
[0022]本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的激光退火系統(tǒng),其中λ = 532nm。
[0023]本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的激光退火系統(tǒng),進(jìn)一步包含刀刃光圈,其 中所述的已偏轉(zhuǎn)的光束通過刀刃光圈,刀刃光圈限定線圖像之長度。
[0024]本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的激光退火系統(tǒng),其中第二微觀尺度強(qiáng)度變 化量以至少1.5X均方根(RMS)的因子小于第一微觀尺度強(qiáng)度變化量。
[0025] 本發(fā)明所公開的另一概念是一種減少激光束中的微觀尺度強(qiáng)度變化的方法,激光 光束被用于半導(dǎo)體晶片的退火,所述的方法包含:自激光源產(chǎn)生激光束,激光束具有波長λ 且包含光脈沖,其中激光束具有微觀尺度強(qiáng)度變化量,所述微觀尺度強(qiáng)度變化量具有在λ/4 至Ι」40λ的范圍中的調(diào)制周期Ps;施加隨時間變化的空間偏轉(zhuǎn)量δ至每個光脈沖,以通過使每 個光脈沖通過光束重定向元件來形成已偏轉(zhuǎn)的光束,光束重定向元件是與激光源同步啟 動,其中p s< δ;且由已偏轉(zhuǎn)的光束形成線圖像于像平面。
[0026] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中δ < 100μπι。
[0027] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中形成線圖像包含使已偏轉(zhuǎn)的光 束通過刀刃光圈,同時將刀刃光圈映像于中繼光學(xué)系統(tǒng)的像平面。
[0028] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中所述的微觀尺度強(qiáng)度變化具有 均方根值,且其中在所述刀刃光圈處測量的所述已偏轉(zhuǎn)的光束中的所述微觀尺度強(qiáng)度變化 的所述均方根值,相比于在所述刀刃光圈處測量的未偏轉(zhuǎn)的光束,以至少介于1.5Χ至5Χ的 范圍中的因子減少。
[0029] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中所述的光脈沖具有重復(fù)率frep, 且其中施加隨時間變化的空間偏轉(zhuǎn)量S包含以重復(fù)率f a_re3p來驅(qū)動光束重定向元件,其中重 復(fù)率fare3p與光脈沖的重復(fù)率相同或?yàn)樗龅闹貜?fù)率的諧波。
[0030] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中所述的光束重定向元件為基于 聲學(xué)的或基于電光的。
[0031] 本發(fā)明所公開的另一概念是一種當(dāng)以線圖像執(zhí)行半導(dǎo)體晶片的激光退火時,減少 微觀尺度強(qiáng)度變化的方法,所述的方法包含:定向第激光束以使其沿著光軸,第一激光束具 有光脈沖及第一微觀尺度強(qiáng)度變化;對每一光脈沖施加隨時間變化且相對于光軸的角度偏 轉(zhuǎn)量,由此在空間偏轉(zhuǎn)量S上抹平每一光脈沖以形成第二激光束,第二激光束具有第二微觀 尺度強(qiáng)度變化,第二微觀尺度強(qiáng)度變化小于第一微觀尺度強(qiáng)度變化;且使用第二激光束形 成線圖像。
[0032]本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中第一微觀尺度強(qiáng)度變化具有均 方根(RMS)值,且其中在第二激光束的微觀尺度強(qiáng)度變化,相對于第一激光束,以至少介于 1.5X至5X的范圍中的因子減少。
[0033]本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中第一微觀尺度強(qiáng)度變化具有調(diào) 制周期Ps,且其中ps < δ。
[0034] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中第一激光束具有波長λ且λ/4 < ps < 40λο
[0035] 本發(fā)明所公開的另一概念是如上所述的方法,其中δ < 100μπι。
[0036] 額外的特征及優(yōu)點(diǎn)會于以下實(shí)施方式中提出,且基本上對本領(lǐng)域技術(shù)人員,從本 說明書能輕易了解,或通過實(shí)施描述于本說明書的以下的實(shí)施方式、權(quán)利要求以及隨附附 圖中的實(shí)施例也能有所認(rèn)知。權(quán)利要求構(gòu)成本說明書之一部分,并由此被結(jié)合到實(shí)施方式 中作為參考。應(yīng)理解的是,以上的一般說明及以下的實(shí)施方式僅作示例之用,且其目的在提 供概述或架構(gòu)以了解所述權(quán)利要求的本質(zhì)與特征。
【附圖說明】
[0037] 隨附的附圖被包含以提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步理解,并被并入且構(gòu)成本說明書的 一部分。附圖繪示本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例,且與"【具體實(shí)施方式】"一起解釋各實(shí)施例的 原理與操作。因此,從下述的"【具體實(shí)施方式】",并結(jié)合隨附的附圖,本
【發(fā)明內(nèi)容】
將更能被充 分了解,其中:
[0038] 圖1A為示例激光束的示意強(qiáng)度輪廓曲線圖,在激光退火系統(tǒng)中,此激光束被用以 形成線圖像,其中的特寫插圖示出由干涉效應(yīng)所引起的微觀尺度強(qiáng)度變化Ux);
[0039] 圖1B類似于圖1A,但其示出微觀尺度強(qiáng)度變化I'm(x)通過本發(fā)明所公開的光束重 定向系統(tǒng)及方法如何被大為地減少;
[0040] 圖2為示例激光退火系統(tǒng)的示意圖,其包括光束重定向元件,是用于減少用于退火 半導(dǎo)體晶片的脈沖式激光束輪廓中的非均勻性;
[0041] 圖3A為類似于圖2中所示的示例激光退火系統(tǒng)的示意圖,但包括更多光學(xué)系統(tǒng)的 細(xì)節(jié),且也繪示光束重定向元件位于光束均勻器下游的實(shí)施例。
[0042]圖3B與3C為類似于圖3A中所示的示例激光退火系統(tǒng)的示意圖,但繪示基于反射鏡 的光束重定向元件的示例;
[0043] 圖4為用于基于聲學(xué)的光束重定向元件的示例驅(qū)動單元的特寫示意圖,示出激光 束如何相對于光軸被偏轉(zhuǎn)或被重定向。
[0044] 圖5A至5C為時序圖,示出相對于圖4的基于聲學(xué)的光束重定向元件的操作的光脈 沖的時序,其中圖5A為光脈沖強(qiáng)度Ip相對于時間t的曲線圖。圖5B與5C為壓控振蕩器 (Voltage Controlled Oscillator)的輸入電壓Vco或偏轉(zhuǎn)角Δ 03(任意單位)相對于時間t 的二個示例曲線圖。
[0045] 圖6為所估計的脈沖偏轉(zhuǎn)角Δ 0P(mrad)相對于基于聲學(xué)的光束重定向元件的驅(qū)動 器的RF調(diào)制帶寬Af a(MHz)的曲線圖,其中此曲線圖所示為單一光脈沖期間的基于聲學(xué)的 光束重定向元件的重復(fù)率的兩個示例值10MHz與20MHz的偏轉(zhuǎn)。
[0046]圖7為減縮因子FR相對于δ/^的曲線圖,其中δ是空間偏轉(zhuǎn)量,而以是示例的正弦微 觀尺度強(qiáng)度調(diào)制的調(diào)制周期。
[0047]圖8為針對單一光束重定向元件的所模擬的峰谷強(qiáng)度調(diào)制Μ(歸一化到無旋轉(zhuǎn)角) 隨著旋轉(zhuǎn)角Φ (度)變化的曲線圖以及及示例二維強(qiáng)度分布,其示出旋轉(zhuǎn)角如何可減少強(qiáng)度 調(diào)制,并且因此可減少形成線圖像的脈沖式激光束的非均勻性的量;及 [0048]圖9為針對已偏轉(zhuǎn)的光束(即已偏轉(zhuǎn)的光脈沖)和無偏轉(zhuǎn)的光束(即無偏轉(zhuǎn)的光脈 沖)根據(jù)圖2的示例激光退火系統(tǒng)所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的強(qiáng)度計數(shù)(歸一化到平均值)相對于位 置x(mm;毫米)的圖,其示出當(dāng)使用本發(fā)明所公開的光束重定向方法時(為清楚起見,具有空 間偏轉(zhuǎn)的輪廓的垂直刻度被偏轉(zhuǎn)1 ),在激光束強(qiáng)度輪廓中的微觀尺度強(qiáng)度變化調(diào)制的示例 減少情形。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的各個不同的實(shí)施例,其示例將于隨附的附圖中予以繪示說 明。無論何時,在所有附圖中相同或相似器件符號及標(biāo)記是用以意指相同或相似部件。附圖 并非按原比例繪制,且所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者將能認(rèn)知附圖中被簡化之處以說明 本發(fā)明的重要概念。
[0050] 以下提出的權(quán)利要求被并入,且構(gòu)成此實(shí)施方式的一部分。
[0051] 在部分附圖中所示的直角坐標(biāo)僅為參考之用,并不作為關(guān)于方向或方位之限制。 [0052]在以下的討論中,參數(shù)ps是用以表示激光束輪廓的微觀尺度強(qiáng)度變化的周期。微 觀尺度強(qiáng)度變化的頻率為f s,其關(guān)系式為fs = l/ps。微觀尺度強(qiáng)度變化是發(fā)生在周期Ps和空 間頻率匕的范圍中,在示例中空間頻率f s可使用所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知的傅利葉方法推得(例 如,得到頻譜)。在示例中,在微觀尺度強(qiáng)度變化被顯著減少的周期p s的范圍為λ/4 < ps < 40 λ,或者可為1/2<仏<2(^,其中\(zhòng)為所使用的激光束的波長。在以下示例中,具有單個周期1^ 的正弦微觀尺度強(qiáng)度變化將被探討,以作為說明。
[0053] 另外,在以下討論中,減縮因子FR為通過實(shí)施本發(fā)明所公開的光束重定向方法而 微觀尺度強(qiáng)度變化被減少的判斷基準(zhǔn)。以下所討論的一個示例中,示例減縮因子FR是由前 述微觀尺度強(qiáng)度變化的單個周期示例,利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)而來,且以"反"減縮因子FR'il/FR來 表示。更一般來說,減縮因子FR僅為微觀尺度強(qiáng)度變化減少多少的判斷基準(zhǔn)。在示例中,減 縮因子是根據(jù)"之前"和"之后"強(qiáng)度輪廓的有效值(RMS)測量所測量而得,即分別代表沒有 空間偏轉(zhuǎn)量和有空間偏轉(zhuǎn)量。因此,在沒有空間偏轉(zhuǎn)和有空間偏轉(zhuǎn)的RM微觀尺度強(qiáng)度變化 分別以Im-RMS-和I 'm-RMS來表不的情況下,在一個不例中,減縮因子FR的關(guān)系式為FR = (Im-RMS)/(I'm-RMS) 〇
[0054] 具有光束重定向元件的激光退火系統(tǒng)
[0055] 圖2為如本發(fā)明所述的激光退火系統(tǒng)10的示例的示意圖。為方便說明,激光退火系 統(tǒng)10示出為展開的,即具有單一光軸A1。實(shí)際上,如下所述,激光退火系統(tǒng)10通常是折疊的, 以當(dāng)提供適當(dāng)光束導(dǎo)向時激光退火系統(tǒng)10是緊湊的。例如,可以布魯斯特角或接近于布魯 斯特角的入射角形成線圖像,使反射達(dá)到最小。
[0056]激光退火系統(tǒng)10包括激光系統(tǒng)20,該激光系統(tǒng)20沿光軸A1發(fā)射初始激光束22。在 示例中,激光系統(tǒng)20包括紅外線(以下簡稱為"IR")激光器,如C02激光器,其可發(fā)射具有波 長標(biāo)稱值10.6微米(μπι)的福射。其他適合的激光器包括中紅外光纖激光器,如鎊激光器。不 例的激光器系統(tǒng)20發(fā)射具有波長λ = 532納米(nm)的光。初始激光束22是由光脈沖22Ρ所構(gòu) 成,在示例中所述的光脈沖22P具有在10納秒(ns)至10微秒(ys)的范圍中的時間脈沖寬度 τ,及在20微秒(ys)至10毫秒(ms)的范圍中的脈沖間隔At,所述的脈沖間隔代表在0.1千赫 (kHz )< f < 50千赫(kHz)的范圍中的激光脈沖頻率(或重復(fù)率)f rep = 1 / Δ t,其中10kHz為激 光脈沖頻率fre3p的示例值。
[0057]激光退火系統(tǒng)10還包括光束重定向元件30,被設(shè)置沿光軸A1以接收該初始激光束 22和光脈沖22P。光束重定向元件30可操作地連接到可通過驅(qū)動信號SD以啟動或"驅(qū)動"光 束重定向元件30的驅(qū)動單元或"驅(qū)動器"36。光束重定向元件30被設(shè)置以使初始激光束22的 光路有輕微的偏轉(zhuǎn),其中所述的偏轉(zhuǎn)量會在每個脈沖的時間脈沖寬度τ內(nèi)有所不同。此光束 偏轉(zhuǎn)操作將在下面作更詳細(xì)地討論。光束重定向元件30的示例包括聲光偏轉(zhuǎn)器(以下簡稱 為"A0D"),如聲光調(diào)制器(以下簡稱為"Α0Μ"),或電光偏轉(zhuǎn)器(以下簡稱"E0D"),如電光調(diào)制 器。光束重定向元件30的輸出是已重定向的激光束32。光束重定向元件30因此也可被稱為 "光束偏轉(zhuǎn)元件"。
[0058]光束重定向元件30的其他示例包括如下將探討的旋轉(zhuǎn)鏡或掃描(擺動)鏡。使用基 于聲光的或基于電光的光束重定向元件優(yōu)于其它類型的光束重定向元件的優(yōu)點(diǎn)包括速度 快、可靠性良好以及沒有會移動的部件。
[0059]激光退火系統(tǒng)10還包括光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)40,被設(shè)置在光束重定向元件30的下游。光 束調(diào)節(jié)系統(tǒng)40可包括一個或多個光束調(diào)節(jié)器件,如透鏡、反射鏡、光圈、濾光鏡、有源光學(xué)元 件(例如,可變衰減器等)、光導(dǎo)管(light pipe)、微透鏡陣列以及它們的組合。光束調(diào)節(jié)系 統(tǒng)40接收已重定向的激光束32并從其形成已重定向的調(diào)節(jié)光束42,在一個示例中此光束被 示出為發(fā)散的且具有波前42W。示例的光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)40是公開于美國專利號7,514,305、7, 494,942、7,399,945、6,366,308及8,014,427 中。
[0060] 激光退火系統(tǒng)10進(jìn)一步包括光圈50。在示例中,光圈50包括二個相對可調(diào)整的葉 片52A及52B,該兩個葉片定義可調(diào)整、寬度為W并以光軸A1為中心的開口 54。光圈50因此在 以下被稱為"刀刃光圈"50。刀刃光圈50用于僅讓已重定向調(diào)節(jié)光束42的一部分光束44通 過。換言之,已重定向調(diào)節(jié)波前42W的一部分通過于刀刃光圈50,而這些通過的波前是以44W 表示。在示例中,葉片52A及52B是可調(diào)整的(例如,可橫向移動的)以改變開口 54的大小。 [0061 ]激光退火系統(tǒng)10進(jìn)一步包括中繼光學(xué)系統(tǒng)70,該中繼光學(xué)系統(tǒng)70被設(shè)置沿光軸A1 且具有物平面0P及像平面IP。刀刃光圈50被設(shè)置于所述的物平面0P。中繼光學(xué)系統(tǒng)70接收 穿過刀刃光圈50的已重定向調(diào)節(jié)光束42的部分光束44,且被設(shè)置以形成線圖像80于所述的 像平面IP處。線圖像80的大?。ㄩL度)為L,即,當(dāng)中繼光學(xué)系統(tǒng)70具有IX放大率(即1:1的中 繼光學(xué)系統(tǒng))時,L為刀刃光圈50的開口 54的大小。線圖像80的典型的長度L是在5mm至100mm 的范圍中,而典型的寬度W則是在25microns至500microns的范圍中。
[0062]激光退火系統(tǒng)10進(jìn)一步包括支撐載臺90,該支撐載臺90被設(shè)置以可操作地支撐半 導(dǎo)體晶片100,該半導(dǎo)體晶片100具有位于所述的像平面IP中的上表面102。在示例中,半導(dǎo) 體晶片100是由硅所制成的。
[0063] 支撐載臺90是可移動的,以使線圖像80可在半導(dǎo)體晶片100的上表面102上以垂直 于其長軸的方向(即,在y方向)掃描,如在半導(dǎo)體晶片100的特寫插圖中所示。所述的方向被 稱為"掃描方向",而垂直方向被稱為"跨掃描方向"。利用特寫插圖的坐標(biāo)系統(tǒng),線圖像80具 有的強(qiáng)度可表示為I L(x,y)。然而,在跨掃描或X方向上的強(qiáng)度變化是主要的關(guān)注點(diǎn),因此線 圖像強(qiáng)度輪廓可被表示為Il(x)。
[0064] 在示例的實(shí)施例中,支撐載臺90被移動,以使半導(dǎo)體晶片100相對于線圖像80移 動,如此使線圖像80在半導(dǎo)體晶片100的上表面102上掃描,如掃描箭頭AR所示。
[0065] 激光退火系統(tǒng)10包括控制器150,控制器150可操作地連接于光束重定向元件30及 激光系統(tǒng)20,且被配置以協(xié)調(diào)光脈沖22P的發(fā)射和光束重定向元件30的操作(啟動),以使每 個光脈沖22P的光路有不同的偏轉(zhuǎn)。
[0066]在示例中,控制器150是可編程的,以執(zhí)行本文所述的光束重定向功能。本文所用 的術(shù)語"控制器",是廣泛地指計算機(jī)、處理器、微控制器、微電腦、可編程邏輯控制器、專用 集成電路及其它可編程電路。在示例中,控制器150執(zhí)行收錄于非暫態(tài)計算機(jī)可讀取介質(zhì)中 的指令,使控制器150相對于來自激光系統(tǒng)20的光脈沖22P的發(fā)射來控制光束重定向元件30 的動作。
[0067] 在示例中,激光系統(tǒng)20是由激光控制信號SL所控制,而光束重定向元件30則是由 發(fā)送到驅(qū)動器36的控制信號SR所控制,控制信號SR進(jìn)而使驅(qū)動器36通過驅(qū)動信號SD啟動光 束重定向元件30。用于光束重定向元件30的控制信號SR和激光控制信號SL的產(chǎn)生是同步 的,使得當(dāng)光脈沖22P行進(jìn)穿過光束重定向元件30時,光束重定向元件30是處于啟動狀態(tài)。
[0068] 也當(dāng)注意的是,盡管在此所示及所討論的光束重定向元件30是設(shè)置于光束調(diào)節(jié)系 統(tǒng)40的上游,光束重定向元件30也可以被設(shè)置于光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)40的下游,并且仍然完成其 減少或消除已重定向調(diào)節(jié)光束42的部分光束44在強(qiáng)度上的小變化,且進(jìn)而減少或消除形成 于像平面IP處的最終的線圖像80的強(qiáng)度上的小變化的功能。
[0069] 具有光束重定向元件的其他示例激光退火系統(tǒng)
[0070] 圖3A為另一示例的激光退火系統(tǒng)10更詳細(xì)的示意圖,其中使用許多不同的折鏡74 而使光軸A1被折疊,且圖3A也繪示光束重定向元件30位于作為光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)40的光束均勻 器的下游的示例。圖3B及3C類似于圖3A,但繪示了其中光束重定向元件30是基于反射鏡的 示例。
[0071] 在圖3B中,光束重定向元件30包括反射鏡30M,反射鏡30M可擺動使得已重定向調(diào) 節(jié)光束42相對于刀刃光圈50被掃描。所示的中繼光學(xué)系統(tǒng)70包括凹面鏡72及許多折鏡74, 所述折鏡74將已重定向調(diào)節(jié)光束42的部分光束44以相對于垂直入射的角度定向至半導(dǎo)體 晶片100的上表面102。在示例中,中繼光學(xué)系統(tǒng)70是反射系統(tǒng),即僅包含反射鏡。物平面0P 和刀刃光圈50被示出相對于光軸A1呈角度,因?yàn)橄衿矫鍵P與半導(dǎo)體晶片100的上表面102也 與光軸A1形成角度。
[0072]圖3C與圖3B相同,除了其中的反射鏡30M是多面反射鏡,可以快速地繞其旋轉(zhuǎn)軸旋 轉(zhuǎn)。
[0073]圖4為采用A0D形式的示例光束重定向元件30的特寫圖,其中驅(qū)動器36包括壓控振 蕩器(以下稱為"VC0")36vco及射頻(以下簡稱為"RF")放大器36rf。初始激光束22是通過 A0D光束重定向元件30被偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)角Δ θ3 = λ · Δ fa/Va,其中λ為初始激光束22的波長,Δ fa 是RF放大器36rf的RF調(diào)制帶寬,而¥3是六00光束重定向元件30的聲速。偏轉(zhuǎn)角Δ 0a因此與RF 頻率調(diào)制成比例,繼而又與由控制信號SR所體現(xiàn)的壓控振蕩器(VC0)輸入電壓VCQ的變化成 比例。
[0074] 時序圖
[0075]圖5A至5C的時序圖,示出與A0D光束重定向元件30的操作有關(guān)的光脈沖22P的時 序。圖5A所示為光脈沖強(qiáng)度Ip相對于時間t的曲線圖。圖5B和5C則是示出VC0輸入電壓Vco或 偏轉(zhuǎn)角A 0a(任意單位)相對于時間t的曲線圖。注意,在給定的脈沖的持續(xù)時間τ(即,時間 脈沖寬度)內(nèi),偏轉(zhuǎn)角A 會隨VC0輸入電壓VCQ的改變而改變。在所述光脈沖22Ρ期間,偏轉(zhuǎn) 角A 0a的改變代表當(dāng)激光束穿過A0D光束重定向元件30時,此初始激光束22隨時間變化的 偏轉(zhuǎn)。在此脈沖持續(xù)時間期間的該輕微的偏轉(zhuǎn)基于隨時間變化的偏轉(zhuǎn)角△ 在空間偏轉(zhuǎn)δ 中(相對于光軸Α1所測量的)抹平初始激光束22。此抹平可用以消除在初始激光束22的強(qiáng)度 輪廓中的微觀尺度強(qiáng)度變化,微觀尺度強(qiáng)度變化會導(dǎo)致線圖像80的強(qiáng)度非均勻性。
[0076]圖1Β類似于圖1Α,且示意地繪示這種效果,其中減少的微觀尺度強(qiáng)度變化以I'm (X)來表示。在示例中,微觀尺度強(qiáng)度變化從1?(1)至1\(4所減少的量(即,減縮因子FR)是 在1.5X至5X的范圍中,其中3X為示例的減縮因子。如上所討論的,在示例中,減縮因子FR是 以RMS有效值為基礎(chǔ)且在給定的調(diào)制周期ps的范圍內(nèi)被測量的,其中調(diào)制周期仏在如上所述 λ/4<ρ^40λ的范圍中。
[0077] 參照圖5Α至5C,光脈沖22Ρ具有重復(fù)率(或激光脈沖頻率)frep,且VC0輸入電壓Vco (且因此A0D偏轉(zhuǎn)角Δ 0a)是以重復(fù)率fa rep的鋸齒波形掃過。重復(fù)率fa rep可與激光脈沖頻率 5@相同或是此頻率的諧波,以確保在各光脈沖22P期間每個脈沖可有相同的偏轉(zhuǎn)角Δ ΘΡ。 每一脈沖的偏轉(zhuǎn)角Δ ΘΡ可以此式Δ ΘΡ= Δ 0a · fa rep · τ表示。重復(fù)率匕^的最大值是以 fa_rep< [tR+τΓ1定義,其中tR是A0D光束重定向元件30的上升時間,即聲波傳播通過A0D的光 學(xué)光圈50所需的時間。
[0078]光脈沖偏轉(zhuǎn)
[0079]圖6是所估計(最大)的脈沖偏轉(zhuǎn)角Δ ΘΡ(毫弧度)相對于RF調(diào)制帶寬Δ fa(MHz)的曲 線圖,其示出針對二個示例重復(fù)率f a_rep值10kHz及20kHz在單個光脈沖22P期間的偏轉(zhuǎn)。在此 示例中,使用二氧化碲(Te0 2)剪力波的A0D,具有聲波速度Va = 617m/s。其他用于計算的參數(shù) 為λ = 〇. 53μηι及τ = 1 〇〇ns。對給定的脈沖,其脈沖偏轉(zhuǎn)角Δ θp為時間t的函數(shù)(即,隨時間變 化),其中最大偏轉(zhuǎn)角A 0a僅為一毫弧度(mrad)的一部分。
[0080] 對于如此小的偏轉(zhuǎn)角Δ 0a,故可使用小角度近似法,使得空間偏轉(zhuǎn)δ可以由此式δ =LP · Δ ΘΡ表示,其中LP是在其上發(fā)生偏轉(zhuǎn)的光學(xué)路徑的長度(即光路長度),且其中Δ ΘΡ是 以弧度測量的(參見圖4)。請注意,因?yàn)槊}沖偏轉(zhuǎn)角ΔΘΡ(〇是隨時間變化的,所以空間偏轉(zhuǎn) δ也是隨時間變化的,即δ(t)。當(dāng)已重定向的激光束32掃過脈沖偏轉(zhuǎn)角Δ ΘΡ(t)的范圍時,空 間偏轉(zhuǎn)的隨時間的變化對應(yīng)于前述的對光束強(qiáng)度輪廓的抹平。在示例中,光路長度Lp是由 光束重定向元件30與其下游的光學(xué)元件或系統(tǒng)之間的軸向距離所限定的。在示例中,下游 的光學(xué)元件或系統(tǒng)即為光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)40或中繼光學(xué)系統(tǒng)70。
[0081] 通過示例,對200mm的光路長度Lp,空間偏轉(zhuǎn)δ具有約為δ~(200mm) · (0.2xl(T 3rads) = 0.040mm或40μηι的最大范圍。在示例中,最大空間偏轉(zhuǎn)δ可以是在大約ΙΟμηι至大約 100μπι的范圍中,或在另一示例中,是在20μηι至60μηι的范圍中??臻g偏轉(zhuǎn)量δ基本上不會影響 退火的性能。然而,小量的空間偏轉(zhuǎn)量S提供足夠的抹平,以平均化在已重定向(即,偏轉(zhuǎn)的) 的激光束32的微觀強(qiáng)度非均勻性,并進(jìn)而抹平在線圖像80的微觀強(qiáng)度非均勻性。在示例實(shí) 施例中,改善均勻性的程度(即在微觀尺度強(qiáng)度變化調(diào)制的減少)可通過比較已重定向的激 光束32和初始激光束22之間的均方根(RMS)微觀尺度強(qiáng)度變化I m-RMs(x)來測量。
[0082] 微觀尺度光束均勻化的數(shù)學(xué)解釋
[0083]在上述的激光退火系統(tǒng)10中,通過使用光束重定向元件30而得到的微觀尺度光束 強(qiáng)度均勻化是可以通過數(shù)學(xué)術(shù)語來解釋的。下面的數(shù)學(xué)解釋是利用單一調(diào)制頻率,即在所 述強(qiáng)度下單一的空間變化,雖然實(shí)際上,在強(qiáng)度輪廓中的調(diào)制頻率具有范圍。然而在微觀尺 度強(qiáng)度變化的減少的背后的基本原理仍可通過此簡化的方法來理解。
[0084]基于上述理由,且不希望被以下為容易理解而提出的基本數(shù)學(xué)處理所限制,是考 慮被平均化的光束輪廓強(qiáng)度Ia(x),其可計算如下:
[0085] Ia(x) = JP(t)I (x-Vst)dt.
[0086] 函數(shù)I(x)代表無任何空間偏轉(zhuǎn)δ的原始強(qiáng)度輪廓,1為光束位移速度(例如由基于 聲學(xué)的重定向元件30的聲波所提供)。函數(shù)P(t)是滿足下述條件的光脈沖22Ρ的歸一化的時 間輪廓:
[0087] JP(t)dt = l
[0088] 在簡單示例中,I(x)是以正弦函數(shù)調(diào)制,此正弦函數(shù)具有微觀尺度空間調(diào)制周期 Ps及強(qiáng)度"振幅" I i,且P (t)遵循高斯分布,因此:
[0089]
[0090]
[0091]
[0092] 其中Gt. = tp/V8ln2且其中tP是高斯分布的半高全寬(full width half maximum),且5 = VS · tP為在單個光脈沖22P期間的光束位移。在此情況下,強(qiáng)度調(diào)制隨著空 間偏轉(zhuǎn)S以指數(shù)減少。上述Ia(x)的方程式可用于限定無因次的微觀尺度強(qiáng)度變化的反減縮 因子FIT,即為S/ Ps的函數(shù):
[0093]
[0094]圖7為反減縮因子FIT相對于δ/^的曲線圖。由此可看出,若要有效地消除所述調(diào) 制,空間偏轉(zhuǎn)量δ必須和微觀尺度強(qiáng)度變化的調(diào)制周期至少是同級,例如,S3 Ps。需要注意 的是反減縮因子FIT是上述的減縮因子FR的倒數(shù)。也同時注意,對于S/Ps>l的值,反減縮因 子FIT的尺寸會是相當(dāng)?shù)男。创蠓臏p小),例如,若S/ Ps> 1.5,則FIT小于0.003(即FR> 1000)。較大的數(shù)值是由于使用單個的調(diào)制周期值ps的微觀尺度強(qiáng)度變化的簡化處理。實(shí)際 上,消除或平均化的過程是發(fā)生于調(diào)制周期p s的范圍中,這會減少減縮因子FR(或增加反減 縮因子FRO。
[0095]因此,在示例中,調(diào)制周期ps是在λ/4至40λ的范圍中,空間偏轉(zhuǎn)δ可以是在同一范 圍中,或可具有較大的范圍,只要此條件S 2 ps可被滿足。在示例中,空間偏轉(zhuǎn)δ的上限為100 μπι,即0.1mm,或優(yōu)選地為50μηι,即0.05mm,或更優(yōu)選地為25μηι,即0.025毫米??臻g偏轉(zhuǎn)δ的上 限是由線圖像80能夠在對給定的退火過程不會有不利影響的情況下,沿其長度方向從其標(biāo) 稱(即未偏轉(zhuǎn))位置被位移多少的容差所決定的。在示例中,調(diào)制周期p s是在λ/2至20λ的范 圍中,若λ = 532ηηι,即是在從約0· 25μηι至約ΙΟμπι的范圍中。
[0096]二維微觀尺度強(qiáng)度變化
[0097]在上面的討論中,是假設(shè)一維(1D)的調(diào)制。實(shí)際上,微觀尺度強(qiáng)度變化(調(diào)制)在X 與y二個維度都會發(fā)生。在激光退火系統(tǒng)10的示例中,可使用二個分開的光束重定向元件 30,其中該光束重定向元件30被設(shè)置以使二個光束位移δ(即,δ4Ρδ γ)彼此正交。此方法增加 了激光退火系統(tǒng)10的成本及復(fù)雜性,且也會增加激光束的功率損耗。在A0D光束重定向元件 30的情形下,效率通常在80%左右。若在光路上有二個這樣的A0D光束重定向元件30,則功 率損耗會從20 %增加至36 %。
[0098]減輕2D微觀尺度強(qiáng)度變化的替代實(shí)施例是使用單個光束重定向元件30且以有限 的旋轉(zhuǎn)角Φ相對于光軸A1旋轉(zhuǎn),以使其可在x與y方向上偏轉(zhuǎn)每個光脈沖22P。最佳旋轉(zhuǎn)角ψ 取決于所形成的實(shí)際的干涉圖案。以下述的2D強(qiáng)度分布I(X,y)aC0S2[23i X/ps] · C〇S2[23iy/ ps]為例,最佳旋轉(zhuǎn)角約為27度。
[0099] 圖8為針對上述假設(shè)的強(qiáng)度分布所模擬的峰谷調(diào)制Μ相對于旋轉(zhuǎn)角φ (度)的曲線 圖(以旋轉(zhuǎn)角為〇的值作歸一化)。中,和無旋轉(zhuǎn)角的情形相比,所模擬的峰谷調(diào)制Μ在有旋轉(zhuǎn) 角時會有一急劇的減少。因此,在示例的實(shí)施例中,激光退火系統(tǒng)10包含單一光束重定向元 件30,是以旋轉(zhuǎn)角Φ相對于光軸Α1被旋轉(zhuǎn),在一示例中此旋轉(zhuǎn)角被優(yōu)化以使所模擬的峰谷 調(diào)制Μ達(dá)到最小,這也成為特征化此微觀尺度強(qiáng)度變化的一種方式。
[0100] 圖9為針對已偏轉(zhuǎn)的激光束(即,已偏轉(zhuǎn)的光脈沖)和無偏轉(zhuǎn)的激光束(即無偏轉(zhuǎn)的 光脈沖)根據(jù)圖2的示例激光退火系統(tǒng)所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的強(qiáng)度計數(shù)(歸一化到平均值)相對 于位置(mm)的圖。為方便說明,已偏轉(zhuǎn)的激光束的數(shù)據(jù)從無偏轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)被偏移1。光束重定 向元件30是AOMoAOM重復(fù)率(頻率瓜_呵及激光脈沖頻率f rep都是lOkHzJOM帶寬&乜約為 100MHz。所使用的其他系統(tǒng)參數(shù)與結(jié)合圖6所用的系統(tǒng)參數(shù)類似。強(qiáng)度計數(shù)是由設(shè)置于像平 面IP的高分辨率CMOS圖像傳感器所拍攝的光束輪廓圖像的截面所得的。光束輪廓圖像的顏 色較淡的部分是對應(yīng)于無偏轉(zhuǎn)的光束,而顏色較深的部分則是對應(yīng)于已偏轉(zhuǎn)的光束。
[0101] 上述的數(shù)據(jù)示出約光束強(qiáng)度調(diào)制的3X減少。實(shí)際上調(diào)制的減少是取決于干涉圖案 的本質(zhì)。如上所討論的,典型的干涉圖案通常與不同的空間周期性的強(qiáng)度調(diào)制有關(guān)。一般而 言,對于周期性為p s<S的微觀尺度強(qiáng)度變化的減少會是最有效的,而對于周期性為ps>S的 微觀尺度強(qiáng)度變化的減少效用較小。如上所討論的,典型微觀尺度強(qiáng)度變化的調(diào)制減少約 為1.5X或更大,例如,2X至5X。對于圖9所示的無偏轉(zhuǎn)的光束輪廓,模型計算可以預(yù)測使用空 間偏轉(zhuǎn)δ約有3X的調(diào)制的減少,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。
[0102] 本領(lǐng)域技術(shù)人員都很清楚,可對本發(fā)明所公開的發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行各種修 改,而不背離本發(fā)明如所附權(quán)利要求所限定的精神或范圍。因此,只要這些修改與變化是在 所附的專利申請范圍及與其等同的范圍內(nèi),本發(fā)明也將涵蓋這些修改與變化。
【主權(quán)項】
1. 一種當(dāng)形成線圖像時減少微觀尺度強(qiáng)度變化的方法,所述線圖像用以執(zhí)行半導(dǎo)體基 板的激光退火,所述方法包含: a) 沿光軸定向激光束,其中所述激光束具有波長λ且包含光脈沖,所述光脈沖具有在 10ns至10ys的范圍中的時間脈沖長度τ; b) 向每個光脈沖施加相對于所述光軸的變化的角度偏轉(zhuǎn),以使每個光脈沖在空間偏轉(zhuǎn) 量S上被抹平,相比于無角度偏轉(zhuǎn),所述空間偏轉(zhuǎn)量δ足夠以至少1.5X均方根(RMS)的因子來 減少所述激光束中的所述微觀尺度強(qiáng)度變化,且其中S < 100μπι;且 c) 使用形成于動作b)中的所述激光束以形成所述線圖像。2. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中施加所述變化的角度偏轉(zhuǎn)的動作b)包含使所述激光 束通過光束重定向元件或使所述激光束被光束重定向元件所反射。3. 如權(quán)利要求2所述的方法,其中所述光束重定向元件包含聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器。4. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述微觀尺度強(qiáng)度變化具有在λ/4 < ps < 40λ范圍中的 調(diào)制周期Ps,且其中δ 2 ps。5. 如權(quán)利要求4所述的方法,其中所述微觀尺度強(qiáng)度變化具有在λ/2 <ps < 20λ范圍中的 調(diào)制周期Ps。6. 如權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)一步包含在向所述激光束中的所述光脈沖施加所述變 化的角度偏轉(zhuǎn)之前或之后,執(zhí)行所述激光束的光束調(diào)節(jié)。7. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中形成所述線圖像包含使已偏轉(zhuǎn)的激光束通過中繼光 學(xué)系統(tǒng)。8. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述微觀尺度強(qiáng)度變化發(fā)生在二個正交的方向中,且 其中動作b)是使用光束重定向元件而執(zhí)行的,所述光束重定向元件被導(dǎo)向至相對于所述光 軸的角度,使得所述微觀尺度強(qiáng)度變化在所述二個正交的方向中被減少。9. 一種激光退火系統(tǒng),所述激光退火系統(tǒng)使用由激光束所形成的線圖像來退火半導(dǎo)體 基板的表面,所述激光退火系統(tǒng)包含: 激光系統(tǒng),發(fā)射激光束,所述激光束具有光脈沖,其中每個光脈沖具有波長λ及時間寬 度τ,且其中所述激光束包含強(qiáng)度輪廓,所述強(qiáng)度輪廓具有第一微觀尺度強(qiáng)度變化量,所述 第一微觀尺度強(qiáng)度變化量具有λ/4到40λ的范圍中的調(diào)制周期 Ps; 光束重定向元件,被配置以接收所述光脈沖,且針對每個所述光脈沖所述光束重定向 元件引起所述激光束的隨時間變化的空間偏轉(zhuǎn)量S,其中ps < δ < 1〇〇μπι,由此形成已偏轉(zhuǎn)的 光束,所述已偏轉(zhuǎn)的光束具有第二微觀尺度強(qiáng)度變化量且所述第二微觀尺度強(qiáng)度量小于所 述第一微觀尺度強(qiáng)度變化量; 中繼光學(xué)系統(tǒng),被配置以接收所述已偏轉(zhuǎn)的光束且由所述已偏轉(zhuǎn)的光束形成所述線圖 像于像平面處,其中所述半導(dǎo)體基板的表面位于所述像平面處;且 控制器,操作地連接到所述光束重定向元件及所述激光系統(tǒng),所述控制器被配置以將 來自所述激光系統(tǒng)的所述光脈沖的發(fā)射與所述光束重定向元件的操作同步,以針對每個光 脈沖執(zhí)行所述隨時間變化的空間偏轉(zhuǎn)量S。10. 如權(quán)利要求9所述的激光退火系統(tǒng),其中所述光束重定向元件包含聲光偏轉(zhuǎn)器或電 光偏轉(zhuǎn)器。11. 如權(quán)利要求9所述的激光退火系統(tǒng),其中所述第一微觀尺度強(qiáng)度變化量具有在λ/2 仝ps < 2〇λ的范圍中的調(diào)制周期ps。12. 如權(quán)利要求9所述的激光退火系統(tǒng),其中所述中繼光學(xué)系統(tǒng)具有1:1的放大率。13. 如權(quán)利要求9所述的激光退火系統(tǒng),其中λ = 532ηπι。14. 如權(quán)利要求9所述的激光退火系統(tǒng),進(jìn)一步包含刀刃光圈,其中所述已偏轉(zhuǎn)的光束 是通過所述刀刃光圈的,且所述刀刃光圈限定所述線圖像的長度。15. 如權(quán)利要求9所述的激光退火系統(tǒng),其中所述第二微觀尺度強(qiáng)度變化量以至少1.5Χ 均方根(RMS)的因子小于所述第一微觀尺度強(qiáng)度變化量。16. -種減少激光束中的微觀尺度強(qiáng)度變化的方法,所述激光束被用于半導(dǎo)體晶片的 退火,所述方法包含: 從激光源產(chǎn)生激光束,所述激光束具有波長λ且包含光脈沖,其中所述激光束具有微觀 尺度強(qiáng)度變化量,所述微觀尺度強(qiáng)度變化量具有λ/4到40λ的范圍中的調(diào)制周期Ps; 向每個光脈沖施加隨時間變化的空間偏轉(zhuǎn)δ,通過使每個光脈沖通過光束重定向元件 來形成已偏轉(zhuǎn)的光束,所述光束重定向元件是與所述激光源同步啟動,其中ps<3;且 由所述已偏轉(zhuǎn)的光束形成線圖像于像平面處。17. 如權(quán)利要求16所述的方法,其中δ < 100μπι。18. 如權(quán)利要求16所述的方法,其中形成所述線圖像包含使所述已偏轉(zhuǎn)的光束通過刀 刃光圈,同時利用中繼光學(xué)系統(tǒng)將所述刀刃光圈映像于所述像平面上。19. 如權(quán)利要求18所述的方法,其中所述微觀尺度強(qiáng)度變化具有均方根(RMS)值,且其 中在所述刀刃光圈處測量的所述已偏轉(zhuǎn)的光束中的所述微觀尺度強(qiáng)度變化的所述均方根 值,相比于在所述刀刃光圈處測量的未偏轉(zhuǎn)的光束,以至少介于1.5Χ至5Χ的范圍中的因子 減少。20. 如權(quán)利要求16所述的方法,其中所述光脈沖具有重復(fù)率fre3P,且其中施加所述隨時 間變化的空間偏轉(zhuǎn)S包含以重復(fù)率f^ P驅(qū)動所述光束重定向元件,其中所述重復(fù)率匕^@與 所述光脈沖的所述重復(fù)率相同或?yàn)樗鲋貜?fù)率的諧波。21. 如權(quán)利要求16所述的方法,其中所述光束重定向元件為基于聲學(xué)的或基于電光式 的。22. -種在利用線圖像執(zhí)行半導(dǎo)體晶片的激光退火時,減少微觀尺度強(qiáng)度變化的方法, 所述方法包含: 沿光軸定向第一激光束,所述第一激光束具有光脈沖及第一微觀尺度強(qiáng)度變化; 向第一激光束中的每個光脈沖施加相對于所述光軸的隨時間變化的角度偏轉(zhuǎn),由此在 空間偏轉(zhuǎn)量S上抹平每個光脈沖以形成第二激光束,所述第二激光束具有第二微觀尺度強(qiáng) 度變化,所述第二微觀尺度強(qiáng)度變化小于所述第一微觀尺度強(qiáng)度變化;且 使用所述第二激光束形成所述線圖像。23. 如權(quán)利要求22所述的方法,其中所述第一微觀尺度強(qiáng)度變化具有均方根(RMS)值, 且其中相比于所述第一激光束,所述第二激光束中的所述微觀尺度強(qiáng)度變化的RMS值以至 少介于1.5X至5X的范圍中的因子減少。24. 如權(quán)利要求22所述的方法,其中所述第一微觀尺度強(qiáng)度變化具有調(diào)制周期ps,且其 中ps仝δ。25. 如權(quán)利要求24所述的方法,其中所述第一激光束具有波長λ且λ/4 < ps < 40λ。26.如權(quán)利要求22所述的方法,其中δ < 100μπι。
【文檔編號】H01L21/268GK105990195SQ201610156288
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】王耘
【申請人】超科技公司