KR20140073449A - 반도체 웨이퍼를 레이저 어닐링하는 듀얼-루프 제어 시스템 - Google Patents

반도체 웨이퍼를 레이저 어닐링하는 듀얼-루프 제어 시스템 Download PDF

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KR20140073449A
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제임스 티. 맥훠터
데이비드 게인즈
조세프 리
파올로 잠본
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울트라테크 인크.
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Abstract

듀얼 루프 제어를 사용하여 반도체를 레이저 어닐링하는 시스템 및 방법이 개시된다. 제1 제어 루프는 제1 주파수에서 동작하고 레이저의 출력 파워와 1/f 레이저 잡음을 제어한다. 제2 제어 루프는 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수에서 동작하고 레이저의 출력 파워 양을 제어한다. 제2 제어 루프는 1개 이상의 다이의 크기 영역에 대하여 웨이퍼의 열 방출 방사선을 측정하며 측정된 어닐링 온도를 결정할 때 다이-내 방출 변동의 평균이 구해진다. 제2 제어 루프를 위한 제어 신호를 생성하기 위해 측정 어닐링 온도 및 어닐링 온도 설정점이 사용된다.

Description

반도체 웨이퍼를 레이저 어닐링하는 듀얼-루프 제어 시스템{DUAL-LOOP CONTROL FOR LASER ANNEALING OF SEMICONDUCTOR WAFERS}
본 발명은 일반적으로는 반도체의 레이저 어닐링에 관한 것이고, 더 구체적으로는 반도체 레이저 어닐링을 위한 듀얼-루프 제어에 관한 것이다.
레이저 어닐링(레이저 스파이크 어닐링(LSA: laser spike annealing) 또는 레이저 열처리(LTP: laser thermal processing)라고도 함)은 트랜지스터와 같은 능동 마이크로회로를 형성할 때 반도체 웨이퍼 내에 형성된 디바이스(구조체)의 특정 영역 내 도펀트를 활성화시키는 것을 포함하여, 다양한 응용을 위해 반도체 제조에 있어서 사용된다.
한 가지 형태의 레이저 어닐링은 반도체 구조체(예컨대, 소스 및 드레인 영역) 내 도펀트를 활성화시키기 위해서는 충분히 긴 시간이지만 실질적인 도펀트 확산을 방지하기에 충분히 짧은 시간 동안 반도체 웨이퍼의 표면을 소정 온도("어닐링 온도")까지 가열하기 위해 주사 레이저 빔("레이저 어닐링 빔" 또는 "어닐링 레이저 빔")을 사용한다. 상기 웨이퍼 표면이 어닐링 온도에 있는 시간은 레이저 어닐링 빔의 파워밀도와 노출시간에 의해 결정되는데, 상기 노출시간은 주사 방향을 따르는 레이저 어닐링 빔의 폭을 상기 레이저 어닐링 빔이 주사되는 속도("주사속도")로 나눈 것이다.
전형적인 반도체 처리 조건은 400℃ ~ 1,300℃의 어닐링 온도와 +/-3℃의 온도 균일을 요구한다. 이 정도의 온도 균일을 달성하기 위해서는, 상기 레이저 어닐링 빔은 횡단-주사(cross-scan) 방향에서 비교적 균일한 강도를 가질 필요가 있으며, 그것은 대부분의 조건하에서 +/-5% 미만의 강도 변화를 나타낸다.
그러나 레이저 어닐링 빔이 공간적으로 매우 균일하더라도, 어닐링 온도가 상기 언급된 허용오차 내에서 균일하게 유지되는 것을 보장하기 위해 상기 레이저로의 피드백이 요구된다. 패턴을 가진 웨이퍼 상의 국지적인 방사율 변화(emissivity variation)는, 상기 시스템이 실제 온도 변화로 인한 방출 변화와 국지적인 방사율(emissivity) 변화 사이를 식별할 수 없을 때, 온도 측정 오류를 초래할 수 있다. 대부분의 로직 디바이스에 있어서, 상기 패턴을 가진 영역들은 벌크 실리콘으로부터 패턴 방사율의 편차가 비교적 작도록 하는 두께 및 구조를 가진다.
다른 형태의 디바이스 웨이퍼에 있어서, 방사율 변화는 중요할 수 있다. 예를 들면, 메모리 웨이퍼는 두꺼운 금속 선들을 가진다. 또한, 어떤 로직 웨이퍼는 상기 패턴화된 영역들이 비교적 두꺼운 금속-실리사이드(예컨대, NiSi)을 가지는 실리사이드 단계를 포함한다. 이들 두 경우에 있어서, 방사율 변화로부터 열 방출의 변화는 크다. 따라서, 레이저 어닐링 빔이 그와 같은 웨이퍼를 주사할 때, 패턴-유도된 방출 변화의 진폭 및 시간-주파수는 온도 제어 시스템이 불안정해질 수 있는 정도가 된다.
방출 스파이크(emission spike)에 대응하기 위해 상기 온도 제어 시스템을 다시 조정하는 것은 온도 변화가 아니라 방사율 변화에 대응하여 레이저 파워가 조절되게 할 수도 있다. 그 결과, 레이저 어닐링 시스템은 규화물 및 메모리 웨이퍼를 개방 루프(일정한 레이저 파워) 조건에서 처리해야만 하며, 이것은 레이저 파워밀도 변동 및/또는 국지적인 기재 온도의 변화와 같은 보상되지 않은 영향으로 인한 상기 레이저 어닐의 온도 균일 성능을 제한한다.
이것은 이어서 최대 안전 어닐링 온도를 제한한다. 상기 어닐링 온도는 반도체 웨이퍼의 손상 한계 온도보다 낮게 유지될 필요가 있다. 개방-루프 처리하에서 어닐 온도의 더 넓은 분포는 상기 어닐 온도 분포의 극단을 상기 손상 한계 이하로 유지하기 위해 평균 어닐 온도의 감소를 요구한다. 이것은 (대부분의 스파이크 어닐링 프로세스 응용들에서와 같이) 더 높은 어닐 온도(손상 한계 이하의)가 탁월한 처리 결과를 생성할 때 프로세스 절충을 제시한다.
본 발명의 일 측면은, 다이(die)들의 어레이를 지지하는 표면을 가진 웨이퍼를 레이저 어닐링하는 방법이다. 상기 방법은 상기 다이들의 어레이에 대하여 레이저로부터의 레이저 어닐링 빔을 주사하는 단계를 포함하며, 상기 레이저는 레이저 잡음을 가지며 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 제어하기 위해 조절 가능하다. 상기 방법은 또한, 상기 레이저 내의 상기 레이저 잡음을 제어하기 위해 제1 주파수(f1)에서 동작하고 상기 파워 양을 측정하는 제1 제어 루프를 사용하여 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 측정하고 제어하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 웨이퍼로부터의 열 방출 방사선을 측정함으로써 제1 주파수(f1)보다 낮은 제2 주파수(f2)에서 동작하는 제2 제어 루프를 사용하여 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 제어하는 단계로서, 이 단계는 1개 이상의 다이에 대하여 상기 열 방출 방사선의 평균을 구하고 그것으로부터 대응하는 평균 측정 온도를 결정하고, 상기 평균 측정 온도와 어닐링 온도 설정점을 사용하여 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 제어하기 위해 상기 레이저를 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 주파수(f1)가 1 KHz 내지 100 KHz의 범위이고 상기 제2 주파수(f2)는 1 Hz 내지 100 Hz 범위인 레이저 어닐링 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 제1 주파수(f1)가 약 (100)·f2인 레이저 어닐링 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 측정하는 단계가 상기 레이저 어닐링 빔의 일부를 광검출기 시스템으로 편향시키는 것을 포함하는 레이저 어닐링 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 레이저 어닐링 빔의 일부를 광검출기 시스템으로 편향시키는 것은 그렇지 않으면 상기 레이저 어닐링 빔이 반사되는 반사 표면 위에 형성된 격자를 사용하여 상기 레이저 어닐링 빔의 일부를 회절시키는 것을 포함하는 레이저 어닐링 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 웨이퍼가 브루스터 각도를 가지며, 상기 웨이퍼로부터의 열 방출 방사선의 측정은 브루스터 각도에서 실행되는 레이저 어닐링 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 웨이퍼가 로직 웨이퍼 또는 메모리 웨이퍼인 레이저 어닐링 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 및 제2 제어 루프가 서로 결합된 제1 및 제2 비례적분미분 제어기를 각각 채용하는 레이저 어닐링 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 레이저 어닐링 빔이 상기 웨이퍼에서 400℃ 내지 1350℃ 범위의 어닐링 온도를 생성하는 레이저 어닐링 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 방사율이 변화하는 각각의 다이들을 지지하는 표면을 가진 웨이퍼에 의해 지지된 다이들을 어닐링하는 레이저 어닐링 시스템이다. 상기 레이저 어닐링 시스템은 상기 웨이퍼를 지지하는 척; 상기 척을 지지하고 상기 척 및 웨이퍼를 이동시키는 이동식 스테이지를 포함한다. 상기 레이저 어닐링 시스템은 또한 최초 레이저 빔을 발생시키고 조절 가능한 출력 파워 및 1/f 잡음을 가진 레이저를 갖는다. 상기 레이저 어닐링 시스템은 또한, 상기 최초 레이저 빔을 수신하고, 상기 최초 레이저 빔으로부터 레이저 어닐링 빔을 형성하며, 상기 레이저 어닐링 빔의 일부를 광검출기 시스템으로 편향시키는 광학시스템을 포함하며, 여기서 상기 광검출기 시스템은 편향된 일부의 레이저 어닐링 빔에 응답하여 검출기 신호를 발생시킨다. 상기 광학시스템은 상기 레이저 어닐링 빔이 상기 웨이퍼의 이동으로 인해 상기 웨이퍼의 표면에 대하여 입사하여 주사하고 상기 웨이퍼를 어닐링 온도까지 가열하도록 배치된다. 상기 레이저 어닐링 시스템은 또한, 상기 웨이퍼의 표면에 대해 배치되고, 상기 레이저 어닐링 빔에 의해 발생되는 열 방출 방사선을 상기 웨이퍼 표면으로부터 수신하고, 1개 이상의 상기 다이들의 영역에 대하여 수신된 상기 열 방출 방사선의 평균을 구하고, 응답하여 열 방출 신호를 발생시키는 열 방출 검출기 시스템을 포함한다. 상기 레이저 어닐링 시스템은 또한, 상기 검출기 신호를 수신하고, 1/f 잡음을 줄이기 위해 1 KHz 내지 100 KHz 범위의 제1 주파수(f1)에서 상기 레이저를 제어하여 상기 출력 파워를 조정하는 제1 제어 루프를 포함한다. 상기 레이저 어닐링 시스템은 또한, 상기 열 방출 방사선을 수신하고, 상기 어닐링 온도의 변화를 줄이기 위해 1 Hz 내지 100 Hz 범위의 제2 주파수(f2)에서 상기 레이저를 제어하여 상기 출력 파워를 조정하는 제2 제어 루프를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 어닐링 온도가 400℃ 내지 1350℃ 범위에 있는 레이저 어닐링 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 열 방출 신호가 스파이크(spike)를 감소 또는 제거하기 위해 필터링(filtering)하는 레이저 어닐링 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 및 제2 제어 루프가 서로 결합된 제1 및 제2 비례적분미분 제어기를 각각 포함하는 레이저 어닐링 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 웨이퍼가 로직 웨이퍼 또는 메모리 웨이퍼인 레이저 어닐링 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 각각의 방사율이 변화하는 다이들을 가진 웨이퍼를 어닐링하기 위해 1/f 잡음과 제어 가능한 출력 파워를 가진 레이저로부터의 레이저 어닐링 빔을 사용하는 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템이다. 상기 듀얼-루프 제어 시스템은 제1 및 제 2 제어 루프를 갖는다. 상기 제1 제어 루프는 1 KHz 내지 100 KHz 범위의 제1 주파수(f1)에서 동작하고, 상기 1/f 레이저 잡음을 줄이기 위해 상기 레이저 출력 파워를 제어한다. 상기 제2 제어 루프는 1 Hz 내지 100 Hz 범위의 제2 주파수(f2)에서 동작하고, 1개 이상의 다이의 영역에 대하여 상기 웨이퍼로부터의 열 방출 방사선을 측정한다. 상기 열 방출 방사선은 상기 레이저 어닐링 빔에 의해 상기 웨이퍼를 어닐링 온도까지 가열한다. 상기 제2 제어 루프는 상기 측정된 열 방출 방사선으로부터 측정 웨이퍼 온도를 결정하고 측정된 온도 신호를 발생시킨다. 상기 측정된 온도 신호는 그 다음 상기 레이저 출력 파워를 제어하여 상기 어닐링 온도의 변화를 최소화시키기 위해 어닐링 온도 설정점 신호와 함께 사용된다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제2 제어 루프가 1개 이상의 다이 내의 열 방출 방사선을 측정한 후 상기 1개 이상의 다이의 영역에 대하여 상기 다이-내 측정치들을 평균하는 열 방출 검출기 시스템을 포함하는 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 제어 루프가 광검출기 시스템을 포함하는 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템이다. 상기 광검출기 시스템은 빔-전환 소자에 의해 생성된 레이저 어닐링 빔의 일부를 수신한다. 상기 광검출기 시스템은 또한 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 나타내는 검출기 신호를 응답하여 발생시킨다. 상기 제1 제어 루프는, 상기 검출기 신호와 제2 제어 루프로부터의 제2 제어 신호를 수신하고, 그에 대한 응답으로 제1 제어 신호를 발생시키고, 상기 제1 제어 신호를 상기 레이저에 송신하는 제1 비례적분미분(PID: proportional-integral-derivative) 제어기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제2 제어 루프가 제2 PID 제어기를 포함하는 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템이다. 상기 제2 PID 제어기는 상기 측정된 온도 신호 및 상기 어닐링 온도 설정점 신호를 수신하고 그 응답으로 상기 제2 제어 신호를 발생시킨다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제2 제어 루프가 방출-온도(E/T) 로직을 포함하는 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템이다. 상기 E/T 로직은 상기 측정된 열 방출 방사선으로부터 상기 측정 웨이퍼 온도를 계산한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제2 제어 루프는 저역통과 필터를 포함하는 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템이다. 상기 저역통과 필터는 상기 측정된 온도 신호를 상기 제2 PID 제어기에 입력하기 전에 상기 E/T 로직으로부터의 상기 측정된 온도 신호를 필터링한다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 다음 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 다음의 상세한 설명, 청구범위, 첨부된 도면을 포함하여 본 명세서에 설명된 바와 같은 발명을 실행하는 것에 의해 인식되거나 또는 설명으로부터 당업자에게 용이하게 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 본 발명의 실시예를 제시하고 청구되는 바와 같은 본 발명의 성질과 특성을 이해하기 위한 개관 또는 골격을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
첨부된 청구항들은 본 명세서의 일부를 구성하고, 참조에 의해 상세한 설명에 포함된다.
본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼의 레이저 어닐링을 더욱 안정적으로 수행하는 것이 가능한 레이저 어닐링 시스템 및 방법을 제공한다.
첨부 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 여러 실시예를 도시하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 동작과 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면들 중 일부에서는, 기준을 위해 직각좌표계가 제시되며 이것은 방향 또는 방위를 한정하려는 의도는 아니다.
도 1은 반도체 웨이퍼를 레이저 어닐링할 때 레이저 어닐링 시스템을 위한 듀얼-루프 제어 시스템의 일 실시 형태를 도시하는 실시예 레이저 어닐링 시스템의 개략도이고;
도 2는 웨이퍼 표면에 대해 레이저 어닐링 빔을 주사하여 형성된 라인 이미지를 보여주는 실시예 웨이퍼의 평면도로서, 상기 웨이퍼 표면 위에 형성된 다이들의 어레이를 가진 웨이퍼를 보여주는 부분 확대도(inset)를 포함한다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 가능한 한, 동일한 또는 유사한 참조 번호와 기호가 동일하거나 유사한 부분을 나타내도록 도면 전체에서 사용된다.
도 1은 레이저 어닐링 시스템(10)을 위한 듀얼-루프 제어 구성의 실시 형태를 도시하는 실시예 레이저 어닐링 시스템(10)의 개략도이다. 참조를 위해 직각좌표계가 도시되어 있다. 실시예 레이저 어닐링 시스템(10)은 예를 들면 미국 특허 제7,612,372호, 제7,154,066호, 제6,747,245호 및 미국 특허출원공개 제2010/0084744호 및 제2012/0100640호에 개시되어 있으며, 이것들 모두는 참조에 의해 여기에 포함된다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 X-방향으로 진행하는 광축(A1)을 따르는 최초 레이저 빔(22)을 방출하는 레이저(20)를 포함한다. 실시예 레이저(20)는 10.6㎛의 공칭 어닐링 파장(λA)의 광을 방출하는 CO2 레이저이다. 레이저(20)는 또한 1개 이상의 다이오드 레이저로 구성되거나 포함할 수 있다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 광축(A1)을 따라서 레이저(20)의 하류에 배치된 광학시스템(30)을 포함한다. 광학시스템(30)은 최초 레이저 빔(22)을 수신하고 그것으로부터 레이저 어닐링 빔(24)을 형성한다. 실시예 광학시스템(30)은 렌즈, 미러, 애퍼처, 필터, 능동 광학소자(예컨대, 가변 감쇠기 등) 및 이것들의 조합을 포함하는 것이 가능하다. 광학시스템(30)의 실시예들은 미국 특허 제8,026,519호, 제8,014,427호, 제7,514,305호, 제7,494,942호, 제7,399,945호, 및 제6,366,308호에 개시되어 있으며, 이것들 모두는 참조에 의해 여기에 포함되며, 또한 전술한 미국 특허출원공개 제2012/0100640호에도 개시되어 있다.
레이저 어닐링 시스템(10)의 대안의 실시예에서, 제2 레이저 및 제2 레이저 빔(도시되지 않음)이 예를 들어 반도체 웨이퍼를 예열함으로써 어닐링 처리를 강화시키기 위해 사용된다.
또한 광축(A1)을 따라서 광학시스템(30)의 하류에는, 예를 들면 어닐링 파장(λA)에서 실질적으로 반사하는 표면(36)을 가진 미러와 같은 빔-전환소자(34)가 배치된다. 이것은 예를 들면, 구리로 빔-전환소자(34)를 만들고 표면(36)에 금을 코팅함으로써 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 빔-전환소자(34)는 광학시스템(30)의 일부이며, 예시로서 도시 및 설명의 편의를 위해 분리된 것으로 도시되어 있다.
빔-전환 소자(34)는 면 법선(surface normal)(N)을 가진 상부면("표면")(42)을 구비한 반도체 웨이퍼("웨이퍼")(40)를 향하는 제2 광축(A2)을 형성한다. 웨이퍼(40)는 척(chuck)(50)(예컨대, 가열된 척)에 의해 지지되며, 상기 척(50)은 이어서 스테이지 구동기(54)에 의해 구동되는 이동식 웨이퍼 스테이지(52)에 의해 지지된다. 제2 광축(A2)은 웨이퍼(40)의 표면(42) 위에서 면 법선(N)에 대한 입사각(θ2)을 형성한다. 레이저 어닐링 빔(24)은 제2 광축(A2)을 따라 진행하며 웨이퍼(40)의 표면(42)과 교차한다. 웨이퍼(40)는 전체 웨이퍼 온도(TW)를 가지며, 이것은 일 실시예에서는 가열된 척(50)에 의해 결정되고, 일 실시예에서는 적어도 실온보다 더 높다.
일 실시예에서, 레이저 어닐링 빔(24)과 웨이퍼(40)의 표면(42)의 교차는 웨이퍼(40)의 표면(42)에 대해 주사하는 레이저 빔 라인 또는 "라인 이미지(24L)"를 형성한다. 라인 이미지(24L)의 주사는 스테이지 구동기(54)의 동작에 의해 이동식 웨이퍼 스테이지(52)를 이동시킴으로써, 또는 빔-전환 소자(34)를 조정하여 레이저 어닐링 빔(24)이 주사되도록 함으로써, 또는 이들 2개의 동작을 조합하여 달성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전형적인 반도체 처리 조건은 400℃ 내지 1,300℃의 어닐링 온도와 +/-3℃의 온도 균일을 요구한다. 이 정도의 온도 균일을 달성하기 위해서는, 상기 레이저 어닐링 빔(24)은 횡단-주사 방향(cross-scan direction)에서 비교적 균일한 강도를 가질 필요가 있으며, 그것은 대부분의 조건하에서 +/-5% 미만의 강도 변화이다.
일 실시예에서, 레이저 스파이크 어닐링을 위한 최대 온도는 어닐링되는 재료의 용융 온도보다 적어도 약 25℃ 낮다. 실리콘계 디바이스의 경우에 있어서, 실리콘의 용융 온도는 1,413℃이므로 일 실시예에서 최대 온도는 약 1,388℃ 일 것이다.
게르마늄(Ge)-풍부 실리콘의 경우에 있어서, 상기 합금의 용융 온도는 합금 내 Ge의 백분율에 종속한다. 30% Ge의 경우에, 용융 온도는 약 1,225℃이며, 따라서 레이저 어닐링을 위한 실시예 최대 온도는 약 25℃ 더 낮은 1,200℃가 될 것이다.
사파이어 디바이스 상의 GaN의 경우에, GaN의 용융 온도는 2,500℃ 이상이지만, 사파이어 기판의 용융 온도는 더 낮은 2,040℃ 이다. 따라서, 상기 비용융 어닐링 프로세스는 사파이어 기판의 용융 온도에 의해 제한되며, 일 실시예에서 최대 어닐링 온도는 약 2,015℃ 이다.
도 2는 커프(kerf) 영역(46)에 의해 각각 분리된 다이(44)들의 어레이를 지지하는 웨이퍼(40)의 표면(42)을 보여주는 확대도(inset)를 포함하는 실시예 웨이퍼(40)의 평면도이다. 다이(44)들은 1개 이상의 집적회로(IC) 칩이 형성되는 영역을 나타내며, 각각의 IC 칩은 반도체 디바이스와 반도체 디바이스 구조체(도시되지 않음)를 포함한다. 일 실시예에서, 웨이퍼(40)는 로직 IC 칩을 만들기 위해 사용되는 로직 웨이퍼이지만, 또 다른 실시예에서는 웨이퍼(40)는 메모리 IC 칩을 만들기 위해 사용되는 메모리 웨이퍼일 수 있다.
전술한 바와 같이, 다이(44) 내의 반도체 디바이스와 반도체 디바이스 구조체들은 상이한 방사율을 가진 피처(features)를 가질 수 있으며, 그 결과 소정의 다이(44) 내의 어닐링 온도(TA)를 측정하고자 할 때 상기 어닐링 처리 동안 어닐링 온도(TA)의 계산오류를 초래할 수 있다. 예를 들면, 전술한 것처럼, 메모리 웨이퍼는 보통 두꺼운 금속 라인들을 가진다. 또한, 로직 웨이퍼들은 상기 패턴화된 영역들이 상대적으로 두꺼운 금속-실리사이드(예컨대, NiSi) 층을 가지는 실리사이드 단계를 포함하는 것이 가능하다.
도 2에서, 라인 이미지(24L)는 다이(44)들의 인접한 행(row)들을 커버하기 위해 웨이퍼(40)의 표면(42)에 대해 전방 및 후방으로 주사되고 있는 것으로 도시되어 있다. 상기 주사는 화살표(AR1, AR2)로 표시되어 있으며, 이것들은 라인 이미지(24L)를 위한 인접한 주사 경로(SP1, SP2)에 대응한다. 웨이퍼(40)의 표면(42)을 가로지르는 라인 이미지(24L)의 주사는 정지 라인 이미지(24L) 아래에서 웨이퍼(40)의 표면(42)을 주사하기 위해 이동식 웨이퍼 스테이지(52)를 사용함으로써 또는, 광학시스템(30) 또는 빔-전환 소자(34)의 일부로서 적당한 주사 광학소자의 사용에 의해 웨이퍼(40)의 정지된 표면(42)을 가로질러 라인 이미지(24L)를 주사함으로써 달성될 수 있다. 더 나아가, 이들 2개의 접근법의 조합이 사용될 수도 있다.
일 실시예에서, 빔-전환 소자(34)의 표면(36)은 레이저 어닐링 빔(24)의 상대적으로 작은 부분(24P)을 광축(A3)을 따라서 편향(deflection)시키도록 설정된다. 일 실시예에서, 이것은 빔-전환 소자(34)의 표면(36) 위에 약한(예컨대, 가볍게-새겨진) 회절격자를 제공함으로써 달성된다. 광검출기 시스템(60)은 광축(A3)을 따라 배치되며 레이저 어닐링 빔(24)의 일부(24P)를 수신하고 그것에 대응하여 측정된 파워를 나타내는 검출기 신호(SD)를 발생하도록 구성된다. 일 실시예에서, 레이저 어닐링 빔(24)의 일부(24P)의 파워 양은 레이저 어닐링 빔(24)의 파워의 몇 퍼센트(%)에 불과하다. 설계에 의해서든 또는 조정(calibration)에 의해서든, 레이저 어닐링 빔(24)의 일부(24P)의 파워 양은 레이저 어닐링 빔(24)의 알려진 분율(known fraction)이며, 따라서 레이저 어닐링 빔(24)의 일부(24P)의 측정은 레이저 어닐링 빔(24)의 광학 파워 양의 측정치를 제공한다.
광검출기 시스템(60)은 레이저 (어닐링) 파장(λA)에서 레이저 어닐링 빔 (24)의 일부(24P)를 검출하도록 선택된다. 레이저(20)가 CO2 레이저인 경우에, 실시예 광검출기 시스템(60)은 냉각된 HgCdTe 검출기를 포함한다. 이 경우에 있어서, 레이저 어닐링 빔(24)의 일부(24P)는 실질적으로 단색광(monochromatic)이며, 따라서 광검출기 시스템(60)은 다른 파장들의 광의 검출을 차단하도록 설정된 협대역 광학필터(61)를 포함하는 것이 가능하다. 상기 협대역 광학필터(61)는 백그라운드 열 방출을 감소시키기 위해 냉각될 수도 있다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 또한 웨이퍼(40)의 표면(42)에서 표면 법선(N)에 대한 각도(θ4)를 형성하는 광축(A4)을 따라 위치하는 열 방출 검출기 시스템(80)을 포함한다. 일 실시예에서, 광축(A4)은 웨이퍼(40)의 표면(42)에서 제2 광축(A2)과 교차한다. 일 실시예에서, 상기 각도(θ4)는 웨이퍼(40)에 대한 브루스터 각도(Brewster's angle)와 일치한다. 실리콘에 대한 브루스터 각도는 약 75˚이다.
열 방출 검출기 시스템(80)은 레이저 어닐링 처리 동안 웨이퍼(40)의 표면(42)에 의해 방출된 열 방출 방사선(82)을 측정하고, 그것에 대응하여 측정된 열 방출(E)을 나타내는 전기 방출 신호(SE)를 발생하도록 설정된다. 실시예 열 방출 검출기 시스템(80)은, 상기 측정된 열 방출(E)로부터 측정된 온도(TM)를 계산하는 방법과 함께, 전술한 미국 특허출원공개 제2012/0100640호에 개시되어 있다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 또한 레이저(20), 스테이지 구동기(54), 광검출기 시스템(60) 및 열 방출 검출기 시스템(80)에 조작 가능하게 접속된 제어기(100)를 포함한다. 제어기(100)는 다수의 로직 및 제어 소자들을 가지며, 1개 이상의 FPGA(field-programmable gate array)와, 프로세서 유닛, 메모리 유닛, 필터, 피드백 제어기 등과 같은 당해 기술분야의 통상의 기술자들에게 잘 알려진 다른 프로그램식(programmable) 및 비프로그램식(non-programmable) 전자소자들을 사용하여 구성될 수 있다. 제어기(100)는 여기서 설명된 듀얼-루프(dual-loop) 제어 방법들을 수행하도록 (예컨대, 1개 이상의 프로그램식 소자의 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 포함된 명령들을 통해) 구성된다.
제어기(100)는 예를 들어 도시된 제1 피드백 제어기(112-1)를 포함하며, 이후에는 제1 비례-적분-미분(PID: proportional-integral-derivative) 제어기라고 지칭한다. 제1 PID 제어기(112-1)는 입력단("입력")(113)과 출력단("출력")(114)을 가진다. 광검출기 시스템(60)은 입력(113)에 전기적으로 접속되는 반면, 레이저(20)는 출력(114)에 전기적으로 접속된다.
제어기(100)는 또한 열 방출 검출기 시스템(80)에 전기적으로 접속된 방출/온도 로직 유닛("E/T 로직")(120)을 포함한다. E/T 로직(120)은 상기 측정된 전기 방출 신호(SE)를 수신하고 측정된 열 방출(E)을 측정된 온도(TM)로 변환하며, 대응하는 측정된 온도 신호(STM)를 출력하도록 구성된다. 상기 측정된 온도 신호(STM)는 상기 측정된 전기 방출 신호(SE)로부터 계산된 것과 같은 평균 측정 온도를 나타낸다. 상기 평균은 열 방출 검출기 시스템(80)의 대역폭에 의해 결정된 시간 윈도우와 상기 측정된 전기적 열 방출 신호(SE)에 대한 것이다.
상기 측정된 전기 방출 신호(SE)는 일반적으로 다이(die) 방사율 변화로 인한 스파이크(spikes)를 포함한다. 이들 스파이크는 억압되지 않으면 상기 측정된 온도 신호(STM)에 나타날 것이다. 따라서, 일 실시예에서, E/T 로직(120)은 상기 측정된 온도 신호(STM)를 저역통과 필터링하여 저역통과 필터링된("필터링된") 측정 온도 신호(STMF)를 형성하는 저역통과 필터(LPF)(130)에 전기적으로 접속된다. 일 실시예에서, 상기 LPF(130)는 저역통과 필터링에 추가하여 이동평균 또는 스파이크 억압 알고리즘을 실행하는 FPGA와 같은 신호처리 디바이스로부터 형성된다.
제어기(100)는 또한 예를 들어 제2 피드백 제어기(112-2)를 포함하며 역시 이후에는 제2 PID 제어기로서 지칭된다. LPF(130)는 제2 PID 제어기(112-2)의 입력(113)에 전기적으로 접속된다. 제2 PID 제어기(112-2)의 입력(113)에는 또한 어닐링 온도 설정점 신호(STSET) 내에 포함된 어닐링 온도 설정점이 입력된다. 상기 설정점은 어닐링 처리를 위한 설정점 어닐링 온도(TAS)를 정의한다.
제2 PID 제어기(112-2)의 출력은 제1 PID 제어기(112-1)의 입력(113)에 전기적으로 접속된다. 제2 PID 제어기(112-2)는 어닐링 온도(TA)를 실질적으로 균일하게, 즉 가능하면 상기 설정점 어닐링 온도(TAS)에 가깝게 유지하기 위해 요청된 양의 레이저 파워에 해당하는 제2 제어 신호(SC2)를 출력한다. 제2 제어신호(SC2)와 광검출기 시스템(60)으로부터의 검출기 신호(SD)는 제1 PID 제어기(112-1)로 입력된다. 제1 PID 제어기(112-1)는 제2 제어신호(SC2)와 검출기 신호(SD)를 처리하며, 레이저(20)가 선택된 양의 파워를 전달하도록, 또는 레이저 어닐링 빔(24)이 선택된 양의 파워를 갖도록 상기 선택된 양에 의해 그 출력을 조정하도록 지시하는 제1 제어신호(SC1)를, 레이저(20)에 출력한다.
레이저 어닐링 시스템(10)의 구성은 도 1에서 L1 및 L2로서 개략적으로 표시된 2개의 결합된 제어 루프를 형성한다. 제1 제어 루프(L1)는 제1 주파수(f1)에서 동작하고 레이저(20), 광검출기 시스템(60) 및 제1 PID 제어기(112-1)에 의해 형성된다. 제2 제어 루프(L2)는 제1 주파수(f1)보다 낮은 제2 주파수(f2)에서 동작하고 열 방출 검출기 시스템(80), E/T 로직(120), LPF(130) 및 제2 PID 제어기(112-2)에 의해 형성된다. 상기 2개의 제어 루프(L1, L2)는 제1 PID 제어기(112-1)에서 결합된다.
일정한(균일한) 어닐링 온도(TA)를 유지하기 위해 제어되어야 하는 몇 개의 잡음원이 레이저 어닐링 시스템(10)에 존재한다. 잡음원의 하나는 레이저(20)의 출력에 내재하는 잡음(inherent noise)이며, 이것은 독특한 1/f 분포를 가진다. 또 하나의 잡음원은 레이저 어닐링 시스템(10) 자체 내의 시스템 효과(systematic effects)로부터 발생한다. 이러한 형태의 잡음의 일 예는 가열된 척(50)의 불균일에 의한 전체적인 웨이퍼 온도(TW)의 변화이다. 또 다른 예는, 이동식 웨이퍼 스테이지(52)의 결함이나 셋업 공차(setup tolerances)에 의해 발생하는, 레이저 어닐링 빔(24)에 관한 웨이퍼(40)의 면외 운동(out-of-plane motion)으로 인한 레이저 어닐링 빔(24)의 파워밀도의 변화이며, 이것은 주사 동안에 라인 이미지(24L)의 파워밀도를 변화시킨다.
잡음의 또 다른 원천은 방사율 값이 변화하는 주어진 다이(44) 내의 영역들 위를 통과하는 레이저 어닐링 빔(24)으로부터 발생하는 "방사율 잡음(emissivity noise)"이다. 이 유형의 잡음은 방출 피드백 시스템에서 보상되지 않는데, 이는 상기 측정된 온도 신호(STM)에 대한 전기 방출 신호(SE)의 변환을 정정하기 위해 이용할 수 있는 방사율의 국소화된 실시간 측정이 없기 때문이다. 이 방사율 "잡음"은 다이(44) 내의 구조체들(예컨대, 금속 라인들 또는 패드들)의 물리적 이격과 이동식 웨이퍼 스테이지(52)의 속도에 의해 결정되는 특성 주파수(characteristic frequency)를 가진다. 이것은 방출 표면의 측정되지 않는(따라서 보상되지 않는) 물리적 속성(방사율)에 기인하는 상기 측정된 신호의 변화로부터 발생한다는 의미에서 "잡음"을 구성한다.
방사율 변동이 없는 경우, 로컬 어닐링 라인 이미지(24L)로부터의 방출 피드백에 기초한 단일 제어 루프는 실질적으로 일정한 어닐링 온도(TA)를 유지하기 위해 레이저(20) 및 시스템 오류원(systematic error source) 양자의 제어를 관리하는 것이 가능하다. 그와 같은 시스템은 보상되는 오류가 레이저(20)로부터 발생하는지 또는 시스템 자체로부터 발생하는지 여부에 관계없이 웨이퍼(40)에서 요구된 파워밀도를 유지하는 것이 가능하다.
그러나 온도 측정 자체가 방사율의 국소적 변화 때문에 잘못된 경우, 그와 같은 루프는 방사율의 변화에 기인한 방출 신호 레벨의 변화로 인해 시스템을 부정확한 어닐링 온도(TA)로 구동한다.
따라서 레이저 어닐링 시스템(10)은, 전술한 방사율 "잡음"에 대한 감도(sensitivity)를 제거하거나 크게 감소시키는 것을 포함하여, 주요 잡음원을 관리하기 위해 협력하는 제1 및 제2 제어 루프(L1, L2)를 사용하는 듀얼-루프 제어를 채용한다.
제1 제어 루프(L1)는 광검출기 시스템(60)으로 레이저 어닐링 빔(24)의 일부(24P)를 검출하고 대응하는 검출기 신호(SD)를 제1 PID 제어기(112-1)의 입력(113)에 제공함으로써 레이저 어닐링 빔(24) 내 파워 양을 제어하도록 동작한다. 제1 PID 제어기(112-1)는 또한 제2 제어 루프(L2)로부터 제2 제어 신호(SC2)를 수신한다. 제1 제어 루프(L1)는 제2 제어 루프(L2)의 제2 주파수(f2)보다 더 높은 주파수(f1)에서 동작한다. 제1 제어 루프(L1)는 (1/f 롤-오프를 갖는 경우) 수백 Hz까지 확장하는 레이저 노이즈를 경감시키기에 충분한 제1 주파수(f1)에서 동작한다. 일 실시예에서, 제1 주파수(f1)는 약 1 KHz 내지 약 100 KHz의 범위에 있다.
제2 제어 루프(L2)는 f1보다 낮은 제2 주파수(f2)에서 동작하며 웨이퍼(40)로부터의 방출에서 보인다. 측정된 온도 신호(STM)의 저역통과 필터링은 필터링된 측정 온도 신호(STMF)를 발생시킨다. 이 필터링된 측정 온도 신호(STMF)는 웨이퍼(40) 상의 다이-규모 치수에 미치는 공간 평균에 대응하는 시간 평균을 가지는 평균 방출/온도이다(상기 대응은 상기 주사 스테이지에 기인한다). 상기 평균은 방사율 변화로 인한 신호 스파이크의 불리한 효과를 감소시키거나 제거한다. 따라서, 상기 온도 계산은 평균 방사율에 기초하며, 여기서 "평균"은 상대적으로 큰 거리에 대해서(즉, 다이 규모) 얻어진다. E/T 로직(120)의 로직은 또한, 상기 필터링된 측정 온도 신호(STMF)에 대한 전기 방출 신호(SE)의 방사율-관련 변화의 영향을 경감시키도록 설계된 수치 필터링, 스파이크 검출 로직 또는 다른 알고리즘에 의해, 상기 전기 방출 신호(SE)의 방사율-관련 변동의 억압을 촉진하기 위해 사용될 수도 있다.
제2 제어 루프(L2)는 그 다음 낮은 주파수(제1 주파수(f1)에 비해) 오류 성분을 제어하고 정정하며, 상기 오류 성분은 주로 전술한 시스템 오류로부터 발생한다. 이 시스템 오류들은 다이 규모보다 큰 공간 주기(spatial period)를 가지며 따라서 (주사 속도에 의해 결정된 것과 같은) 낮은 주파수에서 드러난다(시간 도메인에서). 제2 제어 루프(L2)는 제1 PID 제어기(112-1)에서 제1 제어 루프의 동작 설정점(set point)을 갱신한다. 일 실시예에서, 제2 제어 루프(L2)의 제2 주파수(f2)는 1 Hz 내지 100 Hz의 범위에 있다.
레이저 1/f 잡음과 비교할 때, 방사율 변화로부터 생성된 신호 내용은 스펙트럼 내용에서 통상 더욱 조화(harmonic)를 이루는데, 이것은 상기 신호 변화를 생성하는 표면 구조체들이 다소의 잘 정의된 공간적 주기로 자체 구성되기 때문이다. 이것으로 인해, 스테이지 속도와 상기 구조체들의 물리적인 이격에 의해 결정된 다소의 잘 정의된 시간-도메인 주파수 응답이 얻어진다.
따라서, 제2 제어 루프(L2)는 라인 이미지(24L)가 주사되고 있는 위치에서 웨이퍼(40)의 표면(42)으로부터 상기 측정된 열 방출(E)을 측정한다. 일 실시예에서, 열 방출 검출기 시스템(80)은 Y 방향에서(즉, 횡단-주사 방향) 적어도 다이(44)의 크기를 갖고 X 방향에서(즉, 주사 방향) 적어도 라인 이미지(24L)만큼 넓은 시야(field of view)를 가진다. 또 다른 실시예에서, 상기 시야는 Y 방향에서 다이(44)의 크기를 커버할 필요는 없다. 예를 들면, 다이(44)가 1cm 가량의 Y-치수를 가질 때 상기 시야는 Y 방향에서 수 밀리미터(mm)일 수 있다. 일 실시예에서, 열 방출 검출기 시스템(80)은 광섬유의 선형 어레이를 포함한다(도시되지 않음).
상기 열 방출 측정(및 그에 따른 어닐링 온도 측정)의 공간적 평균은 1개 이상의 다이(44)에 대한 레이저 어닐링 빔(24)의 주사 동안 시간-평군으로 얻어진다. 따라서, 상기 측정된 열 방출(E)의 측정은 선택된 영역에 대해 평균을 구한 어닐링 온도를 측정하기 위해 사용되며, 이것은 라인 이미지(24L)의 속도에 기초하여 샘플 시간으로 변환되며, 그것은 일 실시예에서 이동식 웨이퍼 스테이지(52)의 속도이다. 일 실시예에서, 열 방출 검출기 시스템(80)은 약 80 KHz의 재생률(refresh rate)을 가지며, 이것은 4X에 의해 평균화되어 유효 재생률을 약 20 KHz로 감소시킨다.
일 실시예에서, 상기 방출/온도의 평균을 구하는 상기 선택된 영역은 다이(44)의 크기 이상이며 따라서 제2 제어 루프(L2)는 다이보다 큰 온도 변화에 대응한다. 그와 같은 온도 변화는 예를 들면, 가열된 척(50)로부터 가열의 변화와, 다양한 기계적 부동(drift)에 의해 초래될 수 있는 레이저 파워 밀도의 변화, 레이저 효율/파워 부동, 및 더 낮은-주파수 1/f 레이저 파워 변화로부터 일어날 수 있다. 제2 제어 루프(L2)는 제1 주파수(f1)보다 실질적으로 더 느린 주파수(f2)에서(즉, f1 > 5·f2) 동작하며, 전형적인 제2 주파수(f2)는 약 10 Hz이다. 일 실시예에서, f1≒ (100)·f2.
일 실시예에서, 제2 제어 루프(L2)는 기판 온도 및/또는 파워 밀도의 대략 다이-크기에서 웨이퍼-직경-크기까지의 변화로부터 기인하는 상기 방출/온도의 상대적으로 낮은-주파수 변화에 대한 피드백을 제공하는 것을 의도한다. 만일 제2 주파수(f2)가 제1 주파수(f1)와 너무 가까우면 제2 주파수(f2)는 방사율의 국지적 변화, 예를 들면 단일 다이(44) 내 방사율 변화로 인한 방출의 작은 변화에 기초하여 레이저 어닐링 빔(24)의 파워 양을 조정하려고 할 것이다. 상기 어닐링 프로세스는 그와 같은 작은-규모의 방사율 변화가 무시되고 레이저 어닐링 빔(24)의 파워 양이 상대적으로 큰-영역의 평균 방사율(예컨대, 다이-크기 영역, 복수의-다이 크기 영역 등)에 기초하여 조정될 때 개선된다는 것이 알려졌다.
열 방출 검출기 시스템(80)은, 다색 고온측정(multi-color pyrometry)을 위해 복수 파장에서 동작하는 복수의 검출기를 포함하는, 1개 이상의 검출기(81)를 포함하는 것이 가능하다. 상기 1개 이상의 검출기(81)는 바람직하게는 상기 설정점 어닐링 온도(TAS)에서 열 방출 방사선(82)과 관련된 광자 플럭스(flux)에 대하여 그리고 주어진 레이저 어닐링 빔 모양에 대하여 합리적인 신호대잡음비(SNR)를 생성하는데 충분한 검출능(detectivity)(D*)을 가지는 것이다. 실시예 열 방출 검출기 시스템(80)은, 상기 대역-통합된(band-integrated) 열 방출이 상기 설정점 어닐링 온도(TAS) 부근에서 온도의 변화에 대해 우수한 민감도를 가지는 대역-한정된 파장 범위에 걸쳐 동작한다.
예를 들면, 레이저 어닐링 접합의 경우에, 어닐링 온도(TA)는 1100 ℃ 내지 1250 ℃의 범위에 있으며, 열 방출 방사선에 대한 적절한 파장 범위는 500 nm 내지 900 nm 이다. 이 파장들에서, 광전자증배관(photo-multiplier tube) 또는 Si-기반 포토다이오드가 검출기로서 사용될 수 있다. 접촉 어닐링을 위해서, 어닐링 온도(TA)는 더 낮고(예를 들면, 800 ℃ 내지 1000 ℃ 범위), 1 ㎛ 내지 2 ㎛에서 민감한, 예를 들면 InGaAs 검출기와 같은, 더 긴 파장 검출기가 적당하다.
제1 및 제2 제어 루프(L1, L2)는 물리적으로 결합되어 레이저 파워를 조정하는 역할을 하지만, 제어 루프 주파수의 전술한 차이(f1-f2)는 2개의 제어 루프(L1, L2)를 기능적으로 분리하는 기능을 하므로 각각은 독립적으로 그리고 안정적으로 동작하는 것이 가능하며, 따라서 1개의 제어 루프는 다른 것에 불안정을 초래하지 않는다.
여기서 개시된 레이저 어닐링에 대한 상기 듀얼-루프 제어 접근법은 웨이퍼 대 웨이퍼(WTW: wafer-to-wafer) 및 웨이퍼 내 웨이퍼(WIW: wafer-within-wafer) 접근법에 기초한 혼합 접근법으로 생각할 수 있다. 제2 제어 루프(L2)는 WIW와 같은 피드백을 제공하지만, 상대적으로 "느린" 주파수(f2)에서 동작하며 따라서 1개 이상의 다이(44)에 대하여 평균적으로 방출하는 반면, 제1 제어 루프(L1)는 원치 않는 파워 변동과 그에 따른 원치 않는 어닐링 온도 변화에 기여하는 레이저(20) 내의 대응하는 1/f 잡음을 보상할 만큼 "빠른" 주파수에서 동작한다.
본 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명에 대해 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구항과 그 균등물의 범위 안에 있는 한 본 발명에 대한 변경과 변형을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 레이저 어닐링 시스템 20: 레이저
22: 최초 레이저 빔 24: 레이저 어닐링 빔
24L: 라인 이미지 30: 광학시스템
34: 빔-전환소자 40: 웨이퍼
50: 척(chuck) 52: 이동식 웨이퍼 스테이지
54: 스테이지 구동기 60: 광검출기 시스템
61: 협대역 광학필터 80: 열 방출 검출기 시스템
81: 검출기 100: 제어기
112-1, 112-2: 피드백 제어기 120: 방출/온도 로직 유닛
130: 저역통과 필터(LPF) L1, L2: 제어 루프
SC1, SC2: 제어 신호

Claims (21)

  1. 다이의 어레이를 지지하는 표면을 가진 웨이퍼를 레이저로 어닐링하는 방법에 있어서,
    레이저 잡음을 가지고, 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 제어하기 위해 조절 가능한 상기 레이저로부터, 상기 다이의 어레이에 대하여 상기 레이저 어닐링 빔을 주사하는 단계;
    상기 레이저 내의 상기 레이저 잡음을 제어하기 위해 제1 주파수(f1)에서 동작하고 상기 파워 양을 측정하는 제1 제어 루프를 사용하여 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 측정하고 제어하는 단계, 및
    상기 웨이퍼로부터의 열 방출 방사선을 측정함으로써 제1 주파수(f1)보다 낮은 제2 주파수(f2)에서 동작하는 제2 제어 루프를 사용하여 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 제어하는 단계로서, 이 단계는 1개 이상의 다이에 대하여 상기 열 방출 방사선의 평균을 구하고 그것으로부터 대응하는 평균 측정 온도를 결정하고, 그리고 상기 평균 측정 온도와 어닐링 온도 설정점을 사용하여 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 제어하기 위해 상기 레이저를 조정하는, 레이저 어닐링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수(f1)는 1 KHz 내지 100 KHz의 범위이고 상기 제2 주파수(f2)는 1 Hz 내지 100 Hz 범위인, 레이저 어닐링 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제1 주파수(f1)는 약 (100)·f2인, 레이저 어닐링 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 측정하는 단계는 상기 레이저 어닐링 빔의 일부를 광검출기 시스템으로 편향시키는 것을 포함하는, 레이저 어닐링 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 레이저 어닐링 빔의 일부를 광검출기 시스템으로 편향시키는 것은 그렇지 않으면 상기 레이저 어닐링 빔이 반사되는 반사 표면 위에 형성된 격자를 사용하여 상기 레이저 어닐링 빔의 일부를 회절시키는 것을 포함하는, 레이저 어닐링 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 브루스터 각도를 가지며,
    상기 웨이퍼로부터의 열 방출 방사선의 측정은 브루스터 각도에서 실행되는, 레이저 어닐링 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 로직 웨이퍼 또는 메모리 웨이퍼인, 레이저 어닐링 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 제어 루프는 서로 결합된 제1 및 제2 비례적분미분 제어기를 각각 채용하는, 레이저 어닐링 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 어닐링 빔은 상기 웨이퍼에서 400℃ 내지 1350℃ 범위의 어닐링 온도를 생성하는, 레이저 어닐링 방법.
  10. 방사율이 변화하는 각각의 다이들을 지지하는 표면을 가진 웨이퍼에 의해 지지된 다이들을 어닐링하기 위한 레이저 어닐링 시스템에 있어서,
    상기 웨이퍼를 지지하는 척;
    상기 척을 지지하고 상기 척 및 웨이퍼를 이동시키는 이동식 스테이지;
    최초 레이저 빔을 발생시키고 조절 가능한 출력 파워 및 1/f 잡음을 가진 레이저;
    상기 최초 레이저 빔을 수신하고, 상기 최초 레이저 빔으로부터 레이저 어닐링 빔을 형성하며, 응답하여 검출기 신호를 발생시키는 광검출기 시스템으로 상기 레이저 어닐링 빔의 일부를 향하게 하고, 상기 레이저 어닐링 빔이 상기 웨이퍼의 이동으로 인해 상기 웨이퍼의 표면에 대하여 입사하여 주사하고 상기 웨이퍼를 어닐링 온도까지 가열하도록 배치되는 광학시스템;
    상기 웨이퍼의 표면에 대해 배치되고, 상기 레이저 어닐링 빔에 의해 발생되는 열 방출 방사선을 상기 웨이퍼 표면으로부터 수신하고, 하나 이상의 상기 다이의 영역에 대하여 수신된 상기 열 방출 방사선의 평균을 구하고, 응답하여 열 방출 신호를 발생시키는 열 방출 검출기 시스템;
    상기 검출기 신호를 수신하고, 1/f 잡음을 줄이기 위해 1 KHz 내지 100 KHz 범위의 제1 주파수(f1)에서 상기 레이저를 제어하여 상기 출력 파워를 조정하는 제1 제어 루프; 및
    상기 열 방출 방사선을 수신하고, 상기 어닐링 온도의 변화를 줄이기 위해 1 Hz 내지 100 Hz 범위의 제2 주파수(f2)에서 상기 레이저를 제어하여 상기 출력 파워를 조정하는 제2 제어 루프;를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 어닐링 온도는 400℃ 내지 1350℃ 범위에 있는, 레이저 어닐링 시스템.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 열 방출 신호는 스파이크를 감소 또는 제거하기 위해 필터링되는, 레이저 어닐링 시스템.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 제어 루프는 서로 결합된 제1 및 제2 비례적분미분 제어기를 각각 포함하는, 레이저 어닐링 시스템.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 로직 웨이퍼 또는 메모리 웨이퍼인, 레이저 어닐링 시스템.
  15. 방사율이 변화하는 각각의 다이들을 가진 웨이퍼를 어닐링하기 위해 1/f 잡음과 제어 가능한 출력 파워를 가진 레이저로부터의 레이저 어닐링 빔을 사용하는 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템에 있어서,
    1 KHz 내지 100 KHz 범위의 제1 주파수(f1)에서 동작하고, 상기 1/f 레이저 잡음을 줄이기 위해 상기 레이저 출력 파워를 제어하는 제1 제어 루프;
    1 Hz 내지 100 Hz 범위의 제2 주파수(f2)에서 동작하고, 1개 이상의 다이의 영역에 대하여 상기 웨이퍼로부터의 열 방출 방사선을 측정하는 제2 제어 루프;를 포함하고,
    상기 열 방출 방사선은 상기 레이저 어닐링 빔에 의해 상기 웨이퍼를 어닐링 온도까지 가열하여 발생되고, 상기 제2 제어 루프는 측정된 상기 열 방출 방사선으로부터 측정된 웨이퍼 온도를 결정하고 측정된 온도 신호를 발생시키며, 상기 측정된 온도 신호는 상기 레이저 출력 파워를 제어하여 상기 어닐링 온도의 변화를 최소화시키기 위해 어닐링 온도 설정점 신호와 함께 사용되는, 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2 제어 루프는 1개 이상의 다이의 열 방출 방사선을 측정한 후 상기 1개 이상의 다이의 영역에 대하여 상기 다이-내 측정치들을 평균하는 열 방출 검출기 시스템을 포함하는, 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 제어 루프는 빔-전환 요소에 의해 생성된 레이저 어닐링 빔의 일부를 수신하는 광검출기 시스템을 포함하고,
    상기 광검출기 시스템은 상기 레이저 어닐링 빔의 파워 양을 나타내는 검출기 신호를 응답하여 발생시키며,
    상기 제1 제어 루프는, 상기 검출기 신호와 제2 제어 루프로부터의 제2 제어 신호를 수신하고, 이것에 대해 응답하여 제1 제어 신호를 발생시키고, 상기 제1 제어 신호를 상기 레이저에 송신하는 제1 비례적분미분(PID) 제어기를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제2 제어 루프는 상기 측정된 온도 신호 및 상기 어닐링 온도 설정점 신호를 수신하고 응답하여 상기 제2 제어 신호를 발생시키는 제2 PID 제어기를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템.
  19. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 제어 루프는 상기 측정된 열 방출 방사선으로부터 상기 측정된 웨이퍼 온도를 계산하는 방출-온도(E/T) 로직을 포함하는, 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제2 제어 루프는 상기 측정된 열 방출 방사선으로부터 상기 측정된 웨이퍼 온도를 계산하는 방출-온도(E/T) 로직을 포함하는, 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제2 제어 루프는 상기 측정된 온도 신호를 상기 제2 PID 제어기에 입력하기 전에 상기 E/T 로직으로부터의 상기 측정된 온도 신호를 필터링하는 저역통과 필터를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템용 듀얼-루프 제어 시스템.
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