KR102546719B1 - 모니터링 장치 및 모니터링 방법 - Google Patents

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Abstract

모니터링 장치 및 모니터링 방법이 제공된다. 모니터링 장치는 가공 레이저(processing laser)를 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼에 대한 용융 어닐링 공정(melting annealing process)을 수행하는 가공 레이저 유닛(processing laser unit); 상기 가공 레이저 유닛이 상기 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저(monitoring laser)를 상기 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼의 반사율을 측정하는 모니터링 레이저 유닛; 및 상기 모니터링 레이저 유닛에서 측정된 상기 반사율에 관한 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 특성을 모니터링하는 데이터 처리 유닛을 포함한다.

Description

모니터링 장치 및 모니터링 방법{MONITORING DEVICE AND MONITORING METHOD}
본 발명은 모니터링 장치 및 모니터링 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서 수행되는 여러 공정들 중 용융 어닐링 공정(melting annealing process)은 웨이퍼를 고온으로 가열하여 그 표면을 용융하는 공정이다. 웨이퍼를 가열하는 방식은 여러 가지가 있으나, 레이저를 이용하여 웨이퍼의 상부를 고온으로 가열하는 방식이 흔히 사용된다. 특히, 근래에는 용융 어닐링 공정의 수행 시간이 수 nsec 내지 수십 nsec의 수준으로서, 매우 짧은 시간 안에 반도체 장치의 가열 및 용융이 이루어진다.
이와 같은 용융 어닐링 공정에 따라 웨이퍼가 용융되는 경우, 공정 산포, 생산성, 품질 등을 관리하기 위해, 웨이퍼의 용융이 목표하는 수준으로 이루어지고 있는지, 특히 인 시추(in-situ)로 모니터링을 할 필요가 있다. 예를 들어, 용융 깊이(melting depth)가 목표하는 깊이에 해당하는지, 웨이퍼 상에서 용융이 고르게 이루어지는지 여부 등 용융 어닐링 공정이 수행되는 웨이퍼의 특성을 파악하기 위해, 인 시추 모니터링이 사용될 수 있다.
그런데 앞서 언급한 바와 같이, 용융 공정이 수 nsec 내지 수십 nsec의 매우 짧은 시간에 이루어지는 경우, 해당 시간 동안 용융 공정을 정확하게 인 시추 모니터링하기 위한 방안이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 수 nsec 내지 수십 nsec의 매우 짧은 시간에 이루어지는 용융 어닐링 공정 과정을 정확하게 인 시추 모니터링할 수 있는 모니터링 장치 및 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 용융 어닐링 공정이 수행되는 웨이퍼의 특성을 인 시추로 파악할 수 있는 모니터링 장치 및 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치는, 가공 레이저(processing laser)를 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼에 대한 용융 어닐링 공정(melting annealing process)을 수행하는 가공 레이저 유닛(processing laser unit); 상기 가공 레이저 유닛이 상기 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저(monitoring laser)를 상기 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼의 반사율을 측정하는 모니터링 레이저 유닛(monitoring laser unit); 및 상기 모니터링 레이저 유닛에서 측정된 상기 반사율에 관한 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 특성을 모니터링하는 데이터 처리 유닛을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 장치는, 제1 다이(die) 및 제2 다이를 포함하는 웨이퍼를 지지 및 가열하는 히터 척(heater chuck); 가공 레이저를 상기 제1 다이에 대해 방출하여 제1 용융 어닐링 공정을 수행한 후, 상기 가공 레이저를 상기 제2 다이에 방출하여 제2 용융 어닐링 공정을 수행하는 가공 레이저 유닛; 상기 가공 레이저 유닛이 상기 제1 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저를 상기 제1 다이에 방출하여 상기 제1 다이의 제1 반사율을 측정한 후, 상기 가공 레이저 유닛이 상기 제2 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안 상기 모니터링 레이저를 상기 제2 다이에 방출하여 상기 제2 다이의 제2 반사율을 측정하는 모니터링 레이저 유닛; 및 상기 모니터링 레이저 유닛에서 측정된 상기 제1 반사율 및 상기 제2 반사율에 관한 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 특성을 모니터링하는 데이터 처리 유닛을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모니터링 장치는, 가공 레이저를 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼에 대한 용융 어닐링 공정을 수행하는 가공 레이저 유닛; 상기 가공 레이저 유닛이 상기 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저를 상기 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼의 반사율을 측정하는 모니터링 레이저 유닛; 상기 가공 레이저 유닛이 상기 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 상기 웨이퍼 표면의 온도를 검출하는 온도 검출 유닛(thermal detecting unit); 상기 가공 레이저 유닛, 상기 모니터링 제어 유닛 및 상기 온도 검출 유닛 중 적어도 하나를 제어하는 제어 유닛; 및 상기 측정된 상기 반사율 및 상기 온도 중 적어도 하나의 값에 따라 상기 제어 유닛에 피드백 데이터를 제공하는 피드백 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 피드백 데이터에 따라 상기 가공 레이저 유닛, 상기 모니터링 제어 유닛 및 상기 온도 검출 유닛 중 적어도 하나의 설정을 조정한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모니터링 방법은, 가공 레이저를 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼에 대한 용융 어닐링 공정을 수행하고, 상기 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저를 상기 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼의 반사율을 측정하고, 상기 측정된 상기 반사율에 관한 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 특성을 모니터링하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융 어닐링 공정 및 모니터링이 수행되는 웨이퍼를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 도 2의 모니터링 장치가 웨이퍼의 반사율을 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치가 측정한 반사율의 변화의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 8은 용융 시간(melting duration)과 용융 깊이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치가 측정한 반사율의 변화의 다른 예를 나타낸 그래프이다.
도 10은 막의 종류에 따라 반사율이 달라질 수 있음을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치가 측정한 반사율의 변화의 또 다른 예를 나타낸 그래프이다.
도 12는 용융 깊이에 따라 반사율이 달라질 수 있음을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 2의 모니터링 장치가 웨이퍼 표면의 온도를 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 웨이퍼 표면의 온도와 용융 깊이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 15는 웨이퍼 표면의 온도와 시트 저항값(sheet resistance)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 18 및 도 19는 도 16의 모니터링 장치가 웨이퍼의 반사율을 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 도 16의 모니터링 장치가 웨이퍼 표면의 온도를 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 시스템(1)은 가공 레이저 유닛(10), 모니터링 레이저 유닛(20), 온도 검출 유닛(30) 및 컨트롤 보드(40)를 포함할 수 있다.
가공 레이저 유닛(10)은, 웨이퍼(W)에 가공 레이저(12)를 방출하여 웨이퍼(W)에 대한 용융 어닐링 공정을 수행한다. 구체적으로, 가공 레이저 유닛(10)은, 웨이퍼(W)의 상부를 고온으로 가열하기 위해 가공 레이저(12)를 방출하며, 이 때의 고온은 예컨대 약 1,200 ℃ 이상의 고온을 의미할 수 있다. 특히, 가공 레이저 유닛(10)은, 수 nsec 내지 수십 nsec의 짧은 시간 동안, 가공 레이저(12)를 이용하여 웨이퍼(W)의 상부를 용융할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 웨이퍼(W)는 가공 레이저(12)에 의해 고온으로 가열되기 전에, 히터 척(heater chuck)(HT)에 의해 먼저 가열될 수 있다. 즉, 히터 척(HT)은 웨이퍼(W)를 지지하는 역할과 함께, 가공 레이저(12)의 방출 전 웨이퍼(W)를 선 가열하는 기능을 제공한다. 히터 척(HT)은 웨이퍼(W)를 약 200 ℃ 내지 약 400 ℃까지 가열할 수 있다.
본 실시예에서, 가공 레이저(12)는 예컨대 532 nm의 파장을 가질 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
모니터링 레이저 유닛(20)은, 모니터링 레이저(22) 및 반사광(23)을 통해 알 수 있는 웨이퍼(W)의 반사율에 기반하여, 용융 어닐링 공정이 수행되는 웨이퍼(W)의 특성을 인 시추 모니터링(in-situ monitoring)한다. 구체적으로, 모니터링 레이저 유닛(20)은, 가공 레이저 유닛(10)이 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저(22)를 웨이퍼(W)에 방출하고 반사광(23)을 수신하여 웨이퍼(W)의 반사율을 측정하는 방식으로 인 시추 모니터링을 수행한다.
예를 들어, 모니터링 레이저 유닛(20)은, 웨이퍼(W)에 입사하는 모니터링 레이저(22)와 웨이퍼(W)에서 반사되는 반사광(23)의 세기를 비교하여 반사율을 측정할 수 있으나, 그 구체적인 반사율 측정 방식은 구현 방식에 따라 여러 가지가 있을 수 있다.
본 실시예에서, 모니터링 레이저(22)는 예컨대 658 nm의 파장을 가질 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
온도 검출 유닛(30)은, 방출 열(32)을 통해 알 수 있는 웨이퍼(W) 표면의 온도에 기반하여, 용융 어닐링 공정이 수행되는 웨이퍼(W)의 특성을 인 시추 모니터링한다. 구체적으로, 온도 검출 유닛(30)은, 가공 레이저 유닛(10)이 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 웨이퍼(W) 표면의 온도를 검출하는 방식으로 인 시추 모니터링을 수행한다.
본 실시예에서, 온도 검출 유닛(30)은 InGaAs 센서를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 실시예에서, 온도 검출 유닛(30)은 방출 열(32)의 1550 nm의 파장의 신호를 수신하여, 웨이퍼(W) 표면의 온도를 검출하는 방식으로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
컨트롤 보드(40)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 시스템(1)을 제어하며, 제어 유닛(42) 및 데이터 처리 유닛(44)을 포함할 수 있다.
제어 유닛(43)은, 가공 레이저 유닛(10), 모니터링 레이저 유닛(20) 및 온도 검출 유닛(30) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(43)은 가공 레이저 유닛(10)으로부터 방출되는 가공 레이저(12)의 파장을 변경하거나, 파워를 조절하거나, 방출 시간을 조절하는 등의 제어를 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 제어 유닛(43)은 모니터링 레이저 유닛(20)으로부터 방출되는 모니터링 레이저(22)의 파장을 변경하거나, 방출 시간을 조절하는 등의 제어를 수행할 수 있다.
데이터 처리 유닛(44)은, 모니터링 레이저 유닛(20)에 의해 측정된 반사율에 대한 데이터를 처리하거나, 온도 검출 유닛(30)에 의해 측정된 온도에 대한 데이터를 처리한다. 그리고 이들 데이터에 기초하여 웨이퍼(W)의 특성을 모니터링 할 수 있다.
여기서 웨이퍼(W)의 특성은, 용융 어닐링 공정이 수행되는 웨이퍼의 특성을 말하는 것으로, 예를 들어, 웨이퍼(W)의 용융 깊이, 용융 깊이의 균일도, 그레인(grain)의 크기, 막의 도핑 농도, 막의 종류, 막의 시트 저항값 등을 포함할 수 있다.
구체적으로 웨이퍼(W)의 용융 깊이는 가공 레이저(12)에 의해 용융이 일어나는 웨이퍼(W)의 상부의 깊이를 나타내는 특성이며, 용융 깊이의 균일도는 이와 같이 용융이 일어나는 깊이가 웨이퍼(W)의 전 영역에 고르게 나타나는지를 나타내는 특성이다. 또한, 그레인의 크기는, 웨이퍼(W) 상부의 용융이 종료된 후 용융된 부분의 입자들이 그레인을 형성하게 되는데 그 크기가 어느 정도인지를 나타내는 특성이다. 한편, 막의 도핑 농도는 웨이퍼(W) 상에 형성된 반도체 막의 도핑 농도를 나타내는 특성이고, 막의 종류는 웨이퍼(W) 상에 형성된 반도체 막이 예컨대 비정질 실리콘으로 이루어졌는지, 폴리 실리콘으로 이루어졌는지, 결정질 실리콘으로 이루어졌는지 등을 나타내는 특성이다.
이제 도 2에서는 가공 레이저 유닛(10), 모니터링 레이저 유닛(20) 및 온도 검출 유닛(30)의 구현 관점에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치(2)는, 도 1과 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 가공 레이저 유닛(10), 모니터링 레이저 유닛(20) 및 온도 검출 유닛(30)을 포함할 수 있다.
가공 레이저 유닛(10)은 가공 레이저 방출부(100), 렌즈(110, 112) 및 경로 변환 옵틱스(111)를 포함할 수 있다.
가공 레이저 방출부(100)는 웨이퍼(W)의 상부를 용융시키기 위한 가공 레이저(12)를 방출한다. 렌즈(110)를 통과해서 경로 변환 옵틱스(111)에 도달한 가공 레이저(12)는 진행 방향이 웨이퍼(W)를 향하도록 경로가 수정된다. 경로가 수정된 가공 레이저(12)는 렌즈(112)를 통과해서 웨이퍼(W)에 도달하게 된다.
모니터링 레이저 유닛(20)은 모니터링 레이저 방출부(200), 제1 수광 유닛(210), 제2 수광 유닛(212), 렌즈(220, 223, 225), 경로 변환 옵틱스(221, 227) 및 필터(224, 226)를 포함할 수 있다.
모니터링 레이저 방출부(200)는, 용융 어닐링 공정이 수행되는 웨이퍼(W)의 특성을 인 시추 모니터링하기 위한 모니터링 레이저(22)를 방출하고, 제1 수광 유닛(210), 제2 수광 유닛(212), 렌즈(220, 223, 225), 경로 변환 옵틱스(221, 227) 및 필터(224, 226)를 이용하여 웨이퍼(W)의 반사율을 측정하는데, 이에 대한 더욱 구체적인 설명은 도 4 내지 도 6과 관련하여 후술하도록 한다.
온도 검출 유닛(30)은 온도 센서(300), 렌즈(310) 및 필터(311)를 포함할 수 있다.
온도 센서(300)는, 렌즈(310) 및 필터(311)를 이용하여 용융 어닐링 공정이 수행되는 웨이퍼(W)로부터의 용융 열(32)을 센싱하는데, 이에 대한 더욱 구체적인 설명은 도 13과 관련하여 후술하도록 한다.
주목할 점은, 도 2에 도시된 모니터링 장치(2)의 구성은 언제까지나 일 구현례에 불과할 뿐이며, 가공 레이저 유닛(10), 모니터링 레이저 유닛(20) 및 온도 검출 유닛(30)의 구체적인 세부 구성은 구현 목적에 따라 얼마든지 다르게 변형될 수 있다는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융 어닐링 공정 및 모니터링이 수행되는 웨이퍼를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 히터 척(HT)에 지지되는 웨이퍼(W) 상에는 복수의 다이(D)가 형성되어 있다. 각각의 다이(D) 상에는 반도체 소자들이 형성되며, 반도체 소자의 형성이 완료된 각각의 다이(D)는 슬라이싱(slicing)되어 복수의 칩으로 분리될 수 있다. 이후 각각의 칩들은 패키지화되어 제품으로 완성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 가공 레이저 유닛(10)은 다이(D) 별로 웨이퍼(W)에 대한 용융 어닐링 공정을 수행할 수 있다. 구체적으로, 가공 레이저 유닛(10)은, 가공 레이저(12)를 제1 다이(D1)에 대해 방출하여 제1 용융 어닐링 공정을 수행한 후, 가공 레이저(12)를 제2 다이(D2)에 방출하여 제2 용융 어닐링 공정을 수행할 수 있다.
즉, 가공 레이저 유닛(10)은, 예컨대 제1 다이(D1)에 대해 가공 레이저(12)를 방출하여 제1 다이(D1)의 상부를 용융시킨 후, 제2 다이(D2)에 대해 가공 레이저(12)를 방출하여 제2 다이(D2)의 상부를 용융시킬 수 있다. 이어서, 가공 레이저 유닛(10)은, 제2 다이(D2)에 이어서 제3 다이(D3)에 대해 가공 레이저(12)를 방출하여 제3 다이(D3)의 상부를 용융시킬 수 있다.
물론, 제1 다이(D1) 내지 제3 다이(D3)에 대한 상기 설명은 오로지 예시적인 것으로서, 본 발명의 범위는 상기 순서에 제한되지 않는다. 즉, 가공 레이저 유닛(10)은 임의의 미리 정해진 순서에 따라 다이(D) 별로 웨이퍼(W)에 대한 용융 어닐링 공정을 수행할 수 있다.
이와 같이 다이(D) 별로 용융 어닐링 공정을 수행하는 이유 중 하나는, 가공 레이저(12)의 파워(power)가 웨이퍼(W) 전 영역을 고온으로 가열하기에는 부족할 수 있기 때문이다. 따라서, 만일 가공 레이저(12)의 파워가 수 개의 다이를 고온으로 가열할 수 있는 환경이라면, 가공 레이저 유닛(10)은 수 개의 다이(D) 단위로(예컨대, 2 개의 다이(D) 단위, 또는 3 개의 다이(D) 단위로) 용융 어닐링 공정을 수행할 수도 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 모니터링 레이저 유닛(20)은, 웨이퍼(W) 상에 형성된 다이(D) 별로 웨이퍼(W)의 반사율을 측정할 수 있다. 구체적으로, 모니터링 레이저 유닛(20)은, 가공 레이저 유닛(10)이 제1 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저(22)를 제1 다이(D1)에 방출하여 제1 다이(D1)의 제1 반사율을 측정한 후, 가공 레이저 유닛(10)이 제2 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안 모니터링 레이저(22)를 제2 다이(D2)에 방출하여 제2 다이(D2)의 제2 반사율을 측정할 수 있다.
그러면 데이터 처리 유닛(44)은, 모니터링 레이저 유닛(20)에서 측정된 제1 반사율 및 제2 반사율에 관한 데이터에 기초하여 웨이퍼(W)의 특성을 모니터링할 수 있다.
마찬가지로, 본 실시예에서, 온도 검출 유닛(30)은, 웨이퍼(W) 상에 형성된 다이(D) 별로 웨이퍼(W) 표면의 온도를 검출할 수 있다. 구체적으로, 온도 검출 유닛(30)은, 가공 레이저 유닛(10)이 제1 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안 제1 다이(D1) 표면의 제1 온도를 검출한 후, 가공 레이저 유닛(10)이 제2 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안 제2 다이 표면(D2)의 제2 온도를 검출할 수 있다.
그러면 데이터 처리 유닛(44)은, 온도 검출 유닛(30)에서 측정된 제1 온도 및 제2 온도에 관한 데이터에 기초하여 웨이퍼(W)의 특성을 모니터링할 수 있다.
그러나, 만일 가공 레이저(12)의 파워가 수 개의 다이를 고온으로 가열할 수 있는 환경이라면, 가공 레이저 유닛(10)은 수 개의 다이(D) 단위로(예컨대, 2 개의 다이(D) 단위, 또는 3 개의 다이(D) 단위로) 용융 어닐링 공정을 수행할 수 있고, 모니터링 레이저 유닛(20) 및 온도 검출 유닛(30) 역시 수 개의 다이(D) 단위로 반사율을 측정하거나 온도를 검출할 수도 있다.
도 4 내지 도 6은 도 2의 모니터링 장치가 웨이퍼의 반사율을 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 모니터링 레이저 유닛(20)은 모니터링 레이저 방출부(200), 제1 수광 유닛(210), 제2 수광 유닛(212), 렌즈(220, 223, 225), 경로 변환 옵틱스(221, 227) 및 필터(224, 226)를 포함할 수 있다.
모니터링 레이저 유닛(20)은, 가공 레이저 유닛(10)이 가공 레이저(12)를 이용하여 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저 방출부(200)에서 모니터링 레이저(22)를 방출한다. 모니터링 레이저(22)는 렌즈(220)를 통과하여 경로 변환 옵틱스(221)에 따라 진행 방향을 웨이퍼(W)를 향해 전환한다. 진행 방향을 전환한 모니터링 레이저(22)는 경로 변환 옵틱스(227)에 따라 제1 수광 유닛(210) 및 경로 변환 옵틱스(111)로 진행한다.
제1 수광 유닛(210)은 웨이퍼(W)에 입사하는 모니터링 레이저(22)를 수광한다. 그런데 모니터링 레이저(22) 자체를 직접적으로 수광하게 되면 웨이퍼(22)에 모니터링 레이저(22)가 도달하지 못할 수 있으므로, 경로 변환 옵틱스(227)에서 분기한 경로를 따라 진행하는 레퍼런스 광(22b)을 대신 수광한다.
즉, 경로 변환 옵틱스(227)를 통해 모니터링 레이저(22)가 분기한 경로를 따라 진행하는 레퍼런스 광(22b)은, 렌즈(223) 및 필터(224)를 통과하여 제1 수광 유닛(210)에 입사한다. 본 발명의 일 실시예에서, 필터(224)는 예컨대 658 nm의 파장의 광을 통과시키기 위한 필터일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
경로 변환 옵틱스(111)로 진행하는 모니터링 레이저(22a)는 렌즈(112)를 통과하여 웨이퍼(W)에 입사할 수 있다. 여기서, 도 5를 참조하면, 모니터링 레이저(22a)가 다이(D)에 입사하는 경우, 그 입사광(22a)의 단면은 도시된 것과 같이 영역(A)으로 표현될 수 있다.
이어서 도 6을 참조하면, 제2 수광 유닛(212)은 웨이퍼(W)에서 반사되는 반사광(23)을 수광한다. 반사광(23)은 렌즈(112) 및 경로 변환 옵틱스(111)를 통과한 후, 경로 변환 옵틱스(227)에 따라 진행 방향을 제2 수광 유닛(212)을 향해 전환한다. 진행 방향을 전환한 반사광(23)은 렌즈(225) 및 필터(226)를 통과하여 제2 수광 유닛(212)에 입사한다. 본 발명의 일 실시예에서, 필터(226)는 예컨대 658 nm의 파장의 광을 통과시키기 위한 필터일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
모니터링 레이저 유닛(20)은 제1 수광 유닛(210) 및 제2 수광 유닛(212)을 이용하여 반사율을 측정할 수 있다. 즉, 모니터링 레이저 유닛(20)은 제1 수광 유닛(210)을 통해 수광한 레퍼런스 광(22b)의 세기(intensity)와, 제2 수광 유닛(212)을 통해 수광한 반사광(32)의 세기를 비교하여 반사율을 측정할 수 있다.
특히, 도 3에서 설명한 바와 같이, 가공 레이저 유닛(10)이 다이(D) 별로 웨이퍼(W)에 대한 용융 어닐링 공정을 수행하는 경우, 모니터링 레이저 유닛(20)은, 제1 다이(D1) 및 제2 다이(D2)에 입사하는 모니터링 레이저(22)와, 제1 다이(D1) 및 제2 다이(D2)에서 반사되는 반사광(23)의 세기를 각각 비교하여 제1 다이(D1)에 대한 제1 반사율 및 제2 다이(D2)에 대한 제2 반사율을 측정할 수 있다.
이 때, 제1 수광 유닛(210)은 제1 다이(D1) 및 제2 다이(D2)에 입사하는 모니터링 레이저(22)를 수광할 수 있고, 제2 수광 유닛(212)은 제1 다이(D1) 및 제2 다이(D2)에서 반사되는 반사광(23)을 수광할 수 있으며, 모니터링 레이저 유닛(20)은 제1 수광 유닛(210) 및 제2 수광 유닛(212)을 이용하여 반사율을 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치가 측정한 반사율의 변화의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같은 모니터링 장치(2)가 측정한 반사율의 변화는 제1 구간(M1), 제2 구간(M2) 및 제3 구간(M3)으로 나누어 볼 수 있다.
제1 구간(M1)은 웨이퍼(W)의 상부에 대한 용융이 시작되기 전의 구간을 말한다. 제1 구간(M1)에서는 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 반사율이 예컨대 R1의 값을 가질 수 있다.
제2 구간(M2)은 웨이퍼(W)의 상부에 대한 용융이 일어나는 구간이다. 제2 구간(M2) 중 시점(T2) 내지 시점(T3)까지의 구간은 웨이퍼(W)의 상부가 고체에서 액체로 용융되는 구간으로서, 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 반사율은 R1에서 예컨대 R3까지 증가할 수 있다.
제2 구간(M2) 중 시점(T3) 내지 시점(T4)까지의 구간은 웨이퍼(W)의 상부가 액체 상태로만 존재하는 구간으로서, 본 구간을 용융 시간(MD)으로 정의할 수 있다. 본 구간에서 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 반사율은 예컨대 R3로 유지될 수 있다.
제2 구간(M2) 중 시점(T4) 내지 시점(T5)까지의 구간은 가공 레이저(12)의 방출이 중지되어 웨이퍼(W)의 상부가 냉각되기 시작하는 구간으로서, 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 반사율은 R3에서 떨어지기 시작할 수 있다.
제3 구간(M3)은 웨이퍼(W)의 상부가 냉각되는 구간이다. 제3 구간(M3)에서 웨이퍼(W)의 상부가 냉각되면, 웨이퍼(W) 상부를 이루는 그레인의 크기는 더 커지게 된다. 예를 들어, 제3 구간(M3)의 시점(T6)에서의 그레인의 크기는 제1 구간(M1)의 시점(T1)에서의 그레인의 크기보다 더 크며, 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 제3 구간(M3)의 시점(T6)에서의 반사율 R2는 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 제1 구간(M1)의 시점(T1)에서의 반사율 R1 보다 더 큰 값을 갖는다.
유의할 점은, 도 7에서 도시한 반사율의 변화 패턴은 용융 어닐링 공정의 구체적인 환경 또는 조건에 따라 달라질 수 있다는 점이다. 다만, 본 발명의 모니터링 장치(2)는 특정 환경 및 조건에서의 반사율의 변화 패턴을 레퍼런스 패턴으로 규정한 후, 동일하거나 유사한 환경 및 조건에서 실제 용융 어닐링 공정 중 획득한 반사율을 레퍼런스 패턴과 비교하는 방식으로 웨이퍼(W)의 특성을 모니터링 할 수 있다.
도 8은 용융 시간(melting duration)과 용융 깊이(melting depth)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 도 7에서 설명한 용융 시간(MD)과, 웨이퍼(W) 상부의 용융 깊이는 실질적으로 비례 관계를 가질 수 있다. 따라서, 반사율의 변화를 분석한 결과, 용융 시간(MD1)이 상대적으로 짧으면 웨이퍼(W) 상부의 용융 깊이(DEP1)는 상대적으로 얕다고 예측할 수 있고, 반대로 용융 시간(MD2)이 상대적으로 길면 웨이퍼(W) 상부의 용융 깊이(DEP2)는 상대적으로 깊다고 예측할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤 보드(40)의 데이터 처리 유닛(44)은, 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 반사율에 관한 데이터에 기초하여 용융 시간을 판단하고, 용융 시간의 길이에 기반하여 용융 깊이의 정도를 예측할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치가 측정한 반사율의 변화의 다른 예를 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 반사율의 변화를 분석하여 웨이퍼(W)에 도포한 막의 도핑 농도를 구별할 수도 있다.
예를 들어, 용융 어닐링 공정 이전의 임의의 공정에서 웨이퍼(W)에 도포한 막이 예컨대 7E20의 도핑 농도를 갖는 경우, 반사율의 변화는 그래프(C1)과 같이 나타날 수 있다. 이와 다르게, 용융 어닐링 공정 이전의 임의의 공정에서 웨이퍼(W)에 도포한 막이 예컨대 11E20의 도핑 농도를 갖는 경우, 반사율의 변화는 그래프(C2)과 같이 나타날 수 있다.
이 경우, 용융 어닐링 공정이 수행되기 위해 웨이퍼(W) 상에 도포된 막이 예컨대 7E20의 도핑 농도를 만족하여햐 하는 제약 조건이 있는 경우, 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 반사율의 변화를 분석한 결과, 반사율 데이터가 그래프(C2)의 추세를 보인다면, 이전 공정에서 문제 또는 불량이 발생하였을 수도 있음을 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤 보드(40)의 데이터 처리 유닛(44)은, 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 반사율에 관한 데이터에 기초하여 이전 공정의 불량 여부를 예측할 수 있다.
도 10은 막의 종류에 따라 반사율이 달라질 수 있음을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 반사율을 분석하여 웨이퍼(W)에 도포한 막의 종류를 구별할 수도 있다.
예를 들어, 용융 어닐링 공정 이전의 임의의 공정에서 웨이퍼(W)에 도포한 막이 비정질 실리콘(a-Si)으로 이루어진 경우, 폴리 실리콘(p-Si)으로 이루어진 경우, 결정질 실리콘(c-Si)으로 이루어진 경우, 반사율의 변화는 서로 다른 그래프로 나타날 수 있다.
또한, 용융 어닐링 공정에 따라 용융된 비정질 실리콘(a-Si)의 상부가 폴리 실리콘(p-Si)으로 변화한 경우, 반사율의 변화 또한 그래프로 표현될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤 보드(40)의 데이터 처리 유닛(44)은, 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 반사율에 관한 데이터에 기초하여 웨이퍼(W) 상에 도포한 막의 종류를 예측하여 이전 공정의 불량 여부를 예측하거나, 용융 어닐링 공정 전후의 물질 변화를 예측할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치가 측정한 반사율의 변화의 또 다른 예를 나타낸 그래프이다. 그리고 도 12는 용융 깊이에 따라 반사율이 달라질 수 있음을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 반사율 변화의 주기를 분석하여 웨이퍼(W) 상부의 용융 깊이를 예측할 수도 있다.
도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 용융된 깊이가 깊은 경우, 반사율 변화의 주기는 더 커질 수 있다.
예를 들어, 용융된 깊이가 가장 얕은 제1 깊이를 갖는 경우, 반사율의 변화는 그래프(D1)와 같이 나타날 수 있다. 이와 다르게, 용융된 깊이가 가장 깊은 제3 깊이를 갖는 경우, 반사율의 변화는 그래프(D3)와 같이 나타날 수 있다. 용융된 깊이가 그 중간인 제2 깊이를 갖는 경우, 반사율의 변화는 그래프(D2)와 같이 나타날 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤 보드(40)의 데이터 처리 유닛(44)은, 모니터링 레이저 유닛(20)으로 측정한 반사율에 관한 데이터에 기초하여 역으로 용융 깊이를 예측할 수 있다.
도 13은 도 2의 모니터링 장치가 웨이퍼 표면의 온도를 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 온도 측정 유닛(30)은 온도 센서(300), 렌즈(310) 및 필터(311)를 포함할 수 있다.
온도 측정 유닛(30)은 가공 레이저 유닛(10)이 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 웨이퍼(W)에서 방출되는 방출 열(32)을 센싱한다. 방출 열(32)은 웨이퍼(W)에서 방출되어 렌즈(310) 및 필터(311)을 통과하여 온도 센서(300)에 도달한다.
본 발명의 일 실시예에서, 필터(311)는 웨이퍼(W)에서 방출되는 방출 열(32)의 예컨대 1550 nm의 파장을 통과시키기 위한 필터일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
특히, 도 3에서 설명한 바와 같이, 가공 레이저 유닛(10)이 다이(D) 별로 웨이퍼(W)에 대한 용융 어닐링 공정을 수행하는 경우, 가공 레이저 유닛(10)이 제1 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안 제1 다이(D1) 표면의 제1 온도를 검출한 후, 가공 레이저 유닛(10)이 제2 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안 제2 다이 표면(D2)의 제2 온도를 검출할 수 있다.
그러면 데이터 처리 유닛(44)은, 온도 검출 유닛(30)에서 측정된 제1 온도 및 제2 온도에 관한 데이터에 기초하여 웨이퍼(W)의 특성을 모니터링할 수 있다.
도 14는 웨이퍼 표면의 온도와 용융 깊이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 14를 참조하면, 온도 검출 유닛(30)이 측정한 웨이퍼(W) 표면의 온도와, 웨이퍼(W) 상부의 용융 깊이는 실질적으로 비례 관계를 가질 수 있다. 따라서, 온도의 변화를 분석한 결과, 온도(TMP1)가 상대적으로 낮으면 웨이퍼(W) 상부의 용융 깊이(DEP1)는 상대적으로 얕다고 예측할 수 있고, 반대로 온도(TMP2)가 상대적으로 높으면 웨이퍼(W) 상부의 용융 깊이(DEP2)는 상대적으로 깊다고 예측할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤 보드(40)의 데이터 처리 유닛(44)은, 온도 검출 유닛(30)으로 측정한 온도에 관한 데이터에 기초하여 용융 깊이의 정도를 예측할 수 있다.
도 15는 웨이퍼 표면의 온도와 시트 저항값(sheet resistance)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 15를 참조하면, 온도 검출 유닛(30)이 측정한 웨이퍼(W) 표면의 온도와, 웨이퍼(W)의 시트 저항값은 실질적으로 반비례 관계를 가질 수 있다. 따라서, 온도의 변화를 분석한 결과, 온도(TMP1)가 상대적으로 낮으면 웨이퍼(W)의 시트 저항값(Rs2)은 상대적으로 크다고 예측할 수 있고, 반대로 온도(TMP2)가 상대적으로 높으면 웨이퍼(W)의 시트 저항값(Rs1)은 상대적으로 낮다고 예측할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤 보드(40)의 데이터 처리 유닛(44)은, 온도 검출 유닛(30)으로 측정한 온도에 관한 데이터에 기초하여 시트 저항값을 예측할 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 장치(3)는, 도 2의 모니터링 장치(2)와 달리, 모니터링 레이저 유닛(20)이 빔 스플릿 옵틱스(beam split optics) 유닛(240)을 더 포함한다.
빔 스플릿 옵틱스 유닛(240)은, 웨이퍼(W) 상에 형성된 다이(D)에 입사하는 모니터링 레이저(22c)를 복수의 광으로 스플릿(split)하는 기능을 수행한다.
도 17을 참조하면, 도 5와 달리, 스플릿된 모니터링 레이저(22d)가 다이(D)에 입사하는 경우, 그 입사광(22e)의 단면은 도시된 것과 같이 복수의 영역(B1 내지 B5)으로 표현될 수 있다.
그러면 모니터링 레이저 유닛(20)은 다이(D) 내의 복수의 영역(B1 내지 B5)에 대해 반사율을 측정하게 된다.
주목할 점은, 도 17에 도시된 모니터링 장치(3)의 구성은 언제까지나 일 구현례에 불과할 뿐이며, 가공 레이저 유닛(10), 모니터링 레이저 유닛(20) 및 온도 검출 유닛(30)의 구체적인 세부 구성은 구현 목적에 따라 얼마든지 다르게 변형될 수 있다는 것이다.
도 18 및 도 19는 도 16의 모니터링 장치가 웨이퍼의 반사율을 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하면, 모니터링 레이저 유닛(20)은 모니터링 레이저 방출부(200), 제1 수광 유닛(210), 제2 수광 유닛(212), 렌즈(220, 223, 225), 경로 변환 옵틱스(221, 227), 필터(224, 226) 및 빔 스플릿 옵틱스 유닛(240)을 포함할 수 있다.
모니터링 레이저 유닛(20)은, 가공 레이저 유닛(10)이 가공 레이저(12)를 이용하여 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저 방출부(200)에서 모니터링 레이저(22c)를 방출한다. 모니터링 레이저(22c)는 렌즈(220)를 통과하여 빔 스플릿 옵틱스 유닛(240)을 통해 스플릿된 모니터링 레이저(22d)로 변환된다. 스플릿된 모니터링 레이저(22d)는 경로 변환 옵틱스(221)에 따라 진행 방향을 웨이퍼(W)를 향해 전환한다. 진행 방향을 전환한 모니터링 레이저(22)는 경로 변환 옵틱스(227)에 따라 제1 수광 유닛(210) 및 경로 변환 옵틱스(111)로 진행한다.
제1 수광 유닛(210)은 경로 변환 옵틱스(227)에서 분기한 경로를 따라 진행하는 레퍼런스 광(22f)을 수광한다. 즉, 경로 변환 옵틱스(227)를 통해 스플릿된 모니터링 레이저(22d)가 분기한 경로를 따라 진행하는 레퍼런스 광(22f)은, 렌즈(223) 및 필터(224)를 통과하여 제1 수광 유닛(210)에 입사한다. 본 발명의 일 실시예에서, 필터(224)는 예컨대 658 nm의 파장의 광을 통과시키기 위한 필터일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
경로 변환 옵틱스(111)로 진행하는 스플릿된 모니터링 레이저(22d)는 렌즈(112)를 통과하여 웨이퍼(W)에 입사할 수 있다. 여기서, 도 17을 다시 참조하면, 스플릿된 모니터링 레이저(22d)가 다이(D)에 입사하는 경우, 그 입사광(22e)의 단면은 도시된 것과 같이 복수의 영역(B1 내지 B5)으로 표현될 수 있다.
이어서 도 19를 참조하면, 제2 수광 유닛(212)은 웨이퍼(W)에서 반사되는 스플릿된 반사광(23a)을 수광한다. 스플릿된 반사광(23a)은 렌즈(112) 및 경로 변환 옵틱스(111)를 통과한 후, 경로 변환 옵틱스(227)에 따라 진행 방향을 제2 수광 유닛(212)을 향해 전환한다. 진행 방향을 전환한 스플릿된 반사광(23a)은 렌즈(225) 및 필터(226)를 통과하여 제2 수광 유닛(212)에 입사한다. 본 발명의 일 실시예에서, 필터(226)는 예컨대 658 nm의 파장의 광을 통과시키기 위한 필터일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
모니터링 레이저 유닛(20)은 제1 수광 유닛(210) 및 제2 수광 유닛(212)을 이용하여 반사율을 측정할 수 있다. 즉, 모니터링 레이저 유닛(20)은 제1 수광 유닛(210)을 통해 수광한 레퍼런스 광(22f)의 세기와, 제2 수광 유닛(212)을 통해 수광한 스플릿된 반사광(23a)의 세기를 복수의 영역(B1 내지 B5) 별로 비교하여 반사율을 측정할 수 있다.
특히, 도 3에서 설명한 바와 같이, 가공 레이저 유닛(10)이 다이(D) 별로 웨이퍼(W)에 대한 용융 어닐링 공정을 수행하는 경우, 모니터링 레이저 유닛(20)은, 제1 다이(D1) 및 제2 다이(D2)에 입사하는 스플릿된 모니터링 레이저(22d)와, 제1 다이(D1) 및 제2 다이(D2)에서 반사되는 스플릿된 반사광(23a)의 세기를 각각 비교하여 제1 다이(D1)에 대한 제1 반사율 및 제2 다이(D2)에 대한 제2 반사율을 측정할 수 있다.
이 때, 제1 수광 유닛(210)은 제1 다이(D1) 및 제2 다이(D2)에 입사하는 스플릿된 모니터링 레이저(22d)를 수광할 수 있고, 제2 수광 유닛(212)은 제1 다이(D1) 및 제2 다이(D2)에서 반사되는 스플릿된 반사광(23a)을 수광할 수 있으며, 모니터링 레이저 유닛(20)은 제1 수광 유닛(210) 및 제2 수광 유닛(212)을 이용하여 반사율을 측정할 수 있다.
도 20은 도 16의 모니터링 장치가 웨이퍼 표면의 온도를 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 20을 참조하면, 온도 측정 유닛(30)은, 빔 스플릿 옵틱스 유닛(240)을 이용하는 도 18 및 도 19의 모니터링 레이저 유닛(20)과 연동하여, 도 13에서 설명한 바와 같이 웨이퍼(W)에서 방출되는 방출 열(32)을 센싱할 수 있다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 시스템(4)은, 가공 레이저 유닛(10), 모니터링 레이저 유닛(20), 온도 검출 유닛(30) 및 컨트롤 보드(40)를 포함할 수 있고, 컨트롤 보드(40)는 제어 유닛(42), 데이터 처리 유닛(44) 및 피드백 유닛(46)을 포함할 수 있다.
피드백 유닛(46)은, 모니터링 레이저 유닛(20) 및 온도 검출 유닛(30)에 의해 모니터링된 웨이퍼(W)의 특성에 따른 피드백 데이터를 제어 유닛(10)에 제공한다. 피드백 데이터를 수신한 제어 유닛(10)은, 피드백 데이터에 기반하여 가공 레이저 유닛(10), 모니터링 레이저 유닛(20) 및 온도 검출 유닛(30) 중 적어도 하나의 설정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(43)은 가공 레이저 유닛(10)으로부터 방출되는 가공 레이저(12)의 파장을 변경하거나, 파워를 조절하거나, 방출 시간을 조절하는 등의 제어를 수행할 수 있다. 또 다른 예로, 제어 유닛(43)은 모니터링 레이저 유닛(20)으로부터 방출되는 모니터링 레이저(22)의 파장을 변경하거나, 방출 시간을 조절하는 등의 제어를 수행할 수 있다.
여기서 피드백 데이터는, 이전 단계에서 모니터링된 웨이퍼(W)의 특성이 조정되어야 할 필요가 있는 경우, 제어 유닛(10)에 조정 요청을 하는 데이터를 말한다. 예를 들어, 용융 깊이가 과도하게 깊은 경우, 피드백 유닛(46)은 제어 유닛(10)에 가공 레이저(12)의 파워를 낮추라는 요청을 피드백 데이터로서 전송할 수 있고, 이와 반대로 용융 깊이가 너무 얕은 경우, 피드백 유닛(46)은 제어 유닛(10)에 가공 레이저(12)의 파워를 높이라는 요청을 피드백 데이터로서 전송할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 방법은, 가공 레이저(12)를 웨이퍼(W)에 방출(S2201)하여 웨이퍼(W)에 대한 용융 어닐링 공정을 수행하는 것을 포함한다.
또한, 상기 방법은, 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저(22)를 웨이퍼(W)에 방출(S2203)하고, 상기 모니터링 레이저(22)와 반사광(23)의 세기를 비교하여 웨이퍼(W)의 반사율을 측정(S2205)하는 것을 포함한다.
또한, 상기 방법은, 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 웨이퍼(W) 표면의 온도를 측정(S2207)하는 것을 포함한다.
또한, 상기 방법은, 측정된 반사율 및/또는 온도에 관한 데이터에 기초하여 웨이퍼(W)의 특성을 분석(S2209)하는 것을 포함한다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 방법은, 제1 웨이퍼를 가열 및 모니터링(S2301)하고, 제1 웨이퍼에 대한 제1 특성을 분석(S2303)하는 것을 포함한다.
또한, 상기 방법은, 제2 웨이퍼를 가열 및 모니터링(S2305)하고, 제2 웨이퍼에 대한 제2 특성을 분석(S2307)하는 것을 포함한다.
또한, 상기 방법은, 제1 웨이퍼에 대한 제1 특성과 제2 웨이퍼에 대한 제2 특성을 비교(S2309)하는 것을 포함한다.
본 방법에 따르면, 웨이퍼 간 용융 깊이의 균일도를 비교할 수도 있고, 웨이퍼 간 그레인 크기의 변화를 비교할 수 있는 인 시추 모니터링을 수행할 수 있다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모니터링 방법은, 가공 레이저(12)를 웨이퍼(W)에 방출(S2401)하여 웨이퍼(W)에 대한 용융 어닐링 공정을 수행하는 것을 포함한다.
또한, 상기 방법은, 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저(22)를 웨이퍼(W)에 방출(S2403)하고, 상기 모니터링 레이저(22)와 반사광(23)의 세기를 비교하여 웨이퍼(W)의 반사율을 측정(S2405)하는 것을 포함한다.
또한, 상기 방법은, 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 웨이퍼(W) 표면의 온도를 측정(S2407)하는 것을 포함한다.
또한, 상기 방법은, 측정된 반사율 및/또는 온도에 관한 데이터에 기초하여 가공 레이저(12)의 파워를 조정(S2409)하는 것을 포함한다.
이제까지 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모니터링 장치 및 모니터링 방법에 따르면, 용융 공정이 수 nsec 내지 수십 nsec의 매우 짧은 시간에 이루어지는 경우에도, 해당 시간 동안 용융 공정을 정확하게 인 시추 모니터링할 수 있고, 용융 어닐링 공정이 수행되는 웨이퍼의 특성을 인 시추로 파악할 수 있다는 장점이 있다.
구체적으로, 용융 어닐링 공정이 수행되는 동안, 모니터링 레이저를 웨이퍼에 방출하고 반사광을 수신하여 그 반사율의 변화를 일종의 레퍼런스 패턴으로 규정하여, 이후 공정에 있어서의 반사율의 변화를 비교하는 방식으로, 인 시추 모니터링을 수행하고 웨이퍼 특성을 예측할 수 있다. 또한 용융 어닐링 공정이 수행되는 동안, 웨이퍼로부터 방출되는 방출 열을 센싱하여 인 시추 모니터링을 수행하여 웨이퍼 특성을 예측할 수도 있다.
나아가, 웨이퍼 특성을 분석한 결과를 이용하여 가공 레이저의 파워를 조절하거나, 웨이퍼와 웨이퍼 간의 비교를 통해 공정 산포를 조절할 수도 있다는 높은 활용도 가능하다는 장점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1, 4: 모니터링 시스템 2, 3: 모니터링 장치
10: 가공 레이저 유닛 12: 가공 레이저
100: 가공 레이저 방출부 110, 112, 220, 223, 225, 310: 렌즈
111, 221, 227: 경로 변환 옵틱스 20: 모니터링 레이저 유닛
22: 모니터링 레이저 23: 반사광
200: 모니터링 레이저 방출부 210: 제1 수광 유닛
212: 제2 수광 유닛 224, 226, 311: 필터
240: 빔 스플릿 옵틱스 30: 온도 검출 유닛
32: 방출 열 300: 온도 센서
40: 컨트롤 보드 42: 제어 유닛
44: 데이터 처리 유닛 46: 피드백 유닛

Claims (20)

  1. 가공 레이저(processing laser)를 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼에 대한 용융 어닐링 공정(melting annealing process)을 수행하는 가공 레이저 유닛(processing laser unit);
    상기 가공 레이저 유닛이 상기 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저(monitoring laser)를 상기 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼의 반사율을 측정하는 모니터링 레이저 유닛(monitoring laser unit); 및
    상기 모니터링 레이저 유닛에서 측정된 상기 반사율에 관한 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 특성을 모니터링하는 데이터 처리 유닛을 포함하되,
    상기 모니터링 레이저 유닛은,
    상기 모니터링 레이저를 분기시키고, 분기된 상기 모니터링 레이저의 일부를 상기 웨이퍼에 입사시키는 경로 변환 옵틱스;
    상기 경로 변환 옵틱스에 의해 분기된 상기 모니터링 레이저의 나머지 일부를 수광하는 제1 수광 유닛; 및
    상기 모니터링 레이저의 상기 일부가 상기 웨이퍼에 반사된 반사광을 수광하고, 상기 제1 수광 유닛과 다른 제2 수광 유닛을 포함하고,
    상기 반사광은 상기 모니터링 레이저를 분기시키는 상기 경로 변환 옵틱스를 통과하여 상기 제2 수광 유닛에 수광되고,
    상기 모니터링 레이저 유닛은 상기 제1 수광 유닛에 수광된 상기 모니터링 레이저의 상기 나머지 일부의 세기와 상기 제2 수광 유닛에 수광된 상기 반사광의 세기를 비교하여 상기 반사율을 측정하는 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 레이저 유닛은, 상기 웨이퍼 상에 형성된 다이(die) 별로 상기 웨이퍼의 상기 반사율을 측정하는 모니터링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 레이저 유닛은,
    상기 웨이퍼 상에 형성된 다이에 입사하는 상기 모니터링 레이저를 복수의 광으로 스플릿(split)하기 위한 빔 스플릿 옵틱스(beam split optics) 유닛을 더 포함하고,
    상기 스플릿된 모니터링 레이저가 입사하는 상기 다이 내의 복수의 지점에 대해 상기 반사율을 측정하는 모니터링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가공 레이저 유닛이 상기 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 상기 웨이퍼 표면의 온도를 검출하는 온도 검출 유닛(thermal detecting unit)을 더 포함하고,
    상기 온도 검출 유닛에서 측정된 상기 온도에 관한 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 상기 특성을 모니터링하는 모니터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 온도 검출 유닛은, 상기 웨이퍼 상에 형성된 다이 별로 상기 웨이퍼 표면의 상기 온도를 검출하는 모니터링 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 특성은 상기 웨이퍼의 용융 깊이(melting depth), 용융 깊이의 균일도, 그레인(grain) 크기, 막의 도핑 농도, 막의 종류 및 막의 시트 저항값(sheet resistance) 중 적어도 하나를 포함하는 모니터링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가공 레이저 유닛을 제어하는 제어 유닛 및
    상기 모니터링된 상기 웨이퍼의 특성에 따른 피드백 데이터를 상기 제어 유닛에 제공하는 피드백 유닛을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 피드백 데이터에 따라 상기 가공 레이저의 파워를 조정하는 모니터링 장치.
  10. 제1 다이(die) 및 제2 다이를 포함하는 웨이퍼를 지지 및 가열하는 히터 척(heater chuck);
    가공 레이저(processing laser)를 상기 제1 다이에 대해 방출하여 제1 용융 어닐링 공정(melting annealing process)을 수행한 후, 상기 가공 레이저를 상기 제2 다이에 방출하여 제2 용융 어닐링 공정을 수행하는 가공 레이저 유닛(processing laser unit);
    상기 가공 레이저 유닛이 상기 제1 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저(monitoring laser)를 상기 제1 다이에 방출하여 상기 제1 다이의 제1 반사율을 측정한 후, 상기 가공 레이저 유닛이 상기 제2 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안 상기 모니터링 레이저를 상기 제2 다이에 방출하여 상기 제2 다이의 제2 반사율을 측정하는 모니터링 레이저 유닛(monitoring laser unit); 및
    상기 모니터링 레이저 유닛에서 측정된 상기 제1 반사율 및 상기 제2 반사율에 관한 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 특성을 모니터링하는 데이터 처리 유닛을 포함하되,
    상기 모니터링 레이저 유닛은,
    상기 모니터링 레이저를 분기시키고, 분기된 상기 모니터링 레이저의 일부를 상기 제1 다이 및 상기 제2 다이에 입사시키는 경로 변환 옵틱스;
    상기 경로 변환 옵틱스에 의해 분기된 상기 모니터링 레이저의 나머지 일부를 수광하는 제1 수광 유닛; 및
    상기 모니터링 레이저의 상기 일부가 상기 제1 다이 및 상기 제2 다이에 반사된 반사광을 수광하고, 상기 제1 수광 유닛과 다른 제2 수광 유닛을 포함하고,
    상기 반사광은 상기 모니터링 레이저를 분기시키는 상기 경로 변환 옵틱스를 통과하여 상기 제2 수광 유닛에 수광되고,
    상기 모니터링 레이저 유닛은 상기 제1 수광 유닛에 수광된 상기 모니터링 레이저의 상기 나머지 일부의 세기와 상기 제2 수광 유닛에 수광된 상기 반사광의 세기를 비교하여 상기 제1 반사율 및 상기 제2 반사율을 측정하는 모니터링 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 모니터링 레이저 유닛은,
    상기 제1 다이에 입사하는 상기 모니터링 레이저를 복수의 광으로 스플릿(split)하고, 상기 제2 다이에 입사하는 상기 모니터링 레이저를 복수의 광으로 스플릿하기 위한 빔 스플릿 옵틱스(beam split optics) 유닛을 더 포함하고,
    상기 스플릿된 모니터링 레이저가 입사하는 상기 제1 다이 내의 복수의 지점에 대해 상기 제1 반사율을 측정하고, 상기 제2 다이 내의 복수의 지점에 대해 상기 제2 반사율을 측정하는 모니터링 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 가공 레이저 유닛이 상기 제1 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안 상기 제1 다이 표면의 제1 온도를 검출한 후, 상기 가공 레이저 유닛이 상기 제2 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안 상기 제2 다이 표면의 제2 온도를 검출하는 온도 검출 유닛(thermal detecting unit)을 더 포함하고,
    상기 온도 검출 유닛에서 측정된 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도에 관한 데이터에 기초하여 상기 웨이퍼의 상기 특성을 모니터링하는 모니터링 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 특성은 상기 웨이퍼의 용융 깊이(melting depth), 용융 깊이의 균일도, 그레인(grain) 크기, 막의 도핑 농도, 막의 종류 및 막의 시트 저항값(sheet resistance) 중 적어도 하나를 포함하는 모니터링 장치.
  16. 가공 레이저(processing laser)를 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼에 대한 용융 어닐링 공정(melting annealing process)을 수행하는 가공 레이저 유닛(processing laser unit);
    상기 가공 레이저 유닛이 상기 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 모니터링 레이저(monitoring laser)를 상기 웨이퍼에 방출하여 상기 웨이퍼의 반사율을 측정하는 모니터링 레이저 유닛(monitoring laser unit);
    상기 가공 레이저 유닛이 상기 용융 어닐링 공정을 수행하는 동안, 상기 웨이퍼 표면의 온도를 검출하는 온도 검출 유닛(thermal detecting unit);
    상기 가공 레이저 유닛, 상기 모니터링 레이저 유닛 및 상기 온도 검출 유닛 중 적어도 하나를 제어하는 제어 유닛; 및
    상기 측정된 상기 반사율 및 상기 온도 중 적어도 하나의 값에 따라 상기 제어 유닛에 피드백 데이터를 제공하는 피드백 유닛을 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 피드백 데이터에 따라 상기 가공 레이저 유닛, 상기 모니터링 레이저 유닛 및 상기 온도 검출 유닛 중 적어도 하나의 설정을 조정하고,
    상기 모니터링 레이저 유닛은,
    상기 모니터링 레이저를 분기시키고, 분기된 상기 모니터링 레이저의 일부를 상기 웨이퍼에 입사시키는 경로 변환 옵틱스;
    상기 경로 변환 옵틱스에 의해 분기된 상기 모니터링 레이저의 나머지 일부를 수광하는 제1 수광 유닛; 및
    상기 모니터링 레이저의 상기 일부가 상기 웨이퍼에 반사된 반사광을 수광하고, 상기 제1 수광 유닛과 다른 제2 수광 유닛을 포함하고,
    상기 반사광은 상기 모니터링 레이저를 분기시키는 상기 경로 변환 옵틱스를 통과하여 상기 제2 수광 유닛에 수광되고,
    상기 모니터링 레이저 유닛은 상기 제1 수광 유닛에 수광된 상기 모니터링 레이저의 상기 나머지 일부의 세기와 상기 제2 수광 유닛에 수광된 상기 반사광의 세기를 비교하여 상기 반사율을 측정하는 모니터링 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서,
    상기 모니터링 레이저 유닛 및 상기 온도 검출 유닛은, 상기 웨이퍼 상에 형성된 다이(die) 별로 상기 웨이퍼의 상기 반사율 및 상기 온도를 측정하는 모니터링 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 모니터링 레이저 유닛은,
    상기 웨이퍼 상에 형성된 다이에 입사하는 상기 모니터링 레이저를 복수의 광으로 스플릿(split)하기 위한 빔 스플릿 옵틱스(beam split optics) 유닛을 더 포함하고,
    상기 스플릿된 모니터링 레이저가 입사하는 상기 다이 내의 복수의 지점에 대해 상기 반사율을 측정하는 모니터링 장치.
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