KR101930741B1 - 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법 - Google Patents

레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법이 개시된다. 개시된 레이저 어닐링 장치는, 각각 펄스형 레이저 빔을 발진하는 복수의 레이저 발진기; 상기 레이저 발진기들로부터 출사된 상기 레이저 빔들의 펄스들이 시간차를 두고 순차적으로 진행하도록 상기 레이저 빔들을 스위칭하는 복수의 셔터; 상기 순차적으로 진행하는 레이저 빔들을 공간적으로 결합시켜 가변된 펄스폭을 가지는 가변 레이저 빔을 형성하는 빔 성형기; 상기 빔 성형기로부터 출사된 상기 가변 레이저 빔을 가공빔과 측정빔으로 분할하는 제1 빔 분할기; 상기 측정빔의 펄스형상 및 출력을 측정하는 측정빔 검출유닛; 및 상기 측정빔 검출유닛에 의해 측정된 신호들을 이용하여 상기 레이저 발진기들 및 상기 셔터들을 제어함으로써 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상 및 출력을 조절하는 제어부;를 포함한다.

Description

레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법{Laser annealing apparatus and laser annealing method}
본 발명은 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법에 관한 것이다. 상세하게는 레이저 발진기들로부터 출사되는 복수의 레이저 빔을 시간적, 공간적으로 결합하여 가변 펄스폭의 레이저 빔을 생성하고, 이러한 가변 펄스폭의 레이저 빔에 대한 펄스 형상 및 출력을 실시간으로 측정하여 제어함으로써 레이저 어닐링 공정에 최적화된 펄스 형상 및 출력으로 일정하게 유지할 수 있는 레이저 어닐링 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이저 어닐링 공정은 웨이퍼 상의 비정질 실리콘(amorphous silicon) 막에 라인(line) 형상으로 성형한 레이저 빔을 주사함으로써 비정질 실리콘막을 결정화시켜 다결정 실리콘(polysilicone)막으로 형성하는 공정을 말한다. 이러한 레이저 어닐링 공정 시 고려되어야 할 중요한 파라미터로는 파장(wavelength), 평균 출력(average power), PRF(pulse repetition frequency), 펄스폭(pulse width) 등이 있다. 이 중에서 펄스폭은 레이저의 피크 출력을 결정짓는 요소로서, 레이저의 한 펄스가 얼마나 오랫동안 지속되는 가를 나타내는 값이다. 특히, 레이저 어닐링 공정에서 펄스폭은 실리콘의 결정화 정도를 좌우하는 요소로 매우 중요한 파라미터이다. 즉, 레이저의 펄스폭이 적합하지 않은 경우에 어닐링 공정에서 효율적으로 다결정 실리콘 박막을 형성하지 못하여 전자 이동도(electron mobility) 및 리프레시 속도(refresh rate) 향상 등이 떨어지게 된다. 따라서, 테스트 타입, 공정 타입 또는 샘플 타입 등에 따라 펄스폭의 가변 필요성이 제기된다.
또한, 레이저 어닐링 공정에서는 펄스폭이 시간이 지남에 따라 일정해야 한다. 하나의 웨이퍼 전체를 어닐링 가공하는데 있어서 레이저 펄스를 수백 번 내지 수천 번을 조사하게 되는데, 펄스폭이 전원이나 컨트롤 신호 등의 미세 변화에 의해서 변화하게 되면 웨이퍼의 가공 품질이 웨이퍼의 위치에 따라 균일하지 않게 되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 펄스 레이저의 특성상 조사되는 매 펄스마다 펄스폭이 달라질 수도 있는데, 이러한 펄스록을 실시간으로 측정하여 일정하게 제어해야 한다.
기존의 펄스폭을 조절하는 방법으로는 듀티비(duty ration) 조절이나, 공진기(optical resonator)의 길이를 조절하는 방법이 사용되었다. 그러나, 듀티비를 조절하여 펄스폭을 제어하는 방법은 평균 출력의 손실이 발생되는 등의 문제가 있다. 그리고, 공진기의 길이를 조절하여 펄스폭을 제어하는 방법은 레이저 빔의 품질을 변화시키게 되는데, 이는 펄스폭을 바꿀 때 마다 빔 경로 및 광학계의 수정과 함께, 레이저 가공 시 새로운 테스트를 거쳐서 최적의 조건을 다시 찾아서 검증하여야 한다는 문제점이 있다. 즉, 기존의 펄스폭 조절 방식에서는 평균 출력의 손실이 발생되거나 빔 가공 품질이 변화함으로써 이를 고려한 광학계를 수정, 설계하여야 하고, 또한 빔 품질 변화로 인해 새로운 조건에서 테스트를 진행하여 조건을 최적화, 공정화시켜야 하므로, 시간적, 경제적인 손실이 발생하게 되고, 최악의 경우 펄스폭이 바뀌면서 레이저 가공 공정 실패할 경우도 발생될 수 있다.
한편, 레이저 어닐링과 같은 레이저 가공 공정에 필요한 에너지 밀도는 그린 레이저 어닐링(GLA; green laser annealing)의 경우 일반적으로 0.5J/cm2 이상이 된다. 이 값은 가공 면적, 즉 결상 이미지의 크기에 따라 필요한 펄스당 에너지가 결정되며, 이미지 사이즈가 커지면 더 많은 펄스당 에너지가 필요하게 됨을 의미한다. 가공 이미지의 크기가 증가하거나 또는 샘플의 크기 변화에 의해 펄스당 에너지의 증가가 필요한 경우에 기존에는 PRF(pulse repetition frequency)의 조절을 통해서 에너지를 증가시켰으며, PRF의 조절만으로 펄스당 에너지가 부족한 경우에는 레이저 광원 모듈을 추가하거나 고출력 레이저 광원 모듈로 교체하는 방법이 사용되었다.
그러나, 레이저 광원 모듈을 추가하는 방법으로 레이저 어닐링에 필요한 에너지 밀도를 얻기 위는 것은 추가 광학계를 설치하여야 하며, 각 모듈로 나오는 레이저 빔들의 정렬이 필요하게 되어 시간적, 공간적으로 추가적인 비용이 발생된다. 또한, 고출력 레이저 광원 모듈로 교체하는 방법은 추가 비용 뿐만 아니라 레이저 빔의 특성 변화로 인한 광학계의 재설계 및 수정이 필요하게 된다.
본 발명의 일 실시예는 레이저 발진기들로부터 출사되는 복수의 레이저 빔을 시간적, 공간적으로 결합하여 가변 펄스폭의 레이저 빔을 생성하고, 이러한 가변 펄스폭의 레이저 빔에 대한 펄스 형상 및 출력을 실시간으로 측정하여 제어함으로써 레이저 어닐링 공정에 최적화된 펄스 형상 및 출력으로 일정하게 유지할 수 있는 레이저 어닐링 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
각각 펄스형 레이저 빔을 발진하는 복수의 레이저 발진기;
상기 레이저 발진기들로부터 출사된 상기 레이저 빔들의 펄스들이 시간차를 두고 순차적으로 진행하도록 상기 레이저 빔들을 스위칭하는 복수의 셔터;
상기 순차적으로 진행하는 레이저 빔들을 공간적으로 결합시켜 가변된 펄스폭을 가지는 가변 레이저 빔을 형성하는 빔 성형기;
상기 빔 성형기로부터 출사된 상기 가변 레이저 빔을 가공빔과 측정빔으로 분할하는 제1 빔 분할기;
상기 측정빔의 펄스형상 및 출력을 측정하는 측정빔 검출유닛; 및
상기 측정빔 검출유닛에 의해 측정된 출력 신호들을 이용하여 상기 레이저 발진기들 및 상기 셔터들을 제어함으로써 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상 및 출력을 조절하는 제어부;를 포함하는 레이저 어닐링 장치가 제공된다.
상기 가공빔은 가공대상물에 조사되어 어닐링 공정을 수행하고, 상기 측정빔은 상기 측정빔 검출유닛으로 입사될 수 있다. 여기서, 상기 가공빔은 상기 가변 레이저 빔 출력의 99% 이상을 차지하며, 상기 측정빔은 상기 가변 레이저 빔 출력의 1% 미만을 차지할 수 있다.
상기 측정빔 검출유닛은 상기 측정빔을 제1 및 제2 측정빔으로 분할하는 제2 분할기, 상기 제1 측정빔의 출력을 측정하는 파워 메터(power meter) 및 상기 제2 측정빔의 펄스형상을 검출하는 펄스형상 측정센서를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 파워 메터는 에너지 메터를 포함하고, 상기 펄스형상 측정센서는 포토 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 파워 메터에 의해 얻어진 상기 제1 측정빔의 출력을 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 출력을 측정하고, 상기 펄스형상 측정센서에 의해 얻어진 상기 제2 측정빔의 펄스형상을 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상을 측정할 수 있다. 여기서, 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상으로부터 상기 가변 레이저 빔의 펄스폭 및 펄스에너지가 얻어질 수 있다.
상기 제어부는 상기 가변 레이저 빔의 측정된 펄스형상 및 출력을 미리 설정된 펄스형상 및 출력과 비교하여 그 차이가 발생하면 상기 레이저 발진기들 및 상기 셔터들을 제어하여 상기 가변 레이저빔의 펄스형상 및 출력을 상기 설정된 펄스형상 및 출력과 일치하도록 조절할 수 있다. 여기서, 상기 제어부는 상기 레이저 발진기들로부터 출사되는 레이저 빔들의 펄스 사이의 간격을 제어함으로써 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상을 조절할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
복수의 펄스형 레이저 빔을 시간차를 두고 순차적으로 진행시키는 단계;
상기 레이저 빔들을 공간적으로 결합시켜 가변된 펄스폭을 가지는 가변 레이저 빔을 형성하는 단계;
상기 가변 레이저 빔을 가공빔과 측정빔으로 분할하는 단계;
상기 측정빔의 펄스형상 및 출력을 측정한 다음, 이를 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 펄스 형상 및 출력을 측정하는 단계; 및
상기 가변 레이저 빔의 측정된 펄스형상 및 출력을 미리 설정된 펄스형상 및출력과 일치시키는 단계;를 포함하는 레이저 어닐링 방법이 제공된다.
상기 복수의 펄스형 레이저 빔은 복수의 레이저 발진기 및 복수의 셔터를 통해 시간차를 두고 순차적으로 진행할 수 있다.
상기 가변 레이저 빔은 상기 레이저 빔의 펄스들 사이의 간격에 따라 하나 또는 복수의 가변된 펄스폭을 가질 수 있다.
상기 가변 레이저 빔은 제1 분할기를 통해 상기 가공빔과 상기 측정빔으로 분할되며, 상기 가공빔은 가공대상물에 조사되어 어닐링 공정을 수행하고, 상기 측정빔은 측정빔 검출유닛으로 입사될 수 있다.
상기 측정빔 검출유닛은 상기 측정빔을 제1 및 제2 측정빔으로 분할하는 제2 분할기, 상기 제1 측정빔의 출력을 측정하는 파워 메터 및 상기 제2 측정빔의 펄스형상을 측정하는 펄스형상 측정센서를 포함할 수 있다.
제어부를 통해 상기 파워 메터에 의해 얻어진 상기 제1 측정빔의 출력을 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 출력을 측정하고, 상기 펄스형상 측정센서에 의해 얻어진 상기 제2 측정빔의 펄스형상을 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상을 측정할 수 있다. 여기서, 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상으로부터 상기 가변 레이저 빔의 펄스폭 및 펄스에너지가 얻어질 수 있다.
상기 제어부가 상기 가변 레이저 빔의 측정된 펄스형상 및 출력을 미리 설정된 펄스형상 및 출력과 비교하여 그 차이가 발생하면 상기 레이저 발진기들 및 상기 셔터들을 제어하여 상기 가변 레이저빔의 펄스형상 및 출력을 상기 설정된 펄스형상 및 출력과 일치하도록 조절할 수 있다.
상기 제어부는 상기 레이저 발진기들로부터 출사되는 레이저 빔들의 펄스들 사이의 간격을 제어함으로써 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 시간적으로 순차적으로 진행하는 펄스형의 레이저 빔들을 공간적으로 결합함으로써 가변된 펄스폭을 가지는 레이저 빔을 형성하고, 이 가변된 레이저 빔의 펄스형상 및 출력을 측정한 다음 이를 제어함으로써 레이저 어닐링 공정에서 요구되는 펄스형상 및 출력을 가지는 레이저 빔을 일정하게 생성할 수 있다. 즉, 측정빔 검출유닛의 펄스형상 측정센서를 통해 가변된 펄스폭을 가지는 레이저 빔의 펄스형상을 실시간으로 검출한 다음, 이렇게 검출된 펄스형상이 미리 설정된 펄스형상과 차이가 있는 경우 제어부가 레이저 발진기들 및 셔터들 중 적어도 하나의 구동을 제어함으로써 펄스 사이의 간격을 조절함으로써 레이저 어닐링 공정에서 요구되는 펄스형상을 가지는 레이저 빔을 일정하게 형성할 수 있다. 또한, 측정빔 검출유닛의 파워 미터에 의해 가변된 펄스폭을 가지는 레이저 빔의 출력을 실시간으로 측정한 다음, 이렇게 측정된 출력이 미리 설정된 출력과 차이가 있는 경우 제어부가 이를 조절함으로써 레이저 어닐링 공정에서 요구되는 출력을 가지는 레이저 빔을 일정하게 형성할 수 있다. 따라서, 외부 환경이나 레이저 부품 등의 변동에 있는 경우에도 레이저 어닐링 공정에 최적화된 펄스형상 및 출력으로 일정하게 제어함으로써 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 레이저 어닐링 장치에서 레이저 빔들의 펄스 사이의 간격을 조절함으로써 얻어질 수 있는 펄스 형상들을 예시적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치(100)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 레이저 어닐링 장치(100)는 복수의 레이저 발진기와, 빔 성형기(140)와, 측정빔 검출유닛(160)과, 제어부(180)를 포함한다.
레이저 발진기들은 예를 들면, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 발진기(111,112, 113,114)를 포함할 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 발진기(111,112, 113,114)는 각각 펄스형의 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)을 출사한다. 이 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4) 각각은 예를 들면, 대략 400nm ~ 600nm 정도의 파장 및 나노초(ns; nano second) 수준의 펄스폭을 가질 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 이외에도 다양한 파장 및 펄스 폭을 가질 수 있다.
제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 발진기(111,112, 113,114)로부터 출사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)의 경로 상에는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4) 의 진행을 스위칭하는 제1, 제2, 제3 및 제4 셔터(121, 122, 123, 124))가 마련되어 있다. 이러한 제1, 제2, 제3 및 제4 셔터(121, 122, 123, 124)는 후술하는 제어부(180)에 의해 구동이 제어될 수 있다.
이러한 셔터들(121, 122, 123, 124)의 구동에 따라 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 시간차를 가지고 순차적으로 출사될 수 있으며, 이렇게 순차적으로 출사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)이 후술하는 빔 성형기(140)를 통해 공간적으로 결합함으로써 가변된 펄스폭을 가지는 소정 펄스형상의 가변 레이저 빔(L)이 생성될 수 있다. 여기서, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 대략 예를 들면 수십 ns ~ 수백 ns 정도의 시간차를 두고 출사되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나 레이저 발진기들(111,112, 113,114)과 셔터들(121, 122, 123, 124) 사이의 광 경로 상에는 제1, 제2, 제3 및 제4 빔 감쇠기(beam attenuator)가 더 마련될 수 있다. 이러한 제1, 제2, 제3 및 제4 빔 감쇠기는 각각 레이저 발진기들(111,112, 113,114)로부터 발진된 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)의 출력을 조정하는 역할을 한다.
레이저 발진기들(111,112, 113,114)로부터 발진된 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4) 은 빔 성형기(140)에 입사된다. 이 빔 성형기(140)는 순차적으로 입사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)을 공간적으로 결합하여 가변된 펄스폭을 가지는 소정 펄스형상의 가변 레이저 빔(L)을 형성할 수 있다. 이러한 가변 레이저 빔(L)의 펄스형상은 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4) 의 펄스 사이의 간격을 변화시켜 다양하게 조절할 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
빔 성형기(140)는 가변 레이저 빔(L)을 균일하게 하는 동시에 그 빔의 형상을 소정 형태로 성형하는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 빔 성형기(140)는 가변 레이저 빔(L)으로 라인 형태로 성형할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제1, 제2, 제3 및 제4 셔터(121, 122, 123, 124)와 빔 성형기(140) 사이의 광 경로 상에는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)을 반사시켜 빔 성형기(140) 쪽으로 입사시키는 제1, 제2, 제3 및 제4 반사미러(131, 132, 133, 134)가 더 마련될 수 있다.
빔 성형기(140)로부터 출사된 가변된 펄스폭을 가지는 가변 레이저 빔(L)은 이미징 렌즈(145)를 통해 제1 빔 분할기(150)에 입사된다. 여기서, 제1 빔 분할기(150)는 입사되는 가변 레이저 빔(L)을 가공빔(LA)과 측정빔(LB)으로 분할할 수 있다. 예를 들면, 가변 레이저 빔(L)의 일부가 제1 빔 분할기(150)에서 반사됨으로써 가공빔(LA)을 형성할 수 있으며, 가변 레이저 빔(L)의 나머지가 제1 빔 분할기(150)를 투과함으로써 측정빔(LB)을 형성할 수 있다.
가공빔(LA)은 제1 빔 분할기(150)에 입사되는 가변 레이저 빔(L) 출력의 대부분, 예를 들면 99% 이상을 차지할 수 있으며, 측정빔(LB)은 제1 빔 분할기(150)에 입사되는 가변 레이저 빔(L) 출력의 1% 미만을 차지할 수 있다. 제1 빔 분할기(150)는 예를 들면, 가변 레이저 빔(L)의 대부분을 반사시키고 나머지를 투과시키는 웨지 미러(wedge mirror)를 포함할 수 있다. 한편, 가변 레이저 빔(L)의 일부가 제1 빔 분할기(150)를 투과함으로써 가공빔(LA)을 형성하고, 가변 레이저 빔(L1)의 나머지가 제1 빔 분할기(150)에서 반사됨으로써 측정빔(LB)을 형성하는 구성도 가능하다.
제1 빔 분할기(150)에서 반사된 가공빔(LA)은 스테이지(172)에 장착된 웨이퍼(171) 상에 조사되어 레이저 어닐링 공정을 수행하게 되고, 제1 빔 분할기(150)를 투과한 측정빔(LB)은 측정빔 검출유닛(160)에 입사된다.
측정빔 검출유닛(160)은 파워 메터(163) 및 펄스형상 측정센서(162)를 포함할 수 있다. 제1 분할기(150)를 투과한 측정빔(LB)은 제2 분할기(161)에 의해 제1 측정빔(LB1)과 제2 측정빔(LB2)으로 분할될 수 있다. 여기서, 제1 측정빔(LB1)은 파워 메터(163)에 입사될 수 있으며, 제2 측정빔(LB2)은 펄스형상 측정센서(162)에 입사될 수 있다. 파워 메터(163)는 제1 측정빔(LB1)의 출력을 측정하고, 이를 이용하여 후술하는 제어부(180)가 빔 성형기(140)로부터 나오는 가변 레이저 빔(L)의 출력을 측정할 수 있다. 이러한 파워 메터(163)는 예를 들면 에너지 미터(energy meter)를 포함할 수 있다.
펄스형상 측정센서(162)는 제2 측정빔(LB2)의 펄스형상을 측정할 수 있다. 그리고 이렇게 측정된 제2 측정빔의 펄스형상을 이용하여 후술하는 제어부(180)가 빔 성형기(140)로부터 나오는 가변 레이저 빔(L)의 펄스형상을 측정할 수 있으며, 이렇게 측정된 펄스형상으로부터 가변 레이저 빔(L)의 펄스폭 및 펄스 에너지를 알 수 있게 된다. 이러한 펄스형상 측정센서는 예를 들면 포토 다이오드(photo diode)를 포함할 수 있다.
이러한 파워 메터(163) 및 펄스형상 측정센서(162)에 의해 빔 성형기(140)로부터 나오는 가변된 펄스폭을 가지는 가변 레이저 빔(L)의 출력 및 펄스형상을 실시간으로 측정할 수 있다.
측정빔 검출유닛(160)에서 측정된 제1 측정빔(LB1)의 출력, 제2 측정빔(LB2)의 펄스형상 등과 같은 출력 신호들(S)은 제어부(180)에 입력되며, 제어부(180)는 이러한 출력 신호들을 이용하여 가변 레이저 빔(L)의 출력 및 펄스형상을 계산할 수 있다. 이러한 제어부(180)에는 신호 증폭기, 신호 변환기, 정보 처리장치, 디스플레이, 비교부 등이 포함될 수 있다. 신호 증폭기는 측정빔 검출유닛(160)에 의해 검출된 출력 신호들(S)을 증폭시키며, 신호 변환기는 증폭된 신호를 디지털 신호를 변환시킨다. 그리고, 디지털 신호는 정보 처리 장치에 의해 데이터로 처리된 후, 디스플레이를 통해 출력시킬 수 있다. 이러한 과정을 통해 가변 레이저 빔(L)의 출력 및 펄스형상이 얻어질 수 있으며, 이렇게 얻어진 가변 레이저 빔(L)의 펄스형상으로부터 가변 레이저 빔(L)의 펄스폭 및 펄스 에너지를 알 수 있다. 그리고, 비교부는 가변 레이저 빔(L)의 측정된 출력 및 펄스형상과 미리 설정된 출력 및 펄스형상을 비교한 다음, 측정된 출력 및 펄스형상과 미리 설정된 출력 및 펄스형상 사이에 차이가 발생하게 되면 제어부가 후술하는 바와 같이 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)의 펄스 사이의 간격을 제어함으로써 가변 레이저 빔(L)의 펄스형상을 조절할 수 있으며, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 발진기(111,112, 113,114) 또는 감쇠기를 제어함으로써 가변 레이저 빔(L)의 출력을 조절할 수 있다. 이에 따라, 가변 레이저 빔(L)이 레이저 어닐링 공정에서 요구되는 최적화된 펄스 파형 및 출력을 일정하게 유지할 수 있다.
이상과 같은 구조의 레이저 어닐링 장치(100)에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 제어부(180)에 의해 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 발진기(111,112, 113,114) 및 제1, 제2, 제3 및 제4 셔터(121, 122, 123, 124)의 구동이 제어됨으로써 소정의 시간차를 가지고 진행하게 되고, 이렇게 진행하는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 빔 성형기(140)에 입사된다. 그리고, 빔 성형기(140)는 시간차를 가지고 입사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)을 공간적으로 결합하여 출사시킴으로써 가변된 펄스폭을 가지는 소정 펄스형상의 가변 레이저 빔(L)이 생성될 수 있다.
그리고, 빔 성형기(140)로부터 출사된 가변된 펄스폭의 가변 레이저 빔(L)은 제1 빔 분할기(150)에 의해 가공빔(LA)과 측정빔(LB)으로 분할된 후, 가공빔(LA)은 스테이지(172)에 적재된 가공대상물(171, 예를 들면, 웨이퍼)에 조사되어 어닐링 작업을 수행하게 되고, 측정빔(LB)은 측정빔 검출유닛(160)에 입사된다. 측정빔 검출유닛(160)에서 측정빔(LB)은 제2 빔 분할기(161)에 의해 다시 제1 및 제2 측정빔(LB1, LB2)으로 분할된 후, 제1 측정빔(LB1)은 파워 메터(163)에 입사되고, 제2 측정빔(LB2)은 펄스형상 측정센서(162)에 입사된다. 이러한 레이저 빔 유닛(160)으로부터 검출된 출력 신호(S)는 제어부(180)에 입사된다. 제어부(180)는 파워 메터(162) 및 펄스형상 측정센서(162)를 통해 얻어진 출력 신호(S)를 이용하여 빔 성형기(140)로부터 출사된 가변된 펄스폭의 가변 레이저 빔(L)에 대한 출력 및 펄스형상을 실시간으로 계산할 수 있으며, 이렇게 얻어진 가변 레이저 빔(L)의 펄스형상으로부터 가변 레이저 빔(L)의 펄스폭 및 펄스 에너지를 알 수 있다. 다. 그리고, 제어부는 측정된 가변 레이저 빔(L)의 출력 및 펄스형상을 미리 설정된 출력 및 펄스형상과 비교하여 그 차이가 발생되는 경우 레이저 발진기들(111,112, 113,114) 및 셔터들(121, 122, 123, 124)을 제어함으로써 원하는 출력 및 펄스형상을 가지는 가변 레이저 빔(L)을 일정하게 형성할 수 있다.
이하에서는 시간차를 가지고 진행하는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)을 시간적, 공간적으로 결합하여 원하는 펄스폭을 가지는 가변 레이저 빔(L)을 생성하는 방법을 설명한다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 레이저 어닐링 장치(100)에서 레이저 빔들(L1, L2, L3, L4)의 펄스 사이의 간격을 조절함으로써 얻어질 수 있는 펄스 형상들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2e에서, P1, P2, P3 및 P4는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)의 펄스를 의미하는 제1 펄스, 제2 펄스, 제3 펄스 및 제4 펄스를 나타내며, t1, t2, t3 및 t4는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)의 펄스폭을 의미하는 제1 펄스폭, 제2 폴스폭, 제3 펄스폭 및 제4 펄스폭을 나타낸다. 여기서, 펄스폭이라 함은 피크 최대치의 1/2이 되는 지점에서의 펄스폭을 나타내는 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)을 의미한다. 그리고, t12는 제1 펄스(P1)와 제2 펄스(P2) 사이의 간격, t23는 제2 펄스(P2)와 제3 펄스(P3) 사이의 간격, 제34는 제3 펄스(P3)와 제4 펄스(P4) 사이의 간격을 나타낸다. 이하에서는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 모두 동일한 형상을 가지는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 2a에는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3 및 P4) 사이 간격들(t12, t23, t34)이 충분히 커서 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3 및 P4)가 중첩되지 않는 경우가 도시되어 있다. 도 2a를 참조하면, 펄스들(P1, P2, P3, P4) 사이의 간격, 구체적으로 제1 펄스(P1)와 제2 펄스(P2) 사이의 간격(t12), 제2 펄스(P2)와 제3 펄스(P3) 사이의 간격(t23) 및 제3 펄스(P3)와 제4 펄스(P4) 사이의 간격(P34)이 충분히 큰 경우에는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3 및 P4)은 중첩되지 않고 독립적인 펄스들을 형성하게 된다.
도 2b에는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)를 결합하여 소정 형상의 가변 펄스(P)를 형성한 경우가 도시되어 있다. 도 2b를 참조하면, 인접하는 펄스들(P1, P2, P3 및 P4)이 중첩될 정도로 펄스들(P1, P2, P3, P4) 사이의 간격들이 충분히 작은 경우에는 4개의 펄스들(P1, P2, P3 및 P4)이 결합하여 하나의 가변 펄스(P)를 형성할 수 있다. 여기서, 인접하는 펄스들(P1, P2, P3, P4)이 서로 중첩되어 있기 때문에 가변 펄스(P)의 폭(PW)은 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스폭(t1, t2, t3, t4)을 합한 값보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 이 경우에는 인접하는 펄스들(P1, P2, P3, P4) 사이의 간격이 0 이하의 값을 가질 수 있다. 이러한 가변 펄스(P)의 펄스폭(PW)은 펄스들(P1, P2, P3, P4) 사이의 간격들을 변화시킴으로써 원하는 크기로 조절될 수 있다.
예를 들어, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스폭(t1, t2, t3, t4)을 각각 50ns로 하고, 인접한 펄스들(P1, P2, P3, P4)이 중첩된 부분을 30ns로 하게 되면, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4) 가 합성되어 대략 110ns의 가변된 펄스폭(PW)을 가지는 가변 펄스(P)가 생성될 수 있다. 한편, 이러한 가변 펄스(P)의 펄스폭(PW)은 펄스들(P1, P2, P3, P4) 사이의 간격들을 조절함으로써 다양하게 변화시킬 수 있다.
도 2c에는 제1, 제2 및 제3 펄스(P1, P2, P3)를 결합하여 제1 가변 펄스(P')를 형성하고, 제4 펄스(P4)를 제2 가변 펄스(P”)로 형성한 경우가 도시되어 있다. 도 2c를 참조하면, 제1, 제2 및 제3 펄스(P1, P2, P3)는 인접하는 펄스들(P1, P2, P3)이 중첩될 정도로 펄스들(P1, P2, P3) 사이의 간격들(t12, t23, t34)이 충분히 작기 때문에 제1, 제2 및 제3 펄스(P1, P2, P3)가 결합하여 하나의 제1 가변 펄스(P')가 형성될 수 있다. 여기서, 인접하는 펄스들(P1, P2, P3)이 서로 중첩되어 있기 때문에 제1 가변 펄스(P')의 폭은 제1, 제2 및 제3 펄스폭(t1, t2, t3)을 합한 값보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 이 경우에는 인접하는 펄스들(P1, P2, P3) 사이의 간격이 0 이하의 값을 가질 수 있다. 이러한 제1 가변 펄스(P')의 펄스폭(PW1)은 제1, 제2 및 제3 펄스들(P1, P2, P3) 사이의 간격들을 변화시킴으로써 원하는 크기로 조절될 수 있다.
그리고, 제4 펄스(P4)는 제3 펄스(P3)와의 간격(t34)이 충분히 크기 때문에 제3 펄스(P3)와는 중첩되지 않고 독립적인 제2 가변 펄스(P”)를 형성할 수 있다. 여기서, 제2 가변 펄스(P”)의 펄스폭(PW2)는 제4 펄스폭(t4)가 동일하게 된다.
한편, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 가변 펄스(P')는 제2 가변 펄스(P”)와는 다른 피크 파워를 가질 수도 있다. 이와 같이, 제1, 제2, 제3 미 제4 펄스의 펄스 사이의 간격을 조절함으로써 서로 다른 형상의 제1 및 제2 가변 펄스를 생성할 수 있다.
예를 들어, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스폭(t1, t2, t3, t4)을 각각 50ns로 하고, 인접한 제1, 제2 및 제3 펄스(P1, P2, P3)가 중첩된 부분을 30ns로 하게 되면, 제1, 제2 및 제3 펄스(P1, P2, P3) 가 합성되어 대략 90ns의 가변된 펄스폭(PW1)을 가지는 제1 가변 펄스(P')가 생성될 수 있다. 여기서, 제1 가변 펄스(P')의 펄스폭(PW1)은 제1, 제2 및 제3 펄스(P1, P2, P3) 사이의 간격들(t12, t23)을 조절함으로써 변화시킬 수 있다.
그리고, 제3 펄스(P3)와 제4 펄스(P4) 사이의 간격을 450ns로 충분히 크게 하면 제4 펄스(P4)는 제3 펄스(P3)와 중첩되지 않고 독립적인 제2 가변 펄스(P”)로 생성될 수 있다. 여기서, 제2 가변 펄스(P”)는 제4 펄스(P4)의 펄스폭(t4)와 동일한 50ns의 펄스폭(PW2)을 가질 수 있다. 그리고, 제1 가변 펄스(P')와 제2 가변 펄스(P”)의 사이의 간격은 450ns가 될 수 있다. 이 경우, 제1 가변 펄스(P')는 제2 가변 펄스(P”)와는 다른 피크 파워를 가질 수도 있다.
이와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)의 펄스 사이의 간격을 도 2c에 도시된 바와 같이 조절함으로써 서로 다른 형상의 제1 및 제2 가변 펄스(P',P”)를 생성할 수 있다.
도 2d에는 제1 및 제2 펄스(P1, P2)를 결합하여 제1 가변 펄스(P')를 형성하고, 제3 및 제4 펄스(P3, P4)를 결합하여 제2 가변 펄스(P”)를 형성한 경우가 도시되어 있다. 도 2d를 참조하면, 제1 및 제2 펄스(P1, P2)는 서로 중첩될 정도로 펄스 사이의 간격이 충분히 작기 때문에 제1 및 제2 펄스(P1, P2)가 결합하여 하나의 제1 가변 펄스(P')가 형성될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 펄스(P1, P2)가 서로 중첩되어 있기 때문에 제1 가변 펄스(P')의 폭은 제1 및 제2 펄스폭(t1, t2)을 합한 값보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 이 경우에는 인접하는 제1 및 제2 펄스(P1, P2) 사이의 간격이 0 이하의 값을 가질 수 있다.
제3 및 제4 펄스(P3, P4)도 서로 중첩될 정도로 펄스 사이의 간격이 충분히 작기 때문에 제3 및 제4 펄스(P3, P4)가 결합하여 하나의 제2 가변 펄스(P”)가 형성될 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 펄스(P3, P4)가 서로 중첩되어 있기 때문에 제2 가변 펄스(P”)의 폭은 제3 및 제4 펄스폭(t3, t4)을 합한 값보다 같거나 작을 수 있다. 즉, 이 경우에는 인접하는 제3 및 제4 펄스(P3, P4) 사이의 간격이 0 이하의 값을 가질 수 있다.
한편, 제2 펄스(P2)와 제3 펄스(P3)는 그 사이의 간격(t23)이 충분히 커서 서로 중첩되지 않게 된다. 그러므로, 제1 가변 펄스(P')와 제2 가변 펄스(P”)의 사이의 간격은 제2 펄스(P2)와 제3 펄스(P3) 사이의 간격(t23)이 될 수 있다.
도 2d에서 제1 펄스(P1)와 제2 펄스(P2) 사이의 간격은 제3 펄스(P3)와 제4 펄스(P4) 사이의 간격과 동일할 수 있다. 이에 따라, 제1 펄스(P1)와 제2 펄스(P2)가 합성되어 형성된 제1 가변 펄스(P')는 제3 펄스(P3)와 제4 펄스(P4)가 합성되어 형성된 제2 가변 펄스(P”)와 그 펄스 형상이 동일할 수 있다. 그러므로, 제1 가변 펄스(P')는 제2 가변 펄스(P”)와 펄스폭 및 피크 파워가 동일할 수 있다. 이와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4) 사이의 간격을 도 2d에 도시된 바와 같이 조절하게 되면 펄스폭이 가변된 동일한 형상의 제1, 제2 가변 펄스(P', P”)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스폭(t1, t2, t3, t4)을 각각 50ns로 하고, 제1 및 제2 펄스(P1, P2)가 중첩된 부분을 30ns로 하게 되면, 제1 및 제2 펄스(P1, P2)가 합성되어 대략 70ns의 가변된 펄스폭(PW1)을 가지는 제1 가변 펄스(P')가 생성될 수 있다. 그리고, 제3 및 제4 펄스(P3, P4)가 중첩된 부분을 30ns로 하게 되면, 제3 및 제4 펄스(P3, P4)가 합성되어 대략 70ns의 가변된 펄스폭(PW2)을 가지는 제2 가변 펄스(P”)가 생성될 수 있다. 여기서, 제1 펄스(P1)와 제2 펄스(P2) 사이의 간격이 제3 펄스(P3)와 제4 펄스)P4) 사이의 간격과 동일하므로 제1 가변 펄스(P')는 제2 가변 펄스(P”)와 동일한 형상을 가질 수 있다.
그리고, 제2 펄스(P2)와 제3 펄스(P3) 사이의 간격을 450ns로 충분히 크게 하면 제2 펄스(P2)와 제3 펄스(P3)는 서로 중첩되지 않으며, 이에 따라, 제1 가변 펄스(P')와 제2 가변 펄스(P”) 사이의 간격은 450ns가 될 수 있다.
도 2e에는 제1 및 제2 펄스(P1, P2)를 결합하여 제1 가변 펄스(P')를 형성하고, 제3 및 제4 펄스(P3, P4)를 결합하여 제2 가변 펄스(P”)를 형성한 경우가 도시되어 있다. 도 2e를 참조하면, 제1 및 제2 펄스(P1, P2)는 서로 중첩될 정도로 펄스 사이의 간격이 충분히 작기 때문에 제1 및 제2 펄스(P1, P2)가 결합하여 하나의 제1 가변 펄스(P')가 형성될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 펄스(P1, P2)가 서로 중첩되어 있기 때문에 제1 가변 펄스(P')의 폭(PW1)은 제1 및 제2 펄스폭(t1, t2)을 합한 값보다 같거나 작을 수 있다.
제3 및 제4 펄스(P3, P4)도 서로 중첩될 정도로 펄스 사이의 간격이 충분히 작기 때문에 제3 및 제4 펄스(P3, P4)가 결합하여 하나의 제2 가변 펄스(P”)가 형성될 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 펄스(P3, P4)가 서로 중첩되어 있기 때문에 제2 가변 펄스(P”)의 폭(PW2)은 제3 및 제4 펄스폭(t3, t4)을 합한 값보다 같거나 작을 수 있다. 한편, 제2 펄스(P2)와 제3 펄스(P3)는 그 사이의 간격(t23)이 충분히 커서 서로 중첩되지 않게 된다. 그러므로, 제1 가변 펄스(P')와 제2 가변 펄스(P”)의 사이의 간격은 제2 펄스(P2)와 제3 펄스(P3) 사이의 간격(t23)이 될 수 있다.
한편, 도 2e에는 도 2d와는 달리 제1 펄스(P1)와 제2 펄스)P2) 사이의 간격이 제3 펄스(P3)와 제4 펄스(P4) 사이의 간격과 다른 경우가 도시되어 있다. 구체적으로, 도 2e에는 제1 펄스(P1)와 제2 펄스(P2) 사이의 간격이 제3 펄스(P3)와 제4 펄스(P4) 사이의 간격보다 작은 경우가 도시되어 있다. 이 경우, 제1 펄스(P1)와 제2 펄스(P2)가 합성되어 형성된 제1 가변 펄스(P')는 제3 펄스(P3)와 제4 펄스(P4)가 합성되어 형성된 제2 가변 펄스(P”)와는 다른 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 가변 펄스(P')의 펄스폭(PW1)는 제2 가변 펄스(P”)의 펄스폭(PW2)보다 작고, 제1 가변 펄스(P')의 피크 파워는 제2 가변 펄스(P”)의 피크 파워보다 클 수 있다. 이와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4) 사이의 간격을 도 2e에 도시된 바와 같이 조절하게 되면 서로 다른 형상의 제1, 제2 가변 펄스(P', P”)를 형성할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 4개의 펄스들(P1, P2, P3, P4) 사이의 간격을 조절하여 펄스 형상이 조절된 적어도 하나의 가변 펄스를 형성할 수 있다. 이에 따라, 원하는 펄스폭 및 펄스 에너지를 가지는 펄스 형상의 가변 레이저 빔(L)을 얻을 수 있다.
한편, 이상에서는 4개의 펄스들(P1, P2, P3, P4)이 모두 동일한 형상을 가지는 경우가 예시적으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 4개의 펄스들(P1, P2, P3, P4) 중 적어도 하나는 다른 형상을 가질 수도 있다. 또한, 이상에서는 4개의 레이저 발진기(111,112, 113,114)가 마련된 경우가 예시적으로 설명되었으나, 이는 단지 예시적인 것으로 레이저 발진기들의 개수는 필요한 레이저 어닐링 공정에 최적화될 수 있도록 다양하게 변형될 수 있다.
이상과 같이, 시간적으로 순차적으로 진행하는 펄스형의 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)을 공간적으로 결합하고, 그 펄스 사이의 간격을 조절하여 펄스형상을 실시간으로 제어함으로써 레이저 어닐링 가공에서 요구되는 펄스형상, 즉 펄스폭 및 펄스 에너지로 일정하게 유지할 수 있다. 이러한 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)의 펄스 사이의 간격은 제어부(180)를 통해 조절될 수 있다. 구체적으로, 측정빔 검출유닛(160)의 펄스형상 측정센서(162)가 제2 측정빔(LB2)의 펄스형상을 실시간으로 측정한 다음, 이를 이용하여 제어부(180)가 가변 레이저 빔(L)의 펄스형상을 얻을 수 있게 된다. 이렇게 얻어진 가변 레이저 빔(L)의 펄스형상으로부터 가변 레이저 빔의 펄스폭 및 펄스 에너지를 알 수 있다. 이어서, 제어부(180)는 측정된 펄스형상과 레이저 어닐링 공정에서 요구되는 미리 설정된 펄스형상을 비교하여 그 차이를 계산하게 된다. 이때, 측정된 펄스형상과 설정된 펄스형상 사이에 차이가 발생하는 경우에는 제어부(180)가 레이저 발진기들(111,112, 113,114) 및 셔터들(121,122, 123,124) 중 적어도 하나의 구동을 제어함으로써 펄스 사이의 간격을 조절하고, 이에 따라, 레이저 어닐링 공정에서 요구되는 펄스형상,즉, 펄스폭 및 펄스 에너지를 가지는 가변 레이저 빔(L)을 형성할 수 있다. 또한, 측정빔 검출유닛(160)의 파워 미터(163)는 제1 측정빔(LB1)의 출력을 실시간으로 측정한 다음, 이를 이용하여 제어부(180)가 가변 레이저 빔(L)의 출력을 얻을 수 있게 된다. 이어서, 제어부(180)는 측정된 출력값과 설정된 출력값을 비교하여 그 차이가 발생되는 경우 레이저 발진기들(111,112, 113,114)의 구동을 제어함으로써 원하는 출력을 가지는 가변 레이저 빔(L)을 형성할 수 있다. 따라서, 외부 환경이나 레이저 부품 등의 변동에 있는 경우에도 레이저 빔의 펄스 파형 및 출력을 레이저 어닐링 공정에 최적화된 펄스 형상 및 출력으로 유지함으로써 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
이러한 레이저 어닐링 장치는 예를 들면 특히 그린 레이저 어닐링 공정(green laser annealing process)에 유용하게 적용될 수 있다. 종래에는 엑시머 레이저 어닐링 공정을 사용하여 웨이퍼 상의 비정질 실리콘 막을 다결정 실리콘막으로 형성하는 방법이 사용되었으나, 최근에는 그린 레이저 어닐링 공정이 각광을 받고 있다. 이는 그린 레이저 어닐링 방식은 유독 가스를 발생시키지 않아 환경 친화적이며, 또한 유지 비용이 적게드는 장점이 있다. 그리고, 엑시머 레이저 어닐링 방식의 경우 실리콘 결정을 수직 방향으로 생성하는 반면에, 그린 레이저 어닐링 방식은 수평 방향으로 실리콘 결정을 생성하게 되므로 결정의 크기를 증가시킬 수 있고, 이동도를 향상시킬 수 있다는 점에서 장점이 있다. 본 실시예와 같은 방식으로 일정한 펄스형상 및 출력을 가지는 그린 레이저광을 어닐링 공정에 사용하게 되면, 어닐링 공정을 보다 안정적이고 신뢰성 있게 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100.. 레이저 어닐링 장치
111,112,113,114.. 제1, 제2, 제3, 제4 레이저 발진기
121,122,123,124.. 제1, 제2, 제3, 제4 셔터
131,132,133,134.. 제1, 제2, 제3, 제4 반사미러
140.. 빔 성형기
145.. 이미징 렌즈
150.. 제1 빔 분할기
160.. 측정빔 검출유닛
161.. 제2 빔 분할기
162.. 펄스형상 측정센서
163.. 파워 메터
171.. 가공대상물
172.. 스테이지
180.. 제어부

Claims (18)

  1. 각각 펄스형 레이저 빔을 발진하는 복수의 레이저 발진기;
    상기 레이저 발진기들로부터 출사된 상기 레이저 빔들의 펄스들이 시간차를 두고 순차적으로 진행하도록 상기 레이저 빔들을 스위칭하는 복수의 셔터;
    상기 펄스들이 시간차를 두고 순차적으로 진행하는 레이저 빔들을 공간적으로 결합시켜 가변된 펄스폭을 가지는 가변 레이저 빔을 형성하는 빔 성형기;
    상기 빔 성형기로부터 출사된 상기 가변 레이저 빔을 가공빔과 측정빔으로 분할하는 제1 빔 분할기;
    상기 측정빔의 펄스형상 및 출력을 측정하는 측정빔 검출유닛; 및
    상기 측정빔 검출유닛에 의해 측정된 신호들을 이용하여 상기 레이저 발진기들 및 상기 셔터들을 제어함으로써 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상 및 출력을 조절하는 제어부;를 포함하는 레이저 어닐링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공빔은 가공대상물에 조사되어 어닐링 공정을 수행하고, 상기 측정빔은 상기 측정빔 검출유닛으로 입사되는 레이저 어닐링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가공빔은 상기 가변 레이저 빔 출력의 99% 이상을 차지하며, 상기 측정빔은 상기 가변 레이저 빔 출력의 1% 미만을 차지하는 레이저 어닐링 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정빔 검출유닛은 상기 측정빔을 제1 및 제2 측정빔으로 분할하는 제2 분할기, 상기 제1 측정빔의 출력을 측정하는 파워 메터(power meter) 및 상기 제2 측정빔의 펄스형상을 검출하는 펄스형상 측정센서를 포함하는 레이저 어닐링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 파워 메터는 에너지 메터를 포함하고, 상기 펄스형상 측정센서는 포토 다이오드를 포함하는 레이저 어닐링 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 파워 메터에 의해 얻어진 상기 제1 측정빔의 출력을 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 출력을 측정하고, 상기 펄스형상 측정센서에 의해 얻어진 상기 제2 측정빔의 펄스형상을 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상을 측정하는 레이저 어닐링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가변 레이저 빔의 펄스형상으로부터 상기 가변 레이저 빔의 펄스폭 및 펄스에너지가 얻어지는 레이저 어닐링 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가변 레이저 빔의 측정된 펄스형상 및 출력을 미리 설정된 펄스형상 및 출력과 비교하여 그 차이가 발생하면 상기 레이저 발진기들 및 상기 셔터들을 제어하여 상기 가변 레이저빔의 펄스형상 및 출력을 상기 설정된 펄스형상 및 출력과 일치하도록 조절하는 레이저 어닐링 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 레이저 발진기들로부터 출사되는 레이저 빔들의 펄스 사이의 간격을 제어함으로써 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상을 조절하는 레이저 어닐링 장치.
  10. 복수의 펄스형 레이저 빔을 펄스들이 시간차를 두고 순차적으로 진행하도록출사시키는 단계;
    상기 펄스들이 시간차를 두고 순차적으로 진행하는 레이저 빔들을 공간적으로 결합시켜 가변된 펄스폭을 가지는 가변 레이저 빔을 형성하는 단계;
    상기 가변 레이저 빔을 가공빔과 측정빔으로 분할하는 단계;
    상기 측정빔의 펄스형상 및 세기를 측정한 다음, 이를 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 펄스 형상 및 출력을 측정하는 단계; 및
    상기 가변 레이저 빔의 측정된 펄스형상 및 출력을 미리 설정된 펄스형상 및출력과 일치시키는 단계;를 포함하는 레이저 어닐링 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 펄스형 레이저 빔은 복수의 레이저 발진기 및 복수의 셔터를 통해 시간차를 두고 순차적으로 진행하는 레이저 어닐링 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가변 레이저 빔은 상기 레이저 빔의 펄스들 사이의 간격에 따라 하나 또는 복수의 가변된 펄스폭을 가지는 레이저 어닐링 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가변 레이저 빔은 제1 분할기를 통해 상기 가공빔과 상기 측정빔으로 분할되며, 상기 가공빔은 가공대상물에 조사되어 어닐링 공정을 수행하고, 상기 측정빔은 측정빔 검출유닛으로 입사되는 레이저 어닐링 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 측정빔 검출유닛은 상기 측정빔을 제1 및 제2 측정빔으로 분할하는 제2 분할기, 상기 제1 측정빔의 출력을 측정하는 파워 메터 및 상기 제2 측정빔의 펄스형상을 측정하는 펄스형상 측정센서를 포함하는 레이저 어닐링 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    제어부를 통해 상기 파워 메터에 의해 얻어진 상기 제1 측정빔의 출력을 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 출력을 측정하고, 상기 펄스형상 측정센서에 의해 얻어진 상기 제2 측정빔의 펄스형상을 이용하여 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상을 측정하는 레이저 어닐링 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가변 레이저 빔의 펄스형상으로부터 상기 가변 레이저 빔의 펄스폭 및 펄스에너지가 얻어지는 레이저 어닐링 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 가변 레이저 빔의 측정된 펄스형상 및 출력을 미리 설정된 펄스형상 및 출력과 비교하여 그 차이가 발생하면 상기 레이저 발진기들 및 상기 셔터들을 제어하여 상기 가변 레이저빔의 펄스형상 및 출력을 상기 설정된 펄스형상 및 출력과 일치하도록 조절하는 레이저 어닐링 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 레이저 발진기들로부터 출사되는 레이저 빔들의 펄스들 사이의 간격을 제어함으로써 상기 가변 레이저 빔의 펄스형상을 조절하는 레이저 어닐링 방법.
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