KR100899321B1 - Laser thermal annealing of lightly doped silicon substrates - Google Patents

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울트라테크 인크.
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Abstract

본 발명은, 실온에서, 기판에 실질적으로 흡수되지 않는 어닐링 방사선 빔을 이용하여 기판의 레이저 열 어닐링 (LTA) 을 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 도핑되지 않은 실리콘 기판과 같은 일부 기판에 있어서 장파장 방사선 ( 1 마이크론 이상) 의 흡수가 온도에 대해 강한 함수라는 사실을 이용한다. 그 방법은, 장파장 어닐링 방사선의 흡수가 상당한 임계 온도로 상기 기판을 가열하는 단계, 그 후, 기판을 어닐링할 수 있는 온도를 생성하도록 어닐링 방사선으로 기판을 조사하는 단계를 포함한다.

Figure R1020067006066

레이저 열 어닐링, 어닐링 광학 시스템, 가열 디바이스

The present invention relates to an apparatus and method for performing laser thermal annealing (LTA) of a substrate at room temperature using an anneal radiation beam that is not substantially absorbed by the substrate. The method takes advantage of the fact that for some substrates, such as undoped silicon substrates, the absorption of long wavelength radiation (greater than 1 micron) is a strong function of temperature. The method includes heating the substrate to a significant critical temperature at which absorption of the long wavelength anneal radiation is followed by irradiating the substrate with the anneal radiation to produce a temperature at which the substrate can be annealed.

Figure R1020067006066

Laser Thermal Annealing, Annealing Optical System, Heating Device

Description

저농도로 도핑된 실리콘 기판의 레이저 열 어닐링{LASER THERMAL ANNEALING OF LIGHTLY DOPED SILICON SUBSTRATES}LASER THERMAL ANNEALING OF LIGHTLY DOPED SILICON SUBSTRATES}

관련 출원에 대한 상호 참조Cross Reference to Related Application

본 출원은, 2002년 11월 6일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/287,864 호에 관련된다.This application is related to US Patent Application No. 10 / 287,864, filed November 6, 2002.

본 발명의 배경기술Background of the Invention

본 발명의 기술분야FIELD OF THE INVENTION

본 발명은 레이저 열 어닐링 (laser thermal annealing) 에 관한 것으로, 특히, 주위 온도 (ambient temperature) 에서, 어닐링 방사선 빔을 효율적으로 흡수하지 않는 기판의 레이저 열 어닐링을 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to laser thermal annealing and, more particularly, to an apparatus and method for performing laser thermal annealing of a substrate that does not efficiently absorb annealing radiation beams at ambient temperature.

종래 기술의 설명Description of the prior art

레이저 열 어닐링 또는 LTA (또는, "레이저 열 프로세싱" 으로 지칭됨) 는, 특성의 변경을 발생시키도록 기판의 표면의 온도를 급속히 상승 및 강하시키기 위해 이용된 기술이다. 일 실시예는 집적 디바이스 또는 회로를 형성하기 위해 이용된 트랜지스터의 소스, 드레인 또는 게이트 영역의 도펀트들 (dopants) 을 어닐링하는 단계 및/또는 활성화하는 단계를 포함할 수도 있다. 또한, LTA 는, 집적 디바이스 또는 회로에 실리사이드 영역을 형성하거나, 폴리 실리콘 러너 저항 (poly-silicon runner resistances) 을 강하시키거나, 또는 기판 (또는, 웨이퍼) 으로부터 물질을 형성하거나 제거하는 화학 반응을 일으키기 위해 이용될 수 있다.Laser thermal annealing or LTA (or referred to as “laser thermal processing”) is a technique used to rapidly raise and lower the temperature of the surface of a substrate to cause a change in properties. One embodiment may include annealing and / or activating dopants of a source, drain or gate region of a transistor used to form an integrated device or circuit. In addition, LTAs can cause chemical reactions to form silicide regions in integrated devices or circuits, to reduce poly-silicon runner resistances, or to form or remove material from substrates (or wafers). Can be used for

LTA는 종래의 어닐링 기술에 비하여 1000의 인자로 어닐링 사이클을 가속하는 가능성을 제공하고, 그로 인해, 실리콘 웨이퍼에 대해 이용된 어닐링 또는 활성화 사이클 동안에, 도펀트 불순물의 확산을 실질적으로 제거한다. 그 결과, 보다 가파른 도펀트 프로파일, 일부 경우에 있어서는, 더 높은 레벨의 활성화가 야기된다. 이것은 더 높은 수행능력의 (예를 들어, 더 빠른) 집적 회로가 된다. LTA offers the possibility of accelerating the annealing cycle by a factor of 1000 compared to conventional annealing techniques, thereby substantially eliminating the diffusion of dopant impurities during the annealing or activation cycle used for the silicon wafer. The result is a steeper dopant profile, in some cases, a higher level of activation. This results in a higher performance (eg faster) integrated circuit.

미국 특허 출원 제 10/287,864 호는 CO2 레이저 방사선을 이용하여 도핑된 실리콘 기판의 LTA 를 수행하는 것을 개시한다. 레이저 방사선은, 좁은 선으로 포커싱되고, 기판을 가로질러 래스터 패턴 (raster pattern) 으로 등속 스캐닝된다. 그러나, 이 접근법은, 도핑된 실리콘에서의 레이저 방사선의 흡수 길이가 열 확산 길이보다 작거나 대략 비슷한 비교적 고농도 도핑된 기판 (즉, 약 3×1017 atoms/cm3 이상의 도펀트 농도) 에서만 잘 작동한다. 반대로, 저농도로 도핑된 기판 (즉, 약 1×1016 atoms/cm3 이하의 도펀트 농도) 에 대해서, CO2 레이저 방사선은, 상당한 에너지를 기판에 부가하지 않고 기판을 통과한다.US Patent Application No. 10 / 287,864 discloses performing LTA of a doped silicon substrate using CO 2 laser radiation. The laser radiation is focused in narrow lines and is scanned at a constant velocity in a raster pattern across the substrate. However, this approach only works well with relatively high concentration doped substrates (i.e. dopant concentrations of about 3x10 17 atoms / cm 3 or more) whose absorption length of laser radiation in doped silicon is less than or approximately equal to the heat diffusion length. . Conversely, for lightly doped substrates (ie dopant concentrations of about 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less), the CO 2 laser radiation passes through the substrate without adding significant energy to the substrate.

따라서, 10.6 ㎛ 의 파장을 갖는 CO2 레이저 방사선과 같이, 가열 없이 다른 방법으로 기판을 통과하는 방사선을 이용하여 저농도로 도핑된 실리콘 기판의 LTA 를 효율적으로 수행하는 방식이 요구된다. Therefore, there is a need for a method of efficiently performing LTA of a lightly doped silicon substrate using radiation that passes through the substrate in another way without heating, such as CO 2 laser radiation having a wavelength of 10.6 μm.

본 발명의 요약Summary of the Invention

본 발명의 제 1 양태는 일 표면을 갖는 기판의 레이저 열 어닐링을 수행하는 장치이다. 그 장치는 실온에서, 기판에 의해 실질적으로 흡수되지 않는 파장을 갖는 연속적인 어닐링 방사선을 생성할 수 있는 레이저를 포함한다. 또한, 그 장치는 어닐링 방사선을 수신하고 기판 표면에 제 1 이미지를 형성하는 어닐링 방사선 빔을 형성하게 하는 어닐링 광학 시스템을 포함하며, 제 1 이미지는 기판 표면을 가로질러 스캐닝된다. 그 장치는, 기판의 적어도 일부를 임계 온도로 가열하는 가열 디바이스를 더 포함하여 가열된 부분으로 입사된 어닐링 방사선 빔이 스캐닝 동안에 기판의 표면에 실질적으로 거의 흡수되게 한다. 일 예시적인 실시형태에서, 기판의 일부의 가열은 장-파장 어닐링 빔 직전의 단-파장 레이저 다이오드 빔을 이용하여 행해질 수 있다.A first aspect of the invention is an apparatus for performing laser thermal annealing of a substrate having one surface. The apparatus includes a laser capable of producing continuous annealing radiation having a wavelength at room temperature that is not substantially absorbed by the substrate. The apparatus also includes an anneal optical system for receiving the anneal radiation and forming an anneal radiation beam that forms a first image on the substrate surface, the first image being scanned across the substrate surface. The apparatus further includes a heating device that heats at least a portion of the substrate to a critical temperature such that the anneal radiation beam incident into the heated portion is substantially absorbed by the surface of the substrate during scanning. In one exemplary embodiment, heating of a portion of the substrate may be done using a short-wavelength laser diode beam just before the long-wave anneal beam.

본 발명의 제 2 양태는 기판을 레이저 열 어닐링하는 방법이다. 그 방법은, 실온에서, 기판에 의해 실질적으로 흡수되지 않는 파장을 갖는 레이저로부터 어닐링 방사선 빔을 제공하는 단계, 및 기판의 적어도 일부를 임계 온도로 가열하여 어닐링 방사선 빔이 가열된 부분에서의 기판의 표면 근방에서 실질적으로 흡수되도록 하는 단계를 포함한다. 또한, 그 방법은, 기판 전체에 걸쳐 어닐링 방사선 빔을 스캐닝하기 직전에, 기판의 표면의 일부를 가열함으로써 자체-유지 (self-sustaining) 어닐링 조건을 개시하는 단계를 포함한다.A second aspect of the invention is a method of laser thermal annealing a substrate. The method comprises, at room temperature, providing an anneal radiation beam from a laser having a wavelength that is not substantially absorbed by the substrate, and heating at least a portion of the substrate to a threshold temperature so as to provide an annealing radiation beam at the portion where the anneal radiation beam is heated. And substantially absorbed in the vicinity of the surface. The method also includes initiating a self-sustaining annealing condition by heating a portion of the surface of the substrate, just prior to scanning the annealing radiation beam across the substrate.

도면의 간단한 설명Brief description of the drawings

도 1a 는 LTA 광학 시스템 및 그 시스템에 의해 프로세싱될 실리콘 기판을 포함하는 본 발명의 LTA 장치의 일 예시적인 실시형태의 단면도이며, 그 LTA 장치는 기판을 지지하고 예열하는 가열 척, 및 나머지 장치로의 방사선 커플링을 감소시키고 효율적인 기판 가열을 촉진하기 위해 척을 둘러싸는 선택적 열 차폐 (optional heat shield) 를 포함한다.1A is a cross-sectional view of one exemplary embodiment of an LTA device of the present invention that includes an LTA optical system and a silicon substrate to be processed by the system, the LTA device being a heating chuck that supports and preheats the substrate, and the rest of the device; An optional heat shield surrounding the chuck to reduce radiation coupling and promote efficient substrate heating.

도 1b 는 기판을 예열하기 위해 기판을 둘러싸는 가열 인클로져를 포함한 도 1a 에 도시된 것과 유사한 본 발명의 LTA 장치의 일 실시형태의 단면도이다.FIG. 1B is a cross-sectional view of one embodiment of an LTA device of the present invention similar to that shown in FIG. 1A including a heating enclosure surrounding the substrate to preheat the substrate.

도 1c 는 도 1a 에 도시된 것과 유사한 본 발명의 LTA 장치의 일 실시형태의 단면도이며, 가열 척 및 선택적 열 차폐는, 예열 방사선 빔을 이용하여 기판의 적어도 일부를 예열하게 하는 광학 가열 시스템으로 대체된다.FIG. 1C is a cross-sectional view of one embodiment of an LTA apparatus of the present invention similar to that shown in FIG. 1A, wherein the heating chuck and optional heat shield are replaced with an optical heating system that preheats at least a portion of the substrate using a preheated radiation beam. do.

도 2 는, 도핑되지 않은 실리콘 기판에서의 흡수 경로 길이 LA (㎛) 대 10.6㎛ 파장 어닐링 방사선 빔에 대한 기판 온도 TS (℃) 의 플롯, 및 200 ㎲ 의 드웰 시간을 갖는 방사선 빔과 연관된 확산 길이 LD 대 기판 온도 TS (℃) 의 플롯을 도시한 도면이다.FIG. 2 shows the absorption path length L A (μm) versus the substrate temperature T S for the 10.6 μm wavelength annealing radiation beam in an undoped silicon substrate. Plot of diffusion length L D versus substrate temperature T S (° C.) associated with a radiation beam having a dwell time of 200 μs.

도 3 은, 자체-유지 어닐링 조건과 연관된 어닐링 방사선 빔에 의해 기판에 형성된 “핫 스팟 (hot spot)” 을 도시한 깊이 (㎛) 및 어닐링 방사선 빔 위치 (㎛) 의 함수로서 기판 온도 프로파일의 컴퓨터 시뮬레이션이다. 3 is a computer diagram of a substrate temperature profile as a function of depth (μm) and annealing radiation beam position (μm) showing the “hot spots” formed in a substrate by an anneal radiation beam associated with self-maintaining annealing conditions. It is a simulation.

도 4a 는, 기판 표면 상의 위치의 함수로서, 예열 및 어닐링 방사선 빔의 상대적인 강도 및 빔 프로파일의 일 예시적인 실시형태를 도시한 개략도이다.4A is a schematic diagram illustrating one exemplary embodiment of the relative intensity and beam profile of a preheating and annealing radiation beam as a function of position on a substrate surface.

도 4b 는, 자체-유지 어닐링 조건을 달성하기 위해, 어닐링 방사선 빔의 전방에 이미징된 예열 방사선 빔으로부터의 열이 기판에 어닐링 빔의 흡수를 촉진하는 방법을 도시한 기판의 확대 단면도이다. 4B is an enlarged cross-sectional view of the substrate showing how heat from the preheated radiation beam imaged in front of the anneal radiation beam facilitates absorption of the anneal beam on the substrate to achieve self-maintaining annealing conditions.

도 5 는, 10.6 ㎛ 의 파장을 갖는 어닐링 방사선 빔으로 고농도 도핑된 실리콘 기판을 조사 (照射) 함으로써 생성된 최대 기판 온도 TMAX (℃) 대 어닐링 방사선 빔의 입사 전력 PI (W/cm) 의 플롯을 도시한 도면이다.5 shows the maximum substrate temperature T MAX (° C.) versus the incident power P I (W / cm) of the anneal radiation beam generated by irradiating a heavily doped silicon substrate with an anneal radiation beam having a wavelength of 10.6 μm. A plot is shown.

도 6 은, 유한 요소 시뮬레이션에 의해 획득된, 도핑되지 않은 기판을 위하여, 어닐링 방사선 빔의 상이한 입사 전력 PI 에 대한 초기 기판 온도 TI 의 함수로서 최대 기판 온도 TMAX (℃) 의 플롯을 도시한 도면이다.FIG. 6 shows a plot of the maximum substrate temperature T MAX (° C.) as a function of initial substrate temperature T I for the different incident power P I of the anneal radiation beam, for an undoped substrate obtained by finite element simulation. One drawing.

도 7 은, 기판 온도 TS (℃) 의 함수로서 실리콘에서의 780nm 예열 방사선 빔의 흡수 길이 LA (㎛) 의 플롯을 도시한 도면이다. FIG. 7 is a plot of the absorption length L A (μm) of a 780 nm preheated radiation beam in silicon as a function of substrate temperature T S (° C.).

도 8a 는, Y-Z 평면에서 바라본, 도 1c 의 광학 릴레이 시스템의 일 실시형태의 단면도이다.8A is a cross-sectional view of one embodiment of the optical relay system of FIG. 1C as viewed from the Y-Z plane.

도 8b 는, X-Z 평면에서 바라본, 도 1c 및 도 8a 의 광학 릴레이 시스템의 실시형태의 단면도이다.FIG. 8B is a cross-sectional view of an embodiment of the optical relay system of FIGS. 1C and 8A, as viewed from the X-Z plane.

도 9a 는, 가열 방사선 소스 및 원통형 렌즈 어레이의 X-Z 평면에서의 확대 단면도이다.9A is an enlarged cross-sectional view in the X-Z plane of the heating radiation source and the cylindrical lens array.

도 9b 는, 가열 방사선 소스 및 원통형 렌즈 어레이의 Y-Z 평면에서의 확대 단면도이다.9B is an enlarged cross-sectional view in the Y-Z plane of the heating radiation source and the cylindrical lens array.

도 10a 는, 예열 방사선 소스, 릴레이 렌즈 및 기판에 수직 입사각으로의 예열 방사선 빔의 확대 개략도이며, 기판으로부터 반사되어 예열 방사선 소스로 되돌아가는 예열 방사선의 양을 감소시키기 위해 예열 방사선 빔에 배열된 편광자 및 1/4 파장 플레이트를 더 포함한다.10A is an enlarged schematic view of the preheat radiation source, the relay lens and the preheat radiation beam at a normal angle of incidence to the substrate, and polarizers arranged in the preheat radiation beam to reduce the amount of preheat radiation reflected from the substrate and returned to the preheat radiation source. And a quarter wave plate.

도 10b 는, 예열 방사선 소스, 릴레이 렌즈 및 기판에 수직 입사각으로의 예열 방사선 빔의 확대 개략도이며, 기판으로부터 산란되어 예열 방사선 소스로 되돌아가는 예열 방사선의 양을 감소시키기 위해 예열 방사선 빔에 배열된 편광자 및 패러데이 회전자를 더 포함한다10B is an enlarged schematic diagram of the preheat radiation beam at a normal angle of incidence to the preheat radiation source, the relay lens and the substrate, and polarizers arranged in the preheat radiation beam to reduce the amount of preheat radiation scattered from the substrate and returned to the preheat radiation source. And a Faraday rotator

도면에 도시된 다양한 구성 요소는 반드시 일정한 비율에 맞춰 그려진 것이 아니라 오직 구상한 것이다. 구성 요소의 일정한 부분은 과장될 수도 있지만 다른 부분은 축소될 수도 있다. 도면은 당업자에 의해 이해되고 적절히 실시될 수 있는 본 발명의 다양한 구현을 도시하도록 의도된다.The various components shown in the drawings are not necessarily drawn to scale, but merely contemplated. Certain parts of the component may be exaggerated, while others may be reduced. The drawings are intended to illustrate various implementations of the invention that can be understood and appropriately carried out by those skilled in the art.

본 발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

본 발명은 기판의 레이저 열 어닐링 (LTA) 에 관한 것으로, 특히, 저농도로 도핑된 실리콘 웨이퍼 (기판) 의 LTA 를 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 여기서, “저농도 도핑” 이란 1016 atoms/cm3 이하의 도펀트 농도를 의미한다. 기판에서의 도펀트 농도는, 원하는 저항 레벨 및 기판 타입 (N-타입 또는 P-타입) 을 달성하기 위해 수직 기판 제품과 연관될 수도 있다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to laser thermal annealing (LTA) of substrates, and more particularly, to apparatus and methods for performing LTA of lightly doped silicon wafers (substrates). Here, "low concentration doping" means a dopant concentration of 10 16 atoms / cm 3 or less. Dopant concentration in the substrate may be associated with a vertical substrate product to achieve the desired resistance level and substrate type (N-type or P-type).

이하의 설명에서, 본 발명에 의해 생성될 것이 요구되는 "자체-유지 어닐링 조건" 의 설명과 함께, 본 발명의 LTA 장치의 일반화된 실시형태가 기술된다. 이것은 본 발명의 다양한 예시적인 실시형태에 의해 이해된다. 또한, 본 발명은 실리콘 기판에 의한 방사선의 흡수의 중요한 특성을 도시하는 다수의 상이한 기판 온도 플롯과 관련하여 추가 설명된다. 또한, 예열 방사선 빔의 적절한 전력 레벨을 결정하는 방법은, 예열 방사선 빔으로 기판을 가열하는 일 예시적인 실시형태에서 이용된 가열 렌즈의 예에 따라 설명된다. 또한, 예열 및 어닐링 방사선 빔의 바람직한 스캐닝 및 방위가 상세히 기술된다.In the following description, a generalized embodiment of the LTA apparatus of the present invention is described with the description of the "self-maintaining annealing conditions" required to be produced by the present invention. This is understood by various exemplary embodiments of the present invention. In addition, the present invention is further described in connection with a number of different substrate temperature plots showing the important properties of absorption of radiation by a silicon substrate. Also, a method of determining an appropriate power level of a preheat radiation beam is described according to an example of a heating lens used in one exemplary embodiment of heating a substrate with a preheat radiation beam. In addition, preferred scanning and orientation of the preheating and annealing radiation beams are described in detail.

Ⅰ. 일반화된 I. Generalized LTALTA 장치 Device

도 1a 는 어닐링될 기판 (10) 과 함께, 본 발명의 LTA 장치 (8) 의 일 실시형태의 단면도이다. 기판 (10) 은, "도핑되지 않은" 또는 엄밀히 말하자면, 통상, 극도록 얕은 영역에만 매우 높은 도핑 레벨을 통상 포함하는 매우 작은 접합 영역들 또는 디바이스들 보다 더 저농도로 도핑된 바디 (벌크) 영역 (16), 및 상면 (12) 을 갖는다. 참조 문자 (N) 는 기판의 상면 (12) 에 대한 수직선을 나타낸다. 일 예시적인 실시형태에서, 기판 (10) 은 실리콘 웨이퍼이다.1A is a cross-sectional view of one embodiment of the LTA apparatus 8 of the present invention, with the substrate 10 to be annealed. Substrate 10 is a " undoped " or, strictly speaking, a lighter doped body (bulk) region (typically less than very small junction regions or devices that typically contain very high doping levels only in extremely shallow regions). 16) and an upper surface 12. The reference letter N represents a vertical line with respect to the upper surface 12 of the substrate. In one exemplary embodiment, the substrate 10 is a silicon wafer.

LTA 장치 (8) 는, 광학 축 (A1) 을 따라 배열된 어닐링 방사선 소스 (26) 및 LTA 렌즈 (27) 를 갖는 LTA 광학 시스템 (25) 을 포함한다. 렌즈 (27) 는 어닐링 방사선 소스 (26) 로부터 연속적인 (즉, 비-펄스) 어닐링 방사선 (18) 을 수신하고 기판 표면 (12) 에 이미지 (30; 예를 들어, 라인 이미지) 를 형성하는 연속적인 어닐링 방사선 빔 (20) 을 생성한다. 어닐링 방사선 빔 (20) 은, 표면 수직선 (N) 과 광학 축 (A1) 에 대하여 측정된 입사 각 (θ20) 으로 상면 (12) 에 입사된다.The LTA apparatus 8 comprises an LTA optical system 25 having an annealing radiation source 26 and an LTA lens 27 arranged along the optical axis A1. Lens 27 receives a continuous (ie non-pulse) annealing radiation 18 from annealing radiation source 26 and forms a continuous image 30 (eg, a line image) on substrate surface 12. Produces an annealing radiation beam 20. The annealing radiation beam 20 is incident on the upper surface 12 at the incident angle θ 20 measured with respect to the surface vertical line N and the optical axis A1.

화살표 (22) 는 기판 표면 (12) 에 대하여 어닐링 방사선 빔 (20) 의 이동 방향의 일 실시예를 나타낸다. 어닐링 방사선 빔 (20) 또는 일부 다른 참조물에 대하여 선택된 속도 및 방향으로 스테이지 (및, 여기서는, 기판) 를 이동하게 하는 스테이지 구동기 (29) 에 동작적으로 접속된 이동가능 스테이지 (MS) 에 의해 차례로 지지되는 척 (28) 에 의해 기판 (10) 이 지지된다. 이동가능 스테이지 (MS) 의 스캐닝 이동을 화살표 (22') 로 나타낸다. 일 예시적인 실시형태에서, 스테이지 (MS) 는 적어도 2 차원적으로 이동할 수 있다.Arrow 22 represents one embodiment of the direction of movement of the anneal radiation beam 20 with respect to the substrate surface 12. In turn by a movable stage MS operatively connected to a stage driver 29 which causes the stage (and, here, the substrate) to move at a selected speed and direction relative to the annealing radiation beam 20 or some other reference. The substrate 10 is supported by the supported chuck 28. The scanning movement of the movable stage MS is shown by the arrow 22 '. In one exemplary embodiment, the stage MS can move in at least two dimensions.

일 예시적인 실시형태에서, LTA 장치 (8) 는 반사된 방사선 모니터 (M1) 및 온도 모니터 (M2) 를 포함한다. 방사선 (20R) 으로 표시된 바와 같이, 반사된 방사선 모니터 (M1) 는 기판 표면 (12) 으로부터 반사된 방사선을 수신하도록 배열된다. 온도 모니터 (M2) 는 기판 표면 (12) 의 온도를 측정하도록 배열되고, 일 예시적인 실시형태에서는, 이미지 (30) 가 어닐링 방사선 빔 (20) 에 의해 형성되는 곳이나 그 근방에서 수직 입사각으로 기판을 검사하기 위해 표면 수직선 (N) 을 따라 배열된다. 모니터들 (M1 및 M2) 은 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 반사된 방사선 (20R) 의 양의 측정 및/또는 기판 (12) 의 측정 온도에 기초하여 피드백 제어를 제공하기 위해 제어기 (바로 아래에서 설명됨) 에 커플링된다.In one exemplary embodiment, the LTA apparatus 8 includes a reflected radiation monitor M1 and a temperature monitor M2. As indicated by the radiation 20R, the reflected radiation monitor M1 is arranged to receive the radiation reflected from the substrate surface 12. The temperature monitor M2 is arranged to measure the temperature of the substrate surface 12, and in one exemplary embodiment, the substrate is at a vertical angle of incidence at or near where the image 30 is formed by the anneal radiation beam 20. It is arranged along the surface vertical line (N) to examine the. The monitors M1 and M2 are controlled by a controller (directly) to provide feedback control based on the measurement of the amount of reflected radiation 20R and / or the measurement temperature of the substrate 12, as described in more detail below. (Described below).

일 예시적인 실시형태에서, LTA 장치 (8) 는, 어닐링 방사선 소스 (26), 스테이지 구동기 (29), 모니터들 (M1 및 M2), 뿐만 아니라 입사 전력 모니터로서 이용되는 렌즈 (27) 에 포함된 옵션의 모니터 (M3) 에 동작적으로 접속된 제어기 (32) 를 더 포함한다. 제어기 (32) 는, 예를 들어, 메모리에 커플링된 마이크로프로세서, 또는 마이크로제어기, 프로그램가능 로직 어레이 (PLA), 필드-프로그램가능 로직 어레이 (FPLA), 프로그래밍 어레이 로직 (PAL) 또는 다른 제어 디바이스 (미도시) 일 수도 있다. 제어기 (32) 는 2 가지 모드, 즉, 1) 스테이지 구동기 (29) 를 통하여 일정한 스캔 레이트와 함께, 어닐링 방사선 빔 (20) 에 의해 기판 (10) 으로 전달된 일정한 전력을 유지하는 개-루프; 및 2) 기판 표면 (12) 의 일정한 최대 온도 또는 기판에 흡수된 일정한 전력을 유지하는 폐-루프로 동작할 수 있다. 최대 기판 온도는 흡수된 전력에 정비례하여 변하고, 스캔 속도의 제곱근에 반비례하여 변한다.In one exemplary embodiment, LTA apparatus 8 is included in annealing radiation source 26, stage driver 29, monitors M1 and M2, as well as lens 27 used as an incident power monitor. It further includes a controller 32 operatively connected to the optional monitor M3. The controller 32 is, for example, a microprocessor or microcontroller coupled to a memory, a programmable logic array (PLA), a field-programmable logic array (FPLA), a programming array logic (PAL) or other control device. (Not shown). The controller 32 has two modes, namely: 1) an open-loop that maintains a constant power delivered to the substrate 10 by the annealing radiation beam 20 with a constant scan rate through the stage driver 29; And 2) a closed-loop that maintains a constant maximum temperature of the substrate surface 12 or a constant power absorbed by the substrate. The maximum substrate temperature varies directly with the absorbed power and inversely with the square root of the scan rate.

일 예시적인 실시형태에서, 폐루프 제어는, 스캔 속도의 제곱근에 대해, 기판에 입사된 어닐링 방사선 빔 (20) 에서의 흡수 전력의 일정한 비를 유지하기 위해 이용되며, 즉, P20 가 어닐링 방사선 빔 (20) 에서의 전력 양이고, P30 이 반사된 전력인 경우, 흡수된 전력은 Pa = P20 - P30 이다. V 가 어닐링 방사선 빔에 관한 기판 (10) 의 스캔 속도인 경우, 비율 Pa/V1/2 이 간접적으로 일정한 온도를 유지시키기 위해 일정하게 유지된다.In one exemplary embodiment, closed loop control is used to maintain a constant ratio of absorbed power in the anneal radiation beam 20 incident on the substrate relative to the square root of the scan rate, ie, P 20 is the anneal radiation. The amount of power in beam 20, and when P 30 is the reflected power, the absorbed power is P a = P 20 − P 30 . When V is the scan rate of the substrate 10 with respect to the anneal radiation beam, the ratio P a / V 1/2 is kept constant in order to maintain a constant temperature indirectly.

직접 최대 온도 측정에 기초한 폐루프 동작에 대해, 제어기 (32) 는 온도 모 니터 (M2) 로부터 신호 (S2) 를 통하여 최대 기판 온도와 같은 신호 (예를 들어, 전기 신호) 를 수신하고, 일정한 최대 기판 온도를 유지하기 위해 입사 전력이나 스캔 레이트 중 하나를 제어한다. 흡수된 전력 (Pa) 은, 신호 (S4) 를 통해서 어닐링 방사선 빔의 일부를 샘플링하여 획득된 어닐링 방사선 빔 (20) 의 입사 전력 (PI) 에서, 반사된 방사선 모니터 (M1) 에 의해 생성된 신호 (S1) 를 통하여 반사된 어닐링 방사선 빔 (20R) 에서의 전력 (P30) 을 공제함으로써 획득된다. For closed loop operation based on direct maximum temperature measurement, the controller 32 receives a signal (e.g., an electrical signal), such as the maximum substrate temperature, from the temperature monitor M2 via the signal S2, and the constant maximum Control the incident power or scan rate to maintain the substrate temperature. The absorbed power (P a), the input power (P I) in, generated by the reflected radiation monitor (M1) of a through signal (S4) obtained by sampling a part of the annealing radiation beam annealing radiation beam 20 Obtained by subtracting the power P 30 in the annealing radiation beam 20R reflected through the received signal S1.

또한, 제어기 (32) 는 수신된 신호에 기초한 파라미터 및 입력 파라미터 (예를 들어, 원하는 흡수된 전력 레벨 및 드웰 시간 (dwell time)) 를 계산하게 된다. 또한, 제어기 (32) 는 동작기로부터 또는 더 큰 어셈블리 또는 프로세싱 툴의 부분인 마스터 제어기 (도시되지 않음) 로부터 외부 신호 (S3) 를 수신하기 위해 커플링된다. 이 파라미터는, 기판을 프로세싱하기 위해 공급될 어닐링 방사선 (20) 의 미리 결정된 도즈 (량) 또는 원하는 최대 기판 온도를 나타낸다. 또한, 파라미터 신호는 기판 (10) 으로 어닐링 방사선 (20) 의 미리 결정된 도즈량을 전달하기 위해 이용될 강도, 스캔 속도, 스캔 스피드, 및/또는 스캔의 횟수를 나타낼 수 있다. In addition, the controller 32 will calculate the parameters and input parameters (eg, the desired absorbed power level and dwell time) based on the received signal. In addition, the controller 32 is coupled to receive the external signal S3 from the actuator or from a master controller (not shown) that is part of a larger assembly or processing tool. This parameter indicates a predetermined dose (amount) or desired maximum substrate temperature of the anneal radiation 20 to be supplied for processing the substrate. The parameter signal may also indicate the intensity, scan rate, scan speed, and / or number of scans to be used to deliver a predetermined dose of anneal radiation 20 to the substrate 10.

일 예시적인 실시형태에서, 어닐링 방사선 소스 (26) 는 CO2 레이저이므로, 어닐링 방사선 빔 (20) 은 10.6 ㎛ 의 파장을 갖는다. 그러나, 통상, 어닐링 방사선 소스 (26) 는, 실온에서, 실질적으로 기판에 의해 흡수되지 않는 파장을 갖는 방사선을 방출하는 임의의 연속적인 방사선 소스이지만, 기판, 또는 기판의 상 부의 충분한 부분이 더 높은 온도로 존재하는 경우에, 동일한 기판에 의해 실질적으로 흡수된다. 바람직한 실시형태에서, 어닐링 방사선 소스 (26) 는 레이저이다.In one exemplary embodiment, the anneal radiation source 26 is a CO 2 laser, so the anneal radiation beam 20 has a wavelength of 10.6 μm. Typically, however, the anneal radiation source 26 is any continuous radiation source that emits radiation having a wavelength at room temperature that is substantially not absorbed by the substrate, but the substrate, or a sufficient portion of the substrate, is higher. When present at a temperature, it is substantially absorbed by the same substrate. In a preferred embodiment, the anneal radiation source 26 is a laser.

LTA 장치 (8) 는 실질적으로 변경되지 않는 기판의 바디의 온도를 유지하면서 기판의 상부의 온도를 효율적으로 상승시키기 위해, 기판의 상부 근방에서 어닐링 방사선 빔 (20) 의 흡수를 이용하게 된다. 즉, 기판이 반도체 웨이퍼인 경우, 본 발명은 웨이퍼 바디를 가열하기 보다, 디바이스 (예를 들어, 트랜지스터) 가 형성되는 표면 또는 그 표면 근방의 웨이퍼의 온도를 증가시키도록 지시된다.The LTA apparatus 8 utilizes the absorption of the annealing radiation beam 20 near the top of the substrate to efficiently raise the temperature of the top of the substrate while maintaining the temperature of the body of the substrate which is substantially unchanged. That is, when the substrate is a semiconductor wafer, the present invention is directed to increasing the temperature of the wafer on or near the surface on which the device (e.g., transistor) is formed, rather than heating the wafer body.

그러나, 주위 온도에서, 저농도로 도핑 및 도핑되지 않은 기판은, 장파장 방사선 빔이 상면을 감지할 수 있을 정도로 가열하지 않고 기판을 바로 통과하기 때문에 어닐링하기 어렵다. 한편, 고농도 도핑된 기판은, 입사된 어닐링 방사선이 우선 재료로 100 마이크론 정도 흡수되고, 원하는 어닐링 온도로 그 온도를 상승시키기 때문에 어닐링하기 어렵지 않다.However, at ambient temperatures, lightly doped and undoped substrates are difficult to anneal because the long wavelength radiation beam passes directly through the substrate without being heated enough to detect the top surface. On the other hand, the highly doped substrate is not difficult to anneal since the incident anneal radiation is first absorbed by the material about 100 microns and raises its temperature to the desired annealing temperature.

빔으로부터 감지할 수 있을 정도로 방사선을 흡수하지 않고 가열되지 않은 기판 (10) 의 바디 (벌크; 16) 는, 어닐링 방사선 빔 (20) 이 더 이상 기판에 가해지지 않을 경우에 상면 영역을 급히 냉각시킨다. 본 발명은, 10.6㎛ 의 CO2 레이저 파장과 같은 일정한 적외선 파장으로 저농도로 도핑된 실리콘에서의 방사선의 흡수가 기판 온도에 강하게 의존한다는 사실을 이용한다. 어닐링 방사선 빔 (20) 의 상당한 흡수가 발생할 때, 기판 표면 온도가 증가하여 더 강한 흡수를 야기하고, 차례로 기판 표면의 더 강한 가열 등을 야기한다.The body (bulk) 16 of the substrate 10 that has not absorbed radiation enough to be detectable from the beam and rapidly heats the top region when the anneal radiation beam 20 is no longer applied to the substrate. . The present invention takes advantage of the fact that the absorption of radiation in lightly doped silicon at a constant infrared wavelength, such as a CO 2 laser wavelength of 10.6 μm, is strongly dependent on the substrate temperature. When significant absorption of the anneal radiation beam 20 occurs, the substrate surface temperature increases to cause stronger absorption, which in turn results in stronger heating of the substrate surface and the like.

Ⅱ. 자체-유지 II. Self-maintenance 어닐링Annealing 조건 Condition

도 2 는 실리콘 기판에서의 흡수 길이 LA (㎛) (수직 축) 대 10.6㎛ 파장 방사선에 대한 기판온도 TS (℃) 의 플롯이다. 기판온도 TS 의 함수로서 또한, 200㎲ 드웰 시간 동안의 확산 길이 LD (㎛) 에 대한 점들도 플롯에 포함된다. 흡수 길이 (LA) 는 어닐링 방사선 빔 (20) 의 강도를 1/e 만큼 감소시키는 두께이다. 열확산 길이 (LD) 는, 순간적인 표면 온도 상승이 일정 드웰 시간 이후에 재료로 전파되는 깊이이다. LA 및 LD 는 온도 TS ~ 600℃ 에서 대략 동일한 ~ 60㎛ 의 값을 가진다.2 is a plot of substrate temperature T S (° C.) versus absorption length L A (μm) (vertical axis) versus 10.6 μm wavelength radiation in a silicon substrate. Also included as a function of the substrate temperature T S are the points for the diffusion length L D (μm) for 200 μs dwell time. The absorption length L A is the thickness that reduces the intensity of the anneal radiation beam 20 by 1 / e. The thermal diffusion length L D is the depth at which the instantaneous surface temperature rise propagates into the material after a constant dwell time ���. L A and L D have values of approximately the same ˜60 μm at temperatures T S to 600 ° C.

기판온도 (TS) 에 따른 흡수 경로 길이 (LA) 의 강한 변동은 2 개의 가능한 정상상태 (steady-state) 조건, 즉: (1) 어닐링 방사선 빔 (20) 이 실질적으로 흡수되지 않고 기판을 통과하여 실질적인 가열을 일으키지 않거나, (2) 어닐링 방사선 빔 (20) 이 기판 표면 (12) 근방에서 실질적으로 흡수됨으로써, 이 빔이 기판 표면위로 이동하는 경우 (즉, 스캔되는 경우) 어닐링 방사선 빔 (20) 을 따라 이동하는 이미지 (30) 에 대응하는 기판 표면 및 기판 표면 바로 아래에 "핫 스팟 (hot spot)" 을 일으키는 조건을 생성한다.The strong fluctuations in the absorption path length L A with the substrate temperature T S are two possible steady-state conditions, namely: (1) the annealing radiation beam 20 is substantially absorbed and the substrate Or (2) the annealing radiation beam when the anneal radiation beam 20 is substantially absorbed near the substrate surface 12 so that it moves over (i.e., is scanned on) the substrate surface. Create a substrate surface corresponding to image 30 moving along 20) and a condition causing a "hot spot" just below the substrate surface.

도 3 은 깊이 (㎛) 및 어닐링 방사선 빔 위치 (㎛) 의 함수로서 기판 온도 (℃) 프로파일의 컴퓨터 시뮬레이션이다. 온도 프로파일은 기판 내 및 기판 표면 (12) 을 가로질러 이동하는 핫 스팟 (31 로 표시됨) 이다. 이동 핫 스팟 (31) 은 열 확산에 의해 전진 이미지 (30) 의 전방에서 기판 (10) 의 영역을 예열하도록 이용된다 (후술될 도 4b 참조). 핫 스팟 (31) 의 전파와 연관된 기판 예열은, 빔이 기판 표면 전면에 걸쳐 스캐닝되는 경우, 어닐링 방사선 빔 (20) 의 방사선이 상면 (12) 근방에서 효율적으로 흡수되도록 한다. 정상 상태 조건 (2) 은 본 발명의 장치 (8) 및 첨부된 방법을 이용하여 생성되도록 추구된 것이고, 여기서, "자체-유지 어닐링 조건" 으로 칭한다.3 is a computer simulation of the substrate temperature (° C.) profile as a function of depth (μm) and annealing radiation beam position (μm). The temperature profile is a hot spot (indicated by 31) that moves within the substrate and across the substrate surface 12. The moving hot spot 31 is used to preheat the area of the substrate 10 in front of the advance image 30 by thermal diffusion (see FIG. 4B to be described later). Substrate preheating associated with propagation of the hot spot 31 allows the radiation of the annealed radiation beam 20 to be efficiently absorbed near the upper surface 12 when the beam is scanned across the substrate surface front. Steady state condition (2) is sought to be produced using the apparatus (8) of the present invention and the appended method, here referred to as "self-maintaining annealing condition".

본 발명에 따른 자체-유지 어닐링 조건을 생성하는 일반적인 방법은, 어닐링 방사선 빔 (20) 이 실질적으로 기판에 의해 흡수되도록, 즉, 자체-유지 어닐링 조건이 개시되는 지점으로 흡수되도록 기판 (10; 또는 기판의 영역 또는 부분을 선택) 을 임계 온도 TC (예를 들어, 더욱 상세히 설명하는 경우, 350℃ 이상) 로 가열하는 단계를 포함한다. A general method of generating a self-maintaining annealing condition according to the present invention is that the substrate 10 (or the substrate 10) is adapted such that the annealing radiation beam 20 is substantially absorbed by the substrate, i. Selecting an area or portion of the substrate) to a critical temperature T C (eg, 350 ° C. or higher, if described in greater detail).

정확한 TC 값은 기판내의 온도 분포, 기판의 도펀트 농도, 및 어닐링 방사선 빔 강도에 의존한다. 따라서, 예시적인 실시형태에서, 임계값 (TC) 은 실험에 의해 결정된다. 이것은, 예를 들어, 다양한 초기 온도 조건이나 일정한 초기 온도 조건 중 하나 및 다양한 어닐링과 예열 방사선 빔 강도를 갖는 테스트 기판의 어닐링 방사선 빔에 의해 생성된 최고 온도를 측정하는 단계를 포함할 수도 있다. 자체-유지 어닐링 조건을 초래하기 위한 기판의 예열은 다수의 방식으로 달성될 수 있다. LTA 를 수행할 목적으로, 저농도로 도핑된 실리콘 기판 (10) 에서의 자 체-유지 어닐링 조건을 생성하는 방법을 실시하도록 기판 (10) 을 가열하는 가열 디바이스를 포함하는 LTA 장치 (8) 에 대한 몇몇 예시적인 실시형태가 이하 설명된다. The exact T C value depends on the temperature distribution in the substrate, the dopant concentration of the substrate, and the annealing radiation beam intensity. Thus, in an exemplary embodiment, the threshold value T C is determined by experiment. This may include, for example, measuring the highest temperature produced by the annealing radiation beam of the test substrate having one of various initial or constant initial temperature conditions and various annealing and preheating radiation beam intensities. Preheating of the substrate to result in self-maintaining annealing conditions can be achieved in a number of ways. For an LTA apparatus 8 comprising a heating device for heating the substrate 10 to carry out a method of creating a self-maintaining annealing condition in a lightly doped silicon substrate 10 for the purpose of performing the LTA. Some exemplary embodiments are described below.

Ⅲ. 선택적 열 차폐를 갖는 가열 척 실시형태III. Heating Chuck Embodiment with Selective Heat Shield

도 1a 를 다시 참조하여, 일 예시적인 실시형태에서, 척 (28) 은 열전도성이 있고, 제어기 (32) 에 의해 제어되고 차례로 접속된 전원 (52) 에 접속된 가열 소자 (50) 를 포함한다. 열 절연층 (53) 은 척 (28) 의 저부 및 단부를 둘러싸서, 스테이지의 원하지 않는 가열 및 척으로부터의 열 손실을 제한한다.Referring again to FIG. 1A, in one exemplary embodiment, the chuck 28 includes a heating element 50 that is thermally conductive and connected to a power source 52 that is controlled by the controller 32 and connected in turn. . The thermal insulation layer 53 surrounds the bottom and the end of the chuck 28 to limit the unwanted heating of the stage and heat loss from the chuck.

동작시에, 제어기 (32) 는 가열 소자 (50) 에 전력을 차례로 공급하는 전원 (52) 을 활성화시킨다. 이에 응하여, 가열 소자 (50) 는 열 (56) 을 생성한다. 일 예시적인 실시형태에서, 생성된 열 (56) 의 양은 척의 온도 센서 (57) 에 의해 제어되고 전원 (52; 또는 다른 방법으로는 제어기 (32) 에) 에 동작적으로 접속되므로, 척 온도가 일정한, 소정의, 최대 값으로 제한된다. 기판이 척상에 로딩될 때, 기판의 온도는 척과 동일한 온도에 급속히 도달한다. 통상, 척 온도 (TCH) 는 약 400℃ 이다.In operation, the controller 32 activates a power source 52 that in turn supplies power to the heating element 50. In response, the heating element 50 generates heat 56. In one exemplary embodiment, the amount of heat generated 56 is controlled by the temperature sensor 57 of the chuck and is operatively connected to a power source 52 (or otherwise to the controller 32) so that the chuck temperature is It is limited to a constant, predetermined, maximum value. When the substrate is loaded onto the chuck, the temperature of the substrate rapidly reaches the same temperature as the chuck. Usually, the chuck temperature T CH is about 400 ° C.

또한, 또 다른 예시적인 실시형태에서, 장치 (8) 는 열 (56) 을 기판으로 되 반사시키기 위해 기판 (12) 위에 지지된 열 차폐 (62) 를 선택적으로 포함한다. 이것은, 보다 균일한 기판의 가열 및 차폐의 대향측에 있는 장치 컴포넌트들을 보다 덜 가열시키는 결과가 된다. 일 예시적인 실시형태에서, 열 차폐 (62) 는 금으로 코팅된 유리판이다. 열 차폐 (62) 는 어닐링 방사선 빔 (20) 으로 하여금 기판 (10) 의 표면 (12) 에 도달하게 하는 개구 (64) 를 포함한다.Also in another exemplary embodiment, the apparatus 8 optionally includes a heat shield 62 supported over the substrate 12 to reflect the heat 56 back to the substrate. This results in less heating of the device components on opposite sides of the more uniform substrate heating and shielding. In one exemplary embodiment, the heat shield 62 is a glass plate coated with gold. The heat shield 62 includes an opening 64 that allows the anneal radiation beam 20 to reach the surface 12 of the substrate 10.

Ⅳ. 가열된 Ⅳ. Heated 인클로져Enclosure ( ( enclosureenclosure ) 실시형태) Embodiment

도 1b 를 참조하여, 또 다른 예시적인 실시형태에서, 장치 (8) 는 기판 (10) 과 척 (28) 모두 또는 기판, 척 및 스테이지 (MS) 를 동봉하기에 충분히 큰 내부 영역 (82) 을 갖는 가열된 인클로져 (80; 예를 들어, 오븐) 를 포함한다. 인클로져 (80) 는 전원 (52) 에 접속된 부가적인 가열 소자들 (50; 바람직하게, 척 (28) 에 포함된 것 이외의 소자) 을 포함한다. 전원 (52) 은 제어기 (32) 에 접속된다. 일 예시적인 실시형태에서, 인클로져 (80) 는 어닐링 방사선 빔 (20) 으로 하여금 기판 (10) 의 표면 (12) 에 도달하게 하는 윈도우 또는 개구 (84) 를 포함한다. 도 1a 와 관련하여 상술된 열 절연층 (53) 은 척의 단부 및 저부에 바람직하게 제공되어 척으로부터 스테이지로 원하지 않는 열 손실을 제한한다.Referring to FIG. 1B, in another exemplary embodiment, the apparatus 8 includes an interior region 82 large enough to enclose both the substrate 10 and the chuck 28 or the substrate, the chuck and the stage MS. With a heated enclosure 80 (eg, an oven). Enclosure 80 includes additional heating elements 50 (preferably other than those included in chuck 28) that are connected to power source 52. The power source 52 is connected to the controller 32. In one exemplary embodiment, the enclosure 80 includes a window or opening 84 that causes the anneal radiation beam 20 to reach the surface 12 of the substrate 10. The thermal insulation layer 53 described above in connection with FIG. 1A is preferably provided at the end and bottom of the chuck to limit unwanted heat loss from the chuck to the stage.

동작시에, 제어기 (32) 는 가열 소자 (50) 에 차례로 전력을 공급하는 전원 (52) 을 활성화시킨다. 이에 응하여, 가열 소자 (50) 는 열 (56) 을 생성하고, 그 결과, 척, 기판의 온도를 상승시켜 약 400℃ 의 최고 임계 온도 (TC) 목전에 근접한다. 바람직하게, 인클로져 (80) 는 열 (56) 이 내부 영역 (82) 내에서 트랩핑 (trap) 되어 남겨지도록 열적으로 절연됨으로써, 기판의 효율적이고 균일한 가열을 촉진한다.In operation, the controller 32 activates a power source 52 that in turn supplies power to the heating element 50. In response, the heating element 50 generates heat 56 and, as a result, raises the temperature of the chuck and the substrate to approximate a maximum critical temperature T C of about 400 ° C. Preferably, enclosure 80 is thermally insulated such that heat 56 remains trapped within inner region 82, thereby promoting efficient and uniform heating of the substrate.

Ⅴ. 예열 방사선 빔 실시형태Ⅴ. Preheated Radiation Beam Embodiment

도 1c 를 참조하여, 또 다른 예시적인 실시형태에서, 장치 (8) 는 광학 축 (A2) 을 따라 배열된 예열 방사선 소스 (142) 및 릴레이 렌즈 (143) 를 갖는 예열 광학 릴레이 시스템 (140) 을 포함한다. 예열 방사선 소스는, 어닐링 방사선 빔에 의해 가열되기 바로 이전에 기판을 가열하기 위해 이용된 예열 방사선 빔 (150) 으로 릴레이 렌즈 (145) 에 가해진 방사선 (147) 을 방출하는 것이다. 방사선 (147) 은 실리콘의 100㎛ 이하에 의해 용이하게 (실질적으로) 흡수되는 파장을 가진다. 일 예시적인 실시형태에서, 예열 방사선 소스 (142) 는 0.8㎛ (800nm) 또는 0.78㎛ (780nm) 의 파장을 갖는 예열 방사선 (147) 을 방출하는 레이저 다이오드 어레이이다. 릴레이 렌즈 (143) 의 일 예가 후술된다. 예열 방사선 소스 (142) 및 릴레이 렌즈 (143) 는 용이한 설명을 위해 도 1c 에는 도시되지 않았지만 도 1a 에 도시된 모니터 (M1 및 M2) 와 함께 제어기 (43) 에 동작적으로 접속된다.Referring to FIG. 1C, in another exemplary embodiment, the apparatus 8 includes a preheating optical relay system 140 having a preheating radiation source 142 and a relay lens 143 arranged along the optical axis A2. Include. The preheat radiation source is to emit radiation 147 applied to the relay lens 145 into the preheat radiation beam 150 used to heat the substrate just before it is heated by the anneal radiation beam. The radiation 147 has a wavelength that is easily (substantially) absorbed by 100 μm or less of silicon. In one exemplary embodiment, the preheated radiation source 142 is a laser diode array that emits preheated radiation 147 having a wavelength of 0.8 μm (800 nm) or 0.78 μm (780 nm). An example of the relay lens 143 is described below. The preheated radiation source 142 and the relay lens 143 are operatively connected to the controller 43 together with the monitors M1 and M2 shown in FIG. 1A, although not shown in FIG. 1C for ease of explanation.

동작시에, 예열 방사선 소스 (142) 는 릴레이 렌즈 (143) 에 의해 수신되는 방사선 (147) 을 방출한다. 릴레이 렌즈 (143) 는 기판 표면 (12) 에, 이미지 (160; 예를 들어, 라인 이미지) 를 형성하는 예열 방사선 빔 (150) 을 생성한다. 예열 방사선 빔 (150) 은, 기판 표면 수직선 (N) 에 대하여 측정된 입사 각 (θ150) 으로 기판 표면 (12) 에 입사된다.In operation, the preheated radiation source 142 emits radiation 147 received by the relay lens 143. The relay lens 143 creates a preheated radiation beam 150 that forms an image 160 (eg, a line image) on the substrate surface 12. The preheated radiation beam 150 is incident on the substrate surface 12 at an incident angle θ 150 measured with respect to the substrate surface vertical line N.

일 예시적인 실시형태에서, 도 1c 에 도시된 바와 같이, 어닐링 방사선 빔 (20) 에 의해 형성된 이미지 (30) 및 예열 방사선 빔 (150) 에 의해 형성된 이미지 (160) 는 기판 표면 (12) 상에 나란히 위치한다. 따라서, 예열 방사선 빔 (150) 은, 어닐링 방사선 빔 (20) 에 의해 조사되어진 부분의 바로 전방에서 기판의 부분 또는 영역을 국부적으로 예열하도록 작동한다. 화살표 (22') 는, 예시적인 실시형태에서 고정된 방사선 빔 (20 및 150; 또는 동등하게, 고정된 이미지 (30 및 160)) 에 대해 이동하여 이들 빔 (또는 이미지) 의 스캐닝을 달성하게 하는 기판 (10) 의 이동 (예를 들어, 이동 척 (28) 을 통하여; 도 1 참조) 을 설명한다.In one exemplary embodiment, as shown in FIG. 1C, the image 30 formed by the anneal radiation beam 20 and the image 160 formed by the preheat radiation beam 150 are on the substrate surface 12. Located side by side. Thus, the preheat radiation beam 150 operates to locally preheat a portion or area of the substrate immediately in front of the portion irradiated by the anneal radiation beam 20. Arrow 22 ′, in the exemplary embodiment, moves relative to the fixed radiation beams 20 and 150 (or, equivalently, the fixed images 30 and 160) to achieve scanning of these beams (or images). The movement of the substrate 10 (eg, via the moving chuck 28; see FIG. 1) will be described.

또 다른 예시적인 실시형태에서, 예열 방사선 빔 (150) 및 어닐링 방사선 빔 (20) 은, 도 4a 도시된 바와 같이, 예를 들어, 각각의 빔 강도 프로파일의 1/e2 강도 콘투어 (intensity contours) 에서 부분적으로 중첩된다. In another exemplary embodiment, the preheated radiation beam 150 and the annealed radiation beam 20 are, for example, 1 / e 2 intensity contours of each beam intensity profile, as shown in FIG. 4A. Partially overlapped

도 4b 는, 빔 (20 및 150) 에 의해 조사된 기판의 일 예시적인 실시형태의 확대 단면도이다. 도 4b 는, 어닐링 방사선 빔 (20) 의 전방에서 이미징된 예열 방사선 빔 (150) 으로부터의 열 (166) 이 기판의 상면 근방에서 어닐링 빔의 흡수를 촉진하는 방법을 도시한다. 예열 방사선 빔 (150) 으로부터의 열 (166) 은 어닐링 방사선 빔 (20) 의 전방에서 기판 (10) 으로 확산된다. 방사선 빔이 화살표 (22’) 로 표시된 바와 같이, 기판에 대하여 이동하는 경우에, 어닐링 방사선 빔 (20) 은 예열 방사선 빔 (150) 에 의해 미리 가열된 영역 (즉, 기판 부분) 으로 통과한다. 이 프로세스는 기판 표면에서 및 기판 표면 근방에서 기판의 온도를 임계 온도 (TC) 이상으로 상승시키기 위해 이용된다. 이것은, 흡수된 어닐링 방사선 빔 (20’; 점선) 에 의해 나타낸 바와 같이, 어닐링 방사선 빔 (20) 이 기판에 효율적으로 흡수되게 한다. 기판 표면 (12) 근방의 기판 (10) 내의 어닐링 방사선 빔 (20’) 의 상대적으로 빠른 흡수는, 어닐링 방사선 빔의 트레일링 에지 (trailing edge) 에서 최대로 기판 표면의 온도를 어닐링 온도 (TA; 예를 들어, 약 1600 K) 까지 급속히 상승시키기 위해 이용된다. 이것은, 예를 들어, 기판의 상면으로 주입된 도펀트를 활성화시킴으로써, 기판에 형성된 선택 영역의 어닐링을 유도한다.4B is an enlarged cross-sectional view of one exemplary embodiment of a substrate irradiated by beams 20 and 150. 4B shows how heat 166 from the preheated radiation beam 150 imaged in front of the anneal radiation beam 20 facilitates absorption of the anneal beam near the top surface of the substrate. Heat 166 from the preheated radiation beam 150 is diffused to the substrate 10 in front of the anneal radiation beam 20. When the beam of radiation moves with respect to the substrate, as indicated by arrow 22 ', the annealed radiation beam 20 passes through a preheated area (ie, substrate portion) by the preheated radiation beam 150. This process is used to raise the temperature of the substrate above the threshold temperature T C at and near the substrate surface. This allows the anneal radiation beam 20 to be efficiently absorbed into the substrate, as indicated by the absorbed anneal radiation beam 20 '(dashed line). The relatively fast absorption of the anneal radiation beam 20 ′ in the substrate 10 near the substrate surface 12 results in annealing temperature T A at a maximum at the trailing edge of the anneal radiation beam. For example, to rise rapidly up to about 1600 K). This induces annealing of selected regions formed in the substrate, for example by activating dopants implanted into the top surface of the substrate.

Ⅵ. 기판 온도 플롯Ⅵ. Substrate Temperature Plot

도 5 는, 방사선의 입사 전력 PI (W/cm) 의 함수로서, 10.6 ㎛ 방사선으로 고농도 도핑된 실리콘 기판을 조사하여 생성된 최대 기판 온도 TMAX (℃) 의 플롯이다. 이 데이터를 도출하기 위해, 2 차원의, 유한 소자 시뮬레이션 프로그램이 이용되었다. 시뮬레이션은 무한히 긴 어닐링 방사선 빔을 나타내었다. 따라서, 빔 전력은 Watts/cm2 라기보다 Watts/cm 로 측정된다. 또한, 어닐링 방사선 빔 (20) 을 나타낸 시뮬레이션은 120 ㎛ 의 FWHM(Full-Width Half-Maximum) 으로 가우시안 빔 프로파일을 가졌고, 600mm/s 의 속도로 기판 상면 (12) 을 가로질러 스캐닝되어, 200 ㎲ 의 드웰 시간을 생성하였다. 여기서, “드웰 시간” 은 기판 표면 (12) 의 특정 지점 위에 존재하는 어닐링 방사선 빔 (20) 에 의해 형성된 시간 이미지 (30) 의 길이이다. 이 경우에, 플롯은 입사 전력 (PI) 과 최대 기판 온도 (TMAX) 사이에서 대략적으로 선형 관계를 나타낸다. 2차원 모델이 어닐링 방사선 빔 (20) 이 무한히 길다는 것을 나타내었기 때문에, 라인 이미지 (30) 의 종단에서 부가적인 에너지 손실이 존재하지 않았다. 유한 빔 길이는 빔의 종단에서의 일부 부가적인 열 손실을 야기하지 않았고, 그로 인해, 소정의 입사 전력 레벨 (PI) 에 대해 더 낮은 최대 온도를 야기하였다.5 is a plot of the maximum substrate temperature T MAX (° C.) produced by irradiating a heavily doped silicon substrate with 10.6 μm radiation as a function of the incident power P I (W / cm) of radiation. To derive this data, a two-dimensional, finite element simulation program was used. The simulation showed an infinitely long anneal radiation beam. Therefore, the beam power is measured in Watts / cm rather than Watts / cm 2 . In addition, the simulation showing the annealed radiation beam 20 had a Gaussian beam profile with a full-width half-maximum (FWHM) of 120 μm and was scanned across the substrate top surface 12 at a rate of 600 mm / s, yielding 200 Hz. Dwell time of was generated. Here, the “dwell time” is the length of the time image 30 formed by the anneal radiation beam 20 present over a particular point on the substrate surface 12. In this case, the plot shows an approximately linear relationship between the input power (P I) and the maximum substrate temperature (T MAX). Since the two-dimensional model indicated that the anneal radiation beam 20 was infinitely long, there was no additional energy loss at the end of the line image 30. The finite beam length did not cause some additional heat loss at the end of the beam, thereby causing a lower maximum temperature for a given incident power level P I.

도 5 는, 흡수 (즉, 고농도 도핑된) 기판에 있어서, 약 500W/cm 의 입사 전력 (P1) 이 최대 기판 표면 온도 (TMAX) 를 주위로부터 특정 세트의 조건에 대해 427 ℃ 까지로 이르게 하도록 요구된 것을 나타낸다. 이것은, 동일한 세트의 조건에 대해 1410℃로 실리콘의 녹는점까지 온도를 취하기 위해 약 1150 W/cm 와 비교될 수 있다. FIG. 5 shows that for an absorbed (ie heavily doped) substrate, an incident power P 1 of about 500 W / cm leads the maximum substrate surface temperature T MAX from ambient to 427 ° C. for a particular set of conditions. Indicates what is required to do. This may be compared to about 1150 W / cm to take the temperature up to the melting point of silicon at 1410 ° C. for the same set of conditions.

도 5 에 도시된 관계는 어닐링 방사선 빔 (20) 과 동일한 폭 및 드웰 시간을 갖는 예열 방사선 빔 (150) 에 대한 양호한 근사치이다. 열 확산은 양자 경우의 기판에서 열을 분포하기 위한 주요한 메커니즘이다. 400℃의 피크 기판 온도 (TMAX) 는, 이전의 온도 분포가 열 확산 길이 (LD) 와 대략 동일한 거리에서 기판내의 주위로 내려가기 때문에, 400℃의 균일한 기판 온도 (TS) 와 동일한 어닐링 방사선 빔 (20) 의 흡수가 거의 발생되지 않는다. The relationship shown in FIG. 5 is a good approximation for the preheat radiation beam 150 having the same width and dwell time as the annealing radiation beam 20. Heat diffusion is the main mechanism for distributing heat in the substrate in both cases. The peak substrate temperature T MAX of 400 ° C. is equal to the uniform substrate temperature T S of 400 ° C., since the previous temperature distribution descends around the substrate at a distance approximately equal to the heat diffusion length L D. Absorption of the annealing radiation beam 20 hardly occurs.

도 6 은, 도핑되지 않은 실리콘 기판에 대한 10.6 ㎛ 의 파장을 갖는 어닐링 방사선 빔 (20) 의 2 개의 상이한 입사 전력 (PI) 에 대한 초기 기판 온도 (TI) 의 함수로서 최대 기판 온도 TMAX (℃) 의 플롯이다. 또한, 이것은 2 차원적인 유한 소자 모델로부터 도출되었다. 약 327℃ 이하에 대해, 입사각은 거의 영향이 없고, 최대 온도 (TMAX) 는 초기 기판 온도 (TI) 와 거의 동일하다. 즉, 어닐링 방사선 빔 (20) 은 기판 (10) 을 통과하고, 기판을 감지할 수 있을 정도로 가열하지 않는다. 그러나, 377℃ 와 477℃ 사이의 초기 기판 온도 (TI) 에서, 어닐링 방사선 빔의 입사 전력 (PI) 의 양에 따라, 어닐링 방사선 빔 (20) 의 감지할 수 있을 정도의 흡수가 발생한다. 그 결과는 최대 기판 온도 (TMAX) 에서의 급격한 증가이다. 고-흡수, 고온의 천이가 발생될 경우, 어닐링 방사선 빔 (20) 에 의한 부가적인 조사는 최대 온도 (TMAX) 를 선형적으로 증가시킨다.FIG. 6 shows the maximum substrate temperature T MAX as a function of the initial substrate temperature T I for two different incident powers P I of the anneal radiation beam 20 having a wavelength of 10.6 μm for the undoped silicon substrate. (° C). It is also derived from a two-dimensional finite element model. For about 327 ° C. or less, the angle of incidence has little effect, and the maximum temperature T MAX is almost equal to the initial substrate temperature T I. That is, the annealed radiation beam 20 passes through the substrate 10 and does not heat to such an extent that the substrate can be sensed. However, at an initial substrate temperature (T I ) between 377 ° C. and 477 ° C., depending on the amount of incident power P I of the anneal radiation beam, a detectable absorption of the anneal radiation beam 20 occurs. . The result is a sharp increase in maximum substrate temperature T MAX . When high-absorption, high temperature transitions occur, additional irradiation by the anneal radiation beam 20 increases the maximum temperature T MAX linearly.

도 5 및 도 6 의 플롯에서 이용된 전력의 단위는 센티미터 당 와트 (W/cm) 인 것을 알았다. 이 전력은 1/2 전력 점들 사이에 포함된 스캐닝 이미지 (30; 예를 들어, 라인 이미지) 의 단위 길이 당 전력을 나타낸다. 따라서, 120 ㎛ 의 폭을 갖는 이미지 (30) 의 1150 W/cm 의 전력은 95,833W/cm2 의 평균 강도에 대응한다.It was found that the units of power used in the plots of FIGS. 5 and 6 are watts per centimeter (W / cm). This power represents power per unit length of the scanning image 30 (e.g., line image) contained between half power points. Thus, the power of 1150 W / cm of the image 30 having a width of 120 μm corresponds to an average intensity of 95,833 W / cm 2 .

자체-유지 어닐링 조건을 생성하기 위하여, 기판을 임계 온도 (TC) 로 가열하도록 예열 방사선 빔 (142) 에 의해 생성되어야 하는 온도는 도 6 의 플롯에서의 정보로부터 추정될 수 있다. 도 6에서 플롯은, 기판이 대략 427℃의 균일한 온도 (TI) 에 도달할 경우에, 자체-유지 어닐링 조건의 개시를 나타내는 기판 온도 (TMAX) 에서 가파른 증가가 존재하는 것을 표시한다. 레이저 다이오드 소스가 필요한 예열을 제공하기 위해 이용되는 경우에, 다이오드 소스가 대략 하나의 열 확산 길이에서 주위로 떨어지는 불균일한 온도 분포를 생성하기 때문에, 상당히 더 높은 온도가 예상될 것이다.In order to create a self-maintaining annealing condition, the temperature that must be generated by the preheated radiation beam 142 to heat the substrate to the threshold temperature T C can be estimated from the information in the plot of FIG. 6. The plot in FIG. 6 indicates that when the substrate reaches a uniform temperature (T I ) of approximately 427 ° C., there is a steep increase in substrate temperature (T MAX ) indicating the onset of self-maintaining annealing conditions. If a laser diode source is used to provide the necessary preheating, considerably higher temperatures will be expected since the diode source produces a nonuniform temperature distribution that falls around at about one heat spreading length.

도 7 은, 기판 온도 TS(℃) 의 함수로서 도핑되지 않은 실리콘에서 780nm 방사선의 흡수 길이 LA(㎛) 의 플롯이다. 800nm 에서의 흡수 특성은 780nm 에서의 것과 매우 유사하다. 플롯으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실온에서조차, 흡수 길이 (LA) 는, 기판 표면 영역의 효율적인 가열 및 200 ㎲ 이상의 시간 스케일 동안 열 확산에 의해 우선적으로 결정된 온도 분포를 보장하기에 충분히 짧은 약 10 ㎛ 이다.7 is a plot of the absorption length L A (μm) of 780 nm radiation in undoped silicon as a function of substrate temperature T S (° C.). Absorption characteristics at 800 nm are very similar to those at 780 nm. As can be seen from the plot, even at room temperature, the absorption length (L A ) is about 10 μm, short enough to ensure a temperature distribution preferentially determined by efficient heating of the substrate surface area and thermal diffusion over a time scale of at least 200 Hz. to be.

레이저 다이오드 소스 (예열 방사선 빔 (150) 을 생성하기 위해 이용됨) 에 의해 생성된 것과 같이, 균일하지 않는 온도 분포를 갖는 도핑되지 않은 실리콘 기판에서 CO2 레이저 빔 (어닐링 방사선 빔 (20) 과 같음) 의 효율적인 흡수를 획득하기 위하여, 약 100 ㎛ 의 흡수 길이에 대응하는 온도가 추정된다. 이것은, 약 550℃ 의 피크 기판 온도 (TMAX) 로 달성된다. 도 5 를 다시 참조하면, 550℃ 의 최대 기판 온도 (TMAX) 는 약 600W/cm 의 전력 (50,000W/cm2) 의 전력을 갖기 위해 예열 방사선 빔 (150) 을 요구한다. CO 2 laser beam (such as annealing radiation beam 20) in an undoped silicon substrate having a non-uniform temperature distribution, such as produced by a laser diode source (used to produce the preheated radiation beam 150). In order to obtain an efficient absorption of, a temperature corresponding to an absorption length of about 100 μm is estimated. This is achieved with a peak substrate temperature (T MAX ) of about 550 ° C. Referring again to FIG. 5, the maximum substrate temperature T MAX of 550 ° C. requires a preheated radiation beam 150 to have a power of about 600 W / cm (50,000 W / cm 2 ).

Ⅶ. 예열 방사선 빔 전력을 결정Iii. Determine the preheated radiation beam power

동작시에, 기판 (10) 에 어닐링 방사선 빔 (20) 의 효율적인 커플링을 달성하기 위해 필요한 예열 방사선 빔 (150) 의 최소 전력을 결정하는 것은 간단한 문제이다. 일 예시적인 실시형태에서, 흡수 기판을 어닐링하기에 충분한 전력 레벨로 설정된 어닐링 방사선 빔 (20) 을 사용하여, 실온에서, 어닐링 방사선 빔 (20) 의 파장에서 실질적으로 흡수되지 않은 기판은 예열 방사선 빔 (150) 및 어닐링 방사선 빔 (20) 을 사용하여 조사된다. 예열 방사선 빔 (150) 의 전력 레벨은, 어닐링 온도가 기판에서 검출될 때까지 증가된다. 이것은, 예를 들어, 도 1a 에 도시된 온도 모니터 (M2) 로 기판 온도를 측정함으로써 달성될 수도 있다.In operation, it is a simple matter to determine the minimum power of the preheated radiation beam 150 necessary to achieve efficient coupling of the annealed radiation beam 20 to the substrate 10. In one exemplary embodiment, using an anneal radiation beam 20 set to a power level sufficient to anneal the absorbing substrate, at room temperature, the substrate that is not substantially absorbed at the wavelength of the anneal radiation beam 20 is a preheated radiation beam. 150 and the annealing radiation beam 20 are irradiated. The power level of the preheat radiation beam 150 is increased until the annealing temperature is detected at the substrate. This may be achieved, for example, by measuring the substrate temperature with the temperature monitor M2 shown in FIG. 1A.

기판과 어닐링 방사선 빔의 약간의 커플링 또는 비 커플링으로부터 기판 표면에서의 효율적인 커플링으로의 천이는 통상, 매우 가파르다. 기판 온도 (TS) 가 너무 낮은 경우에, 어닐링 온도로의 천이나 기판의 녹는점으로의 가파른 천이 중 어느 것도 발생하지 않을 것이다. 또한, 기판 온도가 상승될 경우에, 녹는 온도 이하의 안정된 동작을 허용하는 좁은 범위의 어닐링 전력 레벨이 존재한다. 기판 온도에서의 부가적인 증가는 어닐링 전력 레벨의 범위 및 어닐링 온도의 대응 범위를 증가시킨다. 따라서, 기판에서의 어닐링 방사선 빔 (20) 의 흡수 천이를 개시하거나, 다른 방법으로, 기판에서의 어닐링 온도를 야기하는 예열 방사선 빔 (150) 의 전력 레벨을 날카롭게 규정하기란 불가능하다. 그러나, 원하는 범위의 어닐링 온도가 신뢰성 있게 달성될 수 없는 최소의 실제적인 전력 레벨이 존재한다. 일 예시적인 실시형태에서, 예열 방사선 빔 (150) 은, 어닐링 방사선 빔이 기판에 의해 효율적으로 흡수되고 큰 범위의 어닐링 온도가 쉽게 이용되는 것을 보장하기 위해 요구되는 이러한 최소 레벨 보다 약간 높은 전력 레벨로 설정된다.The transition from slight or non-coupling of the substrate to the annealing radiation beam to efficient coupling at the substrate surface is usually very steep. If the substrate temperature T S is too low, neither the transition to the annealing temperature nor the steep transition to the melting point of the substrate will occur. In addition, when the substrate temperature rises, there is a narrow range of annealing power levels that allow stable operation below the melting temperature. An additional increase in substrate temperature increases the range of annealing power levels and the corresponding range of annealing temperatures. Thus, it is not possible to initiate an absorption transition of the annealing radiation beam 20 in the substrate or otherwise define sharply the power level of the preheating radiation beam 150 causing an annealing temperature in the substrate. However, there is a minimum practical power level at which the desired range of annealing temperatures cannot be reliably achieved. In one exemplary embodiment, the preheated radiation beam 150 is at a power level slightly above this minimum level required to ensure that the anneal radiation beam is efficiently absorbed by the substrate and a large range of annealing temperatures is readily utilized. Is set.

일 예시적인 실시형태에서, 자체-유지 어닐링 조건을 개시하도록 요구된 예열 방사선 빔 (150) 의 전력 (PI) 의 양은, 550℃의 최대 기판 온도 (TMAX) 를 생성하기 위해 필요한 양이다. 200 ㎲ 드웰 시간을 가정하여, 이것이 약 600 W/cm 의 입사 전력에 대응하는 것을 도 5 의 그래프가 나타낸다. 그러나, 어닐링 방사선 빔 이미지 (30) 의 것과 비교가능한 폭을 갖는 이미지 (160) 을 생성하는 예열 방사선 빔 (150) 의 600W/cm 의 강도를 획득하는 것은 처음에 나타낸 것 만큼 쉽지 않다. 일 예시적인 실시형태에서, 예열 방사선 빔 (150) 은, 약 75℃ 인 실리콘에 대한 브루스터 각으로 또는 그 각에 근접한 입사 각 (θ150) 을 갖는 것이 바람직하다. 이 각은 반사된 방사선을 최소화시키고 기판에 존재하게 될 구조의 타입에 대해 기판에 흡수된 에너지를 같게 한다. 약 75℃의 입사 각 (θ150) 에서는, 예열 방사선 빔 (150) 이 기판 표면 (12) 에서 손상되고, 약 4의 인자로 증가된 영역을 커버링하며, 강도가 비례적으로 감소된다.In one exemplary embodiment, the self-the amount of power of the preheating radiation beam 150 needs to initiate a holding annealing conditions (P I), is the amount required to produce the maximum substrate temperature (T MAX) of 550 ℃. Assuming a 200 watt dwell time, the graph of FIG. 5 shows that this corresponds to an incident power of about 600 W / cm. However, obtaining an intensity of 600 W / cm of the preheated radiation beam 150 producing an image 160 having a width comparable to that of the annealed radiation beam image 30 is not as easy as initially shown. In one exemplary embodiment, the preheated radiation beam 150 preferably has an angle of incidence θ 150 at or near the Brewster angle for silicon that is about 75 ° C. This angle minimizes reflected radiation and equalizes the energy absorbed by the substrate for the type of structure that will be present on the substrate. At an angle of incidence θ 150 of about 75 ° C., the preheated radiation beam 150 is damaged at the substrate surface 12, covering an increased area by a factor of about 4, and the intensity decreases proportionally.

예열 방사선 빔 (150) 에서의 총 전력은, 예를 들어, 예열 소스를 더 크게 함으로써, 예를 들어, 레이저 다이오드의 부가적인 로우 (row) 를 부가함으로써 증가될 수 있다. 그러나, 이것은 예열 방사선 빔 (150) 의 폭을 비례적으로 증가시킨다. 증가된 예열 방사선 빔 폭은 드웰 시간 및 열 확산 깊이를 증가시키며, 또한, 소정의 최대 온도를 달성하기 위해 요구된 전력을 증가시킨다. 따라서, 가용 예열 방사선 소스 (142) 를 이용하여 임계 온도 범위내의 것으로 기판을 가열하기 위해 충분한 강도를 갖는 예열 방사선 빔 (150) 을 제공할 수 있기 때문에 릴레이 렌즈 (143) 가 설계될 필요가 있다. 이하 본 발명에 따른 이러한 릴레이의 일 예가 설명된다.The total power in the preheat radiation beam 150 can be increased, for example, by making the preheat source larger, for example by adding an additional row of laser diodes. However, this proportionally increases the width of the preheated radiation beam 150. Increased preheat radiation beam width increases the dwell time and heat spreading depth, and also increases the power required to achieve the desired maximum temperature. Thus, the relay lens 143 needs to be designed because it is possible to provide a preheating radiation beam 150 with sufficient intensity to heat the substrate to within the critical temperature range using the available preheating radiation source 142. An example of such a relay according to the present invention is described below.

Ⅷ. 광학 릴레이 시스템의 예시적인 실시형태Iii. Example Embodiments of Optical Relay Systems

도 8a 및 도 8b 는, 광학 릴레이 시스템 (140) 및 기판 (10) 의 일 예시적인 실시형태의 각 단면도이다. 도 8a 는 Y-Z 평면에서의 도면이고, 도 8b 는 X-Z 평면에서의 도면이다. 도 8a 및 도 8b 모두에서, 릴레이는 페이지 상에 고정시키기 위하여 2 부분으로 나눠지고, 표면 (S13 및 S14) 을 갖는 렌즈 소자는 두 부분으로 도시된다.8A and 8B are respective cross-sectional views of one exemplary embodiment of the optical relay system 140 and the substrate 10. 8A is a view in the Y-Z plane, and FIG. 8B is a view in the X-Z plane. 8A and 8B, the relay is divided into two parts for fixing on the page, and the lens element having the surfaces S13 and S14 is shown in two parts.

예시적인 실시형태에서, 예열 방사선 소스 (142) 는 95054 캘리포니아주 산타 클라라의 5100 패트릭 헨리 드라이브 소재의 Coherent Semiconductor Group. 으로부터 입수가능한 LightStackTM 7x1/L PV 어레이와 같은 2 차원 레이저 다이오드 어레이를 포함한다. LightStackTM 어레이는, 각 10mm 의 길이이고 1.9mm 간격으로 적층된 수랭식 레이저 다이오드의 7개의 로우를 포함한다. 각 다이오드의 로우는 광전력의 80 와트를 방출할 수 있다. 릴레이 렌즈 (143) 는 (예열 방사선 빔 (142) 이 배열되는) 대상 평면 (OP), (기판 (10) 이 배열되는) 이미지 평면 (IP), 및 이미지 평면과 대상 평면을 접속하는 광학 축 (A2) 을 포함한다.In an exemplary embodiment, the preheated radiation source 142 is 95054 Coherent Semiconductor Group of 5100 Patrick Henry Drive, Santa Clara, CA. And a two-dimensional laser diode array such as a LightStack ™ 7 × 1 / L PV array available from. The LightStack array includes seven rows of water-cooled laser diodes, each 10 mm long and stacked at 1.9 mm intervals. Each diode's row can emit 80 watts of optical power. The relay lens 143 has a target plane OP (in which the preheated radiation beam 142 is arranged), an image plane IP (in which the substrate 10 is arranged), and an optical axis connecting the image plane and the target plane ( A2).

일 예시적인 실시형태 및 상술된 바와 같이, 릴레이 렌즈 (143) 는 기판 (10) 전체에 걸쳐 스캐닝된 이미지 (160; 예를 들어, 라인 이미지) 를 형성하는 예열 방사선 빔 (150) 을 생성하기 위해 설계된다. 이미지 (160) 의 스캐닝은, 릴레이 렌즈 (143) 에 대하여 (이동가능 스테이지 (MS) 를 통하여) 척 (28) 을 이동시키는 것과 같은 임의의 다수의 방식으로 달성될 수 있다 (도 1). 이미지 (160) 를 갖는 기판 (10) 을 국부적으로 조사하는 것은, 상대적으로 작은 이미지 영역 전체에 걸쳐 기판을 가열하기 위해 필요로 하는 높은 빔 강도를 달성하기 더 쉽기 때문에, 즉시, 전체 기판을 조사하는 것이 바람직하다. 따라서, 릴레이 렌즈 (143) 에 의해 제공된 국부 예열은 어닐링 방사선 빔 (20) 으로 기판을 조사하는 것과 동시성을 가져야 한다.In one exemplary embodiment and as described above, the relay lens 143 is configured to generate a preheated radiation beam 150 that forms an image 160 (eg, a line image) scanned across the substrate 10. Is designed. Scanning of image 160 may be accomplished in any of a number of ways, such as moving chuck 28 (via movable stage MS) relative to relay lens 143 (FIG. 1). Locally irradiating the substrate 10 with the image 160 is immediately easier to achieve the high beam intensity needed to heat the substrate over a relatively small image area, thereby immediately irradiating the entire substrate. It is preferable. Thus, the local preheating provided by the relay lens 143 should have concurrency with irradiating the substrate with the anneal radiation beam 20.

레이저 다이오드의 방사 특성이 이방성 (anisotropic) 이고 인접한 다이오드 사이의 간격이 X 와 Y 평면에서 매우 상이하기 때문에, 릴레이 렌즈 (143) 는 기판 (10) 에 이미지 (160) 를 효율적으로 형성하기 위해 아나몰픽 (anamorphic) 일 필요가 있다. 또한, 기판 (10) 에서의 이미지 (160) 에서 요구된 강도를 달성하기 위해, 이미지 평면 (IP) 에 비교적 높은 수의 개구가 필요하다.Since the radiating characteristics of the laser diode are anisotropic and the spacing between adjacent diodes is very different in the X and Y planes, the relay lens 143 is used to produce an anamorphic (< / RTI > need to be anamorphic). In addition, a relatively high number of openings are required in the image plane IP in order to achieve the required intensity in the image 160 in the substrate 10.

따라서, 도 9a 및 도 9b 를 또 참조하면, 릴레이 렌즈 (143) 는 예열 방사선 소스 (142) 로부터 순서대로 및 광학 축 (A2) 을 따라, 예열 방사선 소스 (142) 를 구성하는 레이저 다이오드 (198) 의 로우의 수에 대응하는 랜즈렛 (lenslets; 201) 을 갖는 원통형 렌즈 어레이 (200) 를 포함한다. 원통형 렌즈 어레이 (200) 는, 방사선으로 하여금 Y-Z 평면에서 10°의 원뿔 각을 갖게 하면서 (도 9b), X-Z 평면에서의 전력을 갖고, X-Z 평면에서 방사선 소스 (142) 로부터 방출된 각각의 예열 방사선 빔 (147) 을 평행하게 하도록 작동한다 (도 9a). 다이오드 어레이와 원통형 렌즈 어레이의 결합은 아나몰픽의 릴레이에 대한 입력으로 이용되며, 그 결합은 기판상에 원통형 렌즈 어레이를 재이미징한다.Thus, referring again to FIGS. 9A and 9B, the relay lens 143 sequentially configures the laser diode 198 constituting the preheat radiation source 142 from the preheat radiation source 142 and along the optical axis A2. And a cylindrical lens array 200 having lenslets 201 corresponding to the number of rows of. The cylindrical lens array 200 has a power in the XZ plane, with the radiation angle 10 ° in the YZ plane (FIG. 9B), with each preheated radiation emitted from the radiation source 142 in the XZ plane. It operates to parallel the beam 147 (FIG. 9A). The combination of the diode array and the cylindrical lens array is used as an input to the anamorphic relay, which combines to reimage the cylindrical lens array on the substrate.

표 1 은, 도 8a 및 도 8b 에 도시된 바와 같이, 릴레이 렌즈 (143) 의 일 예시적인 실시형태에 대한 렌즈 설계 데이터를 설명한다.Table 1 describes lens design data for one exemplary embodiment of relay lens 143, as shown in FIGS. 8A and 8B.

도 8a 및 도 8b 를 다시 참조하면, 릴레이 렌즈 (143) 는, 공통의 중간 이미지 평면 (IM) 과 연속하여 2개의 이미징 서브-릴레이 (R-1 및 R-2) 로 구성된다. 서브-릴레이 (R1) 는 Y-Z 및 X-Z 평면에서 실질적으로 상이한 전력을 갖는 주로 원통형 렌즈 소자를 사용하는 아나몰픽 릴레이인 반면, 서브릴레이 (R-2) 는 구형의 소자를 사용하고 1:6 의 역배율비 (demagnification ratio) 를 갖는 종래 릴레이이다. 아나몰픽의 릴레이 (R-1) 는 Y-Z 평면에서 1:1 의 배율비를 갖고, X-Z 평면에서 1:10 의 역배율비를 갖는다. 릴레이 렌즈 (143) 는 대상 평면 (OP) 및 이미지 초점 평면 (IP) 에서 텔레센트릭 (telecentric) 하다.Referring again to FIGS. 8A and 8B, the relay lens 143 is composed of two imaging sub-relays R-1 and R-2 in series with a common intermediate image plane IM. Sub-relay R1 is an anamorphic relay using mainly cylindrical lens elements with substantially different power in the YZ and XZ planes, while sub relay R-2 uses a spherical element and has a reversed ratio of 1: 6. It is a conventional relay having a demagnification ratio. The anamorphic relay R-1 has a magnification ratio of 1: 1 in the Y-Z plane and a reverse magnification ratio of 1:10 in the X-Z plane. The relay lens 143 is telecentric in the object plane (OP) and the image focal plane (IP).

대상 평면 (OP) 과 이미지 평면 (IP) 모두에서의 텔레센트릭시티 (telecentricity) 는 예열 방사선 소스 (142) 에 바로 인접하게 배열된 구형 필드 렌즈 (202; 표면 s1 및 s2) 및 원통형 렌즈 (204; 표면 s3 및 s4) 로 달성된다. 원통형 렌즈 (204) 는 Y-Z 평면에서만 전력을 갖고 s5 에서 Y-Z 평면에 동공 이미지 (pupil image) 를 형성한다. 그 다음은, 중간 이미지 평면에 1:1 로 다이오드 어레이를 재 이미징하는 Y-Z 평면에 전력을 갖는 2 개의 원통형 렌즈 (206 및 208; 표면 s6 내지 s9) 가 존재한다. 표면 (s10) 은 X-Z 평면에 동공 평면을 식별한다. 이것들은, 또한, 10:1 의 역배율 비로 중간 이미지 평면에 다이오드 어레이를 재 이미징하는 X-Z 평면의 전력을 갖는 한쌍의 원통형 렌즈 (210 및 212; 표면 s11 내지 s14) 를 따른다. 중간 이미지는 6:1 의 역배율 비로 서브 릴레이를 형성하는 일 그룹의 구형 렌즈 (214 내지 222; 표면 s15 내지 s24) 에 의해 최종 이미지 평면상에 재이미징된다. 따라서, 릴레이는, 다이오드의 로우를 포함한 평면에서 6:1 및 다이오드의 각 로드에 수직인 평면에서 60:1 의 전체적인 역배율을 갖는다.The telecentricity in both the object plane (OP) and the image plane (IP) is the spherical field lens 202 (surfaces s1 and s2) and the cylindrical lens 204 arranged immediately adjacent to the preheated radiation source 142. Surface s3 and s4). The cylindrical lens 204 has power only in the Y-Z plane and forms a pupil image in the Y-Z plane at s5. Next, there are two cylindrical lenses 206 and 208 (surfaces s6 to s9) with power in the Y-Z plane that re-images the diode array 1: 1 to the intermediate image plane. Surface s10 identifies the pupil plane in the X-Z plane. They also follow a pair of cylindrical lenses 210 and 212 (surfaces s11 to s14) having power in the X-Z plane for reimaging the diode array in the intermediate image plane at a reverse magnification ratio of 10: 1. The intermediate image is reimaged on the final image plane by a group of spherical lenses 214 to 222 (surfaces s15 to s24) that form a sub relay at a reverse magnification ratio of 6: 1. Thus, the relay has an overall inverse magnification of 6: 1 in the plane including the row of diodes and 60: 1 in the plane perpendicular to each load of the diode.

Y-Z 평면에서의 6:1 역배율 비는, 예열 방사선 소스 (142) 의 평행하지 않는 (느린 축) 것의 10 mm 사이즈를, 대상 평면 (OP) 에서의 10 mm 로부터 이미지 평면 (IP) 에서의 1.67mm 로 감소시킨다. 또한, 동일한 평면에서, 대상 평면 (OP) 에서의 예열 방사선 소스 (142) 로부터 방출된 방사선의 10°원뿔 각은 이미지 평면 (IP) 에서 60°로 증가된다.The 6: 1 inverse magnification ratio in the YZ plane has a size of 10 mm of the non-parallel (slow axis) of the preheat radiation source 142 from 1.10 mm in the image plane (IP) from 10 mm in the object plane (OP). Reduce to mm Also in the same plane, the 10 ° cone angle of the radiation emitted from the preheating radiation source 142 in the object plane OP is increased to 60 ° in the image plane IP.

X-Z 평면의 역배율은 60:1 이다. 따라서, 대상 평면 (OP) 에서의 효율적인 소스 (220) 를 구성하는 레이저 다이오드 어레이의 11.4mm 치수 (다이오드의 7개 로우에 걸쳐 X-방향에서 측정됨) 는 이미지 평면 (IP) 에서 0.19mm 로 감소된다. 또한, 효율적인 소스 (220) 에서 평행한 빔으로의 1°FWHM 각도의 확산은 이미지 평면 (IP) 에서 60°원뿔각으로 증가된다.The inverse magnification of the X-Z plane is 60: 1. Thus, the 11.4 mm dimension of the laser diode array (measured in the X-direction across the seven rows of the diode) constituting the efficient source 220 in the object plane OP is reduced to 0.19 mm in the image plane IP. do. In addition, the spread of the 1 ° FWHM angle from the efficient source 220 to the parallel beam is increased to a 60 ° cone angle in the image plane IP.

예열 방사선 (147) 을 대상 평면 (OP) 에서의 방사선 소스 (142) 로부터 이미지 평면 (IP) 에서의 기판 (10) 으로 전송하는 전체적인 효율이 50 % (기판 표면 (12) 에서의 반사 손실을 포함함) 라고 가정되는 경우에, 도 8a 및 도 8b 의 릴레이 렌즈 (143) 는 280 W 를 이미지 (160) 로 가져올 수 있다. 0.19 mm 씩 1.6mm 의 예시적인 이미지 (160) 치수에 대해, 이것은 921 W/mm2 의 전력 밀도를 달성한다. 수직 입사 (θ150=0°) 에서, 이 전력 밀도는, 약 500℃로 실온 (즉, ~ 20℃) 실리콘 기판 (10) 의 온도를 약 0.2ms 의 드웰 시간을 가정한 520 ℃ 근방의 온도로 상승시킨다. 이것은, 자체-유지 어닐링 조건을 개시하도록 요구된 400℃ 의 임계의, 균일한 온도 (TC) 이상이고, 어닐링 레이저 이미지 (30) 의 바로 전방에 위치된 다이오드 어레이 이미지 (160) 로 생성된 것과 같이 비-균일한 온도 분포를 위한 정확한 범위내에 있다. 이 경우에, 예열 방사선 빔 (150) 은 어닐링 방사선 빔 (20) 을 앞선다 (즉, 바로 전방에서 스캐닝됨). 이런 방식으로, 예열 방사선 빔에 의해 생성된 최대 온도 (TMAX) 는 기판의 동일한 예열 부분을 조사하는 어닐링 방사선 빔 (20) 이전에만 달성된다. 일 예시적인 실시형태에서, 예열 및 어닐링 방사선 빔의 상대적인 위치는, 스캔 방향이 역방향이되는 매 시간에 역방향으로 되기 때문에, 예열 방사선 빔은 항상 어닐링 방사선 빔을 앞선다.The overall efficiency of transferring the preheated radiation 147 from the radiation source 142 in the object plane OP to the substrate 10 in the image plane IP includes 50% (reflection loss in the substrate surface 12). Is assumed, the relay lens 143 of FIGS. 8A and 8B can bring 280 W into the image 160. For an exemplary image 160 dimension of 1.6 mm by 0.19 mm, this achieves a power density of 921 W / mm 2 . At normal incidence (θ 150 = 0 °), this power density is about 500 ° C., assuming a temperature of room temperature (ie, ˜20 ° C.) silicon substrate 10 with a dwell time of about 0.2 ms, a temperature near 520 ° C. Raise to. This is equivalent to that generated with a diode array image 160 that is at or above the critical, uniform temperature (T C ) of 400 ° C. required to initiate the self-maintaining annealing condition and is located directly in front of the annealing laser image 30. As well as within the exact range for non-uniform temperature distribution. In this case, the preheated radiation beam 150 precedes the annealing radiation beam 20 (ie, scanned immediately in front). In this way, the maximum temperature T MAX produced by the preheat radiation beam is achieved only before the anneal radiation beam 20 irradiating the same preheated portion of the substrate. In one exemplary embodiment, the preheat radiation beam always precedes the anneal radiation beam because the relative position of the preheat and anneal radiation beam is reversed every time the scan direction is reversed.

Ⅸ. 방사선 빔 스캐닝 및 방위 Iii. Radiation beam scanning and orientation

상술된 바와 같이, 일 예시적인 실시형태에서, 예열 방사선 빔에 의해 형성된 이미지 (160) 는 기판 (10) 전체에 걸쳐 스캐닝된다. 또한, 그것에 관련하여, 어닐링 방사선 빔 (20) 에 의해 형성된 이미지 (30) 가 기판 전체에 걸쳐 스캐닝되기 때문에, 예열 방사선 빔에 의해 예열된 기판 부분으로 입사된다.As described above, in one exemplary embodiment, the image 160 formed by the preheated radiation beam is scanned across the substrate 10. Also in this regard, since the image 30 formed by the anneal radiation beam 20 is scanned across the substrate, it is incident on the portion of the substrate preheated by the preheat radiation beam.

예시적인 실시형태에서, 스캐닝은 스파이럴, 래스터 또는 보우스트러피도닉 (boustrophedonic) 패턴으로 기판을 이동시킴으로써 수행된다. 보우스트러피도닉 스캐닝 패턴에서, 스캔 방향은 역방향이 되고, 모든 스캔 이후에 크로스-스캔 위치가 증가된다. 이 경우에, 상술된 바와 같이, 각각의 스캔 사이의 예열 방사선 빔 (150) 과 어닐링 방사선 빔 (20) 의 상대적인 위치를 변경시킬 필요가 있다. 일 예시적인 실시형태에서, 이것은, 전체 릴레이 렌즈 (143) 의 위치를 시프팅함으로써 달성된다. 어닐링 방사선 빔 (20) 이 약 120 ㎛ 와이드 (FWHM) 이고 예열 방사선 빔 (250) 이 약 190 ㎛ 와이드 (상부-햇 프로파일 (top-hat profile)) 인 경우에, 릴레이 렌즈 (143) 는 빔 센터 사이의 길이를 약 2 배만큼 또는 스캔 방향에 평행한 방향으로 약 393 ㎛ 만큼 이동시켜야 한다. 이것은, 예를 들어, 릴레이 렌즈의 이동을 달성하기 위해 예열 릴레이 렌즈 (143) 에 동작적으로 접속된 제어기 (32) 로부터의 신호를 통하여 달성된다 (도 1c). 유사한 방식으로, 제어기는, 스캐닝 이전에 기판의 포커스, 팁 (tip), 및 틸트 파라미터를 조정함으로써 예열 방사선 빔 (150) 의 포커스를 제어한다. In an exemplary embodiment, the scanning is performed by moving the substrate in a spiral, raster or boustrophedonic pattern. In the boustrepidonic scanning pattern, the scan direction is reversed and the cross-scan position is increased after every scan. In this case, as described above, it is necessary to change the relative positions of the preheat radiation beam 150 and the anneal radiation beam 20 between each scan. In one exemplary embodiment, this is accomplished by shifting the position of the entire relay lens 143. When the annealed radiation beam 20 is about 120 μm wide (FWHM) and the preheated radiation beam 250 is about 190 μm wide (top-hat profile), the relay lens 143 is beam centered. The length between them should be moved by about 2 times or by about 393 μm in a direction parallel to the scan direction. This is achieved, for example, via a signal from a controller 32 operatively connected to the preheat relay lens 143 to achieve movement of the relay lens (FIG. 1C). In a similar manner, the controller controls the focus of the preheated radiation beam 150 by adjusting the focus, tip, and tilt parameters of the substrate prior to scanning.

전술한 미국 특허 출원 제 10/287,864 호에서 설명된 바와 같이, 입사 각으로, 브루스터 각 (Brewster's angle) 또는 그 각 근방의 각으로 기판 (10) 에 입사되고 P-편광된 어닐링 방사선 빔 (20) 을 갖는 것이 바람직하다. 이것은, 어닐링 동안에, 기판에 충돌될 필름 스택이 낮은 반사율 및 이들 조건에 따른 반사율의 작은 변동을 갖기 때문이다. As described in the above-mentioned US patent application Ser. No. 10 / 287,864, an annealing radiation beam 20 that is incident on the substrate 10 at an angle of incidence, at or near Brewster's angle, and P-polarized It is preferable to have. This is because, during annealing, the film stack to be impinged on the substrate has a low reflectance and a small variation in reflectance depending on these conditions.

일 예시적인 실시형태에서, 예열 방사선 빔 (150) 은 어닐링 방사선 빔 (20) 의 것과 유사한 방식으로, 입사각 (θ150) 으로, 브루스터 각 또는 그 각 근방의 각으로 기판을 스트라이킹하도록 배열된다. 통상, 이러한 각은, 활성화 (어닐링) 단계 이전에 기판에서 발견될 상이한 필름 스택들 사이의 반사율의 변동을 감소시킨다. 그러나, 이 빔 방위 (각) 는 어닐링 파장에서 매우 잘 작동하지만, 예열 동안 이용된 파장에서 효율적이지는 않다. 반도체 구조들 (예를 들어, 트랜지스터와 같은 디바이스들 (14)) 을 만들기 위해 이용된 필름의 두께 및 예열 방사선 빔 파장 사이의 개략적인 등가물은 모든 입사 각에서 기판 반사율의 더 큰 변동을 야기한다. 또한, 브루스터 각 또는 그 각 근방의 각으로의 입사 각 (θ150) 은 수직 입사각 (즉, θ150=0°) 에서보다 3 또는 4 배 더 큰 영역에 걸쳐 이미지 (160) 를 확산시키고, 전력 밀도를 대응 양으로 낮춘다. 스캔 레이트가 변화없이 유지되는 경우, 통상, 어닐링 방사선 빔 외형에 의해 설정되기 때문에, 최대 온도가 또한, 감소된다.In one exemplary embodiment, the preheated radiation beam 150 is arranged to strike the substrate at an angle of incidence θ 150 , at or near Brewster angle, in a manner similar to that of the anneal radiation beam 20. Typically, this angle reduces the variation in reflectivity between different film stacks to be found in the substrate prior to the activation (annealing) step. However, this beam orientation (angle) works very well at the annealing wavelength but is not efficient at the wavelength used during preheating. The rough equivalent between the thickness of the film and the preheat radiation beam wavelength used to make the semiconductor structures (eg, devices 14 such as transistors) causes a greater variation in substrate reflectivity at all angles of incidence. In addition, the angle of incidence (θ 150 ) at or near Brewster's angle (θ 150 ) spreads the image 160 over an area three or four times larger than at a vertical angle of incidence (ie, θ 150 = 0 °), Lower the density to the corresponding amount. When the scan rate is kept unchanged, the maximum temperature is also reduced because it is usually set by the annealing radiation beam contour.

수직 입사 또는 수직 입사 근방에서의 동작에 관한 문제점들 중 하나는, 방사선의 반사비율이 매우 높아질 수 있고 방사선 소스 (예를 들어, 다이오드 어레이) 로 되돌아가는 경우에 심각한 손상을 초래할 수 있다는 것이다. 도 10a 및 10b 는 예열 방사선 소스 (142) 로 되 반사되거나 산란되는 예열 방사선의 양을 감소시키기 위해 예열 릴레이 광학 시스템 (140) 의 예시적인 실시형태를 도시한 개략적인 도면이다 (도 1c). 도 10a 를 참조하면, 바람직한 실시형태에서, 예열 방사선 빔 (150) 은 θ150 =0° 의 수직 입사 각을 갖는다. 수직 입사의 각은, 기판으로부터 반사되고 (반사된 예열 방사선은 150R 로 표시됨) 예열 방사선 소스 (142) 를 향해 되 송신되는 다량의 예열 방사선 빔 (150) 을 야기한다. 반사된 예열 방사선 (150R) 이 예열 방사선 소스 (142) 로 되돌아가는 경우에, 소스의 시간을 촉진시키는데 실패할 수도 있다. 방출된 예열 방사선 (147) 이 편광되는 경우에 (레이저 다이오드를 갖는 경우와 같음), 일 예시적인 실시형태에서, 예열 방사선 소스로 되돌아가는 반사된 예열 방사선 (150R) 의 양은 예열 방사선 빔의 편광 방향으로 정렬된 편광자 및 편광자와 기판 사이에 위치된 1/4 파장 플레이트 (143WP) 를 배열함으로써 감소된다. 1/4 파장 플레이트는 편광자로부터 기판으로 이동하는 방사선을 기판에서 원형적으로 편광된 방사선으로 전환한다. 기판으로부터 되돌가는 임의의 방사선은 1/4 파장 플레이트를 통과한 이후에, 선형적으로 편광된 방사선으로 되 전환된다. 그러나, 되돌아간 방사선의 편광 방향은 원방향에 직교한다. 따라서, 되돌아간 빔은 편광자에 의해 송신되지 않고 레이저 다이오드 어레이에 도달하지 않는다.One of the problems with operation at or near normal incidence is that the reflectance of the radiation can be very high and can cause serious damage when returning to the radiation source (eg diode array). 10A and 10B are schematic diagrams illustrating exemplary embodiments of the preheat relay optical system 140 to reduce the amount of preheat radiation reflected or scattered back to the preheat radiation source 142 (FIG. 1C). Referring to FIG. 10A, in a preferred embodiment, the preheated radiation beam 150 has a vertical angle of incidence of θ 150 = 0 °. The angle of normal incidence results in a large amount of preheated radiation beam 150 that is reflected from the substrate (reflected preheated radiation is represented by 150R) and transmitted back towards preheated radiation source 142. If the reflected preheat radiation 150R returns to the preheat radiation source 142, it may fail to promote the time of the source. When the emitted preheat radiation 147 is polarized (as with a laser diode), in one exemplary embodiment, the amount of reflected preheat radiation 150R back to the preheat radiation source is the polarization direction of the preheat radiation beam. Is arranged by arranging the polarizer aligned and the quarter wave plate 143WP positioned between the polarizer and the substrate. The quarter wave plate transmits radiation traveling from the polarizer to the substrate into circularly polarized radiation at the substrate. Any radiation returning from the substrate is converted back to linearly polarized radiation after passing through a quarter wave plate. However, the polarization direction of the returned radiation is orthogonal to the original direction. Thus, the returned beam is not transmitted by the polarizer and does not reach the laser diode array.

다음에, 도 10b 를 참조하면, 입사 각 (θ150) 은, 반사된 (정반사성의) 예열 방사선 (150) 이 예열 방사선 소스로 되돌아갈 수 없도록 탈-수직 입사각이 선택되는 경우조차, 예열 방사선 소스로 되돌아간 산란 (또는 비-정반사성의) 예열 방사선 (150S) 은 문제를 나타낼 수 있다. 일부 타입의 예열 방사선 소스 (레이저와 같음) 로 되돌아간 방사선이 소량일 때에도 동작의 불안정성을 야기할 수 있다. 또한, 기판에서 흡수된 방사선의 비율을 증가시키고 기판상의 다양한 구조로 야기된 흡수의 변동을 감소시키기 위하여 수직 입사각을 벗어나 동작할 경우 P-편광된 예열 방사선을 이용하는 것이 바람직하다.Next, referring to FIG. 10B, the incidence angle θ 150 is the preheat radiation source even when the de-vertical incidence angle is selected such that the reflected (semi-reflective) preheat radiation 150 cannot return to the preheat radiation source. Scattered (or non-reflective) preheated radiation 150S returned to may indicate a problem. Even small amounts of radiation returned to some types of preheated radiation sources (such as lasers) can cause instability of operation. It is also desirable to use P-polarized preheated radiation when operating outside the normal angle of incidence to increase the proportion of radiation absorbed in the substrate and to reduce variations in absorption caused by the various structures on the substrate.

따라서, 일 예시적인 실시형태에서, 예열 방사선 소스 (142) 로 되돌아간 예열 방사선 (150S) 의 양은 편광자 (143P) 및 릴레이 렌즈 (143) 아래로 패러데이 회전자 (143F) 를 부가함으로써 감소된다. 패러데이 회전자 (143F) 는 편광자 (143P) 와 기판 (10) 사이에 위치된다. 동작시에, 패러데이 회전자는, 2 개가 회전자를 통과한 이후에 90°로 예열 방사선 빔 (150) 의 편광을 회전시키고, 편광자는 예열 방사선 소스 (142) 로 되돌아감으로부터 편광 회전 예열 방사선 (150S) 을 블로킹한다. 또한, 예열 방사선 빔 (150) 이 수직 입사각을 벗어나도록 광학 릴레이 시스템 (140) 을 동작시키는 것은 반사된 예열 방사선 빔 (150R) 의 전력의 측정을 용이하게 하며, 이것은 유용한 진단이다. Thus, in one exemplary embodiment, the amount of preheat radiation 150S returned to the preheat radiation source 142 is reduced by adding Faraday rotor 143F under polarizer 143P and relay lens 143. Faraday rotator 143F is located between polarizer 143P and substrate 10. In operation, the Faraday rotor rotates the polarization of the preheat radiation beam 150 at 90 ° after the two have passed through the rotor, and the polarizer rotates the polarization rotating preheat radiation 150S from returning to the preheat radiation source 142. ) Is blocked. Also, operating the optical relay system 140 such that the preheat radiation beam 150 deviates from the normal angle of incidence facilitates the measurement of the power of the reflected preheat radiation beam 150R, which is a useful diagnosis.

입사된 예열 방사선 빔 (150) 및 반사된 예열 방사선 (150R) 의 전력 측정은 기판 (10) 에 의해 흡수된 전력을 계산하기 위해 이용될 수 있다. 그 후, 이것은 예열 방사선 빔 (150) 에 의해 생성된 최대 온도를 추정하기 위해 이용된다. 일정한 최소 임계값 이상의 예열 방사선 빔 (150) 에서 흡수된 전력을 유지시킴으로써, 기판에 의해 어닐링 방사선 빔 (20) 의 강한 흡수를 일으키기에 충분한 예열이 보장된다.Power measurements of the incident preheat radiation beam 150 and reflected preheat radiation 150R may be used to calculate the power absorbed by the substrate 10. This is then used to estimate the maximum temperature generated by the preheat radiation beam 150. By maintaining the power absorbed in the preheat radiation beam 150 above a certain minimum threshold, sufficient preheating is ensured to cause strong absorption of the anneal radiation beam 20 by the substrate.

상기 상세한 설명에 있어서, 이해를 용이하게 하기 위해, 다양한 특징은 다 양한 예시적인 실시형태로 함께 그룹화되어 있다. 본 발명의 다수의 특징 및 이점은 상세한 설명으로부터 알게 되고, 따라서, 첨부된 특허 청구범위에 의해, 본 발명의 진정한 사상 및 범위를 따르는 기술된 장치의 특징 및 이점 모두를 포함하도록 의도된다. 또한, 다양한 변형예 및 변경예가 당업자게 쉽게 발생할 수 있기 때문에, 본 발명을 여기에 기술한 정확한 구성 및 동작으로 제한하는 것은 바람직하지않다. 따라서, 다른 실시형태는 첨부된 특허 청구범위의 범위내에 존재한다. In the foregoing detailed description, for ease of understanding, various features are grouped together in various exemplary embodiments. Numerous features and advantages of the invention will be apparent from the description, and therefore, by the appended claims, are intended to include all of the features and advantages of the described apparatus that follow the true spirit and scope of the invention. In addition, it is not desirable to limit the invention to the precise construction and operation described herein, since various modifications and variations can readily occur to those skilled in the art. Accordingly, other embodiments are within the scope of the appended claims.

(표 1)Table 1

Figure 112006021935044-pct00001
Figure 112006021935044-pct00001

Claims (35)

표면을 갖는 기판의 레이저 열 어닐링을 수행하는 장치로서,An apparatus for performing laser thermal annealing of a substrate having a surface, the apparatus comprising: 실온에서, 상기 기판에 의해 흡수되지 않는 파장을 갖는 연속적인 어닐링 방사선을 생성할 수 있는 레이저;At room temperature, a laser capable of producing continuous annealing radiation having a wavelength that is not absorbed by the substrate; 상기 어닐링 방사선을 수신하고 상기 기판 표면에 제 1 이미지를 형성하는 어닐링 방사선 빔을 형성하게 하는 어닐링 광학 시스템으로서, 상기 제 1 이미지는 상기 기판 표면을 가로질러 스캐닝되는, 상기 어닐링 광학 시스템; 및An anneal optical system for receiving said anneal radiation and forming an anneal radiation beam for forming a first image on said substrate surface, said first image being scanned across said substrate surface; And 상기 기판의 적어도 부분을 임계 온도로 가열하여, 스캐닝하는 동안에, 상기 부분으로 입사된 상기 어닐링 방사선 빔이 상기 부분에서의 상기 기판의 표면 근방에서 흡수되게 하는, 가열 디바이스를 포함하고,A heating device, heating at least a portion of the substrate to a threshold temperature such that, during scanning, the annealing radiation beam incident on the portion is absorbed near the surface of the substrate at the portion, 상기 가열 디바이스는, The heating device, 실온에서, 상기 기판에 의해 흡수되는 파장의 예열 방사선을 방출하도록 하는 예열 방사선 소스; 및A preheat radiation source configured to emit preheat radiation at a wavelength absorbed by the substrate at room temperature; And 상기 예열 방사선 소스로부터 상기 예열 방사선을 수신하고, 상기 스캔닝된 제 1 이미지의 전방에 있거나 상기 스캐닝된 제 1 이미지를 부분적으로 중첩하는 상기 기판의 부분을 예열하도록 상기 기판 표면에 걸쳐 제 2 이미지를 형성하고 스캐닝하는 예열 방사선 빔을 형성하는 릴레이 시스템을 포함하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.Receiving the preheat radiation from the preheat radiation source and preheating a second image across the substrate surface to preheat a portion of the substrate that is in front of the scanned first image or partially overlaps the scanned first image. And a relay system for forming a preheated radiation beam for forming and scanning. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 어닐링 방사선 빔의 파장은 1 ㎛ 를 초과하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the wavelength of the annealing radiation beam is greater than 1 μm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은, 상기 어닐링 및 예열 방사선 빔들에 대하여 상기 기판을 이동시킴으로써 상기 스캐닝을 달성하게 하는 이동가능 스테이지에 의해 지지되는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the substrate is supported by a movable stage that achieves the scanning by moving the substrate with respect to the annealing and preheating radiation beams. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 어닐링 방사선은 10.6 ㎛ 의 파장을 갖는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the annealing radiation has a wavelength of 10.6 μm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 도핑되지 않거나 저농도로 도핑된 실리콘인, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the substrate is undoped or lightly doped silicon. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 어닐링 방사선에 의해 형성된 상기 제 1 이미지는 라인 이미지인, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the first image formed by the anneal radiation is a line image. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열 디바이스는, 상기 기판을 지지하고 상기 기판을 상기 임계 온도로 가열하게 하는 가열된 척을 포함하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the heating device comprises a heated chuck supporting the substrate and causing the substrate to heat to the critical temperature. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 가열 디바이스는, 상기 기판으로부터 방출된 열을 상기 기판으로 되반사시키는 열 차폐 (heat shield) 를 더 포함하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the heating device further comprises a heat shield for reflecting heat released from the substrate back to the substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열 디바이스는, 상기 기판을 둘러싸고 상기 기판을 상기 임계 온도로 가열하게 하는 가열된 인클로져를 포함하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the heating device comprises a heated enclosure surrounding the substrate and causing the substrate to heat to the critical temperature. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 릴레이 시스템은 릴레이 렌즈를 포함하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the relay system comprises a relay lens. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 2 이미지는 라인 이미지인, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the second image is a line image. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 예열 방사선 빔은 780nm 또는 800nm 의 파장을 갖는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the preheated radiation beam has a wavelength of 780 nm or 800 nm. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 릴레이 렌즈는,The relay lens, 상기 예열 방사선 빔이 수직 입사각으로 상기 기판 상에 입사되도록 배열되고, The preheated radiation beam is arranged to be incident on the substrate at a vertical angle of incidence, 편광자 및 1/4 파장 플레이트를 더 포함하며,Further comprising a polarizer and a quarter wave plate, 상기 편광자 및 1/4 파장 플레이트는 상기 예열 방사선 빔에 배열되어, 상기 기판으로부터 반사된 다량의 예열 방사선이 상기 예열 방사선 소스에 도달하는 것을 감소시키는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the polarizer and the quarter wavelength plate are arranged in the preheat radiation beam to reduce the amount of preheat radiation reflected from the substrate from reaching the preheat radiation source. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 편광자 및 패러데이 회전자가 상기 예열 방사선 빔에 배열되어, 예열 방사선이 상기 예열 방사선 소스로 되돌아가는 것을 방지하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And a polarizer and a Faraday rotor are arranged in the preheat radiation beam to prevent preheat radiation from returning to the preheat radiation source. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 예열 방사선 소스는 레이저 다이오드의 어레이이고,The preheated radiation source is an array of laser diodes, 상기 릴레이 렌즈는 아나몰픽 (anamorphic) 이며, 상기 기판에, 상기 레이저 다이오드의 어레이의 라인 이미지와 같은 상기 제 2 이미지를 형성하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the relay lens is anamorphic and forms on the substrate the second image, such as a line image of the array of laser diodes. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 릴레이 렌즈는, 상기 제 2 이미지를 포커싱 상태로 유지하기 위해 조정가능한 소자들을 포함하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And the relay lens comprises elements adjustable to maintain the second image in a focused state. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판을 지지하는 척;A chuck supporting the substrate; 상기 척을 지지하는 이동가능 스테이지; 및A movable stage for supporting the chuck; And 상기 스캐닝을 달성하도록 상기 기판을 선택적으로 이동시키기 위해 상기 스테이지를 선택적으로 이동시키는 상기 이동가능 스테이지에 동작적으로 접속된 스테이지 구동기를 더 포함하는, 레이저 열 어닐링 수행 장치.And a stage driver operatively connected to the movable stage for selectively moving the stage to selectively move the substrate to achieve the scanning. 실온에서, 기판이 자체-유지 어닐링 조건을 만족하게 하는 정도의 레이저 빔의 방사선 파장을 흡수하지 않는, 기판의 레이저 열 어닐링 방법으로서,A method of laser thermal annealing of a substrate at room temperature, wherein the substrate does not absorb the radiation wavelength of the laser beam to the extent that it satisfies the self-maintaining annealing conditions, 상기 기판의 적어도 부분을 임계 온도로 가열하여, 상기 레이저 빔에 의해 조사 (照射) 될 때 상기 가열된 부분에서 상기 기판이 자체-유지 어닐링 조건을 만족하게 하는 정도로 상기 레이저 빔이 상기 가열된 부분에서의 상기 기판의 표면 근방에 흡수될 수 있도록 하는 단계; 및At least a portion of the substrate is heated to a threshold temperature such that when the laser beam is irradiated by the laser beam, the laser beam is in the heated portion to such an extent that the substrate satisfies a self-maintaining annealing condition in the heated portion. Absorbable in the vicinity of the surface of the substrate; And 상기 기판의 상기 가열된 부분에 걸쳐 상기 레이저 빔을 스캐닝함으로써 자체-유지 어닐링 조건을 개시하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.Initiating a self-maintaining annealing condition by scanning the laser beam over the heated portion of the substrate. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 기판은 도핑되지 않거나 저농도로 도핑된 실리콘 기판인, 레이저 열 어닐링 방법.And the substrate is an undoped or lightly doped silicon substrate. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 가열 단계는, 상기 기판을 지지하는 가열된 척을 통하여 상기 기판에 열을 제공하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.And said heating step comprises providing heat to said substrate through a heated chuck supporting said substrate. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 기판으로부터 방사된 열을 상기 기판으로 되반사하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.Reflecting heat radiated from the substrate back to the substrate. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 가열 단계는, 상기 기판을 둘러싸는 가열된 인클로져를 통하여 상기 기판에 열을 제공하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.And said heating step comprises providing heat to said substrate through a heated enclosure surrounding said substrate. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 가열 단계는, 실온에서, 상기 기판에 의해 흡수되는 파장을 갖는 예열 방사선 빔으로 상기 기판의 상기 부분을 조사 (照射) 하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.And the heating step comprises irradiating the portion of the substrate with a preheated radiation beam having a wavelength absorbed by the substrate at room temperature. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 상기 예열 방사선 빔의 파장은 780 nm 또는 800nm 인, 레이저 열 어닐링 방법.The wavelength of the preheat radiation beam is 780 nm or 800 nm. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 다이오드 레이저의 어레이를 이용하여 상기 예열 방사선 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.Generating the preheated radiation beam using an array of diode lasers. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 상기 레이저 빔은 상기 기판에 제 1 이미지를 형성하고, The laser beam forms a first image on the substrate, 상기 예열 방사선 빔은 상기 기판에 제 2 이미지를 형성하며, The preheated radiation beam forms a second image on the substrate, 상기 레이저 열 어닐링 방법은, 상기 제 1 이미지의 전방에 있거나 상기 제 1 이미지를 부분적으로 중첩하는 상기 제 2 이미지를 가지고 상기 기판에 걸쳐 상기 제 1 및 제 2 이미지를 스캐닝하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.The laser thermal annealing method includes scanning the first and second images across the substrate with the second image in front of the first image or partially overlapping the first image. Thermal annealing method. 제 26 항에 있어서, The method of claim 26, 스캐닝 동안에, 상기 제 1 이미지의 전방에 있거나 상기 제 1 이미지를 부분적으로 중첩하는 상기 제 2 이미지를 유지하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.During scanning, maintaining the second image in front of the first image or partially overlapping the first image. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 레이저 빔은 1 ㎛ 을 초과하는 파장을 갖는, 레이저 열 어닐링 방법.And the laser beam has a wavelength in excess of 1 μm. 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 레이저 빔은 10.6 ㎛ 의 파장을 갖는, 레이저 열 어닐링 방법.The laser beam has a wavelength of 10.6 μm. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, i) 자체-유지 어닐링 조건을 가능하게 하도록 상기 예열 방사선 빔에 의해 생성된 임계 온도, 및 ii) 선택 강도를 갖는 일 세트의 예열 방사선 빔 및 대응하는 세트의 레이저 빔으로 일 세트의 테스트 기판을 조사 (照射) 함으로써 상기 자체-유지 어닐링 조건을 가능하게 하도록 상기 예열 방사선 빔에 요구되는 최소 전력 중 적어도 하나를 실험적으로 결정하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.i) irradiating a set of test substrates with a set of preheated radiation beams and a corresponding set of laser beams having a threshold temperature generated by said preheated radiation beam to enable self-maintaining annealing conditions, and ii) a selected intensity. Experimentally determining at least one of the minimum power required for the preheat radiation beam to thereby enable the self-maintaining annealing condition. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 임계 온도는 360℃ 이상인, 레이저 열 어닐링 방법.And the critical temperature is at least 360 ° C. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 스캐닝은, 래스터, 보우스트러피도닉 (boustrophedonic), 및 스파이럴을 포함하는 패턴의 그룹으로부터 선택된 패턴으로 수행되는, 레이저 열 어닐링 방법.The scanning is performed in a pattern selected from the group of patterns comprising raster, boustrophedonic, and spiral. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 스캐닝은, 상기 기판을 차례로 지지하는 척을 지지하는 이동가능 기판 스테이지를 선택적으로 이동시킴으로써 수행되는, 레이저 열 어닐링 방법.Scanning is performed by selectively moving a movable substrate stage supporting a chuck which in turn supports the substrate. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 상기 예열 방사선 빔은 전력 레벨을 가지고, The preheat radiation beam has a power level, 상기 전력 레벨은, The power level is, a) 흡수 기판을 어닐링하기 위해 충분한 전력을 갖는 레이저 빔으로 상기 기판을 스캐닝하는 단계;a) scanning the substrate with a laser beam having sufficient power to anneal the absorbing substrate; b) a) 단계에서 어닐링 온도가 상기 기판 표면 상에 도달될 때까지 상기 예열 방사선 빔의 상기 전력 레벨을 상승시키고 a) 단계를 반복하는 단계; 및b) raising the power level of the preheated radiation beam until the annealing temperature is reached on the substrate surface in step a) and repeating step a); And c) 도달될 상기 어닐링 온도를 야기하는 상기 전력 레벨을 최소로 설정하는 단계에 의해 설정되는, 레이저 열 어닐링 방법.c) setting the power level to a minimum causing said annealing temperature to be reached. 실온에서, 기판이 자체-유지 어닐링 조건을 만족하게 하는 정도의 레이저 빔의 방사선 파장을 흡수하지 않는, 기판의 레이저 열 어닐링 방법으로서,A method of laser thermal annealing of a substrate at room temperature, wherein the substrate does not absorb the radiation wavelength of the laser beam to the extent that it satisfies the self-maintaining annealing conditions, 상기 기판의 적어도 부분을 가열하여 임계 온도로 상승시키도록 예열 빔 파장을 갖는 스캐닝 예열 방사선 빔으로 상기 기판의 부분을 조사 (照射) 하여, 상기 레이저 빔에 의해 조사 (照射) 될 때 상기 가열된 부분에서 상기 기판이 자체-유지 어닐링 조건을 만족하게 하도록, 상기 레이저 빔이 상기 가열된 부분에서의 상기 기판의 표면 근방에 흡수될 수 있도록 하는 단계; 및Irradiate a portion of the substrate with a scanning preheat radiation beam having a preheat beam wavelength to heat at least a portion of the substrate to raise it to a critical temperature, thereby heating the portion of the substrate when irradiated by the laser beam. Allowing the laser beam to be absorbed near the surface of the substrate at the heated portion to ensure that the substrate satisfies a self-maintaining annealing condition at the substrate; And 상기 예열 방사선 빔의 후방에 또는 상기 예열 방사선 빔과 부분적으로 중첩하는 상기 레이저 빔을 스캐닝함으로써 상기 자체-유지 어닐링 조건을 개시하는 단계를 포함하는, 레이저 열 어닐링 방법.Initiating the self-maintaining annealing condition by scanning the laser beam behind or partially overlapping the preheat radiation beam.
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