KR20070085742A - 레이저 기반 어닐링 시스템에서의 고온계에 대한 다수의대역 필터링 - Google Patents

Abstract

열처리 시스템은 레이저 파장에서 방출되는 레이저 방사선의 소스, 상기 반사 표면과 처리될 기판을 보유할 수 있는 기판 지지체 사이에 배치된 빔 투사 광학기, 고온계 파장에 응답하는 고온계, 및 상기 레이저 파장을 포함하는 제 1 파장 범위에서 광에 대한 제 1 광학 경로 및 상기 고온계 파장을 포함하는 제 2 파장 범위에서 광에 대한 제 2 광학 경로를 포함하는 파장 응답 광학 부재를 포함하며, 상기 제 1 광학 경로는 상기 레이저 방사선의 소스와 상기 빔 투사 광학기 사이에 있으며, 상기 제 2 광학 경로는 상기 투사 광학기와 상기 고온계 사이에 있다. 시스템은 레이저 방사선의 소스와 파장 응답 광학 부재 사이에 고온계 파장 차단 필터를 더 포함할 수 있다.

Description

레이저 기반 어닐링 시스템에서의 고온계에 대한 다수의 대역 필터링{MULTIPLE BAND PASS FILTERING FOR PYROMETRY IN LASER BASED ANNEALING SYSTEMS}

본 출원은 2004년 11월 12일자로 출원된 미국 가출원 No. 60/627,527호의 장점을 청구한다.

본 발명은 전반적으로 반도체 기판의 열적 처리에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 기판의 레이저 열 처리에 관한 것이다.

열처리(thermal processing)는 실리콘 웨이퍼 또는 디스플레이용 글래스 패널과 같은 다른 기판에 형성되는 실리콘 및 다른 집적회로의 제조에서 이용된다. 요구되는 온도는 250℃ 미만 내지 1000℃ 이상, 1200℃ 또는 1400℃의 비교적 낮은 온도 범위이며 도펀트 주입 어닐링, 결정화, 산화, 질화, 실리사이드화, 및 화학적 기상 증착 등과 같은 다양한 프로세스들에 이용될 수 있다.

진보된 집적회로에 대해 요구되는 매우 얕은 회로 피쳐(feature)에 대해, 요구되는 열처리를 달성하는데 이어 전체 열적 예산을 감소시키는 것이 바람직하다. 열적 예산은 원하는 처리 온도를 달성하기 위해 필요한 높은 온도에서의 전체 시간으로 간주될 수 있다. 웨이퍼가 가장 높은 온도에서 머무르는데 필요한 시간은 매 우 짧을 수 있다.

급속 열 처리(RTP)는 챔버의 나머지 부분을 제외한 웨이퍼만을 가열하기 위해 매우 신속하게 턴온 및 턴오프될 수 있는 방사 램프를 이용한다. 매우 짧은(약 20ns) 레이저 펄스를 이용한 펄스형 레이저 어닐링은 하부에 놓은 웨이퍼를 제외한 표면층만을 가열하여 매우 짧은 램프업 및 램프다운 속도를 허용하는데 있어 효과적이다.

때로 열 플럭스 레이저 어닐링 또는 동적 표면 어닐링(DSA)이라 불리는 보다 최근에 개발된 다양한 형태의 방안은 Jennings 등에 의해, 2002년 12월 18일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 10/325,497를 기초로한 PCT/2003/00196966호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참조된다. Markle는 미국 특허 6,531,681호에 상이한 형태를 개시하였으며 Talwar는 미국 특허 6,747,245호에 추가 버전을 개시했다.

Jennings 및 Markle는 방사선의 얇고 긴 라인으로서 웨이퍼를 가격하는 매우 강한 광빔을 생성하기 위해 CW 다이오드 레이저를 이용한다. 다음 라인 빔의 긴 치수에 직교하는 방향으로 웨이퍼의 표면에 대해 라인이 스캐닝된다.

열처리 시스템은 레이저 파장에서 방출되는 레이저 방사선의 소스, 반사 표면과 처리될 기판을 보유하는 기판 지지체 사이에 배치되는 빔 투사 광학기, 고온계(pyrometer) 파장에 응답하는 고온계, 및 레이저 파장을 포함하는 제 1 파장 범위에서 광에 대한 제 1 광학 경로 및 고온계 파장을 포함하는 제 2 파장 범위에서 광에 대한 제 2 광학 경로를 가지는 파장 응답 광학 부재를 포함하며, 상기 제 1 광학 경로는 레이저 방사선의 소스와 빔 투사 광학기 사이에 제공되며, 제 2 광학 경로는 빔 투사 광학기와 고온계 사이에 제공된다. 상기 시스템은 레이저 방사선의 소스와 파장 응답 광학 부재 사이에 고온계 파장 차단 필터를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 고온계는 광검출기 및 레이저 파장 차단 필터를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 레이저 방사선의 소스는 레이저 방출기들의 어레이를 포함하며 고온계 파장 차단 필터는 인접한 방출기들 사이의 영역에 고온계 파장의 광을 반사키기기 위해 상기 어레이에 대해 각진 반사 표면을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 빔 투사 광학기는 기판 지지체 상의 기판 평면 위로 레이저 파장의 방사선 라인 빔을 투사하며, 상기 시스템은 라인 빔을 횡단하는 빠른 축을 가진 라인 빔 스캐닝 장치를 더 포함한다.

도 1은 본 발명에 사용되는 열 플럭스 레이저 어닐링 장치의 수직도,

도 2 및 도 3은 도 1의 장치의 광학 부품들의 상이하게 투시한 수직도,

도 4는 도 1의 장치의 반도체 레이저 어레이의 일부의 단부 평면도,

도 5는 도 1의 장치의 균질한 광 파이프의 수직도,

도 6은 바람직한 실시예에 따라 도 2-4의 특징을 포함하는 시스템의 개략도,

도 7, 도 8 및 도 9는 본 발명의 고온계 파장 차단 광학 필터의 상이한 실시예들의 상부 개략도.

Jennings 등에 의한 앞서 참조된 출원에 개시된 장치의 일실시예가 도 1의 개략적 수직도로 도시된다. 2차원 스캐닝을 위한 겐트리(gantry) 구조물(10)은 고정된 한 쌍의 평행한 레일(12, 14)을 포함한다. 2개의 평행한 겐트리 빔(16, 18)이 고정된 레일(12, 14) 상에 간격을 두고 이격되어 지지되어 서로 고정되며 고정된 레일(12, 14)을 따라 함께 보유되는 롤러 또는 볼 상에서 슬라이드되도록 도시되지 않은 모터 및 구동 메커니즘에 의해 제어된다. 겐트리 빔(16, 18) 상에서 빔 소스(20)가 슬라이드가능하게 지지되며 도시되지 않은 모터 및 구동 메커니즘에 의해 이들을 따라 슬라이드되도록 제어되는 빔(16, 18) 아래로 현수될 수 있다. 실리콘 웨이퍼(22) 또는 다른 기판은 겐트리 구조물(10) 아래에 고정되게 지지된다. 빔 소스(22)는 레이저 광원 및 라인 빔(26)이 대체적으로 고정된 레일(12, 14)과 평행하게, 편의상 느린 방향이라 불리는 방향으로, 연장됨에 따라 웨이퍼를 가격하는 아래방향으로 지향된 팬-형상(fan-shaped) 빔(24)을 생성하는 광학기를 포함한다. 도시되지는 않았지만, 겐트리 구조물은 레이저 광원을 이동시키는 Z-축 스테이지 및 빔 소스(20)와 웨이퍼(22) 간의 간격을 제어가능하게 변화시켜 웨이퍼 상에서의 라인 빔(26) 포커싱을 조절할 수 있도록, 대체로 팬-형상 빔(24)과 평행한 방향에 있는 광학기를 더 포함한다. 라인 빔의 예시적인 치수는 220kW/cm²의 예시적인 전력 밀도를 가지며 1cm의 길이와 66 미크론의 폭을 포함한다. 선택적으로, 빔 소스 및 관련된 광학기는 고정되는 반면 웨이퍼는 2차원으로 웨이퍼를 스캔하는 스테이지 상에 지지된다.

통상적인 동작에서, 겐트리 빔(16, 18)은 고정된 레일(12, 14)을 따라 특정 위치에 설정되며 빔 소스(20)는 겐트리 빔(16, 18)을 따라 일정한 속도로 이동하여 편의상 빠른 방향이라 불리는 방향으로 라인 빔의 긴 치수와 직각을 이루게 라인 빔(26)을 스캔한다. 이로써 라인 빔(26)은 웨이퍼(22)의 한쪽 측면에서 웨이퍼(22)의 다른쪽 측면으로 스캔되어 웨이퍼(22)의 1cm 스와스(swath)를 조사한다. 라인 빔(26)은 충분히 폭이 좁고 빠른 방향으로 웨이퍼의 특정 영역만이 라인 빔(26)의 광학적 방사선에 순간적으로 노출될 정도로 빠른 스캐닝 속도를 가지나 라인 빔의 피크에서의 세기는 표면 영역을 매운 높은 온도로 가열하기에 충분하다. 그러나 웨이퍼(22)의 보다 깊은 부분들은 충분히 가열되지 않으며 표면 영역을 신속하게 냉각시키는 히트 싱크로서의 역할을 한다. 일단 빠른 스캔이 완료되면, 겐트리 빔(16, 18)은 고정된 레일(12, 1)을 따라 새로운 위치로 이동하여 라인 빔(26)이 느린 축을 따라 연장되는 긴 치수를 따라 이동하게 된다. 빠른 스캐닝은 웨이퍼(22)의 인접한 스와스를 조사하도록 수행된다. 웨이퍼(22) 전체가 열적으로 처리될 때까지 빔 소스(20)의 구불구불한 경로에서 빠른 스캐닝과 느린 스캐닝이 교대로 반복된다.

광학 빔 소스(20)는 레이저들의 어레이를 포함한다. 일례가 도 2 및 도 3에 수직으로 도시되었으며, 약 810nm에서의 레이저 방사선이 2개의 레이저 바 스택(32)으로부터 광학 시스템(30)에 생성되며, 이중 하나는 도 4에 단부 평면도로 도시되었다. 각각의 레이저 바 스택(32)은 14개의 평행한 바(34)를 포함하며, 이들은 일반적으로 GaAs 반도체 구조물에서의 수직 p-n 정션에 해당하며, 약 1cm 측 방으로 연장되며 약 0.9mm 만큼 이격되어 있다. 통상적으로, 워터 냉각 층들이 바(34) 사이에 배치된다. 각각 바(34)에는 49개 이미터(36)가 형성되며, 이들 각각은 직교 방향으로 상이한 발산 각도를 가지는 개별 빔들을 방출하는 개별 GaAs 레이저를 형성한다. 도시된 바(34)는 다수의 이미터(36) 너머로 연장되는 긴 치수로 위치되고 느린 축을 따라 배열되며 이들의 짧은 치수는 빠른 축을 따라 배열된 1-미크론 미만의 p-n 공핍층에 해당한다. 빠른 축을 따른 작은 소스 크기는 빠른 축을 따른 효과적인 시준(collimation)을 가능케 한다. 발산 각도는 빠른 축을 따라 크며 느린 축을 따라서는 비교적 작다.

다시 도 2 및 도 3을 참조로, 실린더형 랜슬랫(lenslet)(40)이 레이저 바(34)를 따라 위치되어 빠른 축을 따른 좁은 빔에 레이저 광을 시준할 수 있다. 이는 레이저 스택(32) 상에 접착제로 결합될 수 있으며 방출 영역(36) 너머로 연장되도록 바(34)와 정렬될 수 있다.

광학 빔 소스(20)는 종래의 광학 부재들을 더 포함할 수 있다. 이러한 종래의 광학 부재들은 인터리버(interleaver) 및 편광 멀티플렉서를 포함할 수 있으며, 당업자들에 의한 이러한 부재의 선택으로 본 실시예가 제한되는 것은 아니다. 도 2 및 도 3의 예에서, 2개의 바 스택(32)으로부터의 2개의 빔 세트가 인터리버(42)에 입력되며, 이는 광을 선택적으로 반사 및 투과시키기 위해 2개의 내부 대각선 면, 예를 들어 반사성 평행 밴드들 상에 특정한 코팅을 가지며 다중 빔 분할기 타입 구조물을 갖는다. 이러한 인터리버들은 REO(Research Electro Optics)로부터 상업적으로 이용가능하다. 인터리버(42)에서, 패터닝된 금속성 반사기 밴드들은 2 개의 바 스택(32)으로부터의 각각의 빔 세트에 대해 경사진 표면에 형성되어 스택(32) 한쪽 측면 상의 바(34)로부터의 빔들은 선택적으로 반사 또는 투과되어, 선택적으로 상응하는 투과/반사를 겪게되는 스택(32)의 다른쪽 측면 상의 바(34)로부터의 빔들과 인터리빙되며(interleaved), 이로 인해 분리된 이미터(36)로부터 이격된 방사선 프로파일을 채운다.

인터리빙된 제 1 세트의 빔은 인터리빙된 제 2 세트의 빔과 관련하여 편광이 회전하도록 4분의 1 파장판(quarter wave plate)(48)을 통과한다. 인터리빙된 두개 세트의 빔은 이중 편광 빔 분할기 구조를 갖는 편광 멀티플렉서(PMUX)(52)에 입력된다. 이러한 PMUX는 REO(Research Electro Optics)로부터 상업적으로 이용가능하다. 제 1 및 제 2 대각선 인터페이스층(54, 56) 인터리빙된 2개 세트의 빔이 정면으로부터 공통 축을 따라 반사되게 한다. 제 1 인터페이스(54)는 통상적으로 하드 반사기(HR; hard reflector)로 설계된 유전 간섭 필터(dielectric interference filter)로서 구현되는 반면 제 2 인터페이스(56)는 레이저 파장에서 편광 빔 분할기(PBS)로 설계된 유전 간섭 필터로 구현된다. 결과적으로, 제 1 인터페이스층(54)으로부터 반사되는 인터리빙된 제 1 세트의 빔은 제 2 인터페이스층(56)의 뒷면을 가격한다. 4분의 1 파장판(48)에 의해 유도된 편광 회전 때문에, 인터리빙된 제 1 세트의 빔은 제 2 인터페이스층(56)을 통과한다. PMUX(52)에 의해 출력되는 소스 빔(58) 세기는 인터리빙된 2개 세트의 빔중 한 세트의 빔 세기의 2배이다.

도면에는 떨어지게 도시되었지만, 통상적으로 엄격한 광학 시스템을 제공하기 위해 인터리버(42), 4분의 1 파장판(48) 및 PMUX(52) 및 인터페이스들(54, 56) 및 입력면과 출력면에 부착될 수 있는 추가의 필터들은 UV 경화가능 에폭시와 같은 플라스틱 밀봉제에 의해 서로 결합된다. 중요한 인터페이스는 바(34)와 정렬되어야하는 레이저 스택(32)과 랜슬랫(40)의 플라스틱 결합이다. 소스 빔(58)은 느린 축을 따라 소스 빔(58)이 집중되도록 실린더형 렌즈(62, 64, 66) 세트를 통과한다.

1차원 광학 파이프(70)는 느린 축을 따라 소스 빔을 균질화시킨다. 실린더형 렌즈(62, 64, 66)에 의해 집중된 소스 빔은 느린 축을 따라 유한 수렴각으로 광 파이프(70)로 진입하나 빠른 축을 따라 실질적으로 시준된다. 도 5의 수직도에 보다 명확히 도시되는 광 파이프(70)는 바 스택(32)에 있는 느린 축 상의 이격된 다수의 이미터(36)에 의해 도입된 느린 축을 따른 빔 구조를 축소시키기 위한 빔 균질기(homogenizer)로서 작용한다. 광 파이프(70)는 전반사(total internal reflection)가 이루어지도록 충분히 높은 굴절률을 갖는 광학적 글래스의 직사각형 슬래브(72)로 구현될 수 있다. 이는 느린 축을 따른 짧은 치수 및 빠른 축을 따른 긴 축을 갖는다. 슬래브(72)는 입력면(76) 상의 느린 축을 따라 수렴되는 소스 빔(58)의 축(74)을 따라 상당 간격 연장된다. 소스 빔(58)은 슬래브(72)의 상부 및 하부 표면으로부터 내부로 수차례 반사되어, 느린 축을 따른 텍스춰링(texturing)이 상당히 감소되고 출력면(78)에서 배출될 때 느린 축을 따른 빔이 균질화된다. 그러나 소스 빔(58)은 (실린더형 랜슬랫(40)에 의해) 빠른 축을 따라 미리 바람직하게 시준되며 슬래브(72)는 소스 빔(58)이 슬래브(72)의 측면상에서 전반사되는 것이 아니라 빠른 축을 따라 그의 시준을 유지할 정도로 넓다. 광 파이프(70)는 진입 및 배출 어퍼쳐(aperture) 및 빔 수렴 및 발산을 제어하기 위해 축방향을 따라 끝이 가늘어진다(tapered). 1차원 광 파이프는 선택적으로 2개의 평행한 반사면이 이들을 통과하는 소스 빔과 슬래브(72)의 상부 및 하부면과 실질적으로 대응하도록 구현될 수 있다.

광 파이프(70)에 의해 출력되는 소스 빔은 일반적으로 균일하다. 도 6의 개략도에 보다 상세히 도시되는 바와 같이, 추가의 비균등 렌즈(anamorphic lens) 세트 또는 광학기(80, 82)는 느린 축에서의 출력 빔을 확장시키며 웨이퍼(22) 상에 원하는 라인 빔(26)이 투사되도록 구형 렌즈를 포함한다. 비균등 광학기(80, 82)는 제한된 길이의 좁은 라인 빔을 생성하도록 2차원으로 빔 소스를 형상화시킨다. 빠른 축의 방향에서, 출력 광학기는 (시스템들은 유한 소스 켤레(finite source conjugate)로 설계되었지만) 광 파이프의 출력에서 소스에 대한 무한 켤례(infinite conjugate) 및 웨이퍼(22)의 이미지 평면에서 유한 켤례를 갖지만, 느린 축 방향에서, 출력 광학기는 광 파이프(70)의 출력의 소스에서 유한 켤레를 이미지 평면에서 유한 켤레를 갖는다. 또한 느린 축 방향에서, 레이저 바의 다수의 레이저 다이오드로부터의 비균일 방사선은 광 파이프(70)에 의해 균질화된다. 광 파이프(70)의 균질화 능력은 광이 광 파이프(70)를 순회하여 반사되는 횟수와 크게 관련된다. 이 회수는 광 파이프(70)의 길이, 임의의 경우 테이퍼 방향, 진입 및 배출 어퍼쳐의 크기 및 광 파이프(70) 속으로의 타출각(launch angle)에 의해 결정된다. 또한 비균등 광학기는 웨이퍼(22)의 표면 상에 원하는 치수의 라인 빔으로 소스 빔을 집중시킨다.

RTP 및 다른 형태의 방사선 열처리에 따라 재발되는 문제점은 열적으로 처리 되는 웨이퍼의 온도를 모니터링하는 것이다. 온도 측정은 웨이퍼에 결합되는 광의 양이 웨이퍼에 미리 형성된 표면 구조물과 크게 관련되기 때문에 요구된다. 또한, 광원 조건은 다소 변경될 수 있다. 일반적으로 광각(wide-angle) 고온계는 웨이퍼의 넓은 부분을 모니터링하기 위한 RTP에 이용된다. 일반적으로 이러한 고온계는 웨이퍼 벌크를 거의 대기 온도로 유지하고, 언제든지 웨이퍼의 작은 영역에만 집중된 레이저 빔을 조사하는 데 있어서는 부적절하다.

본 발명의 일면은 역방향으로 웨이퍼(22) 상의 라인 빔(26) 부근에서 방출되는 열 방사선을, 광다이오드와 같은 광검출기(61), 및 예를 들어 810nm의 레이저 방사선 파장을 차단하는 광학 필터(63)를 포함하는 도 6에 개략적으로 도시된, 고온계(60)에 집중시키는데 사용되는 동일한 광학기를 이용한다. 바람직하게 고온계 필터(63)는 해당 온도에서 신속히 변경되는 프랭키안 흑체 방사선 곡선(Plankian blackbody radiation) 곡선의 영역에 집중되는 협대역(narrow passband) 필터이다. 바람직한 고온게 대역은 1550nm에서 집중된다(이 경우 검출기(61)는 InGaAs 광다이오드일 수 있다). 다양한 선택안 중 하나로서, 고온계 대역은 950nm에서 집중된다(이 경우 검출기(61)는 Si 광다이오드일 수 있다). 대역은 짧은 파장에 대해 수 십 nm 긴 파장에서 대략 100nm를 초과할 수 있다. 광학기는 일반적으로 상호작용하여 역방향에서 라인 빔(26) 상의 또는 라인 빔(26)에 매우 근접한 웨이퍼(22)의 작은 영역만을 검출하고 이미지를 일반적으로 바 스택의 방출면의 크기를 가지는 영역으로 광학적으로 확대시킨다. 작은 레이저-빔 어닐링 사용으로 라인 빔(26)에 바로 인접해 있는 표면층 온도의 상당한 변화가 제공되지만, 프랭키안 흑체 스펙트 럼의 특성은 가장 뜨거운 영역이 열적으로 방출된 방사선을 지배하게 한다. 통상적으로 협대역 간섭 필터(63)는 크기의 몇 차수 만큼(by several orders of magnitude) 810nm에서 레이저 파장을 차단하는 약 1550nm 또는 950nm의 통과대역을 이용하며 고온계 파장으로 멀어지는 자발적인 레이저 방출을 실질적으로 차단한다. 2개의 PMUX 인터페이스(54, 56)는 편광과 상관없이 고온계 파장을 통과하도록 설계된다. 이러한 기능은 고온계 방사선은 제외하고 810nm 소스 방사선으로 동조되는(tuned) 간섭 미러(mirror)를 이용하여 구현된다. 보다 통상적인 인터페이스(54, 56)는 제 1 인터페이스(54)가 하드-반사기(HR) 인터페이스 필터이나 제 2 인터페이스(56)는 810nm 또는 다른 레이저 파장으로 동조된 편광 빔 분할기(PBS)가 되도록 설계된다. 본 발명에 대해, PBS 인터페이스(56)에서 인터페이스 필터는 레이저 광의 제 1 편광 (또는 적어도 대부분)을 반사하면서 고온계 파장에서 제 1 편광의 상당부(예를 들어 72%)가 통과하는 범위로 이조된다(detuned). 마찬가지로, HR 인터페이스(54)에서 인터페이스 필터는 양쪽(both) 파장의 대부분의 다른 편광이 반사되면서 고온계 파장에서 제 1 편광의 상당부(예를들어, 90%)가 통과되도록 재설계된다. PUMX 인터페이스(54, 56) 및 협대역 고온계 필터(63) 모두의 필터링의 결과로서, 광검출기(61)는 열(흑체 방사선) 스펙트럼의 일부에서 단지 협대역 광학 신호만을 수신한다. 따라서, 본 발명의 특정 파장을 차단 또는 허용하는 광학 필터 또는 경로는 상기 파장에서 모든 광을 완전히 차단하거나 ㅗ는 완전히 허용하지 않더라도 충분하다.

광검출기(61)의 출력은 검출된 광전류를 웨이퍼 온도로 변환시켜, 이를 원하 는 온도와 비교하고 원하는 웨이퍼 온도의 방향으로 이들의 광학 출력을 증가 또는 감소시키기 위해 레이저 바(32)에 공급되는 전력을 조절하는 소스 제어기(65)에 공급된다.

이런 방식이 갖는 문제점은 GaAs 또는 다른 반도체 레이저가 통상적으로 고온계 파장을 압도하는 저-레벨 자발 방출의 상당히 넓은 스펙트럼을 갖는다는 것이다. 고온계 파장에서는 고온계 필터(63)가 차단되지 않는 자발 방출의 결과로서, 광검출기(61)는 (a) 고온계 파장에서 웨이퍼 흑체 방사선 및 (b) 추가의 필터링 부재시, 고온계 파장에서 레이저 소스 자발 방출의 일부를 검출한다.

고온계 성능은 바 스택(32)과 인터리버(42) 사이에 위치된 노치 필터(67) 또는 인터리버(42)와 PMUX(52) 사이에 배치된 노치 필터(68)로 고온계 파장에서 레이저 소스 자발 방사선을 필터링함으로써 상당히 개선될 수 있다. 노치 필터(67 또는 68)는 특히 예를 들어 1550nm 또는 950nm의 파장이 고온계 필터(63)에 의해 통과되고, 810nm에서 적어도 레이저 방사선이 통과되더라도 고온계 파장에서 소스 방사선을 차단한다. 고온계 파장에 대한 레이저 파장의 투과계수의 비는 크기의 몇 차수이다. 필터(67, 68)의 최소 요구 조건은 보다 짧은 파장에서의 방사선은 본질적으로 고온계를 손상시키지 않지만, 예를 들어 810nm의 레이저 파장보다 긴 파장을 차단하는 것이다. 노치 필터(67, 68)는 이들이 단독형 필터로서 구현될 수도 있지만, 인터리버(42) 또는 PMUX(52)중 하나 상에 코팅되는 인터페이스 필터로서 쉽게 구현될 수 있다.

도 7의 단면도에 도시된 제 1 노치 필터(67)의 바람직한 형태는 각각의 레이 저 스택(32)이 위치되고 렌슬랫(40)이 접착제를 이용하여 방출 영역(36) 위에서 레이저 스택과 결합되는 하우징(79)을 포함한다. 랜슬랫(40)은 일반적으로 시준된 빔들을 생성하도록 도면과 수직으로 연장되는 레이저 바(34)를 따라 연장되는 작은 실린더형 렌즈이다. 하우징(79)의 상부는 선택적으로 고온계 파장을 반사시키고 레이저 파장을 통과시키도록 고온계 필터(67)에 해당하는 인터페이스 필터(84)가 형성된 인프라실(infrasil)(광석영)의 플샛 윈도우 또는 윈도우 슬래브(83)로 밀봉된다. 레이저 방사선에 대한 무반사 코팅이 윈도우(83)의 한쪽 또는 양쪽 측면 상에 형성될 수 있다. 밀봉된 구조물은 랜슬랫(40)이 레이저 스택(32)으로부터 분리되어 오정렬이 레이저 소스에서 열적 탈주가 야기하는 경우, 유기 오염물을 하우징 내부로 제한하고 다운스트림 광학기에 영향을 미치지 않게 한다는 장점을 갖는다.

그러나 반사된 방사선은 열적 가열 및 모드 호핑(hopping)으로 인해 레이저 바에서 문제를 야기시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 하우징의 벽(86, 88)은 윈도우(83)와 부착된 필터(84)가 입사 빔(81)에 수직인 평면에 대해 약 1° 또는 다른 적절한 각도에서 틸트되도록 불균일한 높이를 갖는다. 결과적으로, 고온계 파장에서 반사된 방사선은 방출 영역들 사이, 즉, 스택 바(34) 사이의 영역에서 레이저 스택(32)을 가격하는 반사된 빔(90)의 경사 각도에서 반사된다. 따라서 방사선은 레이저 구조물에 결합되지 않는다. 틸트된 윈도우(83)의 또 다른 장점은 임의의 반사된 레이저 방사선이 방출 영역(36)으로부터 편향된다는 것이다. 또한, 바(34) 사이의 바 스택의 층들은 반사된 방사선의 열 에너지가 즉시 흡수되도록 수냉 채널(미도시)을 포함한다. 하우징(79) 및 밀봉된 윈도우(83)는 충분히 침투성 구조물로 구성되어, 결함으로부터 야기되는 임의의 증발 잔류물은 결함을 검출하고 레이저 스택(32)에서 전력을 감소시키기 위해 충분한 시간 동안 구조물내에서 제한된다.

도 8의 단면도에 도시된 선택적 구조물은 결함이 하우징(79)의 내부에서 제한되도록 밀봉된 하우징 내에의 틸트된 윈도우(83)의 하부 상에 고온계 필터(84)를 배치한다. 도 9의 단면도에 도시된 추가의 선택적 구조물은 동일한 높이의 하우징 측벽(86, 88)을 갖는다. 웨지형(wedge-shaped) 윈도우(92)는 측벽(86, 88) 상에 평탄하게 장착되나 고온계 필터(84)는 웨지형 윈도우(92)의 상부면상의 방출된 빔(81)과 관련하여 틸트된다.

광학기 소스와 웨이퍼 사이의 비균등 광학기는 통상적으로 비반사 코팅을 포함한다. 본 발명에 따라, 비반사 코팅 및 다른 코팅은 레이저 파장 뿐만 아니라 고온계 파장에 대해 설계될 것을 요구한다.

본 발명은 스캔된 라인 빔들에 대해 개시되어지만, 기판의 인접한 부분들을 순차적으로 방사하는 펄스형 레이저 시스템이 적용될 수 있다. 그러나 CW 스캔 동작은 고온계의 시야 포인트로부터 일시적으로 온도를 변화시키지 않는 스캔 영역으로 이미지화되는 것이 바람직하다.

전체 시스템에서의 일부 재설계를 통해, PMUX 인터페이스에 의해 수행되는 파장 필터링은 레이저 파장에서의 선택적 투과 및 고온계 파장에서의 선택적 반사에 의해 대체될 수 있다. 또한 본 발명은 인터리버(42) 또는 편광 멀티플렉서(52)중 하나를 사용하여 또는 이둘 모두를 사용하지 않고 실행될 수 있다. 가능한 예 로써, 반사 표면(54, 56)과 유사한 (또는 이들과 유사한) 광학 부재가 본 발명을 실행하는데 이용될 수 있고, 상기 부재는 편광 멀티플렉서의 일부가 아닐 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 상세히 개시되었지만, 본 발명의 기본 사상 및 범주를 이탈하지 않고 변형 및 변조가 이루어질 수 있다.

Claims (20)

1. 열처리 시스템으로서,

   레이저 파장에서 방출되는 레이저 방사선의 소스;

   상기 레이저 파장에서는 방사선을 반사시키나 고온계 파장에서는 방사선을 통과시키도록 동조된 반사 표면;

   상기 반사 표면과 열적으로 처리된 기판 사이에 배치되는 광학기;

   상기 광학기와 마주하는 상기 반사 표면의 측면상에 위치되며, 상기 고온계 파장을 감지하는 고온계 - 상기 광학기는 상기 고온계 상에서 열적으로 처리되는 상기 기판의 영역을 이미지화함 - ; 및

   상기 레이저 방사선의 소스와 상기 반사 표면 사이에 배치되어 상기 고온계 파장을 포함하는 상기 레이저 방사선의 소스에 의해 방출되는 방사선의 일부를 차단하는 제 1 광학 필터

   를 포함하는, 열처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고온계는 광검출기 및 상기 고온계 파장은 통과시키며 상기 레이저 파장은 통과시키지 않는 제 2 광학 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저 방사선의 소스는 레이저 방출기들의 어레이를 포함하며 상기 제 1 광학 필터는 상기 어레이를 중심으로 각진 반사 표면을 포함하여, 인접한 상기 방출기들 사이의 영역에 대해 상기 고온계 파장의 광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 광학기는 상기 레이저 파장의 방사선의 라인 빔을 상기 기판 상에 투사하며, 상기 시스템은 상기 라인 빔을 가로지르는 빠른 축을 가지는 라인 빔 스캐닝 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
5. 열처리 시스템으로서,

   레이저 파장에서 방출되는 레이저 방사선의 소스;

   상기 레이저 파장 및 고온계 파장중 하나에서 방사선을 반사시키고 상기 레이저 파장 및 고온계 파장중 다른 하나를 통과시키도록 동조된 필터링 표면;

   상기 기판 상에 레이저 방사선이 투사되도록 상기 필터링 표면과 열적으로 처리되는 기판 사이에 배치된 광학기;

   상기 고온계 파장에서 상기 기판으로부터 방출된 방사선을 수신하도록 상기 필터링 표면을 중심으로 위치된 고온계; 및

   상기 고온계 파장을 포함하는 상기 레이저 방사선의 소스에 의해 방출된 방 사선의 일부를 차단하도록 상기 레이저 방사선의 소스와 상기 필터링 표면 사이에 배치된 제 1 광학 필터

   를 포함하는, 열처리 시스템.
6. 열처리 방법으로서,

   고온계 파장에서 방사선이 억제되도록 레이저 소스의 출력을 필터링하는 단계;

   상기 필터링된 출력을 열적으로 처리된 기판으로 지향시키는 단계; 및

   상기 기판의 온도를 모니터링하기 위해 상기 고온계 파장에서 방사선을 검출하는 단계

   를 포함하는, 열처리 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 지향시키는 단계는 상기 기판 상에 라인 빔이 생성되도록 광학기 세트를 통해 제 1 방향으로 상기 필터링된 출력을 통과시키는 단계 및 상기 광학기 세트를 통해 반대 방향으로 상기 고온계 파장에서 상기 방사선을 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 지향시키는 단계는 상기 레이저 소스의 레이저 파장에서의 방사선과 상 기 고온계 파장에서의 상기 방사선을 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
9. 기판을 열적으로 처리하는 열처리 시스템으로서,

   레이저 파장에서 간섭 방사선을 방사하는 발광 다이온드를 포함하는 레이저 방사선의 소스;

   상기 간섭 방사선을 통과시키며 온도 측정 파장에서 방사선을 차단하는 제 1 광학 필터;

   상기 기판의 열 특성을 측정하도록 구성된 광학 검출기; 및

   상기 레이저 파장에서 방사선을 차단하고 상기 온도 측정 파장에서 방사선을 통과시키며, 상기 기판과 상기 광학 검출기 사이에 배치되는 제 2 광학 필터

   를 포함하는, 열처리 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 간섭 방사선의 라인 빔을 제 1 방향으로 상기 기판 상에 투사하고 상기 기판으로부터의 열 방사선을 상반되는 제 2 방향으로 상기 제 2 광학 필터를 통해 상기 광학 검출기로 지향시키는 공통의 광학기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 광학 필터는 상기 레이저와 온도 측정 파장 사이에 적어도 10의 흡수율을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 1 필터는 상기 간섭 파장의 입사 빔에 대한 각도에서 경사진 법선(normal)을 갖는 광학 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 각도는 각각의 상기 발광 다이오드 사이의 영역에 대해 상기 온도 측정 파장에서 광이 반사되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
14. 광학 소스로서,

    레이저 바 스택 - 상기 레이저 바 스택은 상기 스택의 방출면에 있는 다수의 바 축을 따라 배열되는 다수의 레이저 다이오드를 포함함 - ;

    상기 스택에 결합되며 각각의 상기 바 축을 따라 연장되는 다수의 실린더형 렌즈; 및

    상기 바 축들 사이에 인접하게 상기 스택을 향해 비-투과 광이 다시 반사되도록 선택된 각도에서 사이 방출면에 대해 경사진 평면에 배열된 필터

    를 포함하는, 광학 소스.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 레이저 바 스택을 수용하는 하우징 ; 및

    상기 방출면에 대해 상기 각도에서 경사진 표면을 가지며 상기 하우징을 밀봉하는 윈도우

    를 더 포함하며, 상기 필터는 상기 표면에 부착된 간섭 필터인 것을 특징으로 하는 광학 소스.
16. 열처리 시스템으로서,

    레이저 파장에서 방출되는 레이저 방사선의 소스;

    상기 반사 표면과 처리될 기판을 보유할 수 있는 기판 지지체 사이에 배치된 빔 투사 광학기;

    고온계 파장에 응답하는 고온계; 및

    상기 레이저 파장을 포함하는 제 1 파장 범위에서 광에 대한 제 1 광학 경로 및 상기 고온계 파장을 포함하는 제 2 파장 범위에서 광에 대한 제 2 광학 경로를 포함하는, 파장 응답 광학 부재

    를 포함하며, 상기 제 1 광학 경로는 상기 레이저 방사선의 소스와 상기 빔 투사 광학기 사이에 있으며, 상기 제 2 광학 경로는 상기 투사 광학기와 상기 고온계 사이에 있는, 열처리 시스템.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 레이저 방사선의 소스와 상기 파장 응답 광학 부재 사이에 고온계 파장 차단 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 고온계는 광검출기 및 레이저 파장 차단 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 레이저 방사선의 소스는 레이저 방출기들의 어레이를 포함하며 상기 고온게 파장 차단 필터는 상기 어레이에 대해 각진 반사 표면을 포함하여 상기 인접한 방출기들 사이의 영역에 대해 상기 고온계 파장의 광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 빔 투사 광학기는 상기 기판 지지체 상의 기판 평면 위로 상기 레이저 파장의 방사선의 라인 빔을 투사하며, 상기 시스템은 상기 라인 빔을 가로지르는 빠른 축을 가지는 라인 빔 광학 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템.

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