KR100722723B1

KR100722723B1 - 열 처리를 위한 레이저 주사 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100722723B1
Application number: KR1020050014818A
Authority: KR
Inventors: 소미트 탈워; 데이비드 에이 마클
Original assignee: 울트라테크 인크.
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2007-05-29
Also published as: TWI272149B; KR20060043106A; JP2005244191A; JP4001602B2; TW200528223A

Abstract

주사된 레이저 방사로 기판을 열 처리하는 장치 및 방법은 개시된다. 장치는 연속 방사 소스 및 기판상에 이미지를 형성하는 광학 시스템을 포함한다. 이미지는 처리부의 각점이 부위를 열 처리하는데 충분한 방사 펄스를 받도록 기판 표면에 대해 주사된다.

주사, 방사, 기판, 처리

Description

열 처리를 위한 레이저 주사 장치 및 방법{LASER SCANNING APPARATUS AND METHODS FOR THERMAL PROCESSING}

도 1a 는 본 발명 장치의 일반적인 실시형태의 개략도.

도 1b 는 도 1a 의 장치에 의해 기판상에 형성된 장 치수 L1 과 단 치수 L2를 가지는 이상적인 선 이미지의 한 예시적 실시형태를 도시함.

도 1c 는 실제 선 이미지에 관한 강도 분배를 나타내는 2 차원도.

도 1d 는 기판 표면의 선 이미지를 형성하도록 원뿔형 거울을 포함하는 도 1a 의 장치를 위한 광학 시스템의 한 예시적 실시형태의 개략도.

도 2a 는 방사 소스와 광학 시스템사이에 배치된 빔 변환기를 더 포함하는 한 도 1a 의 레이저 주사 장치의 예시적 실시형태를 나타내는 개략도.

도 2b 는 도 2a 의 장치의 빔 변환기가 방사 빔의 프로파일을 조절하는 방법을 나타내는 개략도.

도 2c 는 가우시안-투-플랫-탑 (Gaussian-to-flat-top) 변환기를 포함하는 변환기/광학 시스템의 한 예시적 실시형태의 단면도.

도 2d 는 도 2c 의 변환기/광학 시스템에 의해 형성된 것과 같이 흐리게 되지 않은 방사 빔의 강도 프로파일의 플롯.

도 2e 는 이미지 양끝에서 강도 피크가 감소하도록, 간극을 흐려지게 함으로 써 흐려진 가장자리 광선을 갖는 도 2D 와 같은 플롯.

도 3 은 본 발명의 한 상이한 예시적 실시형태를 나타내는 추가적 요소들을 갖는 도 1a 의 장치에 개략도와 유사한 개략도.

도 4 는 입사각 Φ 가 0°와 동일하거나 그와 가까운 도 3 의 장치의 반사 방사 모니터의 한 예시적 실시형태를 도시함.

도 5 는 이미지가 주사될 때, 이미지의 위치에 또는 그 주변에서의 기판의 온도를 측정하도록 사용되는 도 3 의 장치의 진단 시스템의 한 예시적 실시형태의 근접도.

도 6 은 반도체 트랜지스터의 소스 영역과 드레인 영역에서 도펀트를 활성 시키는데 이용되는 온도보다 약간 높은 온도인 1410℃ 흑체에서 상대 강도 대 파장의 프로파일 (플롯).

도 7 은 입사 및 반사 레이저 빔을 포함하는 평면의 45 도 배향을 도시하는 격자 패턴으로 정렬한 피처를 갖는 기판의 근접 등각도.

도 8 은 아래의 표면들로부터 반사되는 10.6 미크론 레이저 방사 빔의 p 및 s 편광 방향 모두에 대해, 방사도 대 입사각을 도시: (a) 단순한 실리콘, (b) 실리콘 상부에 0.5 미크론 산화 절연체, (c) 실리콘상의 0.5 미크론 산화 절연체 상부의 0.1 미크론 폴리실리콘 러너(runner), (d) 무한 깊이 실리콘 산화 층.

도 9 는 최적 방사 빔 기하배열에서 장치의 동작을 나태내는, 그 위에 형성된 격자 패턴 형태를 갖는 반도체 웨이퍼의 형태로 기판을 처리하는데 사용되는 본 발명 장치의 실시형태의 하향 등각도.

도 10 은 기판 표면상에 이미지의 좌우교대 주사 패턴를 도시하는 기판의 평면도.

도 11 은 이동가능한 주사 거울을 포함하는 광학 시스템의 예시 실시형태의 단면도.

도 12 는 기판상에서 이미지의 나선형 주사를 수행하도록 회전식 또는 선형 모두로 이동할 수 있는 스테이지상에 위치하는 4 개의 기판의 평면도.

도 13a 및 13b 는 인접한 주사 경로를 주사하기전에 기판이 냉각되도록 하는 공간에 의해 주사 경로가 분리되는 교대 래스터 주사 패턴을 도시하는 기판의 평면도.

도 14 는 본 발명 장치를 위한 나선형 주사 방법, 광학적 주사 방법, 및 좌우교대 주사 방법에 대한 기판/시간 단위의 모의 처리율 대 마이크로 초 단위의 드웰 시간의 플롯.

도 15 는 반사된 방사를 받고 "순환 방사" 로서 이를 다시 기판을 향하게 하도록 배치된 순환 광학 시스템을 더 포함하는 도 1a 의 LTP 시스템과 유사한 LTP 시스템의 예시적 실시형태의 근접 개략도.

도 16 은 에지 반사기와 집광/초점 렌즈를 포함하는 도 15 의 순환 광학 시스템의 예시적 실시형태.

도 17 은 에지 반사기가 축 (AR) 에서 ΔD 만큼 이동되어 (벗어나) 직접 입사와 순환 방사 빔사이에 입사각의 오프셋이 나타나게하는, 도 16의 순환 광학 시스템의 예시적 실시형태의 변형의 단면도.

도 18 은 단위 확대 중계기와 루프 거울을 가지는 도 15의 순환 광학 시스템의 한 예시적 실시형태의 단면 개략도.

도19 는 집광/초점 렌즈 및 회절 격자 (grating) 를 포함하는 도 15의 순환 광학 시스템의 또 상이한 예시적 실시형태의 단면 개략도.

도 20은 기판 법선의 대항 측으로부터의 유사한 입사각으로 기판을 조사하도록 배치된 2 개의 레이저 다이오드 배열과 2 개의 대응되는 LTP 광학 시스템을 채용한 LTP 시스템의 예시적 실시형태의 단면 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

A1: 광학 축 12: 연속 방사 소스

14A: 연속 방사 빔 14B: 방사 빔

20: 광학 시스템 40: 척 (chuck)

42: 척 상단 표면 46: 기판 스테이지

50: 압반 60: 기판

62: 기판 표면 66A: 소스 영역

66B:드레인 영역 70: 제어기

76: 스테이지 제어기 72, 78, 80 및 82: 선

90,92 및 94: 신호 100: 이미지

도에 나타난 다양한 구성요소는 단지 설명적이고 스케일에 따라 그려지지 않았다. 특정 부분은 확대되었고 반면 상이한 부분은 축소될 수 있다. 도면은 당업자가 이해하고 적합하게 실시할 수 있는 본 발명의 다양한 구현이 도시되도 록 한 것이다.

발명의 분야

본 발명은 기판, 특히 집적 소자 또는 회로가 형성된 반도체 기판의 열 처리를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래기술

집적 회로 (ICs) 의 제조는 반도체 기판에 포토 레지스트 코팅, 포토 리소그래피 노출, 포토 레지스트 현상, 에칭, 연마, 및 가열 또는 “열 처리” 와 같은 많은 처리들을 받게 하는 것을 포함한다. 어떤 애플리케이션에서, 기판의 도핑 (doped) 된 영역 (예를 들면, 소스 및 드레인 영역) 의 도펀트 (dopant) 를 활성화하기 하도록 열 처리가 수행된다. 열 처리는 급속 열 어닐링 (rapid thermal anealing; RTA) 과 레이저 열 처리 (LTP) 와 같은, 다양한 가열 (및 냉각) 기술을 포함한다. 레이저가 열 처리 수행에 사용되는 경우, 그 기술은 때때로 “레이저 처리” 또는 “레이저 어닐링”이라 불린다.

집적 회로 (IC) 제조 산업에서 반도체 기판의 처리에 대한 다양한 기술과 시스템이 공지되어 있고 사용되고 있다. 레이저 처리는 어닐링되는 재료의 온도를 어닐링 온도에 이르게 하고 다시 처음 온도 (예를 들어, 분위기) 로 내리는 단일 싸이클로 행해지는 것이 바람직하다.

활성화, 어닐링 등을 위해 요구되는 열 처리 싸이클이 1 밀리초 이하로 유지될 수 있다면, IC 성능의 실질적 향상이 가능하다. 마이크로초 보다 짧은 열 싸이클 주기는 하나 이상의 회로에 균일하게 확산된 펄스 레이저로부터의 방사를 사용하여 용이하게 얻어진다. 펄스 레이저 소스를 사용한 레이저 열 처리를 수행하기 위한 예시적인 시스템은 명칭이 “레이저 열 처리 장치 및 방법 (LASER SCANNING APPARATUS AND METHODS FOR THERMAL PROCESSING)”인 미국 특허 제 6,366,308 B1 호에 기술되어 있다. 그러나, 방사 펄스를 짧게 할 수록 열 처리 가능한 영역은 얇아지고, 회로 소자가 실질적 온도 편차를 유발하기 쉽게 된다. 예를 들어, 두꺼운 필드-산화 절연체 상에 위치한 폴리실리콘 도체는 실리콘 웨이퍼 표면의 표면에서 얕은 접합보다 훨씬 빨리 가열된다.

가열 깊이가 더 크고 회로 양단의 온도를 동일하게 하기 위해 측면 가열 도체에 대한 펄스 간격 동안 사용 가능한 더 많은 시간이 있기 때문에, 더 긴 방사 펄스로 더 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다. 그러나, 펄스 당 에너지가 너무 높아지고 이러한 높은 에너지를 공급하는데 필요한 레이저 및 관련 전력 공급이 너무 크고 비싸지기 때문에, 1 마이크로초보다 긴 주기 및 5 cm²의 회로 면적을 넘는 레이저 펄스 길이로 확장하는 것은 비실용적이다.

펄스 방사를 사용하는 대안적 접근 방법은 연속 방사를 사용하는 것이다. 레이저 다이오드의 형태의 연속 방사 소스를 채용한 예시적 열 처리 장치는 2000년 3월 27일에 출원되고 본 출원의 양수인과 동일한 양수인에게 양도된 발명의 명칭이 “기판을 노출하는 방사 에너지의 선 소스를 가지는 장치 (APPARATUS HAVING LINE SOURCE OF RADIANT ENERGY FOR EXPOSING A SUBSTRATE)”인 미국 특허 출원 09/536,869호에 개시되어 있다. 레이저 다이오드 바 어레이는 100 W/cm 범위의 출력 전력으로 얻어질 수 있고 1 미크론 폭 정도의 선 이미지를 생성하도록 이미징될 수 있다. 레이저 다이오드 바 어레이는 또한 전기를 복사 에너지로 변환하는데 매우 효율적이다. 또한, 약간 상이한 파장에서 각각 동작하는 많은 다이오드가 있기 때문에, 이들은 동일한 선 이미지를 형성하도록 이미징될 수 있다.

그러나, 연속 방사 소스로서 다이오드를 사용하는 것은 특정 애플리케이션들에 대해서만 가장 적합하다. 예를 들면, 대략 1 미크론 가량 보다 작은 깊이를 가진 소스 영역과 드레인 영역을 어닐링할 때, 방사는 이 깊이를 초과하는 실리콘에서 흡수되지 않는 것이 바람직하다. 불행하게도, 0.8 미크론 파장에서 동작하는 전형적인 레이저 다이오드에 대한 흡수 깊이는 실온의 실리콘에 대해 약 20 미크론이다. 그러므로, 기판의 최상위 (예를 들어, 대략 1 미크론 보다 얇은) 영역을 처리하고자 하는 열 처리 애플리케이션에서, 다이오드 기반의 방사의 대부분은 필요 또는 희망보다 훨씬 깊게 실리콘 웨이퍼에 침투된다. 이것은 요구되는 전체 전력을 증가시킨다. 이 문제를 감소시키기 위해 얇은 흡수 코팅이 사용될 수 있으나, 이미 복잡한 제조 공정에 복잡함을 더한다.

본 발명의 일 양태는 기판 영역의 열 처리를 위한 장치이다. 이 장치는 기판 영역을 가열할 수 있는 파장 및 제 1 강도 프로파일을 갖는 연속 방사 빔을 제공할 수 있는 연속 방사 소스를 포함한다. 광학 시스템은 연속 방사 소스의 하류 (downstream) 에 배치되고 방사빔을 수광하여 기판에 이미지를 형성하는 제 2 방사 빔을 형성도록 구성된다. 예시적인 실시형태에서, 이미지는 선 이미지이다. 또한, 장치는 기판을 지지하도록 구성된 스테이지를 포함한다. 하나 이상의 광학 시스템 및 스테이지는, 영역을 처리하는데 충분한 온도까지 방사 펄스로 영역을 가열하기 위해 주사 방향으로 기판에 대해 이미지 주사하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태는, 기판 영역을 열 처리하는 방법이다. 이 방법은 기판 영역을 가열할 수 있는 파장을 갖는 연속 방사 빔을 생성하는 단계, 및 그 후 영역의 각각의 점이 기판 영역을 처리할 수 있는 열 에너지량을 받도록 주사 방향으로 영역상에 방사를 주사하는 단계를 포함한다.

삭제

하기의 본 발명의 실시형태의 상세한 설명에서, 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시형태를 예시하는 방식으로 도시되고 명세서 일부를 구성하는 첨부된 도면을 참조한다. 이들 실시형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 기술하였고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상이한 실시형태가 이용될 수 있고 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 수 있다. 그러므로, 하기의 상세한 설명은 한정적 의미로 이해되어서는 안되고, 본 발명의 범위는 오직 첨부하는 청구범위에 의해 정의된다.

(일반적인 장치 및 방법)

도 1a 는 본 발명의 레이저 주사 장치의 일반적인 실시형태의 개략도이다. 도 1a 의 장치 (10) 는 광학 축 (A1) 에 따라, 광학 축에 대해 직각에서 측정된 출력 전력과 강도 프로파일 (P1) 을 갖는 연속 방사 빔 (14A) 을 방출하는 연속 방사 소스 (12) 를 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 방사 빔 (14A) 은 시준 (collimated) 된다. 또한, 예시적인 실시형태에서, 방사 소스 (12) 는 레이저이고 방사 빔 (14A) 은 레이저 빔이다. 또한, 예시적인 실시형태에서, 방사 소스 (12) 는 약 9.4 미크론과 약 10.8 미크론 사이의 파장에서 동작하는 이산화탄소 (CO₂) 레이저이다. CO₂ 레이저는 전기를 방사로 바꾸는데 매우 효과적인 변환기이고, 그 출력 빔은 통상적으로 매우 코히어런트하여서 프로파일 (P1) 은 가우시안이다. 또한, CO₂ 레이저에 의해 생성된 적외선 파장은, 후술하는 바와 같이, 실리콘 (예를 들어, 반도체 웨이퍼 같은 실리콘 기판) 을 처리 (예를 들어, 가열) 하는데 적합하다. 또한, 예시적인 실시형태에서, 방사 빔 (14A) 이 기판상의 방사 입사가 오직 p-편광 상태 (P) 또는 오직 s-편광 상태 (S) 또는 둘 모두를 포함하도록, 선형적으로 편광되고 조작될 수 있다. 방사 소스 (12) 가 연속 방사 빔 (14A) 을 방출하기 때문에, "연속 방사 소스"라고 한다. 일반적으로, 방사 빔 (14A) 은 기판에 의해 흡수되는 파장의 방사를 포함하여서, 기판을 가열시킬 수 있다.

장치 (10) 는 또한 방사 빔 (14B) 을 구성하도록 방사 빔 (14A) 을 변경하는 (예를 들어, 초점을 맞추거나 형태를 명확하게 하는), 방사 소스 (12) 로부터 하향에 있는 광학 시스템 (20) 을 포함한다. 광학 시스템 (20) 은 단일 구성요소 (예를 들어, 하나의 렌즈 구성요소 또는 하나의 거울) 로 구성되거나 다수의 구성요소로 구성될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 광학 시스템 (20) 은 또한 후술하는 바와 같이, 주사 거울과 같은 이동가능한 구성요소를 포함할 수 있다.

장치 (10) 는 또한, 광학 시스템 (20) 의 하향에, 상위 표면 (42) 을 갖는 척 (40; chuck) 을 포함한다. 척 (40) 은 압반 (50) 에 의해 교대로 지지되는 스테이지 (46) 에 의해 지지된다. 예시적인 실시형태에서, 척 (40) 이 스테이지 (46) 에 통합된다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, 스테이지 (46) 는 이동 가능하다. 또한, 예시적인 실시형태에서, 기판 스테이지 (46) 는 x,y 및 z 축 중 하나 이상에 대해 회전 가능하다. 척 상위 표면 (42) 은 표면 법선 (N) 을 갖는 기판 (60) 및 에지 (63; edge) 를 지지할 수 있다.

예시적인 실시형태에서, 기판 (60) 은 후술하는 바와 같이 장치 (10) 에서의 기판의 정렬을 용이하게 하는 기준 피처 (feature; 64) 를 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 기준 피처 (64) 는 또한 단일 결정 기판의 결정 방향을 식별하도록 동작한다. 예시적인 실시형태에서, 기판 (60) 은, 산 호세 95134, 3081 쟁커 로드 (Zanker Road), SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International, 국제 반도체 장비 및 재료) 로부터 입수할 수 있는 문서인, Semi M1-600 호 "폴리싱된 단일 결정 실리콘 웨이퍼의 명세서" 에 기술된 것처럼 단일 결정 실리콘 웨이퍼이며, 이 문서는 여기에 참조로 포함된다.

또한, 예시적인 실시형태에서, 기판 (60) 은 기판 내에 형성된 회로의 부분 (67, 예를 들어, 트랜지스터) 으로서 표면 (62) 또는 그 근처에 형성된 소스 영역 및 드레인 영역 (66A 및 66B) 을 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 소스 영역 및 드레인 영역 (66A 및 66B) 은 1 미크론 미만의 기판 내부의 깊이를 가지며 얇다.

축 (A1) 과 기판 법선 (N) 은 방사 빔 (14B, 및 축 (A1)) 이 기판 표면 법선 (N) 과 이루는 입사각 (φ) 인 각 (Φ) 을 형성한다. 예시적인 실시형태에서, 방사 빔 (14B) 은 기판 표면 (62) 으로부터 반사된 방사가 방사 소스 (12) 로 복귀하지 않는 것을 보장하는 입사각 (φ>0) 을 가진다. 일반적으로, 입사각은 범위 (0°≤φ<90°) 에서 변할 수 있다. 그러나, 특정 애플리케이션은 이하 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 이 범위 내의 선택 입사각에서 장치를 동작시키는 이점을 갖는다.

예시적인 실시형태에서, 장치 (10) 는 통신 선 ("선"; 72) 을 통해 방사 소스 (12) 와 결합되고 선 (78) 을 통해 스테이지 제어기 (76) 에 결합되는 제어기 (70) 를 포함한다. 스테이지 제어기 (76) 은 스테이지의 이동을 제어하도록 선 (80) 을 통해 스테이지 (46) 와 결합될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 제어기 (70) 는 또한 선 (82) 을 통해 광학 시스템 (20) 과 결합된다. 제어기 (70) 는 각각의 신호들 (90, 92 및 94) 을 통하여 방사 소스 (12), 스테이지 제어기 (76), 및 광학 시스템 (20; 예를 들어, 그 안의 구성요소의 이동) 을 제어한다.

하나의 예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 선 (72, 78, 80 및 82) 은 배선이고 대응하는 하나 이상의 신호 (90, 92 및 94) 는 전기적 신호인 반면, 또 다른 예시적인 실시형태에서 하나 이상의 전술한 선은 광섬유이고 대응하는 하나 이상의 신호는 광학 신호이다.

예시적인 실시형태에서, 제어기 (70) 는 널리 알려진 텍사스 오스틴의 델 컴퓨터사 (Dell Computer,Inc.) 와 같은 널리 알려진 다수의 컴퓨터 회사 중 하나로부터 입수할 수 있는 개인용 컴퓨터 또는 워크스테이션과 같은 컴퓨터이다. 제어기 (70) 는 인텔 펜티엄 시리즈, 또는 AMD K6 또는 K7 프로세서와 같은 시판되는 마이크로 프로세서 중 임의의 하나, 하드 디스크 드라이브와 같은 메모리 장치에 프로세서를 접속하기 위한 적절한 버스 아키텍쳐, 및 적절한 입력 및 출력 장치 (예를 들면, 각각 키보드 및 디스플레이) 를 포함하는 것이 바람직하다.

도 1a 를 계속 참조하면, 방사 선 (14B) 은 광학 시스템 (20) 에 의해 축 (A1) 을 따라 기판 표면 (62) 으로 향하게 된다. 예시적인 실시형태에서, 광학 시스템 (20) 은 기판 표면 (62) 상에 이미지 (100) 를 형성하도록 방사 빔 (14B) 의 초점을 맞춘다. 용어 "이미지" 는 일반적으로 방사 빔 (14B) 에 의해 기판 표면 (62) 상에 형성된 광의 분포를 나타내는 것으로 이 명세서에서 사용된다. 그러므로, 이미지 (100) 는 일반적 의미에서 관련 객체를 반드시 가질 필요는 없다. 또한, 이미지 (100) 는 광선을 포인트 초점에 이르게 함으로써 형성될 필요는 없다. 예를 들어, 이미지 (100) 는 원형 대칭인 광학 시스템으로부터 형성된 직각으로 입사되고 초점을 맞춘 빔으로부터 형성된 원형 점 (spot) 은 물론, 아나모픽 광학 시스템 (20) 에 의해 형성된 타원형 점 일 수 있다. 또한, 용어 "이미지" 는 기판 (60) 에서 빔 (14B) 를 차단함으로써 기판 표면 (62) 상에 형성된 광의 분포를 포함한다.

이미지 (100) 는 정사각형, 직사각형, 타원, 등과 같은 여러가지 모양을 가질 수 있다. 또한, 이미지 (100) 는, 균일한 선 이미지 분포에 대응하는 것을 포함하는 다양한 상이한 강도의 분포를 가질 수 있다. 도 1B 는 이미지 (100)의 예시적인 실시형태를 선 이미지로서 나타낸다. 이상적인 선 이미지 (100) 는 장 치수 (길이; L1), 단 치수 (폭; L2) 및 균일한 (예를 들어, 플랫-탑) 강도를 갖는다. 실제는, 선 이미지 (100) 는 회절 효과 때문에 완전히 균일하지 않다.

도 1c 는 실제 선 이미지에 관한 강도 분포를 나타내는 2 차원도이다. 대부분의 애플리케이션에서, 단 치수 (L2) 에서 통합된 단면은, 동작상 유용한 이미지 부분에서 약 ±2% 의 통합 강도 분포 균일도로, 장 치수 (L1) 에서만 실질적으로 균일할 필요가 있다.

도 1b 및 1c 를 계속 참조하면, 예시적인 실시형태에서, 길이 (L1) 은 약 1.25cm 부터 약 4.4cm 까지의 범위이고 폭은 약 50 미크론이다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, 길이 (L1) 은 1cm 이하이다. 또한, 예시적인 실시형태에서, 이미지 (100) 는 50 kW/cm² 부터 150 kW/cm² 까지의 강도 범위를 갖는다. 이미지 (100) 의 강도는, 특정 애플리케이션에 대해, 얼마나 많은 에너지가 기판에 전달되어야 하는지, 이미지 폭 (L2) 및 기판 표면 (62) 에서 이미지가 얼마나 빨리 주사되는지에 기초하여 선택된다.

도 1d 는 기판 표면에 선 이미지를 형성하기 위한 원뿔형 거울들 (M1, M2 및 M3) 을 포함하는 광학 시스템 (20) 의 개략도이다. 도 1d 의 광학 시스템 (20) 은 반사 원뿔의 부분이 선 이미지 (100) 에 시준된 빔의 초점을 맞추는데 사용될 수 있는지를 나타낸다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 광학 시스템 (20) 은 포물선 모양의 원기둥형 거울 부분들 (M1 및 M2) 및 원뿔형 거울 부분 (M3) 을 포함한다. 원뿔형 거울 부분 (M3) 은 원뿔형 거울 전체 (가상으로 도시) 에 관한 축 (A3) 을 갖는다. 축 (A3) 은 시준된 빔 (14A) 과 평행하고 기판 표면 (62) 을 따라 놓여진다.

선 이미지 (100) 는 축 (A3) 을 따라 기판 표면 (62) 상에 형성된다. 광학 시스템 (20) 에 이러한 배치의 이점은 입사각 (φ) 의 최소 편차를 갖는 좁고 회절 제한된 (diffraction-limited) 이미지 (100) 를 생성하는데 있다. 선 이미지의 길이 (L1) 는 입사각 (φ) 및 y축 방향에서 측정된 시준된 빔의 크기에 의하여 주로 결정된다. 방사 빔 (14A') 의 경로에서 상이한 원뿔형 거울 부분 (예를 들어, 거울 (M3')) 을 스위칭함으로써 상이한 입사각 (φ) 이 얻어질 수 있다. 선 이미지 (100) 의 길이 (L1) 는, 예를 들어 조절할 수 있는 (예를 들어, 줌 (zoom)) 시준 광학계 (104) 를 사용하여 시준된 빔의 크기를 바꿈으로써 변경될 수 있다.

도 1d 를 계속 참조하면, 예시적인 실시형태에서, 시준된 빔 (14A') 의 크기는 원기둥형의 포물선 거울들 (M1 및 M2) 을 이용하여 조절할 수 있다. 시준된 빔 (14A') 은 먼저 포지티브 원기둥형 포물선 거울 (M1) 에 의해 점 (F) 에 초점이 맞춰진 선으로 보내어진다. 점 (F) 에서의 초점에 도달하기 전에, 초점 맞춘 빔 (14A') 은, 초점 맞춘 빔을 시준하는 네가티브 포물선 거울 (M2) 에 의해 차단된다. 2 개의 원기둥형 포물선 거울들 (M1 및 M2) 은 y 방향에서만 시준된 빔의 폭을 바꿀 수 있다. 그러므로, 포물선 거울들 (M1 및 M2) 은 또한 선 이미지 (100) 의 길이 (L1) 를 바꾸지만, 도면의 평면에 법선 방향으로 선 이미지의 폭 (L2) 을 바꾸지는 않는다.

또한, 도 1d 는 모두가 예를 들어, 인덱스 휠 (106, 108 및 110) 을 사용하여 광학 경로에서 소정의 고정 위치에 보내질 수 있는, 교호 포물선 거울들 (M1' 및 M2') 및 교호 원뿔형 거울 (M3') 를 도시한다.

다시 도 1a 참조하면, 예시적인 실시형태에서, 기판 표면 (62) 은 아래에 더욱 상세하게 기술되는 다수의 주사 방식 중 하나를 사용하여 이미지 (100) 아래에서 주사된다. 주사는 기판 스테이지 (46) 또는 방사 빔 (14B) 중 하나를 이동하는 것을 포함하는 여러 방법으로 이루어질 수 있다. 그러므로, 용어 "주사"는 이 명세서에서 수행 방법에 관계없이 기판 표면에 대한 이미지의 이동을 포함한다.

기판 표면 (62), 예를 들어, 영역들 (66A 및 66B) 과 같은 하나 이상의 그 선택 영역 또는 트랜지스터 (67) 와 같은 하나 이상의 회로상에 연속 방사 빔을 주사함으로써, 기판상의 각각 조사된 점이 방사 펄스를 수신한다. 200 마이크로초의 드웰 시간 (즉, 이미지가 소정의 점상에 머무는 기간) 을 채용한 예시적인 실시형태에서, 단일 주사 동안 기판 상에 각각 주사된 점에 의해 수신된 에너지량은 5 J/cm² 부터 50 J/cm²까지의 범위이다. 중첩된 주사는 전체 흡수 에너지를 더욱 증가시킬 수 있도록 한다. 그러므로, 장치 (10) 는, 펄스 방사 소스 보다는 연속 방사 소스가, 예를 들어, 기판 상에 형성된 회로 또는 회로 소자와 같은 하나 이상의 영역을 처리하는데 충분한 에너지를 갖는 기판 상의 각각의 점에 방사의 제어된 펄스 또는 버스트 (bust) 를 제공하도록 사용될 수 있게 한다. 이 명세서에서 사용된 용어로서 처리는 여러가지 중, 선택적 용융, 폭발적 재결정화 및 도펀트 활성화를 포함한다.

또한, 이 명세서에서 사용된 용어로서 "처리"는 레이저 연마 (ablation), 기판의 레이저 클리닝, 또는 포토리소그래피 노출 및 포토레지스트의 연속적인 화학적 활성화를 포함하지 않는다. 오히려, 예로서, 이미지 (100) 는, 하나 이상의 영역의 표면 온도를 상승시키기 위해 충분한 열 에너지를 제공하여 하나 이상의 영역, 예를 들어, 소스 및 드레인 영역 (66A 및 66B) 의 활성 도펀트를 처리하거나 하나 이상의 영역의 결정 구조를 변경시키기 위해 기판 (60) 상에 주사된다. 열 처리의 예시적인 실시형태에서, 장치 (10) 는 급하게 가열하거나 냉각되고, 그에 의해 1 미크론 이하의 표면 (62) 으로 부터 기판 내부로의 깊이를 갖는 트랜지스터 (67) 의 소스 영역 및 드레인 영역 (66A 및 66B) 과 같은 얇은 소스 영역과 드레인 영역을 활성화하는데 사용된다.

장치 (10) 는, 아래 기술된 예들에 의해 나타내어지는 바와 같이, 다수의 상이한 실시형태를 가진다.

(빔 컨버터를 갖는 실시형태)

도 1a 에 도시된 예시적인 실시형태에서, 방사 빔 (14A) 의 프로파일 (P1) 은 불균일하다. 예를 들어, 방사 소스 (12) 가 실질적으로 간섭 레이저이고 조준된 빔에서의 결과적인 에너지 분포가, 조준된 빔이 기판상에 이미징될때와 유사한 에너지 분포를 발생시키는 가우시안일 때에, 이러한 상황이 생길 수 있다. 어떤 애플리케이션에서는, 이미지 (100) 가 소정의 애플리케이션에서 기판의 열 처리를 수행하는데 적합한 강도 분포 및 크기를 갖도록, 방사 빔 (14A 및 14B) 을 더 균일한 분포로 조절하고 그 크기를 변경하는 것이 바람직할 수 있다.

도 2a 는 광학 시스템 (20) 과 연속 방사 소스 (12) 사이에 축 (A1) 에 따라 배열된 빔 변환기 (150) 를 더 포함하는, 도 1a 의 레이저 주사 장치 (10) 의 예시적 실시형태를 나타내는 개략도이다. 빔 변환기 (150) 는 강도 프로파일 (P1) 을 갖는 방사 빔 (14A) 을 강도 프로파일 (P2) 을 갖는 변경된 방사 빔 (14A') 으로 변환한다. 예시적인 실시형태에서, 빔 변환기 (150) 및 광학 시스템 (20) 은 단일 변환기/광학 시스템 (160) 을 형성하도록 결합된다. 빔 변환기 (150) 를 광학 시스템 (20) 의 상향에 배치된 것으로 도시하였지만, 또한 그 하향에 배치될 수도 있다.

도 2b 는 빔 변환기 (150) 가 강도 프로파일 (P1) 을 갖는 방사 빔 (14A) 을 강도 프로파일 (P2) 을 갖는 변경된 방사 빔 (14A') 으로 변환하는 방법을 나타내는 개략도이다. 방사 빔들 (14A 및 14A') 은 방사 빔에서의 상대적인 강도 분포에 대응하는 광선 간격을 갖는 광선 (170) 으로 구성되는 것으로 도시되어 있다. 빔 변환기 (150) 는 방사 빔 (14A) 의 프로파일 (P1) 을 변경하여 프로파일 (P2) 을 갖는 조절된 방사 빔 (14A') 을 형성하도록 광선 (170) 의 상대적 간격 (즉, 밀도) 을 조절한다. 예시적인 실시형태에서, 빔 변환기 (150) 는 굴절, 반사 또는 반굴절 렌즈 시스템이다.

도 2c 는 가우시안 프로파일 (P1) 을 갖는 방사 빔 (14A) 을 플랫 탑 (즉, 균일한) 프로파일 (P2) 을 갖는 방사 빔 (14A') 으로 변환시키는 변환기 (150), 및 초점이 맞추어진 방사 빔 (14B) 및 선 이미지 (100) 를 형성하는 광학 시스템 (20) 을 가지는 변환기/광학 시스템 (160) 의 예시적인 실시형태의 단면도이다. 도 2c 의 변환기/초점 맞춤 시스템 (160) 은 원기둥 렌즈들 (L1 내지 L5) 을 포함한다. 여기서, "렌즈"는 개별 렌즈 구성요소 또는 렌즈 구성요소 군 (즉, 렌즈 군) 을 의미할 수 있다. 제 1 의 2개의 원기둥 렌즈들 (L1 및 L2) 은 방사 빔 (14A) 의 직경을 축소하도록 동작하는 반면에, 원기둥 렌즈들 (L3 및 L4) 은 대략적으로 그 원래 크기이나 렌즈의 구면 수차로 인한 변경된 방사 빔 프로파일 (14A') 을 갖도록 방사 빔을 확대하도록 동작을 한다. 제 5 원기둥 렌즈 (L5) 는 광학 시스템 (20) 으로서 동작하여 그 배율이 도면의 평면 밖에 있도록 다른 렌즈에 대해 90°회전한다. 렌즈 (L5) 는 기판 (60) 상에 선 이미지 (100) 를 차례로 형성하는 방사 빔 (14B) 을 형성한다.

예시적인 실시형태에서, 도 2c 의 변환기/초점 시스템 (160) 은 또한 렌즈 (L1) 의 상향에 배열된 비네팅 개구 (vignetting apperture; 180) 를 포함한다. 비네팅 개구는, 광선이 시스템의 구면 수차에 의해 과수정되어, 플랫 강도 프로파일의 에지 상에 강도 범프를 발생시키는 입력 빔 (14A) 의 최외각 광선을 제거한다.

도 2d 는 통상의 빔 변환기 (150) 에 의해 형성된 것처럼, 언비네팅된 (unvignetted) 균일한 방사 빔 (14A') 의 예시적인 강도 프로파일 (P2) 의 플롯이다. 통상적으로, 플랫 탑 방사 빔 프로파일 (P2) 은 그 대부분의 길이 상에 평평한 부분 (200) 을 가지고, 빔 종단 (204) 근처에서는 강도 피크 (210) 를 포함한다. 비네팅 개구 (180) 를 사용하여 빔의 외곽 광선을 제거함으로써, 도 2e 에 나타난 바와 같이, 좀더 균일한 광선 빔 프로파일 (P2) 을 얻는 것이 또한 가능하다.

광선 빔 (14A) 의 최외각 광선을 비네팅함으로써 빔 종단 (204) 에서의 강도 상승을 피할 수 있지만, 빔 종단 근처의 강도의 증가는 균일한 열을 생성하는 데 바람직할 수 있다. 열은 빔 종단 (204) 에서 선 이미지 (100, 도 1B) 에 평행 방향 및 법선 방향으로 손실된다. 따라서, 빔 종단 (204) 에서 강도가 클수록, 더 높은 열 손실을 보상하는데 도움을 준다. 이미지 (100) 가 기판 (60) 상에 주사될 때, 이는 기판에 보다 균일한 온도 프로파일을 발생시킨다.

(또 다른 예시적인 실시형태)

도 3 은 도면의 상부를 가로질러 기판 (60) 상에 배치된 다수의 추가 구성요소를 더 포함하는, 도 1 의 장치와 유사한 장치 (10) 의 개략도이다. 단독 또는 다양한 조합의 이러한 추가 구성요소는 본 발명의 추가적인 예시적인 실시형태에 나타내기 위해 포함되었다. 도 3 에 채용한 추가의 구성요소가 아래의 예시적인 실시형태 각각에 의해 수행될 동작을 위해 얼마나 필요한지, 및 이전의 예시적인 실시형태에서 논의한 구성요소가 이하 논의될 실시형태에 필요한지 여부가 당업자에게는 명백할 것이다. 간략화를 위해, 이러한 실시형태들의 일부가 이전에 논의한 실시형태를 기초로 하기 때문에, 도 3 은 이러한 추가의 예시적인 실시형태에 필요한 구성요소 모두가 포함되도록 도시하였다. 이러한 추가의 예시적인 실시형태를 이하 설명한다.

(감쇠기)

도 3 을 참조하면, 하나의 예시적인 실시형태에서, 장치 (10) 는 감쇠기의 위치에 따라, 방사 빔 (14A), 빔 (14A') 또는 빔 (14B) 중 하나를 선택적으로 감쇠시키기 위해 방사 소스 (12) 의 하향에 배치된 감쇠기 (226) 를 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 방사 빔 (14A) 은 특정 방향 (예를 들어, p,s 또는 양자의 조합) 으로 편광되며, 감쇠기 (226) 는 빔을 감쇠하기 위해 방사 빔의 편광 방향에 대해 회전할 수 있는 편광기 (227) 를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, 감쇠기 (226) 는 하나 이상의 제거 가능한 감쇠 필터, 또는 다중 감쇠기 구성요소들을 포함하는 프로그램 가능 감쇠기 휠을 포함한다.

예시적인 실시형태에서, 감쇠기 (226) 는 선 (228) 을 통해 제어기 (70) 와 결합되며 제어기의 신호 (229) 에 의해 제어된다.

(1/4파 플레이트)

또 다른 예시적인 실시형태에서, 방사 빔 (14A) 은 선형적으로 편광되며 장치 (10) 는 선형 편광을 원형 편광으로 변환하는 방사 소스 (12) 의 하향에 있는 1/4파 플레이트 (230) 를 포함한다. 1/4파 플레이트 (230) 는 감쇠기가 기판 표면 (62) 으로부터 반사 또는 산란되는 방사가 방사 소스 (12) 로 복귀하지 않도록 하기 위한 편광기 (227) 를 포함하는 예시적인 실시형태에서 감쇠기 (226) 와 함께 작동한다. 특히, 복귀 경로상에서, 반사된 원형 편광 방사는 선형 편광 방사로 변환되고 편광기 (227) 에 의해 차단된다. 이 구성은 입사각 (φ) 이 0 이거나 근처 (즉, 직각의 입사각이거나 그 근처) 일때 특히 유용하다.

(빔 에너지 감시 시스템)

또 다른 예시적인 실시형태에서, 장치 (10) 는 각각의 빔의 에너지를 감시하기 위해 방사 소스 (12) 의 하향에서 축 (A1) 을 따라 배열된 빔 에너지 감시 시스템 (250) 을 포함한다. 시스템 (250) 은 선 (252) 을 통해 제어기 (70) 와 결합되고 측정된 빔 에너지를 나타내는 신호 (254) 를 제어기에 제공한다.

(폴드 거울)

또 다른 예시적인 실시형태에서, 장치 (10) 는 장치를 더욱 소형으로 하거나, 특정한 장치 기하적 배열을 형성하는 폴드 거울 (260) 을 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 폴드 거울 (260) 은 빔 (14A') 의 방향를 조절하도록 이동 가능하다.

또한, 예시적인 실시형태에서, 폴드 거울 (260) 은 선 (262) 을 통해 제어기 (70) 와 연결되며 제어기로부터의 신호 (264) 에 의해 제어된다.

(반사 방사 감시기)

도 3 을 계속 참조하면, 또 다른 예시적인 실시형태에서, 장치 (10) 는 기판 표면 (62) 으로부터 반사된 방사 (281) 를 수광하도록 배열된 반사 방사 감시기 (280) 를 포함한다. 감시기 (280) 는 선 (282) 을 통해 제어기 (70) 와 연결되고 측정한 반사 방사 (281) 의 양을 나타나는 신호 (284) 를 제어기에 제공한다.

도 4 는 입사각이 0°와 동일하거나 근처인 장치 (10) 의 예시적인 실시형태에 대한 반사된 방사 감시기 (280) 의 예시적인 실시형태를 나타낸다. 반사된 방사 감시기 (280) 는 반사된 방사 (281, 도 3) 의 작은 부분을 검출기 (287) 로 향하게 하도록 축 (A1) 에 따른 빔 스플리터 (285) 를 이용한다. 감시기 (280) 는 선 (282) 을 통해 제어기 (70) 에 연결되고 검출된 방사를 나타내는 신호 (284) 를 제어기에 제공한다. 예시적인 실시형태에서, 초점 렌즈 (290) 가 반사 방사 (281) 를 검출기 (287) 에 초점 맞추기 위해 포함된다.

반사 방사 감시기 (280) 는 여러 애플리케이션을 갖는다. 하나의 동작 모드에서, 이미지 (100) 는 가능한한 작게 만들어지고 반사된 방사 감시기 신호 (284) 의 변화가 측정된다. 그 후, 이 정보는 기판에 걸친 반사도의 편차를 평가하도록 사용된다. 이 동작 모드는 검출기 (예를 들어, 검출기(287)) 의 응답 시간이 주사된 빔의 드웰 시간 이하일 것을 요구한다. 입사각 (φ) 을 조절함으로써, 입사 빔 (14B) 의 편광 방향을 조절함으로써, 또는 양자 모두 조절함으로써 반사도의 편차는 최소화된다.

제 2 동작 모드에서, 빔 에너지 감시 시스템 (250) 으로부터의 빔 에너지 감시기 신호 (254, 도 3) 및 방사 감시 신호 (284) 는 흡수된 방사의 정확한 측정량을 산출하기 위해 조합된다. 그 후, 방사 빔 (14B) 의 에너지는 흡수된 방사를 일정한 레벨로 유지하도록 조절된다. 이러한 동작 모드의 변동을 흡수된 방사에 대응하는 방식으로 주사 속도를 조절하는 것을 포함한다.

제 3 동작 모드에서, 반사 방사 감시기 신호 (284) 는 임계치에 비교되며, 임계치 이상의 신호는 좀 더 조사를 요구하는 예측하지 못한 이상이 발생함에 대한 경고로서 사용된다. 예시적인 실시형태에서, 반사된 방사의 변동에 관한 데이터는 기판 처리가 완료된 후에 발견된 어떤 이상의 근본적 이유를 결정하는데 도움을 주도록 대응 기판 식별 코드와 함께 보존된다 (예를 들어, 제어기 (70) 의 메모리에 저장된다).

(진단 시스템)

다수의 열 처리에서, 처리될 표면의 최대 온도 또는 온도-시간 프로파일을 아는 것이 바람직하다. 예를 들어, 접합 어닐링의 경우에, LTP 동안에 도달한 최대 온도를 매우 정밀하게 제어하는 것이 바람직하다. 정밀한 제어는 연속 방사 소스의 출력 파워를 제어하기 위해 측정된 온도를 사용함으로써 달성된다. 이상적으로, 이와 같은 제어 시스템은 주사된 이미지의 드웰 시간보다 빠르거나 대략 같은 속도인 응답 능력을 갖는다.

그러므로, 도 3 을 다시 참조하면, 또 다른 예시적인 실시형태에서, 장치 (10) 는 기판 (60) 과 통신하는 진단 시스템 (300) 을 포함한다. 진단 시스템 (300) 은 선 (302) 을 통해 제어기 (70) 와 결합되고 기판 (62) 의 온도 측정과 같은 특정 진단 동작을 수행하도록 구성된다. 진단 시스템 (300) 은 기판 온도와 같은 진단 측정치를 나타내는 신호 (304) 를 제어기에 제공한다.

도 4 를 참조하면, 입사 각 (Φ) 이 0°와 동일하거나 근처일 때, 진단 시스템 (300) 은 초점 광학 시스템 (20) 의 경로 밖에서 회전된다.

도 5 는 주사된 이미지 (100) 의 위치 또는 그 근처의 온도를 측정하는데 사용하는 진단 시스템 (300) 의 예시적인 실시형태의 근접도이다. 도 5 의 시스템 (300) 은 축 (A2) 을 따라 방출된 방사 (310) 를 집광하는 집광 광학계 (340), 및 집광된 방사 (310) 를 스플릿하며 각각의 선들 (302A 및 302B) 을 통해 제어기 (70) 와 접속된 2 개의 검출기 (350A 및 350B) 로 방사를 향하게 하는 빔 스플리터 (346) 를 포함한다. 검출기 (350A 및 350B) 는 방사 (310) 의 상이한 스펙트럼 대역을 검출한다.

진단 시스템 (300) 의 매우 단순한 구성은 방사 빔의 후단 (trailing edge) 에서 최고열 점을 관찰하기 위한 목적으로, 실리콘 검출기 (350A) 와 같은 단일 검출기를 포함한다 (도 3). 일반적으로, 이미지 (100) 가 만나는 기판 상에 상이한 필름 (도시 생략) 은 상이한 반사도를 갖기 때문에, 이러한 검출기로부터의 신호 (304) 는 변화할 것이다. 예를 들어, 실리콘, 산화 실리콘 및 산화 실리콘상의 얇은 폴리 실리콘 필름 (thin poly-silicon film) 은 모두 직각의 입사각에서 상이한 반사도를 가지며 결과적으로 상이한 열 방사율을 가진다.

이 문제에 대처하는 방법은 온도를 추정하기 위해 소정의 시간을 통해 얻은 최고의 신호만을 사용하는 것이다. 이 접근법은 검출기의 응답 시간을 감소시키는 대신 정확성을 개선한다.

계속하여 도 5 를 참조하면, 예시적인 실시형태에서, 집광 광학계 (340) 는 기판(60) 상의 최고 열점으로부터 방출되는 방사 (310) 를 집광하도록 (화살표 (354) 에 의해 지시된 방향으로 이동하는) 이미지 (100) 의 후단에 초점이 맞춰진다. 그러므로, 기판 (60) 상에 최고열 (즉, 최고) 온도는 감시되어지고 직접적으로 제어된다. 기판 온도의 제어는 연속 방사 소스 (12) 의 배율을 변화시키는 방법, 감쇠기 (226, 도 3) 를 조절하는 방법, 기판 주사 속도 또는 이미지 주사 속도를 변화시키는 방법, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다수의 방법으로 수행될 수 있다.

전체 표면 (62) 이 동일한 방사율을 갖는다면, 기판 (60) 의 온도는 단일 파장에서 방출된 방사 (310) 를 감시함으로써 측정될 수 있다. 표면 (62) 이 패턴화된 경우에, 방사율이 파장에 따라 급격하게 변하지 않는다고 가정할 때, 온도는 주사 동작 동안에 2개의 근접하게 이격된 파장 사이의 비율을 감시함으로써 측정될 수 있다.

도 6 은 트랜지스터 (67, 도 3) 의 영역 (66A 및 66B) 인 반도체의 소스 영역 및 드레인 영역에서 도펀트를 활성화하는 특정 열 처리 애플리케이션에서 사용되는 온도의 상한인, 1410℃ 온도에 대한 강도 대 파장의 흑체 온도 프로파일 (플롯) 이다. 도 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 1410℃ 에 가까운 온도는 실리콘 검출기 어레이의 형태의 검출기 (350A 및 350B) 를 사용하여 0.8 미크론 및 1.0 미크론에서 감시될 수 있다. 단일 검출기와 비교하여 검출기 어레이 사용의 장점은, 검출기 어레이는 임의의 온도 불균일 또는 불규칙을 빠르게 발견할 수 있도록, 다수의 온도 샘플이 이미지 (100) 를 따르고 가로질러 얻어질 수 있도록 한다는 점이다. 소스 영역 및 드레인 영역 (66A 및 66B) 의 도펀트의 활성화를 포함하는 실시형태에서, 온도는 10℃ 보다 작은 포인트-투-포인트 최대 온도 변화로 1400℃ 까지 상승되어야 한다.

1400℃ 영역에서의 온도 제어를 위해, 2 개의 스펙트럼 영역은 500nm 부터 800nm 및 800nm 부터 1100nm까지일 수도 있다. 2개의 스펙트럼 영역에 대한 방사율의 비가 기판 표면상의 다양한 재료에 대해 상당히 변하지 않는다면, 2 개의 검출기로부터의 신호의 비율은 정확하게 온도와 관련될 수 있다. 온도 제어를 위해 실리콘 검출기 (350A 및 350B) 로부터의 신호 (304A 및 304B) 의 비율을 이용하는 것은 드웰 시간과 대략 동일한 응답 시간을 갖는 제어 루프 대역폭을 성취하는 것을 상대적으로 쉽게 한다.

또 다른 접근 방식은, 검출기 어레이의 형태의 검출기 (350A 및 350B) 를 이용하고 여기서 양 어레이는 기판의 동일 영역을 이미징하지만 상이한 스펙트럼 영역을 이용한다. 이 배치는 처리된 면적의 온도 프로파일이 얻어지고 최대 온도 및 온도 균일성 모두 정확하게 측정될 수 있도록 한다. 이 배치는 또한 강도 프로파일에 대한 균일성 조절을 가능하게 한다. 이러한 배치에서 실리콘 검출기를 이용하는 것은 드웰 시간과 대락 동일한 응답 시간을 갖는 제어 루프 대역폭을 허용한다.

기판 상에서 만나는 필름의 방사율 변화를 보상하는 또 다른 방법은 p 편광된 방사를 사용하여 실리콘에 대해 브루스터 각에 근접한 각으로 기판 표면 (62)를 보도록 진단 시스템 (300) 을 배열하는 것이다. 이 경우에, 브루스터 각은 진단 시스템 (300) 에 의해 감지된 파장에 대응하는 파장에 대해 계산된다. 흡수 계수는 브루스터 각에서 1 에 매우 근접하기 때문에, 방사율 또한 마찬가지이다. 예시적인 실시형태에서, 이 방법은 2 개의 검출기 어레이를 이용하여 2 개의 인접한 파장에서의 신호 비율을 얻는 방법과 결합된다. 이 경우에, 진단 시스템 (300) 의 시축 (viewing axis) 을 포함하는 평면은, 도 7 에서 나타나듯 방사 빔 (14B) 및 반사 방사 (281) 를 포함하는 평면 (440) 에 직각이다.

주사된 이미지 (100) 는 기판의 큰 부분 상에 균일한 가열을 생성할 수 있다. 다만, 광학 트레인에서의 다수의 가능한 결함 뿐만 아니라 회절이 이미지 형성과 간섭할 수 있고, 불균일한 가열과 같은 예상치 못한 결과를 초래할 수 있다. 그러므로, 이미지의 에너지 균일성을 직접적으로 감시할 수 있는 내장 이미지 감시 시스템을 갖는 것이 매우 바람직하다.

이미지 감시 시스템 (360) 의 예시적인 실시형태는 도 5 에서 도시한다. 예시적인 실시형태에서, 이미지 감시 시스템 (360) 은 주사 경로 및 기판 표면 (62) 에 의해 정의된 평면 (PS) 상에 배열된다. 이미지 감시 시스템 (360) 은 주사 경로로 배향된 핀홀 (362) 및 핀홀 뒤의 검출기 (364) 를 포함한다. 동작 중에, 기판 스테이지 (46) 는, 검출기 (364) 가 통상적인 이미지의 주사 동안에 기판 상의 포인트가 무엇을 인식하는지를 나타내는 이미지 (100) 를 샘플링하도록 위치된다. 이미지 감시 시스템 (360) 은 선 (366) 을 통해 제어기 (70) 에 연결되고 검출된 방사를 나타내는 신호 (368) 를 제어기에 제공한다.

이미지의 부분을 샘플링하는 것은 결정될 이미지 강도 프로파일 (예를 들어, 도 1c) 에 필요한 데이터를 제공하고, 이것은 차례로 결정될 기판의 가열 균일성을 가능하게 한다.

(기판 예비 정렬기)

도 3 를 다시 참조하면, 특정한 경우에서, 기판 (60) 은 소정 배향으로 척 (40) 상에 배치되는 것이 필요하다. 예를 들어, 기판 (60) 은 결정 (예를 들면, 결정 실리콘 웨이퍼) 일 수 있다. 발명자는, 결정 기판을 이용한 열 처리 애플리케이션에서, 처리를 최적화하도록 이미지 (100) 에 대해 선택한 방향으로 결정축이 정렬되는 것이 종종 바람직하다는 것을 발견했다.

따라서, 예시적인 실시형태에서, 장치 (10) 는 선 (378) 을 통해 제어기 (70) 와 연결된 예비 정렬기 (376) 을 포함한다. 예비 정렬기 (376) 는 평면 또는 노치 (notch) 와 같은 기준 피처 (64) 를 위치시키고, 처리를 최적화화기 위해 기준 피처를 선택 방향과 정렬할 때 까지 기판을 이동 (예를 들어, 회전) 함으로써 기판 (160) 을 수용하고 기준 위치 (P_R) 에 정렬한다. 신호 (380) 는 기판이 정렬될 때 제어기 (70) 로 전송된다. 그 후, 기판은 척 및 예비 정렬기 (376) 와 동작 가능하게 통신하는 기판 핸들러 (386) 를 통해 예비 정렬기로부터 척 (40) 까지 전달된다. 기판 핸들러 (386) 도 선 (388) 을 통하여 제어기 (70) 에 결합되고 신호 (390) 를 통해 제어된다. 그 후, 기판 (60) 은 예비 정렬기 (376) 상에 예비 정렬될 때 기판의 배향에 대응하는 선택 배향으로 척 (40) 상에 배치된다.

(흡수 방사 측정)

빔 에너지 감시 시스템 (250) 을 이용하여 방사 빔들 (14A, 14A' 또는 14B) 중 하나의 에너지를 측정함으로써, 그리고 감시 시스템 (280) 을 이용하여 반사된 방사 (281) 에서의 에너지를 측정함으로써, 기판 (60) 에 흡수된 방사가 결정될 수 있다. 이것은 다시, 주사 동안에 기판 표면 (62) 에 반사도 (reflectance) 의 변화에도 불구하고 기판 (60) 에 의해 흡수된 방사가 일정하게 유지될 수 있도록 한다. 예시적인 실시형태에서, 단위 면적 당 흡수 에너지를 일정하게 유지하는 것은, 연속 방사 소스 (12) 의 출력 파워; 기판 표면 (62) 상의 이미지 (100) 의 주사 속도; 및 감쇠기 (226) 의 감쇠 정도 중 하나 이상을 조정함으로써 달성될 수 있다.

예시적인 실시형태에서, 단위 면적 당 일정한 흡수 에너지는 1/4파 플레이트 (230) 를 회전시키는 것과 같이 방사 빔 (14B) 의 편광화를 변화시킴으로써 달성된다. 또 다른 예시적인 실시형태에서, 단위 면적 당 흡수 에너지는 상술한 기술의 조합에 의해 변화되거나 일정하게 유지된다. 실리콘에서의 선택한 적외선 파장의 흡수는, 실리콘의 전기 도전성을 개선하는 도펀트 불순물에 의해 실질적으로 증가된다. 심지어 입사 방사의 최소한의 흡수가 실온에서 성취되는 경우라도, 어떤 온도 증가 흡수를 증가시키고, 그에 의해 단지 수 미크론 깊이의 표면층에서 모든 입사 에너지가 빠르게 흡수되는 런어웨이 싸이클을 생성한다.

그러므로, 실리콘 웨이퍼에서의 가열 깊이는, 적외선 파장의 실온 흡수 깊이가 아니라 실리콘 표면으로부터의 열 확산에 의해서 주로 결정된다. 또한, n 형 또는 p 형 불순물을 갖는 실리콘의 도핑은 실온 흡수를 증가시키고 또한 런어웨이 싸이클을 촉진시켜 첫번째 수 미크론의 재료에서 강한 흡수를 유도한다.

(브루스터 각 또는 그 근처의 입사각)

예시적인 실시형태에서, 입사각 (φ) 은 브루스터 각에 대응하도록 설정된다. 브루스터 각에서 모든 p 편광된 방사 (P; 도3) 는 기판 (60) 에 흡수된다. 브루스터 각은, 방사가 입사되는 재료의 굴절률 (refractive index) 에 의해 결정된다. 예를 들어, 브루스터 각은 실온 실리콘 (파장 (λ) = 10.6 미크론) 에 대해 73.69°이다. 입사 방사 빔 (14B) 의 약 30% 는 법선 입사 (φ=0) 에서 반사되기 때문에, 브루스터 각 또는 그 근처에서 p 편광 방사를 사용하는 것은 열 처리를 수행하는데 요구되는 면적 당 파워를 현저하게 감소시킬 수 있다. 브루스터 각 같은 상대적으로 큰 입사 각 (φ) 의 사용은 또한 cos^-1φ 만큼 또는 법선 입사 이미지 폭의 약 3.5 배만큼 한 방향에서 이미지 (100) 의 폭을 넓힌다. 또한, 이미지 (100) 초점의 유효 깊이가 유사한 요인에 의해 감소한다.

IC 를 형성하기 위한 반도체 처리의 통상의 경우와 같이, 일부는 다중층을 갖는 다양한 상이한 영역을 갖는 표면 (62) 을 기판 (60) 이 가질때, 처리에 최적의 각도는 다양한 영역에 대해 반사도 대 입사각 (φ) 을 플롯팅함으로써 측정될 수 있다. 일반적으로, p 편광된 방사에 대해, 최소 반사도는 기판에 대한 브루스터 각 근처의 모든 영역에서 발생함을 알 것이다. 일반적으로, 각 영역의 반사도를 최소화 및 균등화하는 각, 또는 작은 각의 범위가 발견될 수 있다.

예시적인 실시형태에서, 입사각 (φ) 은 브루스터 각을 둘러싼 각도 범위내로 한정된다. 브루스터 각이 73.69°인 상기 예에서, 입사 각 (φ) 은 65°와 80° 사이에서 제한될 수 있다.

(방사 빔 기하구조 최적화)

예시적인 실시형태에서, 표면 (62) 상에 이미지 (100) 를 주사함으로 기판 (60) 을 열 처리하는 것은, 기판 표면의 매우 작은 부피의 재료가 기판의 용융점에 근접하여 가열되도록 한다. 그러므로, 실제 응력 및 장력양이 기판의 가열된 부분에서 생성된다. 어떤 조건하에서, 이 응력은 기판 (62) 에 전파되는 바람직하지 않은 슬립 평면의 생성을 초래한다.

또한, 예시적인 실시형태에서 방사 빔 (14A) 은 편광된다. 이러한 경우에, 가장 효율적 처리를 발생시키는 표면 (62) 상에 입사된 방사 빔 (14B) 의 방향 뿐만 아니라, 기판 표면 (62) 에 대한 입사된 방사 빔 (14B) 의 편광 방향을 선택하는 것이 실용적이다. 또한, 기판 (60) 의 열 처리는 종종, 기판이 구조 및 표면형태 (topography) 를 포함하는 기판 특성을 변경시키는 다수의 다른 처리를 거친 후에 수행된다.

도 7 은 그 위에 형성된 패턴 (400) 을 갖는 반도체 웨이퍼의 형태의 예시적인 기판 (60) 의 근접 등각도이다. 예시적인 실시형태에서, 패턴 (400) 은 X 및 Y 방향으로 향하는 선/에지를 갖는 격자 (즉, 맨하탄 기하형태) 에 일치하는 선 또는 에지 (404 및 406) 를 포함한다. 예를 들어, 선/에지 (404 및 406) 는 예를 들어, 폴리 런너 (ploy-runner), 게이트 및 필드 산화 절연 영역의 에지, 또는 IC 칩 경계에 대응한다. 일반적으로, IC 칩 제조에서 기판은 서로에 대해 직각으로 향하는 피처로 대부분 패턴된다.

그러므로, 예를 들어, 기판 (웨이퍼,60) 이 소스 영역 및 드레인 영역 (66A 및 66B) 의 어닐링 또는 활성화가 요구되는 IC 칩의 형성 공정에서의 포인트에 도달할 때까지, 표면 (62) 은 아주 복잡하다. 예를 들어, 일반적인 IC 제조 공정에서, 표면 (62) 은 단순한 실리콘일 수 있고, 표면의 또 다른 영역은 상대적으로 두꺼운 실리콘 산화 절연체 트렌치 (trench) 를 가질 수 있으며, 표면의 또 다른 표면은 두꺼운 산화 트렌치를 횡단하는 얇은 폴리실리콘 도체를 가질 수 있다.

따라서, 조심하지 않으면, 선 이미지 (100) 는 선/에지 (404 및 406) 의 주된 방향을 포함하는 표면 구조에 따라, 기판 표면 (62) 의 어떤 섹션으로부터 반사 또는 회절될 수 있고 다른 섹션에서는 선택적으로 흡수될 수 있다. 이러한 사실은 방사 빔 (14B) 이 편광되는 실시형태에서 특히 확실하다. 열 처리에서 일반적으로 바람직하지 않은 불균일한 기판 가열이 발생한다.

그러므로, 도 7 을 계속 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태에서, 기판 (60) 에서 방사 빔 (14B) 의 흡수의 변동을 최소화하는 최적의 방사 빔 기하구조, 즉, 편광 방향, 입사 각 (φ), 주사 방향, 주사 속도 및 이미지 각 (θ) 을 찾는 것이 바람직하다. 또한 기판에서 슬립 평면의 형성을 최소화하는 방사 빔 기하 구조를 찾는 것이 바람직하다.

기판 (60) 으로부터 반사된 방사 (281) 의 포인트 투 포인트 변동은 필름 조성 변동, 선/에지 (404 및 406) 의 수 및 비율, 편광 방향의 배향 및 입사각 (φ) 을 포함하는 수개의 요소에 의하여 초래된다.

도 7 을 계속 참조하면, 평면 (440) 은 방사 빔 (14B) 및 반사된 방사 (281) 를 포함하는 것으로 정의된다. 선/에지 (404 및 406) 의 존재에 기인한 반사의 변동은, 평면 (440) 이 선/에지 (404 및 406) 에 45°로 기판 표면 (62) 을 교차하도록 방사 빔 (14B) 으로 기판을 조사함으로써 최소화할 수 있다. 선 이미지는, 또한 장 방향이 동일 평면 (440) 에 정렬되거나 이 평면과 직각이도록 형성된다. 그러므로, 입사각 (φ) 에 관계없이, 선 이미지 (100) 와 각각의 선/에지 (404 및 406) 사이의 이미지 각 (θ) 은 45°이다.

기판 표면 (62) 상의 다양한 구조 (예를 들면, 선/에지 (404 및 406)) 에 기인한 반사 방사 (281) 의 양의 변동은 입사각 (φ) 을 신중하게 선택함으로써 보다 감소될 수 있다. 예를 들면, IC 의 부품으로서 트랜지스터를 형성하는 경우에, 기판 (60) 이 소스 영역 및 드레인 영역 (66A 및 66B) 의 어닐링 또는 활성화를 위해 준비될 때, 통상적으로 a) 단순한 실리콘, b) 실리콘에 매립된 산화 절연체 (예를 들면, 약 0.5 미크론 두께), 및 (c) 매립된 산화 절연체 상부의 얇은 (예를 들면, 0.1 미크론) 폴리실리콘 런너등과 같은 구조적 특징을 모두 포함할 것이다.

도 8 은 무한 깊이의 실리콘 이산화 층에 대한 반사도에 따른, 상술한 도핑되지 않은 실리콘 기판상의 구조적 특징 각각에 대한 10.6 미크론 파장 레이저 방사의 p 편광 (P) 및 s 편광 (S) 양자의 실온 반사도의 도표 세트이다. 반사도가 편광과 입사각 (φ) 에 상당히 의존한다는 사실이 도 8 에 의해 자명하다.

약 65°와 약 80°사이의 입사각 (φ) 을 갖는 p 편광 (P, 즉 평면(440)에서 편광) 에 대해, 모든 4가지 경우의 반사도가 최소이고 모든 경우에서 변동이 또한 최소이다. 그러므로, 약 65°부터 약 80°까지의 입사각 (φ) 의 범위는 총 요구되는 전력 및 흡수된 방사의 포인트 투 포인트 변동 모두를 최소화하기 때문에, 반도체 기판을 열 처리 (예를 들면, 실리콘 기판에 형성된 도핑된 영역 활성화) 하는 기판 (10) 에 대해 특히 양호하게 적합하다.

도펀트의 존재 및 더 높은 온도의 존재는 실리콘을 더욱 금속처럼 만들며, 최소 대응 브루스터 각을 더 큰 각 및 방사도로 시프트하도록 기능한다. 그러므로, 도핑된 기판 및/또는 더 높은 온도에서, 최적의 각도는 도핑되지 않은 재료의 실온에서의 브루스터 각에 대응하는 것보다 더 클 것이다.

도 9 는 최적의 방사 빔 기하구조에서 장치의 동작을 나타내는, 반도체 웨이퍼의 형태의 기판 (60) 을 처리하는데 사용되는 장치 (10) 의 평면 등각도이다. 웨이퍼 (60) 는 예를 들어, IC 칩 (예를 들어, 도 1a 의 회로 (67) 과 같은) 을 나타내는 격자에서 각각 스퀘어 (468; square) 를 갖는, 그 위에 형성된 격자 패턴을 포함한다. 선 이미지 (100) 은 45°의 이미지 각 (θ) 을 발생시키는 방향 (470) 으로 기판 (웨이퍼) 표면 (62) 에 대해 주사된다.

(결정 배향에 대한 설명)

상술한 바와 같이, 단일 결정 실리콘 웨이퍼 같은 결정 기판은 주 결정 평면들 중 하나의 방향에 대응하는 에지 (63) 에서 기판에 형성된 기준 피처 (64, 예를 들면, 도 9 에 도시된 노치 또는 플랫) 에 의해 배향이 표시되는 결정 평면을 갖는다. 선 이미지 (100) 의 주사는 주사 방향 (470, 도 9) 의 법선 방향 (474) 에서 큰 열 기울기 (gradient) 및 응력 집중을 발생시키고, 이는 결정 기판의 구조적 무결성에 역 효과를 가질 수 있다.

도 9 를 계속 참조하면, 보통의 경우는, 웨이퍼 표면 상에 2 개의 주 결정축 ((100) 및 (010)) 에 45°로 정렬된 (100) 결정 방향 및 선/에지 (404 및 406) 를 갖는 실리콘 기판 (60) 에 대한 것이다. 바람직한 주사 방향은 결정의 슬립 평면의 형성를 최소화하도록 주 결정 축 중 하나를 따른다. 그러므로, 결정 내의 슬립 발생을 최소화하는 바람직한 주사 방향은 실리콘 기판의 통상의 경우에서 선/에지 (404 및 406) 에 관하여 바람직한 방향과 또한 일치한다. 만약 일정한 배향이 선 이미지 (100), 선/에지 (404 및 406) 및 결정 축 ((100) 및 (010)) 사이에 유지된다면, 기판 (웨이퍼, 60) 에 관한 선 이미지의 주사는 순환 또는 아치 방식이 아니라 선형 (예를 들면, 앞뒤로) 방식으로 실시되어야 한다. 또한, 특정 주사 방향이 결정 배향에 관하여 요구되기 때문에, 예시적인 실시형태에서 기판은, 예를 들어 기판 예비 정렬기 (376, 도 3) 를 사용하여 척 (40) 상에서 예비 정렬된다.

기판 결정 축 ((100) 및 (010)) 및 주사 방향 (470) 사이에서 방향을 신중히 선택함으로써, 열적으로 유발된 응력에 기인한 기판 결정 격자에서 슬립 평면 생성의 가능성을 최소화하는 것이 가능하다. 결정 격자가 급한 열 기울기에 의해 생긴 슬립에 최대 저항을 갖는 최적의 주사 방향은 결정 기판의 속성에 따라 달라진다고 생각된다. 그러나, 최적의 주사 방향은 단일 결정 기판 상에 나선형 패턴의 이미지 (100) 를 주사하고 슬립이 나타나기 전에 어떤 방향의 최고 온도 기울기를 견디는지 결정하도록 웨이퍼를 조사함으로써 실험적으로 알 수 있다.

(100) 결정 실리콘 웨이퍼의 형태의 기판 (60) 에서, 최적의 주사 방향은 (100) 기판 크리스탈 격자 방향으로 정렬되거나 선/에지 (404 및 406) 가 표시하는 패턴 격자 방향에 45°이다. 이러한 사실은 기판의 중심으로부터의 거리의 함수로서 최대 온도를 점차 증가시키는 나선 패턴으로 방사상 배향의 선 이미지 (100) 를 주사함으로써 발명자에 의해 실험적으로 증명되었다. 최적의 주사 방향은, 결정 축의 방향을 갖는 슬립핑에 대해 최대 내성을 나타내는 방향들을 비교함으로써 결정되었다.

(이미지 주사)

좌우 교대식 주사

도 10 은 이미지가 가로지르는 기판 상의 각 점에서 짧은 열 펄스를 발생하도록 기판 표면 (62) 상에 이미지 (100) 의 좌우 교대식 (즉, 앞 뒤 또는 "X-Y"을 교대로) 주사 패턴 (520) 을 나타내는 기판의 평면도이다. 주사 패턴 (520) 은 선형 주사 세그먼트 (522) 을 포함한다. 좌우 교대식 주사 패턴 (520) 은 종래의 2 방향, X-Y 스테이지 (46) 로 수행된다. 그러나, 이러한 스테이지는 통상으로 상당한 질량 및 제한된 가속 능력을 갖는다. 만약 매우 짧은 드웰 시간 (즉, 주사된 이미지가 기판 상의 주어진 점에 지속하는 시간) 이 요구되면, 종래의 스테이지는 상당한 가속 및 감속하는 시간을 소비할 것이다. 또한 이러한 스테이지는 상당한 공간을 차지한다. 예를 들어, 100 미크론 빔 폭의 10 마이크로초 드웰 시간은 10 미터/초 (m/s) 의 스테이지 속도를 요구할 것이다. 1g 또는 9.8 m/s² 의 가속도에서, 이는 가속/감속하기 위하여 1.02 초 및 5.1 미터의 이동거리를 요한다. 가속 및 감속하도록 스테이지에 10.2 미터의 공간을 제공하는 것은 바람직하지 않다.

광학 주사

기판 표면 (62) 상의 이미지 (100) 의 주사는 정지 기판 및 이동 이미지를 이용하거나, 기판을 이동하고 이미지를 정지상태로 유지하거나, 또는 기판 및 이미지 모두를 이동함으로써 수행될 수 있다.

도 11 은 이동 가능한 주사 거울 (260) 을 포함하는 광학 시스템 (20) 의 예시적인 실시형태의 단면도이다. 매우 높은 효율의 가속/감속 레이트 (즉, 스테이지가 동일한 주사 효과를 달성하도록 이동하는데 필요한 레이트) 가 광학적 주사를 이용하여 달성될 수 있다.

도 11 의 광학 시스템 (20) 에서, 방사 빔 (14A 또는 14A') 은 원기둥형 구성요소들 (L10 내지 L13) 로 이루어진 f-세타 중계 광학 시스템 (20) 의 동공에 위치한 주사 거울 (260) 에서 반사된다. 예시적인 실시형태에서, 주사 거울 (260) 은 선 (542) 을 통해 제어기 (70) 에 결합되며 서보 모터 유닛 (540) 과 결합되며 서보 모터 유닛에 의해 구동된다. 서보 유닛 (540) 은 제어기 (70) 으로부터의 신호 (544) 에 의해 제어되며 선 (542) 상에서 운반된다.

광학 시스템 (20) 은 이동 선 이미지 (100) 을 형성하도록 기판 표면 (62) 상에 방사 빔 (14B) 을 주사한다. 스테이지 (46) 는 요구되는 기판 영역을 커버하도록 각각 주사 후 교차 주사 (cross-scan) 방향으로 기판 위치를 증가시킨다.

예시적인 실시형태에서, 렌즈 구성요소들 (L10 내지 L13) 은 ZnSe 로 이루어지며, CO₂ 레이저에 의해 방출된 방사의 적외선 파장, 및 기판의 가열부에 의해 방출된 가시광선 또는 근 적외선 모두에 대해 투과성이다. 이는 색선별 (dichroic) 빔 분리기 (550) 가 주사 거울 (260) 의 상류의 방사 빔 (14A) 의 경로에 배치될 수 있도록 하여, 기판으로부터 방출된 방사의 가시광선 또는 근적외선 파장이 기판을 가열하는데 사용되는 방사 빔 (14A) 의 장 파장 방사로부터 분리시킨다.

방출된 방사 (310) 는 기판의 열 처리를 감시하고 조절하는데 사용되며 집광 렌즈 (562) 및 선 (568) 을 통해 제어기 (70) 와 결합된 검출기 (564) 를 갖는 빔 진단 시스템 (560) 에 의해 검출된다. 예시적인 실시형태에서, 방출된 방사 (310) 는 필터링되며 분리된 검출기 어레이 (564, 1개만 도시) 에 초점이 맞춰진다. 검출기 (564) 에 의해 검출된 방사량에 대응되는 신호 (570) 는 선 (568) 을 통해 제어기 (70) 에 제공된다.

도 11 은 0 과 동일한 입사각 (φ) 을 갖는 방사 빔 (14B) 을 도시하지만, 상이한 실시형태에서는 입사각 (φ) 은 0 보다 크다. 예시적인 실시형태에서, 입사각 (φ) 은 축 (AR) 에 대해 기판 스테이지 (46) 를 적당히 회전시킴으로써 바꿀 수 있다.

광학 주사의 이점은 빔 또는 스테이지를 가속하거나 감속하는데, 최소한 시간이 손실되도록 아주 높은 속도로 수행될 수 있다는 것이다. 상업적으로 시판되는 주사 광학 시스템으로, 8000g 스테이지 가속의 등가가 달성되는 것이 가능하다.

나선형 주사

또 다른 예시적인 실시형태에서, 이미지 (100) 는 나선형 패턴으로 기판 (60) 에 관하여 주사된다. 도 12 는, 스테이지가 나선형 주사 패턴 (604) 을 생성하도록 이미지 (100) 에 관하여 회전으로 및 선형으로 모두 이동하는 능력을 갖는, 스테이지 (46) 상에 있는 4 개의 기판들 (60) 의 평면도이다. 회전 이동은 회전 중심 (610) 주위의 것이다. 또한, 스테이지 (46) 는 설명을 위해 도시한 4 개의 기판을 갖는 다중 기판을 운반할 수 있다.

예시적인 실시형태에서, 스테이지 (46) 는 선형 스테이지 (612) 및 회전 스테이지 (614) 를 포함한다. 나선형 주사 패턴 (604) 는, 각 기판이 나선형 주사 패턴의 일부에 의해 커버되도록 기판의 선형 및 회전 이동의 조합을 통해 형성된다. 기판 상의 각 점에서 드웰 시간을 일정하게 유지하기 위해, 회전 레이트는 회전 중심 (610) 으로부터 이미지 (100) 의 거리에 대해 반비례하도록 만들어진다. 나선형 주사는 처리의 시작과 끝을 제외하고는 급격한 가속/감속이 없다는 장점을 갖는다. 따라서,이러한 구성으로 짧은 드웰 시간을 얻는 것이 실용적이다. 또 다른 이점은 다중 기판이 단일 주사 공정에서 처리될 수 있다는 점이다.

교대 래스터 주사

인접한 경로 세그먼트들 사이에 작은 간격을 갖는 좌우 교대 패턴에서 기판 (60) 상의 이미지 (100) 주사는, 1개의 세그먼트가 끝나고 새로운 세그먼트가 바로 다음에 시작되는 주사 세그먼트의 끝에서 기판의 과도 가열을 초래한다. 이러한 경우에, 새로운 주사 경로 세그먼트의 시작 부분은, 금방 끝난 주사 경로 세그먼트로부터 기인한 현저한 열 기울기를 갖는다. 이 기울기는 빔 강도가 적당히 조정되지 않으면 새로운 주사에 의해 생성된 온도를 상승시킨다. 이는 주사 동안에 전체의 기판에 걸친 균일한 최대 온도를 달성하는 것을 어렵게 만든다.

도 13a 및 13b 는 선형 주사 경로 세그먼트들 (702 및 704) 을 갖는 교대 래스터 주사 경로 (700) 를 나타내는 기판 (60) 의 평면도이다. 도 13a 를 먼저 참조하면, 교대 래스터 주사 경로 (700) 에서, 주사 경로 세그먼트 (702) 는 인접한 주사 경로들 사이에 갭 (706) 이 있도록 먼저 수행된다. 예시적인 실시형태에서, 갭 (706) 은 선 주사의 유효 길이의 정수배와 동일한 치수를 갖는다. 예시적인 실시형태에서, 갭 (706) 의 폭은 이미지 (100) 의 길이 (L1) 와 동일하거나 비슷하다. 그리고, 13b를 참조하면, 주사 경로 세그먼트 (704) 는 갭을 채우도록 수행된다. 이 주사 방법은, 주사 동안 기판에 걸쳐 균일한 최대 온도를 달성하기 쉽도록, 근접 공간의 연속적 주사 경로 세그먼트로 일어나는 주사경로에서의 열 기울기를 크게 줄인다.

(주사 패턴의 처리율 비교)

도 14 는 나선형 주사 방법 (곡선 720), 광학 주사 방법 (곡선 724) 및 좌우 교대 (X-Y) 주사 방법 (곡선 726) 에 대한 가상 처리율 (기판/시간) 대 드웰 시간 (초) 의 도표이다. 이 비교는 약 ±2% 의 방사 균일성을 달성하도록 중복 주사 경로에 주사된 100 미크론의 빔 폭 (L2) 의 가우시안 빔 및 그에 따른 가우시안 이미지 (100) 를 생성하는데 사용되는 연속 방사 소스로서 5kW 레이저를 갖는다고 예시적인 실시형태에서 가정한다.

도표에서, 모든 조건하에서 나선형 주사 방식이 우수한 처리율을 갖는다는 것이 나타난다. 그러나, 나선형 주사 방식은 한번에 다수의 기판을 처리므로 4개의 척을 지지할 수 있는 큰 표면을 요구한다. 예를 들어, 4개의 300mm 웨이퍼에서, 표면은 직경이 약 800mm 보다 클 것이다. 이 방법의 또 다른 단점은 이 방법이 선 주사 이미지와 기판의 결정 배향 사이에서 균일한 방향을 유지할 수 없어, 결정 기판에 최적의 처리 기하구조를 유지할 수 없다는 것이다.

광학 주사 방법은 거의 드웰 시간과 독립적인 처리율을 갖고 높은 주사 속도를 요구하는 짧은 드웰 시간에 대해 X-Y 스테이지 주사 시스템 이상의 장점을 갖는다.

(순환 광학 시스템)

본 발명에서, 연속 방사 소스 (12) 에서 기판 (60) 으로 가능한 많은 에너지를 보내는 것이 중요한다. 따라서, 도 19를 간단히 참조하면, 아래에서 보다 상세하게 기술하는 바와 같이, 예시적인 실시형태에서, 방사 빔 (14B) 은 기판에서 입사각의 실질적인 범위를 갖는다. 즉, 광학 시스템 (20) 은, 실질 개구수 (numerical apperture) NA = sinθ_14B 를 갖고, 여기서 θ_14B 는 방사 빔 (14B) 의 외곽 광선 (15A 및 15B) 과 축 (A1) 에 의해 형성된 반각이다. 입사각 (φ_14B) 은 표면 법선 (N) 과 축 (A1) 사이에서 측정되며, 축 (A1) 역시 방사 빔 (14B) 의 축 광선을 나타낸다. 축의 광선 (축 A1) 및 기판 표면 법선 (N) 에 의해 형성된 각 (φ_14B) 은, 이 명세서에서 방사 빔 (14B) 에 의해 제공되는 각도의 범위의 "중심각" 이라 한다.

예시적인 실시형태에서, 중심각 (φ_14B) 은 기판상에 다양한 필름 스택들 (도시되지 않음) 사이의 반사도 변동을 최소화하도록 선택된다.

실제로, 방사 빔 (14B) 의 일부가 기판 표면 (62) 로부터 반사되는 것을 방지하는 것은 어렵다. 그러므로, 본 발명의 예시적인 실시형태는 반사된 방사 (23R) 를 포획하고 "순환 방사" (23R) 로서 다시 기판으로 향하게 하는 것을 포함하며, 이는 입사 빔 (14B)이 반사되는 위치에 기판에 의해 흡수될 수 있다. 또한, 순환 방사 (23RD) 는 처리된 하나 이상의 기판 영역 (예를 들어, 도 1a 의 영역 66A, 66B) 에 추가로 열을 제공함으로써 어닐링 공정에 기여한다.

따라서, 도 15 를 이제 참조하면, 본 발명의 레이저 주사 장치 (10) 의 예시 실시형태의 근접 개략도를 도시한다. 도 15 의 장치 (10) 는 도 1a 의 장치와 유사하지만, 반사된 방사 (23R) 를 받고 순환 방사 (23RD) 로서 다시 기판으로 향하게 하도록 배열된 순환 광학 시스템 (900) 을 더 포함한다. 순환 광학 시스템 (900) 은 표면 법선 (N) 에 대해 각 (φ_23RD) 을 이루는 축 (AR) 을 따라 배열된다. 순환 시스템 (900) 이 반사된 방사 (23R) 을 최상으로 받도록 하기 위해, 예시적인 실시형태에서 각 (φ_23RD) 은 방사 빔 입사각 (φ_14B) 과 동일하게된다.

본 발명에서, 기판은 방사 펄스로 조사된다는 것을 주목하여야 한다. 상술한 바와 같이, 기판의 선택 부분이 주어진 시간 (즉, 빔의 드웰 시간) 동안 방사 빔 (14B) 에 노출되도록, 방사 "펄스" 는 방사 빔 (14B) 에 대해 기판을 주사함으로써 생성된다. 엄밀히 말하자면, 순환 광학 시스템 (900) 을 갖는 장치 (10) 의 실시형태에서, 반사된 방사 (23RD) 는 실제로 입사된 방사 (14B) 에 관련된 펄스보다 약한 광의 제 2 펄스를 구성한다. 이 제 2 펄스는, 제 1 펄스로부터 시간 ΔT=OPL/c 만큼 시간 지연되며, 여기서 OPL 은 반사광 (23R) 이 기판으로 돌아오기 전에 광학 시스템 (900) 에서 이동하는 광 경로 길이이고, c는 광속 (~3×10⁸m/s) 이다.

OPL 은 1 미터 이하의 오더이므로, 펄스 사이의 시간 지연 (ΔT) 은 10^-9초 오더이다. 주사 속도가 1 미터/초 (m/s) 오더이므로, 기판 표면 (62) 에서 제 1 및 제2 펄스의 공간 분리는 ~(1m/s)(10^-9s)~ 10^-9m 로 주어지며, 이는 레이저 어닐링의 규격에서는 근소한 공간 분리이다. 그러므로, 입사 및 반사 방사 펄스들은 효과적으로 오버랩된다 (즉, 펄스들은 모든 실용적인 목적에서 동일한 시간에 기판의 동일부로 도달한다). 그러므로, 입사 및 반사 펄스의 조합은 단일 에너지 향상 방사 펄스를 발생시킨다. 달리 말하면, 모든 의도 및 목적에서, 입사된 (제 1) 방사 빔 (14B) 및 순환 (제 2) 방사 빔 (23RD) 은 동시에 기판 (예를 들어, 그 위의 하나 이상의 영역) 을 조사한다.

도 16 은 공동 코너 큐브 반사기 (hollow corner cube reflector; 910), 및 렌즈부터 기판 표면 (62) 까지 축 (AR) 에 따른 거리에 대응되는 초점 길이 (F) 를 갖는 집광/초점 렌즈 (916) 를 포함하는 순환 광학 시스템 (900) 의 예시적인 실시형태의 단면도이다. 공동 코너 큐브 반사기 (910) 는, 간략화를 위해 도 16 에서 2 개의 표면 (912 및 914) 만을 도시하였으나, 직각으로 교차하는 3개의 반사 표면을 갖는다.

도 16 의 광학 시스템 (900) 의 동작에서, 렌즈 (916) 은 기판 표면 (62) 으로부터 반사된 방사 (23R) 를 집광하여 평행 광선으로서 코너 큐브 반사기 표면 (912 및 914) 을 향하게 한다. 평행 광선은 3 개의 반사기 표면들로부터 반사되고, 이제 순환 방사 (23RD) 를 구성하는 평행 광선 (920') 으로서, 축 (AR) 의 대향하는 측상의 정확한 대향 방향에서 다시 렌즈 (916) 에 향한다. 평행 광선 (920') 은 렌즈 (916) 에 의해 집광되며 다시 기판 표면 (62) 에서 광선의 원점 (321) 으로 다시 초점이 맞춰진다.

도 17 은 코너 큐브 반사기 (910) 가 축 (AR) 으로부터 ΔD 만큼 변위된 (중심에서 벗어난) 도 16 에서 도시된 예시적인 실시형태의 변형의 단면도이다. 이는 반사된 방사 빔 (23R) 과 순환된 방사 빔 (23RD) 사이에 기판의 입사각의 오프셋을 초래한다. 입사각만이 변화되었고 기판상의 빔의 위치는 동일하게 위치됨을 주목하라. 2개의 빔들의 입사각 사이에 상대적 오프셋은 반사된 방사가 연속 방사 소스 (12, 도 15) 로 다시 이동하는 것을 방지하는데 이용될 수 있다. 이 특별한 예시적인 실시형태에서, 내부 전반사 (total internal reflection) 를 이용한 반사 코너 큐브는 빔의 편광을 보존하지 않기 때문에 바람직하지 않다.

도 18 은 순환 광학 시스템 (900) 의 또 다른 예시적인 실시형태의 단면도이다. 실시형태는, 기판 (60) 으로부터 축 (AR) 을 따라서, 원기둥형 거울 (950), 제 1 원기둥형 렌즈 (352), 동공 (954), 제 2 원기둥형 렌즈 (956) 및 기울어진 편광 보존 루프 (roof) 거울 (960) 을 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 원기둥형 렌즈 (352 및 956) 는 동일한 촛점 길이 (F') 를 가지며 그 초점 거리의 2배 (2F') 로 분리되고 그 사이에 중점에 동공 (954) 를 갖는 1X 중계기를 구성한다. 루프 거울 (960) 은 원기둥형 렌즈 (956) 로부터 F' 떨어져 위치하며 루프 선은 반사시키는 p 편광 방사의 방향으로 배향된다.

도 18 의 순환 광학 시스템 (900) 의 예시적인 실시형태에서, 방사 빔 (14B) 은 광학 시스템 (20) 에 의해 기판 상에 선 이미지 (100) 을 형성하도록 촛점이 맞춰진다 (도 15). 원기둥형 거울 (950) 은 반사된 방사 (23R) 을 받고 시준하며, 그 후 반사된 방사는 원기둥형 렌즈 (352 및 956) 를 통해 통과한다. 루프 거울 (960) 은 방사를 원기둥형 렌즈를 통해 다시 원기둥형 거울로 및 기판 표면으로 향하게 하도록 배열된다. 입사 방사 빔 (23) 에 대한 루프 거울 (960) 의 경사는 기판 (60) 상으로의 예비 가열 방사 빔 (23RD) 의 입사각를 결정한다. 예시적인 실시형태에서, 편광 보존 루프 거울 (960) 은 순환된 방사 (23RD) 가 연속 방사 소스 (12) 로 복귀하는 것을 방지하도록 설계된 작은 경사를 포함한다. 레이저 또는 레이저 다이오드의 공진 공동으로 복귀한 방사는 레이저의 출력 전력 레벨에서의 불안정성과 같은 동작상의 문제를 유발한다.

도 19 는 집광/초점 렌즈 (1050) 및 격자 표면 (1062) 을 갖는 격자 (1060) 를 포함하는 순환 광학 시스템 (900) 의 또 다른 예시적인 실시형태의 단면도이다. 예시적인 실시형태에서, 렌즈 (1050) 는 제 1 및 제 2 렌즈들 (1070 및 1072) 및, 제 1 과 제 2 렌즈들 사이에 위치한 개구 조리개를 갖는 고해상도의 텔레센트릭 중계기이다. 또한, 예시적인 실시형태에서, 렌즈 (1050) 는 기판 측에서 초점 거리 (F1) 및 격자 측에서 초점 거리 (F2) 를 갖고, 렌즈는, 기판 표면 (62) 이 축 (AR) 을 따라 측정하여 렌즈 (1070) 로부터 거리 (F1) 만큼 떨어져 위치되고, 격자 (1060) 는 축 (AR) 을 따라 측정하여 렌즈 (1072) 로부터 거리 (F2) 만큼 떨어져 위치되도록 배열된다. 또한 2 개의 렌즈 (1070 및 1072) 는 그 2 개의 초점 거리의 합과 동일한 거리로 분리된다.

격자 표면 (1062) 은, 반사된 방사 빔 (23R) 에서의 방사 파장을 최적으로 회절시키도록 구성되는 것이 바람직하며 격자 표면 상에 입사된 방사가 회절되어 입사 경로를 따라 복귀한다. 최적의 격자 주기 (P) 는 P=nλ/2sinφ_G 로 주어지며, λ 는 방사의 파장이고, φ_G 는 격자 표면 법선 (N_G) 에 대한 격자 상으로의 입사각이고, n 은 격자를 둘러싼 매질의 굴절율이다 (공기에 대해 n=1 ). 격자의 목적은 기판에서 기울어진 초점 평면을 보상하는 것이며, 그렇지 않으면 점 (321) 과 중계기 (1050) 의 축 사이에 도 19 의 평면에서의 거리에 의존하는 양만큼 복귀 이미지가 초점이 벗어나게 될 것이다. 중계기 (1050) 가 -1X 에서 동작하는 이 기하 구조에서 φ_G=φ_14B=φ_23R=φ_23RD 임을 주목하라. 일반적으로, tanφ_G= M tanφ_23R 이고 M 은 기판에서 격자까지 중계기 (1050) 의 배율이다.

동작시에, 반사된 방사 (23R) 는, 방사가 격자 표면 (1062) 상에 초점이 맞춰지도록 하는 렌즈 (1072) 및 렌즈 (1070) 를 포함하는 텔레센트릭 중계기 (1050) 에 의해 집광된다. 격자 표면 (1062) 은 방사를, 다시 중계기 (1050) 로 보내고 (또는 보다 정확하게, 회절시키고), 중계기는 이제 순환된 방사 (23RD) 를 반사된 방사가 향하는 지점 또는 근처에서 기판 표면 (62) 으로 다시 향하게 한다.

도 19 의 실시형태의 결점은 반사된 방사 (23R) 가 연속적으로 격자 상에 매우 작은 스폿에 이미징된다는 점이며 이는 결국 격자를 용융시키거나 다른 방식으로 손상시킬 수 있다. 격자 대신 법선 입사 거울 (미도시) 을 사용하여도 비슷한 문제를 만나게 될 것이다. 그러므로, 도 19 의 순환 광학 시스템 (900) 의 예시적인 실시형태를 사용하는 장치 (10) 를 동작시키는데 있어 주의를 요한다.

도 20 은 기판 (60) 를 어닐링하기 위한 레이저 주사 장치의 예시 실시형태의 단면 개략도이며, 여기서 장치는, 각각의 축들 (A1 및 A1') 을 따라 배열된 2 차원 레이저 다이오드 어레이 방사 소스 (12 및 12') 를 각각 갖는 2 개의 광학 시스템들 (20 및 20') 을 이용한다. 연속 방사 소스들 (12 및 12') 은 모두 제어기 (70) 와 동작 가능하게 각각 연결되고 각각 방사 빔 (14A 및 14B) 을 방출한다. 각각의 방사 빔은 대응되는 광학 시스템 (20 및 20') 에 의해 받아진다. 광학 시스템 (20 및 20') 은 방사 빔 (14A 및 14A') 으로부터 대응 방사 빔들 (14B 및 14B') 을 형성하고, 기판 표면 (62) 에서 각각의 이미지들 (100 및 100') 을 차례로 형성한다.

하나의 예시적인 실시형태에서, 광학 시스템들 (20 및 20') 은 기판에 서로 최소한 부분적으로 오버랩되는 이미지들 (100 및 100') 을 형성하도록 구성된다. 다른 예시적인 실시형태에서, 이미지들 (100 및 100') 은 선 이미지들이다. 다른 예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 어닐링 방사 빔들 (14B 및 14B') 은 실리콘에서 관련된 브루스터 각 (φ_B) 또는 그 근처인 입사각 (φ_14B 또는 φ'_14B) 으로 기판 표면 (62) 에 입사된다.

이러한 배열은 높은 전력 방사 빔들 (14B 및 14B') 을 출력하기 위한 연속 방사 소스들 (12 및 12') 에 대한 필요를 감소시킨다. 도 20 의 장치의 예시적인 실시형태는 2개의 방사 빔들 (14B 및 14B') 로 한정되지 않는다. 일반적으로, 임의의 수의 연속 방사 소스들 (12, 12', 12", 등) 및 대응되는 광학 시스템들 (20, 20', 20", 등) 이 소망하는 어닐링 효과를 달성하도록 기판 표면 (62) 상의 대응되는 이미지들 (100, 100', 100", 등, 예를 들면, 선 이미지들) 을 형성하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 많은 특징과 이점은 상세한 명세서로부터 명백할 것이며, 따라서 첨부된 특허청구범위에 의해 본 발명의 진정한 사상 및 범위를 따르는 설명한 장치의 모든 특징 및 이점을 커버하도록 의도된 것이다. 또한 당업자는 많은 개조 및 변화로 용이하게 인식한 것이기 때문에, 이 명세서에 기술된 발명을 정확한 구조 및 동작으로 한정하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 상이한 실시형태는 첨부된 특허청구범위의 범위 안에 있다.

본 발명은, 펄스 방사 소스가 아닌 연속 방사 소스가, 예를 들어 기판 내 또는 기판 상에 형성된 회로 또는 회로 소자와 같은 하나 이상의 영역을 처리하는데 충분한 에너지를 기판 상의 각각의 점에 대한 방사의 제어된 펄스 또는 버스트 (bust) 에 제공할 수 있게 한다.

Claims

기판 영역을 열 처리 하는 장치에 있어서,

상기 기판 영역을 가열시킬 수 있는 파장을 갖는 연속 제 1 방사 빔을 제공할 수 있는 연속 방사 소스;

상기 제 1 방사 빔을 수광하고, 그로부터 상기 기판에 이미지를 형성하는 제 2 방사 빔을 형성하도록 구성된 광학 시스템;

상기 기판으로부터 반사된 방사를 수광하고, 상기 기판 영역에 따라서 선택된 비수직의 입사각으로 상기 기판 영역에 접근하여, 상기 이미지와 동일한 배향 (orientation) 을 갖는 반사된 이미지를 형성하는 순환 방사 빔으로서, 상기 반사된 방사를 상기 기판으로 다시 향하게 하도록 배열된 순환 광학 시스템; 및

상기 기판을 지지하고, 상기 광학 시스템으로부터의 제 1 방사 펄스 및 상기 순환 광학 시스템으로부터의 제 2 방사 펄스로 상기 영역을 열 처리하는데 충분한 온도까지 상기 영역을 가열하도록 상기 이미지에 대응하는 상기 기판을 주사하도록 구성된 스테이지를 포함하는, 열 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 이미지는 선 이미지인, 열 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 순환 광학 시스템은 집광/초점 렌즈 및 코너 큐브 반사기를 포함하는, 열 처리 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 순환 방사 빔 및 상기 제 2 방사 빔은 각각의 입사 각을 갖고,

상기 순환 광학 시스템은 광학 축을 가지며,

상기 코너 큐브 반사기는 상기 순환 방사 빔 및 상기 제 2 방사 빔들의 상기 입사각들을 적어도 부분적으로 분리하도록 상기 광학 축에 대해 변위되는, 열 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 순환 광학 시스템은 텔레센트릭 중계기 (telecentric relay) 및 회절 격자를 포함하는, 열 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 순환 광학 시스템은 상기 기판으로부터 광학 축을 따라 순서대로,

원기둥형 거울;

단위 배율 (1X) 중계기; 및

상기 단위 배율 중계기를 통해 상기 반사된 방사를 상기 기판으로 다시 반사하도록 구성된 편광 보존 루프 거울을 포함하는, 열 처리 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 단위 배율 중계기는,

동일한 초점 거리를 갖고 그들의 초점 거리의 2 배만큼 떨어진 제 1 원기둥형 렌즈 및 제 2 원기둥형 렌즈; 및

상기 제 1 원기둥형 렌즈와 제 2 원기둥형 렌즈 사이의 중간 동공 (pupil half-way) 을 포함하는, 열 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 순환 광학 시스템은 상기 순환 방사 빔을 브루스터 각 (Brewster's angle) 근처 또는 입사각에서 상기 기판 측으로 향하게 하도록 구성된, 열 처리 장치.
기판 영역을 열 처리하는 장치에 있어서,

상기 기판 영역을 가열할 수 있는 파장을 갖는 연속 제 1 방사 빔을 각각 제공할 수 있는 2 이상의 연속 방사 소스들;

상기 제 1 방사 빔들 중 대응하는 하나의 방사 빔을 수광하고, 그로부터 상기 기판에 이미지를 형성하는 제 2 방사 빔을 형성함으로써, 상기 기판에 2 이상의 이미지 각각을 형성하는 각각의 2 이상의 광학 시스템; 및

상기 기판을 지지하고, 상기 영역을 열 처리하기에 충분한 온도까지 각각의 2 이상 방사 펄스로 상기 영역를 가열하도록 상기 2 이상의 이미지들에 대응하는 상기 기판을 주사하도록 구성된 스테이지를 포함하며,

상기 장치는, 각각의 제 2 방사 빔이 상기 기판 영역에 따라서 선택된 비수직의 입사각으로 상기 기판 영역에 접근하여, 동일한 배향 (orientation) 을 갖는 상기 2 이상의 이미지를 형성하도록 구성된, 열 처리 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 2 이상의 광학 시스템은 각각의 상기 2 이상의 이미지들을 선 이미지들로서 형성하도록 구성된, 열 처리 장치.
기판의 하나 이상의 영역을 열 처리하는 방법에 있어서,

a. 상기 하나 이상의 영역을 가열할 수 있는 파장을 갖는 연속 방사 빔을 생성하는 단계;

b. 제 1 방사 빔으로서 상기 연속 방사 빔으로 상기 기판을 조사하는 단계;

c. 상기 기판의 상기 하나 이상의 영역들로부터 반사된 연속 방사를 포착하고, 상기 기판의 상기 하나 이상의 영역에 따라서 선택된 비수직의 입사각으로 상기 기판의 상기 하나 이상의 영역에 접근하여, 상기 제 1 방사 빔으로 조사함으로써 형성된 이미지와 동일한 배향 (orientation) 을 갖는 반사된 이미지를 형성하는 순환 방사 빔으로서, 상기 반사된 방사를 상기 하나 이상의 영역으로 다시 향하게 하는 단계; 및

d. 상기 하나 이상의 영역이 상기 하나 이상의 영역을 처리할 수 있는 열 에너지량을 받도록 상기 하나 이상의 영역 상에 상기 제 1 방사 빔 및 상기 순환 방사 빔을 주사하는 단계를 포함하는, 열 처리 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 순환 방사 빔은 선택 파장에서 최소 기판 반사도에 대응하는 입사각을 갖도록 형성되는, 열 처리 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 반사된 방사를 상기 하나 이상의 영역으로 다시 향하게 하는 단계는 수광된 방사를 코너 큐브 반사기에 의해 반사하는 단계를 포함하는, 열 처리 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 반사된 방사를 상기 하나 이상의 영역으로 다시 향하게 하는 단계는 루프 거울 및 원기둥형 거울로부터 상기 반사된 방사를 반사하는 단계를 포함하는, 열 처리 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 반사된 방사를 상기 하나 이상의 영역으로 다시 향하게 하는 단계는 상기 기판으로 다시 향하는 상기 반사된 방사가 상기 하나 이상의 영역에 걸쳐 초점에서 유지되도록, 상기 반사된 방사에 대해 경사진 회절 격자에 의해 상기 반사된 방사를 회절시키는 단계를 포함하는, 열 처리 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 반사된 방사를 상기 하나 이상의 영역으로 다시 향하게 하는 단계는,

원기둥형 거울 및 단위 배율 (1X) 중계기를 통해 상기 반사된 방사를 편광 보존 루프 거울로 향하게 하는 단계를 포함하며,

상기 루프 거울은 상기 기판 부분에 초점이 맞춰진 이미지를 형성하도록 상기 반사된 방사를 상기 단위 배율 중계기를 통하여 다시 반사시키도록 구성되는, 열 처리 방법.
기판 영역을 열 처리하는 방법에 있어서,

상기 기판 영역을 가열할 수 있는 파장을 갖는 2 이상의 연속 제 1 방사 빔들을 생성하는 단계;

상기 제 1 방사 빔들 중 대응하는 하나의 방사 빔을 수광하도록 각각 구성된 대응하는 2 이상의 광학 시스템에 의해, 상기 2 이상의 연속 제 1 방사 빔들을 수광하여, 그로부터 제 2 방사 빔을 형성하는 단계로서, 상기 제 2 방사 빔 각각이, 상기 기판에 이미지를 형성함으로써 상기 기판에 적어도 부분적으로 오버랩하는 각각의 2 이상의 이미지들을 형성하는, 상기 형성 단계; 및

상기 영역을 열 처리 하는데 충분한 온도까지 각각의 2 이상의 동시 방사 펄스로 상기 영역을 가열하도록 상기 2 이상의 이미지들에 대응하는 상기 기판을 주사하는 단계를 포함하며,

상기 제 2 방사 빔 각각은 상기 기판 영역에 따라서 선택된 비수직의 입사각으로 상기 기판 영역에 접근하여, 동일한 배향 (orientation) 을 갖는 상기 2 이상의 이미지 각각을 형성하는, 열 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 순환 방사 빔은 평행 광선들로부터 형성되는, 열 처리 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 순환 방사 빔은 평행 광선들로부터 형성되는, 열 처리 방법.