KR101574501B1 - 레이저 빔 위치결정 시스템 - Google Patents

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레오니드 엠. 테르티트스키
크리슈나 쿠마르 쿠탄나이어
아론 헌터
스티븐 모파트
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

복사 빔을 타겟팅하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 빔 스티어링 미러와 빔 캡처 미러가 광학 경로를 따라 이동가능하게 배치된다. 컨트롤러는, 표면상의 모든 타겟 위치들에 대해 광학 경로 길이를 실질적으로 일정하게 유지하면서, 상기 표면상의 타겟 위치에 빔을 타겟팅하기 위해, 상기 빔 스티어링 미러와 빔 캡처 미러를 x-y 평면에서 이동시키고 상기 미러들을 회전시킨다. 모든 타겟 위치들을 빔 타겟팅 광학기기들이 접근할 수 있는 위치들로 옮기기 위해, 상기 표면은 회전형 액추에이터에 의해 회전된다. 타겟팅과 광학 경로 길이에서의 비정밀성은 빔 진입 지점에 작동형 애퍼처를 제공함으로써 및/또는 광학 범위 탐지 검출기를 구비한 가변식 포커스 렌즈를 제공함으로써 보상될 수 있으며, 이들은 모두 상기 컨트롤러와 소통한다.

Description

레이저 빔 위치결정 시스템{LASER BEAM POSITIONING SYSTEM}
본 명세서에 기재된 실시예들은 반도체 기판들의 열 프로세싱에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 명세서에 기재된 실시예들은 반도체 기판들을 레이저 열 어닐링하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
레이저 열 프로세싱은 반도체 산업에서 일반적으로 사용되는 기술이다. 반도체 기판들은 집적 회로들, 평판 디스플레이들과 태양광 패널들과 같은 대면적 패널들, 포토닉 매체들(photonic media), 및 자성 매체들과 관련된 다양한 재결정화, 활성화 및 어닐링 프로세스들을 위해 레이저 열 처리를 받게 된다. 레이저 프로세싱은 레이저 수단으로 실현가능한 높은 가열 속도들(rates)과 이용 가능한 고속 처리량을 위해 빈번하게 선택된다.
대부분의 경우들에서, 프로세싱될 기판은 레이저 장치 내의 지지체 상에 위치되며, 레이저가 기판상의 스팟에 포커싱된다. 그 다음, 기판상의 모든 원하는(desired) 위치들이 프로세싱될 때까지 기판상의 연속적인 위치들에 레이저 스팟을 위치결정하기 위해, 기판이 이동된다. 일반적으로, 위치결정은 기판을 지지하는 정밀 x-y 스테이지(precision x-y stage)를 사용하여 이루어진다. 기판은 당해 기판상에 레이저 스팟의 포커스를 유지하기 위해 z-방향으로 또한 이동될 수 있다.
무어의 법칙에 따라 반도체 기판들 상의 장치들의 크기가 감소할수록, 포커스와 위치결정의 정확한 제어에 대한 요구가 증가한다. 레이저 위치결정에서의 비정밀성은 열 프로세싱을 원하는 장치들은 놓치고 지나치는 반면, 열 프로세싱을 원하지 않는 다른 위치들이 조사되는 결과를 초래할 수 있다. 또한, 복사(radiation) 포커스의 비정밀성이 장치의 크기에 비례하여(relative to) 더 커지기 때문에, 균일한 처리가 갈수록 더 어렵게 된다. 이러한 경향들은 x,y 및 z-방향들에서 스테이지를 정확하게 위치결정하는 어려움을 급속하게 증대시킨다.
따라서, 포커스와 위치의 정밀성을 개선시키는 열 프로세싱 장치 및 방법들이 계속 요구되고 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 반도체 기판을 열적으로 처리하기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는, 프로세스 챔버; 상기 프로세스 챔버에 배치된 회전가능한 기판 지지체; 빔 진입 지점에서 상기 프로세스 챔버에 커플링되고 실질적으로 균일한 강도를 가진 광 빔(beam of light)을 생산할 수 있는 광 소스; 상기 빔 진입 지점과 광학적으로 소통하며 상기 챔버 내에 배치되고, 복수의 이동가능한 광학 구성 요소들을 가진 일정한 광학 경로 길이 빔 로케이션 조립체; 및 상기 기판 지지체와 상기 일정한 광학 경로 길이 빔 로케이션 조립체에 커플링되고, 상기 빔 로케이션 조립체의 광학 구성 요소들과 상기 기판 지지체 상의 기판의 선택된 부분을 위치결정하기 위해 구성되어 상기 빔이 상기 선택된 부분을 조명하고 상기 빔의 광학 경로 길이가 상기 기판의 모든 부분들에 대해 실질적으로 동일하게 되는 컨트롤러;를 갖는다.
다른 실시예들은 레이저 어닐링 챔버를 위한 빔 로케이션 장치를 제공하며, 상기 빔 로케이션 장치는, 빔 타겟팅 광학 조립체; 빔 타겟팅 검출기; 및 실질적으로 일정한 광학 경로 길이로 복수의 위치들에 대해 레이저 복사 빔을 순차적으로 타겟팅하도록 구성된 컨트롤러;를 갖는다.
다른 실시예들은 표면상의 위치에 레이저 복사 빔을 타겟팅하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은, 상기 표면을 접근가능한 배향으로 회전시킴으로써 상기 타겟 위치를 스테이징(staging)하는 단계; 상기 타겟 위치 위에 빔 캡처 미러를 로케이팅하는 단계; 빔 스티어링 미러의 반사 지점을 상기 빔 캡처 미러와 빔 스티어링 미러로부터 상기 표면으로 반사되는 빔의 광학 경로 길이가 타겟 광학 경로 길이와 실질적으로 동일하도록 결정하는 단계; 상기 빔 스티어링 미러를 상기 반사 지점으로 이동시키는 단계; 상기 빔을 상기 빔 캡처 미러로 지향하기 위해 상기 빔 스티어링 미러를 회전시키는 단계; 및 상기 빔을 상기 타겟 위치로 지향하기 위해 상기 빔 캡처 미러를 회전시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1a는 일 실시예에 따른 열 프로세싱 장치의 개략적인 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 열 프로세싱 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 개략도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 열 프로세싱 장치의 개략적인 평면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 기판 레이저 처리를 위한 장치의 개략도이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 동일한 참조번호들이 가능한 한 도면들에서 공통된 동일 요소들을 표시하도록 사용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들은 특별한 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 사용될 수 있음이 고려된다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 일반적으로 반도체 기판을 열적으로 처리하기 위한 장치를 제공한다. 도 1a는 일 실시예에 따른 열 프로세싱 장치(100)의 개략적인 평면도이다. 레이저 어닐링 챔버일 수 있는 상기 열 프로세싱 장치(100)는 프로세스 챔버(102)와 상기 프로세스 챔버(102) 내에 배치된 회전가능한 기판 지지체(104)를 포함한다. 상기 프로세스 챔버(102)에는 복사 소스(110)가 빔 진입 지점(132)에서 커플링된다. 상기 복사 소스(110)는 당해 복사 소스(110)의 최종 광학 요소인 광학 요소(112)를 특징으로 한다. 상기 복사 소스(110)의 최종 광학 요소(112)는 레이저 복사 빔(114)을 챔버(102) 내로 방출한다.
상기 빔(114)은 빔(114)의 단면에 걸쳐 균일한 강도 프로파일을 갖도록 복사 소스(110)에 의해 일반적으로 성형된다. 일 실시예에서, 상기 빔(114)은 균일도가 약 2% 또는 그 미만인 강도 프로파일을 갖는다. 본 명세서에 개시된 실시예들에서 사용가능한 복사 빔을 발생시키기 위해 사용될 수 있는 복사 소스의 예가 2009년 2월 5일자로 공개되고 인용에 의해 본 명세서에 포함된 미국 특허 공개번호 제2009/0032511호에 기재되어 있다. 상기 빔(114)은 또한 표면상에 투사될 때 특정 윤곽을 갖는 이미지로 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 빔(114)은 원형 단면 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 빔(114)은 정사각형, 직사각형 또는 난형인 단면 형상을 가질 수 있다. 상기 빔(114)의 단면 형상은 복사 소스(110)의 최종 광학 요소(112)에 원하는 형상을 가진 애퍼처(aperture)를 포함시킴으로써 발생될 수 있다.
상기 장치(100)는 빔 진입 지점(132)과 광학 소통하며 챔버 내에 배치된 빔 로케이션 조립체(134)를 더 포함한다. 상기 빔 로케이션 조립체(134)는 회전가능한 기판 지지체(104) 상에 배치된 기판상의 타겟 위치에 복사 빔(114)을 타겟팅한다. 빔 타겟팅 광학 조립체일 수 있는 상기 빔 로케이션 조립체(134)는 복수의 이동가능한 광학 구성 요소들을 포함한다. 도 1a의 실시예에서, 상기 빔 로케이션 조립체(134)는 빔 캡처 미러(108)와 빔 스티어링 미러(122)를 포함하며, 이들 양자는 회전가능한 기판 지지체(104) 상에 배치된 기판의 선택된 위치들로 복사 빔(114)을 지향하도록 작동된다.
상기 빔 스티어링 미러(122)는 선형 액추에이터(도 1a의 관점에서는 보이지 않음)에 의해 y-방향으로 제 1 y-가이드(120)를 따라 이동가능하여서, 빔 스티어링 미러(122)와 빔 진입 지점(132) 사이의 거리"a"가 변화한다. 상기 빔 캡처 미러(108)는 x-가이드(116)와 제 2 y-가이드(118)를 따라 x- 및 y- 방향으로 이동가능하다. 일 실시예에서, 상기 기판 지지체(104)는 빔 캡처 미러(108)의 x/y 운동을 직경(D2)의 일측으로 제한할 수 있도록 회전한다. 또한, 상기 제 1 y-가이드(120)를 따르는 상기 빔 스티어링 미러(122)의 y-방향 운동은 직경(D1)의 일측으로 제한될 수 있다. 상기 미러(108 및 122)들이 그들의 개별 선형 가이드(116,118 및 120)들을 따라 이동됨에 따라, 두 미러들 사이의 거리"b"가 변한다. 거리("a" 및 "b")는 복사 빔(114)이 빔 진입 지점으로부터 타겟 위치까지 이동하는 광학 경로 길이의 일부를 규정한다. 또 1a 및 도 1b가 평탄한 평면 미러들을 도시하고 있으나, 포물선형, 구형, 타원형 또는 원통형 미러들과 같은 커브형 미러들이 사용될 수 있다.
상기 빔 로케이션 조립체(134)는 일반적으로 일정한 경로 길이 빔 로케이션 조립체로서 구성된다. 따라서, 상기 빔 로케이션 조립체(134)의 미러(108 및 122)들은 당해 미러(108 및 122)들의 선형 액추에이터들에 커플링된 컨트롤러(106)에 의해 제어된다. 상기 컨트롤러(106)는 복사 빔(114)의 일정한 광학 경로 길이를 유지하면서, 타겟 위치에 복사 빔(114)을 위치시키기 위해, 미러(108 및 122)들을 이동시키고 기판 지지체(104)를 회전시킨다. 상기 일정한 경로 길이는 복사 빔(114)의 강도 프로파일과 단면적을 유지하는데 유용하다. 노출들 사이의(from exposure to exposure) 경로 길이의 변화는 다이들 사이에서 또는 단일 다이의 서로 다른 위치들에서 불균일한 처리를 초래할 수 있다.
상기 복사 소스(110)는 연속파 또는 펄스 레이저이거나, 복수의 연속파 또는 펄스 레이저들일 수 있다. 상기 복사 소스(110)는, 예컨대, 원하는 주파수와 위상차를 가진 다수의 레이저들로부터 펄스들을 발생시킴으로써 및 상기 펄스들을 펄스-신장 광학기기를 사용하여 혼합함으로써, 임의의 형상과 일시적인 에너지 프로파일을 가진 에너지 펄스들을 생산하도록, 임의의 편리한 방식으로 다수의 레이저들의 출력을 혼합, 성형 또는 결합할 수 있다. 상기 복사 소스(110)는 편광 광학기기를 추가적으로 포함할 수 있다. 레이저 열 어닐링 장치에서의 작동시, 상기 복사 빔(114)이 미러(108/122)들의 연속 운동에 의해 기판의 표면을 가로질러 스캐닝될 수 있거나, 상기 빔(114)이 기판을 조사하는 동안 상기 미러들은 정지될 수 있고, 상기 빔(114)이 스텝핑 프로세스에서 차단되었을 때는 이동될 수 있거나, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
도 1b는 도 1a의 장치(100)의 개략적인 측면도이다. 도 1b의 관점에서, 상기 장치(100)는 y-방향을 따라 보인다. 상기 컨트롤러(106)와 소통하는 회전형 액추에이터(130)가 회전을 제공하기 위해 기판 지지체(104)에 커플링된다. 도 1a의 제 1 y-가이드(120)는 지지체(128)에 의해 지지되고, 이 지지체는 레일 또는 로드일 수 있고 상기 제 1 y-가이드(120)를 위한 액추에이터를 포함할 수 있다. 상기 빔 캡처 미러(108)는 컨트롤러(106)와 소통하는 회전형 액추에이터(124)를 가진 회전형 지지체(126)에 의해 선형 가이드(116 및 118)들로부터 지지된다. 상기 액추에이터(124)는 타겟 위치를 향하여 빔(114)을 지향시키기에 적당한 각도로 빔 스티어링 미러(122)에 대면하도록 빔 캡처 미러(108)를 회전시킨다. 상기 빔 스티어링 미러(122)는 마찬가지로 컨트롤러(106)와 소통하는 제 2 회전형 액추에이터(130)를 가진 유사한 회전형 지지체에 의해 그의 선형 가이드(도 1b의 관점에서는 보이지 않음)로부터 지지된다.
상기 회전형 액추에이터(124 및 130)들은 특정 실시예에 의해 요구되는 자유도들에 따라 1개, 2개 또는 3개의 축선들을 중심으로 미러(122 및 108)들을 회전시킬 수 있다. 예컨대, 상기 빔 캡처 미러가 x-y 평면에서 이동하는 도 1a 및 도 1b의 실시예와 같은 실시예에서, 각각의 미러(122 및 108)들은 x-y 평면에 대해 수직이고 z-방향에 대해 평행한 축선을 중심으로 회전하도록 제한될 수 있으며, 상기 빔 캡처 미러(108)에 대한 회전 축선은 당해 빔 캡처 미러(108)의 중심 또는 도심(centroid)과 같은 당해 빔 캡처 미러(108)의 중앙부를 통하여 연장하고, 상기 빔 스티어링 미러(122)의 회전 축선은 당해 빔 스티어링 미러(122)의 직경을 따라 연장하여, 당해 빔 스티어링 미러(122)가 z-방향을 따라 배향된다. 이러한 실시예에서, 상기 2개의 미러(108 및 122)들은 직경(D2)의 일측에 있는 모든 타겟 위치들로 빔(114)을 지향하기 위해 항상 광학적으로 소통하도록 함께 회전하며(도 1a), 그 후, 기판상의 모든 다른 타겟 위치들에 대한 접근을 허용하기 위해 상기 기판 지지체(104)가 180°회전될 수 있다.
이러한 실시예는 기판이 기판의 반경들을 따라 배향되지 않은 다이들을 가질 때 유용할 수 있다. 예컨대, 실리콘 웨이퍼는 웨이퍼의 표면을 가로지르는 직선 격자로 배향된 직사각형 다이들을 가질 수 있다. 상기 직사각형 다이들이 직사각형 레이저 스팟을 이용하여 프로세싱되어야 한다면, 일반적으로 레이저 스팟의 배향이 다이들의 배향과 정렬되는 것이 바람직하다. 180°의 배수가 아닌 임의의 각거리로 기판 지지체(104)를 회전시키는 것은 레이저 스팟의 배향에 대한 다이들의 배향을 변화시킨다. 따라서, 직경(D2)의 일측에 있는 모든 다이들의 프로세싱을 가능하게 하는 빔 로케이션 조립체의 실시예는 이러한 프로세스들에 유용할 수 있다.
원형 단면을 가진 레이저 스팟과 같이 레이저 스팟이 특정 배향을 갖지 않는 실시예에서, 예컨대, y-방향으로 상기 빔 스티어링 미러(122)와 함께 이동하도록 상기 빔 캡처 미러(108)를 제한함으로써 미러(122 및 108)들의 자유도들이 더 제한될 수 있다. 이러한 실시예에서, 프로세싱될 각각의 타겟 위치에 대해 결정된 양만큼 기판 지지체(104)를 회전시킴으로써 상기 빔(114)의 일정한 경로 길이가 유지될 수 있다. 이러한 실시예에서, 레이저 스팟의 프로파일과 타겟 위치의 형상 간의 불일치로 인하여 열 프로세싱을 원하지 않는 기판의 부분들이 레이저 스팟으로부터의 어닐링 복사에 노출될 수 있다. 예컨대, 고복사율 코팅으로 기판을 마스킹하는 것이 기판상의 이러한 위치들을 보호할 수 있다.
대안적으로, 상기 복사 소스는 배향된 레이저 스팟, 예컨대 직사각형 레이저 스팟을 산출하도록, 예컨대 당해 복사 소스(110)의 최종 광학 요소(112)에 포함된 회전가능한 애퍼처를 포함할 수 있고, 이 회전가능한 애퍼처는 타겟 위치의 배향에서의 회전을 추종하도록 회전가능하다. 상기 컨트롤러(106)는 회전형 액추에이터를 통해 상기 회전가능한 애퍼처와 소통할 수 있다. 일반적으로, 상기 복사 소스(110)로부터 나오는 빔(114)을 성형하는 애퍼처는 장기적이고 및/또는 반복적인 조사를 견디기 위해 세라믹과 같이 열적으로 안정되거나 내화성의 재료를 포함한다. 일반적으로, 상기 복사 소스(110)의 내부를 대면하고 있는 애퍼처의 표면은 당해 복사 소스에 수용된 레이저 또는 복수의 레이저들에 의해 장기적이고 및/또는 반복적인 조사를 받게 될 것이다. 따라서, 상기 애퍼처의 내면 또는 전체 애퍼처 중 어느 하나가 열저항성 또는 내화성의 재료를 포함할 것이다. 일부 실시예들에서, 상기 애퍼처의 내면에 대해 입사되는 복사의 열 효과들은 조면화된 표면으로부터 복사를 산란시킴으로써, 또는 상기 표면을 반사성 또는 고복사율 재료로 코팅함으로써 완화될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 회전가능한 애퍼처는 당해 애퍼처의 부분들을 통하는 냉각 유체용 채널들을 형성함으로써 냉각될 수 있다.
도 1b의 관점에서 x-z 평면으로 투사되는 상기 빔 스티어링 미러(122)로부터 상기 빔 캡처 미러(108)까지의 거리가 "b'"로 표시되어 있다. 상기 빔 캡처 미러(108)로부터의 거리 "c"는 상기 빔 스티어링 미러(122)로부터 상기 빔 캡처 미러(108)까지의 거리 "b"와 상기 빔 진입 지점(132)으로부터 상기 빔 스티어링 미러(122)까지의 거리 "a"에 추가될 때, 챔버 내부에서 빔(114)의 광학 경로 길이이다. 상기 컨트롤러(106)는, a+b+c의 합을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해, 필요하다면, 개별 선형 가이드(116/118/120)들을 따른 각각의 미러(108/122)의 위치, 각각의 미러(108/122)의 회전, 및 기판 지지체(104)의 각도 배향을 조정한다. 실질적으로 일정한 광학 경로 길이를 유지하는 것은 빔(114)의 균일한 강도 프로파일을 보존하고, 단일의 타겟 위치에 걸쳐서 및 모든 타겟 위치들 사이에서 처리의 균일성을 향상시킨다.
미러(108/122)들이 y-방향으로 함께 이동하는 실시예에서, 상기 빔 캡처 미러(108)는 빔 진입 지점으로부터 빔 스티어링 미러(122)까지의 거리"a"를 보상하기 위해 x-방향으로 이동한다. 이 실시예에서, 미러들을 회전시키는 것은 필요하지 않으며, 타겟 위치가 장치의 x-축선에 대해 45°로 기판 지지체의 반경을 따라 이동한다. 상기 기판 지지체 상의 기판의 모든 가능한 타겟 위치들에 도달하기 위하여, 상기 지지체는 빔 접근 라인을 따라 타겟 위치들을 옮기기 위해 회전된다. 이러한 경우들에서, 기판 지지체를 회전시키는 것은 타겟 위치들의 배향을 회전시킬 수 있어서, 배향되지 않은 빔이 사용되거나 회전가능한 애퍼처가 사용되어 빔 배향을 조정한다.
복사 소스에 대해 점증하는 위치결정 조정, 회전 조정 및 포커스 조정을 제공함으로써, 일부 실시예들에서 정밀도가 향상될 수 있다. 도 2는 포커스 조정 장치의 실시예를 포함하는 레이저 장치(200)의 개략도이다. 상기 레이저 장치(200)는 기판(214)에 대해 가상인 배향으로 빔 캡처 미러(108)와 빔 스티어링 미러(122)에 대해 관련되어 도시된다. 상기 장치(200)는, 가변식 포커스 렌즈(206)의 포커스를 조정하는 액추에이터(212)와 소통하여 가변식 포커스 렌즈(206)를 통해 레이저 복사 빔을 방출하는 레이저 소스(202)를 포함하고, 상기 레이저 소스는 임의의 원하는 방식으로 광학적으로 결합된 복수의 레이저들일 수 있다.
대부분의 실시예들에 대해 유용한 가변식 포커스 렌즈는 조정이 빠를 것이며, 일반적으로 열적으로 저항성일 것이다. 일 실시예에서, 렌즈를 통해 액체를 유동시키는 도관들을 가진 액체 전지 가변식 포커스 렌즈가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 가변식 포커스 렌즈는 렌즈를 통해 액체 전지 외부에서 냉각 유체를 유동시키는 채널들 또는 도관들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 액정 렌즈가 사용될 수 있다.
상기 액추에이터(212)는 도 1a 및 도 1b의 컨트롤러(106)와 같은 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 상기 컨트롤러는 이미터(204)로부터 방출된 복사의 빔 또는 플래시를 검출하도록 구성된 검출기(210)로부터 초점 길이를 나타내는 신호를 수신할 수 있다. 상기 이미터(204)는 검출기(210)에 의해 식별가능한 복사를 방출하도록 구성된 레이저 또는 다른 소스일 수 있다. 상기 이미터(204)는 가변식 포커스 렌즈(206)로부터 기판(214)까지 레이저 복사가 추종하는 것과 실질적으로 동일한 광학 경로를 따라 애퍼처(208)를 통해 빔 또는 플래시를 방출한다. 기판(214)으로부터 반사된 빛은 검출기(210)에 의해 검출된다. 상기 컨트롤러는 광학 경로 길이를 등록하고 액추에이터(212)를 통해 가변식 포커스 렌즈(206)를 조정한다. 가변식 포커스 렌즈(206)의 자동화된 포커싱에서 최상의 정밀도를 보장하기 위해, 애퍼처(208)에 대한 검출기(210)의 근접성은 최소화된다.
상기 검출기(210)는 카메라를 포함하는 임의의 편리한 유형의 광자 검출기일 수 있다. 사용될 수 있는 광자 검출기들의 유형들은 CCD 매트릭스와 포토다이오드 어레이를 포함한다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 상기 검출기(210)는 광 강도 균일성 검출기일 수 있다.
대안적 실시예들에서, 상기 기판 지지체는 당해 지지체 상에 배치된 기판의 x-y 및 회전 운동을 가능하게 하기 위해 정밀한 x-y 스테이지 상에 장착된 정밀한 회전자를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 정밀한 광학기기에 의한 미세한 위치결정과 상기 x-y 스테이지에 의한 근사적인(gross) 위치결정을 가능하게 함으로써 x-y 위치결정을 부가하는 것은 일부 실시예들에서, 프로세싱 처리량을 개선시킬 수 있다. 다른 대안적 실시예에서, 복사 소스(110)의 최종 광학 요소 또는 애퍼처를 통해 복사 빔의 광학 경로를 보기 위해 이미징 장치를 사용하여, 빔 위치결정과 포커스가 향상될 수 있다. 예컨대, 광학 경로를 따라 기판으로부터 반사된 복사를 수집하기 위해, CCD 매트릭스가 복사 소스(110)와 합체될 수 있다. 상기 컨트롤러(106)는, 빔의 포커스와 위치결정을 개선시키기 위해, 본 명세서에 기재된 임의의 작동형 장치들을 위한 제어 신호들을 발생시키기 위해 CCD 매트릭스로부터의 데이터를 이용할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 열 프로세싱 장치(300)의 개략적인 평면도이다. 상기 장치(300)는 도 1a 및 도 1b와 관련하여 위에 기재된 것과 동일한 많은 구성 요소들을 특징으로 한다. 상기 장치(300)는 제 1 회전가능한 기판 지지체(304A)와 제 2 회전가능한 기판 지지체(304B)를 구비한 인클로저(302)를 갖는다. 각각의 기판 지지체는 프로세싱하기 위한 기판을 유지할 수 있다. 빔(114A)에서와 같이, 상기 제 1 기판 지지체(304A) 위로, 또는 가상의 미러(122)로부터 반사되는 것으로 도시된 빔(114B)에서와 같이, 제 2 기판 지지체(304B) 위로, 빔을 지향시키기 위해 빔 스티어링 미러(122)를 회전시킴으로써, 2개의 기판들을 동시에 또는 순차적으로 프로세스하기 위해 복사 소스(110)가 사용된다. 각각의 기판 지지체는 개별 선형 가이드(316A/B 및 318A/B)들을 사용하여 위치결정되는 개별 빔 캡처 미러(308A 및 308B)들을 구비한 개별 빔 로케이션 조립체를 갖는다. 이러한 장치에서, 상기 빔 스티어링 미러(122)가 상기 제 1 및 제 2 기판 지지체(304A/B)들 위로 교대로 빔을 지향시키도록 회전될 수 있고, 따라서 기판들을 동시에 프로세싱하거나, 또는 하나의 프로세싱 스테이션이 능동적으로 프로세싱하면서 다른 프로세싱 스테이션이 기판들을 로드 및 언로드하는 상태에서, 기판들이 순차적으로 프로세싱될 수 있다.
다른 실시예들에서, 기판을 회전시키지 않고 기판상의 모든 지점들에 있는 타겟 위치들을 처리하기 위해, 단일의 기판 지지체와 함께 복수의 빔 캡처 미러들과 빔 스티어링 미러들이 사용될 수 있다. 하나의 예시적 실시예에서, 제 1 일정한 경로 길이를 유지하기 위해 전술한 바와 같이 이동하며, 기판의 절반 위의 타겟 위치들을 커버하도록 제 1 빔 캡처 미러와 함께 제 1 빔 스티어링 미러가 사용될 수 있다. 그 다음, 상기 제 1 일정한 경로 길이와는 상이한 제 2 일정한 경로 길이에 있는 나머지 타겟 위치들을 커버하도록 제 2 빔 캡처 미러와 함께 이동하는 제 2 빔 스티어링 미러로 빔을 조향하기 위해, 상기 제 1 빔 스티어링 미러가 소정 위치에 파킹(parked)될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 표면상의 위치에 레이저 복사 빔을 타겟팅하기 위한 방법을 또한 제공한다. 상기 방법은, 상기 타겟 위치가 빔 로케이션 광학 조립체에 대해 접근가능한 배향으로 상기 표면을 회전시킴으로써 상기 타겟 위치를 스테이징하는 단계와, 상기 타겟 위치 위에 빔 캡처 미러를 로케이팅하는 단계를 포함한다. 상기 빔 캡처 미러는 소스로부터의 레이저 복사 빔을 상기 타겟 위치로 반사시킬 것이다.
일 실시예에서, 상기 복사 빔의 광학 경로 길이는 표면상의 모든 타겟 위치들에 대해 실질적으로 일정하게 유지된다. 상기 빔 캡처 미러에 충돌하는 빔에 대한 소스 위치는, 빔 스티어링 미러의 반사 지점을 결정함으로써 식별되어, 빔 스티어링 미러와 빔 캡처 미러로부터 타겟 위치로 반사되는 빔의 광학 경로 길이가 타겟 광학 경로 길이와 실질적으로 동일하다. 빔은 고정된 지점으로부터 빔 스티어링 미러를 향하여 지향되어서, 상기 광학 경로 길이는 빔 스티어링 미러의 위치, 빔 캡처 미러, 및 타겟의 위치에 의해서만 좌우된다. 상기 빔 스티어링 미러는 식별된 반사 지점으로 이동되며, 2개의 미러들은 광학 소통시 정렬되도록 필요에 따라 회전된다. 컨트롤러는 타겟팅 속도를 개선시키기 위해 동시에 다양한 요소들의 움직임을 동조시키는데에 사용될 수 있다.
타겟팅에서의 정밀도를 개선시키기 위해, 다양한 베니어(venire) 조정들이 이루어질 수 있다. 예컨대, 초기 위치결정의 정확도를 검출한 후, 빔의 고정된 지점의 소스가 조정될 수 있다. 특정 초점 길이를 유지하는 것이 바람직하다면, 본 명세서에 개시된 방법들 중 임의의 방법들과 같이, 임의의 편리한 검출기를 이용하여 광학 경로의 길이가 검출될 수 있으며, 컨트롤러와 소통하는 가변식 포커스 렌즈를 이용하여 포커스가 조정될 수 있다. 마지막으로, 빔이 원하는 회전 배향을 가지면, 컨트롤러의 제어하에 회전가능한 애퍼처를 제공함으로써, 그 배향이 정밀하게 조정될 수 있다.
다른 실시예들에서, 빔이 타겟 위치에 도달하기 전에 빔을 최종 조정할 때, 렌즈가 사용될 수 있다. 상기 렌즈는 빔의 전파 방향에 대해 비스듬히(at an angle) 경사진 평탄한 프리즘과 같은, 단지 위치 조정 렌즈일 수 있거나, 또는 상기 렌즈는 프로젝션 렌즈와 같은 광학적으로 활성인 렌즈일 수 있다. 상기 렌즈 또는 프리즘은 타겟 위치 위에서 이동할 수 있고, 본 명세서에 기재된 미러들 중 임의의 미러와 같은 소스로부터 복사 빔을 수용할 수 있으며, 그리고 상기 타겟 위치로 상기 빔을 정밀하게 지향시킬 수 있다. 상기 렌즈 또는 프리즘은 본 명세서에 기재된 바와 같이 위치결정될 수 있으며, 필요한 배향을 얻기 위해 회전될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 기판 레이저 처리를 위한 장치(400)의 개략도이다. 레이저 빔(402)은 시작 지점(404)을 가지며, 상기 시작 지점은 챔버로의 진입 애퍼처일 수 있거나, 또는 단지 장치에 대한 레이저 빔의 규정된 시작 지점일 수 있다. 상기 빔(402)은 제 1 미러(406)로부터 제 2 미러(414)를 향하여 반사되며, 상기 제 2 미러는 회전가능한 기판 지지체(410) 상에 배치된 기판(416)의 표면상의 다이(408)로 빔을 지향시킨다. 프로세싱 중 기판(416)이 회전되기 때문에, 각각의 다이(408)는 2개의 상대 위치들, 예컨대 프로세싱 전 다이(408)의 위치인 기준 위치(408r)와, 프로세싱 중 다이(408)의 위치인 타겟 위치(408t)를 갖는다. 기판(416)과 기판 지지체(410)는 각각 중심(412)을 갖는다.
도 4의 실시예에서, 레이저 빔(402)이 빔 진입 지점(404)으로부터 제 2 미러(414)까지 일정한 거리를 이동하도록, 상기 기판 지지체(410)의 회전 위치가 제 1 미러(406)의 선형 위치와 회전 및 제 2 미러(414)의 회전과 함께 결정된다. 추가적으로, 상기 다이(408)는 레이저 빔(402)의 단면 형상과 정렬되며, 다이(408)의 형상과 일치하도록 가공된다. 빔(402)과 다이(408)의 정렬은 다이(408)가 광자 에너지에 의해 다이의 전체 면적에 걸쳐 균일하게 조사되도록 보장한다. 일부 실시예들에서, 직사각형과 같은 선택된 단면 형상을 가진 빔을 제공하도록 설계된 빔 커터(미도시)를 통과시킴으로써, 빔(402)이 성형될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 빔 커터는 빔 진입 지점(404)에 위치된다. 도 4의 실시예에서, 상기 빔 커터는 미세 정렬 및/또는 포커스 및 사이즈 조정들을 실시하는 것 이외에, 이동되거나 회전되지 않으며, 따라서, 빔(402)은 특정 축선을 따라 정렬된 기판(416)에 도달하고, 그리고 다이(408)는 동일한 축선을 따라 정렬되도록 회전된다.
전술한 구성에 따르면, 기판 지지체(410)의 회전 위치는 다음과 같이 결정된다. 빔 진입 지점(404)으로부터 제 2 미러(414)까지 기판 표면에 대해 평행하게 이동하는 빔(402)으로 빔 중심을 통과하고 기판 표면에 대해 평행한 데카르트 좌표 평면(418)을 정의한다. x 및 y 축선들이 기준 위치(408r)에서 다이(408)의 측면들에 대해 평행하도록 좌표 평면(418)이 정의되면, 계산들이 단순화된다. (xs,ys)를 빔 진입 지점(404)에서 빔 중심의 좌표 위치라 하자. (x1,y1)을 제 1 미러(406) 중심의 타겟 위치라 하자. (xc,yc)를 기판 지지체(410)의 회전 중심(412)이라 하자. (x2,y2)를 타겟 위치(408t)에서 다이(408)의 중심 위치라 하자. (x0,y0)를 기준 위치(408r)에서 다이(408)의 중심 위치라 하자. 상기 기판(416)이 기준 위치로 배향될 수 있으며, 상기 다이(408)는 프로세싱에 앞서 회전에 의해 상기 기준 위치(408r)에 놓인다. 대안적으로, 기판의 배향과 기준 배향 사이에서 오프셋이 검출될 수 있다.
(xs,ys)로부터 (x1,y1)까지 그리고 (x1,y1)으로부터 (x2,y2)까지의 거리들의 합이 일정하도록, 그리고 타겟 위치(408t)에서 다이(408)의 측면들이 레이저 빔(402)의 직사각형 단면 형상과 정렬되도록 상기 위치(x2,y2)가 계산된다. 상기 일정한 빔 길이를 BL이라고 표시되게 하자. 기판(416)이 기준 위치(408r)로부터 타겟 위치(408t)로 다이(408)를 이동시키기 위한 회전 각도(θ)가 다음과 같이 계산된다.
Figure 112012088956159-pct00001
여기서,
Figure 112012088956159-pct00002
이다.
상기 위치(x2,y2)는 극좌표에서 데카르트 좌표로의 간단한 변환에 의해 위치(x0,y0)로부터 계산될 수 있다. 상기 기판이 기준 배향에서 물리적으로 배향되지 않았다면, 위치(x2,y2)를 결정하기 전에 검출된 오프셋 각도가 적절하게 회전 각도(θ)에 가산 또는 감산될 수 있다.
상기 제 2 미러(414)가 (도 1a에서와 같이) x-y 포지셔너에 의해 위치(x2,y2)로 이동된다. 상기 제 1 미러(406)의 x-위치인 x1이 일정한 상태에서, y1은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112012088956159-pct00003
상기 제 1 미러(406)는 선형 포지셔너에 의해 위치(x1,y1)로 이동된다.
상기 제 2 미러(414)는 x-y평면에 대해 일정한 45°각도로 유지되며, 제 1 미러(406)로부터 반사된 빔과 연동(engage)하기 위해 회전형 액추에이터에 의해 x-y평면에 대해 수직한 축선을 중심으로 회전된다. 상기 x-축선에 대한 제 2 미러(414)의 회전 각도(α)는 상기 각도(θ)와 동일하다. 상기 제 1 미러(406)는 x-y평면에 대해 일정한 수직 배향으로 유지되며, 상기 제 2 미러(414)를 향하여 빔(402)을 반사시키기 위해 회전형 액추에이터에 의해 x-y평면에 대해 수직한 축선을 중심으로 회전된다. 상기 x-축선에 대한 제 1 미러(406)의 회전 각도(γ)는
Figure 112012088956159-pct00004
에 의해 주어진다.
전술한 방법에 따른 기판과 미러들의 위치결정은 기판상의 모든 프로세싱 위치들에 대해 빔의 광학 경로 길이가 일정하게 유지되도록 보장한다. 위의 등식들에 의해 결정되는 운동들을 실행하기 위해 상기 컨트롤러(420)가 미러(406 및 414)들, 및 기판 지지체(410)에 커플링될 수 있다. 상기 컨트롤러는 위의 계산들을 실시하고 계산된 위치들에 기초하여 미러(406 및 414)들과 기판 지지체(410)를 이동시키는 액추에이터들에 제어 신호들을 전송하도록 설계된 소프트웨어를 구비하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 상기 기판 지지체(410)는 특정한 규정된 정밀도를 가진 정밀한 회전형 액추에이터에 의해 회전된다. 액추에이터에 의해 제공된 회전 위치에서의 비정밀성은 300㎜ 웨이퍼 실시예에서 약 40㎛까지의 위치결정 에러로 바뀔 수 있다. 이러한 에러들은, 일 실시예에서, 전술한 빔 성형 애퍼처 또는 빔 커터의 위치를 미세하게 조정함으로써 교정될 수 있다. 상기 애퍼처가 빔 진입 지점(404)에 위치되어 있으면, 상기 애퍼처는 미세한 위치결정 에러들을 교정하기 위해 회전될 수 있거나, 2개의 방향들로 측방향으로 이동될 수 있다. 이러한 미세 조정을 위해 피에조액추에이터들이 사용될 수 있다. 기판 위치결정에서의 에러들은 카메라들, CCD 매트릭스들 또는 포토다이오드 어레이들과 같은 광자 검출기들을 사용하여 검출되고 측정될 수 있다.
이상은 본 발명의 실시예들과 관련되었으나, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들이 그 기본적인 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있다.

Claims (16)

  1. 반도체 기판을 열처리하기 위한 장치로서,
    회전가능한 기판 지지체;
    상기 회전가능한 기판 지지체 근처에서 실질적으로 균일한 강도를 가진 복사 빔(beam of radiation)을 생성할 수 있는 복사 소스(radiation source)로서, 상기 복사 빔은 빔 진입 지점에서 상기 복사 소스로부터 나오는, 복사 소스;
    상기 빔 진입 지점과 광학적으로 소통하도록 배치되고 복수의 이동가능한 광학 구성 요소들을 가지는 일정한 광학 경로 길이 빔 로케이션 조립체로서,
    상기 이동가능한 광학 구성 요소들이 제1 미러 및 제2 미러를 포함하고, 상기 제1 미러는 제1 선형 액추에이터 및 제1 회전형 액추에이터에 결합되고 상기 제2 미러는 제2 선형 액추에이터 및 제2 회전형 액추에이터에 결합되며,
    상기 제1 선형 액추에이터는 제1 방향을 따라 제1 미러를 이동시키고 상기 제2 선형 액추에이터는 상기 제1 방향을 따라 제2 미러를 이동시키고,
    상기 제 1 회전형 액추에이터는 상기 제 1 미러를 상기 제1 방향에 수직인 축선을 중심으로 회전시키고 상기 제 2 회전형 액추에이터는 상기 제 2 미러를 상기 제 1 방향에 수직인 축선을 중심으로 회전시키는,
    일정한 광학 경로 길이 빔 로케이션 조립체; 및
    상기 기판 지지체와 상기 일정한 광학 경로 길이 빔 로케이션 조립체에 커플링되는 컨트롤러로서, 상기 빔이 상기 기판 지지체 상의 기판의 선택된 부분을 조명하고 상기 빔에 대한 광학 경로 길이가 기판의 모든 부분들에 대해 실질적으로 동일하게 되도록, 상기 일정한 광학 경로 빔 로케이션 조립체의 상기 광학 구성 요소들 및 상기 기판 지지체 상의 상기 기판의 선택된 부분을 위치결정(position)하도록 구성되는, 컨트롤러;를 포함하는,
    반도체 기판을 열처리하기 위한 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 미러 또한 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 이동하고,
    각각의 회전형 액추에이터는 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 축선을 중심으로 회전하는,
    반도체 기판을 열처리하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복사 소스는 상기 컨트롤러에 커플링된 작동형 애퍼처(actuated aperture)를 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 기판상의 빔의 위치에 기초하여 상기 애퍼처를 위치결정하도록 더 구성되는,
    반도체 기판을 열처리하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러에 빔 위치 신호를 전송하는 빔 위치 검출기를 더 포함하는,
    반도체 기판을 열처리하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 빔 위치 검출기가 카메라를 포함하는,
    반도체 기판을 열처리하기 위한 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 빔은 불균일한 단면 형상을 갖고, 광 소스의 최종 광학 요소의 액추에이터는 상기 빔을 배향시키기 위해 상기 애퍼처를 회전시키는,
    반도체 기판을 열처리하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컨트롤러에 빔 위치 신호를 전송하는 빔 위치 검출기를 더 포함하고,
    상기 빔 위치 검출기는 상기 빔의 강도 프로파일을 검출하는 카메라를 포함하고,
    상기 최종 광학 요소는 가변식(variable) 포커스 렌즈를 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 빔의 강도 프로파일에 기초하여 상기 가변식 포커스 렌즈를 조정하도록 더 구성되는,
    반도체 기판을 열처리하기 위한 장치.
  9. 표면상의 타겟 위치에 레이저 복사 빔을 타겟팅하는 방법으로서,
    상기 표면을 접근가능한 배향으로 회전시킴으로써 상기 타겟 위치를 스테이징(staging)하는 단계;
    상기 타겟 위치 위에 빔 캡처 미러를 로케이팅(locating)하는 단계;
    상기 빔 캡처 미러 및 빔 스티어링 미러로부터 상기 타겟 위치로 반사되는 상기 빔의 광학 경로 길이가 타겟 광학 경로 길이와 실질적으로 동일하도록, 상기 빔 스티어링 미러의 반사 지점을 결정하는 단계;
    상기 빔 스티어링 미러를 상기 반사 지점으로 제1 방향을 따라 이동시키는 단계;
    상기 빔을 상기 빔 캡처 미러로 지향(direct)시키기 위해 상기 빔 스티어링 미러를 상기 제 1 방향에 수직인 축선을 중심으로 회전시키는 단계;
    상기 빔을 상기 타겟 위치로 지향시키기 위해 상기 빔 캡처 미러를 상기 제 1 방향에 수직인 축선을 중심으로 회전시키는 단계; 및
    상기 빔 캡처 미러를, 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라서 그리고 제 1 방향에 평행한 제3 방향을 따라서 이동시키는 단계;를 포함하는,
    표면상의 타겟 위치에 레이저 복사 빔을 타겟팅하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 빔 타겟팅의 정확도를 검출하고, 빔 진입 지점을 조정함으로써 상기 빔 타겟팅을 개선시키는 단계를 더 포함하는,
    표면상의 타겟 위치에 레이저 복사 빔을 타겟팅하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 타겟 위치를 스테이징하는 단계, 상기 타겟 위치 위에 상기 빔 캡처 미러를 로케이팅하는 단계, 상기 빔 스티어링 미러를 이동시키는 단계, 및 상기 빔 스티어링 미러 및 상기 빔 캡처 미러를 회전시키는 단계가 동시에 실시되는,
    표면상의 타겟 위치에 레이저 복사 빔을 타겟팅하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 빔의 초점을 검출하고, 가변식 포커스 렌즈를 조정함으로써 빔 초점을 향상시키는 단계를 더 포함하는,
    표면상의 타겟 위치에 레이저 복사 빔을 타겟팅하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    빔 진입 지점에 있는 애퍼처를 회전시킴으로써 빔 배향을 조정하는 단계를 더 포함하는,
    표면상의 타겟 위치에 레이저 복사 빔을 타겟팅하는 방법.
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