KR20170014554A - 다수의 레이저 빔을 이용한 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법 - Google Patents

다수의 레이저 빔을 이용한 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법 Download PDF

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Abstract

다수의 레이저 빔을 이용한 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법이 개시된다. 개시된 레이저 어닐링 장치는, 스테이지에 장착된 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 열처리를 수행하는 것으로, 각각 펄스형 레이저 빔을 출사하는 3개 이상의 레이저 광원과, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 펄스형 레이저 빔들을 복합하여 하나의 광경로 상을 진행하는 어닐링 레이저 빔으로 형성하는 빔 호모지나이저와, 상기 빔 호모지나이저로부터 출사된 상기 어닐링 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 소정 영역에 조사하는 이미지 렌즈 유닛을 포함한다.

Description

다수의 레이저 빔을 이용한 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법{Laser annealing apparatus and laser annealing method using multiple laser beams}
본 발명은 레이저 어닐링에 관한 것으로, 상게하게는 다수의 레이저 빔을 이용한 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법에 관한 것이다.
파워 디바이스(power device)의 일종인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transitor)를 제작하기 위해서는 먼저 반도체 기판의 앞면에 소정의 반도체 공정을 수행한 다음, 반도체 기판의 뒷면을 얇게 연삭한 다음, 이온을 주입하게 된다. 그리고, 이온 주입 후 불순물을 활성화시키기 위한 공정으로 반도체 기판의 뒷면에 레이저 빔을 조사함으로써 어닐링 공정을 수행하게 된다.
이러한 레이저 어닐링 공정에 의해 불순물의 활성화가 양호하게 이루어지기 위해서는 레이저 빔에 의해서 반도체 기판의 소정 깊이까지 효과적으로 가열되는 것이 필요하게 된다. 그러나, 종래 레이저 어닐링 공정에 이용되었던 레이저 빔은 좁은 펄스 폭을 가지고 있기 때문에 반도체 기판의 내부에 레이저 빔이 도달하는 깊이가 작고, 레이저 빔에 의해 가열되는 시간이 짧기 때문에 반도체 기판 내에서 불순물이 충분히 활성화되기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 다수의 펄스형 레이저 빔을 이용한 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
스테이지에 장착된 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 열처리를 수행하는 레이저 어닐링 장치에 있어서,
각각 펄스형 레이저 빔을 출사하는 3개 이상의 레이저 광원;
상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 펄스형 레이저 빔들을 복합하여 하나의 광경로 상을 진행하는 어닐링 레이저 빔으로 형성하는 빔 호모지나이저(beam homogenizer); 및
상기 빔 호모지나이저로부터 출사된 상기 어닐링 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 소정 영역에 조사하는 이미지 렌즈 유닛;을 포함하는 레이저 어닐링 장치가 제공된다.
상기 어닐링 레이저 빔을 구성하는 상기 레이저 빔들의 펄스 사이의 간격을변화시킴으로써 상기 가공 대상물 내에 상기 어닐링 레이저 빔이 도달하는 깊이를 조절할 수 있다.
상기 레이저 빔들의 펄스 사이의 시간 간격은 모두 동일하거나 또는 상기 레이저 빔들의 시간 간격 중 적어도 일부 시간 간격은 다른 시간 간격과는 다를 수 있다. 또한, 상기 어닐링 레이저 빔을 구성하는 상기 레이저 빔들의 세기는 모두 동일하거나 또는 상기 레이저 빔들 중 적어도 일부는 다른 레이저 빔들과는 세기가 다를 수 있다.
상기 펄스형 레이저 빔들 각각은 예를 들면, 1300ns 이하의 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)을 가질 수 있다. 그리고, 상기 레이저 어닐링 장치는 상기 스테이지와 상기 어닐링 레이저 빔 중 적어도 하나를 이동시키는 이동 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 가공 대상물은 반도체 기판을 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
스테이지에 장착된 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 열처리를 수행하는 레이저 어닐링 방법에 있어서,
3개 이상의 펄스형 레이저 빔을 출사시키는 단계;
상기 펄스형 레이저 빔들을 복합하여 하나의 광경로 상을 진행하는 어닐링 레이저 빔을 형성하는 단계; 및
상기 어닐링 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 소정 영역에 조사하는 단계;를 포함하는 레이저 어닐링 방법이 제공된다.
상기 가공 대상물 및 상기 어닐링 레이저 빔 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 더 포함될 수 있다.
상기 어닐링 레이저 빔을 구성하는 상기 레이저 빔들의 펄스 사이의 시간 간격을 변화시킴으로써 상기 가공 대상물 내에 상기 어닐링 레이저 빔이 도달하는 깊이를 조절할 수 있다. 여기서, 상기 레이저 빔들의 펄스 사이의 시간 간격은 모두 동일하거나 또는 상기 레이저 빔들의 시간 간격 중 적어도 일부 시간 간격은 다른 시간 간격과는 다를 수 있다. 또한, 상기 어닐링 레이저 빔을 구성하는 상기 레이저 빔들의 세기는 모두 동일하거나 또는 상기 레이저 빔들 중 적어도 일부는 다른 레이저 빔들과는 세기가 다를 수 있다.
상기 어닐링 레이저 빔의 조사에 의해 상기 반도체 기판 내에 주입된 불순물이 활성화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 어닐링 조건에 따라 펄스들 사이의 간격, 펄스들 각각의 반치폭 및 빔의 세기 등으로 조절함으로써 펄스들이 복합되어 형성된 어닐링 레이저 빔을 가공 대상물의 내부에 원하는 깊이에 도달시킨 다음, 가공 대상물 내부를 원하는 범위까지 가열함으로써 어닐링 공정을 원활하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 4개의 레이저 광원으로부터 출사되는 제1, 제2, 제3및 제4 레이저 빔의 펄스들을 시간에 따라 각각 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔이 복합되어 형성된어닐링 레이저 빔의 펄스들을 시간에 따라 도시한 것이다.
도 4는 4개의 레이저 광원으로부터 펄스 사이의 일정한 시간 간격으로 출사되는 제1, 제2, 제3및 제4 레이저 빔이 복합되어 형성된 어닐링 레이저 빔이 실리콘 웨이퍼에 조사되는 경우에 실리콘 웨이퍼의 깊이에 따른 온도 분포를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 어닐링 레이저 빔의 펄스들을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 어닐링 레이저 빔의 펄스들을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 어닐링 레이저 빔의 펄스들을 도시한 것이다.
도 8는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따라 도 1에 도시된 4개의 레이저 광원으로부터 출사되는 제1, 제2, 제3및 제4 레이저 빔의 펄스들을 시간에 따라 각각 도시한 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔이 복합되어 형성된어닐링 레이저 빔의 펄스들을 시간에 따라 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치(100)는 스테이지(S)에 장착된 가공 대상물(10)에 레이저 빔을 조사함으로써 가공 대상물(10)을 어닐링하는 장치이다. 여기서, 가공 대상물(10)로는 예를 들면 반도체 기판(구체적인 예로서, 실리콘 웨이퍼)이 사용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
레이저 어닐링 장치(100)는 다수의 레이저 광원, 빔 호모지나이저(beam homogenizer,300) 및 이미지 렌즈 유닛(400)을 포함한다. 다수의 레이저 광원은 예를 들어 4개의 레이저 광원, 즉 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 광원(101,102,103,104)을 포함할 수 있다. 한편, 도 1에는 다수의 레이저 광원이 4개의 레이저 광원(101,102,103,104)을 포함하는 경우가 도시되어 있으나, 본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 즉, 다수의 레이저 광원은 3개의 레이저 광원이나 또는 5개 이상의 레이저 광원을 포함하는 것도 가능하다. 이하에서는 다수의 레이저 광원이 4개의 레이저 광원(101,102,103,104)을 포함하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 광원(101,102,103,104)은 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)을 출사할 수 있다. 여기서, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 각각 펄스형 레이저 빔이 될 수 있다. 구체적으로, 제1 레이저 빔(L1)은 제1 펄스(도 2의 P1)가 주기적으로 출사되는 펄스형 레이저 빔이 될 수 있으며, 제2 레이저 빔(L2)은 제2 펄스(도 2의 P2)가 주기적으로 출사되는 펄스형 레이저 빔이 될 수 있다. 그리고, 제3 레이저 빔(L3)은 제3 펄스(도 2의 P3)가 주기적으로 출사되는 펄스형 레이저 빔이 될 수 있으며, 제4 레이저 빔(L4)은 제4 펄스(도 2의 P4)가 주기적으로 출사되는 펄스형 레이저 빔이 될 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)는 각각 예를 들면 1300ns 이하의 펄스폭을 가질 수 있다. 여기서, 펄스폭이라 함은 레이저 빔의 최대 세기값의 절반에 해당하는 펄스폭인 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)을 의미한다.
제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 후술하는 바와 같이 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 소정의 시간 간격(도 3의 t1)을 가지도록 순차적으로 출사될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 레이저 빔들(L1, L2, L3, L4)의 순차적인 출사는 예를 들면 AOM(Acousto-Optic Modulator) 등과 같은 소정의 광학 소자를 이용하여 수행될 수 있다. 레이저 광원들(101,102,103,104)로부터 출사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 각각 소정 파장의 레이저 빔, 예를 들어 그린 파장의 레이저 빔이 될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 다른 파장을 가지는 것도 얼마든지 가능하다.
제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 광원(101,102,103,104)으로부터 출사되는 펄스형의 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 반사 미러(200)를 통해 반사되어 빔 호모지나이저(300)에 입사될 수 있다. 한편, 반사 미러(200)는 예를 들면 x축 및 y축 방향으로 구동하면서 입사되는 빔을 스캐닝하는 스캐닝 유닛을 포함할 수도 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나 레이저 광원들(101,102,103,104)과 반사 미러(200) 사이에는 소정의 광학계가 추가로 배치될 수 있다. 예를 들어, 레이저 광원들(101,102,103,104)과 반사 미러(200) 사이의 광 경로 상에는 예를 들면, 입사되는 빔의 크기를 조절하기 위한 BET(Beam Expanding Telescope) 등이 마련될 수도 있다.
빔 호모지나이저(300)는 입사되는 다수의 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)을 복합시켜 하나의 광경로 상으로 진행시키는 역할을 한다. 이러한 빔 호모지나이저(300)는 빔의 세기를 균일하게 하는 역할도 할 수 있다. 레이저 광원들(101,102,103,104)로부터 출사되어 반사 미러(200)에 반사된 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)은 빔 호모지나이저(300)에 입사된 다음, 복합되어 하나의 광경로 상으로 진행하는 어닐링 레이저 빔(L)으로 출사될 수 있다.
이미지 렌즈 유닛(400)은 빔 호모지나이저(300)로부터 출사된 어닐링 레이저 빔(L)을 원하는 크기로 조절하여 스테이지(S)에 장착된 가공 대상물(10) 상의 소정 위치에 조사하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 이미지 렌즈 유닛(400)으로부터 출사되는 어닐링 레이저 빔(L)은 가공 대상물(10)의 표면이나 또는 표면으로부터 소정 깊이까지 도달하여 가공 대상물(10)을 가열함으로써 어닐링 공정을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치(100)에서는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)의 펄스 사이의 간격을 제어함으로써 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)이 복합되어 형성된 어닐링 레이저 빔(L)이 가공 대상물(10)의 내부에 도달하는 깊이를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)의 펄스 사이의 간격을 넓히게 되면 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)이 복합되어 형성된 어닐링 레이저 빔(L)은 펄스폭이 실질적으로 증가하게 되어 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4) 각각에 비해 가공 대상물(10) 내부에 도달하는 레이저 빔의 깊이를 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 가공 대상물 내부(10)의 원하는 깊이까지 어닐링 레이저 빔(L)이 도달함으로써 열이 확사되는 범위도 조절할 수 있게 되고, 이에 따라 원하는 어닐링 공정을 원할하게 수행할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 어닐링 장치(100)에서 4개의 레이저 광원(101,102,103,104)으로부터 출사되는 제1, 제2, 제3및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4) 의 펄스들(P1, P2, P3, P4)을 각각 시간에 따라 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔은 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스를 가지고 있으며, 이러한 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(L1, L2, L3, L4) 는 소정의 시간 간격(도 3에서의 t1)을 가지고 순차적으로 출사된다. 도 2에는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 모두 동일한 형태를 가지는 경우가 도시되어 있다. 따라서, 도 2에서는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)는 펄스폭(W1) 및 빔의 세기를 모두 동일하다.
도 3은 도 2에 도시된 소정의 시간 간격(t1)으로 출사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 복합된 모습을 시간에 따라 도시한 것이다. 도 3에 도시된 펄스들(P1, P2, P3, P4)은 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4) 이 복합되어 하나의 광경로 상을 진행하는 어닐링 레이저 빔(L)의 펄스들을 의미한다. 도 3을 참조하면, 가공 대상물(10)에 조사되는 어닐링 레이저 빔(L)은 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 일정한 시간 간격(t1)을 가지고 순차적으로 출사되는 형태를 가지고 있다. 여기서, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 복합되어 형성된 어닐링 레이저 빔(L)의 펄스는 그 폭(W)이 실질적으로 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4) 각각의 펄스 폭(W1)에 비해 큰 것을 알 수 있다. 일반적으로 레이저 빔의 펄스 폭이 증가할수록 레이저 빔이 가공 대상물(10) 내부에 도달하는 깊이가 더 커지게 된다. 따라서, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4) 중 어느 하나가 가공 대상물(10)에 조사하는 경우에 비하여 순차적으로 조사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)이 복합되어 형성된 어닐링 레이저 빔(L)을 가공 대상물(10)에 조사하는 경우가 가공 대상물의 내부에 도달하는 레이저 빔의 깊이가 더 크다는 것을 알 수 있다.
도 4는 4개의 레이저 광원으로부터 일정한 펄스 간격으로 출사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔이 복합된 어닐링 레이저 빔이 실리콘 웨이퍼에 조사되는 경우에 실리콘 웨이퍼의 깊이에 따른 온도 분포를 도시한 것이다. 도 4에는 4개의 펄스 형태가 모두 동일하고, 각 펄스의 반치폭은 0.2㎲ (즉, 200ns)이며, 레이저 빔들 각각의 에너지 밀도는 4J/cm2이었을 때 측정된 결과가 도시되어 있다. 그리고, 아래 [표 1]은 도 4에 도시된 결과로부터 실리콘 웨이퍼의 깊이에 따른 최대 온도를 기재한 것이다. [표 1]에서 예를 들어 -6㎛은 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 6㎛의 깊이에 있는 위치를 의미한다.
Position (㎛) Max. Temperature (K)
Surface 4500
-2 3500
-4 2700
-6 2100
-8 1700
-10 1150
도 4 및 [표 1]을 참조하면, 일정한 펄스 간격으로 출사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔이 복합됨으로써 펄스들 각각에 비해 넓은 펄스 폭을 가지는 어닐링 레이저 빔을 형성할 수 있다. 따라서, 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 깊은 깊이까지 어닐링 레이저 빔이 도달하여 실리콘 웨이퍼 내부를 가열함으로써 어닐링 공정을 수행할 수 있다. 여기서, 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔의 펄스 간격을 제어하면 어닐링 레이저 빔이 실리콘 웨이퍼의 내부에 도달되는 깊이를 조절할 수 있고, 이에 따라, 어닐링 레이저 빔에 의해 발생되는 열이 확산되는 범위도 조절함으로써 어닐링 공정을 원할하여 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 어닐링 레이저 빔의 펄스들을 시간에 따라 도시한 것이다. 도 5에는 소정 펄스 간격(t2)으로 순차적으로 출사된 4개의 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 복합되어 형성된 모습이 도시되어 있으며, 이 펄스들은 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(도 1의 L1, L2, L3, L4)이 복합되어 하나의 광경로 상을 진행하는 어닐링 레이저 빔(L)의 펄스들을 의미한다.
도 5를 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)는 일정한 시간간격(t2)으로 순차적으로 출사되며, 여기서 펄스 사이의 간격(t2)은 도 3에 도시된 펄스 사이의 간격(t1)보다 크다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 도 5에 도시된 형태의 펄스들(P1, P2, P3, P4)을 포함하는 어닐링 레이저 빔(L)은 도 3의 경우에 비하여 가공 대상물(10)의 표면으로부터 더 깊은 깊이까지 레이저 빔이 도달하여 가공 대상물을 가열시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 전술한 실시예들에서는 4개의 펄스들(P1, P2, P3, P4)이 일정한 시간 간격(t1 또는 t2)을 두고 출사되는 경우가 설명되었으나, 이러한 펄스들(P1, P2, P3, P4) 사이의 간격은 다양하게 변형될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 어닐링 레이저 빔의 펄스들을 도시한 것이다. 도 6에는 펄스들 사이의 간격이 변화하면서 순차적으로 출사된 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 복합되어 형성된 모습이 도시되어 있으며, 이 펄스들(P1, P2, P3, P4)은 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(도 1의 L1, L2, L3, L4)이 복합되어 하나의 광경로 상을 진행하는 어닐링 레이저 빔의 펄스들을 의미한다.
도 6을 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)는 소정의 시간 간격으로 순차적으로 출사된다. 여기서, 제1 펄스(P1)와 제2 펄스(P2)의 간격(t1), 제2 펄스(P2)와 제3 펄스(P3)의 간격(t2), 및 제3 펄스(P3)와 제4 펄스(P4)의 간격(t3)은 서로 다를 수 있다. 한편, 도 6에는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 모두 동일한 형태를 가지는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4) 중 일부는 다른 펄스들과 다른 형태를 가질 수도 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 어닐링 레이저 빔의 펄스들을 도시한 것이다. 도 7에는 다른 형태를 포함하고 일정한 시간 간격(t1)으로 순차적으로 출사된 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 복합되어 형성된 모습이 도시되어 있으며, 이 펄스들(P1, P2, P3, P4)은 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔(도 1의 L1, L2, L3, L4)이 복합되어 하나의 광경로 상을 진행하는 어닐링 레이저 빔(L)의 펄스들을 의미한다.
도 7을 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)는 소정의 시간 간격(t1)으로 순차적으로 출사된다. 여기서, 제2 및 제4 펄스(P2, P4)는 제1 및 제3 펄스(P1, P3)와 다른 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제2 및 제4 펄스(P2, P4)의 펄스폭(W1)은 제1 및 제3 펄스(P1, P3)의 펄스폭(S2)와는 다를 수 있으며, 또한 빔의 세기도 다를 수 있다. 한편, 도 7에는 4개의 펄스들(P1, P2, P3, P4)이 동일한 시간 간격(t1)으로 출사되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 일부 펄스 간격은 다른 펄스 간격과는 다를 수도 있다.
도 8는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따라 도 1에 도시된 4개의 레이저 광원으로부터 출사되는 제1, 제2, 제3및 제4 레이저 빔의 펄스들을 시간에 따라 각각 도시한 것이다. 그리고, 도 9는 도 8에 도시된 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔이 복합되어 형성된 어닐링 레이저 빔의 펄스들을 시간에 따라 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 4개의 레이저 광원(101,102,103,104)으로부터 나오는 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 빔()L1, L2, L3, L4)은 동시에 출사되는 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)를 가질 수 있다. 이 경우에는, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4)가 복합됨으로써 도 9에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 펄스(P1, P2, P3, P4) 각각의 빔의 세기에 비해 높은 빔의 세기를 가지는 어닐링 레이저 빔(L)을 얻을 수 있게 된다. 이에 따라, 낮은 에너지 밀도를 가지는 복수의 레이저 빔을 복합하여 높은 에너지 밀도를 가지는 어닐링 레이저 빔을 형성할 수 있으며, 이에 따라 높은 에너지 밀도의 레이저 빔이 필요한 어닐링 공정을 원할하게 수행할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 어닐링 조건에 따라 펄스들 사이의 간격, 펄스들 각각의 반치폭 및 빔의 세기 등으로 조절함으로써 펄스들이 복합되어 형성된 어닐링 레이저 빔을 가공 대상물의 내부에 원하는 깊이에 도달시킨 다음, 가공 대상물 내부를 원하는 범위까지 가열함으로써 어닐링 공정을 원활하게 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100.. 레이저 어닐링 장치
101.. 제1 레이저 광원
102.. 제2 레이저 광원
103.. 제3 레이저 광원
104.. 제4 레이저 광원
200.. 반사 미러
300.. 빔 호모지나이저
400.. 이미징 렌즈 유닛
L1.. 제1 레이저 빔
L2.. 제2 레이저 빔
L3.. 제3 레이저 빔
L4.. 제4 레이저 빔
L.. 어닐링 레이저빔
W.. 가공 대상물
S.. 스테이지

Claims (15)

  1. 스테이지에 장착된 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 열처리를 수행하는 레이저 어닐링 장치에 있어서,
    각각 펄스형 레이저 빔을 출사하는 3개 이상의 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 펄스형 레이저 빔들을 복합하여 하나의 광경로 상을 진행하는 어닐링 레이저 빔으로 형성하는 빔 호모지나이저(beam homogenizer); 및
    상기 빔 호모지나이저로부터 출사된 상기 어닐링 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 소정 영역에 조사하는 이미지 렌즈 유닛;을 포함하는 레이저 어닐링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 어닐링 레이저 빔을 구성하는 상기 레이저 빔들의 펄스 사이의 간격을변화시킴으로써 상기 가공 대상물 내에 상기 어닐링 레이저 빔이 도달하는 깊이를 조절하는 레이저 어닐링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 빔들의 펄스 사이의 시간 간격은 모두 동일하거나 또는 상기 레이저 빔들의 시간 간격 중 적어도 일부 시간 간격은 다른 시간 간격과는 다른 레이저 어닐링 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 어닐링 레이저 빔을 구성하는 상기 레이저 빔들의 세기는 모두 동일하거나 또는 상기 레이저 빔들 중 적어도 일부는 다른 레이저 빔들과는 세기가 다른 레이저 어닐링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔들 각각은 1300ns 이하의 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)을 가지는 펄스를 포함하는 레이저 어닐링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지와 상기 어닐링 레이저 빔 중 적어도 하나를 이동시키는 이동 수단을 더 포함하는 레이저 어닐링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공 대상물은 반도체 기판을 포함하는 레이저 어닐링 장치.
  8. 스테이지에 장착된 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 열처리를 수행하는 레이저 어닐링 방법에 있어서,
    3개 이상의 펄스형 레이저 빔을 출사시키는 단계;
    상기 펄스형 레이저 빔들을 복합하여 하나의 광경로 상을 진행하는 어닐링 레이저 빔을 형성하는 단계; 및
    상기 어닐링 레이저 빔을 상기 가공 대상물의 소정 영역에 조사하는 단계;를 포함하는 레이저 어닐링 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가공 대상물 및 상기 어닐링 레이저 빔 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 더 포함하는 레이저 어닐링 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 어닐링 레이저 빔을 구성하는 상기 레이저 빔들의 펄스 사이의 시간 간격을 변화시킴으로써 상기 가공 대상물 내에 상기 어닐링 레이저 빔이 도달하는 깊이를 조절하는 레이저 어닐링 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저 빔들의 펄스 사이의 시간 간격은 모두 동일하거나 또는 상기 레이저 빔들의 시간 간격 중 적어도 일부 시간 간격은 다른 시간 간격과는 다른 레이저 어닐링 방법
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 어닐링 레이저 빔을 구성하는 상기 레이저 빔들의 세기는 모두 동일하거나 또는 상기 레이저 빔들 중 적어도 일부는 다른 레이저 빔들과는 세기가 다른 레이저 어닐링 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 빔들 각각은 1300ns 이하의 반치폭(FWHM)을 가지는 펄스를 포함하는 레이저 어닐링 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 가공 대상물은 반도체 기판을 포함하는 레이저 어닐링 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 어닐링 레이저 빔의 조사에 의해 상기 반도체 기판 내에 주입된 불순물이 활성화되는 레이저 어닐링 방법.
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