KR20150088875A - 열 처리 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
여기에 기술된 실시예들은 기판을 열 처리하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 제1 플루엔스에서 제1 복사를 전달하는 제1 복사 에너지 소스, 및 제2 플루엔스에서 제2 복사를 전달하는 제2 복사 에너지 소스는, 제1 복사를 제1 위치에서 수취하며 제2 복사를 제2 위치에서 수취하도록 배치된 기판 지지체를 향하여 에너지를 지향시키도록 배치되며, 제1 플루엔스는 제2 플루엔스의 10배 내지 100배이고, 제1 복사는 제2 위치에는 도달할 수 없다. 제1 복사 에너지 소스는 레이저일 수 있고, 제2 복사 에너지 소스는 복수의 레이저, 예를 들어 복수의 펄스화된 레이저를 구비하는 펄스화된 레이저 어셈블리일 수 있다. 제2 복사 에너지 소스는 또한 플래시 램프일 수 있다. 제1 및 제2 복사 에너지 소스는 동일한 챔버 내에 있을 수도 있고 또는 상이한 챔버들 내에 있을 수도 있다.
Description
여기에 기술된 실시예들은 일반적으로 기판들을 열 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 반도체 기판들을 어닐링하기 위한 방법 및 장치가 기술된다.
열 처리 프로세스들은 반도체 처리에서 널리 이용된다. 비정질 반도체 재료들은 통상적으로 열 처리 프로세스를 이용하여 결정화되며, 이 열 처리 프로세스는 원자들의 이동을 무질서 상태(disordered state)로부터 질서 상태로 활성화하여, 그것들의 포텐셜 에너지를 낮추고 결과적인 원자 매트릭스에서의 전자들의 이동도를 증가시킨다. 재료의 밴드 갭은 감소되고 전도율은 증가된다. 통상적으로 이용되는 다른 프로세스들은 부분적으로 무질서 결정 상태에 있을 수 있는 반도체 재료들의 어닐링을 포함한다. 부분적인 무질서는, 결정질인 또는 대부분 결정질인 반도체 매트릭스에 도펀트 원자를 삽입하여, 결정 구조를 붕괴시키거나 "손상"시키고, 매트릭스의 결정도를 감소시키며, 재료의 전기적 특성들을 축소하는 도핑 프로세스로부터 종종 기인한다. 전형적으로, 재료를 어닐링하는 것은 손상의 일부 또는 전부를 반전시켜, 매트릭스를 실질적으로 재결정화한다. 또한, 도펀트들이 결정 매트릭스에서의 활성 위치들을 점유하는 것이 촉진되어, 재료의 전기적 특성들에 대한 도펀트들의 기여를 증대시킨다.
무어의 법칙으로 인해 장치 기하형상이 축소됨에 따라, 열 처리 기법들은 더 작은 치수의 영역들을 처리하도록 발전해왔다. 웨이퍼들의 베이킹, RTP 및 스파이크 어닐링은 훨씬 더 짧은 지속시간에 걸쳐 에너지를 전달하는 프로세스들로 대체되었다. 이것은, 5,000㎚3 정도로 작을 수 있는 타깃 영역들의 외부로의 도펀트들의 확산을 회피하고 처리 영역을 둘러싸는 영역들의 열적 붕괴(thermal disruption)를 회피하기 위해, 에너지를 기판의 매우 작은 영역들로 국소화해야 할 필요성에 의해 주도되었다. 원하는 에너지를 매우 짧은 지속시간에 걸쳐 전달하는 것은 실질적인 열 전파가 일어나기 전에 에너지의 많은 부분을 방사시켜버림으로써 열 전파를 최소화한다.
레이저 어닐링 프로세스들은 매우 짧은 지속시간에 걸쳐 다량의 에너지를 전달하기 위한 인기있는 방식들이 되었다. 전달되는 에너지를 흡수하는 반도체 재료의 용량이 급속하게 도달됨에 따라, 최근에 레이저 프로세스들도 한계에 도달했다. 실리콘의 흡수 특성들은 온도에 따라 변하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 치수들 및 지속시간들이 관련되면, 온도는 의미를 잃고, 개별 원자들의 에너지 균형이 중요해진다. 치수들 및 시간들의 축소는 프로세스 윈도우들을 심하게 압축하고, 이제는 기판들을 열 처리하는 새로운 방식들이 필요하다.
여기에 기술되는 실시예들은 기판을 열 처리하기 위한 장치를 제공하는데, 이 장치는 제1 플루엔스(fluence)에서 제1 복사(radiation)를 전달하는 제1 복사 에너지 소스; 제1 복사 에너지 소스에 광학적으로 연결된 제1 광학 어셈블리; 제2 플루엔스에서 제2 복사를 전달하는 제2 복사 에너지 소스; 제2 복사 에너지 소스에 광학적으로 연결된 제2 광학 어셈블리; 및 제1 복사를 제1 위치에서 수취하며 제2 복사를 제2 위치에서 수취하도록 배치된 기판 지지체를 포함하고, 제1 플루엔스는 제2 플루엔스의 10배 내지 100배이고, 제1 복사는 제2 위치에는 도달할 수 없다. 제1 복사 에너지 소스는 레이저일 수 있고, 제2 복사 에너지 소스는 복수의 레이저, 예를 들어 복수의 펄스화된 레이저를 구비하는 펄스화된 레이저 어셈블리일 수 있다. 제2 복사 에너지 소스는 또한 플래시 램프일 수 있다. 제1 및 제2 복사 에너지 소스는 동일한 챔버 내에 있을 수도 있고 또는 상이한 챔버들 내에 있을 수도 있다.
여기에 기술되는 다른 실시예들은, 기판의 표면 상에서 제1 처리 영역을 선택하는 단계; 기판의 표면 상에서 제1 처리 영역과 겹치지 않는 복수의 제2 처리 영역을 선택하는 단계; 제1 플루엔스에서 제1 처리 영역으로 복사 에너지의 제1 펄스를 전달하는 단계; 및 제2 처리 영역들로 복수의 복사 에너지 펄스를 전달하는 단계 - 각각의 펄스는 복수의 복사 에너지 펄스 각각에 대해 동일한 제2 플루엔스에서 전달되고, 제1 플루엔스는 제2 플루엔스의 10배 내지 100배임 - 에 의해, 기판을 열 처리하는 방법을 제공한다. 각각의 펄스는 전형적으로 1 nsec 내지 100 nsec의 지속시간을 갖는다. 복사 에너지의 제1 펄스는 전형적으로 약 500 mJ/㎠ 내지 약 4,000 mJ/㎠의 플루엔스를 갖고, 이는 기판으로부터 하나 이상의 층을 삭마(ablate)하기에 충분할 수 있다. 복수의 복사 에너지 펄스는 전형적으로 약 50 mJ/㎠ 내지 약 300 mJ/㎠의 플루엔스를 갖고, 이는 기판의 부분들을 용융시킬 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 열 처리 장치의 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 장치로부터의 기판 지지체의 상면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 열 처리 장치의 개략도이다.
도 1a는 일 실시예에 따른 열 처리 장치의 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 장치로부터의 기판 지지체의 상면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 열 처리 장치의 개략도이다.
본 발명자들은 기판들을 열 처리하기 위한 새로운 방법 및 장치를 고안하였다. 새로운 방법 및 장치를 이용하면, 기판은 제1 위치에서 제1 열 처리에 노출되고, 제1 위치와 겹치지 않는 제2 위치에서 제2 열 처리에 노출된다. 제1 열 처리는 제1 위치를 제1 플루엔스에서 제1 복사 에너지에 노출시키고, 제2 열 처리는 제2 위치를 제2 플루엔스에서 제2 복사 에너지에 노출시킨다. 제1 플루엔스는 제2 플루엔스의 10배 내지 100배일 수 있다.
도 1a는 일 실시예에 따른 열 처리 장치(100)의 개략도이다. 이 장치(100)는 제1 복사 에너지 소스(102) 및 제2 복사 에너지 소스(106)를 갖는다. 제1 광학 어셈블리(104)가 제1 복사 에너지 소스(102)에 광학적으로 연결된다. 제2 광학 어셈블리(108)가 제2 복사 에너지 소스(106)에 광학적으로 연결된다. 제2 광학 어셈블리(108)는, 제2 복사 에너지 소스(106)로부터의 에너지를 성형 및/또는 등질화(uniformize)하기 위해, 제1 광학 요소(110), 제2 광학 요소(112) 및 제3 광학 요소(114)를 포함할 수 있다. 제1 광학 요소(110), 제2 광학 요소(112) 및 제3 광학 요소(114) 각각은 펄스 결합기(pulse combiner), 공간적 균질화기(spatial homogenizer), 시간적 균질화기(temporal homogenizer), 펄스 성형기(pulse shaper) 및/또는 에지 조절 부재(edge adjustment member)일 수 있다. 그러한 컴포넌트들이 다수 포함될 수 있고, 제1 광학 어셈블리(104)는 그러한 컴포넌트들을 세 개보다 많이 가질 수 있다. 예시적인 펄스 결합기, 공간적 균질화기, 시간적 균질화기 및 에지 조절 부재는 2011년 7월 29일자로 출원되고 공동 소유된 미국 특허 출원 제13/194,552호에 기술되어 있으며, 이 특허 출원은 참조로 여기에 포함된다.
기판 지지체(120)는 장치(100)에 의해 처리될 기판을 배치하기 위한 작업 표면(122)을 갖는다. 작업 표면(122)은, 제1 처리 영역(116A) 및 제2 처리 영역(118)을 포함하는 작업 영역을 갖는다. 제1 처리 영역(116A)은 작업 영역에서의 주변 위치에 있을 수 있고, 제2 처리 영역(118)은 제1 처리 영역(116A)보다 작업 영역의 중심에 더 가까운 위치에 있을 수 있다. 도 1b는 장치(100)의 기판 지지체(120)의 상면도로서, 제1 처리 영역(116A) 및 제2 처리 영역(118)의 예시적인 위치들을 보여준다. 전형적인 상황에서, 기판은 기판 지지체(120)의 작업 표면(122) 상에 배치되어, 제1 처리 영역(116A)에서 제1 복사 에너지 소스(102)로부터의 복사 에너지에 노출될 것이다. 다음으로, 기판은 도 1b에 도시된 처리 영역들의 직선 패턴(rectilinear pattern)에 의해 표시되는 바와 같이 일련의 제2 처리 영역들(118)에서 제2 복사 에너지 소스(106)로부터의 복사 에너지에 노출될 것이다.
제1 복사 에너지 소스(102)는 기판 지지체(120)를 향하여 지향되는 단일의 강한 복사 필드(single field of intense radiation)를 생성하는 하나 이상의 레이저일 수 있다. 제1 광학 어셈블리(104)는 제1 복사 에너지 소스(102)에 의해 방출된 복사 에너지를 원하는 방식으로 변환하는 반사 및 굴절 컴포넌트들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 광학 어셈블리(104)는 제1 복사 에너지 소스(102)에 의해 방출된 복사 에너지를 작은 영역에 집중시켜, 플루엔스를 원하는 레벨로 증가시킬 수 있다. 제1 복사 에너지 소스(102)가 하나보다 많은 에너지 방출 또는 광학 축을 갖는 경우, 제1 광학 어셈블리(104)는 결합기를 포함할 수 있다. 또한, 제1 광학 어셈블리(104)는 원한다면 생략될 수 있다.
제2 복사 에너지 소스(106)는 단일의 강한 복사 필드 또는 복수의 강한 복사 필드를 생성하는 하나 이상의 레이저일 수 있다. 하나보다 많은 레이저가 이용되는 경우, 제2 광학 어셈블리(108)는 단일의 에너지 필드를 생성하기 위해 결합기를 포함할 수 있다.
전형적으로, 제1 복사 에너지 소스(102)는 동작 동안 제2 복사 에너지 소스(106)의 플루엔스의 10배 내지 100배인 플루엔스를 갖는다. 제1 복사 에너지 소스(102)는 약 500 mJ/㎠ 내지 약 4,000 mJ/㎠, 예컨대 약 1,500 mJ/㎠ 내지 약 3,500 mJ/㎠, 예를 들어 약 3,100 mJ/㎠의 플루엔스에서 에너지 필드를 방출할 수 있다. 제2 복사 에너지 소스(106)는 약 50 mJ/㎠ 내지 약 300 mJ/㎠, 예컨대 약 60 mJ/㎠ 내지 약 100 mJ/㎠, 예를 들어 약 70 mJ/㎠의 플루엔스에서 에너지 필드를 방출할 수 있다. 제1 복사 에너지 소스(102)는, 약 1 nsec 내지 약 100 nsec, 예컨대 약 10 nsec 내지 약 50 nsec, 예를 들어 약 25 nsec의 펄스 지속시간을 갖는 펄스화된 에너지 필드를 방출하는 펄스화된 레이저일 수 있다. 제2 복사 에너지 소스(106)는, 약 1 nsec 내지 약 100 nsec, 예컨대 약 10 nsec 내지 약 50 nsec, 예를 들어 약 40 nsec의 지속시간을 갖도록 제2 광학 어셈블리(108)에 의해 결합 및 성형되는 에너지 필드를 방출할 수 있으며, 이 에너지 필드는 또한 펄스 강도의 상승 및 하강이 제2 복사 에너지 소스(106)에 의해 생성되는 본래의 강도의 상승 및 하강과는 상이하도록 조정되는 시간 프로파일을 가질 수 있다.
제1 및 제2 복사 에너지 소스(102 및 106)는 단일의 챔버 내에 위치될 수도 있고 또는 별개의 챔버들 내에 위치될 수도 있다. 별개의 챔버들 내에 위치되는 경우, 제1 복사 에너지 소스(102)는 대응하는 제1 기판 지지체를 가질 수 있고, 제2 복사 에너지 소스(106)는 대응하는 제2 기판 지지체를 가질 수 있다. 그러한 실시예에서의 제1 및 제2 기판 지지체는 전형적으로 유사한 치수들을 갖는 제1 및 제2 작업 영역을 각각 가질 것이다. 제1 복사 에너지 소스와 제1 기판 지지체는 제1 복사 에너지 소스가 제1 작업 영역의 주변부에서의 제1 처리 영역을 조명하도록 배치될 것이고, 제2 복사 에너지 소스와 제2 기판 지지체는 제2 복사 에너지 소스가 복수의 제2 처리 영역을 조명하도록 배치될 것인데, 그러한 복수의 제2 처리 영역은, 제1 처리 영역이 제1 작업 영역의 중심에 가까운 것보다 더 가깝게 제2 작업 영역의 중심에 근접해 있다.
제1 처리 영역(116A)의 조명은, 복수의 예비처리 영역(116B 및 116C)이 제1 복사 에너지에 의해 조명되는 예비처리의 일부일 수 있다. 그러한 실시예에서, 기판 지지체(120)는 제1 처리 영역(116A)과 예비처리 영역들(116B 및 116C) 각각을 제1 복사 에너지 소스(102)에 근접하게 배치하도록 이동가능할 수 있다. 대안적으로, 제1 복사 에너지를 예비처리 영역(116B 및 116C)과 제1 처리 영역(116A) 사이에 분할하기 위해 분할기가 이용될 수 있다. 예비처리 영역들(116B 및 116C)의 개수 및 위치는 처리될 기판의 크기 및 유형에 의존한다.
도 2는 다른 실시예에 따른 열 처리 장치(200)의 개략도이다. 열 처리 장치(200)는 도 1a의 열 처리 장치(100)와 동일한 컴포넌트들 다수를 특징으로 하며, 그러한 컴포넌트들에는 동일한 번호가 부여된다. 열 처리 장치(200)는, 제2 복사 에너지 소스(106)에 의해 방출되는 복사 에너지를 수취하고 복사 에너지를 제2 광학 어셈블리(108) 주위로 라우팅하고 복사 에너지를 기판 지지체(120)를 향하여 지향시키도록 배치된 바이패스 광학계(bypass optic)(202)를 특징으로 한다. 도 2의 장치(200)는, 위에서 기술된 바와 같이 복수의 방출기를 가질 수 있는 하나의 복사 에너지 소스를 이용하여 제1 복사 에너지를 제1 처리 영역에 전달하고 제2 복사 에너지를 제2 처리 영역에 전달하는 대안의 모드를 제공한다. 바이패스 광학계(202)는 방출된 에너지가 광학 어셈블리(108)를 통과할 수 있게 하는 것이 아니라, 방출된 에너지를 작업 영역으로 직접 라우팅하기 위해 이용될 수 있다. 제1 처리 영역이 광학 어셈블리(108)를 이용하지 않고서 높은 플루엔스의 제1 복사 에너지에 의해 조명된 이후에, 제2 처리 영역들은 제2 복사 에너지를 등질화하기 위해 광학 어셈블리(108)를 이용하여 낮은 플루엔스의 제2 복사 에너지에 의해 조명될 수 있다.
제1 복사 에너지는 다중 방출기 복사 에너지 소스(multi-emitter radiant energy source)(106)의 하나의 방출기, 예를 들어 하나의 레이저로부터 나올 수 있고, 제2 복사 에너지는 복사 에너지 소스(106)의 방출기들 중 하나 이상 또는 전부로부터 나올 수 있다.
여기에서 언급되는 레이저들은 강한 복사의 짧은 펄스들을 방출할 수 있는 임의의 유형의 레이저일 수 있다. 펄스들은 전형적으로 약 1 nsec 내지 약 100 nsec의 지속시간을 갖는다. 높은 플루엔스의 펄스를 전달하기 위해, 약 50 MW 또는 그 이상의 전력 정격(power rating)을 갖는 고전력 레이저가 이용될 수 있다. 레이저는 도핑된 YAG 레이저와 같은 고체 상태 레이저일 수 있으며, 펄스들을 생성하도록 스위칭되거나 전력 순환되거나(power-cycled) 또는 펌프 순환될(pump-cycled) 수 있다. 낮은 플루엔스의 소스들은 낮은 전력의 레이저들일 수 있거나, 또는 하나 이상의 플래시 램프가 이용될 수 있다. 예를 들어, 1회의 노출로 전체 기판에 50-100 mJ/㎠의 플루엔스를 전달하기 위해 플래시 램프가 이용될 수 있다.
위에서 기술된 것과 같은 장치를 이용하여 기판을 열 처리하는 방법은 복사 에너지의 강한 제1 펄스에 기판을 노출시킨 다음, 복사 에너지의 더 낮은 강도의 제2 펄스에 기판을 노출시키는 것을 포함하고, 여기에서 복사 에너지의 강한 제1 펄스는 복사 에너지의 더 낮은 강도의 제2 펄스의 플루엔스의 10배 내지 100배인 플루엔스를 갖는다. 기판의 표면 상에서 제1 처리 영역 및 복수의 제2 처리 영역이 선택된다. 제1 처리 영역은 제2 처리 영역들 중 하나 이상과 겹칠 수 있거나, 또는 제1 처리 영역은 제1 처리 영역이 제2 처리 영역들 중 어느 것과도 겹치지 않도록 제2 처리 영역들로부터 이격될 수 있다.
복사 에너지의 제1 펄스는 제1 플루엔스에서 제1 처리 영역에 전달되고, 복수의 복사 에너지 펄스는 제2 처리 영역들에 전달되며, 복수의 복사 에너지 펄스 의 각각의 펄스는 복수의 복사 에너지 펄스 각각에 대해 동일한 제2 플루엔스를 갖는다. 제2 처리 영역들 중 하나 이상은 각각 펄스 트레인에서의 복수의 복사 에너지 펄스 중 하나보다 많은 펄스를 받을 수 있으며, 그러한 복수의 복사 에너지 펄스 각각은 일반적으로 여기에 언급된 범위들 내의 동일한 플루엔스 또는 상이한 플루엔스를 가질 수 있다. 제1 플루엔스는 전형적으로 제2 플루엔스보다 10배 내지 100배 더 높다. 제1 플루엔스는 약 500 mJ/㎠ 내지 약 4,000 mJ/㎠, 예컨대 약 1,500 mJ/㎠ 내지 약 3,500 mJ/㎠, 예를 들어 약 3,100 mJ/㎠일 수 있다. 제2 플루엔스는 약 50 mJ/㎠ 내지 약 300 mJ/㎠, 예컨대 약 60 mJ/㎠ 내지 약 150 mJ/㎠, 예를 들어 약 70 mJ/㎠일 수 있다. 제2 플루엔스는, 기판의 모든 원하는 부분이 처리될 때까지, 제2 처리 영역들 각각에 대해 전술한 범위에서 반복된다. 놀랍게도, 실리콘 온 절연체(silicon-on-insulator) 실시예에서, 제2 플루엔스는 제1 플루엔스를 이용한 예비처리 이후에 폴리실리콘 층의 부분들을 용융 및/또는 삭마할 수 있다.
그러한 열 처리로부터 혜택을 받을 수 있는 기판들은, 제1 폴리실리콘 층, 제1 폴리실리콘 층 상에 형성된 도핑되거나 도핑되지 않은 실리콘 산화물 층, 및 도핑되거나 도핑되지 않은 실리콘 산화물 층 상에 형성된 제2 폴리실리콘 층을 특징으로 하는 실리콘 온 절연체 기판들과 같은 반도체 기판들을 포함한다. 도핑된 실리콘 산화물 층은 붕소, 탄소, 인, 비소와 같은 도펀트, 또는 그러한 도펀트들의 조합으로 도핑될 수 있다. 복사 에너지의 제1 펄스는, 제1 처리 영역에서 제2 폴리실리콘 층으로부터 재료를 삭마하여 아래의 실리콘 산화물 층을 노출시키기에 충분한 플루엔스를 가질 수 있다. 대안적으로, 제2 폴리실리콘 층은 산화물 층을 노출시키기 위해 제1 처리 영역에서 에칭에 의해 제거될 수 있고, 이 경우, 복사 에너지의 제1 펄스에 대해 더 낮은 플루엔스가 이용될 수 있다. 고굴절률의 층에 인접한 적어도 하나의 저굴절률의 층을 갖는 기판들은 여기에서 기술된 방법으로부터 혜택을 얻을 수 있는데, 펄스 플루엔스들은 재료들의 흡수 및 투과 특성들에 따라 선택된다.
실리콘 온 절연체 실시예에서, 복사 에너지는 특히 높은 플루엔스의 노출에 대해 레이저 에너지일 수 있고, 낮은 플루엔스의 노출은 레이저 에너지 또는 플래시 램프 에너지일 수 있다. 복사 에너지의 제1 펄스 및 복수의 펄스 중의 각각의 펄스는 전형적으로 약 100 nsec 미만, 예컨대 약 1 nsec 내지 약 100 nsec, 예컨대 약 10 nsec 내지 약 50 nsec, 예를 들어 약 25 nsec의 지속시간으로 전달된다. 지속시간들은 동일하거나 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 펄스는 약 25 nsec의 지속시간을 갖는 한편, 복수의 펄스 각각은 약 40 nsec의 지속시간을 갖는다. 대안적으로, 복사 에너지의 제1 펄스가 전달된 이후에, 전체 기판은 단일 노출에서 플래시 램프를 이용한 낮은 플루엔스에서 노출될 수 있다.
기판이 제1 층, 제2 층 및 제3 층을 갖고, 제1 층이 높은 굴절률을 갖는 재료이고, 제2 층이 낮은 굴절률을 갖는 재료이며, 제3 층이 높은 굴절률을 갖는 재료인 실시예에서, 제1 또는 제3 재료에 개구가 만들어질 수 있으며, 이 개구를 통해 복사 에너지의 펄스가 제2 층에 전달될 수 있다. 그러한 실시예에서, 펄스는, 제1 또는 제3 층의 삭마 임계값 미만이지만 제1 또는 제3 층의 어닐링 임계값 초과인 플루엔스에 있을 수 있다. 복사 에너지의 펄스를 2개의 고굴절률 재료들 사이에 배치된 저굴절률 재료에 전달하는 것은, 펄스가 저굴절률 재료를 통해 전파되게 하여, 제1 및 제3 층의 넓은 영역을 펄스로부터의 복사 에너지에 노출시킨다. 원한다면, 기판 표면의 예비처리를 수행하기 위해, 그러한 개구가 하나보다 많이 노출될 수 있다.
제2 층과, 제1 또는 제3 층 사이의 계면으로부터의 제1 복사 에너지 펄스의 높은 각도의 반사(high-angle reflection)는, 그 계면에서 표면 거칠기(surface roughness)를 제공하여 입사 복사를 횡방향으로 분산시키는 것에 의해 감소될 수 있다. 거칠게 된 표면으로부터의 축외 반사(off-axis reflection)는 저굴절률 재료를 통한 복사의 횡방향 전파를 촉진한다. 그러한 표면 거칠기는, 산화물 층이 형성되기 전에, 스퍼터링, 에칭 등과 같이 표면 거칠기를 생성하는 것으로 알려진 임의의 프로세스에 의해 제공될 수 있다.
기판의 전체 표면이 단일 노출로 노출되지 않는 실시예에서, 제1 복사 에너지 이후에 전달되는 복수의 펄스는 전형적으로 복수의 처리 영역에 순차적으로 전달된다. 기판은 통상적으로 기판의 모든 원하는 처리 영역에 복수의 펄스를 전달하도록 복사 에너지 소스에 대하여 이동된다.
일례에서, 1,000Å 두께의 실리콘 산화물 층, 및 그 실리콘 산화물 층 상의 1,000Å 두께의 폴리실리콘 층을 갖는 실리콘 기판이 기판 상의 144개의 상이한 위치 각각에서 27 nsec의 지속시간 동안 8㎟의 면적에 걸쳐서 3,100 mJ/㎠의 예비처리 레이저 에너지 노출을 겪어, 최상부의 폴리실리콘 층의 삭마, 아래의 산화물 층의 노출, 및 산화물 층을 통한 예비처리 레이저 에너지의 전파를 초래하였다. 예비처리 노출에 이어, 기판의 연속적인 처리 영역들이 제1 시도에서 27 nsec 및 제2 시도에서 41 nsec의 지속시간 동안 50 mJ/㎠ 내지 400 mJ/㎠에서 변하는 플루엔스의 레이저 에너지에 노출되는 어닐링 프로세스가 수행되었다. 산화물 층 위의 폴리실리콘 층은 예비처리에 후속하는 100 mJ/㎠ 초과의 플루엔스에서 삭마되는 것으로 관찰되었다. 50 mJ/㎠의 플루엔스에서 용융이 관찰되었다.
비교예에서, 유사한 실리콘 온 절연체 기판이 높은 플루엔스의 예비처리 없이 어닐링 프로세스를 겪었다. 400 mJ/㎠ 미만의 어떠한 플루엔스에서도 폴리실리콘의 삭마는 관찰되지 않았고, 이는 예비처리 에너지에 노출되지 않은 기판들에 대한 실질적으로 더 높은 용융 온도를 나타낸다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (18)
- 기판을 열 처리하기 위한 장치로서,
제1 플루엔스(fluence)에서 제1 복사(radiation)를 전달하는 제1 복사 에너지 소스;
상기 제1 복사 에너지 소스에 광학적으로 연결된 제1 광학 어셈블리;
제2 플루엔스에서 제2 복사를 전달하는 제2 복사 에너지 소스;
상기 제2 복사 에너지 소스에 광학적으로 연결된 제2 광학 어셈블리; 및
상기 제1 복사를 제1 위치에서 수취하며 상기 제2 복사를 제2 위치에서 수취하도록 배치된 기판 지지체 - 상기 제1 플루엔스는 상기 제2 플루엔스의 10배 내지 100배이고, 상기 제1 복사는 상기 제2 위치에는 도달할 수 없음 -
를 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 복사 에너지 소스는 복수의 레이저를 포함하는 펄스화된 레이저 어셈블리인, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 복사 에너지 소스는 펄스화된 레이저이고, 상기 제2 복사 에너지 소스는 복수의 레이저를 포함하는 펄스화된 레이저 어셈블리인, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기판 지지체는 작업 표면을 포함하고, 상기 제1 위치는 상기 작업 표면의 주변부에 있고, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치보다 상기 작업 표면의 중심에 더 가까운, 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제2 광학 어셈블리는 펄스 결합기(pulse combiner), 펄스 성형기(pulse shaper) 및 균질화기(homogenizer)를 포함하는, 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제2 광학 어셈블리는 공간적 균질화기(spatial homogenizer), 시간적 균질화기(temporal homogenizer) 및 에지 조절 부재(edge adjustment member)를 포함하는, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제1 복사 에너지 소스는, 적어도 약 30 MW의 전력, 100 nsec 이하의 펄스 지속시간 및 5 ㎠ 이하의 빔 단면적을 갖는 레이저인, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제1 복사 에너지 소스는 약 500 mJ/㎠ 내지 약 3,000 mJ/㎠의 플루엔스를 전달하고, 상기 제2 복사 에너지 소스의 각각의 레이저는 약 50 mJ/㎠ 내지 약 300 mJ/㎠의 플루엔스를 전달하는, 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1 복사 에너지 소스는 약 500 mJ/㎠ 내지 약 3,000 mJ/㎠의 플루엔스를 상기 제1 위치에 전달하고, 상기 제2 복사 에너지 소스의 각각의 레이저는 약 50 mJ/㎠ 내지 약 300 mJ/㎠의 플루엔스를 상기 제2 위치에 전달하는, 장치. - 제5항, 제8항 및 제9항에 따른 장치.
- 기판을 열 처리하기 위한 장치로서,
제1 플루엔스에서 제1 복사를 전달하는 제1 복사 에너지 소스;
상기 제1 복사 에너지 소스에 광학적으로 연결된 제1 광학 어셈블리;
제1 작업 영역을 포함하는 제1 기판 지지체 - 상기 제1 작업 영역은 상기 제1 작업 영역의 주변부의 제1 위치에서 상기 제1 복사를 수취하도록 배치됨 -;
제2 플루엔스에서 제2 복사를 전달하는 제2 복사 에너지 소스;
상기 제2 복사 에너지 소스에 광학적으로 연결된 제2 광학 어셈블리; 및
제2 작업 영역을 포함하는 제2 기판 지지체 - 상기 제2 작업 영역은 상기 제1 작업 영역과 유사한 치수를 갖고, 상기 제1 위치가 상기 제1 작업 영역의 중심에 가까운 것보다 상기 제2 작업 영역의 중심에 더 가까운 상기 제2 작업 영역의 제2 위치에서 상기 제2 복사를 수취하도록 배치되고, 상기 제1 플루엔스는 상기 제2 플루엔스의 10배 내지 100배임 -
를 포함하는 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 기판 지지체는 제1 챔버 내에 있고, 상기 제2 기판 지지체는 제2 챔버 내에 있는, 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제2 복사 에너지 소스는 복수의 레이저를 포함하는 펄스화된 레이저 어셈블리인, 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 복사 에너지 소스는 펄스화된 레이저이고, 상기 제2 복사 에너지 소스는 복수의 레이저를 포함하는 펄스화된 레이저 어셈블리인, 장치. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제2 광학 어셈블리는 공간적 균질화기, 시간적 균질화기 및 에지 조절 부재를 포함하는, 장치. - 제15항에 있어서,
약 500 mJ/㎠ 내지 약 3,000 mJ/㎠의 플루엔스에서 전달하고, 상기 제2 복사 에너지 소스의 각각의 레이저는 약 50 mJ/㎠ 내지 약 300 mJ/㎠의 플루엔스를 전달하는, 장치. - 기판을 열 처리하는 방법으로서,
실리콘 온 절연체(silicon-on-insulator) 구조를 갖는 상기 기판의 표면 상에서 제1 처리 영역을 선택하는 단계;
상기 기판의 표면 상에서 상기 제1 처리 영역과 겹치지 않는 복수의 제2 처리 영역을 선택하는 단계;
상기 제1 처리 영역에, 상기 절연체에 복사 에너지를 도입하기에 충분한 제1 플루엔스로 복사 에너지의 제1 펄스를 전달하는 단계; 및
상기 제2 처리 영역들에 복수의 복사 에너지 펄스를 전달하는 단계 - 각각의 펄스는 상기 복수의 복사 에너지 펄스 각각에 대해 동일한 제2 플루엔스에서 전달되고, 상기 제1 플루엔스는 상기 제2 플루엔스의 10배 내지 100배임 -
를 포함하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 제1 펄스는 약 500 mJ/㎠ 내지 3,000 mJ/㎠의 플루엔스를 갖고, 상기 복수의 복사 에너지 펄스 중의 각각의 펄스는 약 50 mJ/㎠ 내지 약 300 mJ/㎠의 플루엔스를 갖는, 방법.
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