KR20020093805A

KR20020093805A - 레이저 열처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20020093805A
Application number: KR1020027010421A
Authority: KR
Inventors: 호리럭앤드류엠; 왕웨이지안; 스티테스데이비드쥐; 퐁유췌
Original assignee: 울트라테크 스테퍼 인코포레이티드
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-12-16
Also published as: WO2001061407A1; JP4921673B2; JP2003524892A; DE60041833D1; EP1256030A4; EP1256030B1; EP1256030A1; JP2012023397A; US6366308B1; KR100751741B1

Abstract

하나 이상의 공작물 필드 (78) 를 갖는 공작물 (74) 을 레이저 열처리 (LTP) 하는 방법 및 장치 (10) 가 개시된다. 이 장치는, 1000 개 이상의 공간 모드를 가지며 1 나노세컨드 내지 1 마이크로세컨드의 순간 펄스 길이를 갖는 하나 이상의 방사 펄스를 방출할 수 있는 고체 레이저 펄스 광원 (14); 공작물을 지지하는 공작물 스테이지 (70); 및 노광필드 (64) 를 갖는 조명광학시스템을 구비한다. 조명광학시스템은, 레이저 광원과 공작물 스테이지와의 사이에 배치되어, 노광필드 내의 하나 이상의 공작물 필드 중 적어도 하나를 ±5 % 이하의 조도 균일도를 갖는 하나 이상의 펄스 방사로 조명한다.

Description

레이저 열처리 장치 및 방법{LASER THERMAL PROCESSING APPARATUS AND METHOD}

발명의 분야

본 발명은 열처리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 높은 조도 방사의 쇼트 펄스로 공작물을 균일하게 조사함으로써 공작물을 급속 열처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

발명의 배경

급속 열처리 (RTP) 는 공작물의 변경을 실현하기 위해 기판("공작물")을 가열하는 단계 (및 후속으로 냉각하는 단계) 를 수반한다. 공작물의 RTP 가 요구되는 여러 산업상의 응용에는, 예를 들어, 금속을 어닐링하는 것, 및 합금을 형성하는 것, 또는 반도체 내의 도펀트를 전기적으로 활성화시키는 것 등이 있다. 화로내의 공작물을 서서히 가열하는 것으로부터 플래시 램프로부터의 방사 플래시로 공작물을 노광하는 것까지, 당분야에 주지된 여러 RTP 기술이 존재한다.

특정한 RTP 기술이 주어진 응용에 적당한지 여부는 기본적으로 소망의 처리를 수행하기 위해 공작물을 어떻게 가열할 필요가 있느냐에 의존한다. 예를 들어, 소정 타입의 반도체 장치 구조물을 형성할 때 어떤 반도체 웨이퍼를 어닐하기 위해, 핫 플레이트 또는 방사 램프로 고온으로 웨이퍼를 가열한 다음, 실내 온도의 냉각 플레이트 상에 놓음으로써 웨이퍼를 냉각시키는 것이 실용적인 RTP 기술이다.그러나, 이 기술은 웨이퍼의 작은 영역만이 가열되고 극히 빠르게 (예를 들어, 마이크로세컨드) 냉각되어야 하는 응용에는 적당하지 않은 데, 그 이유는 웨이퍼의 열 덩어리에 의해 단순히 그러한 급속한 가열 및 냉각을 할 수 없기 때문이다. 그러한 가열 및 냉각에 플래시-램프가 사용될 수 있지만, 플래시-램프는 대개 많은 반도체 응용에서 공작물의 변경을 실현하기 위해 공작물로 에너지를 전달하기 위해 필요한 조도 및 순간 펄스 길이를 갖지 않는다.

서브-마이크로세컨드 가열 및 냉각 시간이 요구되는 커다란 잠재력을 가질 수 있는 RTP 기술은 펄스 레이저의 사용을 수반하며, 여기서 "레이저 열처리" 또는 "LTP" 로 지칭된다. 대부분의 RTP 기술은 기판 평면에서 최소 레벨의 열적인 균일도를 요구한다. 기판을 가열하기 위해 광원 또는 레이저를 사용할 때, 이러한 열적인 균일도 요구조건은 조명 균일도 요구조건으로 변화된다. 불행하게도, 펄스 레이저는 RTP 를 효과적으로 수행하기 위해 필요한 조명 균일도 및 펄스-대-펄스 안정성이 부족하기 때문에, 이러한 요구조건은 LTP 용 펄스 레이저의 사용에 의해 방해를 받는다.

일반적으로, 레이저 방사가 처리될 공작물 (예를 들어, 웨이퍼) 상으로 향하면, 마이크로 및 매크로 조도 불균일이 생긴다. 매크로 강도 불균일도 문제는 광 터널, 균질화 로드 및 "플라이 아이 어레이" 와 같은 다양한 현재-공통 균일화 기술(now-common uniformizing technique)을 통해 다루어졌다. 그러나, 레이저광의 코히어런스 성질에 의해 야기되는 마이크로 강도 불균일도 때문에, 레이저는 RTP 도구용 공통 광원으로 될 수 없었다. 엑시머 레이저는 대부분의 다른 레이저 (가스 디스차지 또는 고체 레이저 등) 보다 "인코히어런트(incoherent)" 이기 때문에 산업에 성공적으로 배치되었지만, 모든 산업적인 응용에 적합한 것은 아니고, 특히 LTP 에는 적합하지 않은 데, 그 이유는 펄스-대-펄스 안정성이 부족하기 때문이다. 엑시머 레이저가 갖는 다른 문제점은 사이즈 ("풋프린트") 가 크다는 것과 유지 비용이 높다는 것이다.

상술한 바와 같이, LTP 는 반도체 산업에 커다란 잠재적인 응용성을 갖고 있다. 전자 집적회로의 제조는 기판의 도전성을 변경하기 위해 반도체 (예를 들어, 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비화물 등) 기판의 내부에 도펀트 (N 또는 P 형) 를 도입하는 이온 주입을 수반한다. 일반적으로 이러한 절차는 MOSFET 트랜지스터의 소스 또는 드레인 혹은 BIPOLAR 트랜지스터의 베이스, 에미터, 콜렉터, 다이오드의 캐소드, 저항 영역 소자 혹은 심지어 캐패시터 플레이트를 주입할 때 사용된다. 간단히, 반도체 기판의 도전성을 변경하는 것이 바람직한 많은 이유들이 있다. 도펀트 이온의 주입에 의해 도펀트가 주입되는 결정 기판의 화학적 결합이 깨지고, 몇몇 경우에, 그 영역을 비정질로 만든다, 즉 그 영역의 결정 격자를 깨뜨린다.

주입에 의해 규정되는 전자 부품의 우수한 전기적인 성능을 얻기 위해, 주입된 영역은 어닐되어야 한다. 어닐 프로세스에 의해 미리 비정질화되었던 영역이 보다 결정 구조로 재생성된다. 또한, 도펀트는 이들 원자들을 반도체 기판의 결정 격자 내부에 포함시킴으로써 "활성화" 되어야 한다. 이것은, 대량의 열에너지를 단시간내에 상기 영역에 제공한 다음, 상기 영역을 급속으로 냉각시켜열처리를 완료할 것을 요구한다.

성공적인 LTP 장치는 10 가지의 설계 요구조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 첫번째는, 장치가 완전히 자동이고 리모트 웨이퍼 핸들링을 포함하여, 많은 기판 ("공작물") 을 인간의 개입없이 처리할 수 있어야 한다는 것이다. 두번째는, 장치가 완전한 다이-대-다이 필드를 노광한다, 즉 부분적인 필드의 노광이 없어야 한다는 것이다. 세번째는, 장치가 펄스 마다의 충분한 조도를 제공하여 도펀트 활성화 또는 열적인 어닐링과 같은 LTP 의 목적을 달성하는데 충분한 펄스 마다의 조도를 제공해야 한다는 것으로, 펄스 마다 0.1 J/cm²내지 1.0 J/cm²의 조도 레벨을 필요로 한다. 네번째는, 노광필드상의 조명 균일도 (매크로 및 마이크로 균일도 모두) 가 ±5% 이내이고, 따라서 대응하는 열적인 균일도도 똑같이 균일해야 한다는 것이다. 다섯번째 요구조건은, 필드 마다의 결과가 반복가능하도록 레이저의 펄스-대-펄스 에너지 안정성 (반복성) 이 ±5% 이내 (바람직하게는 서브 마이크로세컨드 펄스에 대해 나노세컨드만큼만 변한다) 인 것이다. 여섯번째는, 공작물 상의 각 다이(즉, 공작물 필드)가 ±50 마이크론 (비활성 KERF 설계 영역 이내) 이내의 정밀도로 노광필드에 정렬되어 적당한 노광이 각 필드내에 포함되어야 한다는 것이다. 일곱번째는, 노광필드의 에지에서의 조명 폴-오프(fall-off)가 매우 날카로와, 즉 50 마이크론 미만의 분해능, 공작물 상의 인접 필드에 노광이 없어야 한다는 것이다. 여덟번째는, 1 mm ×1 mm 로부터 22 mm ×22 mm 까지 필드 크기가 규정되어, LTP 장치가 사용될 수 있는 다양한 필드 크기가 허용될 수 있어야 한다는 것이다. 아홉번째는, 0.1 J/cm²내지 1.0 J/cm²의 에너지를 전달하도록 장치가 프로그램 가능해야 한다는 것이다. 열번째는, 공작물이 용융되었는지 여부, 전송되는 에너지량, 공작물로부터 반사되는 에너지량, 및 빔 프로파일과 같은, LTP 프로세스와 연관된 어떤 핵심 파라미터를 모니터하는 진단 능력을 장치가 가져야 한다는 것이다.

균일한 조명을 제공하는 많은 종래의 조명 장치가 있었지만, 상술된 요구조건을 만족하지는 않는다. 예를 들어, 발명의 명칭이 "Illumination System to Produce Self-luminous Light Beam of Selected Cross-section, Uniform Intensity and Selected Numerical Aperture" 인 미국 특허 제 5,059,013 호에는, 비균일, 넌-셀프-루미너스(non-self-luminous) 레이저 광빔을 제공하는 단계; 상기 빔을 제한하여 주변부 근처의 비균일성을 제거하는 단계; 반균일 광빔을 광 게이트로 제공하는 단계; 또한 램프 광빔을 광학 적외선 트랩에 제공하는 단계; 상기 레이저 광빔 또는 램프 광빔을 선택적으로 광빔 특성화 서브시스템으로 보내는 단계; 선택된 반형상 반균일 넌-셀프-루미너스 광빔을 제한하여 선택된 형상 반균일 넌-셀프-루미너스 광빔을 제공하는 단계; 선택된 개구수에 관련된 초점 길이의, 선택된 형상 반균일 넌-셀프-루미너스 광빔을 내부 전반사 빔정형 균일화기의 입력면상에 초점맞추어, 균일화기내의 다중 반사 및 빔의 상이한 부분들의 상호 중첩을 일으킴으로써, 출사면에 선택된 형상 균일 세미-셀프-루미너스 광빔을 제공하는 단계로서, 빔정형 균일화기의 길이가 선택된 강도 균일도에 관련되는 상기 단계; 상기 광빔을확산시키는 단계; 상기 선택된 형상 균일 셀프-루미너스 광빔을 콜렉션 렌즈를 통과시켜 응용 서브시스템을 향하여 선택된 개구수를 갖는 상기 광을 옮기는 단계에 의해, 선택된 단면 형상 및 균일한 강도의 광빔을 발생시켜, 선택된 개구수로 셀프-루미너스리 방출하는 조명 시스템을 개시하고 있다. 불행하도, 이 조명 시스템은 매우 복잡하고, 내부 전반사 균질화 로드내의 레이저 코히어런스 효과로부터 기인하는 마이크로-비균일도의 발생을 다루지 않는다. 이것은 < ± 5% 인 매크로 및 마이크로 균일도 요구조건을 나타내는 다섯번째 조건을 만족하지못한다.

발명의 명칭이 "Laser Beam Irradiating Apparatus Enabling Uniform Laser Annealing" 인 미국 특허 제5,357,365호에는, 샘플의 전체 표면에 대해 높은 정밀도 및 균일도로 레이저 어닐할 수 있는 레이저빔 조사장치를 개시하고 있다. 레이저 광원으로부터 출력된 레이저빔의 루미너스 플럭스는 빔 익스팬더에 의해 확대된다. 빔 익스팬더를 통과한 레이저빔의 파워는 합성 석영으로 이루어진 반파장 플레이트 및 합성 석영으로 이루어진 편광 프리즘에 의해 조정된다. 편광 프리즘으로부터 방출되는 레이저빔은 미러에 의해 소정 위치로 유도되고, X 축 회전 미러에 의해 X 축의 방향으로 스윙된다. X 축 회전 미러로부터 반사된 레이저빔은 f-θ렌즈에 의해 직경이 축소되어 실리콘 웨이퍼 표면에 소정의 빔 스팟 직경을 가지며, 레이저빔 주사가 일정한 속력으로 실시된다. 반파장 플레이트 및 편광 프리즘이 합성 석영으로 형성되어 있기 때문에, 레이저빔의 연속적인 조사에 의해 발생되는 광학 구성부품의 열 변형이 억제될 수 있어, 레이저빔의 빔 프로파일이 안정화될 수 있으므로, 높은 균일도 및 높은 정밀도의 레이저 어닐링이 가능하다.불행히도, 이러한 조명 시스템은 매우 복잡하고, 공작물에서 사이즈가 축소된다. 즉, 작은 영역만이 노광되고, 공작물을 가로질러 주사된다. 이러한 접근 방법은 풀 필드 노광을 제공해야 하는 두번째 요구 조건과 일치하지 않는다.

본 발명의 요약

본 발명은 열처리에 관한 것으로, 특히 쇼트 펄스의 높은 조도 조사로 공작물을 균일하게 조사함으로써 공작물을 급속 열처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제 1 양태는 하나 이상의 공작물 필드를 갖는 공작물을 처리하는 LTP 장치이다. 이 장치는, 1000 개 이상의 공간 모드를 가지며, 1 나노세컨드 내지 1 마이크로세컨드의 순간 펄스 길이를 갖는 하나 이상의 방사 펄스를 방출할 수 있는 고체 레이저 펄스 광원; 상기 공작물을 지지하는 공작물 스테이지; 및 노광필드를 갖는 조명광학시스템을 구비하며, 상기 조명광학시스템은 상기 레이저 광원과 상기 공작물 스테이지와의 사이에 배치되어 ±5 % 미만의 조도 균일도를 갖는 상기 하나 이상의 방사 펄스로 상기 노광 필드 내의 하나 이상의 공작물 필드 중 적어도 하나를 조명한다.

본 발명의 제 2 양태는, 조명광학시스템이, 레이저 광원으로부터 광축을 따르는 순서로, 빔전송시스템, 확산기, 옵티컬 인테그레이터, 노광 필드의 사이즈를 규정하는 가변 개구조리개 및 노광필드를 형성하는 결상광학시스템을 포함하는 장치이다.

본 발명의 제 3 양태는, 노광 필드상의 공작물을 레이저 열처리하는 방법이다. 상기 방법은, 상기 공작물을 상기 노광필드에 정렬시키는 단계; 1000 개 이상의 공간 모드를 가지며, 1 나노세컨드 내지 1 마이크로세컨드의 순간 펄스 길이를 갖는 방사 펄스를 ±5 % 미만의 펄스 반복성의 펄스로 방출할 수 있는 레이저 광원으로부터 소정의 조도를 갖는 하나 이상의 거의 인코히어런트 방사 펄스를 제공하는 단계; 상기 방사 펄스가 상기 노광필드상에서 ±5 % 미만의 균일도로 변화하도록 상기 방사 펄스를 균일화하는 단계; 및 상기 하나 이상의 방사 펄스로 상기 노광필드상의 상기 공작물을 노광하는 단계를 구비한다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 본 발명의 LTP 장치의 개략적인 다이어그램;

도 2 는 광터널을 통과하는 3 개의 광선 중, 2개는 단일 반사("바운스")되고, 하나는 똑바로 진행하는 것을 나타내는, 광터널 옵티컬 인테그레이터의 개략적인 광학 다이어그램 측면도; 및

도 3 은 도 1 의 장치로 LTP 를 수행하는 방법과 관련된 방법 단계들의 흐름도이다.

본 발명의 상세한 설명

본 발명은 열처리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 쇼트 펄스의 높은 조도 조사로 공작물을 균일하게 조사함으로써 공작물을 급속 열처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 LTP 장치 (10) 는, 축 (A1) 을 따라, 레이저 광원 (14) 을 구비한다. 레이저 광원 (14) 은 펄스 레이저광 (방사) 을 발생시킬 수 있는 고도의 다중모드, 고체 레이저인 것이 바람직하다. 레이저 광원 (14) 은 1000 개 이상의 공간 모드를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10,000 개 이상의 공간 모드를 가져서 공간적으로 인코히어런트인 것이 필수적이다. 이것은, 빔 균일화 광학 소자를 갖는 광학 시스템조차도, 작은 얼룩 또는 간섭 무늬가 조도의 마이크로 균일도 변동을 100 % 까지 발생시킬 수 있기 때문이다. 이것은, 빔 균일화 광학 소자내의 원 레이저빔의 일부가 레이저빔의 다른 부분과 코히어런트하여 작은 얼룩을 발생시켜서 마이크로 균일도 변동 또는 모듈레이션이 초래될 때 발생한다. 본 발명자에 의해, 그러한 코히어런스 효과로부터 기인하는 마이크로 균일도 변동 (또는 모듈레이션)은 레이저 광원의 공간 모드의 개수를 증가시킴으로써 감소될 수 있음이 밝혀졌다. 코히어런스 효과에 의한 조사 비균일도의 % 모듈레이션은 다음의 관계식에 의해 공간 모드, M 의 함수로서 거의 표현될 수 있다:

% 모듈레이션 (±1σ) = ±M^-1/2

본 발명의 목적을 위해, 코히어런스 효과에 의한 소정 레벨의 모듈레이션을 발생시키는 모드의 개수는 위의 관계식에 의해 주어진다. 예를 들어, ±3% 모듈레이션의 ±3σ균일도 요구조건에 대하여, ±1σ= ±1% 가 요구된다. 이러한 값을 달성하기 위해, M = 10,000 모드이다.

레이저 광원 (14) 은, 약 1 나노세컨드보다 길지만 약 1 마이크로세컨드보다 짧은 순간 펄스 길이, 단위 펄스당 100 mJ/cm²내지 1000 mJ/cm²의 에너지 출력,약 0.3 내지 1.5 미크론의 동작 파장, ±5% 이상의 빔 균일도, 및 ±5% 이하의 펄스-대-펄스 안정성을 갖는 것이 더욱 바람직하다.

고도의 코히어런트 레이저를 요청하는 대부분의 상업적인 응용은 단지 하나의 또는 몇개(< 10)의 모드를 갖기 때문에, 위의 요구조건을 만족하는 광원 (14) 을 찾는 것은 어렵다. 엑시머 레이저로 알려진 레이저는 충분한 개수의 모드를 갖는다; 그러나 이러한 레이저는 통상 안정적이지 않아 펄스-대-펄스 안정성 요구조건을 만족하지 못한다. 고체 레이저 광원은 충분한 안정성을 나타낸다. 불행히도, 본 발명에 고도의 코히어런트 고체 레이저 광원 (14) 을 사용하면, 마이크로 비균일도가 나타나므로, 안정적이지 않다. 그럼에도 불구하고, 본 발명자는 멀티모드 고체레이저에 의해 현재 활용가능한 고체 레이저에 존재하는 마이크로 비균일도가 제거될 수 있음을 인식했다. 그러한 레이저는 실제로 이전에 개발되었지만, 역사적으로 실제적인 용도가 거의 없었기 때문에 현재로는 상업적으로 활용가능하지 않다. 그럼에도 불구하고, 본 발명자는 캘리포니아주 산타클라라에 있는 Continuum, Inc., 에 의해 16 나노세컨드(FWHM) 펄스길이 및 대략 150 이상의 M²을 갖는 이중 멀티모드 Nd:YAG 레이저를 제조함으로써, 안정된 레이저 광원 (14) 에 대한 상술된 요구조건을 만족시킬 수 있었다. 변형되어 다수의 공간 모드로 동작하는 레이저 광원 (14) 의 예로는, Nd:YAG 레이저, Nd:글래스 레이저, 알렉산드라이트 레이저, 및 Ti:사파이어 레이저가 있다. 이들 레이저는 그들의 고유 레이징 주파수에서 동작할 수 있거나, 또는 주파수 다중화 (즉, 주파수 이중화, 삼중화 또는 사중화) 될 수 있다.

레이저 광원 (14) 은 레이저 광원 제어유닛 (16) 에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 레이저 광원 제어유닛은 차례로 컴퓨터 (20) 에 전기적으로 접속되어 있고, 컴퓨터는, 아래에 상술되는 전자 신호를 통해, 아래에 설명되는 광원 제어유닛과 다른 제어유닛 및 검출기를 제어한다. 컴퓨터 (20) 의 예로는, 텍사스주 오스팀에 있는 Dell Computer 와 같은 수많은 컴퓨터 회사 중 하나로부터 구입할 수 있는 개인용 컴퓨터가 있다. 컴퓨터 (20) 는, Intel PENTIUM^TM시리즈, 또는 AMD K6^TM또는 K7^TM프로세서와 같은 상업적으로 구입할 수 있는 임의의 프로세서, 하드 디스크와 같은 프로세서를 메모리 장치에 접속하는 적당한 버스 아키텍처, 및 적당한 입출력 장치를 포함하는 것이 바람직하다.

도 1 을 계속 참조하면, 장치 (10) 은, 축선 (A1) 을 따른 인접한 레이저 광원 (14) 및 레이저 광원으로부터 방출되는 펄스 레이저광을 감쇠시키는 가변 감쇠기 소자 (24) 를 더 구비한다. 가변 감쇠기 소자 (24) 는 감쇠기 제어 유닛 (28) 에 동작적으로 접속되어 있고, 감쇠기 제어 유닛은 펄스 레이저광의 감쇠량을 제어한다. 감쇠기 제어 유닛 (28) 은 또한 컴퓨터 (20) 에 전기적으로 접속되어 있고, 컴퓨터는 전자 신호를 통해 감쇠기 제어 유닛을 제어한다. 가변 감쇠기 소자 (24) 는 예를 들어, 중성 밀도 그레이디드 감쇠기 휠 (neutral density graded attenuator wheel) 일 수 있고, 감쇠기 제어유닛 (28) 은 소망의 감쇠를 달성하기 위해 감쇠기 휠을 회전시킬 수 있는 모터 콘트롤러일 수 있다.

장치 (10) 은 또한 축선 (A1) 을 따른 순서로, 인접한 가변 감쇠기 소자 (24), 빔전송시스템 (32), 확산기 (36), 및 출력단 (42) 을 갖는 옵티컬 인테그레이터 (40) 를 구비한다. 확산기 (36) 는 입사된 광을 확산시키는 연마된 글래스 또는 다른 종류의 소자일 수 있다. 옵티컬 인테그레이터 (40) 는, 입사되는 레이저광을 복수의 세그먼트로 분할하는 복수의 렌즈레트(lenslet)로 이루어지는 플라이아이렌즈일 수 있으며, 상기 복수의 세그먼트는 균일도를 향상시키도록 재결합된다. 도 2 를 참조하면, 옵티컬 인테그레이터 (40) 는, 광터널, 즉 다각형 단면과 통과하는 광을 전반사에 의해 반사하는 벽을 갖는 단단한 글래스 로드 또는 다각형 단면과 통과하는 광을 반사하도록 설계된 반사벽을 갖는 중공의 로드일 수 있다. 옵티컬 인테그레이터 (40) 에 대한 바람직한 디자인은, 정사각형 단면과 입력광의 각각의 평면에서 4 내지 10 회의 전반사를 지지할 수 있는 길이를 갖는 고체 석영 광터널이다(각각 한 번 전반사되는 2개의 빔이 도 2 의 평면도에 도시되어 있다). 이러한 반사("bounce") 회수의 범위는 가우스 프로파일을 갖는 빔을 취득하여 약 ±5% 이내로 균일화하는데 통상 요구된다. 1 mm 내지 22 mm 의 가변 사이즈의 노광 필드를 지지하는 예시적인 광터널은, 뉴 햄프셔주 레바논에 있는 Bond Optics 에서 구입할 수 있으며, 융합된 석영 또는 다른 광학 글래스로 만들어진 500 mm 의 길이, 5.7 mm ×5.7 mm 단면을 갖는다.

도 1 을 계속 참조하면, 장치 (10) 은, 축선 (A1) 을 따른 인접한 옵티컬 인테그레이터 (40), 빔 전송 광학시스템 (44), 가변 개구 조리개 (50) 를 더 구비한다. 빔 전송 시스템 (44) 은 옵티컬 인테그레이터 (40) 로부터 방출되는 광을포획하도록 설계된 F/# 를 갖는다. 레이저빔은 높은 조도를 갖기 때문에, 가변 개구조리개 (50) 는 열저항성 및 융제(ablation) 저항성이어야 한다. 바람직한 실시예에서, 가변 개구조리개 (50) 는, 스테인레스 스틸, 고도의 반사성 알루미늄 또는 텅스텐으로 만들어지고, 직사각형 또는 정사각형 개구를 형성하도록 배열된 4 개의 독립적으로 움직일 수 있는 블레이드(도시하지 않음)로 구성되어 있다. 가변 개구조리개 (50) 는 개구조리개 제어유닛 (56) 에 동작적으로 접속되어 있고, 상기 개구조리개 제어유닛은, 예를 들어 독립적으로 움직일 수 있는 블레이드를 제어함으로써, 가변 개구조리개 (50) 의 사이즈를 제어한다. 개구조리개 제어유닛 (56) 은 차례로 컴퓨터 (20) 에 전기적으로 접속되어 있으며, 상기 컴퓨터는 전자 신호를 통해 개구조리개 제어유닛을 제어한다.

장치 (10) 는, 가변 개구조리개 (50) 에 인접하게 배치된 결상 광학시스템 (60) 및 공작물 홀더로서 기능하며 처리될 공작물 (74) 을 지지할 수 있는 공작물 스테이지 (70) 를 더 구비한다. 결상 광학시스템 (60) 은 균일한 노광필드 (64) 상의 가변 개구조리개 (50) 의 이미지를 공작물 (74) 상에 형성하도록 배열되어 있다. 노광 필드 (64) 는 매우 날카로운 에지, 즉 바람직하게는 약 50 ㎛ 이하의 드롭 오프(drop off)를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 결상 광학시스템 (60) 의 분해능은 요구되는 에지의 날카로움의 오더, 즉 50 ㎛ 이하의 오더이어야 한다. 회절 제한 시스템에 대하여, 이러한 분해능은 에어리(Airy) 디스크의 반경 R 로서 표현될 수 있으며, R = 1.22 λ/NA 로 주어지고, 여기서, λ는 방사의 파장이고, NA 는 결상 광학시스템 (60) 의 공작물측 개구수이다. 50 ㎛ 의 분해능 R 과 파장 λ= 542 nm 에 대하여, NA = 0.01 이다. 많은 응용에 대하여, 결상 광학시스템 (60) 은 회절 제한을 요구하지 않으며, 구면 수차 또는 코마와 같은 기하학적인 수차에 의해 제한될 수 있다. 그러나, 조명 균일도를 유지하도록 필드 왜곡을 약 0.2 % 이하로 유지하는 것이 중요하다.

도 1 을 계속 참조하면, 공작물 (74) 은 표면 (74S) 을 가지며 통상적으로 이 표면상에 배열된 하나 이상의 공작물 필드 (78) 를 포함한다. 공작물 (74) 은, 예를 들어 공작물 필드 (78) 상에 배열된 복수의 집적회로 디바이스를 갖고 열적인 어닐링이 필요한 실리콘 반도체 기판일 수 있다. 공작물 스테이지 (70) 는 공작물 스테이지 콘트롤러 (80) 에 전기적으로 접속되어 있으며, 상기 공작물 스테이지 콘트롤러는 공작물 스테이지의 위치를 제어하여 노광될 공작물 (70) 을 하나 이상의 공작물 필드 (78) 상에 위치시킨다. 공작물 스테이지 콘트롤러 (80) 는 차례로 컴퓨터 (20) 에 전기적으로 접속되어 있으며, 컴퓨터는 전자 신호 및 콘트롤러 (80) 에 인가된 전자 신호를 통해 공작물 스테이지를 제어한다.

빔전송시스템 (32), 확산기 (36), 옵티컬 인테그레이터 (40), 가변 개구조리개 (50), 및 결상 광학 시스템 (60) 은 장치 (10) 내의 조명 광학 시스템의 필수적인 구성요소를 형성한다.

장치 (10) 는, 공작물 스테이지 (70) 에 인접하며 노광필드 (64) 와 특정한 공작물 필드 (78) 를 정렬하는 정렬시스템 (100) 을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 정렬시스템 (100) 은 공작물 (74) 의 정렬 상태를 측정하고, 그 정보를 함유하는 전기적인 신호를 컴퓨터 (20) 로 제공하며, 컴퓨터는 차례로 전기신호를 콘트롤러 (80) 에 인가하여 필요하다면 스테이지 (70) 를 재위치시킨다. 또한 광축 (A1) 을 따라 결상 광학시스템 (60) 과 공작물 스테이지 (70) 과의 사이에 배치된 빔 스플리터 (108) 및 광축 (A1) 에 수직하게 빔 스플리터를 통과하는 축 (A2) 를 따라 배치된 모니터링 검출기 (112 와 114) 를 장치 (10) 내에 포함함으로써, 공작물 (74) 을 향하여 진행하는 광의 일부가 빔 스플리터에 의해 검출기 (114) 를 향하여 편향되고, 공작물로부터 반사된 광의 일부가 빔 스플리터에 의해 검출기 (112) 를 향하여 편향되도록 하는 것이 바람직하다. 검출기 (112 와 114) 는 컴퓨터 (20) 에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 빔 스플리터 (108) 와 검출기 (112 와 114) 는 옵티컬 인테그레이터 (40) 의 출력단 (42) 과 공작물 스테이지 (70) 과의 사이의 축 (A1) 을 따르는 어느 곳에 배치될 수도 있다.

장치 (10) 은 또한 컴퓨터 (20) 에 전기적으로 접속되어 공작물 스테이지 (70) 와 동작가능하게 커뮤니케이션하는 공작물 핸들링 시스템 (120) 를 포함하는 것이 바람직하다. 공작물 핸들링 시스템 (120) 은 하나 이상의 공작물 (74) 을 공작물 저장 유닛 (124) 으로부터 또는 공작물 저장 유닛 (124) 으로 운반할 수 있고, 하나 이상의 공작물을 공작물 스테이지 (70) 로부터 또는 공작물 스테이지 (70) 로 운반할 수 있으므로, 공작물들이 공작물 스테이지로부터 제거되어 공작물 저장 유닛에 저장될 수 있고, 또는 공작물 저장 유닛으로부터 제거되어 공작물 스테이지상에 놓일 수도 있다.

LTP 법에 대한 설명

도 1 을 계속 참조하고, 도 3 의 플로우 차트 (300) 및 단계 310 - 420 을참조하여, 장치 (10) 의 동작 및 그와 관련된 방법이 설명된다.

먼저, 단계 310 에서, 공작물 스테이지 (70) 상에 공작물 (74) 이 없으면, 컴퓨터 (20) 는 전자 신호를 공작물 핸들링 시스템 (120) 으로 보내 공작물 저장 유닛 (124) 으로부터 공작물 스테이지 (70) 로의 공작물의 운반을 개시한다.

일단 공작물 (74) 이 공작물 스테이지 (70) 상에 놓이면, 단계 320 에서, 컴퓨터 (20) 는 전자 신호를 정렬시스템 (100) 으로 보내 공작물 (74) 상의 하나 이상의 공작물 필드 (78) 와 노광필드 (64) 를 정렬한다. 정렬시스템 (100) 은 공작물 (74) 의 정렬상태를 측정하여 정렬 정보를 함유하는 전자 신호를 컴퓨터 (20) 로 보낸다. 컴퓨터 (20) 는 차례로 전자 신호를 콘트롤러 (80) 로 보내 공작물 스테이지 (70) 를 재위치시켜 결상 광학시스템 (60) 의 베스크 포커스 상태에서 노광 필드 (64) 에 대해 적절하게 정렬되도록 공작물을 위치시킨다. 이러한 정렬 프로세스는 공작물 (74) 의 최적의 정렬 및 초점 위치를 달성하기 위해 여러 차례 반복될 수 있다.

일단 공작물 (74) 이 적절하게 위치되면, 단계 330 에서, 공작물을 처리하는데 요구되는 조사량이 컴퓨터 (20) 에 입력된다. 게다가, 노광필드 (64) 의 사이즈 및 위치도 컴퓨터에 기록된다. 이들 값은 또한 컴퓨터 (20) 의 메모리에 미리 저장되어 이 단계에서 불러들일 수도 있다.

어느 경우에도, 단계 330 의 조사량값에 기초하여, 단계 340 에서, 컴퓨터 (20) 는 전자 신호를 감쇠기 제어 유닛 (28) 으로 보내고, 감쇠기 제어 유닛은 차례로 가변 감쇠기 소자 (24) 를 조정하여 공작물 (74) 에서 소망의 조사량을 달성하도록 감쇠를 제공한다. 바람직하게는, 동시에, 단계 350 에서, 컴퓨터 (20) 는 전자 신호를 개구 조리개 제어 유닛 (56) 으로 보내 조리개 (50) 를 변화시킴으로써 노광 필드 (64) 의 사이즈를 조정한다.

일단 가변 감쇠기 소자 (24) 및 가변 조리개 (50) 가 적절하게 설정되면, 단계 360 에서, 컴퓨터 (20) 는 전자 신호를 광원 제어 유닛 (16) 으로 보내고, 광원 제어 유닛은 차례로 전자 신호를 통해 레이저 광원 (14) 을 활성화시키고, 레이저 광원은, 광축 (A1) 을 따르는 소정의 조도를 갖는 하나 이상의 레이저 방사 펄스 (즉, 펄스 레이저 방사빔) 를 제공한다. 많은 반도체 응용물에 대해, 이러한 조도는 0.1 J/cm²내지 1 J/cm²의 범위인 것이 바람직하다. 레이저 방사는 가변 감쇠기 소자 (24) 를 통과하여 미리 설정된 양만큼 감쇠된 다음, 빔 전송 시스템 (32) 을 통과한다.

빔 전송 시스템 (32) 은 하나 이상의 방사 펄스를 소망의 형태로 형성하여 그 빔을 확산기 (36) 로 중계한다. 예를 들어, 빔 전송 시스템 (32) 은 가느다란 레이저 방사빔을 취득하여 그것을 확대하여 확산기 (36) 의 전체 전면을 조사하는 빔 익스팬더일 수도 있다. 확산기 (36) 를 통과하자 마자 방사는 소정 범위의 각도로 확산된다. 이 확산된 방사는 그 다음에 옵티컬 인테그레이터 (40) 로 들어간다. 옵티컬 인테그레이터 (40) 가 광터널인 경우에, 광은 광터널 벽으로부터 반사되어 출력단 (42) 에서 재결합되고, 출력단에서 조도 분포는 균일하다(또는 거의 균일하다).

그 다음에, 빔 전송 광학 시스템 (44) 은 옵티컬 인테그레이터 (40) 의 출력단 (42) 으로부터의 광을 가변 개구조리개 (50) 로 전송 (즉, 중계) 한다. 가변 개구조리개는, 개구 제어 유닛 (56) 에 인가된 전자 신호를 통해, 컴퓨터 (20) 에 의해 공작물 (74) 상의 공작물 필드 (78) 의 사이즈에 대응하는 사이즈로 설정된 개구를 갖는다. 결상 광학 시스템 배율 β, 높이 h 의 정사각형 개구를 갖는 가변 개구 (50) 및 높이 h' 의 정사각형 필드 사이즈 (78) 에 대해, 가변 개구 높이 h 는 h'β로 설정되는 것이 바람직하다. β값의 통상적인 크기는 1 내지 10 이다.

도 1 및 도 3 의 플로우 차트 (300) 을 계속 참조하면, 단계 370 에서, 결상 광학 시스템 (60) 은 가변 개구조리개 (50) 를 통과하는 방사를 노광필드 (64) 상의 공작물 (74) 에 결상하여 노광필드와 미리 정렬된 공작물 필드 (78) 를 노광한다. 조사되고 있는 공작물 필드 (78) 가 균일하게 가열되도록 노광필드 (64) 상의 방사의 균일도는 ±5 % 이내인 것이 바람직하다. 노광필드 (64) 상의 조도의 불균일도는 공작물 (74) 을 구성하는 재료의 열확산 길이의 오더이거나 또는 열확산 길이보다 작은 것이 바람직하다. 열확산 길이는 T·k/(ρ·C) 의 제곱근으로 정의되며, 여기서 T 는 시간 (초) 이고, k 는 열전도도 (J/sec·cm·℃) 이고, ρ는 밀도 (gm/cm³) 이고, C 는 열용량 (J/gm·℃) 이다. 예를 들어, 실리콘으로 구성되는 공작물에 대해, 통상적인 열확산 길이는 10 나노세컨드 내지 1 마이크로세컨드 동안 1 - 10 미크론이다.

공작물 (74) 이 적절하게 처리되고 있다는 것을 보장하기 위해, 공작물 (74) 에 입사하고 공작물로부터 반사되는 방사를 모니터하는 것이 바람직하다. 따라서, 단계 380 에서, 결상 광학시스템 (60) 으로부터 방출되는 방사의 일부가 빔 스플리터 (108) 에 의해 검출기 (114) 로 돌려지고, 이 검출기는 입사되는 방사량에 대응하는 제 1 검출기 전자신호를 컴퓨터 (20) 로 보낸다. 또한, 공작물 (74) 로부터 반사된 방사의 일부가 빔 스플리터 (108) 에 의해 검출기 (112) 로 돌려지고, 이 검출기는 입사되는 방사량에 대응하는 제 2 검출기 전자신호를 컴퓨터 (20) 로 보낸다. 제 1 검출기 신호는 광원 (14) 으로부터 결상 광학 시스템 (60) 을 통한 장치 (10) 의 방사 처리량에 대한 정보를 함유한다. 제 2 검출기 신호는 공작물 (74) 의 표면 (74S) 에 대한 정보를 함유한다. 예를 들어, 표면 (74S) 이 높은 조도 방사의 노광에 의해 용융되면, 표면의 반사도가 증가할 것이고, 따라서 광원을 향하여 보다 많은 광을 반사할 것이고, 그 중 일부가 검출기 (112) 에 의해 검출될 것이다. 따라서, 검출기 (112) 에서 검출되는 광량의 점프는 공작물 (74) 의 표면 (74S) 의 상태 변화와 관련되어 있다. 제 1 및 제 2 검출기 전자신호를 모니터함으로써, 컴퓨터 (20) 는 광원 콘트롤러 (16) 에 제어 신호를 제공하여 광원을 제어할 수 있고, 감쇠기 제어 유닛 (28) 에 제어 신호를 제공하여 가변 감쇠기 소자 (24) 를 제어할 수 있고, 및/또는 공작물 스테이지 제어 유닛 (80) 에 제어신호를 공급하여 공작물 스테이지 (70) 를 제어할 수 있다, 예를 들어 상이한 공작물 필드 (78) 를 노광 필드 (64) 내에 위치시킬 수 있다.

제 1 공작물 필드 (78) 가 노광된 후에, 단계 390 에서, 다른 공작물 필드를노광할 지 여부가 결정된다. 결정이 "예" 이면, 단계 400 에서, 공작물 스테이지 (70) 는, 공작물 스테이지 콘트롤러 (80) 로 보내진 전기적인 신호를 통해 컴퓨터 (20) 에 의해 지시되어 스테이지 (70) 가 움직여지고, 이런 식으로, 다른 공작물 필드 (78) 가 노광 필드 (64) 내부로 이동되도록 공작물 (74) 이 움직여진다. 그 다음에, 단계 320 내지 단계 380 가 제 2 공작물 필드 및 후속의 공작물 필드에 대해 반복된다.

단계 390 에서의 결정이 "아니오" 이면, 다른 공작물이 처리되어야 하는지 묻는 단계 410 으로 진행된다. 대답이 "예" 이면, 단계 310 으로 되돌아가, 단계 310 내지 단계 390 이 반복된다. 대답이 "아니오" 이면, 단계 420, "종료" 에서 종료된다.

본 발명은 바람직한 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 그러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 반도체 응용물을 위한 LTP 프로세싱에 특별히 적용할 수 있지만, 본 발명은 예를 들어, 반도체 디바이스 제조 및 처리에서의 반도체 디바이스의 급속한 열적인 어닐링, 기록매체와 사전처리 기록매체 표면 및 그러한 다른 표면에 정보를 기록하는 것 등을 포함하는 다른 응용에도 유용하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 규정된 본 발명의 정신 및 범위내에 포함될 수 있는 모든 대체예, 변형예 및 동등물을 커버하도록 의도되어 있다.

Claims

하나 이상의 공작물 필드를 갖는 공작물을 레이저 열처리하는 장치로서,

1000 개 이상의 공간 모드를 가지며, 1 나노세컨드 내지 1 마이크로세컨드의 순간 펄스 길이를 갖는 하나 이상의 방사 펄스를 방출할 수 있는 고체 레이저 펄스 광원;

상기 공작물을 지지하는 공작물 스테이지; 및

노광필드를 갖는 조명광학시스템을 구비하며,

상기 조명광학시스템은 상기 레이저 광원과 상기 공작물 스테이지와의 사이에 배치되어 ±5 % 미만의 조도 균일도를 갖는 상기 하나 이상의 방사 펄스로 상기 노광 필드 내의 하나 이상의 공작물 필드 중 적어도 하나를 조명하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 조명광학시스템이, 상기 레이저 광원으로부터 광축을 따르는 순서로,

빔 전송시스템;

확산기;

옵티컬 인테그레이터;

상기 노광필드의 크기를 한정하는 가변 개구조리개; 및

상기 노광필드를 형성하는 결상광학시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는레이저 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 레이저 광원은 ±5 % 미만의 펄스 안정성의 펄스를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 레이저 광원과 상기 확산기와의 사이에 배치되어 상기 방사를 감쇠시키는 가변 감쇠기 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 가변 감쇠기 소자에 동작적으로 접속되어 상기 가변 감쇠기에 의해 제공되는 감쇠량을 제어하는 가변 감쇠기 제어유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 옵티컬 인테그레이터와 상기 가변 개구조리개와의 사이에 배치된 빔 전송 광학시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 가변 개구조리개에 동작적으로 접속되어 상기 가변 개구조리개의 크기를 제어하는 가변 개구조리개 제어유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 조명 광학시스템에 대해 상기 공작물 스테이지를 제어하고 위치맞춤하는 공작물 스테이지 제어유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 옵티컬 인테그레이터는, 그것을 통과하는 상기 방사 중 일부가 적어도 4 번 반사되도록 설계된 광 터널인 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 레이저 광원은, Nd:YAG 레이저, Nd:글래스 레이저, 알렉산드라이트 레이저, 및 Ti:사파이어 레이저로 이루어지는 레이저 광원 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 공작물 스테이지에 전자적으로 접속된 컴퓨터; 및

상기 컴퓨터에 전자적으로 접속되어, 상기 노광필드와 상기 공작물과의 사이의 얼라인먼트 상태를 측정하고, 상기 얼라인먼트 상태에 대응하는 전자 신호를 상기 컴퓨터로 제공하는 얼라인먼트 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 공작물 스테이지로 및 상기 공작물 스테이지로부터 공작물들을 이송하는 공작물 핸들링 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 공작물 핸들링 시스템을 통해 상기 공작물 스테이지로 및 상기 공작물 스테이지로부터 전달될 공작물들을 저장하는 공작물 저장 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
하나 이상의 공작물 필드를 갖는 공작물을 레이저 열처리하는 장치로서, 제 1 축을 따르는 순서로,

1000 개 이상의 공간 모드를 가지며, 1 나노세컨드 내지 1 마이크로세컨드의 순간 펄스 길이를 갖는 펄스 방사를 방출할 수 있는 고체 레이저 펄스 광원;

빔 전송 광학시스템;

확산기;

상기 확산기로부터의 광을 수광하도록 배치된 옵티컬 인테그레이터;

가변 개구조리개;

±5 % 미만의 조도 균일도의 노광필드를 갖는 결상 광학시스템; 및

상기 하나 이상의 공작물 필드 중 하나가 상기 노광필드 내에 들어가도록 상기 공작물을 지지하는 공작물 스테이지를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 광원과 상기 옵티컬 인테그레이터와의 사이에 배치된 가변 감쇠기 소자로서, 제 1 전자 신호를 통해 상기 가변 감쇠기 소자를 제어할 수 있는 감쇠기 제어유닛에 동작적으로 접속된 상기 가변 감쇠기 소자;

상기 가변 개구조리개에 동작적으로 접속되어, 제 2 전자 신호를 통해 상기 가변 개구조리개의 크기를 제어하는 가변 개구조리개 제어유닛;

상기 공작물 스테이지에 전자적으로 접속되어, 제 3 전자 신호를 통해 상기 노광필드에 대해 상기 공작물 스테이지를 제어하고 위치맞춤하는 공작물 스테이지 제어유닛; 및

상기 감쇠기 제어유닛, 상기 가변 개구조리개 제어유닛 및 상기 공작물 스테이지 제어유닛에 전자적으로 접속되어, 제 4, 제 5 및 제 6 전자 신호를 통해 각각의 상기 유닛을 각각 제어하는 컴퓨터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 15 항에 있어서,

상기 컴퓨터에 전자적으로 접속되어, 상기 노광필드와 상기 하나 이상의 공작물 필드 중 하나와의 사이의 얼라인먼트 상태를 측정하고, 상기 얼라인먼트 상태에 대응하는 정보를 함유하는 제 7 전자 신호를 상기 컴퓨터에 제공하는 얼라인먼트 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
제 16 항에 있어서,

상기 결상 광학시스템과 상기 공작물 스테이지와의 사이에 배치된 빔스플리터;

상기 빔스플리터를 관통하고 상기 제 1 축에 수직한 제 2 광축을 따라 배치되어, 상기 광원으로부터 상기 공작물 스테이지로 전파하는 방사의 제 1 일부분을 수광하는 제 1 검출기로서, 상기 컴퓨터에 전자적으로 접속되어, 상기 수광된 방사의 제 1 일부분에 응답하여 상기 컴퓨터로 제 8 전자 신호를 송신할 수 있는 상기 제 1 검출기; 및

상기 제 2 광축을 따라 상기 제 1 검출기에 대향하는 상기 빔스플리터 근방에 배치되어, 상기 공작물로부터 반사되는 방사의 일부분을 수광하는 제 2 검출기로서, 상기 컴퓨터에 전자적으로 접속되어, 상기 수광된 방사의 제 1 일부분에 응답하여 상기 컴퓨터로 제 9 전자 신호를 송신할 수 있는 상기 제 2 검출기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
노광필드상의 공작물을 레이저 열처리하는 방법으로서,

상기 공작물을 상기 노광필드에 정렬시키는 단계;

1000 개 이상의 공간 모드를 가지며, 1 나노세컨드 내지 1 마이크로세컨드의 순간 펄스 길이를 갖는 방사 펄스를 ±5 % 미만의 펄스 반복성의 펄스로 방출할 수 있는 레이저 광원으로부터 소정의 조도를 갖는 하나 이상의 거의 인코히어런트 방사 펄스를 제공하는 단계;

상기 방사 펄스가 상기 노광필드상에서 ±5 % 미만의 균일도로 변화하도록 상기 방사 펄스를 균일화하는 단계; 및

상기 하나 이상의 방사 펄스로 상기 노광필드상의 상기 공작물을 노광하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 18 항에 있어서,

(a) 상기 공작물로부터 반사되는 상기 하나 이상의 방사 펄스를 모니터하는 단계; 및

(b) 상기 모니터링 (a) 단계에 기초하여 상기 공작물을 노광하는 상기 단계를 제어하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 하나 이상의 방사 펄스를 균일화하는 상기 단계는, 상기 하나 이상의방사 펄스를 확산기를 통과시킨 다음, 반사면을 갖는 광 터널을 통과시켜, 상기 하나 이상의 방사 펄스가 상기 반사면으로부터 적어도 8번 반사되게 하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 노광필드상에서 소망의 조도를 달성하도록 상기 하나 이상의 방사 펄스를 감쇠시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 레이저 광원은 10,000 개 이상의 공간 모드를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 하나 이상의 방사 펄스 각각은 0.1 J/cm²내지 1 J/cm²의 조도를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 18 항에 있어서,

자동적으로 상기 공작물을 제거하고 다른 공작물로 그것을 교체하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 노광필드의 디멘젼을 변경하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
노광필드상의 공작물을 레이저 열처리하는 방법으로서,

(a) 상기 공작물을 상기 노광필드에 정렬시키는 단계;

(b) 하나 이상의 방사 펄스를 발생시키도록 레이저 광원을 활성화시키는 단계;

(c) 균일화된 펄스 방사 빔을 형성하도록 상기 하나 이상의 방사 펄스를 균일화시키는 단계;

(d) 상기 균일화된 펄스 방사 빔을 가변 개구조리개로 전송하는 단계; 및

(e) 상기 균일화된 펄스 방사 빔으로 상기 공작물을 노광하도록 상기 공작물 상에 상기 가변 개구조리개를 결상하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 레이저 광원으로부터 상기 공작물로 전파되는 상기 균일화된 빔의 일부분을 모니터하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 공작물로부터 반사되는 상기 균일화된 빔의 일부분을 모니터하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 26 항에 있어서,

균일화하는 상기 단계는, 상기 하나 이상의 방사 펄스를 확산기 및 광학 인티그레이터를 통과시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 하나 이상의 방사 펄스는 ±5 % 이하의 펄스 안정성의 펄스를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.
제 27 항에 있어서,

조명은 ±5 % 이하의 균일도를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 방법.