KR102201000B1 - 펄스 폭 제어기 - Google Patents

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Abstract

열 처리 시스템을 위한 펄스 폭 제어기가 개시된다. 펄스 전자기 복사는 회전가능 파장판을 통해 편광 빔 스플리터로 지향되며, 이 편광 빔 스플리터는 파장판의 위상각에 따라 반사 및 투과를 한다. 편광 빔 스플리터에 의해 투과되는 복사는 광학 회로로 지향되며, 이 광학 회로는 통과 시간 이후에 이 복사를 편광 빔 스플리터에 복귀시킨다. 제2 회전가능 파장판은 광학 회로 내에 위치된다. 편광 빔 스플리터는 복귀된 복사를 제2 회전가능 파장판의 위상각에 따라 반사 및 투과시킨다. 제2 펄스 폭 제어기는 광학 회로에 겹쳐질 수 있고, 임의의 개수의 펄스 폭 제어기가 겹쳐질 수 있다.

Description

펄스 폭 제어기{PULSE WIDTH CONTROLLER}
여기에 설명된 실시예들은 레이저 열 처리의 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 여기에 설명된 장치 및 방법은 레이저 열 처리 장치에 통합된 펄스 폭 제어기에 관한 것이다.
반도체 산업에서는 열 처리가 흔하게 실시된다. 반도체 기판은, 게이트 소스, 드레인 및 채널 구조물의 도핑, 활성화 및 어닐링, 실리사이드화(siliciding), 결정화, 산화 등을 포함하는 다수의 변환(transformation)이 이루어지는 상황에서 열 처리를 받게 된다. 수년간, 열 처리의 기법은 단순한 노(爐)-베이킹(furnace baking)으로부터, RTP, 스파이크 어닐링 및 레이저 어닐링과 같은 점점 더 급속화되는 열 처리의 다양한 형태들로까지 발전해왔다.
종래의 레이저 어닐링 프로세스는, 레이저 광을 원하는 형상으로 포커싱하거나 디포커싱하거나 다양하게 이미징하는 광학계를 갖는 반도체 또는 고체 상태 레이저일 수 있는 레이저 방출기(laser emitter)를 이용한다. 통상의 접근방식은 레이저 광을 선 또는 얇은 직사각형 이미지로 이미징하는 것이다. 기판의 전체 표면을 처리하기 위해서, 레이저 광이 고정된 기판을 가로질러 스캐닝되거나 또는 기판이 레이저 광 아래에서 스캐닝된다.
디바이스 기하형상(device geometry)이 계속 축소됨에 따라, 열 처리와 같은 반도체 제조 프로세스들은 향상된 정밀도를 개발해야 하는 과제에 직면해 있다. 많은 경우들에서, 전체 열 버짓(thermal budget)을 감소시키고 기판에서의 에너지 노출의 깊이 및 지속기간을 감소시키기 위해서 펄스 레이저 프로세스(pulsed laser process)들이 탐구되고 있다. 그러나, 기판 표면에 걸친 균일한 처리에 필요한 균일성을 지니면서 원하는 처리 성능을 제공하는 시간적 형상(temporal shape)을 갖는 레이저 펄스들을 생성하는 데에 있어서 과제가 남아 있다. 따라서, 에너지 펄스의 시간적 형상을 조절하는 장치 및 방법에 대한 필요성이 계속 존재한다.
에너지 펄스의 폭을 제어하기 위한 광학 시스템, 및 그러한 광학 시스템을 포함하는 장치가 개시된다. 광학 시스템은, 지향된 복사(oriented radiation)를 편광 빔 스플리터에 출력하는 회전가능 파장판을 특징적 구성으로 포함한다. 편광 빔 스플리터에 의해 투과되는 복사는, 제2 회전가능 파장판을 갖는 광학 회로를 통해 라우팅된다. 제2 회전가능 파장판으로부터의 복사는 처음에 편광 빔 스플리터에 의해 반사된 광의 축을 따라 편광 빔 스플리터로 다시 라우팅된다. 제1 회전가능 파장판은 광학 회로에 진입하는 복사의 비율을 제어하도록 회전되고, 제2 회전가능 파장판은 편광 빔 스플리터를 통해 출사하는 광학 회로 내 복사의 비율을 제어하도록 회전된다.
복수의 광학 회로가 제1 광학 회로에 겹쳐지고/지거나(nested) 제1 광학 회로의 펜던트(pendant)일 수 있고, 이들 광학 회로 각각은 자신의 입력 및 출력 광학 게이트를 갖는다. 일부 실시예들에서는, 추가의 지연 컴포넌트들을 부가하기 위해서 광학 지연 레그들(optical delay legs)도 이용될 수 있다.
위에서 설명된 광학 시스템은, 펄스들 또는 연속파로 복사 에너지를 생성하는 에너지 소스를 특징적 구성으로 포함하는 열 처리 장치에 포함될 수 있다. 펄스 폭 제어기를 통해 라우팅된 에너지는, 균질화기(homogenizer), 에탈론(etalon) 또는 섬유 번들(fiber bundle)과 같은, 에너지의 공간적 또는 시간적 프로파일을 조절하기 위한 광학 시스템에 지향된다. 다음으로, 에너지는 불균일한 에지들을 트리밍하기 위해 어퍼쳐(aperture)에 지향된 다음, 기판을 열 처리하기 위해 기판으로 지향될 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명이 실시예들을 참조하여 더 구체적으로 설명될 수 있는데, 이들 실시예 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등하게 효과적인 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하는 것이며 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 펄스 폭 제어기의 개략도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 펄스 폭 제어기의 개략도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 펄스 폭 제어기의 개략도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 열 처리 시스템의 평면도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4의 장치 및 방법을 이용하여 처리된 에너지 펄스에 대하여 펄스 강도를 시간의 함수로서 나타내는 그래프이다.
이해를 쉽게 하기 위해, 가능한 경우에는 도면들에 공통적인 동일 구성요소를 지칭하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 구성요소들은 구체적인 언급이 없어도 다른 실시예들에서 이롭게 이용될 수 있는 것으로 의도된다.
도 1은 일 실시예에 따른 펄스 폭 제어기(100)의 개략도이다. 펄스 폭 제어기(100)는 제1 회전가능 파장판(102)을 갖는데, 이 제1 회전가능 파장판(102)은 제1 파장판(114) 및 제1 액추에이터(116)를 포함하며 편광 빔 스플리터(104)에 광학적으로 결합된다. 편광 빔 스플리터(104)는 광학적 활성 표면(optically active surface)(106)을 갖는데, 이 광학적 활성 표면은 유입되는 전자기 복사의 일부를 반사 축(126)을 따라 반사시키고, 유입되는 전자기 복사의 일부를 투과 축(128)을 따라 투과시킨다. 제1 액추에이터(116)에 의해 회전되는 제1 파장판(114)의 위치는 편광 빔 스플리터(104)에 입사되는 복사의 편광 축을 결정하며, 광학 표면(106)의 편광 각도 대비 입사 복사의 편광 축의 각도는 반사 및 투과의 정도를 결정한다.
투과되는 복사(128)는 광학 회로(136)로 라우팅되는데, 이 광학 회로(136)는 복귀 복사(return radiation)(134)를 반사 축(126)을 따라 편광 빔 스플리터에 전달한다. 적어도 제1 반사기(108) 및 제2 반사기(110)가 광학 회로(136)를 구성한다. 제1 반사기(108)는 편광 빔 스플리터(104)의 투과 축(128)을 따라 배치되고, 제1 편향 방향(138)을 향하며, 제1 편향 복사를 제1 편향 축(130)을 따라 전파한다. 제2 반사기(110)는 제1 반사기(108)로부터 생기는 복사를 수신하도록 위치되고, 제2 편향 방향(140)을 향하며, 제2 편향 복사(132)를 편광 빔 스플리터(104)의 반사 축(126)을 따라 전파한다. 일부 실시예들에서는 이것이 2개의 반사기만을 이용하여 행해질 수 있는 반면, 다른 실시예들에서는 더 많은 반사기가 광학 회로에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 반사기(도시되지 않음)가 제1 편향 축(130)을 따라 위치되어 복사를 제3 편향 방향을 따라 제2 반사기에 전파하는데, 이때 반사기들의 각도는 복사를 반사 축(126)을 따라 정렬하도록 적합하게 조절된다.
제2 파장판(118)은 광학 회로(136)에서 임의의 원하는 지점에 배치된다. 제2 파장판(118)은, 편광 빔 스플리터(104)와 제1 반사기(108) 사이에서 투과 축(128)을 따라, 제1 편향 축(130)을 따라, 편광 빔 스플리터(104)와 제2 반사기(110) 사이에서 반사 축(126)을 따라, 또는 제1 반사기(108)와 제2 반사기(110) 사이에서 광학 회로(136) 내 임의의 위치에 배치될 수 있다. 제2 파장판(118)은, 필요하다면 제2 파장판(118) 및 제2 액추에이터(120)를 포함하는 제2 회전가능 파장판(112)일 수 있다.
제2 파장판(118)은 제2 편향 복사(132)의 편광 축을 90°만큼 회전시켜, 복귀 복사(134)가 편광 빔 스플리터(104)의 광학적 활성 표면(106)을 통과하게 한다. 따라서, 복귀 복사(134)는, 광학 회로(136)의 통과 시간(transit time)만큼, 반사 축(126)을 따라 처음에 반사된 복사보다 약간 늦게 반사 축(126)을 따라 전파된다. 만약 광학 회로(136)의 통과 시간이 입사 펄스의 지속시간보다 작다면, 반사 축(126)을 따라 반사된 복사와 복귀 복사(134)는 중첩하여 단일의 확장 펄스(single extended pulse)를 형성할 것이다. 이러한 확장(broadening)의 범위는 제1 회전가능 파장판(102)을 세팅함으로써 제어될 수 있다. 만약 제1 회전가능 파장판(102)의 편광 각도와 광학적 활성 표면(106)의 편광 각도 간의 차이가 90°에 근접한다면, 대부분의 입사 복사는 반사 축(126)을 따라 반사될 것이고, 결과적인 펄스는 입사 펄스의 순환된 부분이 더해진 감쇠 테일(decay tail)을 가지면서 약간만 확장될 것이다. 만약 그 차이가 거의 0이라면, 결과적인 펄스는 실질적으로 회로 통과 시간만큼 지연될 것이고, 최초 반사된 복사에 의해 생성된 상승 테일(rise tail)을 가지면서 약간 확장될 것이다. 만약 그 차이가 각각의 극단(0° 또는 90°)으로부터 실질적으로 멀리 떨어져 있다면, 결과적인 펄스는 확장되고 바이모달(bimodal)이 될 것인데, 이때 2개의 피크의 강도는 위상차에 의해 결정될 것이다.
제2 파장판(118)은 광학적 활성 표면(106)의 편광 각도와 정렬되지 않는 편광 각도를 가질 수 있다. 그러한 실시예에서, 복귀 복사(134)는, 파장판(118)의 편광 각도와 광학적 활성 표면(106)의 편광 각도 간의 위상각 차이에 따라 광학적 활성 표면(106)에서 부분적으로 투과되고 부분적으로 반사될 것이다. 다음으로, 복사가 광학 회로(136)를 순환함에 따라 복수의 펄스가 출현할 것인데, 각각의 펄스의 강도는 제1 파장판(114) 및 제2 파장판(118)의 각도들의 함수일 것이다. 제2 파장판(118)은 제2 액추에이터(120)에 결합되어 제2 회전가능 파장판(112)을 형성할 수 있다. 이로써 제2 파장판(118)의 각도가 조절될 수 있다.
2개의 회전가능 파장판(102 및 112)의 세팅을 변경함으로써, 펄스 폭 제어기에 입사하는 전자기 복사의 펄스는 반사 축(126)을 따라 전파되는 2개 이상의 펄스로 분할될 수 있다. 광학 회로(136)의 통과 시간이 입사 펄스의 지속시간보다 실질적으로 작은 경우, 입사 펄스의 펄스 폭은 펄스 폭 제어기(100)에 의해 효과적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 8nsec 에너지 펄스에 대하여, 8nsec보다 실질적으로 작은 통과 시간을 광학 회로, 예를 들어 전체 길이가 대략 240cm 미만, 예컨대 전체 길이가 대략 100cm에서 대략 200cm 사이인 광학 회로는, 튜닝가능한 펄스 폭을 갖는 단일 펄스를 제공할 것이다. 제어기(122)는 액추에이터들(116 및 120)에 결합되어, 2개의 파장판(114 및 118)의 상대적인 위상각을 제어할 수 있다.
광학 회로(136)의 길이를 조절하기 위해 액추에이터들이 배치될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 제1 액추에이터(144)는 제1 반사기(108)에 결합되고, 제2 액추에이터(142)는 제2 반사기(110)에 결합된다. 제1 액추에이터(144) 및 제2 액추에이터(142) 각각은 제어기(122)에 결합되고, 제어기(122)는 제1 및 제2 반사기(108 및 110)의 정렬을 유지하면서 광학 회로(136)의 길이를 변경하기 위해서 제1 및 제2 반사기(108 및 110)의 위치를 조절하도록 프로그래밍된다. 도 1의 실시예에서, 제1 및 제2 액추에이터(144 및 142) 각각은 선형 회전 액추에이터(linear and rotational actuator)이거나, 또는 제1 액추에이터(144)와 제2 액추에이터(142) 중 하나는 선형 회전 액추에이터이고 다른 하나는 단지 회전 액추에이터일 수 있다. 위에서 설명된 직사각형 광학 회로에 3개의 반사기가 포함되는 대안적인 실시예에서, 광학 회로의 2개의 인접 반사기는 광학 회로의 길이를 조절하기 위해 선형 액추에이터에 의해 이동되는 지지체에 결합될 수 있다.
광학 회로의 길이를 조절함으로써, 결합된 펄스의 시간적 프로파일 및 폭에 대한 미세 제어가 가능해 질 수 있다. 제어기(122)는, 원하는 지속기간 및 주기성(periodicity)을 갖는 펄스들(124)을 생성하기 위해 에너지 소스를 제어하고, 펄스들의 복제 및 분할을 제어하기 위해 파장판들(102 및 112)의 회전을 제어하고, 광범위하게 다양한 성형 에너지 펄스(shaped energy pulse)들을 생성하기 위해 액추에이터들(144 및 142)을 이용하여 광학 회로(136)의 길이를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예들에서, 펄스 폭 제어기(100)는 예를 들어 주파수를 배가시킴으로써 펄스 트레인(pulse train) 내 펄스들의 주파수를 변경할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 광학 회로(136)가 펄스들의 주기성보다 작은 통과 시간을 갖는 경우에는, 펄스 진폭은 전형적으로 펄스 폭 제어기(100)와의 상호작용에 의해 작아진다. 그러나, 광학 회로(136)의 통과 시간이 펄스들의 주기성보다 큰 경우에는, 펄스 폭 제어기(100)는, 제1 펄스가 광학 회로(136)를 통해 이동하여 편광 빔 스플리터(104)에 의해 부분적으로 반사되는 제2 입사 펄스와 함께 전파되는 관계(co-propagating relation)로 출현하도록 펄스들을 지연시킴으로써, 펄스 증폭기로서 기능하도록 튜닝될 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 펄스 폭 제어기(200)의 개략도이다. 펄스 폭 제어기(200)는 펄스 폭 제어기(100)와 동일한 컴포넌트들 중 다수를 특징적 구성으로 포함한다. 그러나, 도 2의 실시예에서, 펄스 폭 제어기(200)는 제1 광학 회로(202), 및 제1 광학 회로(202) 내에 겹쳐진(nested) 제2 광학 회로(208)를 갖는다. 회전가능 파장판(102) 및 편광 빔 스플리터(104)는 도 1의 펄스 폭 제어기(100)에서와 같이 제1 광학 회로(202)로 진입되는 복사를 제어하지만, 제1 광학 회로(202)의 제1 반사기(108)와 제2 반사기(110) 사이에 제2 편광 빔 스플리터(206)가 위치된다. 제2 편광 빔 스플리터(206)는 입사 전자기 복사의 일부를 제2 반사 축(216)을 따라 반사시키고, 나머지를 제2 투과 축(218)을 따라 투과시키는데, 이때 반사 및 투과되는 비율은 제2 편광 빔 스플리터(206)와 제3 회전가능 파장판(204)(대안적인 실시예들에서는 회전가능하지 않을 수 있음)의 상대적인 편광 각도들에 의해 결정된다.
투과되는 복사는, 제3 반사기(212) 및 제4 반사기(214)에 의해, 그리고 위에서 설명된 바와 같은 회전가능 파장판일 수 있는 제4 파장판(210)을 통하여, 제2 광학 회로(208)에서 순환된다. 물론, 제2 광학 회로(208)에는 2개보다 많은 반사기가 있을 수 있다.
제2 광학 회로(208)는 유사한 효과들에 따라 제1 광학 회로(202) 내에서 전파되는 복사를 더 확장한다. 제2 광학 회로(208)의 통과 시간이 제2 편광 빔 스플리터(206)에 입사하는 에너지 펄스의 지속시간보다 작은 경우, 제2 반사 축(216)을 따라 전파되는 복사는 확장된 펄스로서 전파될 것이며, 이는 종국적으로 제1 반사 축을 따라 전파되는 복사를 더 확장할 것이다. 4개의 파장판(102, 112, 204 및 210)은, 단일 광학 회로에서 이용가능한 것보다 훨씬 더 넓은 범위의 시간적 형상들 및 지속기간들을 갖는 복사 펄스를 제1 반사 축(126)을 따라 생성하도록 독립적으로 제어될 수 있다. 제2 광학 회로(208)가 제1 광학 회로(202) 내에 겹쳐짐에 따라, 펄스 폭 제어 회로들은 임의의 원하는 깊이로 겹쳐질 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제2 광학 회로(208)와 같은 펄스 폭 제어 회로들이 제1 광학 회로(202) 주위에 연속적으로 부가될 수 있다. 펄스 폭에 대한 원하는 제어를 달성하기 위해서, 연속적이면서 겹쳐진 펄스 폭 제어 회로들의 임의의 조합이 이용될 수 있고, 모든 구동된 파장판들은 펄스 형상 및 지속기간에 대한 정밀한 제어를 제공하도록 제어기에 의해 제어될 수 있다.
펄스 폭 제어기(200)는, 광학 회로(202)의 전체 통과 시간을 제어하도록 제1 광학 회로(202)의 부분들 및 제2 광학 회로(208)의 전부를 이동시키기 위해 지지체(220)에 결합된 액추에이터(222)를 갖는다. 광학 회로(202)가 직선 구성(rectilinear configuration)에 따라 배열되기 때문에, 액추에이터(222)는 광학 회로(202)의 동축 컴포넌트들(coaxial components)을 그들의 공통 광학 축에 수직인 방향으로 이동시킴으로써 광학 회로(202)의 길이를 조절할 수 있다. 제2 광학 회로(208)는 제1 광학 회로(202)의 구동된 컴포넌트들과의 정렬을 유지하도록 지지체(220)에 결합된다. 도 2의 실시예에서, 제1 반사기(108), 제3 반사기(212), 제4 반사기(214), 제3 파장판(204), 제4 파장판(210) 및 제2 편광 빔 스플리터(206)는 모두 지지체(220)에 결합되며, 액추에이터(222)는 제1 편광 빔 스플리터(104)와 제1 반사기(108) 간의 거리, 및 제2 편광 빔 스플리터(206)와 제2 반사기(110) 간의 거리를 조절하여 광학 회로(202)의 길이를 조절한다. 당연히, 대안적인 실시예에서는, 제3 파장판(204)과 제2 편광 빔 스플리터(206) 간의 거리, 및 제2 반사기(110)와 제2 파장판(112) 간의 거리를 조절하여 광학 회로(202)의 길이를 조절하기 위해, 제2 광학 회로(208)의 모든 컴포넌트와 제2 반사기(110)가 지지체에 결합될 수 있다. 펄스 폭 제어기(200)의 성능을 제어하기 위해서 제어기(230)가 파장판들(102, 112, 204 및 210) 및 액추에이터(222)에 결합된다.
도 3은 다른 실시예에 따른 펄스 폭 제어기(300)의 개략도이다. 도 3의 펄스 폭 제어기(300)는 상이한 광학 회로(302)와 함께, 동일한 진입 조정 피쳐들(entrance regulating features), 회전가능 파장판(102) 및 편광 빔 스플리터(104)를 특징적 구성으로 포함한다. 광학 회로(302)는, 필요에 따라 광학 회로(302)에 통과 시간 및 세분(subdivisions)을 부가하기 위해 광학 회로(302)를 따라 삽입된 지연 레그들(304)을 특징적 구성으로 포함한다. 각각의 지연 레그(304)는 부분 반사기(306) 및 완전 반사기(308)를 특징적 구성으로 포함하며, 광학 회로(302)의 펄스 확장 효과(pulse-broadening effect)를 증가시키기 위해 하나의 지연 레그(304)가 다른 지연 레그(304)에 광학적으로 결합될 수 있다. 펄스 폭 제어기(300)는 4개의 지연 레그(304A, 304B, 304C 및 304D)를 갖는다. 부분 반사기(306A)에 입사하는 복사는 부분적으로는 부분 반사기(306D)를 향하여 반사되고, 부분적으로는 부분 반사기(306B)를 향하여 투과된다. 부분 반사기(306B)에 입사하는 복사는 부분적으로는 부분 반사기(306C)를 향하여 반사되고, 부분적으로는 2개의 완전 반사기(310 및 312)를 향하여 투과되는데, 이 2개의 완전 반사기는 복사를 부분 반사기(306C)로 지향시킨다. 완전 반사기(312)로부터 부분 반사기(306C)에 입사하는 복사는 부분적으로는 완전 반사기(308C)를 향하여 반사되고, 부분적으로는 부분 반사기(306D)를 향하여 투과된다. 완전 반사기(308C)를 향하여 반사되는 복사는 부분 반사기(306C)를 향하여 다시 반사되고, 이 부분 반사기는 복사를 더 세분한다. 광학 회로(302) 내에서 순환 및 역순환(counter-circulating)하는 복사는, 회전가능 파장판(102)과 유사한 회전가능 파장판일 수 있는 파장판(314)의 편광 각도에 종속되는 스미어-아웃 펄스(smeared-out pulse)로 감쇠되어, 편광 빔 스플리터(104)에서 동일한 투과/재순환 효과를 발생시킨다.
지연 레그들(304)은 광학 회로들(136, 202 및 208)에는 존재하지 않는 역순환 및 통과 시간을 광학 회로(302)에 도입하지만, 소정의 에너지 손실을 대가로 치룬다. 다양한 반사 및 굴절 표면들이 소량의 입사 복사를 산란시키므로, 다수의 지연 레그의 결합된 효과는 원하는 것보다 많은 전력 손실을 초래할 수 있다. 지연 레그들(304)과 같은 지연 레그들은 도 2와 관련하여 위에서 설명된 것들과 같은 보조 광학 회로들과 결합하여 이용될 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 필요에 따라 광학 회로(208)와 같은 광학 회로를 앵커링(anchor)하기 위해, 완전 반사기(310)와 완전 반사기(312) 사이에 광학 축을 따라 회전가능 파장판 및 편광 빔 스플리터가 배치될 수 있다. 광학 회로들과 지연 레그들을 조합함으로써 펄스 폭과 에너지 프로파일을 조정하기 위한 옵션들이 확장될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 열 처리 시스템(400)의 평면도이다. 복사 에너지 소스(402)는 제1 광학 축(414)을 따라 전파되는 지향 복사 에너지 필드(directed radiant energy field)를 생성한다. 지향 복사 에너지 필드는 펄스 폭 제어기(100)와 같은 펄스 폭 제어기에 진입하고, 위에서 설명된 바와 같이, 조정된 시간적 프로파일을 갖고서 제2 광학 축(416)을 따라 출현한다. 펄스 폭 제어기들(200 및 300)과, 본 명세서에 설명된 펄스 폭 제어기들의 다른 실시예들이 또한 이용될 수도 있다.
펄스 폭 제어기(100)로부터 출현하는 복사 에너지는, 애플리케이션의 필요에 따라 복사 에너지 필드를 추가로 성형하는 광학 시스템(404)에 진입한다. 광학 시스템(404)은, 복사 에너지 필드를 특정한 방식으로 변환하기 위해, 렌즈, 필터, 프리즘, 미러 및 역반사기(retroreflectors)와 같은 부분 및 완전 반사기, 에탈론, 섬유 광학계(fiber optics) 및 유사한 컴포넌트들을 특징적 구성으로 포함할 수 있다. 광학 시스템(404)은, 감소된 공간적 변동(spatial variation)을 갖는 혼합된 또는 균질화된 이미지를 형성하도록 복사 에너지 필드의 부분들을 중첩시키는 하나 이상의 렌즈 어레이를 특징적 구성으로 포함할 수 있다. 또한, 광학 시스템(404)은 복사 에너지 필드에서의 간섭성(coherence)을 감소시키기 위해 섬유 번들 및 에탈론과 같은 차동 지연 광학계(differential delay optics)를 특징적 구성으로 포함할 수 있다. 차동 지연 광학계는 펄스 폭 제어기(100)로부터 출현하는 에너지 필드의 시간적 프로파일에서의 변동을 감소시키는 데에 또한 효과적일 수 있다.
복사 에너지는 광학 시스템(404)으로부터 제3 광학 축(418)을 따라 출현하여 어퍼쳐(aperture: 406)와 만난다. 어퍼쳐(406)는 복사 에너지 필드를 원하는 형상으로 트리밍하고 복사 에너지 필드의 에지 불균일성(edge nonuniformities)을 제거한다. 결과적인 에너지는 제4 광학 축(420)을 따라 출현하고, 미러와 같은 임의의 적합한 조종 광학계(steering optic)(408), 또는 복사 에너지를 기판 지지체(410)를 향하여 지향시키기 위한 반사 및 굴절 광학계들의 임의의 시스템에 의해 기판 지지체(410)를 향하여 지향된다. 복사 에너지는 일반적으로 제5 광학 축(422)을 따라 기판 지지체(410)에 접근하는데, 이 제5 광학 축(422)은 대체적으로 기판 지지체(410)의 기판 지지 표면(424)의 평면에 수직일 수도 있고, 또는 원하는 각도로 기울어질 수도 있다. 기판 지지 표면(424)에 대한 제5 광학 축(422)의 입사 각도는 전형적으로는 대략 85°에서 대략 90°사이이고, 보통 대략 90°이다.
기판 지지체(410) 상에 배치된 기판은 열 또는 광학 처리를 위해 복사 에너지를 받는다. 복사 에너지 필드가 전체 기판을 커버하지 않는 경우, 기판 지지체(410)는 기판 지지체(410)의 기판 지지 표면(424)에 의해 정해지는 평면에서 이동가능할 수 있다. 그러한 목적을 위해 정밀 x-y 스테이지가 이용될 수 있다. 제1 처리 구역이 제5 광학 축(422)의 경로에 배치될 수 있으며, 처리 후 기판은, 제2 처리 구역이 처리를 위해 제5 광학 축(422)의 경로에 배치되도록 기판 지지 표면(424)에 평행한 평면에서 이동될 수 있다. 이러한 프로세스는 기판의 모든 원하는 영역이 처리될 때까지 반복될 수 있다. 도 4가 기판 지지체 상에 놓이며 제5 광학 축(422)을 향해 위쪽을 향하는 기판을 도시하고 있지만, 기판은 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 배향될 수도 있고, 또는 제5 광학 축(422) 위에 배치될 수도 있음에 유의해야 한다. 기판 지지체(410)는 임의의 원하는 각도로 배향될 수 있다.
일 양태에서, 에너지 소스(402)는 펄스 에너지 소스 또는 연속파 에너지 소스일 수 있다. 에너지 소스(402)는, 임의의 원하는 간섭성 및 임의의 원하는 주파수를 갖는 복사 에너지를 방출할 수 있다. 본 명세서에 설명된 펄스 폭 제어 방법 및 장치는, 넓은 스펙트럼 범위, 스펙트럼 분포 범위 및 간섭성(coherency) 범위를 갖는 복사에 대해 실질적으로 상이하지 않다. 임의의 스펙트럼 특성들 또는 그들의 조합을 갖는 펄스 에너지의 원하는 시간적 프로파일들을 생성하기 위해서, 연속파 및 펄스 레이저들이 개별적으로 또는 결합되어 이용될 수 있다.
본 명세서에 설명되는 장치 또한 신규한 방법들의 실시예들이다. 복사 에너지의 입사 펄스의 시간적 프로파일은, 차동 극성(differential polarity)을 이용하여 펄스를 제1 서브펄스 및 제2 서브펄스로 분할하고, 제2 서브펄스를 광학 회로를 통해 라우팅하여 제1 서브펄스에 비해 제2 서브펄스의 전파를 지연시키고, 지연 후에 제2 서브펄스를 방출하여 제1 서브펄스와 동일한 축을 따라 전파되도록 하는 것에 의해 효과적으로 제어될 수 있다. 광학 회로의 지연이 입사 펄스의 지속기간보다 실질적으로 작은 경우, 2개의 서브펄스는 시간적으로 중첩된 관계(overlapping temporal relationship)로 출현하여 확장된 펄스를 효과적으로 생성한다. 광학 회로는, 제2 서브펄스가 제1 서브펄스로부터 분리되었던 위치로 제2 서브펄스가 복귀되도록 하기 위해 제2 서브펄스를 다각형 경로(polygonal path)를 돌아 라우팅하는 반사기들을 이용하여 구성된다.
차동 극성은, 입사 펄스의 편광 각도를 제어하도록 회전되는 파장판을 이용하여 제공될 수 있다. 입사 펄스는 입사 펄스와 편광 빔 스플리터의 극성 정렬(polarity alignment)의 차이에 의존하여 입사 펄스의 일부를 반사시켜 제1 서브펄스를 형성하는 편광 빔 스플리터로 지향된다. 반사되지 않은 부분은 제2 서브펄스로서 광학 회로로 투과된다.
제2 서브펄스는 결과적인 재결합된 펄스를 더 확장하기 위해 더 세분될 수 있다. 제1 및 제2 서브펄스가 최초로 분할되었던 재결합 지점에 제2 서브펄스가 접근함에 따라, 제2 서브펄스를 추가의 서브펄스들로 분할하기 위해 차동 극성이 다시 이용될 수 있는데, 그러한 추가의 서브펄스들 중 하나는 광학 회로를 다시 통과한다. 이러한 방식으로, 긴 감쇠(long decay)를 갖는 에너지 펄스가 일련의 시간 중첩하는 감쇠 진폭의 서브펄스들로서 형성될 수 있다.
결과적인 펄스의 시간적 형상은, 편광 빔 스플리터의 극성에 대하여 차동 극성 적용기들(differential polarity applicators)의 상대적 위상들을 조절함으로써 조절될 수 있다. 결과적인 펄스의 형상에 대한 추가의 제어를 제공하기 위해 편광기들과 함께 광학 회로의 길이가 조절될 수도 있다.
단순한 주기성을 갖는 정규 에너지 펄스들의 트레인은, 펄스들을 본 명세서에 설명된 바와 같은 차동 극성 지연 회로를 통해 라우팅함으로써 결과적인 펄스들의 주기성 및 진폭을 변경하는 것에 의해 복합적인 방식으로 변환될 수 있다. 주기성, 진폭 및 시간적 프로파일의 광범위하게 다양한 복합 패턴들을 생성하기 위해서, 각각의 빔 스플리터에서 반사 및 투과되는 비율, 및 지연 회로의 길이는 입사 펄스 트레인의 지속기간 및 주기성에 대하여 제어될 수 있다.
전자 타이머들의 제어 하에서 스위칭되는 레이저들과 같은 복수의 에너지 소스를 이용하여 생성되는, 복합적인 주기성 및 진폭 패턴들을 갖는 에너지 펄스들의 트레인은, 펄스들을 세분하고 재결합하는 데에 이용되는 광학 회로의 튜닝 및 아키텍처에 의존하여 매우 규칙적인 것(very regular)으로부터 극히 불규칙한 것(extremely irregular)에 이르는 광범위하게 다양한 특성들을 갖는 펄스 트레인으로 혼합될 수 있다. 입사 펄스 트레인의 주기성 및 진폭 패턴과, 광학 회로의 시간 상수 및 차동 극성 스플리터들의 세팅과의 상호작용에 의존하여, 매우 불규칙한 펄스들의 트레인이 광학 회로를 튜닝함으로써 효과적으로 조정되어, 규칙적인 방식으로 실질적으로 중첩하는 서브펄스들을 생성할 수 있다.
도 5는 도 1 내지 도 4의 장치 및 방법을 이용하여 처리된 에너지 펄스에 대하여 펄스 강도를 시간의 함수로서 나타내는 그래프이다. 입사 에너지 펄스의 시간적 프로파일은 502로 도시되어 있고, 본 명세서에 설명된 실시예에 따른 펄스 폭 제어기를 통과한 후의 결과적인 에너지 펄스의 시간적 프로파일은 504로 도시되어 있다. 각 프로파일의 전반적인 형상이 서로 구별가능하도록 하기 위해 2개의 프로파일의 진폭들이 동일한 척도로 표현되어 있지 않다. 그러나, 입사 펄스가 본 명세서에 설명된 실시예에 따른 펄스 폭 제어기를 통과함으로써 시간적으로 더 길어지게 됨을 설명하기 위해서, 각 프로파일의 시간 변화(time evolution)는 동일한 척도로 플로팅되어 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 펄스 폭 제어기(600)의 개략도이다. 도 6에서 참조번호들이 반복적으로 사용되고 있다는 사실로부터 알 수 있듯이, 펄스 폭 제어기(600)는 많은 면에서 도 1의 펄스 폭 제어기(100)와 유사하다. 그러나, 펄스 폭 제어기(600)에서, 펄스들(124)은 선택적 반사기(606)의 투과 표면(608) 상에서 선택적 반사기와 만난다. 펄스들(124)은 선택적 반사기(606)를 통과하고 광학 회로(136)에 진입한다. 제2 편향된 복사(132)는 제2 회전가능 파장판(112)을 통과한 후에 광학적 활성 표면(106)과 만나는데, 이 광학적 활성 표면(106)은 출사 펄스(602)를 반사시키고, 광학 회로(136)에서 재순환되는 순환 펄스(circulation pulse)(604)를 투과시킨다. 펄스 폭 제어기(600)의 대안적인 진입 구성은 펄스 폭 제어기(200 및 300)에서도 마찬가지로 이용될 수 있다.
상술한 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들이 발명의 기본 범주로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 광학 장치로서,
    광학 축을 갖는 제1 회전가능 파장판;
    반사 축 및 투과 축을 갖는 편광 빔 스플리터 - 상기 투과 축은 상기 제1 회전가능 파장판의 상기 광학 축에 실질적으로 평행하고, 상기 편광 빔 스플리터는 광학적 활성 표면을 포함하며, 상기 광학적 활성 표면은 상기 반사 축을 따라 제1 반사된 전자기 복사를 전파함 -;
    상기 투과 축을 따라 배치되며, 제1 편향 축을 따라 제1 편향된 전자기 복사를 전파하는 제1 반사기;
    상기 제1 반사기로부터 발생되는 전자기 복사를 수신하고, 상기 반사 축을 따라 상기 편광 빔 스플리터로 복귀 전자기 복사(return electromagnetic radiation)를 전파하도록 배치된 제2 반사기; 및
    상기 편광 빔 스플리터의 상기 반사 축에 실질적으로 평행한 광학 축을 갖는 제2 회전가능 파장판 - 상기 제2 회전가능 파장판은, 상기 복귀 전자기 복사를 상기 제1 반사된 전자기 복사의 경로를 따라 지향시켜 결과적인 펄스를 형성하도록 위치되고, 상기 결과적인 펄스는 상기 복귀 전자기 복사 및 상기 제1 반사된 전자기 복사를 포함하며, 상기 결과적인 펄스의 강도는 상기 제1 회전가능 파장판 및 제2 회전가능 파장판에 의해 제어됨 -;
    을 포함하고,
    상기 제1 회전가능 파장판의 상기 광학 축 및 상기 제2 회전가능 파장판의 상기 광학 축 상에 상기 편광 빔 스플리터가 배치되는, 광학 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 편향 축을 따라 배치되며 제2 편향 축을 향하는 제3 반사기를 더 포함하고, 상기 제2 반사기는 상기 제2 편향 축을 따라 배치되는, 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 회전가능 파장판에 결합된 제1 액추에이터, 상기 제2 회전가능 파장판에 결합된 제2 액추에이터, 및 상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터에 결합된 제어기를 더 포함하는 광학 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 편향 축을 따라 배치된 제2 편광 빔 스플리터를 더 포함하고, 상기 제2 편광 빔 스플리터는 제2 반사 축 및 제2 투과 축을 갖고, 상기 제2 반사기는 상기 제2 반사 축을 따라 배치되는, 광학 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 반사기와 상기 제2 편광 빔 스플리터 사이에 배치된 제3 파장판, 상기 제2 투과 축을 따라 투과된 전자기 복사를 수신하며 상기 투과된 전자기 복사를 회로를 따라 지향시키는 복수의 반사기, 및 상기 투과된 전자기 복사를 수신하며 상기 제2 반사 축을 따라 제2 복귀 전자기 복사를 전파하기 위해 상기 회로에 배치된 제4 파장판을 더 포함하는 광학 장치.
  7. 기판을 처리하기 위한 시스템으로서,
    전자기 에너지의 소스;
    상기 전자기 에너지를 포커싱하기 위한 광학 시스템; 및
    상기 전자기 에너지의 소스 및 상기 광학 시스템에 광학적으로 결합된 펄스 폭 제어기 - 상기 펄스 폭 제어기는 2개 이상의 회전가능 파장판을 포함함 -
    를 포함하고,
    상기 2개 이상의 회전가능 파장판은 제1 파장판 및 제2 파장판을 포함하며, 상기 제1 파장판의 광학 축 및 상기 제2 파장판의 광학 축 상에 편광 빔 스플리터가 배치되고,
    상기 편광 빔 스플리터는 반사 축 및 투과 축을 포함하고, 상기 투과 축은 상기 제1 파장판의 상기 광학 축에 실질적으로 평행하며, 상기 편광 빔 스플리터는 광학적 활성 표면을 더 포함하고, 상기 광학적 활성 표면은 상기 반사 축을 따라 제1 반사된 전자기 복사를 전파하며,
    상기 제2 파장판의 상기 광학 축은 상기 편광 빔 스플리터의 상기 반사 축에 실질적으로 평행하고, 상기 제2 파장판은 복귀 전자기 복사를 상기 제1 반사된 전자기 복사의 경로를 따라 지향시켜 결과적인 펄스를 형성하도록 위치되며, 상기 결과적인 펄스는 상기 복귀 전자기 복사 및 상기 제1 반사된 전자기 복사를 포함하고, 상기 결과적인 펄스의 강도는 상기 펄스 폭 제어기에 의해 제어되는, 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 제2 파장판은, 상기 편광 빔 스플리터로부터 전자기 복사를 수신하며 상기 편광 빔 스플리터에 전자기 복사를 전파하도록 배향된 광학 회로 내에 배치되는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전자기 에너지의 소스는 2개 이상의 레이저를 포함하고, 상기 2개 이상의 레이저로부터의 에너지는 상기 펄스 폭 제어기에 지향되는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 펄스 폭 제어기는 상기 회전가능 제1 파장판에 결합된 제1 액추에이터 및 상기 회전가능 제2 파장판에 결합된 제2 액추에이터를 더 포함하고, 상기 시스템은 상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터에 결합된 제어기를 더 포함하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광학 회로에 배치된 제2 편광 빔 스플리터를 더 포함하는 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 파장판은 편광된 복사를 상기 편광 빔 스플리터에 전달하도록 배치되는, 시스템.
  14. 기판을 처리하기 위한 시스템으로서,
    제1 회전가능 파장판; 및
    복수의 반사기, 제2 회전가능 파장판 및 편광 빔 스플리터를 포함하는 광학 회로 - 상기 제2 회전가능 파장판은 전자기 복사를 상기 편광 빔 스플리터에 투과시키도록 배치되고, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 편광 빔 스플리터에 입사하는 광의 제1 부분을 상기 광학 회로 밖으로 지향시키고 상기 편광 빔 스플리터에 입사하는 상기 광의 제2 부분을 상기 광학 회로의 반사기에 지향시키도록 배치되며, 상기 광의 제1 부분의 강도는 상기 제2 회전가능 파장판에 의해 제어됨 -
    를 포함하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 제1 회전가능 파장판으로부터 전자기 복사를 수신하고, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 편광 빔 스플리터에 입사하는 광의 제3 부분 및 상기 편광 빔 스플리터에 입사하는 상기 광의 제4 부분을 상기 광학 회로에 지향시키도록 위치되며, 상기 광의 제3 부분은 상기 광학 회로 밖의 상기 광의 제1 부분의 경로를 따라 지향되어 결과적인 펄스를 형성하고,
    상기 결과적인 펄스는 상기 광의 제1 부분 및 상기 광의 제3 부분을 포함하고, 상기 결과적인 펄스의 제2 강도는 상기 제1 회전가능 파장판 및 제2 회전가능 파장판에 의해 제어되는, 시스템.
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