體功率譜密度的積分測(cè)量值)，提供了一種測(cè)量退火溫度1\及其均勻性的極靈敏的方法。由于退火溫度1\與線圖像80的線圖像強(qiáng)度分布曲線I l(x)成正比，所以熱發(fā)射信號(hào)SE提供了線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx)的靈敏測(cè)量。在示例中，可以探測(cè)到小于1%的強(qiáng)度變化。這與常規(guī)商用探測(cè)器形成對(duì)比，常規(guī)探測(cè)器只能測(cè)量到大約5%的強(qiáng)度變化。
[0055]在上述美國(guó)專利申請(qǐng)公開N0.2012/0100640中描述了一種示例熱發(fā)射探測(cè)器120，連同一種從測(cè)量的熱發(fā)射E計(jì)算測(cè)量溫度Tm的方法。
[0056]因?yàn)榫€圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)是隨空間變化并隨時(shí)間變化的，所以退火溫度Ta也是隨空間變化并隨時(shí)間變化的，且被表示為Ta (X，t)，而且測(cè)量熱發(fā)射E也是隨空間變化并隨時(shí)間變化的，且被表示為E(x，t)。
[0057]激光退火系統(tǒng)10還包括可操作地連接到光束重定向元件40和熱發(fā)射探測(cè)器120的控制器150?？刂破?50從光束重定向元件40接收熱發(fā)射信號(hào)SE并且還控制光束重定向元件40的運(yùn)行。更具體而言，熱發(fā)射信號(hào)SE充當(dāng)反饋信號(hào)，用于減小或本質(zhì)上消除線圖像強(qiáng)度分布曲線Ijx，t)中代表上述光束不穩(wěn)定性的上述時(shí)間變化。
[0058]控制器150是可編程序的，以執(zhí)行本文所述的功能，如本文所用，術(shù)語(yǔ)“控制器”寬泛地指計(jì)算機(jī)、處理器、微型控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程序邏輯控制器、專用集成電路和其他可編程序電路。在示例中，控制器150執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中所包含的指令，該指令使得控制器150控制光束重定向元件40的運(yùn)動(dòng)。在示例中，控制器150被配置成接收熱發(fā)射信號(hào)SE并確定線圖像強(qiáng)度分布曲線Ijx，t)。在示例中，該確定涉及到首先確定退火溫度分布曲線Ta(X，t)，然后利用熱發(fā)射和溫度與強(qiáng)度之間的上述關(guān)系將該曲線分布轉(zhuǎn)換成線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)。
[0059]在示例中，控制器150包括電連接到熱發(fā)射探測(cè)器120的發(fā)射-溫度邏輯單元(“E/T邏輯”)154。E/T邏輯154被配置成接收測(cè)量熱發(fā)射信號(hào)SE，將測(cè)量熱發(fā)射SE轉(zhuǎn)換成測(cè)量的溫度Tm并輸出對(duì)應(yīng)的測(cè)量溫度信號(hào)ST MO測(cè)量溫度信號(hào)STm代表從測(cè)量熱發(fā)射信號(hào)SE計(jì)算的平均測(cè)量溫度。該平均值是在由熱發(fā)射探測(cè)器120的頻帶寬度和測(cè)量熱發(fā)射信號(hào)SE所確定的時(shí)間窗口上獲得的。
[0060]由于管芯發(fā)射率的變化，測(cè)量熱發(fā)射信號(hào)SE可能包括尖峰。如果它們未被抑制，這些尖峰將出現(xiàn)于測(cè)量溫度信號(hào)STm中。因此，在示例實(shí)施例中，E/T邏輯154被電連接到低通濾波器(LPF) 156，該低通濾波器對(duì)測(cè)量溫度信號(hào)STm進(jìn)行低通濾波，以形成低通濾波(“已濾波的”)的測(cè)量溫度信號(hào)STMF。在示例中，LPF 156是由信號(hào)處理裝置(例如現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA))來形成的，其除了執(zhí)行低通濾波之外，還執(zhí)行運(yùn)行平均值或尖峰抑制算法。在示例中，LPF 156可以是陷波濾波器(或E/T邏輯154能夠包括獨(dú)立的陷波濾波器)，該陷波濾波器被配置成基于管芯布局在特定空間/電學(xué)頻率處抑制模式發(fā)射率的變化。
[0061]光束不穩(wěn)定性
[0062]隨頻率f(Hz)變化的線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)的斜率M(t)大小的測(cè)量數(shù)據(jù)具有大致Ι/f的形狀，其是隨機(jī)波動(dòng)的特性。數(shù)據(jù)表明，對(duì)于頻率f>50Hz，光束斜率大小下降到基本為零。
[0063]圖5A到5C是在不同時(shí)間t (例如t = 0，t = At和t = 2*At)，線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)(探測(cè)器計(jì)數(shù))與沿線圖像80的長(zhǎng)軸的距離x(mm)的關(guān)系曲線圖。At的值例如可以是At = 0.2s。圖5A示出了線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)的正常示例，其在線圖像80的相應(yīng)端部急劇增大，且包括具有基本均勻(平坦)強(qiáng)度的中心部分。圖5B和5C示出了線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)的示例，其中曲線的正常中心平坦部分具有斜率M，其中線圖像80的一側(cè)在強(qiáng)度上增大，而另一側(cè)在強(qiáng)度上減小，使得線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)在圖5B和5C中所示情況之間振蕩。
[0064]圖6A和6B是圖1的光束重定向元件40的近觀圖，該光束重定向元件40分別被示為在重定向(傾斜)角度+ Θ和-Θ處取向。不同重定向角度的結(jié)果是重定向調(diào)節(jié)光束34的不同部分通過刀口光圈50的開口 54。具體而言，如圖6A中所示，向上重定向該重定向調(diào)節(jié)光束34，使得重定向調(diào)節(jié)光束34的下部(即，重定向調(diào)節(jié)波前34W的下部)通過開口 54。同樣，如圖6B所示，向下重定向該重定向調(diào)節(jié)光束34，使得重定向調(diào)節(jié)光束34的上部(即，重定向調(diào)節(jié)波前34W的上部)通過開口 54。
[0065]在圖7A和7B的模擬分布曲線中示出了傾角Θ在線圖像強(qiáng)度分布曲線Ijx)上的效果。在圖7A中，箭頭示出了方向從Θ =0°變化到更大的正角+ Θ ( S卩，正向傾斜增大)，而在圖7中，箭頭示出了方向從Θ =0°變化到更大的負(fù)角-Θ (S卩，負(fù)向傾斜增大)。所需的旋轉(zhuǎn)角強(qiáng)烈地依賴于旋轉(zhuǎn)反射鏡40M和刀口光圈50的刀片52A和52B之間的距離。在典型實(shí)施例中，角度調(diào)節(jié)小于I度，且可以小于0.1度。
[0066]兩條曲線圖示出，傾角Θ的方向?qū)е戮€圖像強(qiáng)度分布曲線込(X)的斜率M的變化。這一特性恰好是對(duì)抗光束不穩(wěn)定性副作用所需要的。具體而言，可以基于線圖像80的測(cè)量強(qiáng)度變化(即，測(cè)量線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx))來調(diào)節(jié)傾角Θ。
[0067]在激光退火系統(tǒng)10的運(yùn)行中，如上所述，激光系統(tǒng)20產(chǎn)生初始激光束22，該初始激光束被光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)30調(diào)節(jié)以形成調(diào)節(jié)光束32。調(diào)節(jié)光束32入射到光束重定向元件40上，形成重定向調(diào)節(jié)光束34，其入射到刀口光圈50上。在示例中，對(duì)光束重定向元件40進(jìn)行取向，使得調(diào)節(jié)光束32并沒有被重定向，即其沿著光軸Al直線行進(jìn)。暫且假設(shè)光束重定向元件40尚未工作，從而重定向調(diào)節(jié)光束34事實(shí)上是沿光軸Al直線行進(jìn)的，并入射到刀口光圈50上。在這種狀況下，重定向調(diào)節(jié)波前34W的中心部分通過刀口光圈50的開口54以界定重定向調(diào)節(jié)光束34的部分36，其中該部分包括波前36W。該部分36就是被中繼系統(tǒng)70中繼以形成線圖像80的那部分。
[0068]隨著線圖像80在半導(dǎo)體晶片100的上表面102上方掃描，它把半導(dǎo)體晶片100的上表面102局部加熱到退火溫度TA。線圖像強(qiáng)度分布曲線Il(X)從半導(dǎo)體晶片100的局部加熱的上表面102產(chǎn)生時(shí)變的熱發(fā)射分布曲線E(x，t) ο (積分的)時(shí)變熱發(fā)射分布曲線E(x，t)被熱發(fā)射探測(cè)器120所俘獲并體現(xiàn)在發(fā)送到控制器150進(jìn)行處理的熱發(fā)射信號(hào)SE中。控制器150使用熱發(fā)射和溫度之間的上述關(guān)系E = Tn來以較高精確度確定退火溫度分布曲線！\(1，t)。然后將這樣獲得的退火溫度分布曲線Ta(X，t)用于確定線圖像強(qiáng)度分布曲線Ijx，t)。
[0069]計(jì)算線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)中的變化，然后調(diào)節(jié)光束重定向元件40以補(bǔ)償該變化(即，來引入強(qiáng)度變化，該強(qiáng)度變化接下來引入補(bǔ)償該變化的強(qiáng)度變化)。在一個(gè)示例中，線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)中的變化的測(cè)量結(jié)果是斜率M(t)。在這種情況下，調(diào)節(jié)光束重定向元件40以引入強(qiáng)度變化，接下來該強(qiáng)度變化向測(cè)量斜率M(t)引入相反符號(hào)的強(qiáng)度斜率M0
[0070]斜率M可能是要測(cè)量的線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)的最簡(jiǎn)單的變化，因此在此通過舉例加以論述。不過，可以測(cè)量其他變化，其能夠量化由于光束不穩(wěn)定性而出現(xiàn)的線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)中的不對(duì)稱性。例如，可以測(cè)量線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)的偏斜(skew)或高斯三階矩的量。
[0071 ] 如上文結(jié)合圖6A和6B以及圖7A和7B所述，在一個(gè)示例中，可以通過經(jīng)由重定向信號(hào)SR選擇反射鏡40M(參見圖2)的角旋轉(zhuǎn)Θ來完成對(duì)線圖像強(qiáng)度分布曲線I Jx，t)變化的補(bǔ)償。在示例中，利用已知的光學(xué)建模技術(shù)和市場(chǎng)上可獲得的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建模軟件來確定旋轉(zhuǎn)角Θ的量和線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)中所引起的斜率M之間的關(guān)系。在另一示例中，針對(duì)激光退火系統(tǒng)10的給定配置，依靠經(jīng)驗(yàn)來確定旋轉(zhuǎn)角Θ和引起的斜率M之間的關(guān)系。
[0072]利用這一概念，可以使光束分布曲線穩(wěn)定化，只要與線圖像強(qiáng)度分布曲線IJx，t)的斜率M的變化頻率f相比，反饋回路速率足夠高即可。在一種實(shí)施方式中(其中線圖像強(qiáng)度分布曲線Il (X，t)的斜率M的變化頻率f在50Hz之內(nèi))，可以以充分高的速度來操作從熱發(fā)射探測(cè)器120到控制器150到光束重定向元件40的反饋控制回路，以減小或本質(zhì)上消除光束不穩(wěn)定性對(duì)退火溫度分布曲線Ta(x，t)均勻性的副作用。在有和沒有光束穩(wěn)定反饋控制的情況下都對(duì)激光退火系統(tǒng)10的退火溫度分布曲線TA(x，t)的均勻性進(jìn)行示例測(cè)量。在沒有光束穩(wěn)定反饋控制時(shí)，退火溫度分布曲線Ta(X，t)的均勻性被測(cè)量為大約2.75%。在有反饋控制的情況下，退火溫度均勻性被測(cè)量為大約1.56%。
[0073]于是，本公開的一方面涉及一種方法，用于利用激光退火系統(tǒng)10來減少對(duì)半導(dǎo)體晶片100的上表面102進(jìn)行激光退火期間形成的線圖像強(qiáng)度分布曲線lL(x，t)的時(shí)變變化(例如斜率M(t))。該方法包括以下動(dòng)作a)到f):
[0074]a)將調(diào)節(jié)光束32引導(dǎo)到光束重定向元件40，使得調(diào)節(jié)光束32通過由刀口光圈50的刀片52A和52B所界定的開口 54。
[0075]b)通過將刀口光圈50成像在半導(dǎo)體晶片100的上表面102上，來在半導(dǎo)體晶片100的上表面102上形成線圖像80，由此對(duì)半導(dǎo)體晶片100的上表面102局部加熱，以形成時(shí)變的退火溫度分布曲線(分布)Ta(X，t)；
[0076]c