KR102164529B1 - 구조물 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조물을 처리하는 방법에 관한 것으로서, 상기 구조물은 그것의 전면 측으로부터 그것의 후면 측으로 캐리어 기판(4), 절연층(3), 및 유용층(2)을 포함하며, 상기 유용층(2)은 자유 표면(S)을 가지며, 상기 구조물은 화학종(6)을 포함하는 분위기 내에 위치하며, 상기 화학종(6)은 상기 유용층(2)과 화학적으로 반응할 수 있으며, 상기 처리 방법은, 상기 유용층(2)이 펄스 레이저 빔(8)에 의해 가열되며, 상기 빔(8)은 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)을 스위핑하며, 상기 빔(8)의 파장은 중심 파장으로부터 최대한 플러스 또는 마이너스 15nm 만큼 다르며, 상기 중심 파장은 상기 절연층(3)에 대한 상기 구조물(1)의 반사도의 감도가 제로가 되도록 선택되는 것을 특징으로 한다.

Description

구조물 처리 방법{Process for treating a structure}
본 발명은 구조물 처리 방법에 관한 것이다.
구조물(1)은 그것의 후면 측으로부터 전면 측까지 캐리어 기판(4), 절연층(3), 및 유용층(useful layer, 2)을 포함하며, 상기 유용층(2)은 자유 표면(S)을 가진다. 최신 기술로부터 알려져 있으며 도 1 및 2에 도시된 이러한 구조물(1)을 처리하는 방법에서, 상기 구조물(1)은 기체 형태의 화학종(chemical species)을 포함하는 분위기에 위치하며, 상기 화학종은 상기 유용층(2)의 온도와 함께 절대적으로 증가하는 동역학(kinetics)과 함께 상기 유용층(2)과 화학적으로 반응할 수 있다.
상기 처리 공정 동안에, 상기 구조물(1)은 구조물 지지대(5)(또는 척) 상에 고정된다. 상기 구조물 지지대(5)는 반응 챔버(9) 내에 위치한다.
상기 유용층(2)은 일반적으로 가열 시스템(7), 예를 들어 가열 저항기들 또는 할로겐 램프들을 사용하여 균일하게 가열된다.
따라서 상기 반응 챔버(9) 내에 주입된 상기 화학종(6)이 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)과 화학적으로 반응한다. 화학 반응의 타입은 상기 화학종(6)의 성질에 의존하며 그리고 상기 유용층(2)에 의존하며, 따라서 상기 유용층(2)의 식각에 의해 박막화(thinning)의 형태를 취할 수 있거나, 또는 상기 유용층(2)의 에피택시에 의해 후막화(thickening)의 형태를 취할 수 있다.
그러나, 상기 유용층(2)은 일반적으로 두께에서의 편차(variations)를 가지며, 식각 또는 에피택시에 의한 후막화를 위한 방법들은 비균일한 것으로 알려져 있으며, 심지어 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차를 조금 더 증가시킨다. 따라서 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차는 상기 처리 공정 후에도 잔류한다.
따라서, 이러한 처리 방법의 주요 단점은, 박막화 또는 후막화 반응 동안에 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차가 잔류하고 심지어 증가될 수 있다는 것이다.
따라서 SeOI(Semiconductor-on-insulator) 타입의 구조물과 같은 상기 구조물(1)은 두께에서 편차를 가지며, 이것의 스펙트럼 분석은 수 나노미터(거칠기-유사, roughness-like)에서 상기 구조물(1)의 크기(비균일도-유사, non-uniformity-like)까지 변하는 공간 파장들(spatial wavelengths)을 갖는 요소들을 보여준다. 일부 기술들(예를 들어, 환원 분위기에서 어닐링을 매끈하게 하는 것)은 어떤 문턱값 아래, 예를 들어 2㎛ 아래로 공간 파장 두께에서 상기 편차를 감소시키는 것을 가능하게 해준다. 그러나, 이러한 문턱값을 넘어, 예를 들어 2㎛로부터 수 센티미터에 이르는 공간 파장들의 범위에 대해, 상기 유용층(2)의 두께에서 비균일도를 감소시키는 것은 매우 어려운 것으로 남는다.
특히, 상기 SeOI 타입의 구조물(1)에서, 에피택시에 의해 상기 반도체층을 후막화하거나, 또는 식각에 의해 상기 반도체층을 박막화하는 방법은 광범위한 파장들의 범위 상에서 상기 반도체층의 두께에서 상기 편차를 의미있게 감소시킬 수 없다.
따라서 본 발명은 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차를 감소시키는 것을 겨냥한 구조물(1)을 처리하는 방법을 제공한다.
본 발명은 전술한 결함을 전체적으로 또는 부분적으로 개선하려는 것이며, 구조물의 처리 방법에 관한 것으로서, 상기 구조물은 그것의 후면 측으로부터 그것의 전면 측으로 캐리어 기판, 절연층, 및 유용층을 포함하며, 상기 유용층은 자유 표면을 가지며, 상기 구조물은 기체 형태의 화학종을 포함하는 분위기 내에 위치하며, 상기 화학종은 상기 유용층의 온도와 함께 절대적으로 증가하는 동역학을 가지고 상기 유용층과 화학적으로 반응할 수 있으며, 상기 처리 방법은, 상기 유용층이 펄스 레이저 빔에 의해 가열되며, 상기 빔은 상기 유용층의 상기 자유 표면을 적어도 부분적으로 스위핑하며(sweeping), 상기 빔의 파장은 상기 절연층에 대하여 상기 구조물의 추정 반사도의 감도가 제로가 되도록 중심 파장으로부터 15nm보다 작은, 바람직하게는 7nm보다 작게 상이한 것을 특징으로 한다.
어떤 층에 대하여 상기 구조물의 상기 추정 반사도의 감도는 상기 층의 두께에 대하여 상기 반사도의 편도함수(partial derivative)에 대응한다.
상기 추정 반사도는 결국 상기 구조물의 예비 모델링에 의해 얻어진다.
상기 레이저 펄스들은 상기 유용층의 상기 자유 표면 상에서 상기 펄스들의 충격 지점에서 가열을 발생시키는 것을 가능하게 해준다.
따라서 상기 충격 지점에서 상기 유용층에 의해 도달된 온도는 상기 유용층과 상기 화학종의 화학적 반응을 활성화하는 것을 가능하게 해준다. 이 온도는 상기 유용층의 물질의 용융 온도보다 낮다.
상기 중심 파장으로부터 15nm보다 작은, 바람직하게는 7nm보다 작게 다른 상기 빔의 파장에 대하여, 본 출원인은 상기 유용층의 가열이 단지 이러한 층의 두께에 의존한다는 것을 알게 되었다.
환언하면, 상기 레이저 빔에 의한 스위핑 동안에, 상기 유용층의 가열은 실질적으로 상기 절연층의 두께에서의 작은 편차에 독립적이다. 상기 절연층의 두께에서의 "작은 편차(small variations)"는 플러스 또는 마이너스 1nm 까지의 두께에서의 편차를 의미한다.
상기 레이저 펄스의 파장은 상기 유용층의 더 두꺼운 영역들을 더 얇은 영역들보다 더 높은 온도로 가열하도록 선택될 수 있다.
따라서, 상기 레이저 펄스들에 의해 활성화된, 식각에 의한 박막화의 반응은 상기 유용층의 더 두꺼운 영역들에서 더 큰 동역학을 가질 것이다.
유사하게, 상기 레이저 펄스들의 파장은 상기 유용층의 더 얇은 영역들을 상기 더 두꺼운 영역들보다 더 높은 온도로 가열하도록 선택될 수 있다.
따라서, 에피택시에 의한 후막화 반응은 상기 유용층의 더 얇은 영역들에서 더 큰 동역학을 가질 것이다.
상기 유용층의 상기 가열 및 두께에 대하여 상기 후막화 또는 박막화 반응의 상기 동역학을 제어하는 것은 상기 유용층의 두께에서의 편차를 감소시키는 것을 가능하게 해준다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 구조물은 화학종을 포함하는 반응성 인클로저(enclosure) 내에 위치한다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 레이저 빔의 펄스의 지속시간은 tv값보다 작으며, tv는 tv = l2/D와 같으며, D는 상기 유용층에서의 열 확산계수이며, l은 상기 층의 두께에서의 편차를 감소시키기 위해 그것을 넘어 요구되는 문턱 파장(threshold wavelength)에 대응한다.
레이저 펄스의 "지속시간(duration)"은 빔이 방출되는 동안의 단위 시간을 의미한다.
tv보다 작은 펄스 지속시간들 동안에, 상기 유용층 상에서 레이저 펄스들의 충격 지점의 전체 표면에 대하여 열 평형은 도달되지 않을 것이다. 이것은 상기 레이저 펄스들의 충격 지점의 디멘젼보다 더 작은 공간 파장을 갖는 상기 유용층의 두께에서의 편차가 정정되어야 할 때 특히 유리하다. 사실상, 이러한 펄스 지속시간들 동안에, 상기 충격 지점은 그것의 전체 표면 위로 균일한 가열을 받지 않으며, 특히 상기 충격 지점의 더 얇은 영역들은 상기 충격 지점의 더 두꺼운 영역들과 동일한 온도로 가열되지 않는다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 펄스 레이저 빔은 100ns보다 작은 펄스 지속시간을 갖는다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 유용층은 실리콘, 저마늄, 실리콘 저마늄 합금 중의 적어도 하나를 포함하는 반도체 물질 층일 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 화학종은 상기 유용층을 식각하는 것을 가능하게 하며, 상기 펄스 레이저 빔의 파장은 상기 유용층에 대하여 상기 구조물의 추정 반사도 감도의 네가티브 값에 대응하도록 선택될 수 있다.
따라서, 상기 레이저 펄스들에 의해 충격받은 상기 유용층의 영역이 더 두꺼울수록, 상기 가열 동안에 도달되는 온도는 더 높아진다. 따라서, 상기 유용층의 영역이 더 두꺼울수록, 상기 식각의 동역학은 더 중요하게 된다. 따라서 상기 유용층의 두께에서의 편차를 감소시키는 동안에 전체 표면 위로 상기 유용층의 부분 식각을 수행하는 것이 가능하다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 화학종은 HCl을 포함할 수 있다.
따라서, 실리콘, 저머늄, 또는 실리콘 저머늄 합금들과 같은 반도체 요소들을 포함하는 유용층을 식각하는 것이 가능한다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 화학종은 에피택시에 의해 상기 유용층을 후막화하는 것을 가능하게 하며, 상기 펄스 레이저 빔의 파장은 상기 유용층에 대하여 상기 구조물의 추정 반사도 감도의 포지티브 값에 대응하도록 선택될 수 있다.
따라서, 상기 레이저 펄스들에 의해 충격받은 상기 유용층의 영역이 더 얇을수록, 상기 가열 동안에 도달하는 온도는 더 높아질 수 있다.
따라서, 상기 유용층의 영역이 더 얇을수록, 에피택시에 의한 후막화의 동역학은 더 중요하게 된다. 따라서 상기 유용층의 두께에서의 편차를 감소시키는 동안에 전체 표면 위로 상기 유용층의 에피택시에 의한 후막화를 수행하는 것이 가능하다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 화학종은 실란(silane), 디실란, 트리실란, 모노클로로실란, 디클로로실란, 트리클로로실란, 테트라클로로실란, 저메인(germane), 모노클로로저메인, 디클로로저메인, 트리클로로저메인, 테트라클로로저메인 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 절연층은 실리콘 이산화물을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 절연층은 150nm보다 작은 두께, 바람직하게는 50nm보다 작은 두께, 보다 바람직하게는 25nm보다 작은 두께를 가질 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 유용층은 50nm보다 작은 두께, 바람직하게는 25nm보다 작은 두께를 가질 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 유용층의 상기 자유 표면 상에서 상기 레이저 빔의 충격 지점의 표면은 0.1㎟보다 큰, 바람직하게는 10㎟보다 큰 것일 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 펄스 레이저 빔은 100 내지 1,500mJ/㎠ 범위의 펄스 에너지를 가질 수 있으며, 이러한 에너지 범위는 상기 유용층과 상기 화학종의 화학적 반응에 적합한 상기 유용층의 가열을 얻는 것이 가능하게 된다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 펄스 레이저 빔은 1Hz 내지 10kHz 범위의 펄스 반복 주파수를 가질 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 유용층은 3nm보다 작은 두께, 바람직하게는 2nm보다 작은 두께, 보다 바람직하게는 1nm보다 작은 두께에서의 편차를 가질 수 있다.
다른 특징들 및 장점들이 첨부된 도면들을 참조하여, 비제한적인 예시들로서 주어진, 본 발명에 따른 구조물을 처리하는 방법의 두 실시예들의 뒤따르는 설명으로부터 드러날 것이다.
도 1은 종래의 공지 기술에 따른 처리 공정에 의해 처리된 구조물의 단면도이다.
도 2는 종래의 공지 기술에 따른 구조물 처리를 위한 반응 챔버를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 처리 공정에 의해 처리된 구조물의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 구조물 처리를 위한 반응 챔버를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 구조물의 두 층들에서 발생하는 반사들을 개략적으로 나타낸다.
도 6은 박막 실리콘층(Si1 및 Si2 커브들)에 대하여 그리고 매립 산화물층(BOX1 및 BOX2 커브들)에 대하여, 파장에 대하여 복수의 실리콘-온-절연체 구조물들에 대한 추정 반사도(estimated reflectivity)의 감도의 커브들을 보여준다.
도 7은 구조물의 다른 영역에 25nm 매몰 실리콘 산화물층, 12nm 그리고 각각 13nm 실리콘층을 포함하는 실리콘-온-절연체 구조물 상에, 펄스 레이저에 의해 각각 발생된 온도 상승을 보여준다.
도 8은 펄스 레이저 빔보다 작은 다양한 범위 스케일에서 두께에 편차를 갖는 유용층의 영역의 가열의 블록도이다.
도 9는 유용층의 두께가 증가함에 따라 반사된 복사의 강도가 감소되는 가열 모드 B를 보여준다.
여러 가지 실시예들에서, 동일한 참조번호들이 설명의 단순화를 위하여 동일하거나 또는 동일한 기능을 수행하는 구성요소들을 위해 사용된다.
도 3 및 4에 도시된 처리 공정에 따르면, 그것의 후면 측으로부터 전면 측에 이르기까지 캐리어 기판(4), 절연층(3), 및 자유 표면(S)을 갖는 유용층(2)을 포함하는 상기 구조물(1)은 기체 형태의 화학종(6)을 포함하는 분위기에 위치하며, 이것은 상기 유용층(2)의 온도와 함께 절대적으로 증가하는 동역학(kinetics)과 함께 상기 유용층(2)과 화학적으로 반응할 수 있다. 활성층(2)은 펄스 레이저 빔(8)에 의해 가열되며, 상기 빔(8)은 상기 유용층(2)의 자유 표면(S)을 적어도 부분적으로 휩쓸고 간다(sweeping).
상기 구조물(1)과 같은 복잡한 다층 구조물에서 얻어진 가열은 상기 레이저 빔의 복사가 상기 구조물의 여러 경계면들 상에서 반사되는 방식에 의존한다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 이러한 반사도는 상기 층들의 성질 및 두께, 상기 레이저의 극성, 입사각 및 그것의 파장에 의존한다. 주어진 구조물 및 상기 레이저 적용의 주어진 조건들에 대해, 즉 상기 층들의 성질, 상기 레이저의 극성, 입사각 및 파장이 설정될 때 상기 레이저의 적용의 두 개의 구별되는 지점들에서 얻어진 가열은 이들 두 개의 지점들 사이에서 각 층(2 및 3)의 두께에서의 편차에 따라 다를 것이다. 따라서, 모든 다른 것들이 동일하며, 상기 유용층(2)의 자유 표면의 가열 프로파일은 상기 유용층(2) 및 상기 절연층(3)의 두께에서의 비균일도를 반영한다.
본 발명은 상기 레이저에 의한 스위핑(sweeping) 동안에 얻어진 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면의 가열 프로파일이 단지 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차에 의존하고, 상기 절연층(3)의 두께에서의 편차에 대해 둔감하게 유지되도록 하는 공정 조건들 하에 상기 구조물을 위치시키려고 한다.
이 목적을 위해, 상기 레이저 빔(8)의 파장은, 상기 절연층(3)에 대하여 상기 구조물(1)의 추정 반사도의 감도가 제로가 되는, 중심 파장으로부터 15nm보다 작을 정도로, 바람직하게는 7nm보다 작을 정도로 상이하게 되도록 선택된다.
상기 중심 파장 값은 상기 구조물(1)의 반사도 모델, 즉 상기 구조물(1)의 명목상의 특징들을 갖는 구조물의 수학적 모델에 기초하여 계산에 의해 결정된다. 상기 레이저 파장은 상기 중심 파장에 근접한 빔 파장을 갖는 레이저의 유효성에 따라, 상기 범위 내에서 결정된다.
본 발명은 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차를 감소시키기 위하여 그에 따라 결정된 공정 조건들의 장점을 취한다.
연속적인 레이저보다는 펄스 레이저 빔(8)을 사용하는 것은 상기 유용층(2) 및 그것의 하부 체적 상에서 상기 빔(8) 충격 지점(P)(도 4에 도시됨)에서의 가열로 제한하는 것을 가능케 한다. 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)을 스위핑하는 펄스 레이저 빔은 상기 유용층(2)의 여러 충격 지점들을 개별적으로 가열한다. 그리고 본 발명에 따라, 상기 유용층(2)의 각 충격 지점의 가열은 상기 충격 지점(P)에서 상기 유용층(2)의 두께에 의존하며, 그리고 상기 레이저 펄스의 지속기간에 의존한다.
보다 상세하게는 본 발명은 실리콘-온-절연체 타입의 구조물에 적용될 수 있다. 이어서 상기 절연층(3)은 실리콘 이산화물을 포함할 수 있다. 상기 절연층(3)은 150nm보다 작은, 바람직하게는 50nm보다 작은, 보다 바람직하게는 25nm보다 작은 두께를 가질 수 있다. 상기 실리콘 유용층(2)은 50nm보다 작은, 바람직하게는 25nm보다 작은 두께를 가질 수 있다. 유리하게는, 상기 처리 이전에, 상기 유용층(2)은 3nm보다 작은, 바람직하게는 2nm보다 작은, 보다 더 바람직하게는 1nm보다 작은 두께에서의 편차를 가질 수 있다.
< 구조물의 추정 반사도 결정 >
도 5는 상기 구조물(1)(상기 캐리어 기판(4)은 도시하지 않음)의 상기 유용층(2) 및 상기 절연층(3)에서 발생하는 반사들을 개략적으로 도시한다.
상기 자유 표면(S) 상에 입사되는 광선(rayon) E+ 0는 상기 표면 상에서 부분적으로 반사되고, 상기 유용층(2)을 통하여 부분적으로 투과된다.
상기 투과된 빔의 일부는 상기 유용층(2)과 상기 절연층(3) 사이의 경계에서 부분적으로 반사되고, 상기 절연층(3)을 통하여 부분적으로 투과된다. 그리고 이러한 반사들/투과들은 상기 구조물의 경계들 중의 각각에서 반복되며, 이들 복잡한 상호반응들로부터 상기 반사된 에너지 E- 0를 가져온다.
구조물의 반사도는 상기 반사된 에너지 E- 0와 상기 입사 에너지 E+ 0 사이의 비에 대응한다.
그 자체로 잘 알려진 바와 같이, 상기 구조물(1)에 의해 형성된 상기의 것과 같은, 스택의 반사도는 프레넬 방정식들을 적용함으로써 결정되며, 각 층의 두께, 입사광 플럭스의 극성, 입사각 및 광속(luminous flux)의 파장을 포함하는 여러 가지 파라미터들에 의존한다. 이와 관련하여, 1999년 Wiley Interscience Publication에 의해 발행된 H.G.Tompkins 및 W.A.McGahan에 의한 책 "Spectroscopic Ellipsometry and reflectometry, a user guide"의 부록 C에 대하여 참조가 이루어질 수 있다.
동작가능하게는, 구조물의 그리고 광속의 명목상의 파라미터들에 대하여, 상기 반사도는 널리 이용할 수 있는 디지털 시뮬레이션 소프트웨어에 의해 결정된다. http://www.rxollc.com/idl/에서 다운로드가 가능하며, 출판물 "IMD-Software for modeling the optical properties of multilayer films", by D.L.Windt, COMPUTER IN PHYSICS, VOL12, No.4, JUL/AUG 1998)에 기술된 소위 IMD 소프트웨어이다.
이러한 소프트웨어에 의해 확립된 모델은 실제 구조물의 추정 반사도를 획득하게 해준다.
시뮬레이션을 사용하여, 상기 입사광의 일련의 파장 값들에 대한, 구조물의 상기 추정 반사도는 디지털 테이블 또는 도표적으로 표현될 수 있으며, 상기 모델의 다른 파라미터들은 그들의 명목상의 값들로 설정된다.
< 추정 반사도의 감도 결정 >
상기 절연층(3)(각각 상기 유용층(2))에 대하여 상기 구조물(1)의 추정 반사도의 감도는 상기 절연층(3)(각각 상기 유용층(2))의 두께 대한 상기 반사도의 편도함수(partial derivative)에 대응한다.
실제로, 이러한 도함수 단계는, 예를 들어 미분 계수 방법과 같은 그 자체로 잘 알려진 디지털 도함수 알고리즘들을 사용하여 수행된다. 이러한 알고리즘들은 상기 구조물의 반사도를 결정할 수 있게 해주는 디지털 시뮬레이션 소프트웨어 내에 제공된 도구(tool)들에 속할 수 있거나, 또는 분리된 소프트웨어에서 이용가능할 수 있다.
예를 들어, 상기 유용층(2)에 대하여 상기 구조물(1)의 상기 추정 반사도의 감도는, 상기 유용층(2)의 두 개의 상이한 두께들에 대하여 상기 구조물(1)의 상기 추정 반사도 사이의 차이를 취함으로써, 이러한 두 개의 두께들 사이에서의 상기 차이는 예를 들어, 0.1nm이며, 상기 확립된 모델의 기초하에 계산될 수 있으며, 상기 모델의 다른 파라미터들은 그들의 명목상의 값들에 고정된다.
유사하게, 동일한 구조물(1)에 대하여, 상기 절연층(3)에 대한 상기 구조물(1)의 상기 반사도의 감도는 상기 절연층(3)의 두 개의 상이한 두께들에 대하여 상기 구조물(1)의 상기 추정 반사도 사이의 차이를, 이들 두 개의 두께들 사이의 차이는 예를 들어, 0.1nm, 취함으로써 상기 확립된 모델의 기초하에 계산된다.
따라서, 도 6은 수직 입사(normal incidence)를 갖는 계산된 비극성 광을 가지고, 파장 λ의 함수로써 복수의 실리콘-온-실리콘 이산화물의 구조물(1)의 추정 반사도의 감도(SR로 지칭되고, Å-1로 표현됨)를 도표적으로 보여준다.
도 6에서, Si1 커브는 상기 실리콘 유용층(2)의 명목상 두께가 12nm이고 상기 실리콘 산화물 절연층(3)의 명목상 두께가 25nm인 경우, 상기 레이저 파장에 대하여 상기 유용층에 대한 상기 추정 반사도의 감도를 나타낸다.
Si2 커브는 상기 실리콘 유용층(2)의 명목상 두께가 13nm이고 상기 실리콘 산화물 절연층(3)의 명목상 두께가 25nm인 경우, 상기 레이저 파장에 대하여 상기 유용층에 대한 상기 추정 반사도의 감도를 나타낸다.
BOX1 커브는 상기 실리콘 유용층(2)의 명목상 두께가 12nm이고 상기 실리콘 산화물 절연층(3)의 명목상 두께가 25nm인 경우, 상기 레이저 파장에 대하여 상기 절연층에 대한 상기 추정 반사도의 감도를 나타낸다.
BOX2 커브는 상기 실리콘 유용층(2)의 명목상 두께가 12nm이고 상기 실리콘 산화물 절연층(3)의 명목상 두께가 26nm인 경우, 상기 레이저 파장에 대하여 상기 절연층에 대한 상기 추정 반사도의 감도를 나타낸다.
< 펄스 레이저 빔 파장의 선택 >
중심 펄스 레이저의 파장은 λ0로 지칭된 파장이며, 이것은 상기 절연층(3)에 대하여 구조물(1)의 상기 추정 반사도의 감도를 상쇄시킨다(cancel).
상기 중심 파장 λ0에 근접한 상기 펄스 레이저의 파장들에 대하여, 본 출원인은 상기 유용층(2)은 본질적으로 상기 절연층(3)의 두께에서의 편차에 독립적으로 가열된다는 것을 확인하였다.
상기 중심 파장에 근접한 "파장들(wavelengths)"은 λ0-15nm로부터 λ0+15nm까지 범위의 파장들을 의미하며, 심지어 보다 바람직하게는 λ0-7nm로부터 λ0+7nm까지 범위를 의미한다.
일부 경우들에서, 상기 펄스 레이저의 파장은 상기 유용층(2)이 얇아질수록 상기 유용층(2)에 의해 도달된 온도는 높게 되도록 선택될 수 있다. 이러한 결과는 상기 유용층(2)에 대하여 주어진 상기 구조물(1)의 상기 추정 반사도의 감도가 포지티브일 때 얻어진다.
상기 광속의 파장에 관련된 이들 두 개의 조건들은 도 6에서 보여지는 바와 같이, 가열 모드 A로 표시된다.
상기 가열 모드 A에 따르면, 상기 반사된 복사의 강도는 상기 활성층의 두께가 증가할수록 증가한다. 따라서, 상기 가열은 상기 유용층(2)의 두께가 증가할 때 덜 중요하다. 이외에도, 상기 절연층에 대한 상기 추정 반사도의 감도가 제로에 근접함에 따라, 상기 가열은 상기 절연층의 두께에서의 편차에 본질적으로 독립적이다.
다른 경우들에서, 상기 펄스 레이저의 파장은 상기 유용층(2)이 두꺼워질수록 상기 유용층(2)에 의해 도달된 온도는 높게 되도록 선택될 수 있다. 이러한 결과는 상기 유용층(2)에 대하여 주어진 상기 구조물(1)의 상기 추정 반사도의 감도가 네가티브일 때 얻어진다.
상기 광속의 파장에 관련된 이들 두 개의 조건들은 가열 모드 B로 표시되며, 도 9에 도시되며, 여기서 BOX3 커브는 상기 레이저의 파장에 대비하여 상기 절연층에 대한 구조물의 추정 반사도 감도를 보여주며, Si3 커브는 상기 레이저의 파장에 대비하여 상기 유용층에 대한 구조물의 추정 반사도 감도를 보여준다.
상기 가열 모드 B에 따르면, 상기 반사된 복사의 강도는 상기 유용층의 두께가 증가할수록 감소한다. 따라서, 상기 가열은 상기 유용층(2)의 두께가 증가할 때 더 커진다. 이외에도, 상기 절연층(3)에 대한 상기 추정 반사도의 감도가 제로에 근접함에 따라, 상기 가열은 상기 절연층의 두께에서의 편차에 본질적으로 독립적이다.
λ0는 상기 구조물(1)의 상기 명목상의 두께 파라미터들을 갖는 모델의 기초하에 결정된다는 것이 언급되어야 한다. 실제 구조물의 본 발명에 따른 처리 동안에, 이러한 구조물은 파라미터들, 특별히 두께를 가질 수 있으며, 이것은 상기 모델로부터 다양하다. 이것은 상기 처리가 상기 구조물의 상기 활성층(2)의 후막화 또는 박막화를 포함할 때 특히 사실이다. 만약 그것이 (1nm 차수의) 합리적으로 유지된다면, 이러한 불일치는 상기 모델의 유효성을, 즉 단지 그것의 두께에서의 편차에 따라 유용층(2)을 선택적으로 가열하는 능력을 의심하지는 않는다. 이것은 상기 구조물의 상기 추정 반사도 감도의 상기 BOX1 및 BOX2, 그리고 각각 Si1 및 Si2, 커브들이 1nm의 상기 절연층(3)의 두께에서의 편차, 그리고 각각 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차에도 불구하고 유사하게 유지된다는 것을 언급함으로써 예를 들어, 도 6에서 주목할 만하다.
예로써, 실리콘-온-절연체로 만들어진 구조물(1)이 고려되며, 이것은 25nm의 명목상 두께를 갖는 실리콘 이산화물층 및 12nm의 명목상 두께를 갖는 실리콘층을 포함한다.
도 6(BOX1 커브)에 따르면, 510nm와 동일한 파장을 갖는 레이저 빔(8)의 에너지는 가열 모드 A에 대응한다.
이어서 상기 구조물(1)은 다음 특성들을 갖는 펄스 레이저로 조사된다:
- 510nm의 파장;
- 10ns의 펄스들;
- 10kHz의 펄스들의 반복 주파수;
- 500mJ/㎠의 펄스 에너지.
도 7에서 보여지듯이, 상기 실리콘층에 의해 도달된 온도는 12nm 층(즉, 상기 구조물(1)의 명목상 두께에 대응하는)에 대하여 1,000℃이며, 반면에 13nm 층(즉, 상기 구조물(1)의 명목상 두께로부터 1nm 만큼 편차를 갖는)에 대하여는 단지 950℃이다.
상기 실리콘층의 더욱 얇은 영역들은 더욱 두꺼운 영역들보다 더욱 높은 온도로 가열된다.
< 레이저 펄스의 지속시간의 결정 >
상기 펄스 레이저에 의해 발생된 상기 유용층(2)의 가열은 다음 법칙에 따라 거리 d를 넘어 확산한다:
Figure 112015092053177-pct00001
여기서, t는 레이저 펄스의 지속시간이며, D는 상기 유용층을 포함하는 상기 재료의 열 확산계수이며, d는 상기 열 확산 전면(front)에 의해 이동되는 거리이다.
만약 제어되지 않는다면, 이러한 확산 효과는 인근 영역들, 예를 들어 상기 레이저 빔의 충격 지점에 포함된 영역들을 선택적으로 가열하는 것을 가능하게 하지 못한다.
특히 상기 빔의 충격 지점의 크기보다 더 작은, 상대적으로 작은 파장들의 두께에서의 비균일도들이 어쨌든 정정되도록 요구될 때, 열의 확산은 제어되어야 한다. 이것은 상기 레이저의 펄스 지속시간 t를 선택함으로써 달성될 수 있다.
보다 명확하게는, 그것의 스펙트럼 요소들에서 문턱 I(I는 가능한 대로 상기 빔의 디멘젼보다 더 작다)보다 더 큰 파장을 갖는 상기 유용층의 두께에서의 편차들이 정정되도록 요구될 때, tv보다 더 작은 레이저 펄스의 지속시간이 선택되며, 여기서 tv는 다음의 법칙에 의해 정의된다:
Figure 112015092053177-pct00002
따라서, tv보다 더 작은 펄스 지속시간 t에 대해, 상기 유용층(2) 상에서 상기 레이저 펄스들의 충격 지점의 전체 표면 위로 열 평형이 도달되지 않을 수 있으며, 상기 충격 지점은 그것의 전체 표면 위로 균일한 가열을 받지 않는다.
보다 명확하게는, 상기 충격 지점의 보다 얇은 영역들은 상기 충격 지점의 보다 두꺼운 영역들과 동일한 온도로 가열되지 않는다.
예시적 적용으로써, 비관통(non-through) 홀들을 갖는 SOI(실리콘-온-절연체) 구조물(1)의 경우가 고려될 것이다. 이러한 홀들은 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차에 기여하며, 이러한 편차는 예를 들어, 1 마이크로미터 파장을 갖는 공간파로서 모델화될 수 있다.
"비관통 홀들(Non-through holes)"은 상기 유용층(2)의 전체 두께를 통하여 연장되지 않는 홀들을 의미한다.
실리콘의 열 확산계수는 87 micrometer2/sec와 같다. 이어서, 앞의 식을 적용하고, 문턱값으로서 I=1마이크로미터를 취할 때 tv는 11.5ns와 같다.
도 8에 도시된 바와 같이, 구조물(1)은 비관통 홀을 형성하는 영역(S2)보다 더 두꺼운 영역(S1)을 갖는다. 상기 영역들(S1 및 S2)은 펄스 레이저 빔(8)으로 조사되며, 그것의 충격 지점은 수 ㎟의 크기, 즉 디멘젼 S2보다 더 큰 크기를 갖는다. 상기 레이저의 파장은 상기 가열 모드 A의 조건들에 대응하며, 상기 펄스의 지속시간은 10ns와 같도록, 즉 tv보다 작도록 선택된다.
tv보다 더 작은 지속시간을 갖는 펄스들에 대하여 상기 충격 지점의 전체 표면 위로의 열 평형이 도달되지 않기 때문에 보다 중요한 가열은 상기 영역 S1에서 보다 상기 영역 S2에서 주목될 수 있다. 이러한 선택적 가열은 상기 유용층(2)을 후막화할 때 두께 편차의 감소를 가능하게 한다. 가열 모드 B에 따른 조건들에 대하여, 반대 효과가 주목될 것이며, 상기 유용층(2)의 식각에 의한 두께 정정이 적용될 것이다.
특별히 유리하게는, 상기 가열 모드들 A 및 B는 다음의 특성들 중의 적어도 하나를 갖는 펄스 레이저로 수행된다:
- 상기 펄스 레이저 빔(8)의 상기 충격 지점 P는 0.1㎟보다 더 큰, 바람직하게는 10㎟보다 더 큰 표면을 갖는다.
- 100ns보다 더 작은, 바람직하게는 50ns보다 더 작은, 예를 들어 10ns의 펄스 지속시간.
- 100 내지 1,500 mJ/㎠ 범위의 펄스 에너지.
- 1Hz 내지 10kHz 범위의 펄스 반복 주파수.
< 제1 실시예 >
도 3 및 4에 도시된 제1 실시예에서, 실리콘-온-절연체 기판으로 구성된 구조물(1)의 상기 유용층(2)을 에피택시로 후막화하는 것이 고려되었다.
상기 절연층(3)은 25nm의 실리콘 이산화물층이다.
상기 유용층(2)은 평균하여 12nm의 실리콘층이며, 11.5nm 내지 12.5nm 범위의 두께 편차를 갖는다.
상기 구조물을 모델링하는 예비 단계는 상기 실리콘층(도 6에서 SOI1 커브) 및 실리콘 이산화물층(도 6에서 BOX1 커브)에 대하여 각기 상기 구조물(1)의 반사도 감도들을 결정하는 것으로 이어진다.
도 6의 그래프에서 나타나는 점선의 직사각형은 가열 모드 A에 적합한 파장 범위를 보여준다. 본 예시의 경우에서, 51nm 파장을 갖는 레이저가 선택되었다.
상기 구조물(1)은 반응 챔버(9)에서 구조물 지지대(5) 상에 바람직하게 설치된다.
기체 형태의 화학종(6)이 상기 반응 챔버(9) 내로 도입되고, 상기 유용층(2)의 온도와 함께 절대적으로 증가하는 동역학을 가지고, 상기 화학종(6)은 상기 유용층(2)과 화학적으로 반응할 수 있다.
특별히 유리하게는, 상기 반응 챔버 내로 도입된 상기 화학종은 다음의 종들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다: 실란(silane), 디실란, 트리실란, 모노크롤로로실란, 디클로로실란, 트리클로로실란, 테트라클로로실란, 저메인(germane), 모노클로로저메인, 디클로로저메인, 트리클로로저메인, 테트라클로로저메인.
상기 반응 챔버 내로 도입된 상기 화학종(6)은 일반적으로 다음 기체들 중의 적어도 하나를 포함하는 캐리어 가스에 희석된다: 질소, 아르곤, 디하이드로젠(Dihydrogen).
이어서, 상기 유용층(2)이 펄스 레이저 빔(8)에 의해 가열되며, 상기 빔(8)은 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)을 적어도 부분적으로 스위핑한다.
상기 펄스 레이저 빔(8)에 대해 투명한 윈도우가, 상기 반응 챔버의 외측에서 발생된 상기 펄스 레이저 빔(8)으로 하여금 반응성 인클로저(enclosure) 내측에 위치한 상기 유용층(2)의 가열을 가능하게 하도록, 상기 인클로저 내에 제공된다.
이어서, 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)은 상기 펄스 레이저 빔(8)을 이동시킴으로써 및/또는 상기 구조물(1)이 그 위에 놓이는 상기 지지대(5)를 이동시킴으로써 스위핑된다.
따라서, 상기 펄스 레이저 빔(8)이 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)을 충격함에 따라 상기 유용층(2)은 상기 충격 지점 P에서 가열된다.
따라서, 상기 펄스 레이저 빔(8)이 상기 표면을 스위핑할 때, 상기 가열은 상기 절연층(3)의 두께에서의 편차에도 불구하고, 더 두꺼운 영역들보다도 상기 활성층(2)의 더 얇은 영역들에서 보다 중요하다.
이러한 가열은 상기 유용층(2)과 상기 화학종(6)의 반응을 야기한다.
본 실시예에서, 상기 화학 반응은 상기 유용층(2)의 에피택시에 의한 후막화 반응이다.
상기 유용층(2)의 더 얇은 영역들이 상기 두꺼운 영역들보다 더 중요한 가열에 노출됨에 따라, 에피택시에 의한 후막화 반응은 상기 두꺼운 영역들보다 상기 얇은 영역들에서 더 높은 속도로 일어난다.
상기 유용층(2)이 후막화될 때, 상기 유용층(2)의 상기 얇은 영역들과 상기 두꺼운 영역들 사이에서 두께 차이는 따라서 감소된다.
따라서, 상기 구조물(1)이 10ns 펄스로 510nm의 파장을 갖는 펄스 레이저로 조사되며, 상기 펄스는 10kHz의 주기로 반복되며, 500mJ/㎠의 에너지를 갖는 각 펄스는 상기 실리콘층을 가열하게 할 수 있다. 처리 시간은 조사된 영역당 10초이다. 상기 레이저 빔 충격 지점은 10㎟이다.
상기 조사 동안에, 상기 구조물(1)은 80mT의 압력 하에서, 디클로로실란 및 디하이드로젠의 혼합물을 포함하는 화학종(6)의 분위기 내에 있다.
상기 전체 구조물(1)에 대해 수행된 이러한 처리는 1nm의 초기 비균일도에 대하여 두께의 비균일도를 0.2nm까지 감소시킬 수 있게 해준다. 이러한 비균일도는 0.9마이크로미터 문턱값 I 위로 공간 파장을 갖는 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차에 대응한다.
이외에도, 10ns 펄스들에 대하여, 1 마이크론의 차수의 문턱값 위의 파장을 갖는 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차를 감소시키는 것이 가능하며, 이것은 상기 빔 충격 지점의 디멘젼보다 더 작다.
< 제2 실시예 >
제2 실시예에서는, 상기 유용층(2)을 식각함에 의한 박막화가 고려된다.
도 9에 그것의 감도 커브들이 보여지는, 구조물(1)이 따라서 반응 챔버(9) 내의 구조물 지지대(5) 상에 바람직하게 설치된다.
기체 형태로 화학종(6)이 상기 반응 챔버(9) 내로 도입되며, 상기 유용층(2)의 온도와 함께 절대적으로 증가하는 동역학을 가지고, 상기 화학종(6)은 상기 유용층(2)을 식각하기 위해 화학적으로 반응할 수 있다.
특별히 유리하게는, 상기 반응 챔버 내로 도입된 상기 화학종은 다음의 종들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다: HCL.
상기 반응 챔버 내로 도입된 상기 화학종(6)은 일반적으로 다음 기체들 중의 적어도 하나를 포함하는 캐리어 가스에 희석된다: 아르곤, 디하이드로젠(Dihydrogen).
이어서, 상기 유용층(2)이 펄스 레이저 빔(8)에 의해 가열되며, 상기 빔(8)은 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)을 적어도 부분적으로 스위핑한다. 상기 펄스 레이저 빔(8)에 대해 투명한 윈도우가, 상기 반응 챔버의 외측에서 발생된 상기 펄스 레이저 빔(8)으로 하여금 반응성 인클로저(enclosure) 내측에 위치한 상기 유용층(2)의 가열을 가능하게 하도록, 상기 인클로저 내에 제공된다.
이어서, 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)은 상기 펄스 레이저 빔(8)을 이동시킴으로써 및/또는 상기 구조물(1)을 이동시킴으로써 스위핑된다.
상기 레이저 빔(8)의 파장은 도 9에서 보여지는 가열 모드 B의 모두의 조건들을 만족시키도록 선택되며, 예를 들어, 그것의 파장은 상기 350nm의 중심 파장으로부터 15nm보다 작게, 바람직하게는 7nm보다 작게 상이하게 되도록 선택된다. 다른 레이저 파라미터들은 상기 제1 실시예에서 선택된 것들과 동일하다.
따라서, 상기 펄스 레이저 빔(8)이 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)을 충격할 때, 상기 유용층(2)은 상기 충격 지점에서 가열된다.
더구나, 상기 펄스 레이저 빔(8)이 상기 표면을 스위핑할 때, 상기 가열은 더 얇은 영역들보다도 상기 활성층(2)의 더 두꺼운 영역들에서 보다 중요하다.
이러한 가열은 상기 유용층(2)과 상기 화학종(6)의 반응을 야기한다.
본 실시예에서, 상기 화학 반응은 상기 유용층(2)의 식각에 의한 박막화 반응이다.
상기 유용층(2)의 더 두꺼운 영역들이 상기 더 얇은 영역들보다 더 중요한 가열에 노출되기 때문에, 식각에 의한 박막화 반응은 상기 얇은 영역들보다 상기 두꺼운 영역들에서 더 높은 속도로 진행된다.
상기 유용층(2)을 식각함에 의한 박막화 반응이 일어날 때, 상기 유용층(2)의 상기 얇은 영역들과 상기 두꺼운 영역들 사이에서 두께 차이는 따라서 감소된다.
상기 조사 동안에, 상기 구조물(1)은 2.67Pa 내지 1*105Pa(20mTorr 및 760mTorr) 범위의 압력 하에서, 염산 및 디하이드로젠의 혼합물을 포함하는 화학종(6)의 분위기 내에 있다.
상기 전체 구조물(1)에 대해 수행된 이러한 처리는 상기 유용층(2)의 초기 비균일도에 대하여 두께의 비균일도를 감소시킬 수 있게 해준다. 이러한 비균일도는 0.9마이크로미터 문턱값 I 위로 공간 파장을 갖는 상기 유용층(2)의 두께에서의 편차에 대응한다.

Claims (15)

  1. 구조물(1)의 처리 방법으로서, 상기 구조물(1)은 그것의 후면 측으로부터 그것의 전면 측으로 캐리어 기판(4), 절연층(3), 및 유용층(2)을 포함하며, 상기 유용층(2)은 자유 표면(S)을 가지며, 상기 구조물(1)은 기체 형태의 화학종(6)을 포함하는 분위기 내에 위치하며, 상기 화학종(6)은 상기 유용층(2)의 온도와 함께 절대적으로 증가하는 동역학을 가지고 상기 유용층(2)과 화학적으로 반응할 수 있으며,
    상기 처리 방법은, 상기 유용층(2)이 펄스 레이저 빔(8)에 의해 가열되며, 상기 빔(8)은 상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S)을 적어도 부분적으로 스위핑하며(sweeping), 상기 빔(8)의 파장은 상기 절연층(3)에 대하여 상기 구조물(1)의 추정 반사도의 감도가 제로가 되도록 중심 파장으로부터 15nm보다 작게 상이한 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 빔의 펄스의 지속시간은 tv값보다 작으며, tv는 l2/D와 같으며, D는 상기 유용층(2)에서의 열 확산계수이며, l은 처리 문턱 파장에 대응하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔(8)은 100ns보다 작은 펄스 지속시간을 갖는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유용층(2)은 실리콘, 저마늄, 실리콘 저마늄 합금 중의 적어도 하나를 포함하는 반도체 물질 층인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학종(6)은 상기 유용층(2)을 식각하는 것을 가능하게 하며, 상기 펄스 레이저 빔(8)의 파장은 상기 유용층(2)에 대하여 상기 구조물(1)의 추정 반사도의 감도의 네가티브 값에 대응하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 화학종(6)은 HCl을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학종(6)은 에피택시에 의해 상기 유용층(2)을 후막화하는 것을 가능하게 하며, 상기 펄스 레이저 빔(8)의 파장은 상기 유용층(2)에 대하여 상기 구조물(1)의 추정 반사도의 감도의 포지티브 값에 대응하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 화학종(6)은 실란(silane), 디실란, 트리실란, 모노크롤로로실란, 디클로로실란, 트리클로로실란, 테트라클로로실란, 저메인(germane), 모노클로로저메인, 디클로로저메인, 트리클로로저메인, 테트라클로로저메인 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층(3)은 실리콘 이산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층(3)은 150nm보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 유용층(2)은 50nm보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 유용층(2)의 상기 자유 표면(S) 상에서 상기 레이저 빔의 충격 지점(P)의 표면은 0.1㎟보다 큰 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔(8)은 100 내지 1,500mJ/㎠ 범위의 펄스 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔(8)은 1Hz 내지 10kHz 범위의 펄스 반복 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 유용층(2)은 3nm보다 작은 두께에서의 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180130732A1 (en) * 2016-11-04 2018-05-10 General Electric Company Electronics package having a multi-thickness conductor layer and method of manufacturing thereof
CN113130305B (zh) * 2021-03-03 2023-03-24 哈尔滨工业大学 一种碳化硅单晶表面微结构的构建方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100301013A1 (en) 2009-05-15 2010-12-02 National University Of Ireland Method for laser ablation
US20120329246A1 (en) 2011-06-24 2012-12-27 Electro Scientific Industries, Inc. Etching a laser-cut semiconductor before dicing a die attach film (daf) or other material layer

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59155935A (ja) * 1983-02-25 1984-09-05 Agency Of Ind Science & Technol プラズマを用いたパタ−ン形成法
US4624736A (en) * 1984-07-24 1986-11-25 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Laser/plasma chemical processing of substrates
US4800173A (en) * 1986-02-20 1989-01-24 Canon Kabushiki Kaisha Process for preparing Si or Ge epitaxial film using fluorine oxidant
JPS62193243A (ja) * 1986-02-20 1987-08-25 Canon Inc 堆積膜形成法
JPH0249419A (ja) * 1988-08-11 1990-02-19 Sony Corp エピタキシャル成長方法
JPH0834198B2 (ja) * 1990-11-28 1996-03-29 信越半導体株式会社 Ｓｏｉ基板における単結晶薄膜層の膜厚制御方法
JP2734357B2 (ja) * 1993-12-27 1998-03-30 日本電気株式会社 薄膜トランジスタの製造方法及び多結晶シリコン膜の製造方法
US5656186A (en) * 1994-04-08 1997-08-12 The Regents Of The University Of Michigan Method for controlling configuration of laser induced breakdown and ablation
US5795493A (en) * 1995-05-01 1998-08-18 Motorola, Inc. Laser assisted plasma chemical etching method
TW350095B (en) * 1995-11-21 1999-01-11 Daido Hoxan Inc Cutting method and apparatus for semiconductor materials
JPH09148306A (ja) * 1995-11-21 1997-06-06 Daido Hoxan Inc ウエハの微細加工法およびそれに用いる装置
JPH1018042A (ja) * 1996-06-28 1998-01-20 Osaka Gas Co Ltd 薄膜作成装置
US6830993B1 (en) * 2000-03-21 2004-12-14 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Surface planarization of thin silicon films during and after processing by the sequential lateral solidification method
AU2001254866A1 (en) * 2000-04-14 2001-10-30 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Method for cutting out at least a thin layer in a substrate or ingot, in particular made of semiconductor material(s)
US7579654B2 (en) * 2006-05-31 2009-08-25 Corning Incorporated Semiconductor on insulator structure made using radiation annealing
JP2009135430A (ja) * 2007-10-10 2009-06-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
US7800081B2 (en) * 2007-11-08 2010-09-21 Applied Materials, Inc. Pulse train annealing method and apparatus
US20090120924A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Stephen Moffatt Pulse train annealing method and apparatus
FR2971361B1 (fr) * 2011-02-04 2014-05-09 Soitec Silicon On Insulator Structure semiconductrice a surface lissée et procédé d'obtention d'une telle structure
US8845854B2 (en) * 2012-07-13 2014-09-30 Applied Materials, Inc. Laser, plasma etch, and backside grind process for wafer dicing

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100301013A1 (en) 2009-05-15 2010-12-02 National University Of Ireland Method for laser ablation
US20120329246A1 (en) 2011-06-24 2012-12-27 Electro Scientific Industries, Inc. Etching a laser-cut semiconductor before dicing a die attach film (daf) or other material layer

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