通过线束改进的热处理制造技术

本发明专利技术涉及通过线束改进的热处理，其中多束、多波长处理系统包含被配置以分别向衬底提供束的两个或更多个激光器。所述激光器具有波长、脉冲持续时间、束面积、束强度、脉冲能量、偏振、重复率以及能够独立地选择的其他束属性。可以通过以第一波长的大面积束预加热，之后曝光至第二波长的聚焦束，来减小需要局部加热的处理过程中的衬底变形，从而将局部区域加热至期望的处理温度。对于一些处理，选择多个波长以在衬底中获得所期望的能量沉积。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及基于多波长激光的材料处理。
技术介绍
许多制造工艺包含一个或多个基于激光的处理步骤。曝光至脉冲激光束可以被用于材料烧蚀、再结晶、退火或其他处理。例如，脉冲激光束已经被用来部分地熔化非晶硅层，以促进部分结晶。在其他实施例中，基于烧蚀处理，施加激光脉冲以移除表面层。连续波激光已经被用在焊接和其他处理中。这样的基于激光的处理允许对处理区域的精确控制，且可以通过基于光纤的束输送系统来方便地输送一些束。然而，由于材料对所选择波长的固有光学响应，可用的处理方法是有限的。这些限制倾向于制约材料处理的类型和通过基于激光的光学处理可实现的可用性能。
技术实现思路
曝光设备（exposure apparatus）包括：第一光纤，被耦合以接收第一光束；以及，第二光纤，被耦合以接收第二光束。所述第一光束与第一波长相关联，且所述第二光束与第二波长相关联。光学系统被定位，以接收来自所述第一光纤的第一光束和来自所述第二光纤的第二光束，并且将第一线束（line beam）和第二线束分别引导至衬底（substrate）的表面。在一些实施例中，所述第一线束和所述第二线束分别具有长度和宽度，其中所述长度大于所述宽度，且所述第一线束和所述第二线束在所述衬底的表面处、在如下一个区域中部分地重叠，所述区域的长度对应于所述长度中的至少一个。在其他实施例中，所述第一线束和所述第二线束分别具有长度和宽度，其中所述长度大于所述宽度，且所述第一线束和所述第二线束在表面处、在对应于至少一个宽度的方向上间隔开。在代表性的实施例中，所述第一线束具有的面积大于所述第二线束的面积，且在表面处，第二线束的面积被包含在第一线束的面积内。在一些替代方案中，所述第一波长和所述第二波长是不同的波长，且所述第一线束和所述第二线束在所述衬底的表面处基本重叠。在另一些实施方案中，所述第一光束是与第一脉冲持续时间和第一脉冲重复率相关联的脉冲光束，且所述第二光束是与第二脉冲持续时间和第二脉冲重复率相关联的脉冲光束。通常，所述第一脉冲持续时间和所述第二脉冲持续时间是不同的，或者所述第一脉冲重复率和所述第二脉冲重复率是不同的。在附加的实施例中，所述第一线束在所述衬底的表面上具有的面积大于所述第二线束的面积，且所述第一光束的波长在所述衬底中的吸收系数小于所述第二波长在所述衬底中的吸收系数。在一些实施方案中，所述第一光纤具有的纤芯直径（core diameter）与所述第二光纤的纤芯直径不同。在其他实施例中，扫描系统能操作，以扫描所述线束，使得所述第一线束在所述第二线束之前被扫描跨越所述衬底区域。在又一些实施例中，所述第一线束被配置以加热所述衬底的一个区域，之后将所述衬底的所述区域曝光至所述第二线束。在其他替代方案中，所述光学系统包含第一光学系统和第二光学系统，其中所述第一光学系统被定位以形成所述第一线束，且所述第二光学系统被定位以形成所述第二线束。根据其他实施例，所述第一线束被配置以焊接所述衬底，且所述第二线束被配置以对已焊接的衬底进行退火。方法包括选择来自第一激光器的第一光束和来自第二激光器的第二光束，其中所述第一光束和所述第二光束的波长不同。在一些实施例中，所述第一光束和所述第二光束中的一个或两个都是脉冲光束。所述第一光束和所述第二光束被成形，且衬底的第一表面被曝光至所选择的且被成形的光束。通常，第一成形光束的面积大于第二成形光束的面积。在一些实施例中，第一成形束和第二成形束在所述衬底的第一表面处至少部分地重叠。在其他实施例中，第一成形束和第二成形束在与所述衬底的第一表面相对的所述衬底的第二表面处被反射。根据其他实施例，所述衬底具有一个厚度，且第一成形束入射到所述衬底，从而在沿着所述厚度传播时基本被吸收。第二成形束从与所述衬底的第一表面相对的所述衬底的第二表面被反射。在另一些实施例中，第一成形束被选择用于衬底的热处理，且第二成形束被选择以减轻所述衬底中的应力。在一些实施方案中，第一成形束被选择，以在贴近（proximate）所述衬底的第一表面处基本被吸收。在其他实施例中，所述衬底包括定位于所述第一表面上的传导层（conductive layer），且第一成形束被选择以在所述传导层中基本被吸收，且第二成形束被选择以在所述衬底中被吸收。在特定的实施例中，第一成形束被选择以烧蚀（ablate）所述传导层。在附加的实施例中，所述衬底是半导体衬底，所述半导体衬底包括贴近所述第一表面的掺杂区，且第一成形束被选择，以将所述掺杂物扩散到所述半导体衬底中。方法包括确定衬底在所选择的波长处的吸收系数。束被聚焦到所述衬底中，使得所述衬底从光束吸收的每单位面积的功率在如下一个传播距离上是恒定的，在所述传播距离中，光束功率被衰减到1/2、1/3、1/5或1/10。从下面参考附图进行的详细描述中，本公开技术的前述和其他的目的、特征和优势将变得更加明显。附图说明图1是多波长、多激光处理系统的示意图，所述系统被配置以提供空间上重叠的、不同波长的束。图2是多波长、多激光处理系统的示意图，所述系统被配置以向共同的衬底区域顺次地提供不同波长的束。图3例示了具有一个层的衬底，所述层被配置以反射处理束，从而特制衬底中的束吸收。图4例示了束交织以产生多波长光束。图5例示了曝光至不同面积的束的衬底区域。图6例示了通过组合束的叠式焊接（lap welding）。图7A例示了用于多光谱（multi-spectral）曝光的光学系统。图7B例示了一种产生三个重叠线束或三个非重叠线束的系统。图8例示了衬底中的多波长吸收。图9例示了每单位体积具有受控的能量沉积的聚焦的束。具体实施方式如在所述申请和权利要求中使用的，单数形式的“一个（a）”、“一个（an）”以及“所述（the）”包含复数形式，除非上下文另有明确指示。此外，术语“包含”意指“包括”。另外，术语“耦合”不排除在耦合项之间存在中间元件。在此描述的系统、设备和方法不应被理解为以任何方式进行限制。而是，本公开内容指向各个公开的实施方案（单独地以及彼此间以各种组合和子组合的方式）的所有新颖的且非显而易见的特征和方面。所公开的系统、方法和设备既不限制于任何具体的方面或特征或其组合，也不需要呈现任何一个或多个具体的优势或解决任何一个或多个具体的问题。任何操作理论都是为了便于解释，但是所公开的系统、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曝光设备，包括：第一光纤，被耦合以接收第一光束；第二光纤，被耦合以接收第二光束，其中所述第一光束与第一波长相关联，且所述第二光束与第二波长相关联；以及一个光学系统，被定位以接收来自所述第一光纤的所述第一光束和来自所述第二光纤的所述第二光束，并且将第一线束和第二线束分别引导至一个衬底的一个表面。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/837,6471.一种曝光设备，包括：
第一光纤，被耦合以接收第一光束；
第二光纤，被耦合以接收第二光束，其中所述第一光束与第一波长
相关联，且所述第二光束与第二波长相关联；以及
一个光学系统，被定位以接收来自所述第一光纤的所述第一光束和
来自所述第二光纤的所述第二光束，并且将第一线束和第二线束分别引
导至一个衬底的一个表面。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一线束和所述第二线
束分别具有长度和宽度，其中所述长度大于所述宽度，且所述第一线束
和所述第二线束在所述衬底的所述表面处、在如下一个区域中部分地重
叠，所述区域的长度对应于所述长度中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一线束和所述第二线
束分别具有长度和宽度，其中所述长度大于所述宽度，且所述第一线束
和所述第二线束在所述表面处、在对应于至少一个宽度的方向上间隔
开。
4.根据权利要求1所述的曝光设备，其中所述第一线束具有的面
积大于所述第二线束的面积，且在所述表面处，所述第二线束的面积被
包含在所述第一线束的面积内。
5.根据权利要求1所述的曝光设备，其中所述第一波长和所述第
二波长是不同的波长，且所述第一线束和所述第二线束在所述衬底的所
述表面处基本重叠。
6.根据权利要求1所述的曝光设备，其中所述第一光束是与第一
脉冲持续时间和第一脉冲重复率相关联的脉冲光束，且所述第二光束是
与第二脉冲持续时间和第二脉冲重复率相关联的脉冲光束，其中至少所
述第一脉冲持续时间与所述第二脉冲持续时间是不同的，或所述第一脉
冲重复率与所述第二脉冲重复率是不同的。
7.根据权利要求1所述的曝光设备，其中所述第一线束在所述衬
底的所述表面上具有的面积大于所述第二线束在所述衬底的所述表面
上的面积，且所述第一光束的波长在所述衬底中的吸收系数小于所述第
二波长在所述衬底中的吸收系数。
8.根据权利要求1所述的曝光设备，其中所述第一光纤具有的纤
芯直径与所述第二光纤的纤芯直径不同。
9.根据权利要求1所述的曝光设备，还包括一个扫描系统，所述
扫描系统能操作以扫描所述线束，使得所述第一线束在所述第二线束之
前被扫描跨越所述衬底区域。
10.根据权利要求9所述的曝光设备，其中所述第一线束被配置以
加热所述衬底的一个区域，之后将所述衬底的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·R·卡尔森，K·W·肯尼迪，R·J·马丁森，
申请(专利权)人：恩耐激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US