KR102555043B1 - 패턴화된 반도체 디바이스의 레이저 조사 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 규칙적인 어레이의 서브-파장 핀-형 구조물들을 포함하는 패턴화된 반도체 디바이스의 레이저 조사 방법에 관한 것으로서, 모든 핀형 구조물들은 상기 반도체 디바이스의 베이스 면으로부터 직립하고, 상기 베이스 면의 반대편에 있는 상기 규칙적인 어레이의 상면을 규정하며, 각각의 상기 핀-형 구조물은: - 상기 베이스 면과 평행한 제1 방향을 따르며, 레이저 파장보다 크거가 작은 폭; - 상기 베이스 면과 평행하고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 따르며, 상기 폭보다 적어도 3배 더 큰 길이; 및 - 상기 베이스 면과 수직인 제3 방향을 따르는 높이를 포함한다. 상기 레이저 조사 방법은: - 레이저 모듈을 이용하여 UV 펄스 레이저 빔을 발생시키는 단계; - 상기 상면의 적어도 일부에 상기 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은 상기 제3 방향을 따라 각각의 핀-형 구조물에 국소적으로 커플링된 레이저 빔의 에너지량을 선택적으로 제어하기 위해, 제어된 편광 상태를 상기 레이저 빔에 부여하는 단계를 더 포함한다.
Description
본 발명은 일반적으로 선택된 세트의 구조물(또는 레이어(layer))의 전기적 또는 구조적 물성을, 반도체 디바이스의 나머지 구조물에 영향을 미치지 않으면서, 국소적으로 변경하기 위해 패턴화된 반도체 디바이스를 어닐링(annealing)하는 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로는, 본 발명은 선택된 구조물, 특히 반도체 디바이스의 핀-형 구조물(fin-like structures)을, 게이트(gate) 등의 반도체 디바이스의 다른 구조물에 영향을 미치지 않으면서, 레이저 조사하는 방법, 전형적으로 UV 레이저 빔을 조사하는 방법에 관한 것이다.
이러한 10nm 반도체 기술에 있어서, 디바이스 구조는 매우 취약하다. 예를 들면, 특수한 핀-형 구조물은 제조 공정의 여러 단계들을 거치는 가운데 구조적으로 손상되기 쉽다. 또한, 일부 단계에서, 게이트들, 일반적으로 저온 소재(예를 들면, 금속 또는 폴리실리콘)로 제조된 핀 구조물에 수직인 취약한 레이어들의 세트가 또한 존재한다. 특정한 어닐링의 경우에는, 핀 손상, 게이트 손상, 게이트 영역에서의 종 확산(species diffusion), 핀 영역에서의 과도한 종 확산 등의 원치 않은 부작용없이 특히 핀 영역이 매우 높은 온도에 도달할 필요가 있다. 전통적으로, 해결책은 밀리초 어닐링(millisecond annealing) 또는 서브-마이크로초 레이저 어닐링(sub-μs laser annealing) 등의 짧은 타임 스케일 프로세스(short timescale process)를 사용하는 것이다. 그러나, 이들의 경우, 가열 위치는 잘 제어되지 않으며, 밀리초 어닐링의 경우의 전체 웨이퍼 두께로부터 단파장(예를 들면, UV)을 사용하는 서브-마이크로초 어닐링의 경우의 마이크로미터 스케일까지의 열 확산 길이에 의해서만 제한된다. 후자의 경우 매립 레이어(buried layers)에 영향을 미치지 않으면서 표면 레이어에 선택적으로 어닐링을 할 수 있지만, 패턴화된 구조물에서의 열의 위치는 제어되지 않으며, 이는 표면 레이어 상의 모든 구조물이 비-제어(non-controlled) 방식으로 가열될 것이라는 것을 의미한다.
본 발명의 목적은 소정의 레이어(예를 들면, 핀의 기본 구조)에 선택적으로 열을 발생시킬 수 있게 하고, 다른 레이어(예를 들면, 특수한 핀 및 게이트 영역)에는 열을 발생시키지 않는 것이다. 그러면 발생된 열은 이 타겟 영역으로부터 확산되어 원치 않은 부작용을 최소화할 것이다.
상기 문제점에 대한 공지된 해결책은 원치 않은 영역에서 광을 반사하고 원하는 영역에서 그 광을 흡수 또는 투과시키기 위해 다양한 광학 특성을 갖는 반사 방지 코팅 및/또는 흡수체 레이어(absorber layers)를 사용하는 것이다.
따라서, Materials Science and Engineering B114-115 (2004) 105-108에 게재된 "매우 얕은 접합 형성을 위한 광학 코팅을 이용한 레이저 열 처리(Laser thermal processing using an optical coating for ultra-shallow junction formation)" 논문에서, Mr. Hernandez 등은 레이저 열 처리에 대한 전자기 확산을 최적화하기 위해 광학 코팅으로 게이트 소스/드레인 영역(gate source/drain region)을 덮는 것을 개시하고 있다. 이 광학 코팅은 게이트 상단에서의 레이저 광 반사를 최대화할 것이다.
그러나, 위에 개시된 해결책은 몇 가지 단점이 있다. 첫째, 이 해결책은 프로세스에 여러 단계들을 추가하여 비용 및 수율에 영향을 미친다. 둘째, 이러한 코팅 접근법은 레이저 파장 범위에 있는 전형적인 치수를 갖는 구조물의 경우에는 도파관(waveguide) 형태의 전자기적 커플링 효과(electromagnetic coupling effects)(회절(diffraction) 및 간섭(interferences))로 인해 훨씬 덜 효율적이다.
미국특허 제7786024호는 도핑된 나노와이어(doped nanowires)에 편광 레이저 빔을 적용하는 단계를 포함하는 반도체 나노와이어를 어닐링하는 방법을 개시한다.
레이저 빔의 편광은 적용된 레이저 빔 조사에 대한 나노와이어에 의한 흡수를 변경하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 레이저 빔은 흡수를 변경하기 위해 원형으로 편광되거나, 축에 실질적으로 평행한 방향으로 편광되거나, 또는 축에 실질적으로 수직한 방향으로 편광될 수 있다.
하나의 양태에서, 편광된 레이저의 어닐링은 반도체 나노와이어 및 기판에 손상을 주지 않으면서 반도체 나노와이어를 어닐링하는 방식으로 수행될 수 있다.
또 하나의 양태에서, 편광된 레이저의 어닐링은 특정 나노와이어를 용융시키거나 제거하는 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 레이저 빔의 편광에 실질적으로 수직으로 정렬된 나노와이어는 유지될 수 있는 반면, 레이저 빔의 편광에 평행한 것과 같은 다른 정렬을 갖는 나노와이어는 용융되거나 제거된다.
그러나, 미국특허 제7786024호는 핀-형 구조물의 다른 레이어(특수한 영역)가 아니라 소정의 레이어(예를 들면, 기본 영역)에서 선택적으로 열을 발생시키는 것을 다루지 않는다.
본 발명의 목적은 다른 레이어(예를 들면, 특수한 핀 및 게이트 영역)가 아니라 소정의 레이어(예를 들면, 핀의 기본 구조)에 선택적으로 열을 발생시킬 수 있도록 하는 것이다.
따라서, 본 발명은 규칙적인 어레이(periodic array)의 서브-파장의 핀-형 구조물들(sub-wavelength fin-like structures)을 포함하는 패턴화된 반도체 디바이스의 레이저 조사 방법을 제공하고, 모든 핀형 구조물들은 상기 반도체 디바이스의 베이스 면으로부터 직립하고, 상기 베이스 면의 반대편에 있는 상기 규칙적인 어레이의 상면을 규정하며,
각각의 상기 핀-형 구조물은:
- 상기 베이스 면과 평행한 제1 방향을 따르며, 레이저 파장의 크기의 정도(order of magnitude)이거나 레이저 파장보다 작은 폭;
- 상기 베이스 면과 평행하고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 따르며, 상기 폭보다 적어도 3배, 바람직하게는 5배, 더 바람직하게는 10배 더 큰 길이; 및
- 상기 베이스 면과 수직인 제3 방향을 따르는 높이를 포함하고,
상기 레이저 조사 방법은:
- 레이저 모듈을 이용하여 UV 펄스 레이저 빔을 발생시키는 단계;
- 상기 규칙적인 어레이의 핀-형 구조물들의 상기 상면의 적어도 일부에 상기 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 제3 방향을 따라 각각의 핀-형 구조물에 국소적으로 커플링된 레이저 빔의 에너지량을 선택적으로 제어하기 위해, 제어된 편광 상태(controlled state of polarization)를 상기 레이저 빔에 부여하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 레이저 빔에 주어진 상기 제어된 편광 상태는, 각각의 핀-형 구조물 내에서 제3 방향을 따르는 열 확산의 구배를 진폭 및/또는 방향에 있어서 추가 제어하도록, 결정된다.
바람직한 실시예에서, 레이저 빔에 주어된 상기 제어된 편광 상태는 상기 규칙적인 어레이의 핀-형 구조물의 피치(pitch)에 따라 결정된다. 이 피치는 전형적으로 UV 레이저 빔의 파장보다 작다(≤ 355nm). 일반적으로, 상기 핀-형 구조물의 피치(핀과 핀 사이의 간격) 범위는 10 내지 300 nm, 바람직하게는 40 내지 275 nm이다.
레이저 빔에 주어진 상기 제어된 편광 상태는 선형(linear), 원형(circular), 타원형(elliptical), 비편광형(unpolarization) 또는 이들의 조합일 수 있다.
레이저 빔은 일반적으로 규칙적인 어레이의 상면에 수직으로 조사된다.
레이저 빔에 주어진 상기 제어된 편광 상태는 제1 방향을 따르는 제1 편광 및/또는 제2 방향을 따르는 제2 편광을 포함한다.
펄스 UV 레이저 빔은 355nm와 같거나 이보다 작은 파장, 바람직하게는 308nm의 파장을 갖고, 펄스 지속시간은 전형적으로 200ns 미만, 일반적으로 20 내지 200ns의 범위이다.
바람직한 실시예에서, 레이저 빔은 반도체 디바이스에 조사하기 전에 균질한 레이저 플루언스(laser fluence)로 균질화된다.
일반적으로, 규칙적인 어레이의 상면 상의 레이저 빔의 플루언스는 1 J/m2보다 더 크다.
본 발명의 방법은 또한 전체 반도체 디바이스의 크기 및 형상과 일치하는 조사 영역을 형성하도록 레이저 빔을 성형(shaping)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
레이저 모듈은 전형적으로 엑시머(excimer) 레이저 모듈, 바람직하게는 제논-클로라이드(xenon-chloride) 레이저 모듈이다.
이하의 설명은 첨부된 도면을 참조하여 이루어진다.
- 도 1은 핀-형의 구조물의 길이방향(제1 방향)을 따르는 완전한 횡방향 전기 모드(full transverse electric mode; TE 모드) 및 핀-형 구조물의 길이방향을 가로지르는, 즉 핀-형 구조물의 폭(제2 방향)을 따르는 완전한 횡방향 자기 모드(full transverse magnetic mode; TM 모드)를 갖는 레이저 광이 조사되는, 본 발명에 따른 핀-형 구조물을 갖는 전계 효과 트랜지스터 디바이스(field effect transistor device)의 개략적인 사시도이다.
- 도 2는 본 발명의 핀-형 구조물의 시뮬레이션된 2차원 단면도이다.
- 도 3은 서로 다른 편광의 펄스 UV 레이저 빔이 조사될 때 도 2의 시뮬레이션된 핀-형 구조물에서의 열 분포(W/m3)를 나타낸다.
- 도 4는 규칙적인 어레이의 피치(pitch) 함수로서 그리고 UV 펄스 레이저 빔의 서로 다른 편광 상태들에 대해서 핀-형 구조물의 상부에서 하부(기판과의 계면)까지의 열 구배(thermal gradient)를 나타낸 그래프이고: 여기서, 곡선 A는 100% TE 모드, 곡선 B는 50% TE 모드 + 50% TM 모드, 곡선 C는 35% TE 모드 + 65% TM 모드 그리고 곡선 D는 100% TM 모드이다.
- 도 5는 TE 모드 편광 분율(%)의 함수로서 핀-형 구조물의 상부에서 하부(기판과의 계면)까지의 열 구배를 나타낸 그래프이다.
- 도 6은 서로 다른 편광에 대한 핀-형 구조물의 중심에서의 온도 프로파일(temperature profiles)을 나타낸 그래프이다. 온도는 어닐링 프로세스 중 임의의 시간에 도달할 수 있는 최대값이다.
- 도 7은 레이저 빔의 편광을 제어하는 레이저 모듈의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
- 도 8은 레이저 빔의 편광을 제어하는 레이저 모듈의 또 하나의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
- 도 1은 핀-형의 구조물의 길이방향(제1 방향)을 따르는 완전한 횡방향 전기 모드(full transverse electric mode; TE 모드) 및 핀-형 구조물의 길이방향을 가로지르는, 즉 핀-형 구조물의 폭(제2 방향)을 따르는 완전한 횡방향 자기 모드(full transverse magnetic mode; TM 모드)를 갖는 레이저 광이 조사되는, 본 발명에 따른 핀-형 구조물을 갖는 전계 효과 트랜지스터 디바이스(field effect transistor device)의 개략적인 사시도이다.
- 도 2는 본 발명의 핀-형 구조물의 시뮬레이션된 2차원 단면도이다.
- 도 3은 서로 다른 편광의 펄스 UV 레이저 빔이 조사될 때 도 2의 시뮬레이션된 핀-형 구조물에서의 열 분포(W/m3)를 나타낸다.
- 도 4는 규칙적인 어레이의 피치(pitch) 함수로서 그리고 UV 펄스 레이저 빔의 서로 다른 편광 상태들에 대해서 핀-형 구조물의 상부에서 하부(기판과의 계면)까지의 열 구배(thermal gradient)를 나타낸 그래프이고: 여기서, 곡선 A는 100% TE 모드, 곡선 B는 50% TE 모드 + 50% TM 모드, 곡선 C는 35% TE 모드 + 65% TM 모드 그리고 곡선 D는 100% TM 모드이다.
- 도 5는 TE 모드 편광 분율(%)의 함수로서 핀-형 구조물의 상부에서 하부(기판과의 계면)까지의 열 구배를 나타낸 그래프이다.
- 도 6은 서로 다른 편광에 대한 핀-형 구조물의 중심에서의 온도 프로파일(temperature profiles)을 나타낸 그래프이다. 온도는 어닐링 프로세스 중 임의의 시간에 도달할 수 있는 최대값이다.
- 도 7은 레이저 빔의 편광을 제어하는 레이저 모듈의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
- 도 8은 레이저 빔의 편광을 제어하는 레이저 모듈의 또 하나의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 방법은 패터닝 요건(patterning requirements) 때문에 모든 활성 핀-형 구조물이 주어진 방향으로 배열되는 10nm 이하 노드(node) 기술의 특수성을 이용한다.
규칙적인 고밀도 어레이의 구조물에서, 편광된 레이저 광은 편광에 대한 구조물의 배향에 따라 선택적으로 투과 또는 반사될 수 있다.
흡수가 매우 높은 재료(실리콘에서 UV 파장의 경우 10nm 미만의 흡수 길이 또는 106cm-1 을 초과하는 흡수 계수)를 고려하면, 모든 광은 전형적인 활성 레이어들의 두께 또는 그것의 일부 내에서 흡수된다. 따라서 열 발생은 이러한 레이어에 국한된다.
충분한 단펄스 지속 시간(short enough pulse duration)(200 ns 미만)을 갖는 펄스 레이저를 고려하면, 이 열의 확산 공간은 레이어의 전형적인 치수로 제한될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 16nm 노드 기술을 나타내는 전형적인 실리콘 핀-형 구조물(1)은 308nm 파장의 UV 레이저 광 및 160ns의 펄스 지속 시간을 갖는 펄스 레이저에 의해 조사된다.
보다 구체적으로, 도 1은 기판(2)(일반적으로 실리콘 기판)의 상면으로부터 직립하는 핀-형 구조물(1)을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 도시한다. 또한, 기판(2)의 상면 상에 게이트(3)가 형성되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 핀-형 구조물(1)의 시뮬레이션된 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 핀-형 구조물(1)은 기판(2)으로부터 수직으로 연장되며 매립되지 않은 부분(1a)(핀 상부; fin top) 및 매립된 부분(1b)(핀 하부; fin bottom)을 포함한다.
핀 상부(1a)의 높이는 보통 20 내지 60nm의 범위이고 전형적으로 약 40nm이며, 핀 상부의 폭은 보통 5 내지 20nm의 범위이고 전형적으로 약 5nm이다.
핀 하부(1b)의 높이는 보통 30 내지 100nm의 범위이고 전형적으로 약 60nm이며, (기판과의 계면에서의) 핀 하부(1b)의 폭은 10 내지 80nm의 범위이고 보통 약 20nm이다.
핀-형 구조물들의 피치(pitch)는 보통 10 내지 300nm의 범위, 예를 들면 45nm, 135nm, 270nm이다. 도 2의 핀-형 구조물의 피치는 45nm이다.
레이저 광과 상기 구조물의 전자기 상호 작용은 유한 요소 계산법(finite element calculations)을 사용하여 시뮬레이션된다.
짧은(45nm) 그리고 긴(135, 270nm) 핀들 사이의 간격(또는 피치)이 고려된다.
완전한 횡방향 자기 모드(TM, 가장 긴 치수의 핀(fin longest dimension)에 수직으로 편광된 광을 가짐)에서, 커플링(coupling)은 핀 바닥 모서리 및 기판과의 계면에서 발생한다. 핀/기판 계면의 둥근 바닥 모서리에서 커플링의 상당 부분이 발생한다는 점에 주목해야 한다.
완전한 횡방향 전기 모드(TE, 가장 긴 치수의 핀에 평행하게 편광된 광을 가짐)에서, 커플링은 본질적으로 핀 영역에서 발생한다. 파장(여기서는 270nm)에 가까운 큰 피치값의 경우에는 기판에서 일부 추가적인 커플링을 볼 수 있다.
비편광의 경우(depolarized case)(50% TE + 50% TM), 커플링에 대한 가장 큰 기여는 핀 상부 영역의 TE 모드에서 이루어진다. 긴 피치의 경우 분포가 더 균일하지만(핀 대 기판), 주 커플링은 항상 핀 상부 영역에 있다.
열적 관점에서, 최대 온도 분포는 편광을 통해 제어될 수 있다. TM 모드를 사용하면 핀 상부에서 하부까지의 온도 차이(20℃ 미만)는 거의 무시할 수 있는 반면, 100% TE 편광 모드를 사용하면 최고 온도 영역이 핀 상부에 있는 상태에서 약 375℃의 열 구배가 얻어진다.
따라서, 열 확산 역학(The heat diffusion dynamics)은 또한 편광에 의해 제어된다. 순수한 TM 모드에서 열은 기판/핀 계면으로부터 핀 상부를 향해 확산되어 핀 영역에서 매우 균일한 온도가 얻어진다.
비편광 모드(예를 들면, 50% TE) 및 완전한 TE 모드에서, 열이 위에서 바닥으로 확산되어 더 큰 구배를 갖게 되는데, 이는 편광 제어(polarization control)를 통해 제어될 수 있다.
활성 핀-형 구조물(1)에 평행하게 배열된 금속 게이트(3)를 갖는 도 1의 특정 디바이스의 경우, 이러한 편광 제어는 순수한 TE 모드를 사용하여 핀-형 구조물(1)에서 열을 국소적으로 발생시키는데 사용될 수 있다. 게이트(3)는 이 방향에 수직으로 배향되어 있어, TE 모드만을 볼 수 있고, 따라서 레이저 광에 의해 (확산에 의해) 간접적으로 가열될 것이다.
게이트가 존재하지 않고 핀 하부(1b)가 (예를 들면, SiGe 대 Si와 같이 핀 상부(1a)보다 낮은 손상 온도 또는 유용한 온도를 갖는) 저온 소재인 특수한 경우에, 핀 하부(1b)는 순수한 TM 모드를 사용하여 선택적으로 가열되거나 반대로 TE 모드를 사용하여 덜 가열될 수 있다.
따라서 도 3을 참조하면, 편광을 제어함으로써 핀 상부(1a) 또는 핀 하부(1b)에서, 특히 기판(2)과의 계면에서 및/또는 계면 근처에서 높은 커플링(high coupling) 및 낮은 커플링(low coupling)이 얻어질 수 있음을 알 수 있다.
도 4, 5 및 6은 핀-형 구조물의 서로 다른 피치에 대해 펄스 UV 레이저 빔의 서로 다른 편광을 사용하여 도 2의 핀-형 구조물 내부에서 가열이 제어되는 방법을 도시한다.
도 7은 레이저 빔의 편광을 제어하는 레이저의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
308nm에서 방출되는 제논 클로라이드 엑시머 레이저(Xenon-Chloride Excimer laser)는:
- 엑시머 게인 발생기(excimer gain generator; 1);
- 2개의 평면 미러: 약 4 내지 60%(전형적으로 25%)의 반사율을 갖는 부분 반사체(2) 및 약 100%의 반사율을 갖는 고 반사체(3)로 형성된, 게인 발생기의 양단에 있는 광학 공진기(optical resonator);
- 게인 발생기와 미러(2, 3) 사이에 각각 위치한 2개의 편광 플레이트(4, 5)를 포함한다. 이들 플레이트는 한 편광(예를 들면, 투과율(TM) ≥ 70%)에 대해 다른 편광(예를 들면, 투과율(TE) ≤ 20%)보다 훨씬 더 큰 투과 계수를 나타내도록 코팅된다.
2개의 공진기 미러(2, 3) 사이에서 광이 진동함에 따라, TM 편광을 위한 플레이트(4, 5)의 훨씬 더 큰 투과율은 결과적으로 레이저 펄스가 주로 TM을 따라 선형적으로 편광되도록 한다.
편광 순도(즉, 레이저 빔이 얼마나 완벽에 가깝게 선형적으로 편광되는지)는 원치 않는 편광(이 경우 TE)에 대한 플레이트(4, 5)의 정확한 투과율 및 공진기에서 광의 평균 왕복 수(이는 그 자체가 게인 지속 시간 및 출력 미러(2)의 반사율에 달려 있음)에 종속될 것이다. 예를 들면, 출력 미러(2)의 반사율을 증가시키면 왕복 횟수가 증가하여 편광 선택성(polarization selectivity)이 개선된다(그러나 전체 출력 에너지는 희생된다).
레이저 빔은 미러(6) 및 빔 전송 렌즈(7)에 의해 이송되고 마이크로 렌즈 배열체(micro lens arrays; 8)에 의해 균질화되고 렌즈 시스템(9)에 의해 투사되어 반도체(10)의 표면에 균일한 조명 영역을 형성한다. 부가적으로, 반도체 디바이스의 크기 및 형상과 일치하는 조명 영역을 형성하도록 광학 시스템의 레이저 에너지 및 배율이 선택될 수 있다.
레이저의 편광은 전술한 특정 어닐링 요건들에 대응하기 위해 다음과 같은 몇 개의 방법에 의해 조정될 수 있다:
- 주로 선형적으로 TM 편광된 빔을 선택하는 것: TE 및 TM 투과율 사이의 최대 차이를 갖는 플레이트들(4, 5)을 삽입하는 것;
- 주로 선형적으로 TE 편광된 빔을 선택하는 것: 플레이트들(4, 5)을 레이저 빔 축을 중심으로 90° 회전시키는 것(선형 TM으로부터 선형 TE 구성으로 전환하는 다른 쉬운 방법은 주 선형 편광에 대해 핀-형 구조물의 방위를 변경하기 위해 반도체 기판을 90° 회전시키는 것이라는 점에 주목한다);
- 50/50의 편광 비(즉, "비편광 빔(unpolarizaed beam)")을 선택하는 것, 전형적인 엑시머 레이저가 자연스럽게 상기한 편광 상태를 나타낼 것이므로 플레이트들(4, 5)을 제거하는 것;
- 비편광 상태(50/50) 및 완벽하게 선형적인 상태(TE 또는 TM) 사이의 중간 편광 비를 선택하는 것, 플레이트들(4, 5)의 입사각을 변경하거나 (TM과 TE 사이의 최대 차이를 목표로 하는 것에 대하여) TE 및 TM의 투과율이 최적화된 플레이트들을 선택할 수 있다.
도 8은 레이저 빔의 편광을 제어하는 레이저의 또 하나의 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
웨이퍼 상에 입사되는 레이저 빔의 편광 상태를 제어하기 위한 하나의 대안은 레이저 공진기(1) 이후에 레이저 에너지가 편광 프로세스에서 손실되지 않도록제어하는 것이다.
이를 달성하는 하나의 방법이 도 8에 도시되어 있다. 이 경우, 편광기(4)는 편광 성분들(s, p)을 2개의 별개의 서브-빔으로 분리할 수 있고, 반파(λ/2) 플레이트(5)는 서브-빔 중 하나(도 8의 예에서 p)의 편광을 회전시켜 결국 동일한 편광의 2개의 서브-빔(도 8의 예에서 s)이 되도록 할 수 있다.
그리고나서 이 2개의 서브 빔들은 광학 시스템에서 재결합될 수 있다. 이를 수행하는 한 가지 편리한 방법은 빔 균질기(beam homogenizer; 8)를 사용하는 것이다. 이것은 웨이퍼(10) 상에 입사되는, 완벽하게 편광된 빔(s 또는 p)을 얻게 할 것이다.
극단적인 경우인 100%의 s 또는 100%의 p 사이에서 제어된 편광 상태의 경우, 반-파 플레이트(4)는 가변 감쇠기(variable attenuators)로 대체되어 빔 균질기(8)에서 결합될 s와 p의 비를 제어할 수 있다.
Claims (15)
- 규칙적인 어레이의 서브-파장 핀-형 구조물들을 포함하는 패턴화된 반도체 디바이스의 레이저 조사 방법으로서,
모든 핀-형 구조물들은 상기 반도체 디바이스의 베이스 면으로부터 직립하고, 상기 베이스 면의 반대편에 있는 상기 규칙적인 어레이의 상면을 규정하며,
각각의 상기 핀-형 구조물은:
- 상기 베이스 면과 평행한 제1 방향을 따르며, 레이저 파장의 크기의 정도(order of magnitude)이거나 레이저 파장보다 작은 폭;
- 상기 베이스 면과 평행하고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 따르며, 상기 폭보다 적어도 3배 더 큰 길이; 및
- 상기 베이스 면과 수직인 제3 방향을 따르는 높이를 포함하고,
상기 레이저 조사 방법은:
- 레이저 모듈을 이용하여 UV 펄스 레이저 빔을 발생시키는 단계;
- 상기 규칙적인 어레이의 핀-형 구조물들의 상기 상면의 적어도 일부에 상기 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하고,
상기 제3 방향을 따라 각각의 핀-형 구조물에 국소적으로 커플링된 레이저 빔의 에너지량을 선택적으로 제어하기 위해, 제어된 편광 상태를 상기 레이저 빔에 부여하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 레이저 빔에 주어진 상기 제어된 편광 상태는 각각의 핀-형 구조물 내에서 제3 방향을 따르는 열 확산의 구배를 진폭 및/또는 방향에 있어서 추가 제어하도록 결정되는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저 빔에 주어진 상기 제어된 편광 상태는 상기 규칙적인 어레이의 핀-형 구조물들의 피치에 따라 결정되는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저 빔에 주어진 상기 제어된 편광 상태는 규칙적인 어레이의 상기 상면 상의 상기 레이저 빔의 입사각에 따라 결정되는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저 빔에 주어진 상기 제어된 편광 상태는 선형, 원형, 타원형, 비편광형 또는 이들의 조합인, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저 빔은 상기 규칙적인 어레이의 상면에 수직으로 조사되고, 상기 레이저 빔에 주어진 상기 제어된 편광 상태는 제1 방향을 따르는 제1 선형 편광을 포함하는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저 빔은 상기 규칙적인 어레이의 상면에 수직으로 조사되고, 상기 레이저 빔에 주어진 상기 제어된 편광 상태는 제2 방향을 따르는 제2 선형 편광을 포함하는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어된 편광 상태를 부여하는 단계는 상기 레이저 모듈의 레이저 캐비티(laser cavity)에 적어도 하나의 편광 요소를 삽입하는 단계를 포함하는, 레이저 조사 방법.
- 제8항에 있어서,
- 제1 편광 플레이트는 레이저 모듈의 레이저 증폭기와 거의 완벽한 미러 사이의 상기 레이저 캐비티에 삽입되고;
- 제2 편광 플레이트는 레이저 모듈의 상기 레이저 증폭기와 출력 미러 사이에 있으며, 레이저 증폭기에 대하여 상기 제1 편광 플레이트의 반대편에 있는 상기 레이저 캐비티에 삽입되고;
상기 제어된 편광 상태를 부여하는 것은, 레이저 캐비티의 파장에서, 캐비티 내부에서 진동하는 2개의 직교 편광 모드들에 대하여, 상기 제1 및 제2 플레이트의 투과 특성을 조정하는 단계를 더 포함하는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반도체 디바이스를 균질한 레이저 플루언스(laser fluence)로 조사하기 위해 조사 전에 상기 레이저 빔을 균질화하는 단계를 더 포함하는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
전체 반도체 디바이스의 크기 및/또는 형상과 일치하는 조사 영역을 형성하도록 상기 레이저 빔을 성형하는 단계를 더 포함하는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
UV 펄스 레이저 빔은 200ns 미만의 펄스 지속 시간을 갖는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
UV 펄스 레이저 빔은 355nm 미만의 UV 파장을 갖는, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저 모듈은 엑시머 레이저 모듈인, 레이저 조사 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 규칙적인 어레이의 상면 상의 레이저 빔의 플루언스는 1 J/m2보다 더 큰, 레이저 조사 방법.
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