KR20110053387A - Managing thermal budget in annealing of substrates - Google Patents
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Abstract
기판을 처리하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 기판은 열 처리 챔버 내의 지지부 상에 배치된다. 전자기 방사선은 기판의 일 부분을 어닐링하도록 기판을 향하여 지향된다. 다른 전자기 방사선은 기판의 일 부분을 예열하도록 기판을 향하여 지향된다. 예열은 예열 구역과 어닐링 구역 사이의 경계부에서의 열 응력을 감소시킨다. 특정 실시예에서 요구되는 대로, 형상 및 온도 프로파일이 변화하는, 소정의 개수의 어닐링 및 예열 구역이 고려된다. 레이저, 열 램프, 백색 등 램프, 또는 플래쉬 램프와 같은 전자기 방사선의 어떠한 대류 소스도 이용될 수 있다.A method and apparatus for processing a substrate are provided. The substrate is disposed on a support in the heat treatment chamber. Electromagnetic radiation is directed towards the substrate to anneal a portion of the substrate. The other electromagnetic radiation is directed towards the substrate to preheat a portion of the substrate. Preheating reduces the thermal stress at the interface between the preheating zone and the annealing zone. As required in certain embodiments, a certain number of annealing and preheating zones are contemplated, with varying shapes and temperature profiles. Any convective source of electromagnetic radiation can be used, such as a laser, heat lamp, white light lamp, or flash lamp.
Description
본 발명의 실시예들은 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 실시예는 기판을 열 처리하는 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a method of manufacturing a semiconductor device. More specifically, embodiments of the present invention relate to a method of thermally treating a substrate.
집적 회로(IC) 시장은 더 큰 메모리 용량, 빠른 스위칭 속도, 및 작은 피쳐(feature) 크기를 계속적으로 요구한다. 이러한 요구를 해결하기 위해 취해지는 산업의 주요 단계들 중 하나는 대형 노 내의 배치 처리 실리콘 웨이퍼를 소형 챔버 내에서 처리하는 단일 웨이퍼로 변경하는 것이다.The integrated circuit (IC) market continues to demand larger memory capacities, faster switching speeds, and smaller feature sizes. One of the key steps in the industry taken to address this need is to convert batch processed silicon wafers in large furnaces into single wafers processed in small chambers.
이 같은 단일 웨이퍼 처리 동안 웨이퍼는 통상적으로 고온으로 가열되어 다양한 화학적 및 물리적 반응이 웨이퍼 내에 형성된 다중 IC 소자 내에 발생될 수 있다. 특별한 관심 중, IC 소자의 선호하는 전기 성능이 주입된 구역이 어닐링되는 것을 요구한다. 어닐링은 미리 비결정질(amorphous)로 제조되는 웨이퍼의 구역으로부터 더 많은 결정질 구조물을 재형성하고, 기판 또는 웨이퍼의 결정질 격자 내로 도펀트의 원자를 결합함으로써 도펀트가 활성화된다. 어닐링과 같은 열 공정은 짧은 양의 시간 내에 웨이퍼로 상대적으로 많은 양의 열 에너지를 제공하고, 그후 열 공정을 종결하도록 웨이퍼를 급속히 냉각하는 것을 요구한다. 현재 이용되는 열 공정들의 예들은 급속 열 처리 (RTP) 및 임펄스(스파이크) 어닐링을 포함한다. 이 같은 공정이 널리 이용되지만, 현 기술은 긴 시간 주기 동안 상승된 온도로 노출되는 것이 의도되는 대형 기판에 대해 이상적이지 않다. 이러한 문제점들은 스위칭 속도를 증가시키고 및/또는 피쳐 크기를 감소시킴으로써 더욱 심각해 진다.During such single wafer processing, the wafer is typically heated to high temperatures so that various chemical and physical reactions can occur in multiple IC devices formed within the wafer. Of particular interest, the preferred electrical performance of the IC device requires that the implanted area be annealed. Annealing reforms more crystalline structures from regions of the wafer that are previously made amorphous, and the dopants are activated by bonding atoms of the dopant into the crystalline lattice of the substrate or wafer. Thermal processes, such as annealing, provide a relatively large amount of thermal energy to the wafer within a short amount of time, and then require rapid cooling of the wafer to terminate the thermal process. Examples of thermal processes currently used include rapid thermal treatment (RTP) and impulse (spike) annealing. While such processes are widely used, the current technology is not ideal for large substrates which are intended to be exposed to elevated temperatures over long periods of time. These problems are compounded by increasing switching speed and / or reducing feature size.
일반적으로, 이러한 열 공정들은 미리결정된 열 처방에 따라 제어된 상태 하에서 기판을 가열한다. 이러한 열 처방은 기본적으로 반도체 기판이 온도의 변화의 비율, 즉 온도 경사-증가(ramp-up) 및 경사-감소 속도(ramp-down rate)로 가열되어야 하는 온도 및 열 처리 시스템이 특별한 온도로 남아 있는 시간으로 이루어진다. 예를 들면, 일부 열 처방은 기판상에 형성된 장치의 열 소모 비용(thermal budget)을 초과하는 처리 시간 동안 전체 기판이 열 상온으로부터 400℃ 또는 그 초과의 온도로 가열되는 것이 요구될 수 있다.In general, these thermal processes heat the substrate under controlled conditions in accordance with a predetermined thermal regimen. This thermal regimen essentially leaves the semiconductor substrate at a special temperature and the temperature at which the semiconductor substrate must be heated at a rate of temperature change, i.e., temperature ramp-up and ramp-down rates. It takes place in time. For example, some thermal regimens may require the entire substrate to be heated from a thermal room temperature to 400 ° C. or higher for processing times that exceed the thermal budget of the device formed on the substrate.
더욱이, 반도체 기판의 상이한 구역들 사이의 재료의 최소 동반 확산(inter-diffusion)과 같은 소정의 목적을 충족하도록, 각각 반도체 기판이 고온으로 처리되는 시간의 양이 제한되어야 한다. 이를 달성하도록, 온도 경사 속도, 증가 및 감소 둘다 높은 것이 바람직하다. 즉, 가능한 짧은 시간 내에 저온으로부터 고온으로, 또는 반대로 기판의 온도를 조정할 수 있는 것이 바람직하다.Moreover, the amount of time each semiconductor substrate is treated at high temperatures should be limited to meet certain goals, such as minimal inter-diffusion of material between different regions of the semiconductor substrate. To achieve this, it is desirable that both the temperature ramp rate, increase and decrease be high. That is, it is desirable to be able to adjust the temperature of the substrate from low temperature to high temperature or vice versa within the shortest time possible.
고온 경사 속도에 대한 요구는 통상적인 온도 경사-증가 속도가 200 내지 400℃/s로부터 비교되는 바와 같이 종래의 노에 대해 5 내지 15℃/분까지의 범위에 있는 급속 열 처리(RTP)의 전개를 초래한다. 통상적인 경사-감소 속도는 80 내지 150 ℃/s의 범위 내에 있다. RTP의 단점은 IC 소자가 단지 실리콘 웨이퍼의 상부 몇 미크론 내에 있는데도 RTP가 전체 웨이퍼를 가열한다는 것이다. 이는 웨이퍼를 얼마나 빨리 가열 및 냉각 가열 및 냉각하는가를 제한한다. 더욱이, 전체 웨이퍼가 상승된 온도에 있을 때, 열은 단지 주변 공간 또는 구조물 내로 소산될 수 있다. 결과적으로, 오늘날의 기술 상태에서 RTP 시스템은 400 ℃/s 경사-증가 속도 및 150 ℃/s 경사-감소 속도를 달성하기 위해 노력하여 처리한다.The need for a high temperature ramp rate is the development of rapid thermal treatment (RTP) in which a typical temperature ramp-up rate is in the range from 5 to 15 ° C./min for conventional furnaces as compared from 200 to 400 ° C./s. Brings about. Typical ramp-down rates are in the range of 80-150 ° C./s. The disadvantage of RTP is that RTP heats the entire wafer, even though the IC device is just within the top few microns of the silicon wafer. This limits how fast the wafers are heated and cooled. Moreover, when the entire wafer is at elevated temperature, heat can only dissipate into the surrounding space or structure. As a result, in today's state of the art, RTP systems deal with efforts to achieve 400 ° C./s ramp-up rates and 150 ° C./s ramp-down rates.
기판상의 소자 크기가 앞으로 더 작게 될 때, 더 작은 소자가 재료의 동반 확산에 의해 더욱 용이하게 저하될 수 있기 때문에, 열 소모 비용도 감소되어야 한다. 온도 경사-증가 및 경사-감소 속도는 예를 들면 일 초 아래로, 어닐링 시간을 압축하기 위해 증가되어야 한다.As device sizes on the substrate become smaller in the future, the cost of heat consumption must also be reduced, since smaller devices can be more easily degraded by the co-diffusion of the material. The temperature ramp-up and ramp-down rates should be increased to compress the annealing time, for example below one second.
종래의 RTP 타입 공정에서 제기된 문제점들 중 일부를 해결하기 위하여, 다양한 스캐닝 레이저 어닐링 기술이 기판의 표면(들)을 어닐링하기 위해 이용된다. 대체로, 이러한 기술들은 기판의 표면상의 작은 구역으로 일정한 에너지 플럭스(flux)를 전달하며, 그 동안 기판은 작은 구역으로 전달된 에너지에 대해 이동하거나 스캐닝된다. 다른 에너지 스캐닝 공정은 여전히 기판을 홀딩하고 상기 기판 표면을 가로질러 레이저를 이동한다. 엄격한 균일도 요구 및 기판 표면을 가로질러 스캐닝된 구역의 중복을 최소화하는 복잡성에 의해, 이러한 타입의 공정은 기판의 표면 상에 형성된 열 처리 접촉 수준 소자에 대해 효과적이지 않다. 또한, 극단적인 집중 가열과 관련된 고열 구배에 의해 기판에 발생된 열 응력은 기판에 대한 손상을 초래할 수 있다.To address some of the problems posed by conventional RTP type processes, various scanning laser annealing techniques are used to anneal the surface (s) of the substrate. In general, these techniques deliver a constant energy flux to a small area on the surface of the substrate, during which the substrate is moved or scanned for energy delivered to the small area. Other energy scanning processes still hold the substrate and move the laser across the substrate surface. Due to stringent uniformity requirements and the complexity of minimizing the overlap of scanned areas across the substrate surface, this type of process is not effective for thermally treated contact level devices formed on the surface of the substrate. In addition, thermal stresses generated on the substrate by high thermal gradients associated with extreme intensive heating can result in damage to the substrate.
상술된 관점에서, 높은 경사-증가 및 경사-감소 속도로 반도체 기판을 어닐링하기 위한 신규한 장치 및 방법에 대한 요구가 있었다. 이는 더 작은 소자의 제조에 대해 더 큰 제어를 제공하여 증가된 성능을 초래한다.In view of the foregoing, there is a need for a novel apparatus and method for annealing semiconductor substrates at high ramp-up and ramp-down rates. This provides greater control over the fabrication of smaller devices resulting in increased performance.
본 발명의 일 실시예는 일반적으로 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 본 발명의 하나의 양태는 기판을 처리하는 방법을 제공하며, 이 방법은 가동 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계, 기판의 일 부분 아래의 제 1 고정 위치를 향하여 제 1 양의 가열 에너지를 지향시키는 단계, 제 1 고정 위치 및 이어서 제 2 고정 위치 위에 각각의 선택된 구역을 순차적으로 위치시킴으로써 기판의 선택된 구역을 처리하도록 기판 지지부를 이동시키는 단계, 및 기판의 일 부분을 500 ℃ 아래 온도로 유지하는 단계를 포함한다.One embodiment of the present invention generally provides a method of processing a substrate. One aspect of the invention provides a method of processing a substrate, the method comprising positioning a substrate on a movable substrate support, directing a first amount of heating energy toward a first fixed position below a portion of the substrate Moving the substrate support to treat the selected zone of the substrate by sequentially positioning each selected zone over the first fixed position and then the second fixed position, and maintaining a portion of the substrate at a temperature below 500 ° C. Steps.
다른 실시예들은 기판을 처리하는 방법을 제공하며, 이 방법은 고정된 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계, 기판 표면 상에 하나 이상의 고온 존(zone) 및 하나 이상의 어닐링 존을 형성하도록 기판을 향하여 가열 에너지를 지향시키는 단계, 및 각각의 선택된 구역 위의 고온 존 및 어닐링 존을 순차적으로 위치시킴으로써 기판의 선택된 구역을 처리하도록 가열 에너지를 이동시키는 단계를 포함한다.Other embodiments provide a method of processing a substrate, the method comprising: positioning a substrate on a fixed substrate support, facing the substrate to form one or more hot zones and one or more annealing zones on the substrate surface; Directing the heating energy, and moving the heating energy to treat the selected zone of the substrate by sequentially placing the hot zone and the annealing zone over each selected zone.
다른 실시예들은 기판을 열 처리하기 위한 장치를 제공하며, 이 장치는 가동 기판 지지부, 기판 지지부의 표면의 제 1 부분을 향하여 어닐링 에너지를 지향시키는 제 1 에너지 소스, 및 기판 지지부의 표면의 제 2 부분을 향하여 예열 에너지를 지향시키도록 배향된 제 2 에너지 소스, 및 제 1 에너지 소스 및 제 2 에너지 소스를 수용하는 광학 조립체를 포함한다.Other embodiments provide an apparatus for thermally treating a substrate, the apparatus comprising a movable substrate support, a first energy source directing annealing energy towards a first portion of the surface of the substrate support, and a second of the surface of the substrate support. A second energy source oriented to direct preheat energy towards the portion, and an optical assembly to receive the first energy source and the second energy source.
다른 실시예들은 기판을 열 처리하기 위한 장치를 제공하며, 이 장치는 고정 기판 지지부, 기판 지지부의 표면의 제 1 부분을 향하여 어닐링 에너지 및 기판 지지부의 표면의 제 2 부분을 향하여 예열 에너지를 지향시키도록 배향된 하나 또는 둘 이상의 에너지 소스, 및 고정된 기판 지지부에 대해 어닐링 에너지 및 예열 에너지를 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함한다.Other embodiments provide an apparatus for thermally treating a substrate, which directs annealing energy towards a fixed substrate support, a first portion of the surface of the substrate support, and a preheat energy towards a second portion of the surface of the substrate support. One or more energy sources oriented so as to be oriented, and an actuator for moving the annealing energy and the preheating energy relative to the fixed substrate support.
본 발명의 상술된 특징이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에서 간단히 요약된 본 발명의 더욱 특별한 상세한 설명이 첨부된 도면에서 일부가 도시된 실시예들을 참조한다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 단지 통상적인 실시예들을 도시하며, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않고, 본 발명에 대해 다른 균등한 실시예들을 인정할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS In order that the above-described features of the present invention may be understood in detail, reference is made to the embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings in which a more specific detailed description, briefly summarized above, is attached. It is to be noted, however, that the appended drawings illustrate only typical embodiments of the invention and, therefore, are not to be considered as limiting the scope of the invention, and other equivalent embodiments may be recognized for the invention.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 개략적인 사시도이며,
도 1b는 도 1a의 에너지 소스의 일 실시예의 개략적인 저면도이며,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략적인 사시도이며,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정을 겪는 기판 상의 온도 대 위치의 그래프이며,
도 3b 내지 도 3c는 본 발명의 두 개의 실시예에 따른 공정을 겪는 기판의 개략적인 평면도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 개략적인 측면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버를 도시하는 개략적인 단면도이며,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정을 겪는 기판의 개략적인 평면도이며,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버를 도시하는 개략적인 단면도이며,
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정들을 겪는 기판 상의 온도 대 시간의 그래프이며,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 요약하는 흐름도이며,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법을 요약하는 흐름도이며,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법을 요약하는 흐름도이다.1A is a schematic perspective view of an apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 1B is a schematic bottom view of one embodiment of the energy source of FIG. 1A, and FIG.
2 is a schematic perspective view of an apparatus according to another embodiment of the present invention,
3A is a graph of temperature versus location on a substrate undergoing a process in accordance with one embodiment of the present invention,
3B-3C are schematic plan views of a substrate undergoing a process according to two embodiments of the invention,
4 is a schematic side view of an apparatus according to an embodiment of the present invention,
5 is a schematic cross-sectional view showing a processing chamber according to an embodiment of the present invention,
6 is a schematic plan view of a substrate undergoing a process according to one embodiment of the invention,
7 is a schematic cross-sectional view showing a processing chamber according to an embodiment of the present invention,
8A-8B are graphs of temperature versus time on a substrate undergoing processes in accordance with one embodiment of the present invention,
9 is a flow diagram summarizing a method according to an embodiment of the present invention;
10 is a flow diagram summarizing a method according to another embodiment of the present invention;
11 is a flowchart summarizing a method according to another embodiment of the present invention.
이해를 촉진하도록, 가능하게는 도면에 공통하는 동일한 요소를 표시하도록 동일한 도면 부호가 이용된다. 일 실시예에서 공개된 요소는 특별한 인용 없이 다른 실시예들에 유익하게 이용될 수 있다.To facilitate understanding, the same reference numerals are used to denote the same elements that are common to the figures. The element disclosed in one embodiment may be beneficially used in other embodiments without particular citation.
기판상의 장치 치수가 더 작아질수록, 그리고 기판이 자체적으로 더 커질수록, 한 번에 전체 기판의 열 처리를 수행하는 것이 매우 비현실적이다. 전체 표면을 통전하기 위해 요구되는 전력이 과중하게 되고, 비-균일 처리에 대한 기회도 그렇다. RTP 챔버와 같은 열 처리 툴은 따라서 때때로 회전(turn)에 의해 기판 표면의 부분들을 처리하도록 구성된다. 미국 캘리포니아의 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드로부터 입수가능한 DSA(등록상표) 챔버와 같은 예시적인 열 처리 장치는 표면을 어닐링하도록 레어지 광으로 기판 표면의 작은 부분을 조사하기 위해 이용될 수 있다. 레이지 비임의 에지에서, 기판 표면은 극한 비율로 가열될 수 있고, 조사된 부분과 처리되지않은 부분 사이의 온도 구배는 기판 내를 열 응력으로 손상시킬 수 있다. 이러한 이유 때문에, 기판은 일반적으로 어닐링 온도로 가열하는 응력을 감소시키도록 상승된 주위 온도로 전체 기판을 유지하는 가열된 척 상에 배치된다. 자주, 그러나, 상승된 온도로 기판을 유지하는 요구는 열 처리의 이익을 감소시킨다. 본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판을 열 처리하는 개선된 방식을 고려한다.The smaller the device dimensions on the substrate and the larger the substrate itself, it is very impractical to perform the heat treatment of the entire substrate at once. The power required to energize the entire surface is heavy, as is the opportunity for non-uniform processing. Thermal processing tools, such as RTP chambers, are therefore sometimes configured to process portions of the substrate surface by turn. Exemplary heat treatment devices, such as DSA® chambers, available from Applied Materials, Inc. of Santa Clara, California, USA, are used to irradiate a small portion of the substrate surface with laser light to anneal the surface. Can be. At the edge of the lazy beam, the substrate surface can be heated in extreme proportions, and the temperature gradient between the irradiated and untreated portions can damage the substrate with thermal stress. For this reason, the substrate is generally placed on a heated chuck that maintains the entire substrate at an elevated ambient temperature to reduce the stress of heating to the annealing temperature. Frequently, however, the need to maintain the substrate at elevated temperatures reduces the benefits of heat treatment. Embodiments of the present invention generally contemplate an improved way of thermally treating a substrate.
일반적으로 본 명세서에서 이용되는 용어 "기판"은 소정의 천연 전기 전도 성능을 가지는 어떠한 재료 또는 전기를 전도하기 위한 성능을 제공하도록 변형될 수 있는 재료로 형성된 제품을 지칭할 수 있다. 통상적인 기판 재료는 실리콘(Si) 및 게르마늄(Ge), 뿐만 아니라 반도체 특성을 보여주는 다른 합성물과 같은, 반도체를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 같은 반도체 합성물은 일반적으로 그룹 Ⅲ-Ⅴ및 그룹 Ⅱ-Ⅵ 합성물을 포함한다. 대표적인 그룹 Ⅲ-Ⅴ 반도체 합성물은 비소화갈륨(GaAs), 인화갈륨(GaP), 및 질화갈륨(GaN)을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 일반적으로, 용어 "반도체 기판"은 벌크 반도체 기판 뿐만 아니라 그 위에 배치된 증착 층을 가지는 기판을 포함한다. 이를 위해, 본 발명의 방법들에 의해 처리된 일부 반도체 기판 내의 증착 층은 균질 에피택셜(예를 들면, 실리콘 상의 실리콘) 또는 이종 에피택셜(예를 들면, 실리콘 상의 GaAs) 성장에 의해 형성된다. 예를 들면, 본 발명의 방법은 이종 에피택셜 방법들에 의해 형성된 갈륨 비소 및 갈륨 질소 기판에 이용된다. 유사하게, 발명된 방법은 또한 절연 기판(예를 들면, 실리콘-온-인슐레이터[SOI] 기판) 상에 형성된 상대적으로 얇은 결정 실리콘 층 상에 박막 트랜지스터(TFT)와 같은 집적된 장치를 형성하도록 적용될 수 있다.As used herein, the term “substrate” as used herein may refer to any material having a given natural electrical conducting performance or to an article formed of a material that can be modified to provide the ability to conduct electricity. Typical substrate materials include, but are not limited to, semiconductors, such as silicon (Si) and germanium (Ge), as well as other composites showing semiconductor properties. Such semiconductor composites generally include group III-V and group II-VI composites. Representative Group III-V semiconductor composites include, but are not limited to, gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), and gallium nitride (GaN). In general, the term “semiconductor substrate” includes a substrate having a bulk semiconductor substrate as well as a deposition layer disposed thereon. To this end, the deposition layer in some semiconductor substrates treated by the methods of the present invention is formed by homogeneous epitaxial (eg, silicon on silicon) or heteroepitaxial (eg, GaAs on silicon) growth. For example, the method of the present invention is used for gallium arsenide and gallium nitrogen substrates formed by heteroepitaxial methods. Similarly, the invention is also applied to form integrated devices such as thin film transistors (TFTs) on relatively thin crystalline silicon layers formed on insulating substrates (eg, silicon-on-insulator [SOI] substrates). Can be.
본 발명의 소정의 실시예는 기판을 열 처리하는 방법들을 제공한다. 도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(100)의 개략적인 사시도이다. 도 1a는 작업면(108) 상에 배치된 기판(106)의 한정된 구역, 또는 어닐링 구역(104) 상에 일정한 양의 에너지를 투사하도록 적용된 에너지 소스(102)를 특징으로 한다. 어닐링 구역(104) 상으로 투사되는 에너지의 양은 기판(106)의 표면의 어닐링을 일으키도록 선택된다. 에너지 소스에 의해 전달된 에너지는 기판(106)의 일 부분을 용융하기 위해 요구되는 것보다 작다. 다른 실시예에서, 전달된 에너지는 기판(106)의 일 부분의 우선 용융을 일으키도록 선택된다.Certain embodiments of the present invention provide methods for thermally treating a substrate. 1A is a schematic perspective view of an
소정의 실시예에서, 에너지 소스(102)는 도 1b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 복수의 이미터를 포함하며, 이미터(102A 내지 102E)는 에너지 소스(102)에 매립된 것으로 도시된다. 이미터(102A 내지 102E)는 일반적으로 기판(106) 상으로 지향되는 방사선을 방사한다. 소정의 실시예에서, 각각의 이미터(102A 내지 102E)는 동일한 양의 에너지를 방사한다. 다른 실시예에서, 이미터(102A 내지 102E)는 상이한 양의 에너지를 방사할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 이미터(102A)는 기판(106)의 어닐링 구역(104)을 어닐링하도록 선택된 에너지의 양을 방사할 수 있으며, 반면 이미터(102B 내지 102E)는 어닐링 구역(104) 근처, 어닐링 구역에 인접하여, 또는 어닐링 구역과 겹쳐지는 기판(106)의 하나 또는 둘 이상의 부분을 예열하기 위해 선택된 일정한 양의 에너지를 방사한다.In certain embodiments,
일 예에서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 어닐링 구역(104)과 같은, 기판의 단지 하나의 한정된 구역은 어떠한 주어진 시간에도 에너지 소스(102)로부터 방사선으로 노출된다. 본 발명의 하나의 양태에서, 기판(106)의 다중 영역은 기판의 목표 구역의 우선 용융을 일으키도록 에너지 소스(102)로부터 전달된 에너지의 목표 량으로 계속적으로 노출된다. 또 다른 양태에서, 기판(106)의 다중 영역은 용융 없이 기판의 목표 구역을 어닐링하도록 선택된 에너지 소스(102)로부터 일정한 양의 에너지에 계속적으로 노출된다.In one example, as shown in FIG. 1A, only one confined region of the substrate, such as
대체로, 기판의 표면 상의 영역은 전자기 방사선 소스(예를 들면, 종래의 X/Y 스테이지, 정밀 스테이지)의 출력에 대해 기판을 이동시키고 및/또는 기판에 대해 방사선 소스의 출력을 이동시킴으로써 계속적으로 노출될 수 있다. 통상적으로, 개별 정밀 스테이지(도시안됨)의 부분일 수 있는, 하나 또는 둘 이상의 종래의 전기 액츄에이터(110)(예를 들면, 선형 DC 서보 모터, 리드 스크류 및 서보 모터)가 기판(106)의 운동 및 위치를 제어하기 위해 이용된다. 기판(106)을 지지 및 우치시키기 위해 이용될 수 있는 종래의 정밀 스테이지는 미국 캘리포니아 로너트 파크의 파커 하니핀 코포레이션으로부터 입수가능하다.In general, the area on the surface of the substrate is continuously exposed by moving the substrate relative to the output of the electromagnetic radiation source (eg, conventional X / Y stage, precision stage) and / or by moving the output of the radiation source relative to the substrate. Can be. Typically, one or more conventional electric actuators 110 (eg, linear DC servo motors, lead screws, and servo motors), which may be part of an individual precision stage (not shown), move the
다른 실시예에서, 전자기 방사선의 소스는 기판에 대해 이동할 수 있다. 도 1a의 실시예에서, 예를 들면, 에너지 소스(102)는 기판(106)의 목표 구역 위에 에너지 소스(102)를 위치시키도록 구성된, 카티션 프레임(Cartesian frame)과 같은, 위치설정 장치(도시안됨)로 결합될 수 있다. 위치설정 장치는 부가적으로 기판(106) 위에 에너지 소스의 상승을 조정하도록 구성될 수 있다.In another embodiment, the source of electromagnetic radiation can move relative to the substrate. In the embodiment of FIG. 1A, for example, the
도 1a를 다시 참조하면, 예열 구역(112)은 기판(106)의 표면 상에 형성된다. 소정의 실시예에서, 예열 구역(112)은 어닐링 구역(104)을 둘러싼다. 다른 실시예에서, 예열 구역은 어닐링 구역(104)로 인접할 수 있거나, 어닐링 구역(104)과 겹쳐질 수 있다. 여전히 다른 실시예에서, 예열 구역(112)은 예열 구역(112)과 어닐링 구역(104) 사이에 갭 또는 공간을 가지고, 어닐링 구역(104) 근처에 있을 수 있다. 소정의 실시예에서, 예열 구역은 어닐링 구역으로부터 이격될 수 있다. 예열 구역은 따라서 도 1a의 실시예에서 도시된 원형 예열 구역(112)과 같은, 소정의 편리한 형상을 가질 수 있다.Referring again to FIG. 1A, a preheating
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 장치(200)의 개략적인 사시도이다. 에너지 소스(202)는 작업면(206) 상에 배치된 기판(204)을 향하여 에너지를 지향시키도록 구성된다. 소정의 실시예에서, 에너지 소스(202)는 기판(204)의 표면을 열 처리하도록 선택된 특성의 전자기 에너지를 방사하는 복수의 이미터(202A)를 포함한다. 이미터들(202A) 중 하나 이상은 기판(204)의 어닐링 부분(208)을 어닐링하도록 구성될 수 있으며, 반면 이미터들(202A) 중 하나 이상은 기판(204)의 예열 부분(210)을 예열하기 위해 구성된다. 도 2의 실시예에서, 예열 부분(210)은 어닐링 부분(208)에 인접하게 도시된다. 다른 실시예들은 어닐링 부분(208)과 겹쳐지거나, 어닐링 부분(208)으로부터 이격되는 예열 부분(210)을 특징으로 할 수 있다.2 is a schematic perspective view of an
도 3a는 본 발명의 일 실시예를 실시하는 기판 상의 영향을 보여주는 일반화된 그래프이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판의 부분들은 상이한 존에서 상이한 온도로 유지된다. 도 3a의 그래프는 어닐링 공정을 겪는 기판의 표면 상의 온도의 지점을 나타내며, 이 지점은 처리 존을 통하여 도시된 라인 상에 배치된다. 제 1 존(302)은 기판 표면을 어닐링하도록 선택된 고온으로 유지될 수 있다. 이러한 존은 도 1a의 어닐링 구역(104), 도 2의 어닐링 구역(204), 또는 고온으로 가열되는 기판의 어떠한 구역에도 대응될 수 있다.3A is a generalized graph showing the effect on a substrate implementing one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3A, portions of the substrate are maintained at different temperatures in different zones. The graph of FIG. 3A shows a point of temperature on the surface of the substrate undergoing an annealing process, which point is placed on the line shown through the treatment zone. The
도 3a의 실시예는 도 3a의 예에서 낮아지는, 상이한 온도로 일반적으로 유지되는 제 2 존(304)을 특징으로 한다. 제 2 존(304)은 소정의 실시예에서 제 1 존(302)을 둘러쌀 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 존(304)은 제 1 존(302)에 인접할 수 있고, 제 1 존(302)과 겹쳐질 수 있고, 또는 제 1 존(302)으로부터 이격될 수 있다. 제 2 존(304)의 온도는 일반적으로 제 1 존(302)의 온도보다 낮다. 제 2 존(304)의 온도는 기판의 부분들을 예열하도록 선택될 수 있어, 매우 급작스런 온도 변화에 의해 기판 상의 열 응력을 감소시킨다.The embodiment of FIG. 3A features a
제 3 존(306)은 일반적으로 또한 기판 상에 형성된다. 대부분의 실시예에서, 제 3 존(306)은 주위 온도가 우세한 존일 것이다. 제 3 존(306)은 따라서 다수의 실시예에서 주위 존일 수 있다. 그러나, 소정의 실시예에서, 제 3 존(306)은 또한 예를 들면 가열된 지지부로 가열된 주위에 의해 또는 전자기 에너지의 추가 이용에 의해, 인가된 열 에너지를 수용할 수 있다. 제 1 존(302)에 더 근접한 점차적인 예열의 착상을 따라, 제 3 존(306)의 온도는 일반적으로 제 2 존(304)의 온도보다 작을 수 있다. 제 3 존(306)은 소정의 실시예에서 제 2 존(304)을 둘러쌀 수 있거나, 다른 실시예에서 제 2 존에 인접할 수 있다. 소정의 실시예에서, 제 3 존의 온도는 약 500 ℃ 아래로 유지될 것이다.The
제 2 존(304)은 제 1 존(302) 및 제 3 존(306)의 온도들 사이의 온도를 가질 수 있다. 목표 예열을 달성하도록, 제 2 존(304)의 온도는 제 3 존(306)의 온도 로부터 제 1 존(302)의 온도까지의 총 온도 상승의 약 30% 내지 약 70%의 온도 상승을 초래한다. 소정의 실시예에서, 제 3 존(306)에 대한 제 2 존(304)의 온도 상승은 제 3 존(306)에 대한 제 1 존(302)의 온도 상승의 약 50%이다.The
소정의 실시예에서, 제 1 존(302)의 온도는 약 1,250℃ 내지 약 1,350℃와 같은, 약 1,100℃ 내지 약 1,400℃일 수 있다. 소정의 실시예에서, 제 1 존(302)과 주위 온도 사이의 온도 차이는 기판의 용융점과 주위 온도 사이의 온도 차이의 약 95%와 같은 약 90% 내지 약 99%일 것이다. 소정의 실시예에서, 제 2 존(304)의 온도는 약 300℃ 내지 약 800℃일 수 있다. 제 2 존(304)의 온도는 일반적으로 제 1 존(302) 내지 제 2 존(304)의 경계에서 열 응력을 감소시킬 수 있도록 선택되지만, 또한 일반적으로 기판의 부분들이 무정형화되는(amorphize) 수준 아래이다. 제 2 존(304)의 온도는 일반적으로 어닐링되어야 하는 기판의 부분들을 예열하도록 선택될 것이며 어닐링 된 부분이 냉각된다. 제 2 존(304)의 온도는 일반적으로 결정 격자로부터 원자를 제거하기 위해 요구된 온도 아래이다. 실리콘 함유 기판을 특징화하는 하나의 예시적인 실시예에서, 제 1 존(302)의 온도는 약 1,350℃일 수 있고, 제 2 존(304)의 온도는 약 650℃이고, 제 3 존(306)의 온도는 약 20℃일 수 있고 또 다른 주위 온도일 수 있다.In certain embodiments, the temperature of the
도 3b 및 도 3c는 각각 그 위에 형성된 복수의 처리 존을 가지는, 기판의 개략도이다. 처리 존은 전자기 방사선에 의해 가열되는 기판의 영역을 나타낸다. 도 3b의 실시예는 제 2 존(304B) 및 제 3 존(306B)에 의해 둘러싸이는 제 1 존(302)을 가진다. 존들이 유사하거나 상이한 형상을 가질 수 있다는 것에 주의하여야 한다. 도 3b의 실시예는 원형의 제 2 및 제 3 존(304B, 306B)을 구비한 직사각형 제 1 존(302)을 특징으로 한다. 선택적인 실시예는 모든 3개의 존에 대해 원형 형상을 가질 수 있다. 도 3c의 실시예는 주위 존인 제 3 존(306)에 의해 모두 둘러싸이는, 어느 한 측부 상에서 제 1 존(302C)에 인접한 직사각형 또는 정사각형의 제 2 존(304C)를 구비한, 직사각형 제 1 존(302C)을 특징으로 한다. 또한, 제 2 존이 전부 단일 온도로 유지될 수 있거나 제 2 존의 부분들이 상이한 온도로 유지될 수 있다. 예를 들면, 도 3b의 실시예의 제 2 존(304B)은 전부 단일 온도일 수 있고 반면에 도 3c의 실시예의 제 2 존(304B)은 상이한 온도의 부분들을 가질 수 있다. 제 2 존(304C)의 일 부분이 예열 존으로서 의도되고 또 다른 부분이 냉각 존으로서 의도되는 경우, 예열 부분은 냉각 부분보다 더 높은 온도로 유지될 수 있다. 원형, 직사각형, 또는 소정의 다른 평면 형상과 같은 소정의 적당한 형상의 기판이 본 명세서에서 공개된 본 발명의 일시예들로부터 유익하다.3B and 3C are schematic views of a substrate, each having a plurality of processing zones formed thereon. The treatment zone represents an area of the substrate that is heated by electromagnetic radiation. The embodiment of FIG. 3B has a
소정의 실시예에서, 주위 존과 어닐링 존 사이의 상승된 온도의 다중 존이 있을 수 있다. 소정의 실시예는, 단일 어닐링 존을 구비한 다수의 예열 존을 특징을 할 수 있다. 소정의 실시예는 제 1 의 복수의 예열 존 및 제 2의 복수의 냉각 존을 특징으로 할 수 있다. 소정의 실시예에서, 하나의 존은 다음의 더 높은 온도의 존을 둘러쌀 수 있어, 각각의 존이 둘러싸이고 또 다른 존에 의해 둘러싸이도록 한다. 이 같은 실시예는 형상이 동심 원, 상이한 지점에 중심을 가지는 포개지는 원(즉, 비-동심원)에 접근되는(approximate) 존을 가질 수 있다. 다양하게 상이한 다각형 형상, 예를 들면, 삼각형, 직사각형, 정사각형, 사다리꼴, 6각형, 등과 같은, 다수의 상이한 형상의 존이 소정의 실시예에서 유용할 수 있다. 당연히, 상이한 형상들은 상이한 존에 유용할 수 있다. 다른 실시예에서, 존은 하나의 측부 상의 다음의 더 높은 온도의 구역 및 다른 측부 상의 다음의 낮은 온도의 구역에 인접할 수 있다. 다른 실시예에서, 소정의 존은 다른 존에 인접할 수 있고 소정의 존은 다른 존을 둘러쌀 수 있다. 예를 들면, 제 1 존은 어닐링 존으로서 한정될 수 있고, 인접한 제 2 존은 제 1 존의 제 1 측부 상의 예열 및 제 1 존의 제 2 측부 상의 냉각을 위한 것이고, 제 1 및 제 2 존 모두 제 3 존에 의해 둘러싸이며, 제 3 존은 주위 온도 위의 온도로 유지되고, 다른 존 모두를 둘러싸는 제 4 존은 주위 온도로 유지된다.In certain embodiments, there may be multiple zones of elevated temperature between the ambient zone and the annealing zone. Certain embodiments may feature multiple preheat zones with a single annealing zone. Certain embodiments may feature a first plurality of preheat zones and a second plurality of cooling zones. In some embodiments, one zone may surround the next higher temperature zone, such that each zone is surrounded and surrounded by another zone. Such an embodiment may have zones approaching concentric circles whose shape is centered at different points (ie, non-concentric circles). Various different polygonal shapes, such as triangles, rectangles, squares, trapezoids, hexagons, and the like, may be useful in certain embodiments with zones of different shapes. Naturally, different shapes may be useful for different zones. In other embodiments, the zone may be adjacent to the next higher temperature zone on one side and the next lower temperature zone on the other side. In other embodiments, certain zones may be adjacent to other zones and certain zones may surround other zones. For example, the first zone can be defined as an annealing zone, the adjacent second zone is for preheating on the first side of the first zone and cooling on the second side of the first zone, and the first and second zones. All are surrounded by a third zone, the third zone is maintained at a temperature above ambient temperature, and the fourth zone surrounding all other zones is maintained at ambient temperature.
하나의 예시적인 실시예에서, 직사각형 어닐링 존은 마주하는 측부 상에 삼각형을 구비한 직사각형과 같이 형성된 하나 또는 둘 이상의 예열 존에 의해 둘러싸일 수 있다. 이 같이 테이퍼진 형상은 원하는 방식으로 기판 표면의 가열 및 냉각을 촉진할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 직사각형 또는 원형일 수 있는 어닐링 존은 눈물방울 형상을 가지는 하나 또는 둘 이상의 예열 존에 의해 둘러싸일 수 있다. 눈물방울 형상의 라운드형 부분은 예열 존일 수 있으며, 반면 눈물방울의 "꼬리"는 냉각 존일 수 있다.In one exemplary embodiment, the rectangular annealing zone may be surrounded by one or more preheating zones formed as rectangles with triangles on opposite sides. This tapered shape can promote heating and cooling of the substrate surface in a desired manner. In another exemplary embodiment, the annealing zone, which may be rectangular or circular, may be surrounded by one or more preheating zones having a teardrop shape. The teardrop shaped rounded portion may be a preheating zone, while the “tail” of the teardrop may be a cooling zone.
소정의 실시예에서, 예열 또는 냉각 존의 하나 또는 둘 이상은 어닐링 존과 예열 및/또는 냉각 존 사이의 갭을 가지고, 어닐링 존으로부터 이격될 수 있다. 예를 들면, 주위 존, 예열 존, 어닐링 존, 및 냉각 존과 같은 4개의 존이 어닐링되도록 기판 표면 상에 형성될 수 있다. 어닐링 존은 11 mm인 두 개의 긴 측부 및 100 ㎛인 두 개의 짧은 측부를 가지는 직사각형일 수 있다. 예열 존은 13 mm인 베이스 및 5 mm의 높이를 가지는 2등변 삼각형일 수 있으며, 베이스가 어닐링 존의 긴 측부에 평행하고 어닐링 존의 긴 측부로부터 약 1 mm 이격되며, 이등변 삼각형을 이등분하는 라인이 또한 길이가 5.5 mm이고 폭이 100 ㎛인 두 개의 직사각형으로 이등분하도록 어닐링 존에 대해 중심이 조정된다(center). 냉각 존은 또한 예열 존과 유사한 이등변 삼각형일 수 있다. 어닐링 존 온도가 1,200℃인 경우, 예열 존의 온도는 약 600℃ 내지 약 700℃일 수 있어, 기판이 예열 존과 어닐링 존 사이의 갭을 통과할 때 기판 표면의 온도가 약간 떨어지도록 한다. 기판 표면의 온도는 예를 들면 어닐링 존 내로 통과하기 전에 약 500℃로 떨어질 수 있다. 이 같은 예열 프로파일은 기판을 예열하는 동안 기판의 벌크 내에서 깊은 원자의 섭동을 최소화는데 유용할 수 있다. 예열 존을 형성하는 이등변 삼각형의 베이스의 길이를 연장함으로써 기판 상의 열 응력에 의한 손상을 방지하도록 어닐링 존의 짧은 측부에 인접한 기판 표면의 영역에 대한 가열을 제공할 수 있다. 예열 존으로부터 어닐링 존의 마주하는 긴 측부에 인접하게 위치되는 유사한 냉각 존은 열 응력에 의한 손상을 회피하면서 냉각을 가속하기에 유용할 수 있다.In certain embodiments, one or more of the preheating or cooling zones may have a gap between the anneal zone and the preheating and / or cooling zones and may be spaced apart from the anneal zone. For example, four zones such as ambient zone, preheat zone, annealing zone, and cooling zone can be formed on the substrate surface to anneal. The annealing zone may be rectangular with two long sides of 11 mm and two short sides of 100 μm. The preheating zone may be a base that is 13 mm and an isosceles triangle with a height of 5 mm, the base being parallel to the long side of the annealing zone and spaced about 1 mm from the long side of the annealing zone, and the line bisecting the isosceles triangle It is also centered for the annealing zone to be bisected into two rectangles 5.5 mm long and 100 μm wide. The cooling zone may also be an isosceles triangle similar to the preheating zone. If the anneal zone temperature is 1,200 ° C., the temperature of the preheat zone may be between about 600 ° C. and about 700 ° C. such that the temperature of the substrate surface drops slightly as the substrate passes through the gap between the preheat zone and the anneal zone. The temperature of the substrate surface may drop to about 500 ° C., for example, before passing into the annealing zone. Such preheating profile may be useful to minimize perturbation of deep atoms in the bulk of the substrate while preheating the substrate. By extending the length of the base of the isosceles triangles forming the preheat zone, it is possible to provide heating to the area of the substrate surface adjacent the short side of the annealing zone to prevent damage by thermal stress on the substrate. Similar cooling zones located adjacent to the opposite long side of the anneal zone from the preheat zone may be useful to accelerate cooling while avoiding damage by thermal stress.
소정의 실시예들은 복수의 어닐링 존 및 상이한 중간 온도를 가지는 복수의 존을 특징으로 할 수 있다. 각각의 어닐링 존은 동일한 온도, 또는 개별 실시예들의 요구에 따라 상이한 온도들로 유지될 수 있다. 이러한 종류의 실시예에서, 예열 존은 어닐링 존들 사이, 어닐링 존들 중에서, 어닐링 존들 주위, 어닐링 존에 인접하게 형성될 수 있거나, 어닐링 존을 둘러싸거나, 어닐링 존으로부터 이격될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 기판은 각각의 부분에서 복수의 처리 존을 형성하는 장치에 의해 4개의 부분에서 처리될 수 있다. 따라서, 각각의 부분은 예열 존에 의해, 그리고 추가로 주위 존에 의해 둘러싸이는 어닐링 존을 가질 수 있으며, 상기 존들은 기판을 동시에 처리하도록 각각의 부분을 가로질러 이동한다. 이 같은 일 실시예에서, 존들은 본 명세서에서 설명된 방식들 중 어떤 것으로도 형성 및 구성될 수 있으며, 각각의 부분들 내의 예열 존의 위치는 기판의 전체 열 소모 비용을 유지하도록 다른 부분들 내에 가열된 존으로부터 미리-선택된 거리에 유지될 수 있다.Certain embodiments may feature a plurality of annealing zones and a plurality of zones having different intermediate temperatures. Each annealing zone may be maintained at the same temperature, or at different temperatures as required by the individual embodiments. In this kind of embodiment, the preheating zone may be formed between the annealing zones, among the annealing zones, around the annealing zones, adjacent to the annealing zone, surrounding the annealing zone, or spaced apart from the annealing zone. For example, in one embodiment, the substrate may be processed in four portions by an apparatus that forms a plurality of processing zones in each portion. Thus, each portion may have an annealing zone surrounded by the preheating zone and further by the surrounding zones, which zones move across each portion to simultaneously process the substrate. In one such embodiment, the zones may be formed and configured in any of the manners described herein, with the location of the preheat zone in each of the portions being in other portions to maintain the overall heat dissipation cost of the substrate. It may be maintained at a pre-selected distance from the heated zone.
소정의 실시예에서, 예열 존, 또는 예열 및 냉각 존은 편리한 방식으로 형성될 수 있다. 도 3c의 실시예에서 설명된 바와 같이 예열 및 냉각 존이 직사각형이고 어닐링 존의 두 개의 측부 상에 배치되는, 실시예들이 설명되었다. 다른 실시예에서, 예열 및 냉각 존의 형상은 어닐링 존으로부터 떨어져 테이퍼를 형성할 수 있다. 예열 및 냉각 존이 어닐링 존을 둘러싸지 않는 실시예에서, 예열 및 냉각 존은 일반적으로 어닐링 존의 하나 이상의 크기와 동일한 공간에 걸칠 수 있을 것이다. 소정의 실시예에서, 예열 및 냉각 존은 어닐링 존으로부터 거리에 따라 좁아질 수 있다. 소정의 실시예에서, 예열 및 냉각 존은 삼각형, 사다리꼴, 포물선, 타원형, 계란형, 또는 비규칙적 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 예열 및 냉각 존은 반원으로 결합되는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 형상은 하나의 형상을 가지는 예열 존 및 또 다른 형상을 가지는 냉각 존이 혼합될 수 있다. 단일 중간-온도 존을 형성하도록 예열 및 냉각 존이 어닐링 존을 둘러싸는 실시예에서, 단일 중간-온도 존이 또한 형성될 수 있다. 어닐링 존을 둘러싸는 중간-온도 존은 일 실시예에서 타원형, 계란형, 또는 다이아몬드 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 직사각형 존은 어닐링 존을 둘러쌀 수 있다. 다른 실시예에서, 중간-온도 존은 비규칙적, 또는 한 쌍의 접하는 사다리꼴과 같은 복접한-규칙적 형상을 가질 수 있다.In certain embodiments, the preheating zone, or preheating and cooling zone, may be formed in a convenient manner. Embodiments have been described, as described in the embodiment of FIG. 3C, wherein the preheating and cooling zones are rectangular and disposed on two sides of the annealing zone. In other embodiments, the shape of the preheating and cooling zones may taper away from the anneal zone. In embodiments where the preheating and cooling zones do not surround the anneal zone, the preheating and cooling zones may generally span the same space as one or more sizes of the anneal zone. In certain embodiments, the preheating and cooling zones can be narrowed with distance from the annealing zone. In certain embodiments, the preheating and cooling zones may have a triangular, trapezoidal, parabolic, elliptical, oval, or irregular shape. In other embodiments, the preheating and cooling zones may have a rectangular shape that is joined in a semicircle. The shape may be mixed with a preheating zone having one shape and a cooling zone having another shape. In embodiments where the preheating and cooling zones surround the anneal zone to form a single mid-temperature zone, a single mid-temperature zone may also be formed. The mid-temperature zone surrounding the anneal zone may be oval, oval, or diamond shaped in one embodiment. In another embodiment, the rectangular zone may surround the anneal zone. In other embodiments, the mid-temperature zone may have an irregular, or double-regular shape, such as a pair of tangent trapezoids.
일 실시예에서, 중간-온도 존은 일반적으로 타원형 형상을 가질 수 있으며 어닐링 존에 대해 비규칙적으로 배치될 수 있다. 이 같은 실시예에서, 어닐링 존의 중심은 중간-온도 존의 중심으로부터 멀리 변위될 수 있다. 따라서, 중간-온도 존의 에지 상의 시작하는 지점으로부터 어닐링 존의 에지 상의 끝나는 지점까지 형성되는 복수의 라인는 최대값으로부터 최소값으로의 범위를 가지는 길이를 가지게 될 것이다. 어닐링 에너지가 기판의 표면을 가로질러 이동할 때 충분한 예열 에너지가 기판에 대한 손상을 방지하도록 인가되고, 충분한 에너지가 어닐링이 끝난 후 손상 없이 급속한 냉각을 촉진하도록 냉각 존으로 인가되도록 어닐링 경로의 방향으로 어닐링 존의 에지와 중간-온도 존의 에지 사이에 더 많은 거리를 유지하기에 유용할 수 있다. 이 같은 일 실시예에서, 기판 표면 상의 특별한 지점에 대한 온도 대 시간의 플로트(plot)가 눈물 방울의 절반의 형상을 가질 수 있다.In one embodiment, the mid-temperature zone may have a generally elliptical shape and may be arranged irregularly with respect to the annealing zone. In such an embodiment, the center of the annealing zone may be displaced away from the center of the mid-temperature zone. Thus, a plurality of lines formed from the starting point on the edge of the mid-temperature zone to the ending point on the edge of the annealing zone will have a length ranging from maximum to minimum. When the annealing energy moves across the surface of the substrate, sufficient preheating energy is applied to prevent damage to the substrate, and sufficient energy is applied to the cooling zone to promote rapid cooling without damage after the annealing is finished, in the direction of the annealing path. It may be useful to maintain more distance between the edge of the zone and the edge of the mid-temperature zone. In one such embodiment, a plot of temperature versus time for a particular point on the substrate surface may be half the shape of a tear drop.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치(400)의 개략적인 측면도이다. 제 1 에너지 소스(402) 및 제 2 에너지 소스(404)는 기판(410)의 제 1 표면(406) 및 제 2 표면(408) 각각을 향하여 에너지를 지향시키도록 배치된다. 제 1 에너지 소스(402)는 기판(410)의 제 1 존(412)을 향하여 에너지를 지향시킨다. 제 2 에너지 소스(404)는 에너지를 기판(410)의 제 2 존(414)을 향하여 지향시킨다. 대부분의 실시예에서, 제 1 존(412)은 제 2 존(414)보다 작으며, 제 2 존(414)의 경계는 모든 측부 상의 제 1 존(412)의 경계를 넘어 연장한다. 대부분의 실시예에서, 제 1 에너지 소스(402)는 기판(410)을 향하여 전자기 에너지를 지향하여, 제 1 존(412)을 어닐링 온도로 가열하도록 선택된 에너지로 제 1 존(412)을 조사하며, 반면 제 2 에너지 소스(404)는 제 2 존(414)을 중간 온도로 가열하도록 선택된 에너지로 제 2 존(414)을 조사한다. 중간 온도로 제 2 존(414)의 가열은 제 1 존(412)의 에지에서의 급격한 온도 변화에 의한 심한 열 응력을 회피하도록 어닐링되어야 하는 기판의 부분을 예열하도록 작용한다. 대체로, 기판을 어닐링하도록 설계된 에너지 소스는 약 1 W/cm2의 전력 밀도를 기판 표면으로 전달하게 되고, 기판을 단지 가열하도록 설계된 에너지 소스는 적어도 0.1 W/cm2 의 전력 밀도를 전달하게 되지만, 어닐링하기 위해 요구되는 전력 밀도보다 적다.4 is a schematic side view of an
하나의 양태에서, 어닐링 구역은 기판의 표면 상에 형성된 개별 다이(예를 들면, 40개의 "다이"가 도 1a에 도시된다) 또는 반도체 소자(예를 들면, 메모리 칩)와 일치하는 크기를 가진다. 도 1a를 다시 참조하면, 하나의 양태에서, 어닐링 구역(104)의 경계는 어닐링되고 각각의 다이의 경계를 형성하는 "절단(kerf)" 또는 "스크라이브(scribe)" 라인(114) 내에 조립되는 크기를 가진다. 하나의 양태에서, 어닐링 공정을 수행하기 전에 기판은 기판의 표면 상에서 통상적으로 발견되는 정렬 마크 및 다른 종래의 기술을 이용하여 에너지 소스(102)의 출력에 정렬되어 어닐링 구역(104)이 다이에 적절히 정렬될 수 있다. 어닐링 구역이 스크라이브 또는 절단 라인(114)과 같은, 다이들 사이의 자연적으로 발생되는 이용하지 않는 공간/경계에서 단지 겹쳐지도록 어닐링 구역(104)의 순차적인 배치는 소자가 기판 상에 형성되는 영역에서의 변화를 감소시키고 이에 따라 겹쳐지는 어닐링 영역들 사이의 공정 결과에서의 변화를 감소시킨다. 기판의 목표 구역에 걸친 균일한 어닐링을 보장하도록 인접하게 스캔된 구역들 사이의 중복을 타이트하게 제어하기 위한 요구가 다이들 사이의 미사용된 공간에 대한 겹쳐짐의 형성에 의해 발생된 것이 아니기 때문에 기술은 기판의 표면을 가로질러 레이저 에너지를 스위핑하는 종래의 공정들에 대한 장점을 가진다. 다이들 사이의 미사용된 공간/경계에 대한 중복을 한정하는 것은 공정 균일도 결과 대 또한 기판의 영역들 모두를 횡단하는 인접하여 겹쳐지는 영역들을 이용하는 종래의 스캐닝 어닐링 타입 방법을 개선한다. 따라서, 기판의 임계적 구역들을 처리하도록 에너지 소스(102)로부터 전달되는 에너지에 대한 노출의 변화 양에 의해, 공정 변화의 양이 최소화되며, 이는 순차적으로 배치되는 어닐링 영역(104)들 사이로 전달된 에너지의 어떠한 겹쳐짐도 최소화되기 때문이다.In one embodiment, the annealing zone has a size that matches a discrete die (eg, 40 “dies” are shown in FIG. 1A) or a semiconductor device (eg, a memory chip) formed on the surface of the substrate. . Referring again to FIG. 1A, in one aspect, the boundaries of the
도 1a를 참조하면, 일 예에서, 각각의 순차적으로 배치되는 어닐링 구역(104)은 크기가 약 22 mm x 약 33 mm인 직사각형 구역이다(예를 들면, 726 제곱 밀리미터(mm2의 면적)). 하나의 양태에서, 기판의 표면 상에 형성된 순차적으로 배치되는 어닐링 구역(104)의 각각의 면적은 약 4 mm2(예를 들면, 2 mm x 2 mm) 내지 약 1000 mm2(예를 들면, 25 mm x 40 mm)이다. 원형 예열 구역(112)은 어닐링 구역(104)을 둘러쌀 수 있고, 어닐링 구역(104)의 에지를 넘어 약 100 mm 까지 연장할 수 있다. 도 1a에 도시된 것과 같은 일 실시예에서, 예열 영역(112)은 바람직하게는 어닐링 영역9104)의 에지를 넘어 약 50 mm 이상 연장하는 것이 바람직하다. 어닐링 구역을 넘는 예열 구역 또는 중간-온도 구역의 크기는 일반적으로 기판 및 이용가능한 에너지 전달 수단의 크기에 따른다. 대부분의 실시예에서, 실시예를 위해 요구되는 열 소모 비용 관리를 제공하는 동안 전력 요구가 최소화되도록 다양한 중간 온도 구역의 크기를 만드는 것이 바람직하다. 소정의 실시예에서, 중간-온도 구역은 50 mm 미만, 예를 들면 약 30 mm와 같은, 하나 이상의 방향으로 100 mm 미만으로 어닐링 영역을 넘어 연장한다.Referring to FIG. 1A, in one example, each sequentially placed
지금부터 도 2를 참조하면, 또 다른 예에서, 각각의 어닐링 부분(208)은 도 1a의 어닐링 구역(104)의 크기와 유사한 크기를 가질 수 있다. 예열 구역(20)은 어느 한 측부 상에 어닐링 부분(208)에 인접하게 도시되며, 어닐링 부분(208)의 하나의 크기와 동일한 공간에 걸친다. 예열 구역(210)은 소정의 실시예에서, 어닐링 부분(208)의 에지를 넘어 약 50 mm 내지 약 100 mm로 연장할 수 있다.Referring now to FIG. 2, in another example, each annealing
예열 존 또는 구역의 크기는 일반적으로 예열 존 내의 적절한 예열을 허용하도록 선택될 수 있다. 소정의 실시예에서, 각각의 예열 존은 적절한 예열을 허용하도록 어닐링 존보다 더 클 수 있다. 연속하는 어닐링 구역의 순차적인 노출을 특징으로 하는 일 실시예에서, 예열 존을 목표 온도로 예열하기 위해 요구되는 시간은 어닐링 존을 어닐링하기 위해 요구되는 시간보다 더 길 수 있다. 따라서, 기판 상의 개별 위치는 두 개 또는 세 개 이상의 예열 공정으로 처리될 수 있다.The size of the preheat zone or zone may generally be selected to allow for proper preheating in the preheat zone. In certain embodiments, each preheat zone may be larger than the annealing zone to allow proper preheating. In one embodiment characterized by sequential exposure of successive anneal zones, the time required to preheat the preheat zone to the target temperature may be longer than the time required to anneal the anneal zone. Thus, individual locations on the substrate can be processed in two or three or more preheating processes.
대부분의 실시예에서, 에너지 소스는 일반적으로 기판 표면의 소정의 목표 구역을 어닐링하기 위해 전자기 에너지를 전달하도록 구성될 수 있다. 전자기 에너지의 통상적인 소스는 광학 방사 소스(예를 들면, 레이지), 전자 비임 소스, 이온 비임 소스, 마이크로파 에너지 소스, 가시 광선 소스, 및 적외선 소스를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 하나의 양태에서, 기판은 원하는 시간 주기동안 하나 또는 그 초과의 적절한 파장으로 방사선을 방사하는 레이저로부터 에너지의 펄스로 노출될 수 있다. 또 다른 양태에서, 플래쉬 램프는 기판 상으로 펄싱하기 위해 가시 광선 에너지를 발생하기 위해 이용될 수 있다. 하나의 양태에서, 어닐링 구역으로 전달되는 에너지의 양 및/또는 펄스의 주기에 걸쳐 전달되는 에너지의 양이 목표 영역의 타겟팅 어닐링을 수행하기 위해 최적화되도록, 에너지 소스로부터의 에너지의 펄스가 테일러링된다(tailor). 하나의 양태에서, 방사선의 상당한 부분이 기판 상에 배치되는 실리콘 층에 의해 흡수되도록, 레이저의 파장이 튜닝된다(tune). 실리콘 함유 기판 상에 수행된 레이저 어닐링 공정에 대해, 방사선의 파장은 통상적으로 약 800 nm보다 작고 종심(deep) 자외선(UV), 적외선(IR) 또는 다른 바람직한 파장으로 전달될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 소스는 약 500 nm 내지 약 11 마이크로미터의 파장으로 방사선을 전달하도록 구성된 레이저와 같은, 강한 광원일 수 있다. 대부분의 실시예에서, 공정은 일반적으로 약 1초 또는 그 미만의 정도와 같은, 상대적으로 짧은 시간 동안 기판의 주어진 영역 상에 발생된다.In most embodiments, the energy source can generally be configured to deliver electromagnetic energy to anneal certain target areas of the substrate surface. Typical sources of electromagnetic energy include, but are not limited to, optical radiation sources (eg, lasers), electron beam sources, ion beam sources, microwave energy sources, visible light sources, and infrared sources. In one aspect, the substrate can be exposed with a pulse of energy from a laser that emits radiation at one or more suitable wavelengths for a desired time period. In another aspect, a flash lamp can be used to generate visible light energy for pulsing onto the substrate. In one aspect, the pulse of energy from the energy source is tailored such that the amount of energy delivered to the annealing zone and / or the amount of energy delivered over the period of the pulse is optimized to perform targeting annealing of the target region ( tailor). In one aspect, the wavelength of the laser is tuned such that a substantial portion of the radiation is absorbed by the silicon layer disposed on the substrate. For laser annealing processes performed on silicon containing substrates, the wavelength of the radiation is typically less than about 800 nm and can be delivered at deep ultraviolet (UV), infrared (IR) or other desired wavelengths. In one embodiment, the energy source may be a strong light source, such as a laser, configured to deliver radiation at a wavelength of about 500 nm to about 11 micrometers. In most embodiments, the process generally takes place on a given area of the substrate for a relatively short time, such as on the order of about 1 second or less.
소정의 실시예들에서, 에너지 소스는 복수의 이미터를 포함하며 복수의 이미터 중 하나 이상은 상술된 바와 같이 어닐링 에너지를 방사하고, 복수의 이미터 중 하나 이상은 예열 에너지를 방사한다. 예열 에너지는 연속 웨이퍼 에너지일 수 있거나 펄스로 전달될 수 있다. 예열 에너지는 간섭성 또는 비간섭성, 단색성 또는 다색성, 극성 또는 비극성, 또는 이들의 소정의 조합 또는 소정의 각도로 펄스형일 수 있다. 예열 에너지는 강한 백색 광으로서, 적외선 광으로서, 레이저 광으로서 전달될 수 있다. 강한 백색 광은 제논 램프를 이용하여 전달될 수 있다. 적외선은 열 램프를 이용하여 전달될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 예열 에너지는 연속 파형 방사선으로서 전달될 수 있고, 어닐링 에너지는 펄스로 전달될 수 있다. 예열 에너지는 일반적으로 기판의 온도를 상승시키도록 어닐링 또는 용융을 위해 요구되는 양의 부분이 선택된다. 일 실시예에서, 레이저는 작업면 위에 배치될 수 있고, 4개의 열 램프는 어닐링 존 둘레의 영역을 예열하도록 레이저를 둘러싼다. 또 다른 실시예에서, 4개의 제논 램프가 열 램프 대신 강한 백색 광을 전달하기 위해 이용될 수 있다.In certain embodiments, the energy source includes a plurality of emitters and at least one of the plurality of emitters emits annealing energy as described above, and at least one of the plurality of emitters emits preheating energy. The preheat energy may be continuous wafer energy or may be delivered in pulses. The preheat energy may be coherent or non-coherent, monochromatic or polychromatic, polar or nonpolar, or any combination thereof or pulsed at an angle. The preheat energy can be delivered as strong white light, as infrared light, as laser light. Strong white light can be transmitted using a xenon lamp. Infrared rays may be transmitted using heat lamps. In certain embodiments, the preheat energy may be delivered as continuous wave radiation and the annealing energy may be delivered in pulses. The preheat energy is generally selected in the amount required for annealing or melting to raise the temperature of the substrate. In one embodiment, the laser can be placed above the working surface and four heat lamps surround the laser to preheat the area around the annealing zone. In another embodiment, four xenon lamps may be used to deliver strong white light instead of heat lamps.
도 5는 본 발명의 실시예들을 실시하기에 유용한 처리 챔버(500)를 도시하는 개략적인 단면도이다. 처리 챔버(500)는 챔버 바디(504) 상에 형성된 광학적으로 투명한 윈도우(506)를 포함한다. 챔버 바디(504)는 처리 용적(502)을 형성한다. 일 실시예에서, 처리 용적(502)은 처리 용적(502)으로 연결되는 진공 펌프(510) 및 불활성 가스 소스(512)에 의해 유지된 불활성 환경을 가질 수 있다.5 is a schematic cross-sectional view illustrating a
기판 지지부(508)는 처리 용적(502) 내에 배치된다. 기판 지지부(508)는 상부면(516) 상에 배치되는 기판(514)을 지지 및 이동시키도록 구성된다. 에너지 소스(518)는 챔버 바디(504) 외부에 위치하고 광학적으로 투명한 윈도우(506)를 통하여 에너지를 투사하기 위해 구성된다. 에너지 소스는 어닐링 에너지(520) 및 예열 에너지(522)를 본 명세서에서 설명된 방식들 중 하나로 투사하기 위해 구성될 수 있다. 기판 지지부(508)는 기판 지지부(508) 위에 배치되는 기판(514)을 위한 냉각 및 가열 성능을 가지는 온도 제어 유닛(524)으로 연결될 수 있다. 기판 지지부(508)는 처리 동안 기판(514)과 에너지 소스(518) 사이의 정밀 정렬 및 상대적 운동을 허용하는 하나 또는 둘 이상의 고 정밀 스테이지(526)로 연결될 수 있다.The
일 실시예에서, 광학 센서(528)는 에너지 소스(518)와 기판(514)의 정렬을 보조하기 위해 이용될 수 있다. 광학 센서(528)는 광학적으로 투명한 윈도우(506) 근처에 위치될 수 있고 추가로 고 정밀 스테이지(526)로 연결되는 제어 유닛(530)으로 연결된다. 정렬 동안, 광학 센서(528)는 기판(514) 상의 가시적 표시, 예를 들면 다이 둘레의 노치 및 스크라이브 라인를 위치시키도록 광학적으로 투명한 윈도우(506)를 통하여 "관측(look)"할 수 있다. 제어 유닛(530)은 광학 센서(528)로부터 신호를 처리하고 정렬 조정을 위해 고 정밀 스테이지(526)로 제어 신호를 발생한다.In one embodiment,
상술된 바와 같이, 전력 요구에 의해, 기판은 일반적으로 한 번에 일 부분을 어닐링한다. 각각의 개별 어닐링 후, 전자기 에너지는 다음 어닐링 부분을 조사하도록 기판에 대해 운동할 수 있다. 도 6은 어레이 내에 배열된 40 개의 직사각형 다이(602)를 포함하는 기판(600)의 개략적인 평면도이다. 각각의 다이(602)는 또한 다이들 사이의 미사용 영역(606)을 형성하는 스크라이브 라인(604)에 의해 제한된다. 제 1 에너지 투사 구역(608)은 단일 다이(602)를 향하여 제 1 양의 에너지를 투사하기 위해 제공된다. 일반적으로, 제 1 에너지 투사 영역(608)은 각각의 다이(602)의 영역과 동일하거나 이 영역보다 큰 영역을 덮을 수 있지만, 각각의 다이(602)의 영역 플러스 스크라이브 라인(604)을 둘러싸는 미 사용된 영역(606)보다 작은 영역을 덮을 수 있어, 에너지 투사 구역(608)에 전달된 에너지는 이웃하는 다이(602)와 겹쳐지지 않는 동안 다이(602)를 완전히 덮는다. 기판(600)으로 제 2 에너지 양을 전달하도록 제 1 에너지 투사 구역(608)을 둘러싸는 제 2 에너지 투사 구역(610)이 제공된다. 제 1 에너지 양은 제 2 에너지 양과 일반적으로 상이할 수 있다. 소정의 실시예들에서, 제 1 에너지 양은 제 2 에너지 양보다 더 높은 세기 및 더 많은 전력을 가질 것이다. 소정의 실시예에서, 제 1 에너지 양은 제 1 에너지 투사 구역(608) 내부의 기판 표면의 부분을 어닐링하도록 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 에너지 양은 제 1 에너지 투사 구역(608) 내부의 기판 표면의 부분들을 우선적으로 용융하도록 선택될 수 있다. 제 2 에너지 양은 제 2 에너지 투사 영역(610) 내의 기판 표면의 부분들을 예열하도록 선택될 수 있다. 제 2 에너지 투사 구역(610)의 예열 온도 상승은 약 30% 내지 약 70%, 또는 바람직하게는 약 50%와 같이 제 1 에너지 투사 구역(608) 내에 도달된 것의 일 부분일 수 있다. 제 2 에너지 투사 영역(610)은 따라서 제 1 에너지 투사 구역(608) 내에 도달하는 것 아래로 기판 표면의 온도를 유지하여, 제 1 에너지 투사 구역과 제 2 에너지 투사 구역 사이의 경계면에서의 온도 구배가 기판을 손상시키기 위해 요구되는 열 응력보다 작은 기판 내의 열 응력을 발생시키도록 한다.As discussed above, due to power requirements, the substrate generally anneals a portion at a time. After each individual annealing, the electromagnetic energy can move relative to the substrate to irradiate the next annealing portion. 6 is a schematic top view of a
기판 표면을 가로질러 퍼지는 다중 다이(602) 상에 어닐링 공정을 수행하도록, 기판 및/또는 에너지 소스의 출력이 위치되고 각각의 다이(602)에 대해 정렬된다. 일 실시예에서, 곡선(612)은 기판(600)의 표면 상의 각각의 다이(602) 상에 수행된 어닐링 시퀀스 동안 기판(600)의 다이(602)와 에너지 투사 구역(608 및 610) 사이의 상대적 운동을 도시한다. 일 실시예에서, 상대적인 운동은 기판이 곡선(612)을 따르도록 x 및 y 방향으로 기판을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상대적인 운동은 정지된 기판(600)에 대해 에너지 투사 영역(608 및 610)을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 에너지 투사 구역(608 및 610)은 기판(60)에 대해 에너지 소스를 이동시킴으로써, 또는 에너지 자체의 조종에 의해 이동될 수 있다. 전자기 에너지를 이용하는 일 실시예에서, 에너지는 기판 또는 에너지 소스를 이동시키지 않고 광학을 이용하여 조종될 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 둘 이상의 거울 또는 렌즈가 연속적인 다이(602)를 향하여 투사된 에너지를 지향시킬 수 있어, 이에 따라 에너지 투사 구역(608 및 610)을 이동시킨다.The output of the substrate and / or energy source is positioned and aligned for each die 602 to perform an annealing process on multiple dies 602 that spread across the substrate surface. In one embodiment,
또한, 곡선(612)에 의해 표시된 것과 상이한 경로는 다이(602)의 특별한 배치에 따라 작업 처리량 및 공정 품질을 최적화하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 선택적인 어닐링 경로는 실질적인 나선형 패턴을 따를 수 있으며 이는 기판(60)의 중앙 근처의 다이(602)로 시작하여 확장되는 원형 패턴으로 진행되거나, 기판의 하나의 에지에서의 다이(602)로 시작하여 수축하는 원형 패턴으로 진행된다. 일 실시예에서, 대각선을 따라 어닐링 경로를 따르는 것이 유용할 수 있으며, 이는 다이(602)의 대각선을 통하여 나오는 경로를 따라 진행된다. 이 같은 경로는 연속적인 다이(602) 상의 어닐링 구역의 겹침을 위한 기회를 최소화할 수 있다.In addition, a path different from that indicated by
에너지 소스가 어닐링 경로를 따라 진행될 때, 에너지 투사 구역은 기판의 표면을 따라 이동한다. 도 6의 제 2 에너지 투사 구역(610)은 모든 방향으로 제 1 에너지 투사 구역(608)보다 우선한다. 제 2 에너지 투사 구역(610)은 따라서 제 1 에너지 투사 구역(608)에서 어닐링되도록 기판의 예열 부분을 이용할 수 있다. 예열은 기판 상의 열 응력의 충격을 감소하여, 어닐링 구역의 에지에서의 기판에 대한 손상을 방지한다.As the energy source proceeds along the annealing path, the energy projection zone moves along the surface of the substrate. The second
선택적인 일 실시예에서, 제 2 에너지 투사 구역은 제 1 에너지 투사 구역에 인접할 수 있다. 예를 들면, 제 2 에너지 투사 구역은 어닐링 경로의 방향으로 외측으로 연장하는 제 1 에너지 투사 구역의 양 측부 상에 있을 수 있다. 따라서, 제 2 에너지 투사 구역의 일 부분, 투사된 에너지가 어닐링 경로를 따라 이동할 때 제 1 에너지 투사 구역의 전방으로 이동하는 부분은 어닐링되는 기판의 부분들을 예열할 수 있으며, 반면 다른 부분은 어닐링 구역 뒤의 기판의 냉각을 조정한다. 이러한 종류의 어닐링 공정을 수행하도록 적용된 장치는 유용하게는 기판의 말단이 도달할 때 에너지 소스를 회전시키기 위한 성능을 가질 수 있어서, 에너지 소스는 상이한 방향으로 이동하고 제 2 에너지 투사 구역이 제 1 에너지 투사 구역보다 앞서서 계속된다.In an optional embodiment, the second energy projection zone may be adjacent to the first energy projection zone. For example, the second energy projection zones may be on both sides of the first energy projection zone extending outward in the direction of the annealing path. Thus, a portion of the second energy projection zone, the portion that moves forward of the first energy projection zone as the projected energy moves along the annealing path, may preheat the portions of the substrate to be annealed, while the other portion is annealing zone. Adjust the cooling of the back substrate. Apparatus adapted to perform this kind of annealing process may advantageously have the capability to rotate the energy source when the end of the substrate is reached, such that the energy source moves in different directions and the second energy projection zone is the first energy. Continue ahead of the projection area.
일 실시예에서, 어닐링 공정 동안, 기판(600)은 도 6의 곡선(612)에 의해 도시된 바와 같이, 에너지 투사 구역(608 및 610)에 대해 이동한다. 특별한 다이(602)가 제 1 에너지 투사 구역(608) 내에 위치되어 정렬될 때, 에너지 소스는 기판(600)을 향하여 에너지의 펄스를 투사하여 다이(602)가 특별한 어닐링 공정 방식에 따라 한정된 지속 기간에 걸쳐 소정의 양의 에너지에 노출되도록 한다. 펄스 에너지의 지속 기간은 통상적으로 충분히 짧아서 기판(600)과 제 1 에너지 투사 영역(608) 사이의 상대적인 운동이 각각의 다이(602)를 가로질러 어떠한 "흐림(blur)"도, 즉 비 균일 에너지 분포도 일으키지 않도록 하고 기판에 대한 손상도 일으키지 않도록 한다. 따라서, 에너지 투사 구역(608 및 610)은 기판(600)에 대해 연속적으로 이동할 수 있고, 반면 어닐링 에너지의 짧은 집중 투사는 제 2 에너지 투사 영역 내의 다양한 다이(602)와 충돌한다. 제 2 에너지 투사 영역(610)과 충돌하는 에너지는 또한 펄스형 또는 연속형일 수 있다. 펄스형인 경우, 제 2 에너지 투사 영역을 향하여 투사되는 에너지는 기판의 열 소모 비용을 관리하도록 일반적으로 제 2 에너지 투사 구역 내의 기판 표면의 온도를 제 1 에너지 투사 구역의 노출 시간에 대한 제 1 에너지 투사 구역으로 전달되는 온도 상승의 약 30% 내지 약 70%, 또는 더욱 바람직하게는 약 50%와 같은 상당한 분율로 상승시키기 위해 선택된 특징이 될 것이다.In one embodiment, during the annealing process, the
예를 들면, 제 1 에너지 투사 구역이 10 나노초 레이저 버스트(burst)와 같은, 20℃로부터 1,300℃까지 기판의 온도를 상승시키는 입사 에너지의 제 1 펄스를 경험하는 경우, 제 2 에너지 투사 영역으로 전달되는 입사 에너지의 제 2 펄스는 제 1 버스트 동안 적어도 약 600℃로 상기 영역 내의 기판의 온도를 상승시켜야 한다. 필요한 경우, 제 2 펄스는 제 2 에너지 투사 구역 시간을 가열하도록 제 1 펄스보다 길 수 있다. 소정의 실시예에서, 제 2 에너지 투사 구역이 제 1 펄스 전에 시작하여 제 2 펄스 후에 끝나는, 제 1 에너지 투사 구역을 둘러싸는 것이 유용할 수 있어, 제 1 펄스를 둘러싸는 간격에 걸쳐 전달되는 제 2 펄스가 기판의 인접한 영역들을 따라 제 1 펄스로 처리되어야 하는 영역을 예열하도록 한다.For example, if the first energy projection zone experiences a first pulse of incident energy that raises the temperature of the substrate from 20 ° C. to 1,300 ° C., such as a 10 nanosecond laser burst, transfers to the second energy projection area. The second pulse of incidence energy that is to raise the temperature of the substrate in the region to at least about 600 ° C. during the first burst. If desired, the second pulse may be longer than the first pulse to heat the second energy projection zone time. In certain embodiments, it may be useful to surround the first energy projection zone, starting before the first pulse and ending after the second pulse, such that the second energy projection zone is delivered over an interval surrounding the first pulse. Two pulses are allowed to preheat the area to be treated with the first pulse along adjacent areas of the substrate.
다른 실시예에서, 제 2 에너지 투사 영역으로 전달되는 에너지는 연속형일 수 있으며 반면 제 1 에너지 투사 영역으로 전달되는 에너지는 펄스형일 수 있다. 소정의 실시예들에서, 에너지의 다중 펄스는 제 1 에너지 투사 구역으로 전달될 수 있고, 반면 연속형 에너지는 제 2 에너지 투사 영역으로 전달된다.In another embodiment, the energy delivered to the second energy projection region may be continuous while the energy delivered to the first energy projection region may be pulsed. In certain embodiments, multiple pulses of energy may be delivered to the first energy projection zone, while continuous energy is delivered to the second energy projection zone.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치(700)의 개략적인 단면도이다. 장치(700)는 기판(704)을 처리하기 위한 챔버(702)를 포함한다. 기판은 챔버(702) 내부의 기판 지지부(706) 상에 위치된다. 도 7의 실시예에서, 도 7의 실시예가 전방 측 및 후방 측으로부터 기판(704)을 조사하기 때문에 기판 지지부(706)는 링으로서 나타난다. 선택적인 실시예에서, 기판(704)은 단지 하나의 측부로부터 조사될 수 있고, 도 5의 예시적인 기판 지지부(508)와 같은 기판 지지부 상에 배치될 수 있다. 액츄에이터(758)에 의해, 리프트 핀(756)은 챔버(702)로부터 기판의 삽입 및 제거를 위해 기판 지지부(706)를 상승 및 하강한다. 챔버(702)는 하부(708) 및 상부(710)를 가지며, 이들은 함께 처리 용적(712)을 형성한다. 상부는 일반적으로 기판(704) 위의 상부 처리 용적(712A)을 형성하는 상부 벽(726)을 가진다. 상부(710)는 기판을 장착 및 제거하기 위한 개구(714), 및 공정 가스 소스(718)로부터 공정 가스를 제공하기 위한 가스 유입구(716)를 가질 수 있다. 상부(710)는 빛 투과 및 흡수 특성을 위해 선택된 재료로 제조되는 제 1 윈도우(720)를 지지한다. 제 1 에너지 소스(722)는 제 1 에너지(724)를 제 1 윈도우(720)를 향하여 지향시키도록 챔버(702)의 외부에 위치된다. 제 1 윈도우는 바람직하게는 제 1 에너지(724)의 일부 또는 모두를 챔버(702) 내로 유입한다.7 is a schematic cross-sectional view of an
챔버(702)의 하부(708)는 하부 처리 용적(712B)을 한정하는 하부 챔버 벽(728)을 포함한다. 하부(708)는 챔버(702)로부터 공정 가스를 제거하기 위해 펌프(732)로 결합되는 가스 유출구(730)를 가질 수 있다. 챔버(702)의 하부(708)는 제 2 에너지 소스(734)를 수용한다. 제 2 에너지 소스(734)는 제 2 에너지(738)를 생성하고 기판(704)을 향하여 제 2 에너지(738)를 지향시키기 위한 복수의 광원(736)을 포함한다. 제 2 윈도우(740)는 복수의 광원(736)을 덮는다. 에너지를 광원(736)으로부터 기판(704)을 향하여 지향시키도록 반사될 수 있는 각각의 광원이 튜브(746) 내에 수용된다. 광원(736)은 일반적으로 전원(742)에 의해 전력을 공급받는다. 도 7의 실시예에서, 전원(742)으로부터의 전력은 전원(742)으로부터 광원들(736) 중 하나 또는 둘 이상의 광원으로 루팅할 수 있는 스위칭 박스(744)를 통하여 루팅된다. 스위칭 박스(744)의 작동을 제어함으로써, 광원(736)은 선택적으로 통전될 수 있다.
다수의 실시예에서, 광원(736)은 열 램프와 같은 적외선 광 발생기일 것이지만 광원은 또한 광역-스펙트럼 광, 자외선 광, 또는 자외선으로부터 적외선으로 광역 스펙트럼에 걸친 파장의 조합을 발생하도록 구성될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 광원(736)은 할로겐 램프, 또는 플래쉬 램프와 같은 백색 광 램프일 수 있다. 광원(736)에 의해 발생된 제 2 에너지(738)는 기판(704)의 일 부분을 기판을 어닐링하기에 충분하지 않은 상승된 온도로 가열한다. 따라서, 광원(736)은 예열 에너지 소스로서 기능한다. 따라서 제 2 에너지(738)에 의해 처리되는 기판(704)의 부분은 예열 존(746)이다.In many embodiments, the
다수의 실시예에서, 제 1 에너지 소스(722)는 기판(704)에 의해 용이하게 흡수되는 파장에서 광을 발생시킬 수 있는 레이저일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 에너지 소스(722)는 플래쉬 램프 또는 백색 광 소스일 수 있다. 제 1 에너지 소스(722)에 의해 발생된 제 1 에너지(724)는 기판(704)의 일 부분을 기판(704)의 부분을 어닐링하기에 충분한 상승된 온도로 가열한다. 따라서, 제 1 에너지 소스(722)는 어닐링 에너지 소스로서 기능한다. 제 1 에너지(724)에 의해 처리된 기판(704)의 부분은 따라서 어닐링 존(748)이다.In many embodiments,
상술된 바와 같이, 기판(704)은 바람직하게는 부분들로 처리된다. 액츄에이터(750)는 어닐링 영역(748) 위에 제 1 에너지 소스(722)를 위치시키기 위해 제공된다. 제어기(752)는 액츄에이터(750)를 어닐링 존(748) 위에 제 1 에너지 소스(722)를 위치시키기 위해 액츄에이터(750)를 작동시키고 스위칭 박스(744)를 예열 존(746)을 향하여 예열 에너지를 지향시키도록 하나 또는 둘 이상의 광원(736)으로 전력을 스위칭하기 위해 작동된다. 이러한 방식으로, 기판의 일 부분은 어닐링 전에 예열된다. 제어기(752)는 어닐링되는 기판(704)의 어떠한 부분도 첫번째로 예열되지만 대부분의 기판(704)이 주위 존(754)을 형성하는 주위 온도에 남아 있도록 예열 존(746) 및 어닐링 존(748)을 함께 이동시키도록 작동된다.As mentioned above, the
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 두 개의 실시예에 대한 온도-시간 프로파일을 보여주는 그래프이다. 각각의 그래프는 본 발명의 실시예에 따른 열 처리를 겪는 기판의 표면 상의 하나의 지점의 온도를 보여준다. 상술된 바와 같이, 기판은 기판 표면을 향하여 에너지를 지향시키는 에너지 소스에 대해 이동한다. 도 8a에서, 기판 표면 상의 예시적인 지점이 주위 존으로부터 제 1 예열 존으로 이동할 때, 상기 지점의 온도가 주위 온도 간격(800) 내의 주위 온도로부터 제 1 예열 간격(802) 내의 제 1 예열 온도로 이동한다. 예시적인 지점이 제 1 예열 존으로부터 제 2 예열 존으로 이동할 때, 상기 지점의 온도는 제 1 예열 간격(802) 내의 제 1 예열 온도로부터 제 2 예열 간격(804) 내의 제 2 예열 온도로 이동한다. 도 8a의 실시예는 기판 표면, 주위 존, 두 개의 예열 존, 및 어닐링 존 상에 형성된 4개의 존을 도시한다. 기판 표면 상의 예시적인 지점이 제 2 예열 존으로부터 어닐링 존으로 이동할 때, 상기 지점의 온도가 제 2 예열 간격(804) 내의 제 2 예열 온도로부터 어닐링 간격(806) 내의 어닐링 온도로 이동한다. 예시적인 지점이 어닐링 존으로부터 역으로 하부 온도 존 내로 이동할 때, 제 1 냉각 간격(808) 내의 제 2 예열 간격(804)의 상태로, 제 2 냉각 간격(810) 내의 제 1 예열 간격(802)의 상태로, 그리고 마지막으로 제 2 주위 간격(812) 내의 주위 상태로의 냉각을 경험한다. 선택적인 실시예가 예열 간격(802 및 804) 내의 온도와 상이한 냉각 간격(808 및 910) 동안 온도를 특징으로 할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 따라서, 냉각 간격(808) 내의 온도는 예열 간격(802) 내의 온도보다 높거나 낮을 수 있으며, 냉각 간격(810) 내의 온도는 예열 간격(804) 내의 온도보다 높거나 낮을 수 있다. 유사한 실시예들이 단지 하나의 예열 간격 또는 두 개 이상의 예열 간격을 특징으로 할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 소정의 실시예들은 단지 하나의 냉각 간격 또는 두 개 이상의 냉각 간격을 특징으로 할 수 있다.8A and 8B are graphs showing temperature-time profiles for two embodiments of the present invention. Each graph shows the temperature of one point on the surface of the substrate undergoing heat treatment according to an embodiment of the present invention. As described above, the substrate moves relative to an energy source that directs energy towards the substrate surface. In FIG. 8A, when an exemplary point on the substrate surface moves from an ambient zone to a first preheat zone, the temperature of that point is changed from ambient temperature within
도 8b의 그래프는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 처리를 겪는 기판 표면 상의 하나의 지점의 온도-시간 프로파일을 도시한다. 도 8b의 실시예에서, 기판 표면 상의 예시적인 지점은 도 8a의 실시예와 유사하게 주위 간격(850)으로부터 제 1 예열 간격(852)으로 이동한다. 이어서 예시적인 지점은 변화하는 온도-시간 프로파일을 특징으로 하는 제 2 예열 간격(854) 내로 이동한다. 이러한 실시예에서, 예시적인 지점이 제 2 예열 간격(854)을 통하여 이동할 때, 상기 지점에서의 온도는 제 1 예열 온도로부터 제 2 예열 온도로 상승한다. 상승은 간격(854)에서 도시된 바와 같이 선형적일 수 있거나, 소정의 다른 프로파일을 가질 수 있으며, 심지어 제 2 예열 간격(854)의 일반적으로 상승된 온도-시간 프로파일 내의 감소하는 온도의 짧은 간격을 포함한다. 예시적인 지점은 어닐링 간격(856) 내로 이동하고, 이어서 또한 제 2 예열 간격(854)의 가변 온도-시간 프로파일과 많이 유사한, 가변 온도-시간 프로파일을 가지는, 제 1 냉각 간격(858) 내로 이동한다. 이어서 예시적인 지점은 제 1 주위 간격(862)이 따르는, 제 2 냉각 간격(860) 내로 이동한다.The graph of FIG. 8B shows the temperature-time profile of one point on the substrate surface undergoing heat treatment according to another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 8B, an exemplary point on the substrate surface moves from
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법(900)을 보여주는 흐름도이다. 910에서, 기판은 열 처리 챔버로 제공된다. 920에서, 복수의 존은 기판의 표면 상에 형성된다. 각각의 존은 상이한 수준의 전력을 구비한 전자기 에너지를 이용하여 처리된다. 대부분의 실시예에서, 적어도 3개의 존이 있지만, 본 발명의 실시예는 두 개의 존 또는 3개 초과의 존을 특징으로 하는 것이 고려된다. 대부분의 실시예에서, 하나 이상의 존은 기판의 표면을 어닐링하도록 선택된 전자기 에너지로 처리되는, 어닐링 존이다. 소정의 실시예들에서, 하나 이상의 어닐링 존 내에서 기판 표면을 용융하는 것이 바람직할 수 있다. 대부분의 실시예들에서, 하나 이상의 존은 예열 존이다. 소정의 실시예들에서, 하나 또는 둘 이상의 존은 예열 및 냉각 존들을 조합할 수 있으며 반면에 다른 실시예에서 하나 또는 둘 이상의 존은 단지 예열 또는 냉각 존일 수 있다.9 is a flowchart showing a
하나의 양태에서, 기판은 기판 지지부 상에 배치되고, 제 1 양의 전자기 에너지는 기판의 제 1 부분을 향하여 지향된다. 또한, 제 2 양의 전자기 에너지는 기판의 제 2 부분을 향하여 지향되며, 기판의 제 1 부분은 기판의 제 2 부분을 둘러싸며, 제 1 양의 전자기 에너지는 기판의 제 1 부분을 예열하고, 제 2 양의 전자기 에너지는 기판의 제 2 부분을 어닐링한다. 제 1 양 및 제 2 양은 기판을 가로질러 이동되어 에너지의 두개의 양자들 사이의 일정한 공간 관계를 유지하여, 에너지가 이동할 때 제 1 및 제 2 부분 내의 기판의 영역이 이동하도록 한다.In one aspect, the substrate is disposed on the substrate support and the first amount of electromagnetic energy is directed towards the first portion of the substrate. In addition, a second amount of electromagnetic energy is directed towards the second portion of the substrate, the first portion of the substrate surrounding the second portion of the substrate, the first amount of electromagnetic energy preheating the first portion of the substrate, The second amount of electromagnetic energy anneals the second portion of the substrate. The first and second amounts are moved across the substrate to maintain a constant spatial relationship between the two quantum of energy, causing the region of the substrate in the first and second portions to move as the energy moves.
또 다른 양태에서, 두 개의 양자(quantum) 내로 전달되는 전자기 에너지는 소정의 목표 특성일 수 있다. 각각의 양의 에너지는 간섭성 또는 비간섭성, 단색성 또는 다색성, 극성 또는 비극성, 및 연속성일 수 있거나 또는 소정의 각도로 펄스형일 수 있다. 각각의 양의 에너지는 하나 또는 둘 이상의 에너지, 강한 백색 광 램프, 플래쉬 램프, 또는 이들의 조합에 의해 전달될 수 있다. 에너지의 두 개의 양자는 단지 세기가 상이한 전자기 에너지에 의해 전달될 수 있거나, 두 개의 양자는 소정의 상술된 특성에서 소정의 목표 각도 만큼 상이할 수 있다. 일 예에서, 제 1 양은 하나 또는 둘 이상의 레이저에 의해 전달될 수 있고, 이 레이저는 각각 약 850 nm보다 작은 파장에서 적어도 100 W/cm2의 전력을 전달한다. 레이저는 펄스형 또는 연속형 웨이브 에너지 소스일 수 있다. 펄스형 실시예에서, 펄싱은 레이저에 대한 주기적인 전력에 의해 또는 광학 조립체로부터 나오는 레이저 광을 단속적으로 차단하는 광학 스위칭에 의해 실현될 수 있다. 또 다른 예에서, 제 2 양은 약 25 W/cm2과 같은, 50 W/cm2보다 작은 전력 수준에서 제 2 부분으로 비간섭성 빛을 전달하는 하나 또는 둘 이상의 램프에 의해 전달될 수 있다.In another aspect, the electromagnetic energy delivered into the two quantums may be some desired characteristic. Each amount of energy may be coherent or non-coherent, monochromatic or polychromatic, polar or nonpolar, and continuous or pulsed at an angle. Each amount of energy may be delivered by one or more energies, a strong white light lamp, a flash lamp, or a combination thereof. The two quantum of energy may only be delivered by electromagnetic energy of different intensities, or the two quantums may differ by a certain target angle in certain above-described properties. In one example, the first amount may be delivered by one or more lasers, each delivering at least 100 W / cm 2 of power at a wavelength less than about 850 nm. The laser can be a pulsed or continuous wave energy source. In a pulsed embodiment, pulsing can be realized by periodic power to the laser or by optical switching intermittently blocking laser light coming from the optical assembly. In another example, the second amount may be delivered by one or more lamps that deliver incoherent light to the second portion at a power level less than 50 W / cm 2 , such as about 25 W / cm 2 .
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법(1000)을 요약하는 흐름도이다. 1010에서, 기판은 열 처리 챔버 내의 기판 지지부 상에 위치된다. 1020에서, 전자기 에너지의 제 1 소스는 기판의 제 1 부분을 향하여 지향된다. 1030에서, 전자기 에너지의 제 2 소스는 동시에 기판의 제 2 부분을 향하여 지향된다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 소스들 중 하나의 소스는 어닐링 소스를 전달하도록 구성될 수 있고 다른 소스는 예열 에너지를 전달하도록 구성될 수 있다. 1040에서, 기판은 제 1 및 제 2 에너지 소스들에 대해 이동된다. 기판 이동은 전달된 에너지를 부분들에서 전체 표면을 어닐링하도록 기판 표면을 가로질러 이동하도록 한다. 도 10의 실시예에서, 에너지 소스는 실질적으로 정지해 있고 반면 기판은 이동하지만, 소정의 실시예들은 기판의 이동에 부가하여, 에너지 소스, 또는 에너지의 이동을 특징으로 할 수 있다. 기판의 이동은 일반적으로 장치 내의 정밀 위치에서 기판을 위치시킬 수 있는 정밀 스테이지와 같이, 가동 기판 지지부를 이용함으로써 수행된다.10 is a flow diagram summarizing a
대 부분의 실시예에서, 존들은 상이한 온도로 유지된다. 소정의 실시예들에서, 존들은 기판 표면을 향하여 다양한 타입 및 세기의 전자기 에너지를 지향시킴으로써 가열된다. 도 9의 실시예에서, 각각의 존은 930에서 상이한 전력 수준의 전자기 에너지를 이용하여 조사된다. 다른 실시예에서, 부가 열이 기판의 후방 측면과 접촉하는 가열된 기판 지지부의 이용에 의해 기판으로 전달될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판의 부분들은 기판의 후방 측면과 접촉하는 냉각된 기판 지지부에 의해 선택적으로 냉각될 수 있다. 존들 중 하나 이상의 존 내의 온도는 기판의 표면을 어닐링하도록 선택된다. 존들 중 하나 이상의 존 내의 온도는 기판의 표면을 예열하도록 선택되며, 기판 표면을 어닐링하기 위해 요구되는 온도보다 낮다. 어닐링 존일 수 있는 하나의 존은 최대 전력 수준을 수용한다. 다른 존은 더 작은 전력 수준을 수용한다. 예열 존일 수 있는, 하나 또는 둘 이상의 존들은 최대 수준의 전력 수준 아래의 상승된 전력 수준을 수용할 수 있다. 다른 존들은 무시가능한 전력을 수용할 수 있거나 냉각될 수 있다. 소정의 존들은 주위 존들일 수 있으며, 여기에서 기판의 온도는 주위 온도로 유지된다.In most embodiments, the zones are maintained at different temperatures. In certain embodiments, the zones are heated by directing electromagnetic energy of various types and intensities towards the substrate surface. In the embodiment of FIG. 9, each zone is irradiated at 930 using electromagnetic energy of different power levels. In other embodiments, additional heat may be transferred to the substrate by the use of a heated substrate support in contact with the back side of the substrate. In other embodiments, portions of the substrate may be selectively cooled by a cooled substrate support in contact with the back side of the substrate. The temperature in one or more of the zones is selected to anneal the surface of the substrate. The temperature in one or more of the zones is selected to preheat the surface of the substrate and is lower than the temperature required to anneal the substrate surface. One zone, which may be an anneal zone, accommodates the maximum power level. The other zones accept smaller power levels. One or more zones, which may be warm-up zones, may accommodate elevated power levels below the maximum power level. Other zones can accommodate negligible power or can be cooled. Certain zones may be ambient zones, where the temperature of the substrate is maintained at ambient temperature.
소정의 실시예에서, 상이한 존들이 전자기 에너지의 상이한 소소들을 이용하여 조사될 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 레이저는 전자기 에너지를 제공할 수 있다. 제 1 레이저는 하나의 존 내의 기판의 일 부분을 어닐링하도록 에너지를 발생할 수 있으며, 제 2 레이저는 또 다른 존 내의 기판의 일 부분을 예열하도록 에너지를 발생할 수 있다. 선택적인 일 실시예에서, 복수의 레이저는 기판의 부분들을 예열할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 예를 들면, 도 7의 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 열 램프는 기판의 부분들을 예열할 수 있다.In certain embodiments, different zones may be irradiated using different sources of electromagnetic energy. One or more lasers may provide electromagnetic energy. The first laser may generate energy to anneal a portion of the substrate in one zone, and the second laser may generate energy to preheat a portion of the substrate in another zone. In an alternative embodiment, the plurality of lasers may preheat portions of the substrate. In another embodiment, for example, in the embodiment of FIG. 7, one or more heat lamps may preheat portions of the substrate.
복수의 존이 어닐링 존을 포함하는 실시예에서, 예열 또는 냉각 기능을 제공하는 존은 예열 또는 냉각을 용이하게 하도록 형성될 수 있다. 일 측부 상에 예열 존 및 마주하는 측부 상에 냉각 존을 가지는 어닐링 존을 구비한 예시적인 실시예에서, 예열 존 및 냉각 존은 테이퍼진 형상을 가질 수 있으며, 제 1 에지는 어닐링 존의 에지와 접하고 어닐링 존의 에지와 동일한 공간에 걸치며, 제 2 에지는 제 1 에지와 마주하고 제 1 에지보다 짧아서 사다리꼴 형상을 형성한다. 선택적인 실시예에서, 예열 및 냉각 존들은 형상이 삼각형일 수 있고, 각각의 에지는 각각 어닐링 존의 에지와 동일한 공간에 걸친다. 다른 선택적인 실시예에서, 예열 및 냉각 존들의 테이퍼진 말단은 만곡되고 일부 실시예에서 포물선 형상 또는 반원 형상일 수 있다.In embodiments where multiple zones include an anneal zone, zones that provide preheating or cooling functions may be formed to facilitate preheating or cooling. In an exemplary embodiment having an annealing zone having a preheating zone on one side and a cooling zone on the opposing side, the preheating zone and the cooling zone can have a tapered shape, the first edge being at the edge of the annealing zone. Abutting and covering the same space as the edge of the annealing zone, the second edge faces the first edge and is shorter than the first edge to form a trapezoidal shape. In an alternative embodiment, the preheating and cooling zones may be triangular in shape, each edge covering the same space as the edge of the anneal zone, respectively. In another alternative embodiment, the tapered ends of the preheating and cooling zones are curved and in some embodiments may be parabolic or semicircular.
상이한 온도 및 형상을 가지는 복수의 존들은 통과되는 경우 기판이 손상되는 한계치 수준 아래로 열 응력을 유지하면서, 기판 격자 내의 원자의 운동을 일으키도록 설계된 전자기 에너지에 기판 표면의 부분들을 노출함으로써 기판의 급속한 어닐링을 허용한다. 에열 및 냉각 존은 어닐링 처리가 상승된 온도로부터 시작하도록 하여, 어닐링 동안 최고 온도 경사-증가 및 냉각을 가속한다. 예열 및 냉각 존의 테이퍼진 형상은 어닐링되지 않는 기판의 부분들의 열 노출을 최소화하도록 할 수 있어, 어닐링 공정에 의해 재배치될 수 있는 원자, 또는 어닐링 공정 전에 원하는 위치에 있을 수 있는 원자의 원하지 않는 운동을 최소화한다. 일반적으로, 에열 및 냉각 존의 개수 및 형상은 목표 어닐링 공정을 촉진하도록 선택될 수 있다.A plurality of zones with different temperatures and geometries can be rapidly exposed by exposing portions of the substrate surface to electromagnetic energy designed to cause the motion of atoms within the substrate lattice, while maintaining thermal stress below the threshold level at which the substrate will be damaged when passed. Allow annealing. The heating and cooling zones allow the annealing treatment to start from an elevated temperature, accelerating the highest temperature ramp-up and cooling during the annealing. The tapered shape of the preheating and cooling zones may allow to minimize thermal exposure of portions of the substrate that are not annealed, such that unwanted movement of atoms that may be relocated by the annealing process, or atoms that may be in a desired position prior to the annealing process Minimize. In general, the number and shape of the heating and cooling zones may be selected to facilitate the target annealing process.
상술된 실시예는 일반적으로 실질적으로 일정한 온도를 가지는 영역들을 특징으로 한다. 제 1 존은 제 1 온도로 유지되고 제 2 존은 제 2 온도 등으로 유지된다. 다른 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 존은 어닐링 존 근처를 가열 또는 냉각을 촉진하기 위한 온도 구배를 가질 수 있다. 3개의 존의 실시예에서, 예를 들면, 예열 존일 수 있는 제 1 존은 어닐링 존일 수 있는 제 2 존을 향하여 증가되는 온도 구배를 가질 수 있다. 또한, 냉각 존일 수 있는 제 3 존은 제 2 존을 향하여 증가하는 온도 구배를 가질 수 있다. 온도 구배는 상술된 테이퍼진 존 형상과 동일한 일반적인 기능을 제공한다. 온도 구배는 목표 온도 프로파일을 달성하도록 전달된 에너지를 조정하기 위해 광학을 이용함으로써 주어진 존 내에 설정될 수 있다.The above-described embodiment generally features regions having a substantially constant temperature. The first zone is maintained at the first temperature and the second zone is maintained at the second temperature or the like. In other embodiments, one or more of the zones may have a temperature gradient to facilitate heating or cooling near the annealing zone. In embodiments of three zones, for example, the first zone, which may be a preheating zone, may have an increasing temperature gradient towards the second zone, which may be an annealing zone. In addition, the third zone, which may be a cooling zone, may have an increasing temperature gradient towards the second zone. The temperature gradient provides the same general function as the tapered zone shape described above. The temperature gradient can be set within a given zone by using optics to adjust the delivered energy to achieve the target temperature profile.
하나의 예시적인 실시예에서, 기판을 어닐링하기 위한 충분한 전력의 단일 에너지 소스는 기판을 향하여 전자기 에너지를 지향시키도록 배향될 수 있다. 디포커싱(defocus) 특성을 가지는 렌즈가 에너지 소스와 기판 사이에 배치될 수 있다. 렌즈는 전자기 에너지의 대응하는 일 부분을 디포커싱하는 제 1 부분, 및 추가의 전자기 에너지의 제 2 부분을 포커싱하거나 이를 변화시키지 않는 제 2 부분을 가질 수 있다. 예를 들면, 레이저가 전자기 에너지의 소스로서 이용되고, 세이핑 광학 장치(shaping optics)가 직경이 2mm인 원형 어닐링 에너지 비임을 형성하기 위해 이용되는 경우, 렌즈는 반경 1.5 mm의 동심 고리형 외부에 의해 둘러싸이는 반경 0.5 mm의 원형 중앙 부분을 가지는 기판과 세이핑 광학 장치 사이에 배치될 수 있다. 원형 중앙 부분은 중립 광학 장치(neutral optics)를 가질 수 있으며, 원하는 경우, 상기 부분 상으로 입사되는 어닐링 에너지 비임의 부분의 포커싱할 수 있다. 렌즈의 동심 고리형 외부는 어닐링 에너지 비임의 외부의 세기를 감소시키도록 세이핑될 수 있다. 감소된 세기 에너지는 이어서 기판의 표면을 어닐링하지 않고 표면의 예열 부분을 예열하기에 충분한 전력으로 기판의 표면과 충돌하게 되며, 반면 변화되지 않거나 포커싱되지 않은 부분은 예열 부분 내의 어닐링 부분을 어닐링한다.In one exemplary embodiment, a single energy source of sufficient power to anneal the substrate may be oriented to direct electromagnetic energy towards the substrate. Lenses having defocusing characteristics may be disposed between the energy source and the substrate. The lens may have a first portion defocusing a corresponding portion of electromagnetic energy and a second portion that does not focus or change a second portion of additional electromagnetic energy. For example, if a laser is used as a source of electromagnetic energy and shaping optics are used to form a circular annealing energy beam with a diameter of 2 mm, the lens may be outside a concentric annular ring with a radius of 1.5 mm. It can be disposed between the substrate and the shaping optics having a circular central portion with a radius of 0.5 mm surrounded by. The circular central portion can have neutral optics and, if desired, can focus a portion of the annealing energy beam incident on the portion. The concentric annular exterior of the lens may be safe to reduce the intensity of the exterior of the annealing energy beam. The reduced intensity energy then impinges on the surface of the substrate with sufficient power to preheat the preheated portion of the surface without annealing the surface of the substrate, while the unchanged or unfocused portion anneals the annealed portion in the preheated portion.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법(1100)을 요약하는 흐름도이다. 기판은 1102에서 열 처리 챔버 내의 기판 지지부 상에 위치된다. 복수의 존은 1104에서 기판 지지부 상에 형성된다. 존들의 제 1 부분은 1106에서 주위 온도로 유지된다. 주위 온도는 소정의 실시예에서 상온일 수 있거나, 다른 실시예에서 상승된 온도일 수 있다. 대부분의 실시예에서, 주위 온도는 약 200 ℃보다 작지만, 소정의 실시예는 350 ℃ 만큼 높은 주위 온도를 특징으로 할 수 있다. 주위 온도는 가열된 기판 지지부의 이용에 의해, 또는 목표 가열을 위해 적절한 전자기 에너지로 기판을 조사함으로써 유지될 수 있다.11 is a flow diagram summarizing a
1108에서, 예열 에너지는 주위 온도보다 더 높은 하나 또는 둘 이상의 중간 온도로 형성된 존의 제 2 부분을 가열하도록 한정된 존의 제 2 부분으로 제공된다. 각각의 존은 동일한 중간 온도, 또는 상이한 중간 온도로 가열될 수 있다. 어닐링되는 영역에 근접한 존은 일반적으로 추가로 어닐링되어야 하는 영역으로부터 존의 온도와 동일하거나 이 온도보다 높은 온도로 유지될 수 있다. 제 2 부분이 하나 이상의 존을 포함하는 실시예에서, 중간 온도는 주위 온도로부터 어닐링 온도로 단계적인 방식으로 상승될 수 있다. 중간 온도와 주위 온도 사이의 온도 차이는 일반적으로 약 30% 내지 약 70%, 예를 들면 약 50%와 같은, 어닐링 온도와 주위 온도 사이의 온도 차이의 약 10% 내지 약 90% 이다. 제 2 부분이 두 개의 존들을 포함하는 예시적인 일 실시예에서, 중간 온도 존과 주위 존 사이의 온도 차이는 어닐링 온도와 주위 온도 사이의 온도 차이의 약 40%일 수 있으며, 반면 제 2 중간 온도 존과 주위 존 사이의 차이는 어닐링 온도와 주위 온도 사이의 차이의 약 60%이다.At 1108, the preheat energy is provided to the second portion of the zone defined to heat the second portion of the zone formed at one or more intermediate temperatures higher than the ambient temperature. Each zone may be heated to the same intermediate temperature, or to a different intermediate temperature. Zones close to the region to be annealed may generally be maintained at a temperature equal to or higher than the temperature of the zone from the region to be further annealed. In embodiments in which the second portion comprises one or more zones, the intermediate temperature may be raised in a stepwise manner from ambient temperature to annealing temperature. The temperature difference between the intermediate temperature and the ambient temperature is generally about 10% to about 90% of the temperature difference between the annealing temperature and the ambient temperature, such as about 30% to about 70%, for example about 50%. In an exemplary embodiment in which the second portion comprises two zones, the temperature difference between the intermediate temperature zone and the ambient zone may be about 40% of the temperature difference between the annealing temperature and the ambient temperature, while the second intermediate temperature The difference between the zone and the ambient zone is about 60% of the difference between the annealing temperature and the ambient temperature.
1110에서, 어닐링 에너지는 한정된 존의 제 3 부분을 가열하도록 주위 및 중간 온도보다 높은 하나 또는 둘 이상의 어닐링 온도로 가열하도록 한정된 존의 제 3 부분으로 제공되고, 기판 표면을 어닐링하도록 선택된다. 한정된 존의 제 3 부분을 포함하는, 어닐링 존은 본 명세서에서 설명된 어떠한 공간 관계도 가질 수 있다. 또한, 상이한 어닐링 온도는 원하는 경우 상이한 온도 존으로 인가될 수 있다.At 1110, the annealing energy is provided to the third portion of the zone defined to heat to one or more annealing temperatures above ambient and intermediate temperatures to heat the third portion of the defined zone and is selected to anneal the substrate surface. The annealing zone, including the third portion of the defined zone, can have any spatial relationship described herein. In addition, different annealing temperatures may be applied to different temperature zones if desired.
1112에서, 전술된 온도들 중 하나 또는 둘 이상의 온도가 감지될 수 있고 존들 사이의 열 구배를 한계치 수준 아래로 유지하도록 예열 에너지, 어닐링 에너지, 또는 둘다의 전달을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 소정의 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 열 영상화 장치는 다양한 존의 온도를 감지하기 위해 이용될 수 있다. 하나의 존의 온도는 존들 사이의 열 구배가 과도한 지를 결정하도록 또 다른 존의 온도와 비교될 수 있다. 감지된 존들의 하나 또는 둘 이상의 존으로 전달되는 에너지는 두 개의 존들 사이의 열 구배를 증가 또는 감소시키도록 감지된 온도를 기초로 하여 조정될 수 있다. 기판이 에너지 소스를 이동시킴으로써 어닐링되는 경우, 감지기는 기판 둘레에 어닐링 및 예열 존들이 따르도록 에너지 소스들과 같이 위치될 수 있다. 기판이 단지 에너지를 이동시킴으로써(예를 들면, 거울을 이용하여) 어닐링되는 경우, 유사한 옵틱스는 제어기의 방향 하에서 처리되는 기판의 부분 상에 감지기를 포커싱하기 위해 이용될 수 있거나, 전체 기판이 샘플링될 수 있고 컴퓨터가 관심있는 열 구배를 결정하도록 이용될 수 있다.At 1112, one or more of the aforementioned temperatures may be sensed and used to control the transfer of preheat energy, annealing energy, or both to maintain a thermal gradient between zones below a threshold level. In certain embodiments, one or more thermal imaging devices may be used to sense the temperature of the various zones. The temperature of one zone can be compared with the temperature of another zone to determine if the thermal gradient between zones is excessive. The energy delivered to one or more zones of the sensed zones may be adjusted based on the sensed temperature to increase or decrease the thermal gradient between the two zones. When the substrate is annealed by moving the energy source, the detector may be positioned with the energy sources such that the annealing and preheat zones follow the substrate. If the substrate is annealed simply by moving energy (eg using a mirror), similar optics may be used to focus the detector on the portion of the substrate being processed under the direction of the controller, or the entire substrate may be sampled. And a computer can be used to determine the thermal gradient of interest.
예Yes
하나의 예시적인 실시예에서, 기판은 열 처리 장치의 지지부 상에 위치될 수 있다. 기판은 정전 또는 진공 수단을 포함하여, 기술 분야에 공지된 어떠한 수단에 의해서도 지지부 상의 제 위치에 유지될 수 있다. 레이저는 기판 위에 배치되어 배향되도록 하여, 레이저가 기판의 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향으로 기판과 충돌하는 광선을 생성한다. 레이저는 3 차원으로 레이저를 위치하도록 적용된 광학 조립체로 결합될 수 있다. 레이저는 22 mm x 33 mm 를 측정하는 기판의 어닐링 구역에 대해 10 kW/cm2 까지의 레이저 에너지를 전달하도록 적용될 수 있다. 레이저는 바람직하게는 실리콘 기판에 대해 800 nm보다 작은 것과 같은, 기판에 용이하게 흡수된 파장으로 튜닝된다.In one exemplary embodiment, the substrate may be located on a support of the heat treatment apparatus. The substrate may be held in place on the support by any means known in the art, including electrostatic or vacuum means. The laser is positioned and oriented over the substrate, producing a beam of light impinging the substrate in a direction substantially perpendicular to the plane of the substrate. The laser can be coupled to an optical assembly adapted to position the laser in three dimensions. The laser can be applied to deliver laser energy up to 10 kW / cm 2 for the annealing zone of the substrate measuring 22 mm x 33 mm. The laser is preferably tuned to a wavelength readily absorbed by the substrate, such as smaller than 800 nm for the silicon substrate.
작동 중, 레이저는 전원으로 결합되는 전기 스위치 또는 레이저 또는 광학 조립체로 결합되는 광학 스위치를 이용하여 스위칭될 수 있다. 스위치는 1보다 작은 마이크로초(㎲ec)에서 레이저 온(on) 또는 오프(off)를 스위칭하도록 구성될 수 있어, 레이저가 약 1 ㎲ec로부터 약 10 밀리초(msec) 까지 지속되는 에너지의 펄스를 전달할 수 있도록 한다.In operation, the laser can be switched using an electrical switch coupled to a power source or an optical switch coupled to a laser or optical assembly. The switch can be configured to switch the laser on or off at microseconds less than one, such that a pulse of energy from which the laser lasts from about 1 ms to about 10 milliseconds (msec). To be delivered.
이러한 예에 대해, 예열 광 소스는 광학 조립체 내에서 레이저와 공동-배치된다. 예열 광원은 또 다른 레이저, 제논 램프, 또는 가열 램프일 수 있으며, 어닐링 영역을 둘러싸고 동심이고 직경이 약 2 cm가 되는 실질적인 원 영역으로 최고 500 W의 전자기 에너지를 전달하도록 적용될 수 있다. 예열 광원은 예열 광원의 에너지 모두를 포착하여 지향시키도록 적절한 렌즈 및 거울을 이용하여 포커싱될 수 있다. 예열 광원은 레이저 소스에 근접하게 위치된 하우징 내에 위치될 수 있어, 예열 소스로부터의 광이 어닐링되는 영역을 둘러싸는 기판의 영역을 조사하도록 한다. 예열 소스는 어닐링 영역 둘레의 예열 영역을 센터링하도록 약간 각도를 형성할 수 있다. 선택적으로, 예열 광원은 기판의 평면에 대해 실질적으로 수직한 기판 상으로 에너지를 투사할 수 있고, 옵틱스는 어닐링 구역을 둘러싸는 예열 영역 위에 광을 뿌리기 위해 이용된다. 예열 광원은 이어서 레이저에 대해 유용하게는 위치될 수 있어, 예열 영역이 어닐링 경로의 방향으로 어닐링 영역으로부터 추가로 연장되도록 한다. 광학 조립체는 부가적으로 회전하도록 적용될 수 있어 어닐링 경로가 방향을 바꿀 때, 예열 광원이 레이저에 대해 유용한 위치를 유지하도록 한다.For this example, the preheated light source is co-located with the laser in the optical assembly. The preheating light source can be another laser, xenon lamp, or heating lamp and can be applied to deliver up to 500 W of electromagnetic energy to a substantially circular area that is concentric and about 2 cm in diameter surrounding the annealing area. The preheat light source can be focused using a suitable lens and mirror to capture and direct all of the energy of the preheat light source. The preheat light source can be located in a housing located proximate to the laser source to illuminate the area of the substrate surrounding the area where light from the preheat source is annealed. The preheating source may be angled slightly to center the preheating area around the annealing area. Optionally, the preheat light source can project energy onto the substrate substantially perpendicular to the plane of the substrate, and optics are used to scatter light over the preheating area surrounding the annealing zone. The preheat light source can then be advantageously positioned relative to the laser, allowing the preheating area to extend further from the annealing area in the direction of the annealing path. The optical assembly can additionally be adapted to rotate to allow the preheated light source to maintain a useful position relative to the laser when the annealing path changes direction.
처리 장치는 바람직하게는 기술분야에 공지된 타입의 가동 스테이지의 이용에 의해 광학 조립체에 대해 기판을 이동하도록 구성된다. 작동 중, 스테이지는 광학 조립체 아래 기판을 위치시켜 기판의 타겟 영역이 광학 조립체에 노출되도록 한다. 예열 광원은 연속적으로 빛날 수 있으며, 어닐링 에너지가 존재하지 않을 때 기판을 예열 에너지로 조사한다. 연속 예열 에너지는 어닐링 타겟 영역을 둘러싸는 영역 내의 기판의 표면을 적어도 600℃로 가열한다. 레이저는 목표 어닐링 영역에서 하나 또는 둘 이상의 펄스를 발사한다. 펄스는 충분히 짧아서(brevity)스테이지가 레이저 펄스를 흐리게 하지 않고 어닐링 경로를 따라, 연속적으로 이동할 수 있도록 한다. 예열 구역은 스테이지가 이동할 때 기판의 표면을 따라 이동하고, 기판의 부분들이 타겟 어닐링 영역에 도달할 때 기판의 부분들을 타겟 예열 온도로 가열한다. 따라서, 타겟 어닐링 영역에 바로 인접한 기판의 부분들이 타겟 어닐링 영역의 에지에서 고 열 구배에 의해 열 응력에 의해 손상되지 않는다.The processing apparatus is preferably configured to move the substrate relative to the optical assembly by the use of a movable stage of the type known in the art. In operation, the stage positions the substrate under the optical assembly such that the target area of the substrate is exposed to the optical assembly. The preheating light source can shine continuously and irradiate the substrate with preheating energy when no annealing energy is present. The continuous preheat energy heats the surface of the substrate in the region surrounding the anneal target region to at least 600 ° C. The laser fires one or more pulses in the target annealing area. The pulse is short enough (brevity) to allow the stage to move continuously along the annealing path without blurring the laser pulse. The preheat zone moves along the surface of the substrate as the stage moves and heats portions of the substrate to the target preheat temperature when the portions of the substrate reach the target annealing region. Thus, portions of the substrate immediately adjacent to the target annealing region are not damaged by thermal stress by high thermal gradients at the edges of the target annealing region.
선택적이고 예시적인 일 실시예에서, 레이저는 광학 조립체 내의 레이저 주위의 이격된 2개 내지 4개의 예열 에너지 소스에 의해 둘러싸일 수 있다. 다중 예열 소스의 이용은 기판의 전체 예열 영역에 걸쳐 균일한 예열을 허용한다. 선택적으로, 레이저는 기판의 상이한 영역들을 조사하도록 적용된 두 개의 상이한 예열 에너지 소스에 의해 수행될 수 있다. 하나의 예열 에너지 소스는 예를 들면 약 3cm 직경의 원형 영역을 조사하도록 적용될 수 있으며 또 다른 예열 에너지 소스가 또한 어닐링 영역과 동심인, 약 1.5 cm 직경의 동심 원형 영역을 조사한다. 따라서, 두 개의 예열 영역이 형성된다. 두 개의 예열 소스는 유사한 양들의 에너지를 전달할 수 있어, 더 넓은 영역을 조사하는 소스가 더 많은 포커싱 소스보다 더 작은 온도 상승을 생성하도록 한다. 일 실시예에서, 넓은 영역을 조사하는 예열 소스는 300 ℃ 또는 그 초과의 온도로 영역을 가열할 수 있으며, 반면 넓은 예열 영역 내의 더 작은 영역을 조명하는 예열 소스는 더 작은 영역을 증분 에너지에 의해 700 ℃ 또는 그 초과의 온도로 가열할 수 있다. 어닐링 펄스는 이어서 기판 재료를 용융시키지 않고 어닐링 영역의 온도를 1,200 ℃ 또는 그 초과로 상승시키기 위한 충분한 에너지를 전달함으로써 기판을 어닐링할 수 있다.In an optional and exemplary embodiment, the laser may be surrounded by two to four preheat energy sources spaced around the laser in the optical assembly. The use of multiple preheat sources allows for uniform preheating over the entire preheating area of the substrate. Alternatively, the laser can be performed by two different preheat energy sources adapted to irradiate different areas of the substrate. One preheat energy source can be applied to irradiate a circular region of, for example, about 3 cm in diameter and another preheat energy source illuminate a concentric circular region of about 1.5 cm in diameter, which is also concentric with the annealing region. Thus, two preheating regions are formed. The two preheating sources can deliver similar amounts of energy, allowing the source looking into a wider area to produce a smaller temperature rise than more focusing sources. In one embodiment, the preheating source illuminating the large area may heat the area to a temperature of 300 ° C. or higher, while the preheating source illuminating a smaller area within the wider preheating area may cause the smaller area to be reduced by incremental energy. Heating to 700 ° C. or higher. The anneal pulse can then anneal the substrate by delivering sufficient energy to raise the temperature of the anneal region to 1,200 ° C. or higher without melting the substrate material.
또 다른 예시적인 실시예에서, 단일 에너지 소스가 이용될 수 있다. 예를 들면, 레이저는 예열 에너지 및 어닐링 에너지를 위해 모두 이용될 수 있는 단일 컬럼의 광을 생성하도록 적용될 수 있다. 거울, 렌즈, 필터, 및 비임-스플리터를 포함하는 광학 장치는 일반적으로 원하는 극성 또는 간섭성을 가지도록 레이저 광을 튜닝하기 위해 이용된다. 이 같은 광학 장치는 또한 레어지 광의 일 부분을 디포커싱하는 렌즈를 포함한다. 레이저 광의 디포커싱 부분은 이어서 어닐링 영역을 둘러싸는 영역으로 지향될 수 있다. 예를 들면, 적절한 광학 장치가 조립된 레이저는 약 1 mm 직경의 원통형 비임의 간섭 광을 생산할 수 있다. 비임은 약 0.8 mm 직경의 원형의 비 굴절성 중앙 부분, 및 0.8 mm의 내부 반경 및 1 mm보다 큰 외부 반경을 가지는 고리형 디포커싱 외부 부분을 가지는 렌즈를 통하여 지향될 수 있다. 기판의 노출된 부분을 어닐링하는 렌즈의 비 굴절성 부분을 통과하는 레이저 비임의 부분은 기판에 계속적으로 도달하여, 렌즈의 디포커싱 부분을 통과하는 레이저 비임의 부분이 상기 영역을 낮은 온도로 가열하도록 넓은 영역에 걸친 퍼짐 및 세기가 감소된다.In another exemplary embodiment, a single energy source can be used. For example, a laser can be applied to produce a single column of light that can be used for both preheat energy and annealing energy. Optical devices including mirrors, lenses, filters, and beam-splitters are generally used to tune the laser light to have the desired polarity or coherence. Such optical devices also include a lens that defocuss a portion of the radiant light. The defocusing portion of the laser light can then be directed to an area surrounding the annealing area. For example, a laser with suitable optical devices assembled can produce interference light in a cylindrical beam of about 1 mm diameter. The beam may be directed through a lens having a circular non-refractive central portion of about 0.8 mm diameter and an annular defocusing outer portion having an inner radius of 0.8 mm and an outer radius greater than 1 mm. The portion of the laser beam that passes through the non-reflective portion of the lens that anneals the exposed portion of the substrate continues to reach the substrate such that the portion of the laser beam that passes through the defocusing portion of the lens heats the region to a low temperature. Spreading and intensity over a large area is reduced.
전술된 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들이 본 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 발명될 수 있다.While the foregoing is directed to embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be invented without departing from the basic scope of the invention.
Claims (15)
상기 기판의 일 부분 아래에 있는 제 1 고정 위치를 향하여 제 1 양의 가열 에너지를 지향시키는 단계;
상기 기판의 일 부분 아래에 있는 제 2 고정 위치를 향하여 제 2 양의 가열 에너지를 지향시키는 단계;
상기 제 1 고정 위치 위, 및 이어서 상기 제 2 고정 위치 위에 각각의 선택된 구역을 순차적으로 위치시킴으로써 상기 기판의 선택된 구역을 처리하도록 상기 기판 지지부를 이동시키는 단계; 및
상기 기판의 일 부분을 500 ℃ 아래의 온도로 유지하는 단계를 포함하는,
기판 처리 방법.
Positioning the substrate on the movable substrate support;
Directing a first amount of heating energy towards a first fixed location under a portion of the substrate;
Directing a second amount of heating energy towards a second fixed location under a portion of the substrate;
Moving the substrate support to treat the selected zone of the substrate by sequentially placing each selected zone over the first anchor position and then over the second anchor position; And
Maintaining a portion of the substrate at a temperature below 500 ° C.,
Substrate processing method.
상기 제 2 양의 가열 에너지는 상기 기판의 일 부분을 어닐링하기에 충분한 전력을 가지는,
기판 처리 방법.
The method of claim 1,
The second positive heating energy has sufficient power to anneal a portion of the substrate,
Substrate processing method.
상기 제 1 양의 가열 에너지는 상기 기판의 일 부분을 어닐링하기 위해 요구되는 전력보다 작은 전력을 가지는,
기판 처리 방법.
The method of claim 2,
Wherein the first positive heating energy has a power that is less than the power required to anneal a portion of the substrate.
Substrate processing method.
상기 기판의 예열 부분을 예열하는 동안, 어닐링 부분으로 증분 에너지를 인가함으로써 상기 예열 부분 내의 상기 기판의 어닐링 부분을 어닐링하는 단계를 포함하는,
기판 표면을 어닐링하는 방법.
Preheating the preheated portion of the substrate surface by applying energy to the preheated portion; And
While preheating the preheated portion of the substrate, annealing the annealed portion of the substrate in the preheated portion by applying incremental energy to the annealed portion,
Method of annealing a substrate surface.
상기 기판 지지부의 표면의 제 1 부분을 향하여 어닐링 에너지를 지향시키도록 배향된 제 1 에너지 소스;
상기 기판 지지부의 표면의 제 2 부분을 향하여 예열 에너지를 지향시키도록 배향된 제 2 에너지 소스; 및
상기 제 1 에너지 소스 및 상기 제 2 에너지 소스를 수용하는 광학 조립체를 포함하는,
기판을 열 처리하는 장치.
A movable substrate support;
A first energy source oriented to direct annealing energy towards a first portion of the surface of the substrate support;
A second energy source oriented to direct preheat energy towards a second portion of the surface of the substrate support; And
An optical assembly for receiving the first energy source and the second energy source,
A device for heat treating a substrate.
상기 제 1 에너지 소스는 레이저이고 상기 제 2 에너지 소스는 레이저인,
기판을 열 처리하는 장치.
The method of claim 5, wherein
The first energy source is a laser and the second energy source is a laser,
A device for heat treating a substrate.
상기 제 1 에너지 소스는 레이저이고, 상기 제 2 에너지 소스는 복수의 램프인,
기판을 열 처리하는 장치.
The method of claim 5, wherein
The first energy source is a laser and the second energy source is a plurality of lamps,
A device for heat treating a substrate.
상기 광학 조립체는 상기 어닐링 에너지를 세이핑하기 위한 제 1 광학 튜너 및 상기 예열 에너지를 세이핑하기 위한 제 2 광학 튜너를 더 포함하는,
가판을 열 처리하는 장치.
The method of claim 5, wherein
The optical assembly further comprises a first optical tuner for Safely Annealing Energy and a second optical tuner for Safely Preheating Energy
Device to heat-treat the substrate.
상기 기판 지지부에 결합되는 제어기를 더 포함하는,
기판을 열 처리하는 장치.
The method of claim 5, wherein
Further comprising a controller coupled to the substrate support,
A device for heat treating a substrate.
상기 기판 지지부의 표면의 제 1 부분을 향하여 어닐링 에너지 및 상기 기판 지지부의 표면의 제 2 부분을 향하여 예열 에너지를 지향시키도록 배향된 하나 또는 둘 이상의 에너지 소스;
상기 하나 또는 둘 이상의 에너지 소스를 수용하는 광학 조립체; 및
상기 고정된 기판 지지부에 대해 상기 어닐링 에너지 및 상기 예열 에너지를 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함하는,
기판을 열 처리하기 위한 장치.
A fixed substrate support;
One or more energy sources oriented to direct annealing energy towards the first portion of the surface of the substrate support and preheating energy towards the second portion of the surface of the substrate support;
An optical assembly containing the one or more energy sources; And
An actuator for moving said annealing energy and said preheating energy relative to said fixed substrate support,
Apparatus for heat treating a substrate.
하나 이상의 에너지 소스가 레이지인,
기판을 열 처리하기 위한 장치.
The method of claim 10,
One or more energy sources are lazy,
Apparatus for heat treating a substrate.
상기 광학 조립체는 상기 어닐링 에너지 및 상기 예열 에너지를 세이핑하도록 하나 또는 둘 이상의 광학 튜너를 더 포함하는,
기판을 열 처리하기 위한 장치.
The method of claim 10,
The optical assembly further comprises one or more optical tuners to safeguard the annealing energy and the preheating energy,
Apparatus for heat treating a substrate.
상기 액츄에이터에 결합되는 제어기를 더 포함하는,
기판을 열 처리하기 위한 장치.
The method of claim 10,
Further comprising a controller coupled to the actuator,
Apparatus for heat treating a substrate.
상기 기판의 하나 또는 둘 이상의 부분의 온도를 감지하기 위한 감지기를 더 포함하는,
기판을 열 처리하기 위한 장치.
The method of claim 10,
Further comprising a detector for sensing the temperature of one or more portions of the substrate,
Apparatus for heat treating a substrate.
상기 액츄에이터는 상기 어닐링 에너지 및 상기 예열 에너지를 배향하도록 상기 광학 조립체를 회전하는,
기판을 열 처리하기 위한 장치.The method of claim 10,
The actuator rotates the optical assembly to orient the annealing energy and the preheating energy,
Apparatus for heat treating a substrate.
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Cited By (3)
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KR20180127570A (en) * | 2017-05-18 | 2018-11-29 | 세메스 주식회사 | Substrate treating apparatus and substrate treating method |
WO2020022551A1 (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 주식회사 코윈디에스티 | Low-e glass annealing device |
KR20210148402A (en) * | 2014-03-27 | 2021-12-07 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | Cyclic spike anneal chemical exposure for low thermal budget processing |
Families Citing this family (9)
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US9376731B2 (en) * | 2012-05-08 | 2016-06-28 | Applied Materials, Inc. | Magneto-thermal processing apparatus and methods |
US9239192B2 (en) * | 2013-02-20 | 2016-01-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Substrate rapid thermal heating system and methods |
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EP3213364A4 (en) * | 2014-10-31 | 2018-05-02 | Applied Materials, Inc. | Integration of laser processing with deposition of electrochemical device layers |
DE202016009128U1 (en) * | 2015-07-29 | 2022-07-25 | Applied Materials, Inc. | Laser annealing of a rotating substrate |
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Family Cites Families (18)
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---|---|---|---|---|
JPS5696835A (en) * | 1979-12-29 | 1981-08-05 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
JPS58106836A (en) * | 1981-12-18 | 1983-06-25 | Hitachi Ltd | Laser annealing device |
JPS58176929A (en) * | 1982-04-09 | 1983-10-17 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
JPH03266424A (en) * | 1990-03-16 | 1991-11-27 | Sony Corp | Annealing process of semiconductor substrate |
US5643801A (en) * | 1992-11-06 | 1997-07-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser processing method and alignment |
US6423585B1 (en) * | 1997-03-11 | 2002-07-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Heating treatment device, heating treatment method and fabrication method of semiconductor device |
WO1999041777A1 (en) | 1998-02-13 | 1999-08-19 | Seiko Epson Corporation | Method of producing semiconductor device and heat treating apparatus |
US6771895B2 (en) * | 1999-01-06 | 2004-08-03 | Mattson Technology, Inc. | Heating device for heating semiconductor wafers in thermal processing chambers |
TW457553B (en) * | 1999-01-08 | 2001-10-01 | Sony Corp | Process for producing thin film semiconductor device and laser irradiation apparatus |
WO2001064591A1 (en) * | 2000-03-01 | 2001-09-07 | Heraeus Amersil, Inc. | Method, apparatus, and article of manufacture for determining an amount of energy needed to bring a quartz workpiece to a fusion weldable condition |
JP2003045820A (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Laser irradiation apparatus, and method, and method of manufacturing semiconductor device |
US6987240B2 (en) | 2002-04-18 | 2006-01-17 | Applied Materials, Inc. | Thermal flux processing by scanning |
JP2004128421A (en) * | 2002-10-07 | 2004-04-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Laser irradiation method, laser irradiation device, and method for manufacturing semiconductor device |
US7098155B2 (en) * | 2003-09-29 | 2006-08-29 | Ultratech, Inc. | Laser thermal annealing of lightly doped silicon substrates |
TWI297521B (en) * | 2004-01-22 | 2008-06-01 | Ultratech Inc | Laser thermal annealing of lightly doped silicon substrates |
US7482254B2 (en) * | 2005-09-26 | 2009-01-27 | Ultratech, Inc. | Apparatus and methods for thermally processing undoped and lightly doped substrates without pre-heating |
US20080045040A1 (en) * | 2006-08-17 | 2008-02-21 | Toshiba America Electronic Components, Inc. | Laser Spike Anneal With Plural Light Sources |
JP2008080371A (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser beam machining method and apparatus therefor |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210148402A (en) * | 2014-03-27 | 2021-12-07 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | Cyclic spike anneal chemical exposure for low thermal budget processing |
KR20180127570A (en) * | 2017-05-18 | 2018-11-29 | 세메스 주식회사 | Substrate treating apparatus and substrate treating method |
WO2020022551A1 (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 주식회사 코윈디에스티 | Low-e glass annealing device |
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