KR20170037633A - 스캐닝형 펄스 어닐링 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
기판을 열 처리하기 위한 장치, 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 펄스화된 전자기 에너지의 소스는 적어도 100Hz의 레이트로 펄스들을 생성할 수 있다. 이동가능한 기판 지지체가 전자기 에너지의 펄스들에 대하여 기판을 이동시킬 수 있다. 광학 시스템이 에너지 소스와 이동가능한 기판 지지체 사이에 배치될 수 있고, 전자기 에너지의 펄스들을 직사각형 프로파일을 향하여 성형하는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 제어기는 선택된 펄스 레이트로 에너지의 펄스들을 생성하라고 전자기 에너지의 소스에 명령할 수 있다. 제어기는, 선택된 에지에 평행한 라인을 따른 모든 지점이 미리 결정된 개수의 전자기 에너지의 펄스들을 수취하게, 선택된 속도로 직사각형 프로파일의 선택된 에지에 평행한 방향으로 스캐닝하라고 이동가능한 기판 지지체에 또한 명령할 수 있다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명의 실시예들은 기판을 열 처리하는 것에 관한 것이다.
반도체 디바이스들은 장래의 성능 요건들을 충족시키기 위해 계속해서 축소된다. 지속적인 스케일링이 실현되도록 하기 위해, 도핑된 소스 및 드레인 접합들의 엔지니어링은 매우 작은 결정 격자 내에서의 단일 원자들의 배치 및 이동에 포커싱해야 한다. 예를 들어, 일부 장래의 디바이스 설계들은 100개 미만의 원자를 포함하는 채널 영역들을 고려한다. 이러한 엄격한 요건들에 대하여, 도펀트 원자들의 배치를 수 원자 반경(a few atomic radii) 내로 제어하는 것이 필요하다.
현재, 도펀트 원자들의 배치는, 도펀트들을 실리콘 기판들의 소스 및 드레인 영역들 내에 주입한 다음 기판들을 어닐링하는 프로세스들에 의해 제어된다. 도펀트들은 실리콘 매트릭스에서 전기 전도율을 증대시키거나, 결정 구조에 대한 손상을 유도하거나, 또는 층들 간의 확산을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 붕소(B), 인(P), 비소(As), 코발트(Co), 인듐(In) 및 안티모니(Sb)와 같은 원자들이 증대된 전도율을 위해 이용될 수 있다. 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 및 아르곤(Ar)은 결정 손상을 유도하기 위해 이용될 수 있다. 확산 제어를 위해서는, 탄소(C), 불소(F) 및 질소(N)가 통상적으로 이용된다. 어닐링 동안, 기판은, 기판에 정의되는 복수의 IC 디바이스에서 다양한 화학적 및 물리적 반응들이 일어날 수 있도록 전형적으로 고온으로 가열된다. 어닐링은 사전에 비정질로 되어 있던 기판의 영역들로부터 더 결정질인 구조를 재생성하고, 도펀트들의 원자들을 기판의 결정질 격자에 통합함으로써 도펀트들을 "활성화"한다. 결정 격자를 규칙화(ordering)하고 도펀트들을 활성화하면, 도핑된 영역들의 비저항이 감소된다. 어닐링과 같은 열 프로세스들은 짧은 시간량 내에 비교적 많은 양의 열 에너지를 기판 상으로 지향시키는 것, 및 그 이후에 기판을 급속하게 냉각하여 열 프로세스를 종료하는 것을 수반한다. 한동안 널리 이용되었던 열 프로세스들의 예들은 급속 열 처리(RTP) 및 임펄스(스파이크) 어닐링을 포함한다.
펄스 트레인 어닐링 프로세스에서, 반도체 디바이스의 요구된 영역들 내에서 짧은 거리에 걸쳐 기판으로부터 손상을 제거하는 것 및 도펀트들의 제어된 확산을 허용하기 위해 에너지의 일련의 순차적인 펄스들로 에너지가 전달된다. 일례에서, 짧은 거리는 약 1 격자 평면(lattice plane) 내지 수십 격자 평면이다. 이러한 예에서, 단일 펄스 동안 전달되는 에너지의 양은 단지 단일 격자 평면의 부분인 평균 확산 깊이를 제공하기에 충분할 뿐이고, 따라서 어닐링 프로세스는 요구된 양의 도펀트 확산 또는 격자 손상 정정을 달성하기 위해 복수의 펄스를 요구한다. 따라서, 각각의 펄스는 기판의 부분 내에서 완전한 마이크로-어닐링 프로세스를 달성한다고 말할 수 있다. 다른 예에서, 순차적인 펄스들의 개수는 약 30개의 펄스와 약 100,000개의 펄스 사이에서 변할 수 있고, 이러한 펄스들 각각은 약 1 나노초(nsec) 내지 약 10 밀리초(msec)의 지속기간을 갖는다. 다른 예들에서, 각각의 펄스의 지속기간은 10 msec 미만, 예컨대 약 1 msec 내지 약 10 msec, 또는 약 1 nsec 내지 약 10 마이크로초(μsec)일 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 펄스의 지속기간은 약 1 nsec 내지 약 10 nsec, 예컨대 약 1 nsec일 수 있다.
각각의 마이크로-어닐링 프로세스는, 소정의 지속기간 동안 기판의 부분을 어닐링 온도로 가열한 다음, 어닐링 에너지가 기판 내에서 완전하게 소산(dissipate)되는 것을 허용하는 것을 특징으로 한다. 전해지는 에너지는 어닐링 영역 내에서의 원자들의 움직임(motion)을 여기시키고, 후속하여 어닐링 영역은 에너지가 소산된 이후에 동결된다. 어닐링 영역 바로 아래의 영역은 실질적으로 순수한 규칙화된 결정(pure ordered crystal)이다. 펄스로부터의 에너지가 기판을 통해 전파됨에 따라, 규칙화된 영역에 가장 가까운 격자간 원자들(interstitial atoms)(도펀트 또는 실리콘)은 격자 위치들로 조금씩 움직인다(nudged). 바로 인접한 격자 위치들 내로 규칙화되지 않은 다른 원자들은 비규칙화된 영역을 향하여 그리고 규칙화된 영역으로부터 멀리 상향 확산되어, 점유할 가장 가까운 이용가능한 격자 위치들을 찾는다. 추가적으로, 도펀트 원자들은 기판의 표면 근처의 고농도 영역들로부터 기판 내의 더 깊은 저농도 영역들로 확산된다. 각각의 연속적인 펄스는, 규칙화된 영역을 어닐링 영역 아래의 규칙화된 영역으로부터 기판의 표면을 향하여 상향으로 성장시키고, 도펀트 농도 프로파일을 평활화한다. 이러한 프로세스는 에피택셜 결정 성장으로 지칭될 수 있는데, 왜냐하면 이러한 프로세스는 층별로(layer by layer) 진행하고, 에너지의 각각의 펄스가 수개 내지 수십개의 어닐링의 격자 평면들을 달성하기 때문이다.
다양한 실시예들에서, 기판을 열 처리하기 위한 장치는 펄스화된 전자기 에너지(pulsed electromagnetic energy)의 소스를 포함할 수 있다. 이 소스는 적어도 100Hz의 레이트로 에너지를 펄스화할 수 있다. 이 장치는 이동가능한 기판 지지체를 또한 포함할 수 있다. 이 장치는 전자기 에너지의 소스와 이동가능한 기판 지지체 사이에 배치된 광학 시스템을 또한 포함할 수 있다. 광학 시스템은 전자기 에너지의 펄스들을 직사각형 프로파일을 향하여 성형하는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이 장치는, 선택된 펄스 레이트로 전자기 에너지의 펄스들을 생성하라고 전자기 에너지의 소스에 명령할 수 있는 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는, 선택된 에지에 평행한 라인을 따른 모든 지점이 미리 결정된 개수의 전자기 에너지의 펄스들을 수취하도록, 이동가능한 기판 지지체에게 선택된 속도로 직사각형 프로파일의 선택된 에지에 평행한 방향으로 스캐닝하라고 또한 명령할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 복수의 다이를 위에 갖는 기판을 처리하는 방법은 펄스화된 레이저 소스의 광학 경로에 걸쳐 기판을 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은, 동시에, 복수의 레이저 펄스 중 제1 펄스의 조명된 영역이 복수의 레이저 펄스 중 제2 펄스의 조명된 영역과 중첩하도록 복수의 레이저 펄스를 기판에 전달하는 단계를 또한 포함할 수 있고, 복수의 레이저 펄스 중의 각각의 펄스는 약 100 nsec 미만의 지속기간을 갖고, 기판 상의 복수의 다이 상의 모든 위치는 적어도 약 250 mJ/㎠의 조명 에너지를 수취한다.
다양한 실시예들에 따르면, 복수의 다이를 위에 포함하는 기판을 열 처리하기 위한 장치는 적어도 1,000Hz의 레이트로 펄스화하는 펄스화된 전자기 에너지의 소스를 포함할 수 있다. 이 장치는 이동가능한 기판 지지체를 또한 포함할 수 있다. 이 장치는 전자기 에너지의 소스와 이동가능한 기판 지지체 사이에 배치된 광학 시스템을 또한 포함할 수 있다. 광학 시스템은 전자기 에너지의 펄스들을 직사각형 프로파일을 향하여 성형하는 컴포넌트들을 포함한다. 이 장치는, 선택된 펄스 레이트로 전자기 에너지의 펄스들을 생성하라고 전자기 에너지의 소스에 명령하도록 구성된 제어기를 또한 포함한다. 제어기는, 동시에, 선택된 에지에 평행한 라인을 따른 복수의 다이 상의 모든 지점이 미리 결정된 개수의 전자기 에너지의 펄스들을 수취하게, 선택된 속도로 직사각형 프로파일의 선택된 에지에 평행한 방향으로 스캐닝하라고 이동가능한 기판 지지체에 명령하도록 또한 구성된다.
도 1은 일 실시예에 따른 열 처리 장치의 개략도이다.
도 2a는 기판이 전자기 에너지의 펄스 하에서 제1 위치에 위치되는 본 발명의 일 실시예를 예시하는 등축도이다.
도 2b는 기판이 전자기 에너지의 펄스 하에서 제2 위치에 위치되는 본 발명의 일 실시예를 예시하는 등축도이다.
도 2c는 기판이 전자기 에너지의 펄스 하에서 제3 위치에 위치되는 본 발명의 일 실시예를 예시하는 등축도이다.
도 2d는 기판이 전자기 에너지의 펄스 하에서 제4 위치에 위치되는 본 발명의 일 실시예를 예시하는 등축도이다.
도 3a는 제1 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 3b는 제2 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 3c는 제3 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 3d는 제4 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 3e는 제5 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 4는 요구된 테이블 속도를 달성하기 위한 전자기 에너지의 펄스들에 대한 예시적인 구성들을 예시하는 차트이다.
도 5는 기판을 열 처리하기 위한 방법의 블록도이다.
도 2a는 기판이 전자기 에너지의 펄스 하에서 제1 위치에 위치되는 본 발명의 일 실시예를 예시하는 등축도이다.
도 2b는 기판이 전자기 에너지의 펄스 하에서 제2 위치에 위치되는 본 발명의 일 실시예를 예시하는 등축도이다.
도 2c는 기판이 전자기 에너지의 펄스 하에서 제3 위치에 위치되는 본 발명의 일 실시예를 예시하는 등축도이다.
도 2d는 기판이 전자기 에너지의 펄스 하에서 제4 위치에 위치되는 본 발명의 일 실시예를 예시하는 등축도이다.
도 3a는 제1 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 3b는 제2 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 3c는 제3 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 3d는 제4 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 3e는 제5 위치에서 전자기 에너지의 펄스가 위에 배열되는 기판의 상부도이다.
도 4는 요구된 테이블 속도를 달성하기 위한 전자기 에너지의 펄스들에 대한 예시적인 구성들을 예시하는 차트이다.
도 5는 기판을 열 처리하기 위한 방법의 블록도이다.
일반적으로, 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "기판들"이라는 용어는 소정의 자연적인 전기 전도 능력을 갖는 임의의 재료, 또는 전기를 전도하는 능력을 제공하도록 수정될 수 있는 재료로 형성될 수 있는 개체들을 지칭한다. 전형적인 기판 재료들은 반도체들, 예컨대 실리콘(Si) 및 게르마늄(Ge)뿐만 아니라, 반도체성(semiconducting) 속성들을 나타내는 다른 화합물들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 반도체 화합물들은 일반적으로 Ⅲ-Ⅴ족 및 Ⅱ-Ⅵ족 화합물들을 포함한다. 대표적인 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 화합물들은 갈륨 비화물(GaAs), 갈륨 인화물(GaP) 및 갈륨 질화물(GaN)을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일반적으로, "반도체 기판들"이라는 용어는 벌크 반도체 기판들뿐만 아니라, 퇴적 층들이 위에 배치되어 있는 기판들을 포함한다. 이를 위해, 본 발명의 방법들에 의해 처리되는 일부 반도체 기판들에서의 퇴적 층들은 호모에피택셜(homoepitaxial)(예를 들어, 실리콘 상의 실리콘(silicon on silicon)) 또는 헤테로에피택셜(heteroepitaxial)(예를 들어, 실리콘 상의 GaAs(GaAs on silicon)) 성장에 의해 형성된다. 예를 들어, 본 발명의 방법들은 헤테로에피택셜 방법들에 의해 형성된 갈륨 비화물 및 갈륨 질화물 기판들과 함께 이용될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 방법들은, 절연성 기판들(예를 들어, SOI(silicon-on-insulator) 기판들) 상에 형성된 비교적 얇은 결정질 실리콘 층들 상에 집적 디바이스들, 예컨대 박막 트랜지스터들(TFT들)을 형성하는 데에도 또한 적용될 수 있다. 추가적으로, 이러한 방법들은 태양 전지들과 같은 광기전 디바이스들을 제조하는 데에 이용될 수 있다. 이러한 디바이스들은 전도성, 반전도성(semiconductive) 또는 절연성 재료들의 층들을 포함할 수 있고, 다양한 재료 제거 프로세스들을 이용하여 패터닝될 수 있다. 전도성 재료들은 일반적으로 금속들을 포함한다. 절연성 재료들은 일반적으로 금속들 또는 반도체들의 산화물들, 또는 도핑된 반도체 재료들을 포함할 수 있다.
도 1은 기판들의 레이저 처리를 위한 시스템(100)의 평면도이다. 시스템(100)은 복수의 펄스화된 레이저 펄스를 생성하는 복수의 펄스화된 레이저 소스를 갖는 에너지 입력 모듈(102); 하나 이상의 펄스 제어기(105)를 포함할 수 있고, 개별적인 펄스화된 레이저 펄스들을 결합 펄스화된 레이저 펄스들(combination pulsed laser pulses)로 결합하고, 결합 펄스화된 레이저 펄스들의 강도, 주파수 특성 및 극성 특성을 제어하는 펄스 제어 모듈(104); 하나 이상의 펄스 셰이퍼(pulse shapers)(107)를 포함할 수 있고, 결합 펄스화된 레이저 펄스들 중의 펄스들의 시간적 프로파일을 조절하는 펄스 성형 모듈(106); 펄스들의 공간 에너지 분포를 조절하여, 결합 펄스화된 레이저 펄스들을 단일의 균일한 에너지 필드로 중첩시키는 균질화기(108); 에너지 필드로부터 잔류 에지 불균일성(residual edge non-uniformity)을 제거하는 애퍼쳐 부재(116); 및 기판 지지체(110) 상에 배치된 기판과 레이저 에너지 필드의 정밀 정렬을 허용하는 정렬 모듈(118)을 포함한다. 레이저 펄스들의 생성을 제어하기 위해 에너지 모듈(102)에, 펄스 특성들을 제어하기 위해 펄스 제어 모듈(104)에, 그리고 에너지 필드에 대한 기판의 이동을 제어하기 위해 기판 지지체(110)에 제어기(112)가 결합된다. 인클로저(114)가 전형적으로 시스템(100)의 동작 컴포넌트들을 인클로징한다.
레이저들은 고전력 레이저 복사의, 예를 들어 약 100 nsec 미만의 지속기간을 갖는 짧은 펄스들을 형성할 수 있는 임의의 타입의 레이저일 수 있다. 전형적으로, 약 30 초과의 M2와 500개 초과의 공간 모드(spatial modes)를 갖는 하이 모달리티 레이저들(high modality lasers)이 이용된다. Nd:YAG, Nd:유리, 티타늄-사파이어 또는 다른 희토류 도핑된 결정 레이저들과 같은 고체 상태 레이저들이 빈번하게 이용되지만, 엑시머 레이저들, 예를 들어 XeCl2, ArF 또는 KrF 레이저들과 같은 가스 레이저들이 이용될 수 있다. 레이저들은 예를 들어 q-스위칭(수동 또는 능동), 게인 스위칭(gain switching) 또는 모드 잠금(mode locking)에 의해 스위칭될 수 있다. 레이저에 의해 방출되는 빔을 인터럽트함으로써 펄스들을 형성하기 위해 레이저의 출력 부근에서 포켈스 셀이 또한 이용될 수 있다. 일반적으로, 펄스화된 레이저 처리를 위해 이용가능한 레이저들은, 약 1 nsec 내지 약 100 μsec의 지속기간에서 약 100 밀리줄(mJ) 내지 약 10 줄(J)의 에너지 양(energy content)을 갖는 레이저 복사의 펄스들을 생성할 수 있다. 레이저들은 약 200㎚ 내지 약 2,000㎚, 예컨대 약 400㎚ 내지 약 1,000㎚, 예를 들어 약 532㎚의 파장을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 레이저들은 q-스위칭된 주파수 배가형 Nd:YAG 레이저들(q-switched frequency-doubled Nd:YAG lasers)이다. 레이저들은 모두 동일한 파장에서 동작할 수 있거나, 또는 레이저들 중 하나 이상은 에너지 모듈(102)에서의 다른 레이저들과는 상이한 파장들에서 동작할 수 있다. 레이저들은 요구된 전력 레벨들을 전개(develop)하기 위해 증폭될 수 있다. 대부분의 경우, 증폭 매질(amplification medium)은 레이징 매질(lasing medium)과 동일하거나 유사한 조성일 것이다. 각각의 개별 레이저 펄스는 통상적으로 단독으로 증폭되지만, 일부 실시예들에서는 모든 레이저 펄스는 결합 이후에 증폭될 수 있다.
기판에 전달되는 전형적인 레이저 펄스는 복수의 레이저 펄스의 결합이다. 복수의 펄스는 제어된 시간들에서 그리고 서로에 대해 제어된 관계로 발생되고, 그에 의해, 결합될 때, 제어된 에너지 상승, 지속기간 및 쇠퇴(decay)와, 에너지 불균일성의 제어된 공간 분포를 수반하는, 제어된 시간적 및 공간적 에너지 프로파일을 갖는 레이저 복사의 단일 펄스가 발생한다. 제어기(112)는, 각각의 레이저로부터의 펄스들의 발생을 제어하기 위해, 각각의 레이저, 예를 들어 각각의 레이저의 각각의 스위치에 결합되는, 예를 들어 전압 소스에 결합된 전자 타이머와 같은 펄스 발생기를 가질 수 있다.
도 2a는 에너지 소스(220)가 기판(202)의 요구된 영역들을 어닐링하기 위해 기판(202)의 정의된 영역 또는 어닐링 영역(222) 상에 소정량의 에너지를 투영하도록 적응되는 본 발명의 일 실시예의 등축도를 예시한다. 일례에서, 기판(202)은, 스테이지(240)(즉, 기판 지지체) 상의 기판(202)을 전자기 에너지 소스(220)의 출력에 대하여 병진(translating)시키고/시키거나(예를 들어, 종래의 X/Y 스테이지, 정밀 스테이지(precision stages)) 복사 소스(220)의 출력을 기판(202)에 대해 병진시킴으로써, 전자기 에너지(즉, 복사) 소스(220) 아래에서 이동된다. 전형적으로, 별개의 정밀 스테이지(도시되지 않음)의 일부일 수 있는 하나 이상의 종래의 전기 액추에이터(예를 들어, 선형 모터, 리드 스크류(lead screw) 및 서보 모터)가 기판(202)의 이동 및 위치를 제어하기 위해 이용된다. 기판(202)을 지지하고 위치시키기 위해 이용될 수 있는 종래의 정밀 스테이지들은 캘리포니아주 로너트 파크에 있는 Parker Hannifin Corporation으로부터 구입될 수 있다.
일 양태에서, 어닐링 영역(222) 및 이 어닐링 영역에 전달되는 복사는 기판(202)의 표면 상에 형성되는 반도체 디바이스들(예를 들어, 메모리 칩) 또는 다이(204)(예를 들어, 도 2a 내지 도 2d에는 40개의 "다이(204)"가 도시되어 있음)의 제1 치수에 매칭하도록 크기가 정해진다. 일 양태에서, 어닐링 영역(222)의 제1 치수는 기판 상의 각각의 다이(204)의 경계를 정의하는 "커프(kerf)" 또는 "스크라이브(scribe)" 라인들(206) 내에 맞도록 정렬되고 크기가 정해진다. 예를 들어, (화살표(244)의 방향에서의) 커프들(206) 사이의 치수는 25mm 또는 33mm일 수 있고, 따라서 어닐링 영역(222)의 제1 치수는 각각 25mm 또는 33mm일 수 있다. 어닐링 영역(222)의 (화살표(242)의 방향에서의) 제2 치수는 제1 치수보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 치수는 대략 250㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 어닐링 프로세스를 수행하기 이전에, 기판(202)은 기판(202)의 표면 상에서 전형적으로 발견되는 정렬 마크들 및 다른 종래의 기법들을 이용하여 에너지 소스(220)의 출력에 정렬되고, 그에 의해 어닐링 영역(222)은 기판(202) 상의 다이(204)에 적절하게 정렬될 수 있다. 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 테이블(240)은, 다이(204)의 로우(또는 컬럼)가 어닐링 영역(222) 아래를 지나가도록 기판(202)을 어닐링 영역(222) 아래에서 이동시키기 위해 화살표(242)의 방향으로 이동, 예를 들어 스캐닝될 수 있다. 예를 들어, 기판(202)은 8개의 컬럼(210a-210h)을 갖고, 도 2a 내지 도 2d는 컬럼(210d)의 부분이 어닐링 영역(222) 아래를 지나가는 것을 예시한다. 테이블(240)은 다이(204)의 컬럼들(210a-210h) 사이를 이동하기 위해 화살표(244)의 방향으로 이동할 수 있다. 전자기 에너지 소스(220)가 제1 레이트로 어닐링 영역(222)에 전자기 에너지의 펄스들을 전달할 때, 테이블(240)은 컬럼 또는 로우에서의 다이(204) 상의 모든 지점이 미리 결정된 개수의 전자기 펄스들을 수취하도록 제2 레이트로 이동할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 전자기 에너지 소스(220) 및 테이블(240)은, 테이블(240)의 이동 및 전자기 에너지 소스(220)로부터의 에너지의 펄스들을 명령하고 조정하는 제어기(230)에 접속될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 전자기 에너지 소스(220) 및 테이블(240)은 하나 이상의 전용 제어기에 의해 별개로 제어될 수 있고, 제어기(230)는 전자기 에너지의 펄스들 및 테이블(240)의 이동을 조정한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 어닐링 프로세스는 어닐링 영역(222)이 기판(202)에 작용(impinging)하지 않도록 테이블(240)이 위치되는 것으로 시작할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 어닐링 프로세스는 다이(204)를 포함하지 않는 기판(202)의 부분에 어닐링 영역(222)이 작용하는 것으로 시작할 수도 있다. 도 2a는 어닐링 영역(222)이 테이블(240)에 작용하고 다이(204)의 컬럼(210d)과 정렬되는 것을 예시한다. 위에서 그리고 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 전자기 에너지 소스(220)는 제1 레이트로, 예컨대 초당 10,000회(10,000Hz)로 어닐링 영역(222) 상에 전자기 에너지를 펄스화할 수 있다. 도 2b 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 전자기 에너지 소스(220)가 전자기 에너지를 펄스화할 때, 테이블(240)은, 어닐링 영역(222)이 다이의 컬럼(210d)에서의 모든 지점 위를 지나가고 컬럼(210d)에서의 각각의 지점이 미리 결정된 개수의 전자기 에너지의 펄스들을 수취하도록 기판(202)을 화살표(242)의 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 기판(202)의 부분의 상부도를 예시한다. 도시된 기판(202)의 부분은 6개의 다이(204) 및 그 사이의 커프들(206)의 부분들을 포함한다. 커프들(206)은 (제1 방향을 따른 커프들에 대해) 폭 W1 그리고 (제1 방향에 수직인 제2 방향을 따른 커프들에 대해) 폭 W2를 정의할 수 있다. 폭 W1 및 W2는 동일하거나 상이할 수 있다. 어닐링 영역(222)은 기판(202)에 작용한다. 어닐링 영역(222)은 실질적으로 직사각형 프로파일을 가질 수 있다. 어닐링 영역(222)은 커프들(206) 사이의 거리와 실질적으로 동일할 수 있는 제1 치수 D1을 포함한다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3e에 도시된 제1 치수 D1은 커프들(206)의 정중선들(점선들(207)에 의해 표시됨) 사이의 거리와 대략 동일하다. 예를 들어, 특정 기판들(202)에 대해, 다이(204)의 대향 측들 상의 커프들(206)의 정중선들(207) 사이의 거리들은 25mm일 수 있다. 이러한 기판들에 대해, 치수 D1은 대략 25mm일 수 있다. 다른 예로서, 특정 기판들(202)에 대해, 다이(204)의 대향 측들 상의 커프들(206)의 정중선들(207) 사이의 거리들은 33mm일 수 있다. 이러한 기판들에 대해, 치수 D1은 대략 33mm일 수 있다. 아래에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 어닐링 영역(222)의 제2 치수 D2는 전자기 에너지 소스(220)의 펄스 레이트, 화살표(242)의 방향으로의 테이블(240)의 이동의 레이트, 및 기판(202)의 임의의 지점(예를 들어, 도 3a 내지 도 3e에서의 지점 P)에 작용하도록 요구되는 펄스들의 개수에 종속할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제2 치수 D2는 대략 250 나노미터(nm)일 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 어닐링 영역(222)은 실질적으로(즉, 거의) 직사각형 프로파일을 포함할 수 있다. 전자기 에너지 소스(220)는 거의 직사각형 프로파일을 갖도록 전자기 에너지를 성형할 수 있는 광학 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어닐링 영역(222)은 직선-에지 코너들보다는 오히려 둥근(rounded) 코너들(224)을 가질 수 있다. 그러나, 이러한 둥근 코너들(224)은, 둥근 코너들(224)이 커프들(206)에 위치되는 경우에 다이(204) 상의 어닐링 영역(222)에서의 전자기 에너지의 균일성에 영향을 미치지 않을 것이다. 유사하게, 어닐링 영역(222)은 예리한 경계들을 갖지 않을 수 있다. 오히려, 어닐링 영역(222)을 둘러싸는 작은 영역이 존재할 수 있고, 여기에는 전자기 에너지 소스(220)로부터의 소량의 전자기 에너지가 도달한다. 그러나, 기판(202)의 가열에 있어서의 임의의 증가는, 어닐링 영역(222)에서 작용하는 전자기 에너지에 의해 발생되는 기판에서의 열이 어닐링 영역(222)으로부터 외측으로 확산하는 것에 의해 야기되는 전도성 가열에 대해 매우 적다. 따라서, 이러한 어닐링 영역(222)의 경계들 밖의 외부 전자기 에너지는 무시될 수 있다.
도 3a 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 테이블(240) 및 기판(202)은, 임의의 지점(예를 들어, 지점 P)이 미리 결정된 개수의 전자기 에너지의 펄스들을 수취하도록 미리 결정된 레이트로 화살표(242)의 방향으로 스캐닝(즉, 이동)될 수 있다. 테이블(240) 및 기판(202)이 일정한 속도로 이동되는 경우, 어닐링 영역(222)은 전자기 에너지의 펄스 동안 기판(202)에 걸쳐 "스미어링(smear)"될 수 있다. 펄스의 시작에서, 어닐링 영역은 실선 영역(222)에 의해 도시된 바와 같이 위치될 수 있다. 펄스의 끝에서(예를 들어, 75 나노초 뒤에), 기판(202)은 어닐링 영역이 점선 영역(222')에 의해 도시된 바와 같이 위치될 수 있도록 화살표(242)의 방향으로 이동되어 있다. 그러나, 펄스들은 일반적으로 이러한 스미어링이 작을 수 있을 만큼 충분히 짧고, "스미어링"은 기판(202)이 어닐링 영역(222) 아래를 지나감에 따라 복수의 펄스에 걸쳐 평균화될 수 있다.
도 3a 내지 도 3e에 도시된 예에서, 다이 상의 임의의 지점은 전자기 에너지 소스(220)로부터의 전자기 에너지의 3개의 펄스를 수취한다. 다양한 경우들에서, 각각의 지점은 전자기 에너지의 10개 이상의 펄스를 수취할 수 있다. 도 3a는 기판(202)의 다이(204) 상의 지점 P를 예시한다. 지점 P는 테이블(240)과 기판(202)의 (화살표(242)에 의해 표시된) 이동의 방향에 평행한 라인 L을 따라 놓인다. 지점 P 및 라인 L의 배치는 임의적이고, 예시의 목적으로 도시되어 있을 뿐이다. 도 3a는 지점 P가 어닐링 영역(222) 내에 있기 직전의 제1 전자기 에너지 펄스 동안의 어닐링 영역(222)에 대한 기판(202)의 위치를 예시한다. 도 3b는 (제1 전자기 에너지 펄스 직후의) 제2 전자기 에너지 펄스 동안의 어닐링 영역(222)에 대한 기판(202)의 위치를 예시한다. 제2 전자기 에너지 펄스 동안, 지점 P는 어닐링 영역(222)의 제1 또는 전방 부분 내에 있다. 도 3c는 (제2 전자기 에너지 펄스 직후의) 제3 전자기 에너지 펄스 동안의 어닐링 영역(222)에 대한 기판(202)의 위치를 예시한다. 제3 전자기 에너지 펄스 동안, 지점 P는 어닐링 영역(222)의 제2 또는 중간 부분 내에 있다. 도 3d는 (제3 전자기 에너지 펄스 직후의) 제4 전자기 에너지 펄스 동안의 어닐링 영역(222)에 대한 기판(202)의 위치를 예시한다. 제4 전자기 에너지 펄스 동안, 지점 P는 어닐링 영역(222)의 제3 또는 후방 부분 내에 있다. 도 3e는 (제4 전자기 에너지 펄스 직후의) 제5 전자기 펄스 동안의 어닐링 영역(222)에 대한 기판(202)의 위치를 예시한다. 제5 전자기 에너지 펄스 동안, 지점 P는 다시 어닐링 영역(222) 밖에 있다. 따라서, 기판(202) 상의 지점 P가 어닐링 영역(222)을 통해 지나감에 따라, 지점 P는 전자기 에너지 소스(220)로부터 전자기 에너지의 3개의 펄스를 수취한다.
다양한 실시예들에서, 어닐링 영역(222)에서의 에너지 밀도는 실질적으로 국지적(regional)일 수 있다. 예를 들어, 에너지 밀도는 어닐링 영역(222)에서의 모든 지점들에서 대략 동일할 수 있다(예를 들어, 250 mJ/㎠). 다양한 다른 실시예들에서, 어닐링 영역(222)에서의 에너지 밀도는 변할 수 있다. 예를 들어, 어닐링 영역(222)의 전방 부분은 제1 에너지 밀도를 가질 수 있고, 어닐링 영역(222)의 중간 부분은 제2 에너지 밀도를 가질 수 있고, 어닐링 영역(222)의 후방 부분은 제3 에너지 밀도를 가질 수 있다.
도 4는 위에서 설명된 바와 같이 펄스 어닐링을 위한 전자기 에너지를 제공하기 위해 하나 이상의 레이저를 이용하기 위한 예시적인 구성들의 테이블(300)이다. 각각의 예시적인 구성에서, 스테이지(예를 들어, 도 2a에 도시된 스테이지(240))의 테이블 속도는 기판들에 대해 허용가능한 처리 레이트를 유지하기 위해 대략 1 미터/초이다. 테이블의 로우(302)는 하나 이상의 레이저의 펄스 에너지가 400 mJ인 제1의 예시적인 구성을 예시한다. 예를 들어, 레이저 모듈을 통해 함께 결합된 8개의 400W 레이저(532 나노미터 파장)는 75 나노초 동안 지속되는 펄스들을 생성할 수 있고, 각각의 펄스는 400 mJ의 에너지를 출력할 수 있다. 요구된 펄스 에너지 밀도가 250 mJ/㎠인 경우, 기판(예를 들어, 기판(202))에 작용하는 펄스의 면적은 1.6 ㎠이다. 다양한 경우들에서, 기판 상의 스크라이브 라인들 간의 거리는 25mm일 수 있다. 기판에 작용하는 펄스의 폭이 25mm인 경우, 1.6 ㎠의 면적을 달성하기 위해 펄스의 깊이는 6,400㎛일 것이다. 위치(예를 들어, 도 3a 내지 도 3e에 도시된 위치 P)당 10개의 펄스가 요구되는 경우, 1,565Hz의 펄스 레이트를 이용함으로써 1 m/s의 테이블 속도가 달성될 수 있다. 테이블(300)의 로우(304)를 참조하면, 10,000Hz의 펄스 레이트가 요구되는 경우, 위치당 64개의 펄스를 인가함으로써 1 m/s의 테이블 속도가 달성될 수 있다. 대안적으로, 로우(304)에서의 위치당 펄스들의 개수가 감소될 수 있고, 이는 테이블 속도에서의 증가를 초래한다.
테이블(300)의 로우(306)는 기판에 작용하는 펄스의 폭이 100mm인 예시적인 구성을 예시한다. 예를 들어, 100mm 펄스가 다이들의 4개의 인접 컬럼(예를 들어, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 다이들(204)의 컬럼들(210c, 210d, 210e 및 210f))에 작용할 수 있다. 1.6 ㎠의 펄스 면적을 유지하기 위해서, 펄스 깊이는 1,600㎛로 감소된다. 펄스 레이트가 10,000Hz이고, 요구된 테이블 속도가 1 m/s인 경우, 기판 상의 각각의 위치는 16개의 펄스를 수취할 수 있다.
테이블(300)의 로우들(308 및 310)은 하나 이상의 레이저의 펄스 에너지가 100 mJ인 예시적인 구성을 예시한다. 요구된 250 mJ/㎠ 펄스 에너지 밀도를 유지하기 위해서, 펄스 면적은 0.4 ㎠로 감소된다. 기판에 작용하는 펄스의 폭이 25mm인 경우, 결과적인 펄스 폭은 1,600㎛이다. 로우(308)에서, 펄스 레이트는 10,000Hz이다. 1 m/s의 테이블 속도를 유지하기 위해서, 기판 상의 각각의 위치는 16개의 펄스를 수취할 수 있다. 로우(310)를 참조하면, 펄스 레이트가 4,000Hz로 감소되는 경우, 기판 상의 각각의 위치는 1 m/s 테이블 속도를 달성하면서 6개의 펄스를 수취할 수 있다.
도 4의 테이블(300)에 도시된 예시적인 구성들은 예시들일 뿐이다. 특정 응용에 대해 스루풋 속도, 요구되는 펄스들의 개수 등을 충족시키는 다양한 다른 구성들이 본 개시내용에 의해 고려된다. 구체적으로, 도 4에 도시된 예시적인 실시예들은 모두 1 m/sec의 테이블 속도에 입각한 것이다. 다른 테이블 속도들이 요구되는 경우, 다양한 특성들 및 파라미터들이 그에 따라 변경될 수 있다.
도 5는 기판을 열 처리하기 위한 방법(400)의 블록도를 예시한다. 블록(402)에서, 기판은 펄스화된 레이저 소스의 광학 경로 하에서 스캐닝하기 위해 배열된다. 예를 들어, 기판(예를 들어, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 기판(202))은 광학 경로(예를 들어, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 어닐링 영역(222))에 대해 이동가능한 스테이지(예를 들어, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 스테이지(240)) 상에 배치될 수 있다. 블록(404)에서, 기판은, 기판 상의 다이들의 적어도 하나의 컬럼이 광학 경로와 정렬되지만 어떠한 다이들도 광학 경로에 있지 않도록 위치된다. 예를 들어, 도 2a는 광학 경로(222)가 기판(202) 상의 다이들(204)의 컬럼(210d)과 정렬된 것을 예시한다. 그러나, 스테이지(240)는 기판(202)이 광학 경로로부터 멀리 위치되도록 위치된다. 블록(406)에서, 레이저 펄스들이 개시된다. 광학 경로(222)는 레이저 펄스들이 특정 에너지 밀도, 예컨대 250 mJ/㎠를 갖도록 성형된다. 레이저 펄스들이 개시되고 나면, 블록(408)에서, 기판은 다이들의 적어도 하나의 컬럼을 따라 광학 경로에 걸쳐 스캐닝된다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2d는 컬럼(210d)에서의 다이들(204)의 부분이 광학 경로(222)에 걸쳐 스캐닝되도록 스테이지(240)가 화살표(242)의 방향으로 이동되는 것을 예시한다. 다양한 응용들에서, 허용가능한 기판 출력 레벨들을 유지하기 위해 적어도 1 미터/초의 스캐닝 레이트가 유리할 수 있다. 다이들의 전체 컬럼이 광학 경로에 걸쳐 스캐닝된 이후에, 블록(410)에서, 레이저 펄스들이 중단될 수 있다. 다음에, 기판은 상이한 적어도 하나의 컬럼이 광학 경로와 정렬되도록 정렬될 수 있고, 그 컬럼에 대해 블록들(406)이 반복될 수 있다.
Claims (15)
- 기판을 열 처리하기 위한 장치로서,
적어도 100Hz의 레이트로 펄스화하는 펄스화된 전자기 에너지(pulsed electromagnetic energy)의 소스;
이동가능한 기판 지지체;
상기 전자기 에너지의 소스와 상기 이동가능한 기판 지지체 사이에 배치된 광학 시스템 - 상기 광학 시스템은 전자기 에너지의 펄스들을 직사각형 프로파일을 향하여 성형하는 컴포넌트들을 포함함 -; 및
제어기
를 포함하고,
상기 제어기는,
선택된 펄스 레이트로 전자기 에너지의 펄스들을 생성하라고 상기 전자기 에너지의 소스에 명령하고; 동시에,
선택된 에지에 평행한 라인을 따른 모든 지점이 미리 결정된 개수의 전자기 에너지의 펄스들을 수취하게, 상기 이동가능한 기판 지지체에게 선택된 속도로 상기 직사각형 프로파일의 상기 선택된 에지에 평행한 방향으로 스캐닝하라고 명령하도록
구성되는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전자기 에너지의 펄스들은 532 나노미터의 전자기 에너지를 포함하는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전자기 에너지의 펄스들은 적어도 250 메가줄/평방 센티미터의 에너지 밀도를 포함하는, 장치. - 제3항에 있어서,
각각의 지점은 750 나노초 내지 1,000 나노초의 누적 시간 동안 에너지 펄스들을 수취하는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 펄스 레이트는 10,000개의 펄스/초인, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 선택된 속도는 1 미터/초인, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 직사각형 프로파일은 제1 치수 및 제2 치수를 정의하고, 상기 제1 치수는 상기 기판의 섹션 치수와 실질적으로 동일하고, 상기 제2 치수는 상기 제1 치수에 수직이고, 상기 제2 치수는 상기 제1 치수보다 작은, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 전자기 에너지의 소스가 전자기 에너지의 펄스들을 생성하는 기간들 동안에 그리고 사이에 상기 선택된 속도로 스캐닝하라고 상기 이동가능한 기판에 명령하는, 장치. - 복수의 다이를 위에 포함하는 기판을 처리하는 방법으로서,
펄스화된 레이저 소스의 광학 경로에 걸쳐 상기 기판을 스캐닝하는 단계; 및 동시에,
복수의 레이저 펄스 중 제1 펄스의 조명된 영역이 상기 복수의 레이저 펄스 중 제2 펄스의 조명된 영역과 중첩하도록 상기 복수의 레이저 펄스를 상기 기판에 전달하는 단계 - 상기 복수의 레이저 펄스 중의 각각의 펄스는 약 100 nsec 미만의 지속기간을 갖고, 상기 기판 상의 상기 복수의 다이 상의 모든 위치는 펄스당 적어도 약 250 mJ/㎠의 조명 에너지를 수취함 -
를 포함하는 방법. - 제9항에 있어서,
상기 기판을 스캐닝하는 단계는, 상기 펄스화된 레이저 소스의 광학 경로에서 어떠한 다이들도 없는 상기 기판의 부분에서 상기 스캐닝을 개시하는 단계를 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서,
상기 펄스화된 레이저 소스의 광학 경로는 상기 기판 상의 다이들의 인접 컬럼들을 분리하는 커프들의 정중선들 사이의 거리와 실질적으로 동일한 제1 치수를 갖고, 상기 펄스화된 레이저 소스의 광학 경로에 걸쳐 상기 기판을 스캐닝하는 단계는 상기 기판 상의 다이들의 컬럼을 상기 광학 경로와 정렬시키는 단계, 및 상기 기판 상의 다이들의 컬럼을 따라 상기 기판을 스캐닝하는 단계를 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서,
상기 펄스화된 레이저 소스의 광학 경로는 상기 기판 상의 다이들의 복수의 컬럼에 걸친 커프들의 정중선들 사이의 거리와 실질적으로 동일한 제1 치수를 갖고, 상기 펄스화된 레이저 소스의 광학 경로에 걸쳐 상기 기판을 스캐닝하는 단계는 상기 기판 상의 다이들의 복수의 컬럼을 상기 광학 경로와 정렬시키는 단계, 및 상기 기판 상의 다이들의 복수의 컬럼을 따라 상기 기판을 스캐닝하는 단계를 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서,
상기 복수의 레이저 펄스의 지속기간은 60 nsec 내지 80 nsec인, 방법. - 제9항에 있어서,
상기 기판을 스캐닝하는 단계는, 상기 기판 상의 상기 복수의 다이 상의 모든 위치가 적어도 10개의 레이저 펄스를 수취하도록 하는 레이트로 상기 기판을 스캐닝하는 단계를 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서,
상기 기판을 스캐닝하는 단계는 적어도 1 m/sec의 레이트로 상기 기판을 스캐닝하는 단계를 포함하는, 방법.
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