高效率的线形成光学系统及方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于形成线图像的光学系统，且特别涉及高效率的线形成光学系统及方法。
[0002]这里所提到的任何公开或者专利文件的全部公开通过引用来并入，包括美国专利N0.8014427。
【背景技术】
[0003]许多应用需要使用由高能量的激光束形成的均匀线图像。一种这样的应用是激光热处理(laser thermal processing ；LTP)，在本技术领域中也被称作激光尖峰退火(laserspike annealing ；LSA)，或简称为激光退火(laser annealing)，当形成有源微电路器件如晶体管时，在半导体制造中利用该激光退火以激活半导体晶片的选择区域中的掺杂物。
[0004]—种类型的激光退火使用由激光束形成的扫描线图像来加热半导体晶片的表面至一温度(退火温度)达一段时间，此段时间长到足以将掺杂物激活，同时也短到足以最小化掺杂物的扩散。半导体晶片表面处于退火温度下的时间是取决于线图像的功率，以及取决于线图像宽度除以线图像扫描速度(扫描速率)。
[0005]用于激光退火应用的一种类型的高能量激光为C02激光。以C0 2激光执行激光退火的传统方法包含映射激光束于一对叶片边缘上，接着中继激光束穿越其中至像平面来形成线图像。叶片边缘被定位以仅传送高斯激光束的狭窄中心部分(例如，10% )，在该狭窄中心部分其强度相对均匀从而使得所得到的线图像沿线图像的长度也相对均匀。
[0006]不幸地，仅使用激光束的狭窄中心部分表示拒绝了余下的90%的光束。这造成无效率地使用高强度激光束。另一方面，传统知识认为:试图传送较大部分的高斯光束可能会自然地造成线图像沿其长度方向的不均匀性，这是由于高斯光束的强度在远离光束中心的一定距离处存在实质的降低。
【发明内容】
[0007]本发明的方面是一种线形成光学系统，其具有物平面及像平面，且所述线形成光学系统在像平面处形成线图像，所述线形成光学系统包含:发射初始激光束的激光光源；光束调节光学系统，其接收初始激光束且从所述初始激光束形成具有第一强度分布的调节激光束，所述第一强度分布在至少第一方向上具有高斯分布；第一光圈器件，其可操作地设置于物平面处且第一光圈器件定义第一狭缝光圈，第一狭缝光圈在第一方向上截断第一强度分布以定义第一透射光，第一透射光构成至少50%的调节激光束；中继光学系统，其定义物平面及像平面，且中继光学系统还定义中间像平面，第二光圈器件可操作地设置于中间像平面处，中继光学系统在中间像平面处定义第二强度分布，第二强度分布具有中心峰及紧邻中心峰的第一侧峰，其中第二光圈器件被配置以在第一方向上且在第一侧峰的每个内截断第二强度分布以定义第二透射光；其中中继光学系统利用第二透射光在像平面处形成线图像。
[0008]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，每个第一侧峰优选是由最大值MX、第一最小值ml及第二最小值m2所定义。第二光圈器件定义第二狭缝光圈。第二狭缝光圈优选被配置为在每个第一侧峰中的最大值MX及第二最小值m2之间截断第二强度分布。
[0009]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，中继光学系统在第一方向上优选具有实质上为1倍的放大倍率。
[0010]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，中继光学系统优选是圆柱形光学系统，所述圆柱形光学系统仅在第一方向上具有光能。
[0011]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，线图像优选具有在5mm^L^ 100mm的范围内的长度L，且线图像在长度L上优选具有± 5 %内的强度均匀性。
[0012]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，中继光学系统优选仅由反射光学组件所组成。
[0013]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，激光光源优选具有标称10.6μπι的操作波长。
[0014]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，第一光圈器件优选包含可操作地设置于物平面中的一对叶片。
[0015]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，第二光圈器件优选包含可操作地设置于中间像平面中的一对叶片。
[0016]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，线图像优选具有在5mm彡L彡100mm的范围内的长度L，且线图像优选具有在25μπι彡w彡500 μm的范围内的宽度w。
[0017]本发明的另一方面是一种用于退火具有表面的晶片的激光退火系统。所述激光退火系统包含:如前所述的线形成光学系统，其中线图像具有由长度L所定义的长尺寸；及载台，被设置以可操作地在像平面中支撑并移动晶片，以在扫描方向上在晶片的表面上扫描线图像以退火晶片的表面，其中扫描方向垂直于线图像的长尺寸。
[0018]本发明的另一方面是如前述的激光退火系统，其中晶片的表面包括包含掺杂物的器件特征，且对晶片的表面的退火激活所述掺杂物。
[0019]本发明的另一方面是一种形成线图像的方法，包含形成激光束，激光束具有第一强度分布，第一强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 %穿过以形成第一透射光。本方法还包括在中间像平面处聚焦第一透射光以定义第二强度分布，第二强度分布具有中心峰及紧邻中心峰的第一侧峰；在第一侧峰的每个内截断第二强度分布以定义第二透射光；及利用第二透射光在像平面处形成线图像。
[0020]本发明的另一方面是如前述的方法，其中每个第一侧峰由最大值MX、第一最小值ml及第二最小值m2所定义。且优选在第一侧峰的每个中的最大值MX及第二最小值m2之间执行对第二强度分布的所述截断。
[0021]本发明的另一方面是如前述的方法，其中中间像平面优选是由中继光学系统所定义。中继光学系统在第一方向上具有实质上为1倍的放大倍率。
[0022]本发明的另一方面是如前述的方法，其中中继光学系统优选包括圆柱形面镜。
[0023]本发明的另一方面是如前述的方法，其中线图像优选具有在5mm彡L彡100mm的范围中的长度L，且线图像在长度L上优选具有±5%内的强度均匀性。
[0024]本发明的另一方面是如前述的方法，其中中继光学系统优选仅由反射光学组件所组成。
[0025]本发明的另一方面是如前述的方法，其中截断第二强度分布优选包括使第一透射光的中心部分穿过由一对叶片所定义的狭缝光圈。
[0026]本发明的另一方面是如前述的方法，其中线图像优选具有在5mm彡L彡100mm的范围内的长度L，且线图像优选具有在25 μ m < w < 500 μ m的范围内的宽度w。
[0027]本发明的另一方面是如前述的方法，其中线图像优选具有由长度L所定义的长尺寸，所述方法优选还包含在晶片的表面上沿扫描方向扫描线图像，所述扫描方向垂直于长尺寸。
[0028]本发明的另一方面是如前述的方法，其中晶片的表面优选包括包含掺杂物的器件特征。在晶片的表面上扫描线图像优选激活掺杂物。
[0029]本发明的另一方面是一种具有物平面及像平面的线形成光学系统，且所述线形成光学系统在像平面处形成线图像，所述线形成光学系统包括激光光源系统，发射具有第一强度分布的激光束，第一强度分布在第一方向上是伸长的，且第一强度分布在第一方向上具有高斯分布；第一光圈器件，可操作地设置以在第一方向上截断激光束以使激光束的中心部分的至少50%穿过；及中继光学系统，具有中间像平面，第二光圈器件可操作地设置于中间像平面处，中继光学系统具有第一光学组件，第一光学组件在中间像平面处定义第二强度分布，第二强度分布在第一方向上是伸长的且第二强度分布具有中心峰及紧邻中心峰的第一侧峰，其中所述第二光圈器件被配置以在第一侧峰的每个内截断第二强度分布以定义第二透射光。中继光学系统具有第二光学组件，第二光学组件利用第二透射光在像平面处形成线图像。
[0030]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，其中第一光学组件及第二光学组件优选为反射式的。
[0031]本发明的另一方面是如前述的线形成光学系统，其中第一光圈器件及第二光圈器件的每个优选包含一对叶片。
[0032]在以下【具体实施方式】中提出本公开内容的额外的特征及优点，本领域技术人员通过阅读说明书可以清楚这些额外的特征及优点，或者本领域与技术人员通过实践说明书、其权利要求书和附图中所描述的实施例来认识到这些额外的特征及优点。可以理解的是，之前的大体
【发明内容】
以及之后的【具体实施方式】都仅是示例性的，并且旨在提供概要或者框架用以理解权利要求的本质和特征。
【附图说明】
[0033]包括附图以提供进一步的理解，附图被并入本说明书来构成本说明书的一部分。附图示出了一个或者多个实施例，同时【具体实施方式】用来解释不同实施例的原理和操作。这样一来，借助于以下【具体实施方式】以及附图，将可以更好地理解本公开。
[0034]图1是根据本公开的示例线形成光学系统的示意图。
[0035]图2A是图1的示例线形成光学系统的第一光圈器件从+z方向来看的前视图，并示出当入射到第一