KR20150146455A - 레이저 어닐링에서 빔 불안정을 감소시키는 시스템 및 방법 - Google Patents
레이저 어닐링에서 빔 불안정을 감소시키는 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 레이저 어닐링에서 빔 불안정을 감소시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은: 빔-재조향요소를 사용하여 애퍼처 내의 개구를 통해 조절된 레이저 빔을 조향하는 단계; 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위로 상기 애퍼처를 이미징함으로써 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위에 라인 이미지를 형성하여 어닐링 온도 분포를 형성하도록 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 국부적으로 가열하는 단계; 상기 반도체 웨이퍼의 국부적으로 가열된 표면으로부터 열 방출을 검출하는 단계; 상 검출된 열 방출로부터 상기 어닐링 온도 분포를 결정하는 단계; 상기 어닐링 온도 분포로부터 시간에 따라 변하는 기울기 양을 포함하는 라인-이미지 강도 프로파일을 결정하는 단계; 및 상기 라인-이미지 강도 프로파일에서의 상기 시간에 따라 변하는 기울기 양을 감소 또는 제거하기 위해 상기 빔-재조향요소를 조정하여 상기 조절된 레이저 빔을 재조향하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 레이저 어닐링에 관한 것이고, 구체적으로는 레이저 어닐링에서 빔 불안정을 감소시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
여기서 언급된 모든 간행물 또는 특허 문헌의 전체 개시내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함되며, 미국 특허 제6,747,245호; 제7,098,155호; 제7,157,660호; 제7,763,828호; 제8,014,427호; 제8,026,519호; 제8,309,474호; 제8,501,638; 호; 제8,546,805호; 제8,691,598호 및 미국 특허공개 제2013/0330844호를 포함한다.
레이저 어닐링(레이저 스파이크 어닐링, 레이저 열 어닐링, 레이저 열처리 등으로로 지칭됨)은 반도체 제조에서 다양한 응용에 대해 사용되며, 트랜지스터 및 관련된 타입의 반도체 피처(features)와 같은 능동 마이크로회로를 형성할 때 반도체 웨이퍼 내에 형성되는 디바이스(구조체)의 특정 구역들 내에 도펀트를 활성화시키는 경우를 포함한다.
한 가지 유형의 레이저 어닐링은 라인 이미지를 이동시키거나, 반도체 웨이퍼를 이동시키거나, 이들 두 개의 이동을 조합하여 상기 반도체 웨이퍼에 대해서 주사되는 라인-형상 강도 프로파일의 형성을 수반한다. 상기 라인 이미지는 그것의 장축에 수직인 "주사 방향(scan direction)"으로 주사된다. 상기 주사 방향(즉, 상기 라인 이미지의 단축)을 따르는 라인 이미지에서의 강도의 어떤 공간적 변화는, 라인 이미지가 반도체 웨이퍼에 대해서 이동할 때 비균일성이 결국 평균에 달하기 때문에, 허용될 수 있다. 반면, 라인 이미지의 "횡-주사(cross-scan)" 방향에서의 강도 프로파일의 공간적 변화는 라인 이미지의 주사 경로에 대해 일관된 어닐링 결과를 얻기 위해 엄격히 제어될 필요가 있다.
라인 이미지의 길이를 획정하는 한 가지 접근법은 정반대의 칼날에 의해 획정된 애퍼처를 통해 광을 통과시키는 것을 포함한다. 애퍼처를 통과하는 광은 그 다음에 릴레이 광학시스템에 의해 반도체 웨이퍼에 이미징된다. 이 유형의 라인-이미징 광학시스템에서, 장축 방향에서의 라인 이미지의 강도 프로파일은 시변하는 변화를 겪는다는 것이 관찰되었다.
다수의 경우들에서 상기 변화는 강도 프로파일에서의 "틸트(tilt)"(즉, 기울기의 변화)로서 나타나며, 시간이 경과에 따라 이 틸트는 이동할 수 있으며, 상기 프로파일 기울기는 시간에 따라 변하고 심지어 부호가 바뀐다(예컨대, 기울기가 양에서 음으로 바뀔 수 있다). 이 유형의 빔 프로파일 불안정은 "빔 워블(beam wobble)"로도 불린다. 이 현상은 어닐링 프로세스의 안정을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면은 반도체 웨이퍼의 표면을 레이저 어닐링하는 동안 라인 이미지를 형성하는 방법이다. 상기 방법은: 빔-재조향요소(beam-redirecting element)를 사용하여 애퍼처 내의 개구를 통해 조절된 레이저 빔을 조향하는 단계; 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위로 상기 애퍼처를 이미징함으로써 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위에 라인 이미지를 형성하여 어닐링 온도 분포를 형성하도록 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 국부적으로 가열하는 단계; 상기 반도체 웨이퍼의 국부적으로 가열된 표면으로부터 열 방출을 검출하는 단계; 상 검출된 열 방출로부터 상기 어닐링 온도 분포를 결정하는 단계; 상기 어닐링 온도 분포로부터 시간에 따라 변하는 기울기 양을 포함하는 라인-이미지 강도 프로파일을 결정하는 단계; 및 상기 라인-이미지 강도 프로파일에서의 상기 시간에 따라 변하는 기울기 양을 감소 또는 제거하기 위해 상기 빔-재조향요소를 조정하여 상기 조절된 레이저 빔을 재조향하는 단계를 포함하는, 라인 이미지 형성 방법을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 빔-재조향요소의 조정이 바람직하게는 거울을 회전시키는 것을 포함하는, 라인 이미지 형성 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 획득된 열 방출이 바람직하게는 하위파장 λL=450 nm 부터 상위파장 λU=850 nm까지의 파장 범위 또는 하위파장 λL=900 nm 부터 상위파장 λU=1200 nm까지의 파장 범위에 대해서 흑체방출 강도의 통합된 측정치를 포함하는, 라인 이미지 형성 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 어닐링 온도 분포가 바람직하게는 800℃≤TA≤1400℃ 범위의 어닐링 온도 TA를포함하는, 라인 이미지 형성 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 반도체 웨이퍼가 바람직하는 실리콘으로 만들어지는, 라인 이미지 형성 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 레이저 빔이 바람직하게는 10.6㎛ 또는 2㎛ 중 어느 하나의 파장을 가지는, 라인 이미지 형성 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 애퍼처가 바람직하게는 칼날 애퍼처인 라인 이미지 형성 방법이다. 그리고 상기 애퍼처를 상기 표면 위로 이미징하는 것은 바람직하게는 1:1 릴레이 시스템으로 상기 칼날 애퍼처를 이미징하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 열 방출을 검출하는 단계가 바람직하게는 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 대해서 조작 가능하게 정렬된 열 방출 검출기를 사용하여 수행되는 라인 이미지 형성 방법이다. 상기 방법은 바람직하게는 상기 라인 이미지가 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위를 주사하지만 상기 열 방출 검출기에 대해서는 고정유지되도록 상기 라인 이미지에 대해 상기 반도체 웨이퍼를 이동시키는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 빔-재조향요소의 조정이 바람직하게는 최대 500 Hz의 주파수에서 실행되는, 라인 이미지 형성 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 라인 이미지에서의 빔 불안정을 감소시키거나 실질적으로 제거고 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 어닐링하는 레이저 어닐링 시스템이며, 광축을 따라서 순서대로, 레이저 빔을 방출하는 레이저 시스템; 상기 레이저 빔을 수신하고 조절된 레이저 빔을 형성하는 빔-조절시스템; 제어신호에 응답하여 상기 조절된 레이저 빔을 수신하고 선택적으로 재조향하는 빔-재조향요소; 상기 조절된 레이저 빔의 상이한 부분들이 상기 빔-재조향요소에 의한 상기 조절된 레이저 빔의 재조향에 따라서 통과하는 개구를 형성하는 애퍼처; 상기 애퍼처와 상기 반도체 웨이퍼 사이에 조작 가능하게 정렬되고, 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 상기 애퍼처를 이미징하여 상기 라인 이미지를 형성하는 릴레이시스템(상기 라인 이미지는 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 국부적으로 가열하여 어닐링 온도 분포를 형성함); 상기 반도체 웨이퍼의 국부적으로 가열된 표면으로부터 열 방출을 검출하고 상기 열 방출을 나타내는 열 방출 신호를 생성하도록 정렬된 열 방출 검출기; 및 상기 빔-재조향요소 및 상기 열 방출 검출기에 동작 가능하게 연결되고, 상기 열 방출 신호를 수신하며 그것으로부터 시간에 따라 변하는 기울기를 가진 라인-이미지 강도를 계산하고, 상기 라인-이미지 강도의 시간에 따라 변하는 기울기를 감소시키거나 실질적으로 제거하기 위해 상기 제어 신호를 상기 빔-재조향요소에 제공하여 상기 빔-재조향요소가 상기 조절된 레이저 빔을 상기 애퍼처에 대해 재조향하도록 하는 컨트롤러;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 열 방출 검출기가 바람직하게는 CMOS 검출기, InGaAs 검출기 또는 광증폭관 중 어느 하나를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 검출된 열 방출이 바람직하게는 하위파장 λL=450 nm 부터 상위파장 λU=850 nm까지의 파장 범위 또는 하위파장 λL=900 nm 부터 상위파장 λU=1200 nm까지의 파장 범위에 대해서 흑체방출 강도의 통합된 측정치를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 레이저 시스템이 바람직하게는 10.6㎛ 또는 2㎛ 중 어느 하나의 파장에서 동작하는 레이저를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 반도체 웨이퍼의 표면을 레이저 어닐링하는 동안 형성된 라인 이미지 강도 프로파일의 시간에 따라 변하는 변화를 감소시키는 방법이다. 상기 방법은: a) 조절된 레이저 빔을 빔-재조향요소에 향하게 하여 상기 조절된 레이저 빔이 애퍼처에 의해 형성된 개구를 통과하도록 하는 단계; b) 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위에 상기 애퍼처를 이미징함으로써 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위에 라인 이미지를 형성하여 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 분포를 형성하도록 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 국부적으로 가열하는 단계; c) 상기 반도체 웨이퍼의 국부적으로 가열된 표면으로부터 파장 대역에 대해서 시간에 따라 변하는 통합된 열 방출을 검출하는 단계; d) 상기 검출된 시간에 따라 변하는 통합된 열 방출로부터 상기 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 분포를 결정하는 단계; e) 상기 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 분포로부터 상기 라인 이미지 강도 프로파일에서의 상기 시간에 따라 변하는 변화를 결정하는 단계; 및 f) 상기 라인 이미지 강도 프로파일의 상기 시간에 따라 변하는 변화를 감소 또는 제거하기 위해 상기 애퍼처 내의 개구에 대해 상기 조절된 레이저 빔을 재조향하도록 상기 빔-재조향요소를 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 빔-재조향요소가 바람직하게는 거울을 포함하는 전술한 방법이다. 상기 빔-재조향요소의 조정은 바람직하게는 +/-1도의 회전각도 θ의 범위에서 상기 거울을 회전시키는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 시간에 따라 변하는 변화가 바람직하게는 상기 라인-이미지 강도 프로파일의 시간에 따라 변하는 기울기를 포함하는 전술한 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 애퍼처가 바람직하게는 조정가능한 대향하는 칼날들에 의해 형성되는 전술한 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 라인 이미지에서의 빔 불안정을 감소시키거나 실질적으로 제거하고 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 어닐링하는 레이저 어닐링 시스템이며, 광축을 따라서 순서대로, 레이저 빔을 방출하는 레이저 시스템; 상기 레이저 빔을 수신하고 조절된 레이저 빔을 형성하는 빔-조절시스템; 제어신호에 응답하여 상기 조절된 레이저 빔을 수신하고 선택적으로 재조향하는 빔-재조향요소; 상기 조절된 레이저 빔의 상이한 부분들이 상기 빔-재조향요소에 의한 상기 조절된 레이저 빔의 재조향에 따라서 통과하는 개구를 형성하는 칼날 애퍼처; 상기 칼날 애퍼처와 상기 반도체 웨이퍼 사이에 동작 가능하게 정렬되고, 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 상기 칼날 애퍼처를 이미징하여 상기 라인 이미지를 형성하는 릴레이시스템(상기 라인 이미지는 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 국부적으로 가열하여 어닐링 온도 분포를 형성함); 상기 반도체 웨이퍼의 국부적으로 가열된 표면으로부터 열 방출을 검출하고 상기 열 방출을 나타내는 열 방출 신호를 생성하도록 정렬된 열 방출 검출기; 및 상기 빔-재조향요소 및 상기 열 방출 검출기에 동작 가능하게 연결되고, 상기 열 방출 신호를 수신하며 그것으로부터 시간에 따라 변하는 변화를 가진 라인-이미지 강도를 계산하고, 상기 라인-이미지 강도의 시간에 따라 변하는 변화를 감소시키거나 실질적으로 제거하기 위해 상기 제어 신호를 상기 빔-재조향요소에 제공하여 상기 빔-재조향요소가 상기 조절된 레이저 빔을 상기 칼날 애퍼처에 대해 재조향하도록 하는 컨트롤러;를 광축을 따라 순서대로 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 시간에 따라 변하는 변화가 바람직하게는 상기 라인-이미지 강도의 시간에 따라 변하는 기울기를 포함하는 레이저 어닐링 시스템이다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 다음의 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 단지 예시적인 것이고 청구범위의 성질과 특성을 이해하기 위한 개관 또는 골격을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
본 발명 의하면, 반도체 웨이퍼의 표면의 레이저 어닐링에 있어서 불안정을 감소시키는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
첨부 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 도시하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 동작과 원리를 설명하는 역할을 한다. 따라서, 아래와 같은 첨부된 도면과 함께 발명의 상세한 설명을 참조함으로써 본 발명은 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다
도 1은 본 발명에 따른 레이저 어닐링 시스템의 일 실시예의 도식 다이어그램이고,
도 2는 또 다른 실시예의 레이저 어닐링 시스템의 더욱 상세한 도식 다이어그램으로, 광축이 다수의 폴드거울(fold mirror)에 의해 굴절되고, 빔-재조향요소는 이동식(회전식) 거울을 포함한다.
도 3은 파장 λ(nm)과 흑체 열방출 강도(IE )(임의의 단위)의 관계를 도시하는 그래프로서, 음영 구역은 CMOS-기반 열방출 검출기의 통합범위(integration range)를 가리킨다.
도 4는 Tn 파워 법칙에 기초한 맞춤곡선(fitted curve)과 함께, 온도(T)(℃)와 C-MOS-기반 열방출 검출기로부터의 열방출 신호(SE)(임의 단위)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 상이한 시간(t)에서 x(라인 이미지의 장축 방향)과 라인 이미지 강도 프로파일(IL(x,t))의 관계를 도시하며, 위가 평평한 정상 프로파일(즉, M=0; 도 5a), 빔 불안정 때문에 기울기가 양인 프로파일(도 5b) 및 음의 프로파일(도 5c)을 보여준다.
도 6a 및 도 6b는 도 1의 빔-재조향요소의 확대도로서, 각각 +θ 및 -θ의 재조향(틸트) 각도로 방향 설정되어 있으며 칼날 애퍼처를 통과하는 재조향 및 조절된 파면들의 상이한 부분들을 보여준다.
도 7a는 θ=0부터 +θ까지의 빔-재조향-거울 회전각도에 대한 x와 라인 이미지 강도 프로파일(IL(x))의 관계 그래프이고, 도 7b는 θ=0부터 -θ까지의 빔-재조향-거울 회전각도에 대한 x와 라인 이미지 강도 프로파일(IL(x))의 관계 그래프이며, 회전각도의 변화가 어떻게 빔 불안정에서와 같이 라인 이미지 강도에서 동일한 효과를 생성하는지를 보여준다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 어닐링 시스템의 일 실시예의 도식 다이어그램이고,
도 2는 또 다른 실시예의 레이저 어닐링 시스템의 더욱 상세한 도식 다이어그램으로, 광축이 다수의 폴드거울(fold mirror)에 의해 굴절되고, 빔-재조향요소는 이동식(회전식) 거울을 포함한다.
도 3은 파장 λ(nm)과 흑체 열방출 강도(IE )(임의의 단위)의 관계를 도시하는 그래프로서, 음영 구역은 CMOS-기반 열방출 검출기의 통합범위(integration range)를 가리킨다.
도 4는 Tn 파워 법칙에 기초한 맞춤곡선(fitted curve)과 함께, 온도(T)(℃)와 C-MOS-기반 열방출 검출기로부터의 열방출 신호(SE)(임의 단위)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 상이한 시간(t)에서 x(라인 이미지의 장축 방향)과 라인 이미지 강도 프로파일(IL(x,t))의 관계를 도시하며, 위가 평평한 정상 프로파일(즉, M=0; 도 5a), 빔 불안정 때문에 기울기가 양인 프로파일(도 5b) 및 음의 프로파일(도 5c)을 보여준다.
도 6a 및 도 6b는 도 1의 빔-재조향요소의 확대도로서, 각각 +θ 및 -θ의 재조향(틸트) 각도로 방향 설정되어 있으며 칼날 애퍼처를 통과하는 재조향 및 조절된 파면들의 상이한 부분들을 보여준다.
도 7a는 θ=0부터 +θ까지의 빔-재조향-거울 회전각도에 대한 x와 라인 이미지 강도 프로파일(IL(x))의 관계 그래프이고, 도 7b는 θ=0부터 -θ까지의 빔-재조향-거울 회전각도에 대한 x와 라인 이미지 강도 프로파일(IL(x))의 관계 그래프이며, 회전각도의 변화가 어떻게 빔 불안정에서와 같이 라인 이미지 강도에서 동일한 효과를 생성하는지를 보여준다.
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. 도면에서 축척은 필수적인 것은 아니며, 당해 기술분야의 숙련된 기술자는 본 발명의 주요 측면을 도시하기 위해 도면의 어느 부분이 간략화되었는지 인식할 수 있을 것이다.
첨부된 청구항들은 본 명세서의 일부를 구성하고, 참조에 의해 상세한 설명에 포함된다.
도면들 중 일부에서는, 기준을 위해 직각좌표계가 제시되어 있으며 이것은 방향 또는 방위를 한정하려는 의도는 아니다.
아래 설명에서, 라인-이미지 강도 프로파일, 어닐링 온도 프로파일 및 열 방출 프로파일과 같은 특정 함수들은 시간에 따라 변하며 각각 IL(x,t), TA(x,t) 및 E(x,t)로 표시된다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 어닐링 시스템(10)의 실시예의 도식적 다이어그램이다. 레이저 어닐링 시스템(10)은 도시의 편의상 접히지 않은 것으로, 즉 단일의 광축(A1)을 가진 것으로 도시되어 있다. 실제로는, 레이저 어닐링 시스템(10)은, 아래 설명된 것과 같이, 적당한 레이저 빔 방위를 제공하는 동시에 레이저 어닐링 시스템(10)을 콤팩트하게 만들기 위해 접혀진다. 예를 들면, 반사를 최소화하기 위해 대략 브루스터 각도(Brewster angle)의 입사각도로 라인 이미지를 형성하는 것이 바람직하다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 광축(A1)을 따라서 최초 레이저 빔(22)을 방출하는 레이저 시스템(20)을 포함한다. 일 실시에에서, 레이저 시스템(20)은 명목상 10.6㎛의 파장에서 방사선을 방출하는 CO2 레이저와 같은 적외선(IR) 레이저를 포함한다. 다른 적당한 레이저들은 툴륨(Tm) 레이저와 같은 중간-적외선 파이버 레이저를 포함한다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 또한, 레이저 시스템(20)의 하류에 정렬되고 한 개 이상의 빔 조절 요소들, 예컨대 감쇠기, 거울(mirrors), 렌즈 등을 포함하는 빔-조절시스템(30)을 포함한다. 빔-조절시스템(30)은 최초 레이저 빔(22)을 수신하고 그것으로부터 조절빔(conditioned beam)(32)을 형성하며, 일 실시예에서 조절빔(32)은 발산하고 파면(32W)을 갖는 것으로 도시된다. 일 실시에에서, 빔-조절시스템(30)은 렌즈들, 거울들, 애퍼처들, 필터들, 능동 광학 요소들(예컨대, 가변 감쇠기 등) 및 이것들의 조합을 포함할 수 있다. 실시예 빔-조절시스템(30)은 미국 특허 제7,514,305호; 제7,494,942호; 제7,399,945호; 제6,366,308호; 및 제8,014,427호에 개시되어 있다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 또한, 빔-조절시스템(30)의 하류에 광축(A1)을 따라서 정렬된 빔-재조향요소(40)를 포함한다. 빔-재조향요소(40)는 상기 조절빔(32)을 수신하여 재조향하도록, 즉 조절빔(32)을, 아래에서 구체적으로 설명된 것과 같이, 원래의 진행 방향과 다른 방향으로 보내도록 정렬된다. 상기 재조향(redirection)은 화살표(AR)에 의해 도식적으로 표시되어 있다. 빔-재조향요소(40)의 일 실시예는 가동식 거울이거나 가동식 거울을 포함하며, 다른 실시예에서는 빔-재조향요소(40)는 이동식 렌즈요소 이거나 이동식 렌즈요소를 포함한다. 상기 재조향된 조절빔은 '34'로 표시되며, 재조향 화살표(AR)는 재조향된 조절빔(34)의 진행 방향을 가리킨다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 애퍼처(50)를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 애퍼처(50)는 광축(A1)에 중심을 둔 폭(W)을 가진 조정 가능한 개구(54)를 형성하는 2개의 대향하는 조정 가능한 블레이드(52A, 52b)를 포함한다. 따라서 애퍼처(50)는 이후에는 "칼날 애퍼처"(50)라고 지칭된다. 칼날 애퍼처(50)는 재조향된 조절빔(34)의 일부(36)만을 통과시키는 기능을 한다. 다시 말하면, 재조향된 조절파면(34W)의 일부(36)가 칼날 애퍼처(50)에 의해 통과된다. 일 실시예에서, 상기 블레이드(52A, 52B)는 개구(54)의 크기를 변경하기 이해 조정 가능하다(예컨대, 측 방향으로 이동 가능함).
레이저 어닐링 시스템(10)은 광축(A1)을 따라서 정렬되고 또한 오브젝트 평면(OP: object plane) 및 이미지 평면(IP: image plane)을 가진 릴레이 시스템(70)을 추가로 포함한다. 칼날 애퍼처(50)는 오브젝트(OP) 평면에 정렬된다. 릴레이 시스템(70)은 칼날 애퍼처(50)를 통과하여 이미지 평면(IP)에 라인 이미지(80)를 형성하는 재조향된 조절빔(34)의 일부(36)를 수신한다. 라인 이미지(80)의 크기(길이)는 L, 즉, 릴레이 시스템(70)이 1X의 배율을 가질 때(즉, 1:1 릴레이 시스템일 때) 칼날 애퍼처(50)의 개구(54)의 크기이다. 라인 이미지(80)의 전형적인 길이(L)는 5 mm 내지 100 mm 범위에 있으며, 전형적인 폭(W)은 25 ㎛ 내지 500 ㎛범위에 있다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 이미지 평면(IP)에 위치하는 상부면(102)을 가진 반도체 웨이퍼(100)을 조작 가능하게 지지하도록 구성된 지지대(90)를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼(100)는 실리콘으로 만들어진다.
지지대(90)는, 반도체 웨이퍼(100)의 확대 삽입도에 도시된 것과 같이, 그것의 장축(즉, y-방향)에 수직 방향으로 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102) 위를 라인 이미지(80)가 주사하도록, 이동 가능하다. 이 방향은 "주사 방향(scan direction)"으로 지칭되는 반면, 상기 수직 방향은 "횡-주사 방향(cross-scan direction)으로 지칭된다. 상기 확대 삽입도의 좌표계를 사용할 때, 라인 이미지(80)는 강도 IL(x,y)를 가진다. 그러나, 횡-주사 또는 x-방향에서의 강도 변화는 주요 관심사 이므로, 라인 이미지 강도 프로파일은 IL(x)로 표시된다. 또한, 아래 설명된 바와 같이, 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x)은 시간에 따라 변하며 따라서 IL(x,t)로 표시된다. 시간이 일정한 것으로 간주되는 경우들에서는, IL(x,t) -> IL(x) 이다.
레이저 어닐링 시스템(10)은 또한, 라인 이미지(80)에 의한 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)의 가열로 인한 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)으로부터의 열 방출(122)을 수신하도록 정렬된 열 방출 검출기(120)를 포함한다. 일 실시예에서, 라인 이미지(80)는 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)을 어닐링 온도(TA)까지 가열하며 상기 어닐링 온도(TA)는 일 실시예에서 800℃부터 약 1400℃의 실리콘 용융 온도까지의 범위에 있다. 다른 실시예에서는, 1100℃≤TA≤1400℃이며, 또 다른 실시예에서는 1100℃≤TA≤1300℃이다. 일 실시예에서, 열 방출 검출기(120)는 하위 명목 파장 λL=450 nm부터 상위 명목 파장 λU=850 nm까지 연장되는 스펙트럼 응답을 갖는 CMOS 검출기(예컨대, CMOS 카메라)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 열 방출 검출기(120)는 하위 명목 파장 λL=850 nm부터 상위 명목 파장 λU=1250 nm까지 연장되는 스펙트럼 응답을 갖는 InGaAs 어레이를 포함하는 InGaAs 검출기를 포함한다. 상위 명목 파장 λU은 도핑된 웨이퍼에 대해서는 더 길어질 수 있다.
일 실시예에서, 지지대(90)는 반도체 웨이퍼(100)가 라인 이미지(80)에 대해서 이동하도록 이동되며, 라인 이미지(80)는 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102) 위를 주사하지만 열 방출 검출기(120)에 대해서는 움직이지 않는다.
도 2는 레이저 어닐링 시스템(10)이 다른 실시예를 더 상세히 도시하며 도면에서 광축(A1)은 복수의 상이한 폴드거울(74)를 사용하여 굴절된다. 빔-재조향요소(40)는 Y-축에 대해서 회전 가능한 거울(40M)을 포함하며, 따라서 재조향된 조절빔(34)은 칼날 애퍼처(50)에 대해서 주사된다. 릴레이시스템(70)은 재조향된 조절빔(34)의 일부(36)를 수직 입사에 대해서 소정의 각도로 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)을 향하게 하는 복수의 폴드거울(74)과 오목거울(72)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 릴레이 시스템(70)은 반사시스템이다, 즉 거울만 포함한다.
열 방출 검출기(120)는 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)과 수직 입사하는(임의의 각도가 사용될 수 있음) 라인 이미지(80)을 보도록 정렬된 것으로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 열 방출 검출기(120)는 실질적으로 브루스터 각도로 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)를 보도록 정렬되며, 브루스터 각도는 방사율 변화가 최소화되는 각도이다. 이미지 평면(IP)과 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102) 역시 광축(A1)과 소정의 각도를 형성하기 때문에, 오브젝트 평면(OP)과 칼날 애퍼처(50)는 광축(A1)에 대해서 소정의 각도로 도시되어 있다.
열 방출 신호
도 3은 파장 λ(nm)과 흑체 열 방출 강도 IE(임의의 단위)의 관계를 도시하는 그래프이다. CMOS-기반 열 방출 검출기(120)의 상위 명목 파장(λU) 및 하위 명목 파장(λL)은 수평축에 나타나 있다. 그래프에서 실선은 1300℃의 온도를 나타내고 점선은 1100℃의 온도를 나타낸다. 빗금 친 영역은 1300℃ 실선에 대한 적분된 열 방출 신호(SE)를 나타낸다. 열 방출의 다른 대역을 보여주는, 즉 상이한 상위 명목 파장(λU) 및 하위 명목 파장(λL)을 가진, 전술한 InGaAs 검출기와 같은 다른 열 방출 검출기(120)가 사용될 수 있다.
도 4는 온도 T(℃)에 따른 CMOS-기반 열 방출 검출기(120)로부터의 열 방출 신호(SE)(임의의 단위)를 도시하는 그래프이다. 열 방출 신호(SE)의 값들은 검은 원들로 표시되어 있고, 상기 검은 원들을 관통하는 선은 상기 신호 값들에 꼭 맞음을 나타낸다. 800℃와 1300℃ 사이의 전형적인 어닐링 온도(TA)의 범위에 대해서, CMOS-기반 열 방출 검출기(120)로부터의 열 방출 신호(SE)는 Tn 파워 법칙에 맞으며, 지수 n=11.6에 대한 값을 생성하는 도 4의 곡선에 맞는다. CMOS-기반 열 방출 검출기(120) 및 관련된 광학기기의 스펙트럼 응답이 고려될 때, n의 값은 13에 더 가깝다. 일 실시예에서, CMOS-기반 열 방출 검출기(120)는 가시광부터 근적외선(NIR) 파장 범위에서 동작하고 지수 n이 10 이상(즉, n≥10)인 대역-제한 검출기이다. 일 실시에에서, 열 방출 검출기(120)는 광증폭관(PMT: photo-multiplier tube) 검출기를 포함한다.
따라서, 어닐링 온도(TA)에서 흑체 파워 스펙트럼 밀도의 적분 측정치를 나타내는 열 방출 신호(SE)를 검출하는 것은 어닐링 온도(TA) 및 그것의 균일성을 측정하는 매우 감도가 좋은 방법을 제공한다. 어닐링 온도(TA)는 라인 이미지(80)의 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x)에 직접 비례하므로, 열 방출 신호(SE)는 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x)의 측정치를 제공한다. 일 실시예에서, 1% 미만의 강도의 변화가 검출될 수 있다. 이것은 약 5%의 강도 변화를 측정하는 종래의 상업용 검출기와 대비된다.
실시예 열 방출 검출기(120)는, 측정된 열 방출(E)로부터 측정된 온도(TM)를계산하는 방법과 함께, 전술한 미국 특허출원공개 제2012/0100640호에서 개시되어 있다.
라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)은 공간적으로 변하고 시간적으로 변하기 때문에, 어닐링 온도(TA) 역시 공간적으로 변하고 시간적으로 변하며 TA(x,t)로 표시된다. 상기 측정된 열 방출(E) 역시 공간적으로 변하고 시간적으로 변하며 E(x,t)로 표시된다.
레이저 어닐링 시스템(10)는 빔-재조향요소(40) 및 열 방출 검출기(120)에 조작 가능하게 접속된 컨트롤러(150)를 추가로 포함한다. 컨트롤러(150)는 열 방출 신호(SE)를 수신하고 또한 빔-재조향요소(40)의 동작을 제어한다. 더욱 구체적으로는, 열 방출 신호(SE)는 전술한 빔 불안정을 나타내는 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에서의 전술한 시간 변화를 감소시키거나 실질적으로 제거하는 피드백 신호로서 역할을 한다.
컨트롤러(150)는 여기서 설명된 기능들을 수행하기 위해 프로그램 가능하며, 여기서 사용된 용어 "컨트롤러"는 넓게는 컴퓨터, 프로세서, 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터, 프로그래머블 로직 컨트롤러, 특정용도용 집적회로(ASIC) 및다른 프로그래머블 회로를 지칭한다. 일 실시예에서, 컨트롤러(150)는 컨트롤러(150)로 하여금 빔-재조향요소(40)의 이동을 제어하도록 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 내장된 명령을 실행한다. 일 실시예에서, 컨트롤러(150)는 열 방출 신호(SE)를 수신하고 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)을 결정한다. 일 실시예에서, 이 결정은 먼저 어닐링 온도 프로파일 TA(x,t)을 결정하고 이어서, 열 방출과 온도 및 강도 사이의 전술한 관계를 이용하여, 이 프로파일을 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)로 변환하는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 컨트롤러(150)는 열 방출 검출기(120)에 전기적으로 접속된방출-온도 변환 로직 유닛("E/T 로직")(154)을 포함한다. E/T 로직(154)은 상기 측정된 열 방출 신호(SE)를 수신하고, 상기 측정된 열 방출(E)을 측정된 온도(TM)로 변환하고 대응하는 측정된 온도 신호(STM)로 출력한다. 측정된 온도 신호(STM)는 상기 측정된 열 방출 신호(SE)로부터 계산된 것과 같은 측정된 평균 온도를 나타낸다. 상기 평균은 열 방출 검출기(120) 및 상기 측정된 열 방출 신호(SE)의 대역폭에 의해 결정된 시간 영역에 대해서 취해진다.
상기 측정된 열 방출 신호(SE)는 다이 방사율(die emissivity)의 변화에 의한 스파이크들(spikes)를 포함한다. 이 스파이크들은 억제되지 않는다면 상기 측정된 온도 신호(STM)에서 나타날 것이다. 따라서, 일 실시예에서, E/T 로직(154)은 상기 측정된 온도 신호(STM)를 저역통과 필터링하여 저역통과 필터링된 측정 온도 신호(STMF)를 형성하는 저역통과필터(LPF)(156)에 전기적으로 접속된다. 일 실시예에서 LPF(156)는 저역통과 필터링 외에 스파이크 억제 알고리즘 또는 이동평균(running average)을 수행하는 필드-프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)와 같은 신호처리 디바이스로부터 형성된다. 일 실시예에서, LPF(156)는 다이 레이아웃에 기초하여 특정한 공간적/전기적 주파수에서의 패턴 방사율 변화를 억헤하도록 구성된 노치 필터일 수 있다(또는, E/T 로직(154)은 별도의 노치 필터를 포함할 수 있다.
빔 불안정
라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)의 기울기 M(t)의 크기를 주파수 f(Hz)로서 측정된 데이터는 일반적인 1/f 형상을 가지며 이것은 랜덤 변동의 특징이다. 상기 데이터는 빔-기울기 크기가 주파수 f > 50 Hz에 대해서 실질적으로 0까지 떨어지는 것을 보여준다.
도 5a 내지 도 5c는 t=0, t=△t 및 t=2·△t와 같은 다른 시간들(t)에서 라임 이미지(80)의 장축을 따라서 거리 x(mm)에 대한 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)(검출기 카운트)의 관계를 도시한다. △t의 값은 예를 들면 △t=0.2s일 수 있다. 도 5a는 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)의 정상적인 예를 도시하는 도면으로서 라인 이미지(80)의 각각의 끝에서 가파르게 상승하고 실질적으로 균일한(평탄한) 강도의 중심 부분을 포함한다. 도 5b 및 도 5c는 보통 평탄한 그래프의 중심 부분이 기울기(M)를 가진 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)의 예들을 도시하며, 라인 이미지(80)의 한 측면은 강도가 증가하고 다른 측면은 강도가 감소하며 따라서 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)은 도 5b와 도 5c에 도시된 것들 사이에서 변동한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 +θ 및 -θ의 재조향(틸트) 각도로 편향된 것으로 도시된 빔-재조향요소(40)의 확대로이다. 상이한 재조향 각도의 결과는 재조향된 조절빔(34)의 다른 부분들이 칼날 애퍼처(50)의 개구(54)를 통과한다는 것이다. 구체적으로, 도 6a에서는, 재조향된 조절빔(34)이 상향 재조향되어 재조향된 조절빔(34)의 아랫부분(즉, 재조향된 조절파면(34W)의 아랫부분)이 개구(54)를 통과한다. 마찬가지로, 도 6b에서는, 재조향된 조절빔(34)이 하향 재조향되어 재조향된 조절빔(34)의 윗부분(즉, 재조향된 조절파면(36W)의 윗부분)이 개구(54)를 통과한다.
라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에 대한 틸트 각도 θ의 영향은 도 7a 및 도 7b의 시뮬레이션 프로파일들에 도시되어 있다. 도 7a에서, 화살표는 θ=0°부터 더 큰 양의 각도 +θ까지(즉, 증가하는 양의 각도)의 변화의 방향을 표시하며, 도 7b에서 화살표는 θ=0°부터 더 큰 음의 각도 +θ까지(즉, 증가하는 음의 각도)의 변환의 방향을 표시한다. 필요한 회전 각도는 칼날 에지 애퍼처(50)의 블레이드(52A, 52B)와 회전거울(40M) 사이의 거리에 크게 의존한다. 전형적인 실시예에서, 각도 조정은 1도 미만이며, 0.1도 미만일 수 있다.
두 도면들은 틸트 각도 θ의 방향이 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)의 기울기(M)에서의 변화를 초래하는 것을 보여준다. 이 특징은 빔 불안정의 부정적인 효과에 대응하기 위해 꼭 필요한 것이다. 구체적으로, 틸트 각도 θ는 라인 이미지의 강도(즉, 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t))의 불안정에서의 측정된 변화에 기초하여 조정될 수 있다.
레이저 어닐링 시스템(10)의 동작에서, 전술한 바와 같이, 레이저시스템(20)은 최초 레이저 빔(22)을 발생시키며, 이것은 빔-조절시스템(30)에 의해 조절되어 조절빔(32)을 형성한다. 조절빔(32)은 빔-재조향요소(40)에 입사하여, 재조향된 조절빔(34)으로 형성되고, 재조향된 조절빔(34)은 칼날 애퍼처(50)에 입사한다. 일 실시예에서, 빔-재조향요소(40)는 조절빔(32)이 재조향되지 않도록, 즉 광축(A1)을 따라 직진하도록 조향된다. 빔-재조향요소(40)는 아직 작동하지 않고 따라서 재조향된 조절빔(34)은 실제로는 광축(A1)을 따라서 아래로 직진하여 칼날 애퍼처(50)에 입사하는 것으로 당분간 가정한다. 이 상태에서, 재조향된 조절파면(34W)의 중심 부분은 칼날 애퍼처(50)의 개구(54)를 통과하여 재조향된 조절빔(34)의 부분(36)을 형성하며, 상기 부분은 파면(36W)을 포함한다. 부분(36)이 릴레이시스템(70)에 의해 전달되어 라인 이미지(80)를 형성하게 된다.
라인 이미지(80)가 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)에 대하여 주사될 때, 그것은 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)을 어닐링 온도(TA)까지 가열한다. 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)은 국부 가열된 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)으로부터 시변 열 방출 프로파일 E(x,t)을 생성한다. (통합된) 시변 열 방출 프로파일 E(x,t)은 열 방출 검출기(120)에 의해 획득되어 열 방출 신호(SE)로 구체화되며, 그것은 처리를 위해 컨트롤러(150)에 보내진다. 컨트롤러(150)는 어닐링 온도 프로파일 TA(x,t)을 비교적 높은 정확도로 결정하기 위해 열 방출과 온도 사이의 전술한 관계식 E=Tn을 이용한다. 그렇게 얻어진 어닐링 온도 프로파일 TA(x,t)은 그 다음에 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)을 결정하기 위해 사용된다.
라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에서의 변화가 계산된 후, 빔-재조향요소(40)는, 상기 변화를 보상하기 위해, 즉 상기 변화에 대응하는 강도 변화를 도입하는 강도 변화를 도입하기 위해, 조정된다. 일 실시예에서, 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에서의 변화의 측정값은 기울기(M)이다. 이 경우에, 빔-재조향요소(40)은 측정된 기울기 M(t)에 대해 반대 부호의 강도 기울기(M)를 도입하는 강도 변화를 도입한다.
아마도 기울기(M)는 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에 대해 측정할 수 있는 가장 간단한 변화이며, 따라서 본 명세서에서는 예시로서 설명된다. 그러나, 빔 불안정으로 인해 발생하는 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에서의 비대칭을 정량화할 수 있는 다른 변화들이 측정될 수 있다. 예를 들면, 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)의 비대칭 양 또는 가우시안 3차 모멘트가 측정될 수 있다.
도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b와 관련하여 전술한 바와 같이, 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에서의 변화를 보상하는 것은 일 실시예에서 재조향신호(SR)를 통해 회전거울(40M)(도 2 참조)에 특정한 각도회전(θ)을 제공함으로써 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 각도회전(θ)의 양과 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에서의 유발된 기울기(M) 사이의 관계는 알려진 광학 모델링 기술과 상용 광학시스템 설계 및 모델링 소프트웨어를 사용하여 확증된다. 또 다른 실시예에서, 각도회전(θ)의 양과 유발된 기울기(M) 사이의 관계는 레이저 어닐링 시스템(10)의 주어진 구성에 대해 경험적으로 확증된다.
이 개념을 사용하면, 빔 프로파일은, 상기 피드백 루프 레이트가 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에서의 기울기(M) 변화의 주파수(f)에 비해 충분히 높은 한, 안정화될 수 있다. 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)에서의 기울기(M) 변화의 주파수(f)가 50 Hz 이내인 일 실시예에서, 열 방출 검출기(120)로부터 빔-재조향요소(40)의 컨트롤러(150)까지의 피드백 제어 루프는 어닐링 온도 프로파일 TA(x,t)의 균일성에 대한 빔 불안정의 부정적인 효과를 감소시키거나 실질적으로 제거하는데 충분한 속도로 동작될 수 있다. 레이저 어닐링 시스템(10)에 대한 어닐링 온도 프로파일 TA(x,t)의 균일성의 예시적인 측정은 빔-안정화 피드백 제어의 존재 및 부존재 모두에 대해 이루어졌다. 빔-안정화 피드백 제어의 부존재 시, 어닐링 온도 프로파일 TA(x,t)의 균일성은 약 2.75%으로 측정되었다. 빔-안정화 피드백 제어의 존재 시, 어닐링 온도 프로파일 TA(x,t)의 균일성은 약 1.56%로 측정되었다.
따라서, 본 발명의 일 측면은 레이저 어닐링 시스템(10)을 사용하여 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102)을 어닐링하는 동안 형성된 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)의 시간에 따라 변하는 변화(예컨대, 기울기 M(t))를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 다음과 같은:
a) 조절빔(32)을 빔-재조향요소(40)에 향하게 하여 조절빔(32)이 칼날 애퍼처(50)의 블레이드(52A, 52B)에 의해 형성된 개구(54)를 통과하도록 하는 동작;
b) 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102) 위에 칼날 애퍼처(50)를 이미징함으로써 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102) 위에 라인 이미지(80)를 형성하고, 그에 의해 반도체 웨이퍼(100)의 상부면(102) 위를 국부적으로 가열하여 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 프로파일(분포) TA(x,t)를 형성하는 동작;
c) 반도체 웨이퍼(100)의 국부적으로 가열된 표면으로부터 파장 대역(예컨대, CMOS 검출기의 경우 λL=450 nm 부터 λU=850 nm까지 또는 InGaAs 검출기의 경우 λL=900 nm 부터 λU=1200 nm까지)에 대해서 시간에 따라 변하는 통합 열 방출 프로파일 E(x,t)을 검출하는 동작;
d) 상기 검출된 시간에 따라 변하는 통합 열 방출 프로파일 E(x,t)로부터 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 프로파일(분포) TA(x,t)를 결정하는 동작;
e) 상기 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 프로파일(분포) TA(x,t)로부터 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)의 시간에 따라 변하는 변화(예컨대, 기울기 M(t))를 결정하는 동작; 및
f) 상기 시간에 따라 변하는 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)의 시간에 따라 변하는 변화(기울기 M(t))를 감소 또는 제거하기 위해 칼날 애퍼처(50) 내의 개구(54)와 관련하여 상기 조절빔(32)을 재조향하기 위해 주파수 f≥fmax에서 빔-재조향요소(40)를 조정하는 동작;을 포함한다. 여기서, fmax는 빔 기울기 변동의 푸리에 스펙트럼에서 관찰된 최대 주파수이다. 일 예로서, f≥10·fmax이다. 따라서, 일 실시예에서, 빔-재조향요소(40)의 조정은 최대 50 Hz의 주파수에서 실행된다.
상기 방법의 일 실시예에서, 전술한 동작 d) 및 e)는 컨트롤러(150)에서 수행되며, 컨트롤러(150)로 하여금 상기 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 프로파일(분포) TA(x,t) 및 라인 이미지 강도 프로파일 IL(x,t)의 시간에 따라 변하는 기울기 M(t)를 계산하도록 하는 컴퓨터로 판독할 수 있는 매체에 내장된 명령들(예컨대, 소프트웨어)을 포함하며, 컨트롤러(150)는 빔-재조향요소(40)의 조정에 관련된 동작 f)를 개시하기 위해 재조향신호(SR)를 빔-재조향요소(40)에 보낸다.
이상에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다양한 변형이 첨부된 청구항들에 정의된 것과 같은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음은 당해 기술분야의 숙련자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항과 그 균등물의 범위 안에 있는 한 본 발명에 대한 변경과 변형을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (23)
- 반도체 웨이퍼의 표면을 레이저 어닐링하는 동안 라인 이미지를 형성하는 방법에 있어서,
빔-재조향요소를 사용하여 애퍼처 내의 개구를 통해 조절된 레이저 빔을 조향하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼의 표면 위로 상기 애퍼처를 이미징함으로써 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위에 라인 이미지를 형성하여 어닐링 온도 분포를 형성하도록 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 국부적으로 가열하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼의 국부적으로 가열된 표면으로부터 열 방출을 검출하는 단계;
상 검출된 열 방출로부터 상기 어닐링 온도 분포를 결정하는 단계;
상기 어닐링 온도 분포로부터 시간에 따라 변하는 기울기 양을 포함하는 라인-이미지 강도 프로파일을 결정하는 단계; 및
상기 라인-이미지 강도 프로파일에서의 상기 시간에 따라 변하는 기울기 양을 감소 또는 제거하기 위해 상기 빔-재조향요소를 조정하여 상기 조절된 레이저 빔을 재조향하는 단계를 포함하는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 빔-재조향요소의 조정은 거울을 회전시키는 것을 포함하는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 방출을 검출하는 단계는 CMOS 검출기, IaGaAs 검출기 또는 광증폭관 중 어느 하나로 상기 열 방출을 획득하는 단계를 포함하는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 획득된 열 방출은 하위파장 λL=450 nm 부터 상위파장 λU=850 nm까지의 파장 범위에 대해서 흑체방출 강도의 통합된 측정치를 포함하는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 획득된 열 방출은 하위파장 λL=900 nm 부터 상위파장 λU=1200 nm까지의 파장 범위에 대해서 흑체방출 강도의 통합된 측정치를 포함하는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 어닐링 온도 분포는 800℃≤TA≤1400℃ 범위의 어닐링 온도 TA를포함하는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼는 실리콘으로 만들어지는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔은 10.6㎛ 또는 2㎛ 중 어느 하나의 파장을 가지는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 애퍼처는 칼날 애퍼처이고,
상기 애퍼처를 상기 표면 위로 이미징하는 것은 1:1 릴레이 시스템으로 상기 칼날 애퍼처를 이미징하는 것을 포함하는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 방출을 검출하는 단계는,
상기 반도체 웨이퍼의 표면에 대해서 조작 가능하게 정렬된 열 방출 검출기를 사용하여 수행되고,
상기 라인 이미지가 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위를 주사하지만 상기 열 방출 검출기에 대해서는 고정유지되도록 상기 라인 이미지에 대해 상기 반도체 웨이퍼를 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 라인 이미지 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 빔-재조향요소의 조정은 최대 500 Hz의 주파수에서 실행되는, 라인 이미지 형성 방법. - 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 라인 이미지에서의 빔 불안정을 감소시키거나 실질적으로 제거하고 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 어닐링하는 레이저 어닐링 시스템에 있어서,
레이저 빔을 방출하는 레이저 시스템;
상기 레이저 빔을 수신하고 조절된 레이저 빔을 형성하는 빔-조절시스템;
제어신호에 응답하여 상기 조절된 레이저 빔을 수신하고 선택적으로 재조향하는 빔-재조향요소;
상기 조절된 레이저 빔의 상이한 부분들이 상기 빔-재조향요소에 의한 상기 조절된 레이저 빔의 재조향에 따라서 통과하는 개구를 형성하는 애퍼처;
상기 애퍼처와 상기 반도체 웨이퍼 사이에 조작 가능하게 정렬되고, 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 상기 애퍼처를 이미징하여 상기 라인 이미지를 형성하는 릴레이시스템(상기 라인 이미지는 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 국부적으로 가열하여 어닐링 온도 분포를 형성함);
상기 반도체 웨이퍼의 국부적으로 가열된 표면으로부터 열 방출을 검출하고 상기 열 방출을 나타내는 열 방출 신호를 생성하도록 정렬된 열 방출 검출기; 및
상기 빔-재조향요소 및 상기 열 방출 검출기에 동작 가능하게 연결되고, 상기 열 방출 신호를 수신하며 그것으로부터 시간에 따라 변하는 기울기를 가진 라인-이미지 강도를 계산하고, 상기 라인-이미지 강도의 시간에 따라 변하는 기울기를 감소시키거나 실질적으로 제거하기 위해 상기 제어 신호를 상기 빔-재조향요소에 제공하여 상기 빔-재조향요소가 상기 조절된 레이저 빔을 상기 애퍼처에 대해 재조향하도록 하는 컨트롤러;를 광축을 따라 순서대로 포함하는, 레이저 어닐링 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 열 방출 검출기는 CMOS 검출기, InGaAs 검출기 또는 광증폭관 중 어느 하나를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 검출된 열 방출은 하위파장 λL=450 nm 부터 상위파장 λU=850 nm까지의 파장 범위에 대해서 흑체방출 강도의 통합된 측정치를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 검출된 열 방출은 하위파장 λL=900 nm 부터 상위파장 λU=1200 nm까지의 파장 범위에 대해서 흑체방출 강도의 통합된 측정치를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 레이저 시스템은 10.6㎛ 또는 2㎛ 중 어느 하나의 파장에서 동작하는 레이저를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템. - 반도체 웨이퍼의 표면을 레이저 어닐링하는 동안 형성된 라인 이미지 강도 프로파일의 시간에 따라 변하는 변화를 감소시키는 방법에 있어서,
a) 조절된 레이저 빔을 빔-재조향요소에 향하게 하여 상기 조절된 레이저 빔이 애퍼처에 의해 형성된 개구를 통과하도록 하는 단계;
b) 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위에 상기 애퍼처를 이미징함으로써 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위에 라인 이미지를 형성하여 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 분포를 형성하도록 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 국부적으로 가열하는 단계;
c) 상기 반도체 웨이퍼의 국부적으로 가열된 표면으로부터 파장 대역에 대해서 시간에 따라 변하는 통합된 열 방출을 검출하는 단계;
d) 상기 검출된 시간에 따라 변하는 통합된 열 방출로부터 상기 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 분포를 결정하는 단계;
e) 상기 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 분포로부터 상기 라인 이미지 강도 프로파일에서의 상기 시간에 따라 변하는 변화를 결정하는 단계; 및
f) 상기 라인 이미지 강도 프로파일의 상기 시간에 따라 변하는 변화를 감소 또는 제거하기 위해 상기 애퍼처 내의 개구에 대해 상기 조절된 레이저 빔을 재조향하도록 상기 빔-재조향요소를 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 17 항에 있어서,
단계 d) 및 e)는, 컨트롤러로 하여금 상기 시간에 따라 변하는 어닐링 온도 분포 및 상기 라인 이미지 강도 프로파일의 상기 시간에 따라 변하는 변화를 계산하도록 하는 컴퓨터로 판독할 수 있는 매체에 내장된 명령들을 포함하는 컨트롤러에서 수행되며,
상기 컨트롤러는 제어신호를 상기 빔-재조향요소에 송신하여 단계 f)를 개시시키는, 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 빔-재조향요소는 거울을 포함하고,
상기 빔-재조향요소의 조정은 +/-1도의 회전각도 θ의 범위에서 상기 거울을 회전시키는 것을 포함하는, 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 시간에 따라 변하는 변화는 상기 라인-이미지 강도 프로파일의 시간에 따라 변하는 기울기를 포함하는, 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 애퍼처는 조정가능한 대향하는 칼날들에 의해 형성되는, 방법. - 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 라인 이미지에서의 빔 불안정을 감소시키거나 실질적으로 제거하고 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 어닐링하는 레이저 어닐링 시스템에 있어서,
레이저 빔을 방출하는 레이저 시스템;
상기 레이저 빔을 수신하고 조절된 레이저 빔을 형성하는 빔-조절시스템;
제어신호에 응답하여 상기 조절된 레이저 빔을 수신하고 선택적으로 재조향하는 빔-재조향요소;
상기 조절된 레이저 빔의 상이한 부분들이 상기 빔-재조향요소에 의한 상기 조절된 레이저 빔의 재조향에 따라서 통과하는 개구를 형성하는 칼날 애퍼처;
상기 칼날 애퍼처와 상기 반도체 웨이퍼 사이에 동작 가능하게 정렬되고, 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 상기 칼날 애퍼처를 이미징하여 상기 라인 이미지를 형성하는 릴레이시스템(상기 라인 이미지는 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 국부적으로 가열하여 어닐링 온도 분포를 형성함);
상기 반도체 웨이퍼의 국부적으로 가열된 표면으로부터 열 방출을 검출하고 상기 열 방출을 나타내는 열 방출 신호를 생성하도록 정렬된 열 방출 검출기; 및
상기 빔-재조향요소 및 상기 열 방출 검출기에 동작 가능하게 연결되고, 상기 열 방출 신호를 수신하며 그것으로부터 시간에 따라 변하는 변화를 가진 라인-이미지 강도를 계산하고, 상기 라인-이미지 강도의 시간에 따라 변하는 변화를 감소시키거나 실질적으로 제거하기 위해 상기 제어 신호를 상기 빔-재조향요소에 제공하여 상기 빔-재조향요소가 상기 조절된 레이저 빔을 상기 칼날 애퍼처에 대해 재조향하는 컨트롤러;를 광축을 따라 순서대로 포함하는, 레이저 어닐링 시스템. - 제 22 항에 있어서,
상기 시간에 따라 변하는 변화는 상기 라인-이미지 강도의 시간에 따라 변하는 기울기를 포함하는, 레이저 어닐링 시스템.
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