KR102180311B1 - Laser annealing apparatus - Google Patents

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Abstract

레이저광을 방출하는 레이저 광원과, 레이저 광원에서 방출된 레이저광을 받아 일정한 크기 및 형태의 라인빔으로 정형하는 레이저광 정형부와, 정형된 레이저광을 통과시키면서 집속하여 어닐링 대상물 기판에 조사하는 결상광학계와, 기판을 적재하고 기판면과 평행하게 평면상으로 이동시킬 수 있는 기판 스테이지를 구비하며, 레이저 광원에서 나온 레이저광이 기판에 닿기까지의 레이저광 상태 및 경로를 검사하고 그 검사 결과에 따라 레이저광의 상태 및 경로를 보정하는 레이저광 보정부가 더 구비되는 것을 특징으로 레이저 어닐링 장치가 개시된다. 본 발명에 따르면 레이저 광원 및 경로상의 광학요소의 불안정성으로 인한 레이저광 경로나 상태의 변화를 보정하여 스테이지 상의 기판의 정확한 위치에 레이저 어닐링을 위한 광 조사가 이루어질 수 있다.A laser light source that emits laser light, a laser light shaping unit that receives the laser light emitted from the laser light source and shape it into a line beam of a certain size and shape, and an image formation that focuses and irradiates the annealing target substrate while passing the shaped laser light It has an optical system and a substrate stage that can load a substrate and move it in a plane parallel to the substrate surface, and inspects the state and path of the laser light until the laser light from the laser light reaches the substrate, and according to the inspection result. A laser annealing apparatus is disclosed, further comprising a laser light correction unit for correcting a state and a path of a laser light. According to the present invention, light irradiation for laser annealing may be performed at an accurate position of a substrate on a stage by correcting a change in a laser light path or state due to instability of a laser light source and an optical element on the path.

Description

레이저 어닐링 장치{LASER ANNEALING APPARATUS}Laser annealing device {LASER ANNEALING APPARATUS}

본 발명은 반도체 기판 등에 대한 레이저 어닐링을 실시할 수 있는 레이저 어닐링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 어닐링 과정에서 레이저의 불안정성이나 조사 위치 변이 등의 문제를 해결할 수 있는 구성을 가진 레이저 어닐링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser annealing apparatus capable of performing laser annealing on a semiconductor substrate, and more particularly, to a laser annealing apparatus having a configuration capable of solving problems such as laser instability or irradiation position shift in a laser annealing process. About.

어닐링이란 가공 대상물에 대한 열처리 방법의 일종으로, 반도체나 표시장치 분야에서 어닐링은 대개 급속한 가열 및 서냉 열처리를 통해 주입된 불순물 분포를 균일화, 활성화하거나, 반도체 결정 결함 치유 등의 용도로 많이 사용되는 가공 방법을 말한다.Annealing is a type of heat treatment method for an object to be processed.In the field of semiconductors and display devices, annealing is a processing that is widely used for purposes such as uniforming and activating the distribution of impurities injected through rapid heating and slow cooling heat treatment, or healing semiconductor crystal defects. Tell the way.

이런 어닐링 장치 가운데 퍼니스 장비나 전기램프 장치도 사용될 수 있지만 짧은 시간 내에 온도를 급속히 올릴 수 있고 대상물의 특정 영역이나 얇은 표층과 같은 제한된 위치에 에너지를 집중하여 열처리를 함으로써 기판 전체에 대해서는 열부담을 줄이고 대상영역에 대해서는 충분하고 균일성있는 열처리를 할 수 있는 레이저 어닐링 방법이 근래에 개발되어 많이 사용되고 있다.Among these annealing devices, furnace equipment or electric lamp devices can also be used, but the temperature can be rapidly increased within a short time, and heat treatment is performed by concentrating energy on a specific area of the object or a limited location such as a thin surface layer to reduce the heat burden on the entire substrate. A laser annealing method capable of performing sufficient and uniform heat treatment for the target area has been developed in recent years and has been widely used.

레이저 어닐링에서는 통상 레이저빔을 라인빔 형태로 만들어 라인빔을 대상물 가공 영역에 스캔하면서 어닐링을 실시하게 된다.In laser annealing, annealing is performed while a laser beam is usually made in the form of a line beam and the line beam is scanned into an object processing area.

이런 스캔을 실시할 때 레이저빔이 이동하기보다는 레이저빔 조사 위치는 고정된 상태에서 대상물이 기판 거치대 위에서 수평면상에서 선형으로 이동하면서 라인빔이 대상물을 스캔하는 경우가 많다.When performing such a scan, rather than moving the laser beam, in many cases the line beam scans the object while the object moves linearly on a horizontal plane on the substrate holder while the laser beam irradiation position is fixed.

대표적인 레이저 어닐링은 액정표시장치나 유기발광장치에서 기판에 얇게 아몰퍼스 실리콘층을 형성한 뒤 불순물을 주입하고 레이저 조사를 통해 아몰퍼스 실리콘층을 폴리실리콘층이나 단결정 실리콘층으로 형성하는 공정에서 볼 수 있다.Typical laser annealing can be seen in a process of forming a thin amorphous silicon layer on a substrate in a liquid crystal display device or an organic light emitting device, implanting impurities, and forming an amorphous silicon layer into a polysilicon layer or a single crystal silicon layer through laser irradiation.

종래의 레이저 어닐링 장치에서는 레이저광은 일정한 경로를 통해 가공 대상물 기판 표면에 입사하고, 가공 대상물은 척에 고정된 상태로 평면상에서 x축 및 y축 방향으로 이동할 수 있도록 만들어진 거치대에 놓여 전체 표면을 스캔할 수 있도록 움직이게 된다.In a conventional laser annealing apparatus, laser light enters the surface of a substrate to be processed through a certain path, and the object to be processed is placed on a cradle made to move in the x-axis and y-axis directions on a plane while being fixed to the chuck to scan the entire surface. It moves to be able to do it.

반도체 웨이퍼 전체 영역에 대해 레이저 라인빔으로 스캔하는 방식은 대개 도 1의 개념도와 같이 이루어진다. 즉, 웨이퍼(15) 일 측에서 일정폭의 라인빔(L.B)을 라인과 수직한 방향으로 일 방향(x축 방향)으로 화살표와 같이 이동시켜 웨이퍼 위를 지나도록 하고, 라인폭만큼 일 방향과 수직한 방향(y 축방향)으로 웨이퍼의 다른 측을 향해 이동시킨 후, 이번에는 일 방향과 반대 방향으로 이동하면서 웨이퍼 위를 지나도록 한다. 이런 방식을 되풀이하여 웨이퍼 전체 면적을 커버하며 라인빔이 지나도록 하면 웨이퍼 전체 면적에 대한 어닐링이 이루어지게 된다.A method of scanning the entire area of a semiconductor wafer with a laser line beam is performed as in the conceptual diagram of FIG. 1. That is, from one side of the wafer 15, a line beam LB of a certain width is moved in a direction perpendicular to the line as shown by an arrow in one direction (x-axis direction) so that it passes over the wafer. After moving toward the other side of the wafer in a vertical direction (y-axis direction), this time pass over the wafer while moving in the opposite direction to one direction. If this method is repeated to cover the entire area of the wafer and allow the line beam to pass through, annealing is performed on the entire area of the wafer.

웨이퍼(15)에서 라인빔 스캔이 이루어질 때는 도 2와 같이 라인빔(L.B)이 지나간 일정 영역(15')에서는 웨이퍼(15) 표면층에 한정하여 온도가 높아지는 가열이 이루어지고 서서히 냉각되면서 표면층 재료에 대한 결정화, 균질화, 불순물 활성화와 같은 개질이 이루어진다. When the line beam scan is performed on the wafer 15, heating is performed to increase the temperature limited to the surface layer of the wafer 15 in a certain region 15' where the line beam LB has passed, as shown in FIG. 2, and gradually cools the surface layer material. Modifications such as crystallization, homogenization, and impurity activation are performed.

도 3은 종래의 레이저 어닐링 장치의 일 예를 개략적으로 나타내는 구성 개념도이다.3 is a conceptual diagram schematically showing an example of a conventional laser annealing apparatus.

이 레이저 어닐링 장치는 여기용 LD(레이저 다이오드)(1)와 파이버(2)로 결합된 연속 발진 레이저광(3)을 발생하는 레이저 발진기(4), 레이저광(3)의 온/오프를 행하는 셔터(5), 레이저광(3)의 에너지를 조정하기 위한 투과율 연속 가변 ND 필터(6), 레이저 발진기(4)로부터 출력된 레이저광(3)의 펄스화 및 에너지의 시간적인 변조를 실현하기 위한 전기 광학(EO) 모듈레이터(7), 편광 빔 스플리터(8), 빔 확장기(빔 리듀서)(9), 레이저광(3)을 가늘고 긴 형상의 빔으로 정형하는 빔 호모제나이저(10), 정형된 레이저광(3)을 소정의 치수로 하기 위한 직사각형 슬릿 혹은 마스크(11), 마스크(11) 상을 XY 스테이지(14) 상에 적재되어 평행이동하는 기판(15)에 결상하는 결상 렌즈(16)를 구비하여 이루어진다.This laser annealing device turns on/off the laser oscillator (4) and laser beam (3) that generate continuous oscillation laser light (3) combined with excitation LD (laser diode) (1) and fiber (2). The shutter 5, the continuously variable transmittance ND filter 6 for adjusting the energy of the laser light 3, the laser light 3 output from the laser oscillator 4 is pulsed and temporal modulation of energy is realized. For electro-optical (EO) modulator (7), polarized beam splitter (8), beam expander (beam reducer) (9), beam homogenizer (10) for shaping laser light (3) into elongated beams, A rectangular slit or mask 11 for making the shaped laser light 3 into a predetermined dimension, and an imaging lens (an imaging lens that forms an image on a substrate 15 which is placed on the XY stage 14 and moves in parallel with the mask 11) 16).

레이저 발진기(4)로부터 발진된 레이저광(3)은 셔터(5)에 의해 온/오프된다. 즉, 레이저 발진기(4)는 항상 일정 출력으로 레이저광(3)을 발진하도록 설치되고, 셔터(5)는 통상적으로는 오프 상태로 하고, 레이저광(3)은 셔터(5)에 의해 차단된다. 레이저광(3)을 조사하는 경우에만 셔터(5)를 개방함으로써 레이저광(3)을 출력시킨다. 여기용 레이저 다이오드(1)를 온/오프함으로써 레이저광(3)의 온/오프를 행하는 것은 레이저 출력의 안정성에 문제를 가져올 수 있다.The laser light 3 oscillated from the laser oscillator 4 is turned on/off by the shutter 5. That is, the laser oscillator 4 is always installed to oscillate the laser light 3 with a constant output, the shutter 5 is normally turned off, and the laser light 3 is blocked by the shutter 5 . The laser light 3 is output by opening the shutter 5 only when irradiating the laser light 3. Turning on/off the laser light 3 by turning on/off the excitation laser diode 1 may cause a problem in the stability of the laser output.

셔터(5)를 통과한 레이저광(3)은 출력 조정에 사용하는 투과율 연속 가변 ND 필터(6)를 투과하여 EO 모듈레이터(7)로 입사된다. EO 모듈레이터(7)는 도시되지 않은 드라이버를 거쳐서 포켈스 셀(결정)에 전압을 인가함으로써, 결정을 투과하는 레이저광(3)의 편광 방향을 회전시켜 결정의 후방에 놓인 편광 빔 스플리터(8)로 P 편광 성분만을 통과, S 편광 성분을 90도 편향시킴으로써 레이저광(3)의 온/오프를 행할 수 있다. The laser light 3 passing through the shutter 5 passes through the continuously variable transmittance ND filter 6 used for output adjustment and enters the EO modulator 7. The EO modulator 7 rotates the polarization direction of the laser light 3 passing through the crystal by applying a voltage to the Pockels cell (crystal) via a driver (not shown), and a polarization beam splitter 8 placed behind the crystal. The laser light 3 can be turned on/off by passing only the low-P polarization component and deflecting the S-polarized component by 90 degrees.

즉, 편광 빔 스플리터(8)에 대해 P 편광으로 입사하도록 레이저광(3)의 편광 방향을 회전시키기 위한 전압(V1)과, S 편광으로 입사하도록 레이저광(3)의 편광 방향을 회전시키기 위한 전압(V2)을 교대로 인가함으로써 레이저광(3)을 시간 변조하며, V1과 V2 중간의 임의의 전압을 인가하여 임의의 출력으로 설정할 수도 있다. 이런 예에서는 EO 모듈레이터로서 포켈스 셀(7)과 편광 빔 스플리터(8)를 조합함으로써 설명하였지만, 편광 빔 스플리터의 대체로서 각종 편광 소자를 이용할 수 있다.That is, the voltage V1 for rotating the polarization direction of the laser light 3 so as to be incident on the polarization beam splitter 8 with P polarization, and for rotating the polarization direction of the laser light 3 so as to be incident with S polarization. The laser light 3 is time-modulated by alternately applying voltages V2, and it is also possible to set an arbitrary output by applying an arbitrary voltage between V1 and V2. In this example, the description was made by combining the Pockels cell 7 and the polarizing beam splitter 8 as the EO modulator, but various polarizing elements can be used as an alternative to the polarizing beam splitter.

이상에서 본 레이저 다이오드(1)로부터 편광 빔 스플리터(8)의 구성은 광의의 레이저 광원을 구성하는 것으로 볼 수 있다.The configuration of the polarization beam splitter 8 from the laser diode 1 seen above can be seen as constituting a laser light source in a broad sense.

이러한 레이저 광원에서 방출된 레이저광은 빔 직경을 조정하기 위한 빔 확장기 혹은 빔 리듀서(9)로 빔 직경이 조정되어 빔 호모제나이저(10)에 입사한다. The laser light emitted from the laser light source is incident on the beam homogenizer 10 by adjusting the beam diameter with a beam expander or a beam reducer 9 for adjusting the beam diameter.

빔 호모제나이저(10)로 얻게 된 가늘고 긴 형상의 빔은 마스크(11)를 통해 보다 정확하고 일정한 크기의 레이저광이 되고, 결상 렌즈(16)를 통해 집광되어 웨이퍼 스테이지(14)에 적재된 웨이퍼(15)에 조사된다.The elongated beam obtained by the beam homogenizer 10 becomes laser light of a more accurate and uniform size through the mask 11, and is condensed through the imaging lens 16 and loaded on the wafer stage 14. The wafer 15 is irradiated.

여기서, 빔 호모제나이저(10)에서 가늘고 긴 형상으로 정형된 레이저광을 릴레이 렌즈 혹은 튜브 렌즈에 의해 평행광으로 변환하고, 그 후 결상 렌즈(16)에 의해 기판상에 가늘고 긴 형상의 라인빔으로서 투영하는 것도 가능하다. 이 경우, 릴레이 렌즈와 결상 렌즈의 거리를 변화시켜도 기판상에 투영되는 가늘고 긴 형상의 빔은 크기나 에너지 밀도가 변화하는 일은 없다. 따라서, 튜브 렌즈를 설치함으로써 튜브 렌즈와 결상 렌즈(16) 사이에 관찰 광학계나 에너지 모니터 광학계 등을 필요에 따라서 삽입할 수 있다.Here, the laser beam shaped into an elongated shape by the beam homogenizer 10 is converted into parallel light by a relay lens or a tube lens, and thereafter, a line beam having an elongated shape on the substrate by the imaging lens 16 It is also possible to project as. In this case, even if the distance between the relay lens and the imaging lens is changed, the size or energy density of the elongated beam projected onto the substrate does not change. Therefore, by providing a tube lens, an observation optical system, an energy monitor optical system, or the like can be inserted between the tube lens and the imaging lens 16 as necessary.

그런데, 이러한 기존의 레이저 어닐링 장치에서 레이저 광원이나 경로 상의 광학요소의 불안정 요소들로 인하여 광축이 이동하거나 각도가 틀어져 레이저광이 기판에 닿게 되는 조사 위치가 흔들릴 수 있고, 레이저광의 크기나 형태가 변환될 수 있어서 문제가 된다.However, in such a conventional laser annealing apparatus, the irradiation position at which the laser light hits the substrate may be shaken due to the unstable elements of the laser light source or the optical element on the path, so that the optical axis moves or the angle is changed. It can be a problem.

대한민국 등록특허 10-0685344Republic of Korea Patent Registration 10-0685344 대한민국 등록특허 10-1800404Korean Patent Registration 10-1800404 대한민국 공개특허 10-2017-0111124Republic of Korea Patent Publication 10-2017-0111124

본 발명은 상술한 종래 레이저 어닐링 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저 광원이나 광경로 상의 광학요소의 불안정으로 인한 광경로의 변화나 레이저빔의 크기, 형상의 변화를 감지하고 수정할 수 있는 구성을 가진 레이저 어닐링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the conventional laser annealing apparatus described above, and a configuration capable of detecting and correcting a change in an optical path or a change in size and shape of a laser beam due to instability of an optical element on a laser light source or an optical path. An object of the present invention is to provide an excitation laser annealing apparatus.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레이저광을 방출하는 레이저 광원과, 레이저 광원에서 방출된 레이저광을 받아 일정한 크기 및 형태의 라인빔으로 정형하는 레이저광 정형부와, 정형된 레이저광을 통과시키면서 집속하여 어닐링 대상물 기판에 조사하는 결상광학계와, 기판을 적재하고 기판면과 평행하게 평면상으로 이동시킬 수 있는 기판 스테이지(거치대)를 구비하는 레이저 어닐링 장치에 있어서, 레이저 광원에서 나온 레이저광이 기판에 닿기까지의 레이저광 상태 및 경로를 검사하고 그 검사 결과에 따라 레이저광의 상태 및 경로를 보정하는 레이저광 보정부(검사 및 조절장치)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a laser light source that emits laser light, a laser light shaping unit that receives the laser light emitted from the laser light source and shaping it into a line beam of a certain size and shape, while passing the shaped laser light A laser annealing apparatus comprising an imaging optical system that focuses and irradiates a substrate to an object to be annealed, and a substrate stage (stand) that can be mounted and moved in a plane parallel to the substrate surface, wherein the laser light emitted from the laser light source is transmitted to the substrate. It is characterized in that the laser beam correction unit (inspection and adjustment device) for inspecting the state and path of the laser beam until it reaches and correcting the state and path of the laser beam according to the inspection result.

본 발명에서 레이저광 보정부는 레이저광의 형태 및 크기를 검사, 보정하는 장치부 및/또는 광경로를 검사, 보정하는 장치부를 구비하여 이루어질 수 있고, 광경로를 검사, 보정하는 장치부는 광축을 평행하게 이동시키는 장치부와 반사각도를 변화시키는 장치부 가운데 적어도 하나를 구비하여 이루어질 수 있다.In the present invention, the laser light correction unit may include an apparatus unit for inspecting and correcting the shape and size of the laser light and/or an apparatus unit for inspecting and correcting the optical path, and the apparatus unit for inspecting and correcting the optical path makes the optical axis parallel. It may be formed with at least one of a moving device part and a device part changing a reflection angle.

본 발명에서 레이저광 보정부는 레이저 광원으로부터 레이저광 정형기까지의 경로와, 레이저광 정형기부터 결상렌즈까지의 경로에 분산되어 설치될 수 있다.In the present invention, the laser beam correction unit may be distributed and installed in a path from a laser light source to a laser beam shaping machine and a path from a laser beam shaping machine to an imaging lens.

본 발명에 따르면 레이저 광원 및 경로상의 광학요소의 불안정성으로 인한 레이저광 경로나 상태의 변화를 보정하여 거치대 상의 기판의 정확한 위치에 레이저 어닐링을 위한 광 조사가 이루어질 수 있다.According to the present invention, light irradiation for laser annealing can be performed at an exact position of a substrate on a cradle by correcting a change in a laser light path or state due to instability of a laser light source and an optical element on the path.

도1은 라인빔 형태의 레이저광으로 반도체 웨이퍼 표면 어닐링을 실시하는 방식의 일 예를 나타내는 개념적 평면도.
도 2는 레이저광 어닐링이 이루어지는 반도체 웨이퍼 일부 영역에서의 표면층 개질을 설명하기 위한 개념적 단면도,
도 3은 종래의 레이저 어닐링 장치의 일 예를 나타내는 구성 개념도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치를 나타내는 구성 개념도.1 is a conceptual plan view showing an example of a method of performing surface annealing of a semiconductor wafer with a line beam type laser light.
2 is a conceptual cross-sectional view for explaining the modification of a surface layer in a partial region of a semiconductor wafer subjected to laser light annealing;
3 is a conceptual diagram showing a configuration of an example of a conventional laser annealing apparatus;
4 is a conceptual diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치를 나타내는 구성 개념도이다.4 is a conceptual diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 실시예는 기존과 공통적으로 레이저광을 방출하는 레이저 광원(110)과, 레이저 광원(110)에서 방출된 레이저광을 받아 일정한 크기 및 형태의 라인빔으로 정형하는 레이저광 정형부(140)와, 정형된 레이저광을 통과시키면서 집속하여 어닐링 대상물 기판(115)에 조사하는 결상광학계(170)와, 기판(115)을 적재하고 기판면과 평행하게 평면상으로 이동시킬 수 있는 기판 스테이지(180)를 구비하여 이루어진다.Referring to FIG. 4, the present embodiment is a laser light source 110 that emits a laser light in common with the conventional one, and a laser light that receives the laser light emitted from the laser light source 110 and shapes it into a line beam of a certain size and shape. The shaping unit 140, the imaging optical system 170 that focuses while passing the shaped laser light and irradiates the annealing target substrate 115, and the substrate 115 can be mounted and moved in a plane parallel to the substrate surface. The substrate stage 180 is provided.

레이저 광원(110)은 기본적으로 레이저 발진기와 셔터 등을 구비하여 이루어지며, 도 3과 같은 종래의 예에서 본 것과 같은 자체에 능동적 혹은 수동적인 방법으로 방출되는 레이저빔의 출력을 조절하는 수단을 가질 수 있다.The laser light source 110 is basically composed of a laser oscillator and a shutter, and has a means for controlling the output of the laser beam emitted in an active or passive method as seen in the conventional example as shown in FIG. I can.

레이저 광원(110)의 레이저광은 어닐링 대상인 비정질 실리콘 박막 혹은 다결정 실리콘 박막에서 에너지 흡수도가 높은 파장, 보다 구체적으로는 Ar 레이저 혹은 Kr 레이저와 그 제2 고조파, Nd:YAG 레이저, Nd:YVO4 레이저, Nd:YLF 레이저의 제2 고조파 및 제3 고조파 등을 가지는 것이 바람직하다. 일례로, 레이저 다이오드(laser diode, LD) 여기 방식의 Nd:YAG 레이저의 제2 고조파(파장 532㎚) 혹은 Nd:YVO4 레이저의 제2 고조파(파장 532㎚)를 사용하는 것이 바람직하며, 이들의 발진기로부터 발생하는 레이저광은 원형으로 중심에서 외각으로 가면서 가우스형의 에너지 분포를 가질 수 있다. 본 실시예에서 레이저 광원은 LD 여기 연속 발진 Nd:YVO4 레이저의 제2 고조파나 제3 고조파를 사용하는 DPSS(diode pumped solid state) 레이저를 사용하는 것으로 한다. The laser light of the laser light source 110 is a wavelength having a high energy absorption in an amorphous silicon thin film or polycrystalline silicon thin film to be annealing, more specifically, an Ar laser or Kr laser and its second harmonic, Nd:YAG laser, Nd:YVO4 laser , It is preferable to have a second harmonic and a third harmonic of the Nd:YLF laser. As an example, it is preferable to use the second harmonic (wavelength 532 nm) of the Nd:YAG laser of the laser diode (LD) excitation method or the second harmonic (wavelength 532 nm) of the Nd:YVO4 laser. The laser light generated from the oscillator may have a Gaussian energy distribution while going from the center to the outer angle in a circular shape. In this embodiment, it is assumed that the laser light source is a DPSS (diode pumped solid state) laser using the second harmonic or the third harmonic of the continuous LD excitation Nd:YVO4 laser.

본 실시예에서 레이저 광원(110)에서 나온 레이저광은 레이저광의 상태를 검사하고, 각도 조절 방식의 광경로를 조절할 수 있는 제1 검사 및 조절장치(120)를 지나게 된다. In this embodiment, the laser light emitted from the laser light source 110 inspects the state of the laser light and passes through the first inspection and adjustment device 120 capable of adjusting the optical path of the angle adjustment method.

제1 검사 및 조절장치(120)는 일부 빔스플리터 기능을 가지는 제1 반사거울(121) 및 제2 반사거울(127)을 포함하고, 이들 반사거울은 미도시된 모터에 의해 각도가 조절되어 여기서 반사되는 레이저광은 가령 제1 반사거울(121)에 의해 기판 상의 x축 이동을, 제2 반사거울(127)에 의해 기판 상의 y축 이동을 할 수 있다. 이들 반사거울은 99% 정도의 대부분의 빛을 반사하고 1% 이하의 빛을 투과시키며, 제1 반사거울(121)에서 투과된 레이저광은 레이저광 크기와 형태 같은 레이저광 상태를 검사하는 빔 디텍터(123)로, 제2 반사거울(127)에서 투과된 레이저광은 제1 빔 프로파일러(129)로 투입된다.The first inspection and adjustment device 120 includes a first reflective mirror 121 and a second reflective mirror 127 having some beam splitter functions, and these reflective mirrors are angled by a motor (not shown). The reflected laser light may move in the x-axis on the substrate by the first reflective mirror 121 and may move in the y-axis on the substrate by the second reflective mirror 127. These reflective mirrors reflect 99% of most of the light and transmit less than 1% of the light, and the laser light transmitted from the first reflective mirror 121 is a beam detector that inspects the laser light state such as the size and shape of the laser light. At 123, the laser light transmitted from the second reflective mirror 127 is input to the first beam profiler 129.

빔 디텍터(123)는 레이저광 상태를 감지하여 피드백 방식으로 조절신호를 발생시켜 레이저 광원(110) 내의 슬릿이나 마스크 등 레이저광 크기나 형상을 조절할 수 있는 요소를 통해 레이저광 상태를 조절할 수 있다.The beam detector 123 may detect the laser light state and generate a control signal in a feedback manner to control the laser light state through an element capable of adjusting the size or shape of the laser light such as a slit or a mask in the laser light source 110.

제1 빔 프로파일러(129)는 제1 반사거울(121)에서 경로가 조절되어 제2 반사거울(127)을 투과한 레이저광을 입수하여 1차적 경로 조절의 결과를 확인하고, 피드백 방식으로 조절신호를 발생시켜 미도시된 전용 콘트롤러를 통해 제1 반사거울(121)을 조절하는 모터의 구동량 수정을 실시한다. 제2 반사거울을 투과한 레이저광을 통해 그 미세 위치변동을 검출하는 경우 제2 반사거울의 각도 변이를 측정하는 것도 가능하므로 경우에 따라서는 제2 반사거울(127)을 조절하는 모터의 구동량 수정도 실시할 수 있다. The first beam profiler 129 receives the laser light transmitted through the second reflective mirror 127 by adjusting the path in the first reflective mirror 121, confirms the result of the primary path adjustment, and adjusts it in a feedback method. By generating a signal, the driving amount of the motor that controls the first reflective mirror 121 is modified through a dedicated controller (not shown). When detecting the minute position change through the laser light transmitted through the second reflective mirror, it is also possible to measure the angular change of the second reflective mirror. In some cases, the driving amount of the motor that controls the second reflective mirror 127 Modification can also be carried out.

따라서, 제1 검사 및 조절장치(120)는 레이저광 상태 및 레이저광이 향하는 기판 상의 위치 혹은 레이저광 경로를 조절할 수 있다.Accordingly, the first inspection and adjustment device 120 may adjust a laser light state and a position on a substrate to which the laser light is directed, or a laser light path.

또한, 본 실시예에서는 제1 검사 및 조절장치(120)의 제1 반사거울(121)과 제2 반사거울(127) 사이에 레이저광 출력 조절기(125)가 설치되어 레이저광 출력을 감지하고 직접 조절하거나, 조절신호를 발생시켜 피드백 방식으로 레이저 광원(110) 내의 별도 조절장치를 통해 레이저광 출력을 조절할 수 있다.In addition, in this embodiment, a laser light output controller 125 is installed between the first reflective mirror 121 and the second reflective mirror 127 of the first inspection and control device 120 to detect the laser light output and directly The laser light output may be adjusted through a separate adjusting device in the laser light source 110 by adjusting or generating a control signal in a feedback manner.

제1 검사 및 조절장치(120)를 통과한 레이저광은 제3 반사거울(130)에서 반사되어 레이저광 정형부(140)로 투입된다. 여기서 레이저광 정형부(140)는 빔 정형기(141)와 빔 마스크(143)가 직렬로 결합된 구성을 이룬다.The laser light that has passed through the first inspection and adjustment device 120 is reflected by the third reflective mirror 130 and is injected into the laser light shaping unit 140. Here, the laser beam shaping unit 140 forms a configuration in which the beam shaping machine 141 and the beam mask 143 are combined in series.

빔 정형기(141)는 레이저광을 가늘고 긴 형상의 라인빔으로 정형하기 위한 광학 소자이다. 여기서 가늘고 긴 형상은 선형, 직사각형, 타원형 혹은 긴 원형을 포괄할 수 있는 넓은 의미로 해석한다. 통상, 가스 레이저나 고체 레이저의 레이저광은 가우스형의 에너지 분포를 갖는 원형의 레이저광이고, 그 상태 그대로 레이저 어닐링에 사용하는 것은 적합하지 않다. 발진기 출력이 충분히 크면, 빔 직경을 충분히 확대하여 중심 부분의 비교적 균일한 부분만을 취함으로써 대략 균일한 에너지 분포를 얻을 수 있지만, 빔의 주변 부분을 버리게 되어 에너지의 대부분이 낭비된다. 이 결점을 해결하여 가우스형의 분포를 균일한 분포(톱 플랫 분포)로 변환하기 위해 빔 정형기(141)를 이용한다.The beam shaper 141 is an optical element for shaping the laser light into a line beam having an elongated shape. Here, the elongated shape is interpreted in a broad sense that can encompass linear, rectangular, oval, or long circles. Usually, the laser light of a gas laser or a solid-state laser is a circular laser light having a Gaussian energy distribution, and it is not suitable to use it as it is for laser annealing. If the oscillator output is large enough, it is possible to obtain a substantially uniform energy distribution by sufficiently expanding the beam diameter to take only a relatively uniform portion of the central portion, but the peripheral portion of the beam is discarded, and most of the energy is wasted. A beam shaper 141 is used to solve this drawback and convert the Gaussian distribution into a uniform distribution (top flat distribution).

빔 정형기(141)를 형성하기 위해 파웰 렌즈와 원통형 렌즈의 조합, 칼라이드 스코프, 회절 광학 소자, 멀티 렌즈(혹은 원통형 렌즈) 어레이와 원통형 렌즈의 조합을 이용할 수 있다. 이미 언급하듯이 에너지가 충분히 큰 발진기를 이용한 경우에는 빔 직경을 충분히 크게 확대하여 직사각형 개구 슬릿을 가진 빔 마스크를 단독으로 사용하는 것도 가능하지만, 여기서는 빔 정형기(141)를 보완하여 빔 정형기(141)를 통과한 라인빔의 주변부를 제거하여 라인빔이 더욱 균일하고 일정한 형태를 가지도록 빔 마스크(143)를 사용한다. 빔 마스크(143)의 개구 슬릿은 예를 들어 직사각형, 선형, 타원형, 긴 원형 등의 어퍼쳐나 슬릿이 될 수 있다.To form the beam shaper 141, a combination of a Powell lens and a cylindrical lens, a colored scope, a diffractive optical element, a multi-lens (or cylindrical lens) array, and a cylindrical lens may be used. As already mentioned, in the case of using an oscillator having a sufficiently large energy, it is possible to use a beam mask having a rectangular opening slit alone by expanding the beam diameter sufficiently, but here, the beam shaper 141 is supplemented with the beam shaper 141. The beam mask 143 is used so that the periphery of the line beam passing through is removed so that the line beam has a more uniform and uniform shape. The opening slit of the beam mask 143 may be, for example, an aperture or slit such as a rectangle, a linear shape, an ellipse, or a long circle.

에너지 밀도의 균일성에 상관없이 원통형 렌즈를 빔 정형기(141)로서 사용할 수 있는데, 이 경우, 레이저광은 일 방향으로 압축될 뿐이므로, 일 방향을 짧은 방향으로 하고, 그와 직교하는 방향으로는 원래의 빔 상태의 가우스 분포가 되어 필요에 따라서 중심 부분을 절취하여 사용하면 된다.Regardless of the uniformity of the energy density, a cylindrical lens can be used as the beam shaper 141. In this case, since the laser light is compressed in only one direction, one direction is set as a short direction, and the direction perpendicular thereto is originally It becomes a Gaussian distribution of the beam state of, and can be used by cutting the center part if necessary.

레이저광 정형부(140)를 통과한 라임빔 형태의 레이저광은 투과율이 현저하고 반사율은 1% 정도로 미미한 빔스플리터(150)를 거쳐 결상렌즈계(170)로 투입되고, 결상렌즈계(170)를 통과하면서 집속되어 기판(115)에 닿게 된다. 이 상태에서 기판(115)은 x축, y축 이동이 가능한 거치대 혹은 기판 스테이지(180)의 척에 고정되어 평면상을 이동하면서 기판 전면에 어닐링이 이루어지도록 움직이게 된다.The laser light in the form of a lime beam that has passed through the laser beam shaping unit 140 has a remarkable transmittance and a reflectance of about 1%, is introduced into the imaging lens system 170 through the beam splitter 150, and passes through the imaging lens system 170 While being focused, it comes into contact with the substrate 115. In this state, the substrate 115 is fixed to a cradle capable of moving in the x-axis and y-axis or the chuck of the substrate stage 180 so as to be annealed on the entire surface of the substrate while moving on a plane.

빔스플리터(150)에서 반사된 라인빔은 제2 검사 및 조절장치(160)로 투입된다. 제2 검사 및 조절장치(160)에서는 별도의 집속렌즈(161)를 통해 집속된 라인빔을 제2 빔 프로파일러(162)가 검사하여 적정한 형태와 광세기 분포 혹은 에너지 분포를 가지고 있는지 검사하고, 그 결과에 문제가 있으면 레이저광 정형부(140)를 오퍼레이터가 조절하도록 하거나, 직접 신호를 발생시켜 레이저광 정형부(140)를 이루고 있는 빔 정형기(141: 빔 호모제나이저)의 렌즈 배열을 미도시된 구동장치를 통해 실시간으로 조절하는 피드백 방식의 조절을 할 수 있다. The line beam reflected from the beam splitter 150 is input to the second inspection and adjustment device 160. In the second inspection and adjustment device 160, the second beam profiler 162 inspects the line beam focused through a separate focusing lens 161 to check whether it has an appropriate shape and light intensity distribution or energy distribution, If there is a problem with the result, the operator can adjust the laser beam shaping unit 140, or by generating a direct signal, the lens arrangement of the beam shaping machine 141 (beam homogenizer) forming the laser beam shaping unit 140 is reduced. It is possible to adjust the feedback method that is adjusted in real time through the illustrated driving device.

또한, 여기서도 라인빔이 적정한 위치에 있는지(기판 상의 적정 위치를 조사하게 되는 지)를 검사하고, 필요하면 제1 검사 및 조절장치(120) 내의 반사거울들을 움직여 광경로를 2차적으로 조절하는 피드백 방식의 조절을 할 수 있다.In addition, here too, it checks whether the line beam is in an appropriate position (irradiating the appropriate position on the substrate), and if necessary, the feedback that adjusts the optical path secondary by moving the reflective mirrors in the first inspection and adjustment device 120 You can adjust the way.

이상에서 피드백 방식으로 조절되는 장치들은 빔 디텍터, 제1 빔 프로파일러, 제2 빔 프로파일러 등 센서의 역할을 하는 검사장치에서 검사된 결과를 반영한 조작신호를 무선이나 유선으로 관련된 컴퓨터(190)나 각종 콘트롤러로 보내고, 이들 컴퓨터(119)나 콘트롤러에서 전기신호 형태로 도시되지 않은 모터 등 구동장치를 구동하여 광경로에 영향을 미치는 제1 반사거울 및 제2 반사거울의 각도나 빔 정형기 내의 렌즈 배열 거리 등을 조작하는 방식으로 이루어질 수 있으며, 이런 조절방식은 통상적인 것이므로 더 자세한 설명은 생략하기로 한다. In the above, the devices controlled by the feedback method include a beam detector, a first beam profiler, a second beam profiler, and the like, by transmitting an operation signal that reflects the test result of the inspection device acting as a sensor through a wireless or wired computer 190 or The angle of the first and second reflective mirrors affecting the optical path by sending them to various controllers, and driving devices such as motors not shown in the form of electric signals from these computers 119 or controllers, or the lens arrangement in the beam shaper It can be made in a manner of manipulating the distance, etc., and since such an adjustment method is conventional, a more detailed description will be omitted.

이상에서는 제1 검사 및 조절장치와 제2 검사 및 조절장치가 광경로상 분리되어 설치되고 동작되지만 통합적으로 설치되어 동작될 수도 있고, 이들 중 일부는 삭제된 상태로 구성되는 것도 가능하다.In the above, although the first inspection and adjustment device and the second inspection and adjustment device are installed and operated separately on the optical path, they may be installed and operated in an integrated manner, and some of them may be configured in a deleted state.

이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. In the above, the present invention has been described through limited embodiments, but this has been illustratively described to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these specific embodiments. That is, those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs can implement various changes or application examples based on the present invention, and it is natural that such modifications or application examples belong to the appended claims.

15: 웨이퍼 110: 레이저 광원
120: 제1 검사 및 조절장치 121; 제1 반사거울
123: 빔 디텍터 127: 제2 반사거울
129: 제1 빔 프로파일러 130: 제3 반사거울
140: 정형부 141: 빔 정형기
143: 빔 마스크 150: 빔 스플리터
160: 제2 검사 및 조절장치 163: 제2 빔 프로파일러
170: 결상광학계 180: 스테이지
181: 스테이지 콘트롤러 190: 컴퓨터15: wafer 110: laser light source
120: first inspection and adjustment device 121; 1st reflective mirror
123: beam detector 127: second reflective mirror
129: first beam profiler 130: third reflective mirror
140: shaping unit 141: beam shaping machine
143: beam mask 150: beam splitter
160: second inspection and adjustment device 163: second beam profiler
170: imaging optical system 180: stage
181: stage controller 190: computer

Claims (4)

레이저광을 방출하는 레이저 광원과,
상기 레이저 광원에서 방출된 레이저광을 받아 일정한 크기 및 형태의 라인빔으로 정형하는 레이저광 정형부와,
정형된 레이저광을 통과시키면서 집속하여 어닐링 대상물 기판에 조사하는 결상광학계와,
상기 레이저광 정형부와 상기 결상광학계 사이에 배치되어 상기 레이저광 정형부에서 나오는 라인빔을 투과하고 일부 라인빔을 반사하는 빔 스플리터와,
상기 레이저 광원에서 나온 레이저광이 상기 기판에 닿기까지의 레이저광 상태 및 경로를 검사하고 검사 결과에 따라 레이저광의 상태 및 경로를 보정하는 레이저광 보정부를 포함하며,
상기 레이저광 보정부는, 상기 레이저 광원과 상기 레이저광 정형부 사이에 위치하는 제1 검사 및 조절장치와 상기 레이저광 정형부와 상기 결상광학계 사이에 위치하는 제2 검사 및 조절장치를 구비하고,
상기 제1 검사 및 조절장치는, 상기 레이저 광원에서 나오는 레이저광을 180도보다 작은 각도로 반사하고 일부 레이저광을 투과하는 제1 반사거울; 상기 제1 반사거울을 투과한 레이저광의 크기와 형태를 포함한 레이저광 상태를 검사하는 빔 디텍터; 상기 제1 반사거울에서 반사된 레이저광을 반사하고 일부 레이저광을 투과하는 제2 반사거울; 및 상기 제2 반사거울을 투과한 레이저광을 통해 레이저광의 경로를 확인하고 상기 제1 반사거울에 결합된 구동장치 또는 상기 제2 반사거울에 결합된 구동장치의 구동량을 수정하기 위한 조절신호를 발생시키는 제1 빔 프로파일러를 구비하고,
상기 제2 반사거울에서 반사된 레이저광을 상기 레이저광 정형부로 반사하는 제3 반사거울을 더 포함하며,
상기 제2 검사 및 조절장치는, 상기 빔 스플리터에서 반사되는 일부 라인빔을 토대로 레이저광의 형태, 광세기 및 에너지 분포를 검사하고, 상기 레이저 광원, 상기 제1 반사거울, 상기 제2 반사거울 및 상기 레이저광 정형부 중 어느 하나 이상을 조절하기 위한 조작신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.A laser light source that emits laser light,
A laser light shaping unit for receiving the laser light emitted from the laser light source and shaping it into a line beam of a certain size and shape,
An imaging optical system that focuses while passing the shaped laser light to irradiate the annealing target substrate,
A beam splitter disposed between the laser beam shaping unit and the imaging optical system to transmit a line beam emitted from the laser beam shaping unit and reflect some line beams,
And a laser light correction unit for inspecting the state and path of the laser light until the laser light emitted from the laser light source reaches the substrate, and correcting the state and path of the laser light according to the inspection result,
The laser light correction unit includes a first inspection and adjustment device positioned between the laser light source and the laser light shaping unit, and a second inspection and adjustment device positioned between the laser light shaping unit and the imaging optical system,
The first inspection and adjustment device includes: a first reflective mirror that reflects laser light emitted from the laser light source at an angle less than 180 degrees and transmits some laser light; A beam detector for inspecting a state of laser light including the size and shape of the laser light transmitted through the first reflection mirror; A second reflective mirror that reflects the laser light reflected from the first reflective mirror and transmits some laser light; And a control signal for confirming the path of the laser light through the laser light transmitted through the second reflective mirror and correcting the driving amount of the driving device coupled to the first reflecting mirror or the driving device coupled to the second reflecting mirror. It has a first beam profiler to generate,
Further comprising a third reflection mirror for reflecting the laser light reflected from the second reflection mirror to the laser beam shaping unit,
The second inspection and adjustment device inspects the shape, light intensity, and energy distribution of the laser light based on some line beams reflected from the beam splitter, and the laser light source, the first reflection mirror, the second reflection mirror, and the A laser annealing apparatus, characterized in that outputting an operation signal for adjusting at least one of the laser beam shaping unit. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 반사거울에서 나오는 레이저광의 출력을 감지하고 상기 레이저광의 출력을 조절하거나 조절하기 위한 조절신호를 발생시키기 위해 상기 제1 반사거울과 상기 제2 반사거울 사이에 배치되는 레이저광 출력 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.The method of claim 1,
A laser light output controller disposed between the first reflective mirror and the second reflective mirror to detect the output of the laser light emitted from the first reflecting mirror and to generate a control signal for adjusting or adjusting the output of the laser light. Laser annealing apparatus comprising a. 삭제delete 삭제delete
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