KR101918252B1 - 레이저 어닐링 도징 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 빔의 방출에 사용되는 레이저 장치(100)를 포함하는 레이저 어닐링 장치에 응용되는 레이저 어닐링 도징 장치(500)에 있어서, 레이저 어닐링 도징 장치는 곡률 반경이 모두 동일한 복수개의 원기둥 렌즈(510)를 포함하고, 곡률이 위치하는 평면에서의 각 원기둥 렌즈(510)의 사이즈가 동일하며, 또한 빔의 전파 방향에서의 각 원기둥 렌즈(510)의 길이가 상이하고, 빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈(510)의 길이 차이가 레이저 장치의 가간섭성 길이보다 길다. 선행 기술에서 투명 유리판(11)과 원기둥 렌즈(21)의 조합 방식을 길이가 상이한 큰 사이즈의 원기둥 렌즈(510)로 대체 사용하였고, 동일하게 간섭 제거 및 빔에 대한 도징 작용을 실현하며, 동시에 회절이 초래하는 도징 효과가 이상적이지 못한 문제도 해소하였고, 또한 광학 시스템의 가설 난이도를 감소시켰으며, 원가를 절감시켰다.

Description

레이저 어닐링 도징 장치{LASER ANNEALING DODGING APPARATUS}

본 발명은 반도체, 액정 분야에 관한 것으로, 특히 레이저 어닐링 도징 장치에 관한 것이다.

반도체, 액정 분야에서, 캐리어의 이동도를 향상시키기 위해 도핑 후의 디바이스에 대한 어닐링이 필요하다. 전통적인 어닐링 방법으로는, 전자 빔, 섬광등, 연속 비간섭성 조명 및 그라파이트 가열 등이 있다. 전자 빔은 레이저 에너지에 비하여 분포가 균일하여 넓은 밴드 갭 반도체를 처리할 수 있고, 전자 에너지에 대한 변화를 통하여 어닐링 층의 깊이를 제어할 수 있으나, 단점은 진공을 필요로 하며; 고상 어닐링용 전자 빔은 레이저에 비하여 우월하나, 고농도의 전기적 활성 도펀트가 요구되고, 액상 어닐링을 진행해야 할 경우, 레이저 어닐링이 더 적합하며, 이는 광자가 표면에서 흡수되어 용융 이전의 침투 깊이에 대한 정확한 제어를 보장할 수 있기 때문이고, 전자 침투는 비교적 깊어 옅은 층에 대한 제어가 어려우며; 전통적인 화로 가열 어닐링은 1150도에 달하는 높은 온도에서 어닐링을 진행할지라도 여전히 결정 흠결을 완전히 제거할 수 없으나, 레이저 어닐링은 흠결을 보다 완전히 제거할 수 있으며, 특히 나노처 펄스 레이저 어닐링 효과가 가장 좋으며, 연속파 레이저 어닐링은 큰 면적의 처리에 적용되며, 비 정질층을 단 결정 구조로 변환 가능하나, 소량의 흠결이 남아 있을 수 있다; 기타 방법은 원가가 비교적 낮기에, 요구를 만족시킬 경우 레이저 어닐링을 추천하지 않으며, 성능에 대한 요구가 높고, 국부 로컬화 도핑과 박층 고농도의 전기적 활성의 도핑 및 복잡한 구조의 반도체에 대한 어닐링을 진행할 시, 레이저 기술을 사용하면 활성화 효율이 높고, 표면 거칠기를 개선하며, 이물질의 농도를 감소시키고, 어닐링 배면의 온도가 비교적 낮아 디바이스에 손상을 주지 않는 등 뚜렷한 우세를 구비한다. 레이저 어닐링은 전통적인 어닐링에 비하여 활성화 효율이 높고, 디바이스에 대한 손상이 적은 등 우점을 구비하기에, 미래에 IGBT, TFT, GIS(이미지 센서) 등 분야에서 전통적인 어닐링을 부분적으로 대체할 것이며 수요량이 급속히 증가될 것이다.

레이저 어닐링 후의 디바이스의 균일성은 디바이스의 성능과 직접적인 관련이 있고, 어닐링 과정에서 레이저 빔의 정형과 도징은 어닐링의 균일성에 아주 중요한 역할을 한다. 레이저의 가간섭성으로 인해 빔의 도징 과정에서의 간섭은 빔의 균일성에 심각한 영향을 주기에, 광학 시스템에서는 간섭을 제거해야 한다.

첫번째 간섭 제거 방법으로는, 빔의 불규칙적인 반사와 굴절을 이용하여 광선을 다시 집합시켜 평면 어레이 공간 변조기로 3가지 컬러의 레이저 신호를 변조시켜 레이저의 컬러 영상 디스플레이를 실현시킴으로써, 간섭 무늬를 완전히 제거하여, 뚜렷한 이미지를 획득하지만, 이러한 방법의 전형적인 응용의 경우은 레이저 이미징 기술이고, 고출력 레이저 장치에 적합하지 않으며, 특정 조명 시야를 형성하는 경우에도 적합하지 않다.

다른 간섭 제거 방법으로는, 도1에 도시된 바와 같이, 레이저 어닐링 도징 장치는 복수개의 투명 유리판(11)으로 구성되는 간섭 제거 시스템(10)과 복수개의 길이가 같은 원기둥 렌즈(21)로 구성되는 렌즈 어레이(20)로 구성되고, 여기서 투명 유리판(11)의 너비와 원기둥 렌즈(21)의 너비는 동일하며, 광축 방향(즉, 도면에서 화살표 방향)에서의 2개의 상호 인접한 투명 유리판(11)의 길이 차이는 레이저 장치(도면에 도시되지 않음)의 가간섭성 길이보다 길고, 상호 인접한 2개의 유리판(11) 사이의 길이 차이는 동일하다. 각 투명 유리판(11)을 통과하는 레이저의 광로는 상기 투명 유리판(11)의 길이(즉, 화살표 방향) 부분으로 변화되므로, 각 레이저는 가간섭성 길이보다 긴 거리의 광로차를 생성하고, 가간섭성의 영향이 없어져, 상호 간섭이 발생되지 않기에, 투명 유리판(11)은 간섭 제거 작용이 있고, 원기둥 렌즈(21)는 도징작용을 하지만, 이런 방법에 있어서, 투명 유리판(11)과 원기둥 렌즈(21)의 사이즈가 비교적 작기에(입사면의 사이즈는 대략 0.5mm), 간섭 외에, 회절도 야기시킬 수 있어, 도징 효과에 심각하게 영향을 주며; 투명 유리판(11)과 원기둥 렌즈(21)는 분리되어 있어, 광학 시스템에서의 가설이 비교적 복잡하며, 양자를 엄격히 대응시켜, 상대적인 경사 및 편심을 보장하는 것이 비교적 어려우며, 정밀도에 대한 요구가 비교적 높아 원가를 증가시켰다.

본 발명은, 선행의 레이저 어닐링 장치 중의 도징 시스템의 상기 문제를 해결하기 위해, 레이저 어닐링 도징 장치를 제공한다.

상기 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 레이저 빔의 방출에 사용되는 레이저 장치를 포함하는 레이저 어닐링 장치에 응용되는 레이저 어닐링 도징 장치에 있어서, 상기 레이저 어닐링 도징 장치는 곡률 반경이 모두 동일한 복수개의 원기둥 렌즈를 포함하고, 곡률이 위치하는 평면에서의 각 원기둥 렌즈의 사이즈가 동일하며, 또한 빔의 전파 방향에서의 각 원기둥 렌즈의 길이가 상이하고, 빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈의 길이 차이는 상기 레이저 장치의 가간섭성 길이보다 긴 레이저 어닐링 도징 장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 레이저 어닐링 장치는 콜리메이팅 시스템, 빔 익스팬딩 시스템 및 포커싱 시스템을 더 포함하고, 상기 레이저 어닐링 장치의 배열 순서는 광로의 전파 방향에 따라 순서대로 레이저 장치, 콜리메이팅 시스템, 빔 익스팬딩 시스템, 레이저 어닐링 도징 장치 및 포커싱 시스템이며, 상기 레이저 장치에 의해 방출된 레이저 빔은 상기 콜리메이팅 시스템을 거쳐 평행 광으로 변화하고, 다시 빔 익스팬딩 시스템을 거쳐 빔을 필요한 사이즈로 확대시키며, 다시 상기 레이저 어닐링 도징 장치의 도징을 거쳐, 최종적으로 상기 포커싱 시스템을 거쳐 필요한 광점을 형성한다.

바람직하게, 빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈의 길이 차이는 고정값이다.

바람직하게, 빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈의 길이 차이값은 모두 상이하다.

바람직하게, 상기 원기둥 렌즈의 수량과 곡률이 위치하는 평면에서의 상기 원기둥 렌즈의 사이즈는 상기 레이저 어닐링 도징 장치에 입사되는 빔의 직경에 의해 결정된다.

바람직하게, 상기 원기둥 렌즈의 수량은 5~ 7개이다.

바람직하게, 상기 원기둥 렌즈의 곡률 반경은 100mm ~ 200mm이다.

바람직하게, 곡률이 위치하는 방향에서의 상기 원기둥 렌즈의 구경은 4mm ~ 10mm이다.

바람직하게, 상기 원기둥 렌즈는 광학 냉간 가공 방법을 사용하여 가공 및 제조한다.

선행 기술과 비교할 경우, 본 발명은 하기 장점을 구비한다.

1. 본 발명은 선행 기술 중의 투명 유리판과 원기둥 렌즈의 조합 방식을 길이가 상이한 큰 사이즈의 원기둥 렌즈로 대체 사용하였으며, 동일하게 간섭 제거 및 빔에 대한 도징 작용을 실현할 수 있다.

2. 본 발명은 큰 사이즈의 원기둥 렌즈를 사용하였으므로, 회절 현상이 나타나는 것을 방지하였고, 추가적으로 회절이 빔의 도징 효과에 영향 주는 것을 방지할 수 있다.

3. 선행 기술 중의 투명 유리판과 원기둥 렌즈는 분리되며, 광학 시스템에서의 가설이 비교적 복잡하고, 양자는 엄격히 대응되어야 하지만, 본 발명에서는 상기 대응 과정이 필요 없으며 광학 시스템의 가설 난이도를 낮추었고, 원가를 절감하였다.

4. 상기 원기둥 렌즈의 사이즈가 비교적 크기에, 일반적인 광학 냉간 가공 방법을 사용하여 가공 및 제조하면 되며, 소자의 가공 난이도를 낮추었고, 추가적으로 원가를 절감하였다.

도1은 기존의 레이저 어닐링 장치 중의 도징 시스템의 구조를 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예1의 레이저 어닐링 도징 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도3은 도2의 좌측면도이다.
도4는 본 발명의 실시예2의 레이저 어닐링 도징 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도5는 본 발명의 구체적인 실시 방식의 레이저 어닐링 장치의 구조를 나타내는 도면도이다.
도6은 본 발명의 구체적인 실시 방식의 레이저 어닐링 도징 장치가 획득한 광점의 X 방향 에너지 분포도이다.
도7은 본 발명의 구체적인 실시 방식의 레이저 어닐링 도징 장치가 획득한 광점의 Y 방향 에너지 분포도이다.

본 발명이 상기 목적, 특징 및 장점을 보다 명확하고 이해하기 쉽게 하기 위해, 이하, 첨부도면과 결합하여 본 발명의 구체적인 실시 방식에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 설명하고자 하는 것은, 본 발명의 첨부도면은 모두 간략화한 형식 사용하였고 모두 비 정확한 비례를 사용하였으며, 이는 단지 본 발명의 실시예를 편리하고, 뚜렷하게 보조적으로 설명하는 것을 목적으로 한다.

도2와 도3을 참조하면, 본 발명에서 제공하는 레이저 어닐링 도징 장치(500)는, 레이저 어닐링 장치에 응용되고, 곡률 반경이 모두 동일한 복수개의 원기둥 렌즈(510)를 포함하며, 곡률이 위치하는 평면에서의 각 원기둥 렌즈(510)의 사이즈가 동일하며, 다시 말하자면, 광 입사면에서의 상기 각 원기둥 렌즈(510)의 사이즈가 동일하고(즉, X 방향의 너비가 동일하고, Y 방향의 높이가 동일하다), 빔의 전파 방향 Z 방향에서의 각 원기둥 렌즈(510)의 길이가 상이하고, 빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈(510)의 길이 차이가 상기 레이저 어닐링 장치의 레이저 장치(100)(도5에 도시된 바와 같음)의 가간섭성 길이보다 길다. 본 발명은 선행 기술 중의 투명 유리판과 원기둥 렌즈의 조합 방식을 길이가 상이한 큰 사이즈의 원기둥 렌즈(510)로 대체 사용하였고, 동일하게 간섭 제거 및 빔에 대한 도징 작용을 실현할 수 있으며, 회절이 초래하는 도징 효과가 이상적이지 못한 문제를 해소하였고, 광학 시스템의 가설 난이도를 감소시켰으며, 원가를 절감시켰다.

바람직하게, 중점적으로 도5를 참조하면, 상기 레이저 어닐링 장치는 레이저 장치(100), 콜리메이팅 시스템(200), 빔 익스팬딩 시스템 및 포커싱 시스템(600)을 더 포함하고, 상기 레이저 어닐링 장치의 배열 순서는 광로의 전파 방향에 따라 순서대로 레이저 장치(100), 콜리메이팅 시스템(200), 빔 익스팬딩 시스템, 레이저 어닐링 도징 장치(500) 및 포커싱 시스템(600)이며, 상기 레이저 장치(100)에 의해 방출된 빔은 상기 콜리메이팅 시스템(200)을 거쳐 평행광으로 변화하고, 다시 빔 익스팬딩 시스템을 거쳐 빔을 필요한 사이즈로 확대시키며, 다시 상기 레이저 어닐링 도징 장치(500)을 거쳐 도징되어, 최종적으로 상기 포커싱 시스템(600)을 거쳐 이미지면에서 필요한 광점을 포커싱하여 형성한다.

바람직하게, 상기 빔 익스팬딩 시스템은 제1 빔 익스팬딩 장치(300)와 제2 빔 익스팬딩 장치(400)를 포함한다.

실시예1

바람직하게, 중점적으로 도2를 참조하면, 빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈(510)의 길이 차이는 고정값이고, 본 실시예에 있어서, 빔의 전파 방향에서의 상호 인접한 2개의 원기둥 렌즈(510)의 길이 차이는 모두 d이며, 당연히, 본 발명은 도2에 도시된 위에서 아래로 원기둥 렌즈(510)가 순서대로 증가되는 배열 방식에 한정되지 않으며, 기타 배열 방식일 수도 있다.

바람직하게, 상기 원기둥 렌즈(510)의 수량은 5~ 7개이다. 상기 5~ 7개의 원기둥 렌즈(510)는 원기둥 렌즈 어레이를 구성하여, 빔을 작은 부분으로 분할시키고, 원기둥 렌즈(510)를 거쳐 출사된 광은 일정한 발산각을 구비하며, 이러한 분할된 광은 다시 뒷면의 포커싱 시스템(600)을 거치고, 각 작은 부분은 다시 중첩되어 빔에 대한 도징 작용을 하며, 특정 사이즈의 균일한 광점을 형성한다. 빔은 상이한 길이의 원기둥 렌즈(510)를 거치고, 각 2개의 원기둥 렌즈(510)의 길이 차이는 상기 레이저 장치(100)의 가간섭성 길이보다 길어, 광로차가 가간섭성 길이보다 크게 하고 광로차를 일정하지 않게 하여 간섭발생에 반드시 일정한 위상차가 있어야 하는 조건을 파괴함으로써, 간섭을 제거하였고 더 좋은 빔에 대한 도징 효과를 달성하였다.

바람직하게, 상기 원기둥 렌즈(510)의 곡률 반경은 100mm~ 200mm이고, 최종적으로 획득하려는 포커싱 광점의 사이즈에 따라 조절하며, 바람직하게, 곡률이 위치하는 방향에서의 상기 원기둥 렌즈(510)의 구경이 비교적 크고, 즉 Y 방향의 높이는 대략 4mm~ 10mm이며, 원기둥 렌즈 어레이에 진입하는 광점 직경의 크기 및 사용되는 원기둥 렌즈(510)의 개수에 따라, 원기둥 렌즈(510)의 곡률 방향의 사이즈 크기를 매칭시킬 수 있고; 다른 방향에서의 사이즈, 즉 X 방향의 너비는 입사 빔의 직경과 동일하기에, 원기둥 렌즈(510)의 2개 방향의 사이즈는 모두 원기둥 렌즈 어레이에 입사되는 빔의 직경에 의해 결정될 수 있다. 각 원기둥 렌즈(510)의 곡률은 최종적으로 획득하려는 포커싱 광점의 사이즈에 따라 결정되고, 원기둥 렌즈(510)의 2개 방향의 사이즈와 서로 매칭된다.

바람직하게, 곡률이 위치하는 방향에서의 상기 원기둥 렌즈(510)의 구경이 비교적 크기에, 일반적인 광학 냉간 가공 방법을 사용하여 가공 및 제조할 수 있으며, 장치의 가공 난이도를 낮추었고 원가를 대폭 절감하였다.

도6과 도7을 중점적으로 참조하면, 최종적으로 결상되는 2차원 광점이 정형되지 않은 X 방향에서, 에너지의 분포는 도6에 도시된 바와 같고, 즉 레이저 어닐링 도징 장치(500)는 레이저 빔의 에너지 분포를 변경시키지 않아 여전히 가우스 분포이며; 원기둥 렌즈(510)에 의해 정형된2차원의 광점은 Y 방향에 위치하고(즉, 원기둥 렌즈(510)의 곡률 방향), 에너지의 분포는 도7에 도시된 바와 같으며, 다시 말하자면, 원기둥 렌즈(510)의 도징을 거치고 간섭을 제거한 후, 레이저 빔의 에너지 분포를 플랫 탑 균일 분포로 변화시켰으며, 이로부터 알 수 있다시피, 본 발명이 제공하는 레이저 어닐링 도징 장치(500)는 양호한 빔에 대한 도징 효과를 구비한다.

실시예2

도4를 중점적으로 참조하면, 본 실시예와 실시예1의 차이점은 다음과 같다. 빔의 전파방향에서, 각 2개의 원기둥 렌즈(510)의 길이 차이는 모두 상이하고, 즉, 비 고정적인 길이이며, 본 실시예에 있어서, 빔의 전파방향에서, 2개의 상호 인접한 원기둥 렌즈(510)의 길이 차이는 위에서 아래로의 순서대로 a1, a2, a3, a4, a5, a6, 즉a1≠a2≠a3≠a4≠a5≠a6이며, 본 실시예는 동일하게 간섭의 발생 조건을 파괴할 수 있으므로, 간섭을 제거하여 더 좋은 빔에 대한 도징 효과를 달성할 수 있다.

결론적으로, 본 발명에서 제공하는 레이저 어닐링 도징 장치(500)는, 레이저 어닐링 장치에 응용되고, 레이저 빔을 방출하는 레이저 장치(100)를 포함하며, 곡률 반경이 모두 동일한 복수개의 원기둥 렌즈(510)를 더 포함하고, 곡률이 위치하는 평면에서의 각 원기둥 렌즈(510)의 사이즈가 동일하며, 빔의 전파 방향에서의 각 원기둥 렌즈(510)의 길이가 상이하고, 빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈(510)의 길이 차이가 상기 레이저 장치(100)의 가간섭성 길이보다 길다. 본 발명에 있어서, 선행 기술에서 투명 유리판과 원기둥 렌즈의 조합 방식을 길이가 상이한 큰 사이즈의 원기둥 렌즈(510)로 대체 사용하였고, 동일하게 간섭 제거 및 빔에 대한 도징작용을 실현할 수 있으며, 회절이 초래하는 도징 효과가 이상적이지 못한 문제도 해소하였고, 광학 시스템의 가설 난이도를 감소시켰으며, 원가를 절감시켰다.

분명하게, 당업자들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명을 다양하게 변경 및 변형시킬 수 있다. 이렇게, 본 발명의 이러한 수정과 변형이 본 발명의 청구범위 및 균등한 기술 범위 내에 있을 경우, 본 발명은 이러한 수정 및 변형을 포함하도록 한다.

도1 중: 10: 간섭 제거 시스템, 11: 투명 유리판, 20: 렌즈 어레이, 21: 원기둥 렌즈;
도2 -5중: 100: 레이저 장치, 200: 콜리메이팅 시스템, 300: 제1 빔 익스팬딩 장치, 400: 제2 빔 익스팬딩 장치, 500: 레이저 어닐링 도징 장치, 510: 원기둥 렌즈, 600: 포커싱 시스템.

Claims (9)

1. 레이저 빔의 방출에 사용되는 레이저 장치를 포함하는 레이저 어닐링 장치에 응용되는 레이저 어닐링 도징 장치(laser annealing dodging apparatus)에 있어서,
   상기 레이저 어닐링 도징 장치는 곡률 반경이 모두 동일한 복수개의 원기둥 렌즈를 포함하고, 곡률이 위치하는 평면에서의 각 원기둥 렌즈의 사이즈가 동일하며, 상기 평면은 X 방향 및 X 방향과 직교하는 Y 방향에 의해 정의되며, 빔의 전파 방향에서의 각 원기둥 렌즈의 길이가 상이하고, 빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈의 길이 차이는 상기 레이저 장치의 가간섭성 길이보다 긴 것을 특징으로 하되,
   상기 원기둥 렌즈의 곡률 반경은 100mm ~ 200mm이고, 곡률이 위치하는 방향에서의 상기 원기둥 렌즈의 구경은 4mm ~ 10mm이며, 상기 복수개의 원기둥 렌즈는 X 방향의 폭이 상기 레이저 빔의 직경과 동일한 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 도징 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 어닐링 장치는 콜리메이팅 시스템(collimating system), 빔 익스팬딩 시스템 및 포커싱 시스템을 더 포함하고, 상기 레이저 어닐링 장치의 배열 순서는 광로의 전파 방향에 따라 순서대로 레이저 장치, 콜리메이팅 시스템, 빔 익스팬딩 시스템, 레이저 어닐링 도징 장치 및 포커싱 시스템이며, 상기 레이저 장치에 의해 방출된 레이저 빔은 상기 콜리메이팅 시스템을 거쳐 평행 광으로 변화하고, 다시 빔 익스팬딩 시스템을 거쳐 빔을 필요한 사이즈로 확대시키며, 다시 상기 레이저 어닐링 도징 장치의 도징을 거쳐, 최종적으로 상기 포커싱 시스템을 거쳐 필요한 광점(light spot)을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 도징 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈의 길이 차이는 고정값인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 도징 장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   빔의 전파 방향에서의 각 2개의 원기둥 렌즈의 길이 차이값은 모두 상이한 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 도징 장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 원기둥 렌즈의 수량과 곡률이 위치하는 평면에서의 상기 원기둥 렌즈의 사이즈는 상기 레이저 어닐링 도징 장치에 입사되는 빔의 직경에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 도징 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 원기둥 렌즈의 수량은 5 ~ 7개인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 도징 장치.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 원기둥 렌즈는 광학 냉간 가공 방법을 사용하여 가공 및 제조하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 도징 장치.

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