KR102557669B1 - 이중 파장 어닐링 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 기판들을 열 프로세싱하기 위한 방법 및 장치가 설명된다. 열 프로세싱 에너지의 필드를 제공하기 위해 고체 상태 복사 방출기가 이용된다. 활성화 에너지의 필드를 제공하기 위해 제2 고체 상태 복사 방출기가 이용된다. 열 프로세싱 에너지 및 활성화 에너지는 기판의 처리 구역에 지향되고, 여기서 활성화 에너지는 기판에서의 열 프로세싱 복사의 흡수를 증가시켜, 활성화 에너지에 의해 조명되는 영역들에서의 기판의 열 프로세싱을 초래한다.

Description

이중 파장 어닐링 방법 및 장치{DUAL WAVELENGTH ANNEALING METHOD AND APPARATUS}
본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 반도체 디바이스들의 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 명세서에 설명된 방법 및 장치는 결정질 반도체들을 형성하기 위한 열 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 산업에서는 열 프로세싱이 일반적인 실무이다. 반도체 기판들은 어닐링 또는 결정화와 같은 특정 결과를 달성하기 위해 특정 강도 및/또는 타입의 열 에너지에 노출된다. 예를 들어, 실리콘은 흔히 많은 상이한 타입들의 열 에너지 및 복사 에너지를 이용하여 어닐링되고 결정화되고 용융되고 다른 방식으로 프로세싱된다.
광범위한 파장 및 스펙트럼에서 복사 에너지 소스들이 이용가능하다. 그러나, 이용가능한 복사 소스들의 스펙트럼 전력 분포는 실리콘의 흡수 스펙트럼과 일치하지 않는다. 예를 들어, 실리콘 기판들을 어닐링하기 위해 1,064㎚에서 방출하는 레이저들이 흔히 이용되지만, 실리콘은 실온에서는 1,064㎚에서 불량한 흡수를 갖기 때문에, 매우 높은 전력이 이용되어야 한다. 유사하게, 실리콘은 실온에서 980㎚ 복사에 실질적으로 투명하다. 일부 파장들에서는 더 높은 온도들에서 흡수가 개선될 수 있으므로, 일부 종래의 프로세스들은 흡수를 부스팅하기 위해 기판을 중간 온도로 가열한 다음에 복사를 적용하는 것을 수반한다. 기판의 배경 가열은 매우 얇은 도핑된 층들의 농도 프로파일의 손실 및 도펀트들의 확산을 야기하기 때문에, 그러한 방법들은 더 작은 피쳐들에 대해서는 제한된 유용성을 갖는다. 일부는 과거에 실리콘이 더 강한 흡수를 갖게 되는 더 긴 파장의 복사를 이용하였지만, 더 긴 파장의 복사, 예를 들어 8㎛ 내지 16㎛의 파장은 선단 에지(leading edge) 및 장래의 노드 디바이스들의 매우 얇은(예를 들어 100㎚ 미만의 두께) 층들을 어닐링하는 데에는 유용하지 않다.
본 기술분야에서는, 실리콘 및 다른 반도체 재료들의 열 처리를 위해 중간(moderate) 전력 전달 레벨들에서 짧은 파장의 복사를 이용하기 위한 방법이 필요하다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 처리 에너지의 중간 전력 소스 및 활성화 에너지의 낮은 전력 소스를 이용하여 기판을 처리하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일 양태에서, 기판을 처리하는 방법이 설명되는데, 이 방법은, 약 200㎚ 내지 약 850㎚의 파장 및 약 10㎽/㎠ 내지 약 10W/㎠의 전력 밀도에서 기판의 처리 영역에 제1 에너지 노출(energy exposure)을 전달하는 단계; 및 약 800㎚ 내지 약 1,100㎚의 파장 및 약 50㎾/㎠ 내지 약 200㎾/㎠의 전력 레벨에서 기판의 처리 영역에 제2 에너지 노출을 전달하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 반도체 기판을 열 프로세싱하는 방법은, 프로세싱 챔버 내에 반도체 기판을 배치하는 단계; 약 10㎽/㎠ 내지 약 10W/㎠의 전력 레벨에서 비-증폭 매체(non-amplifying medium)에 의해 방출되는 약 200㎚ 내지 약 500㎚의 파장을 갖는 제1 복사 에너지로 반도체 기판의 제1 부분을 조명하는 단계; 약 50㎾/㎠ 내지 약 200㎾/㎠의 전력 레벨에서 레이저 소스에 의해 방출되는 약 800㎚ 내지 약 1,100㎚의 파장을 갖는 제2 복사 에너지로, 제1 부분에 의해 둘러싸인 반도체 기판의 제2 부분을 조명하는 단계; 및 주사 동안 내내 제2 에너지가 제1 에너지에 의해 둘러싸이도록 기판 표면에 대해 제1 복사 에너지 및 제2 복사 에너지를 주사하는 단계를 포함한다.
그러한 방법을 수행하기 위한 장치는 약 100KW 내지 10㎿와 같은 중간 전력을 갖는 처리 에너지의 소스; 약 1W 내지 약 100W와 같은 낮은 전력을 갖는 활성화 에너지의 소스; 및 열 프로세스를 수행하기 위해 처리 에너지 및 활성화 에너지를 기판의 처리 구역에 지향시키기 위한 광학 시스템을 포함한다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 예시하며, 따라서 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 반도체 재료를 열 처리하기 위한 방법을 요약한 흐름도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 열 프로세싱 장치의 사시도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 실시예들에서 유익하게 이용될 수 있을 것으로 고려된다.
도 1은 반도체 기판을 열 프로세싱하기 위한 방법(100)을 요약한 흐름도이다. 방법(100)에서, 반도체 기판은 약 10㎾ 미만의 전력 레벨들에서 복사 에너지 소스들을 이용하여 어닐링되거나 결정화되거나 또는 다른 열 프로세스들을 겪을 수 있다. 102에서, 기판의 부분이 제1 에너지로 조명된다. 제1 에너지는 복사 에너지이고, 연속파 또는 펄스화된 에너지일 수 있으며, 약 250㎚ 내지 약 800㎚의 파장을 가질 수 있다. 약 300㎚ 내지 약 500㎚, 예를 들어 약 450㎚와 같은 근-UV(near-UV) 파장이 제1 에너지를 위해 이용될 수 있다. 제1 에너지는 약 10㎽/㎠ 내지 약 10W/㎠, 예컨대 약 50㎽/㎠ 내지 약 5W/㎠, 예를 들어 약 1W/㎠의 전력 밀도를 가질 수 있다. 제1 에너지는 기판 표면 상에서 전자, 정공 또는 포논과 같은 전자기 에너지 캐리어를 에너자이징(energize)하는 표면 활성화 에너지일 수 있다.
104에서, 처리 구역일 수 있는 기판의 부분은 제2 에너지로 동시에 조명된다. 제2 에너지는 복사 에너지이고, 연속파 또는 펄스화된 에너지일 수 있으며, 약 800㎚ 내지 약 1,100㎚, 예컨대 약 900㎚ 내지 약 1,100㎚, 예를 들어 약 950㎚ 또는 약 1,064㎚의 파장을 가질 수 있다. 제2 에너지는 기판 표면의 열 변형을 야기하기에 충분한 전력 밀도를 갖는다. 제2 에너지는 어닐링 에너지, 재결정화 에너지 또는 용융 에너지일 수 있다. 제2 에너지의 전력 밀도는 약 20㎾/㎠ 내지 약 500㎾/㎠, 예컨대 약 50㎾/㎠ 내지 약 200㎾/㎠, 예를 들어 약 100㎾/㎠일 수 있다.
제1 에너지 및 제2 에너지 각각은, 레이저로부터의 에너지와 같은 상관 에너지(correlated energy), 또는 비-증폭 방출기 또는 매체와 같은 단순 방출기, 또는 광학 증폭기에 결합된 방출기일 수 있는 비-발진 광학 소스(non-oscillating optical source)로부터의 에너지와 같은 무상관 에너지(uncorrelated energy)일 수 있다. 전형적으로, 제1 에너지는 레이저 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 고체 상태 소스에 의해 방출될 것이지만, 램프 방출기도 또한 이용될 수 있다.
제1 에너지 및 제2 에너지 각각은 광학 시스템을 이용하여 기판에 지향될 수 있다. 요구되지는 않지만, 제1 또는 제2 에너지를 위해 이용되는 광학 시스템은 에너지의 균일성을 증가시키는 균질화기(homogenizers) 및/또는 확산기(diffusers)와 같은 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 광학 시스템은, 원하는 광학 경로를 따라 제1 에너지를 조종(steer)하고 제1 에너지를 임의의 원하는 형상으로 성형하는 굴절, 반사, 투과 및 흡수 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 에너지는 기판 표면에서 얇은 직사각형과 같은 라인 이미지로 성형될 수 있다. 광학 시스템은 제1 에너지의 균일성을 원하는 방식으로 감소시키는 컴포넌트들을 또한 포함할 수 있다. GRIN 컴포넌트들과 같은 그레이디드 굴절 및/또는 확산 컴포넌트들이 그러한 목적을 위해 이용될 수 있다.
제1 에너지 및/또는 제2 에너지는 기판 표면에 실질적으로 수직으로, 또는 기판 표면에 의해 정의된 평면에 대해 대략 브루스터 각도와 수직 사이의 임의의 각도, 예를 들어 약 45° 내지 약 90°, 예컨대 약 60° 내지 약 90°, 예를 들어 약 89° 또는 수직에 가까운 임의의 각도로 지향될 수 있다. 제1 및 제2 에너지는 동일한 각도로 또는 상이한 각도들로 기판 표면에 지향될 수 있다.
제1 에너지 및 제2 에너지 각각은 처리 구역의 부분 또는 처리 구역 전체를 조명하기 위해 기판 표면에 지향될 수 있다. 기판 표면 상의 제1 에너지의 이미지는 기판 표면 상의 제2 에너지의 이미지로부터 이격되거나 그에 인접하거나 그와 중첩할 수 있고, 또는 제2 이미지를 둘러쌀 수 있다. 제1 에너지의 이미지는 제2 에너지의 이미지와 동일한 형상 또는 상이한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 에너지의 이미지는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 라인 형상 또는 불규칙 형상일 수 있다. 전형적으로, 제2 에너지의 이미지는 기판 표면에서 야기되는 열 변형의 제어를 유지하기 위해 제어된 형상을 가질 것이다. 일 실시예에서, 제2 에너지는 약 100㎛ × 약 1㎝ 치수의 직사각형 이미지로 성형되고, 제1 에너지는 제1 에너지의 이미지를 둘러싸는 원형 스폿 이미지로 성형된다.
제1 에너지 및 제2 에너지는 원한다면 둘 이상의 부분을 동시에 처리하도록 패터닝될 수 있다. 제1 에너지 및 제2 에너지의 복사 필드를 기판 표면의 둘 이상의 상이한 부분을 조명하는 둘 이상의 복사 필드로 분할하기 위해, 회절 격자, 브래그 격자, 빔 스플리터 등과 같은 회절 컴포넌트들이 이용될 수 있다. 시스템은, 둘 이상의 상이한 부분이 인접하거나 중첩하거나 또는 이격되도록 배열될 수 있다. 제1 및 제2 에너지를 둘 이상의 상이한 복사 필드로 분할하는 것은 또한 둘 이상의 기판의 동시 프로세싱에도 유용할 수 있다. 예를 들어, 복수의 기판은, 제1 에너지 방출기 및 제2 에너지 방출기로부터의 복사 필드가 각각의 기판의 부분에 동시에 전달되도록 제1 에너지의 방출기, 제2 에너지의 방출기, 분할 시스템 및 조종 시스템을 구비하는 광학 시스템과 정렬되어(in registration with) 위치될 수 있다.
106에서, 기판 및/또는 제1 및 제2 에너지는 제1 및 제2 에너지에 대한 기판의 상대적인 위치가 변하도록 이동된다. 기판은 정밀 x-y 스테이지, x-y-z 스테이지, r-θ 스테이지 등과 같은 이동가능한 스테이지 상에 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 에너지 소스들 및 광학 시스템들은 기판의 원하는 영역을 조명하도록 복사를 위치시키는 갠트리에 부착될 수 있다. 상대적인 이동은 기판 표면의 모든 원하는 영역들이 궁극적으로 처리되도록 기판의 표면을 따라 처리 구역을 병진시킨다. 처리 구역은 부스트로피돈 패턴(boustrophedonic pattern)과 같은 세그먼트화된 선형 패턴으로 이동될 수 있거나, 또는 처리 구역은 나선 패턴으로 이동될 수 있다.
에너지 소스들이 연속파 소스들인 실시예에서, 에너지 소스들로부터의 복사가 기판 표면을 가로질러 주사되도록, 기판이 이동될 수 있거나 또는 에너지 소스들이 기판을 가로질러 주사될 수 있다. 처리 구역에서 열 프로세스를 달성하기 위해, 제2 에너지 소스의 복사 필드에서의 처리 구역의 원하는 체류 시간(residence time)을 제공하도록 주사 속도가 선택된다. 주사 속도는 약 0.1㎜/sec 내지 약 1m/sec, 예컨대 약 1㎜/sec 내지 약 20㎜/sec, 예를 들어 약 5㎜/sec일 수 있다. 주사 동안, 기판 표면 상에서의 에너지 필드들의 이미지들의 상대적인 위치들은 실질적으로 일정하게 유지될 수 있거나, 또는 원한다면 상대적인 위치들은 변할 수 있다. 일 실시예에서, 에지 효과들을 보상하기 위해 처리 구역이 기판의 에지 부근에 있을 때에 제1 에너지가 제2 에너지에 대하여 상이하게 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 에너지 및 제2 에너지는 약 5cm/sec 내지 약 100cm/sec의 속도로 기판을 가로질러 주사된다.
도 2는 일 실시예에 따른 장치(200)의 개략적인 측면도이다. 장치(200)는 방법(100)의 실시예들을 수행하기 위해 이용될 수 있다. 장치(200)는 반도체 기판들 상에서 열 프로세스들을 수행하기 위한 열 프로세싱 장치이다. 장치(200)는 선택적으로 이동가능한 스테이지(204) 상에 위치된 작업 표면(202)을 갖는다. 스테이지(204)는 정밀 x-y 스테이지, x-y-z 스테이지, x-θ 스테이지 등일 수 있다. 에너지 어셈블리(206)가 복사 에너지를 작업 표면(202)을 향해 지향시키도록 위치된다. 에너지 어셈블리(206)는 에너지 소스(208) 및 광학 어셈블리(210)를 갖는다. 광학 어셈블리(210)는 에너지 소스(208)로부터 에너지를 수신하고, 이 에너지를 작업 표면(202)에 전달한다.
에너지 소스(208)는 적어도 2개의 에너지 방출기(212 및 214)를 갖는다. 제1 에너지 방출기(212)는 램프, LED, 포토다이오드와 같은 낮은 전력 방출기, 또는 레이저 다이오드와 같은 낮은 전력 레이저일 수 있고, 약 250㎚ 내지 약 800㎚, 예컨대 약 300㎚ 내지 약 500㎚, 예를 들어 약 450㎚의 파장을 갖는 복사를 방출할 수 있다. 제1 에너지 방출기(212)는 파이버 결합 레이저(fiber coupled laser) 또는 파이버 결합 레이저 다이오드 어레이일 수 있다. 제1 에너지 방출기(212)는 약 10㎽ 내지 약 10W의 전력을 갖는 복사 에너지를 방출할 수 있다. 제1 에너지 방출기(212)는 주파수 체배되거나(frequency multiplied) 튜닝가능할 수 있는 희토류 결정 또는 티타늄 사파이어 레이저와 같은 고체 상태 방출기일 수 있거나, 또는 제1 에너지 방출기(212)는 GaN 레이저 또는 InGaN 레이저와 같은 반도체 레이저일 수 있다. 제1 에너지 방출기(212)는 펄스화된 방출기, 연속파 방출기, 또는 준-연속파 방출기(quasi-continuous wave emitter)일 수 있다.
제2 에너지 방출기(214)는 약 10W 내지 약 10㎾, 예컨대 약 500W 내지 약 5㎾, 예를 들어 약 1㎾의 전력 레벨로 복사 에너지를 방출하는 중간 전력 방출기일 수 있다. 제2 에너지 방출기(214)는 증폭될 수 있다. 전형적으로, 제2 에너지 방출기(214)는 위에서 설명된 바와 같은 전력 출력을 갖는 레이저, 레이저 다이오드 어레이, 또는 LED 어레이와 같은 고체 상태 디바이스이다. 제2 방출기(214)는 약 800㎚ 내지 약 1,100㎚, 예컨대 약 900㎚ 내지 약 1,100㎚, 예를 들어 약 1,064㎚의 파장을 갖는 복사 에너지를 방출할 수 있다. 제2 방출기(214)는 Nd:YAG 레이저, 또는 티타늄 사파이어 튜닝가능 레이저와 같은 희토류 결정 레이저일 수 있다. 제2 에너지 방출기(214)는 펄스화된 방출기, 연속파 방출기, 또는 준-연속파 방출기일 수 있다.
제1 및 제2 에너지 방출기(212, 214)는 선택적인 갠트리(216)에 결합될 수 있고, 그러한 갠트리는 방출기들(212, 214)을 기판 표면 위의 원하는 위치들에 위치시키기 위해 이용될 수 있다. 갠트리(216)는 갠트리(216)의 레일(220) 상에 위치가능한 캐리지(218)를 가질 수 있다. 갠트리(216)는 전형적으로 x-y 포지셔닝 능력을 가지며, 따라서 레일(220)은 캐리지(224)를 각각 갖는 한 쌍의 이중-레일(222) 상에서 움직일(ride) 수 있다.
광학 어셈블리(210)는 복사 에너지를 에너지 방출기들(212, 214)로부터 작업 표면(202)으로 지향시키는 굴절, 반사, 회절 또는 흡수 컴포넌트들을 가질 수 있고, 그에 의해 방출기들에 의해 방출되는 에너지 필드들은 원하는 배열로 작업 표면을 조명한다. 광학 어셈블리(210)는 각각의 에너지 방출기를 위한 격리된 광학 시스템을 가질 수 있거나, 또는 결합된 광학 시스템이 하나보다 많은 에너지 방출기로부터의 복사 에너지를 작업 표면(202)에 지향시킬 수 있다. 광학 어셈블리(210)는 에너지 방출기들(212, 214) 각각으로부터의 복사 에너지가 동일한 형상 또는 상이한 형상들을 갖도록 성형, 포커싱 및/또는 이미징할 수 있다. 일 실시예에서, 광학 어셈블리(210)는 제1 에너지 방출기(212)로부터의 복사 에너지를 작업 표면(202)에서 원형 또는 타원형 형상을 갖는 필드로 성형하는 제1 광학 시스템(226), 및 제2 에너지 방출기(214)로부터의 복사 에너지를 100㎛×1㎝ 또는 75㎛×1.2㎝ 치수의 직사각형과 같은 라인 이미지로 성형하는 제2 광학 시스템(228)을 가질 수 있다. 제2 광학 시스템(228)은 라인 이미지의 형성을 돕기 위해 원통형 렌즈 또는 미러와 같은 애너모픽 컴포넌트(anamorphic component)를 가질 수 있다. 광학 시스템들(226, 228) 각각은 2개의 에너지 방출기(212, 214)로부터의 에너지 필드들을 위에서 설명된 바와 같이 매우 근접, 부분 중첩 또는 완전 중첩의 관계로 작업 표면(202)에 지향시키는 렌즈들 및 미러들과 같은 컴포넌트들을 갖는다.
광학 시스템들(226, 228)에서의 광학 요소들은 이동가능할 수 있고, 회전 또는 선형 액츄에이터들에 의해 작동될 수 있다. 예를 들어, 복사 에너지 필드들 중 임의의 것 또는 전부를 작업 표면(202) 상의 원하는 위치로 조종하기 위해, 선형으로 이동되거나 회전될 수 있는 조종 광학계가 광학 어셈블리(210)에 포함될 수 있다. 장치(200)를 이용하여 수행되는 프로세스들을 제어하기 위해, 선택적인 갠트리(216)의 캐리지들(218, 224), 스테이지(204)를 위한 선택적인 포지셔너(236), 에너지 소스들(212, 214), 및 광학 시스템들(226, 228)에 제어기(234)가 결합될 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 방법(300)을 요약한 흐름도이다. 방법(300)은 본 명세서에 설명된 다른 방법 및 장치를 이용하여 실시될 수 있다. 방법(300)을 이용하면, 원하는 패턴에 따라 반도체 기판 상에서 선택적 열 프로세스(selective thermal process)가 수행될 수 있다.
302에서, 기판에 의해 기껏해야 약하게만 흡수되는 처리 에너지에 반도체 기판의 부분이 노출된다. 기판이 처리 에너지에 대해 흡수 단면을 거의 또는 전혀 갖지 않아서, 기판 재료의 자연적인 흡수 단면을 변경하기 위한 조치가 취해지지 않는 한 처리 에너지의 대부분이 기판을 통과하게 된다는 점을 제외하면, 처리 에너지는 기판의 부분 상에서 열 프로세스를 수행하기에 충분한 전력 밀도를 갖는다. 일례에서, 기판은 실리콘을 포함하거나 실리콘으로 구성되고, 처리 에너지는 약 980㎚의 파장을 갖는 복사 에너지이며, 그러한 파장에서 실리콘은 거의 아무것도 흡수하지 않는다. 처리 에너지는 약 20㎾/㎠ 내지 약 500㎾/㎠, 예컨대 약 50㎾/㎠ 내지 약 200㎾/㎠, 예를 들어 약 100㎾/㎠의 전력 밀도를 가질 수 있다.
304에서, 낮은 전력 밀도를 갖는 활성화 에너지의 필드가 패터닝된다. 활성화 에너지는 약 250㎚ 내지 약 800㎚, 예를 들어 약 532㎚ 또는 약 700㎚의 파장을 갖는 가시 광일 수 있다. 활성화 에너지는 약 0.1W/㎠ 내지 약 10W/㎠, 예를 들어 약 5W/㎠의 전력 레벨을 가질 수 있다. 활성화 에너지는 마스킹 또는 회절과 같은 임의의 편리한 수단을 이용하여 패터닝될 수 있다. 마스크가 이용되는 경우, 활성화 에너지는 전형적으로 평면에 이미징되고, 마스크는 활성화 에너지에 선명하고 깨끗한 패턴을 제공하도록 이미지 평면 상에 위치된다. 마스크는 투과성 플레이트일 수 있고, 투과성 플레이트는 에너지가 이 플레이트를 통과하는 것을 차단하는 패턴으로 도포된 반사성 재료를 가지며, 그에 의해 패터닝된 에너지 필드를 초래한다.
306에서, 기판에 의한 처리 에너지의 흡수는 패터닝된 활성화 에너지를 그 부분에 동시에 지향시킴으로써 활성화된다. 활성화 에너지는 위에서 설명된 바와 같이 기판의 표면에서의 에너지 캐리어들을 여기시켜, 조명된 영역들에서의 처리 에너지의 흡수를 증가시킨다. 패턴의 선명한 정의가 요구되는 경우, 활성화 에너지는 적절한 광학 컴포넌트들을 이용하여 기판의 표면 상에 다시 이미징될 수 있다. 그러한 컴포넌트들은 예를 들어 도 2의 광학 시스템(226)에 포함될 수 있다.
308에서, 기판은 처리 에너지를 이용하여 선택적으로 처리된다. 활성화 에너지의 패턴은 처리 에너지가 기판에 의해 흡수되는 영역들을 정의하고, 그에 의해 활성화 에너지의 패턴에 따라 수행되는 선택적 열 프로세스를 초래한다.
방법(100)에서와 같이, 기판 표면은 부분들로 나누어서 프로세싱되며, 연속적인 부분들은 복사에 의해 순차적으로 프로세싱된다. 방법(300)에 있어서, 복사 에너지는 연속파 또는 펄스화된 에너지일 수 있다. 일 양태에서, 처리 에너지는 연속파 에너지일 수 있는 한편, 활성화 에너지는 펄스화된 에너지 또는 준-연속파 에너지이다. 예를 들어, 제1 부분은, 기판의 부분에서 처리 에너지의 필드를 제공하고, 처리 지속기간 동안 패터닝된 활성화 에너지를 스위치 온한 다음, 패터닝된 활성화 에너지를 스위치 오프함으로써 프로세싱될 수 있다. 기판 또는 복사 에너지 소스들은 처리 에너지를 유지하면서 제2 부분을 노출시키도록 이동될 수 있고, 제2 부분이 적절하게 위치될 때, 활성화 에너지는 제2 부분 상에서 열 프로세스를 수행하기 위해 스위치 온된 다음, 다시 스위치 오프될 수 있다. 이러한 방식으로, 처리 에너지를 연속적인 "온" 상태로 유지하면서, 기판 및/또는 에너지 소스들을 이동시키고 활성화 에너지를 점멸(flashing)시키거나 펄스화함으로써, 전체 기판이 프로세싱될 수 있다.
활성화 에너지 및 처리 에너지가 기판의 주어진 영역을 동시에 조명할 필요는 없다는 점에 유의해야 한다. 활성화 에너지는 기판 표면에서 전하 캐리어들을 활성화하며, 이는 기판에 의한 처리 복사의 흡수를 개선한다고 생각된다. 그러한 전하 캐리어들은 활성화 에너지에 의한 조명이 중지된 후의 짧은 지속기간 동안 활성화된 채로 남아있을 수 있다. 전하 캐리어들이 활성인 동안, 기판은 상승된 레벨(elevated level)에서 처리 에너지를 계속 흡수할 것이다. 따라서, 활성화 에너지는 중단될 수 있고, 짧은 지속기간 후에, 처리 에너지가 시작될 수 있다. 지속기간이 활성 전하 캐리어들의 소멸 시간(decay time)보다 짧은 경우, 처리 에너지의 흡수는 여전히 높을 것이다. 활성 전하 캐리어들의 소멸 시간은 재료에 종속하며, 약 0.1μsec 내지 약 1msec, 예컨대 약 1μsec 내지 약 500μsec, 예를 들어 약 200μsec일 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 활성화 에너지의 LED 방출기는 기판의 부분을 조명할 수 있다. LED 방출기는 비에너자이징될(de-energized) 수 있고, 위에서 설명된 바와 같은 지속기간 후에, 처리 에너지의 레이저 방출기가 처리 에너지를 그 부분에 전달하도록 에너자이징될 수 있다. 활성화 에너지 및 처리 에너지는 본 명세서에 설명된 에너지 타입들 중 임의의 것일 수 있다. 처리 에너지가 활성 전하 캐리어들의 소멸 지속기간 내에 활성화되므로, 처리 에너지의 흡수는 높은 채로 남아있는다.
일부 실시예들에서, 단일 에너지 소스가 이용될 수 있다. 약 10㎽/㎠ 내지 약 10W/㎠, 예컨대 약 50㎽/㎠ 내지 약 5W/㎠, 예를 들어 약 1W/㎠의 전력 레벨에서 약 250㎚ 내지 약 800㎚의 제1 파장으로 복사 에너지의 제1 펄스를 발생시키기 위해, 튜닝가능한 레이저들과 같이, 상이한 파장들에서의 복사 에너지의 강력한 방출이 가능한 에너지 소스들이 이용될 수 있다. 다음으로, 약 20㎾/㎠ 내지 약 500㎾/㎠, 예컨대 약 50㎾/㎠ 내지 약 200㎾/㎠, 예를 들어 약 100㎾/㎠의 전력 레벨에서 약 800㎚ 내지 약 1,100㎚의 제2 파장으로 복사 에너지의 제2 펄스를 발생시키기 위해 동일한 에너지 방출기가 이용될 수 있다. 제2 펄스는, 제1 펄스 후에, 레이징 매체가 제2 파장으로 튜닝되는 것을 허용하지만 제1 펄스에 의해 활성화된 전하 캐리어들이 비활성화될 정도로 길지는 않은 개재(intervening) 지속기간을 갖고서 발생된다. 전형적으로, 제1 펄스의 50% 소멸 시간과 제2 펄스의 50% 램프-업 시간 사이의 지속기간은 약 0.1μsec 내지 약 1msec, 예컨대 약 1μsec 내지 약 500μsec, 예를 들어 약 200μsec이다. 위에서 언급된 바와 같이, 주사가 이용되는 경우, 펄싱 속도 및 주사 속도는 기판의 모든 원하는 영역들을 처리하도록 조정된다.
전술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 발명의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 기판을 처리하는 방법으로서,
    10㎽/㎠ 내지 10W/㎠ 범위의 전력 밀도에서 제1 에너지 소스로 기판의 표면의 처리 구역에 제1 에너지 노출(energy exposure)을 전달함으로써 상기 처리 구역을 조명하는 단계; 및
    800nm 내지 1,100nm 범위의 파장 및 50kW/㎠ 내지 200kW/㎠ 범위의 전력 레벨에서 제2 에너지 소스로 상기 처리 구역에 제2 에너지 노출을 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 에너지 노출은 상기 기판의 상기 표면 상에서 상기 제1 에너지 노출에 의해 둘러싸이고,
    상기 제1 에너지 소스 및 상기 제2 에너지 소스 중 적어도 하나는 연속파 방출기이고,
    상기 제1 에너지 노출 및 상기 제2 에너지 노출은 5cm/sec 내지 100cm/sec 범위의 속도로 상기 기판을 가로질러 주사되고,
    상기 제2 에너지 노출은 상기 기판 표면에서 라인 형상으로 형성되고,
    상기 제1 에너지 노출 및 상기 제2 에너지 노출은 상기 라인 형상의 주축에 수직인 방향으로 주사되고,
    상기 제1 에너지 노출 및 상기 제2 에너지 노출은 세그먼트화된 선형 패턴으로 주사되고,
    상기 제1 에너지 노출의 위치는 주사 동안 상기 제2 에너지 노출의 위치에 대해 변하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지 노출은 450nm의 파장에서 상기 제1 에너지 소스에 의해 상기 처리 구역으로 전달되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 에너지 노출은 상기 주사 동안 항상 상기 기판의 상기 표면 상에서 상기 제1 에너지 노출에 둘러싸이는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지 소스 및 상기 제2 에너지 소스 중 적어도 하나는 고체 상태 발광 디바이스인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지 노출은 상기 제2 에너지 노출에 의해 조명되는 상기 기판의 면적보다 큰 상기 기판의 면적을 조명하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 에너지 노출은 900nm 내지 1,100nm 범위의 파장을 갖는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지 소스는 근-UV 파장(near-UV wavelength)을 갖는 복사 에너지 소스인, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 에너지 소스는 비-증폭 매체(non-amplifying medium)에 의해 방출되는, 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제2 에너지 소스는 근-IR 파장을 갖는 복사 에너지 소스인, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 에너지 소스는 하나 이상의 레이저에 의해 방출되는, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지 소스 및 상기 제2 에너지 소스 중 적어도 하나는 튜닝 가능한 레이저인, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지 노출과 상기 제2 에너지 노출 사이의 개재 지속기간(intervening duration)은 0.1μsec 내지 1msec 범위 내인, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지 소스 및 상기 제2 에너지 소스는 단일 에너지 소스인, 방법.
  14. 기판을 처리하는 방법으로서,
    제1 파장 및 10㎽/㎠ 내지 10W/㎠ 범위의 전력 밀도에서 제1 에너지 소스로 기판의 표면의 처리 구역에 제1 에너지 노출(energy exposure)을 전달함으로써 상기 처리 구역을 조명하는 단계; 및
    상기 제1 파장보다 큰 제2 파장 및 50kW/㎠ 내지 200kW/㎠ 범위의 전력 레벨에서 제2 에너지 소스로 상기 처리 구역에 제2 에너지 노출을 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 에너지 노출은 상기 기판의 상기 표면 상에서 상기 제1 에너지 노출에 의해 둘러싸이고,
    상기 제1 에너지 소스 및 상기 제2 에너지 소스 중 적어도 하나는 연속파 방출기이고,
    상기 제1 에너지 노출 및 상기 제2 에너지 노출은 5cm/sec 내지 100cm/sec 범위의 속도로 상기 기판을 가로질러 주사되고,
    상기 제2 에너지 노출은 상기 기판 표면에서 라인 형상으로 형성되고,
    상기 제1 에너지 노출 및 상기 제2 에너지 노출은 상기 라인 형상의 주축에 수직인 방향으로 주사되고,
    상기 제1 에너지 노출 및 상기 제2 에너지 노출은 세그먼트화된 선형 패턴으로 주사되고,
    상기 제1 에너지 노출의 위치는 주사 동안 상기 제2 에너지 노출의 위치에 대해 변하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 파장은 450nm인, 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제2 파장은 800nm 내지 1,100nm 범위 내인, 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제2 에너지 노출은 상기 주사 동안 항상 상기 기판의 상기 표면 상에서 상기 제1 에너지 노출에 둘러싸이는, 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제1 에너지 소스 및 상기 제2 에너지 소스 중 적어도 하나는 고체 상태 발광 디바이스인, 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 제1 에너지 노출은 상기 제2 에너지 노출에 의해 조명되는 상기 기판의 면적보다 큰 상기 기판의 면적을 조명하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 파장은 900nm 내지 1,100nm 범위 내인, 방법.
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