KR20190000664A - 용융 신호 검출 시스템 및 이를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치 - Google Patents

용융 신호 검출 시스템 및 이를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

용융 신호 검출 시스템 및 이를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치가 개시된다. 개시된 용융 신호 검출 시스템은, 공정용 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼를 열처리하는 공정에서 상기 웨이퍼의 용융 신호를 검출하는 것으로, 검출용 레이저 빔을 방출하는 검출용 레이저 광원; 및 상기 검출용 레이저 광원으로부터 방출된 상기 검출용 레이저 빔을 처리하여 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상 및 크기를 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 공정용 레이저 빔의 형상 및 크기로 일치시키는 신호검출 광학계;를 포함한다. 여기서, 상기 신호검출 광학계는 입사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상을 성형하는 마스크; 상기 마스크로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 결상하는 제1 포커스 렌즈; 및 상기 제1 포커스 렌즈로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 상기 웨이퍼에 조사하는 대물 렌즈;를 포함한다.

Description

용융 신호 검출 시스템 및 이를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치{Melting signal detection system and wafer heat treatment apparatus including the same}
본 발명은 레이저를 이용한 웨이퍼 열처리 장치에 관한 것으로, 상세하게는 레이저를 이용한 웨이퍼 열처리 공정에서 웨이퍼의 열처리 정도를 확인하기 위한 용융 신호 검출 시스템 및 이를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치에 관한 것이다.
레이저를 이용한 웨이퍼의 열처리 공정에서 기존에는 공정용 레이저 빔의 크기와 용융 신호를 검출하기 위한 검출용 레이저 빔의 크기가 서로 달라서 웨이퍼가 열처리되는 모든 영역에 대한 용융 신호를 검출하는 것이 어려웠다. 또한, 공정용 레이저 빔이 챔버 윈도우를 투과하여 웨이퍼를 열처리하게 되는데 챔버 윈도우의 오염이 발생되는 경우에는 열처리 공정 불량이 발생할 수 있으므로, 챔버 윈도우의 오염 여부를 실시간으로 모니터닝하는 방안이 요구된다.
본 발명의 일 실시예는 레이저를 이용한 웨이퍼 열처리 공정에서 웨이퍼의 열처리 정도를 확인하기 위한 용융 신호 검출 시스템 및 이를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
공정용 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼를 열처리하는 공정에서 상기 웨이퍼의 용융 신호를 검출하는 용융 신호 검출 시스템에 있어서,
검출용 레이저 빔을 방출하는 검출용 레이저 광원; 및
상기 검출용 레이저 광원으로부터 방출된 상기 검출용 레이저 빔을 처리하여 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상 및 크기를 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 공정용 레이저 빔의 형상 및 크기로 일치시키는 신호검출 광학계;를 포함하고,
상기 신호검출 광학계는 입사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상을 성형하는 마스크; 상기 마스크로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 결상하는 제1 포커스 렌즈; 및 상기 제1 포커스 렌즈로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 상기 웨이퍼에 조사하는 대물 렌즈;를 포함하는 용융 신호 검출 시스템이 제공된다.
상기 웨이퍼는 열처리 챔버 내에 마련되며, 상기 검출용 레이저 빔 및 상기 공정용 레이저 빔은 상기 열처리 챔버의 윈도우를 통해 상기 웨이퍼에 조사될 수 있다.
상기 검출용 레이저 광원과 상기 마스크 사이에는 입사되는 상기 검출용 레이저 빔의 크기를 확대하는 빔 확대기가 마련될 수 있다.
상기 신호 검출 광학계는 상기 제1 포커스 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이에 마련되어 입사되는 상기 검출용 레이저 빔을 분할하는 제1 빔 분리기를 포함할 수 있다.
상기 제1 포커스 렌즈로부터 상기 제1 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 일부가 상기 제1 빔 분리기에서 반사되어 상기 검출용 레이저 빔의 파워를 측정하는 제1 파워 메터에 입사되고, 다른 일부는 상기 제1 빔 분리기를 투과하여 상기 대물 렌즈를 통해 상기 웨이퍼에 조사될 수 있다. 상기 제1 빔 분리기와 상기 제1 파워 메터 사이에는 제2 포커스 렌즈가 더 마련될 수 있다.
상기 웨이퍼에서 반사되어 상기 제1 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 일부가 상기 제1 빔 분리기에서 반사되어 제2 빔 분리기에 입사될 수 있다. 여기서, 상기 제2 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 분할되어 일부는 상기 웨이퍼에서 반사되는 상기 검출용 레이저 빔의 파워를 측정하는 제2 파워 메터에 입사되고, 다른 일부는 상기 용융 신호의 시간에 따른 프로파일을 측정하는 빔 프로파일러에 입사될 수 있다. 상기 제1 파워 메터에 의해 측정되는 파워와 상기 제2 파워 메터에 의해 측정되는 파워를 비교함으로써 상기 윈도우의 오염 여부를 판단할 수 있다.
상기 제1 빔 분리기와 상기 제2 빔 분리기 사이에는 제3 포커스 렌즈가 더 마련될 수 있다. 상기 제1 및 제2 빔 분리기는 하프 미러를 포함할 수 있다.
상기 제1 빔 분리기와 상기 대물 렌즈 사이에는 상기 검출용 레이저 빔은 투과시키고, 상기 공정용 레이저 빔은 반사시키는 제3 빔 분리기가 마련될 수 있다. 상기 제3 빔 분리기는 편광 빔 스플리터(PBS) 또는 다이크로익 미러를 포함할 수 있다.
상기 검출용 레이저 빔의 경로 상에는 적어도 하나의 밴드 패스 필터가 마련될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
웨이퍼를 열처리하기 위한 공정용 레이저 빔을 방출하는 공정용 레이저 광원;
상기 웨이퍼의 용융신호를 검출하기 위한 검출용 레이저 빔을 방출하는 검출용 레이저 광원; 및
상기 검출용 레이저 광원으로부터 방출된 상기 검출용 레이저 빔을 처리하여 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상 및 크기를 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 공정용 레이저 빔의 형상 및 크기로 일치시키는 신호검출 광학계;를 포함하고,
상기 신호검출 광학계는 입사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상을 성형하는 제1 마스크; 상기 마스크로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 결상하는 제1 포커스 렌즈; 및 상기 제1 포커스 렌즈로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 상기 웨이퍼에 조사하는 대물 렌즈;를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치가 제공된다.
상기 웨이퍼는 열처리 챔버 내에 마련되며, 상기 검출용 레이저 빔 및 상기 공정용 레이저 빔은 상기 열처리 챔버의 윈도우를 통해 상기 웨이퍼에 조사될 수 있다.
상기 검출용 레이저 광원과 상기 마스크 사이에는 입사되는 상기 검출용 레이저 빔의 크기를 확대하는 빔 확대기가 마련될 수 있다.
상기 신호 검출 광학계는 상기 제1 포커스 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이에 마련되어 입사되는 상기 검출용 레이저 빔을 분할하는 제1 빔 분리기를 포함할 수있다.
상기 제1 포커스 렌즈로부터 상기 제1 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 일부가 상기 제1 빔 분리기에서 반사되어 상기 검출용 레이저 빔의 파워를 측정하는 제1 파워 메터에 입사되고, 다른 일부는 상기 제1 빔 분리기를 투과하여 상기 대물 렌즈를 통해 상기 웨이퍼에 조사될 수 있다. 상기 제1 빔 분리기와 상기 제1 파워 메터 사이에는 제2 포커스 렌즈가 더 마련될 수 있다.
상기 웨이퍼에서 반사되어 상기 제1 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 일부가 상기 제1 빔 분리기에서 반사되어 제2 빔 분리기에 입사될 수 있다. 상기 제2 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 분할되어 일부는 상기 웨이퍼에서 반사되는 상기 검출용 레이저 빔의 파워를 측정하는 제2 파워 메터에 입사되고, 다른 일부는 상기 용융 신호의 시간에 따른 프로파일을 측정하는 빔 프로파일러에 입사될 수 있다.
상기 제1 빔 분리기와 상기 제2 빔 분리기 사이에는 제3 포커스 렌즈가 더 마련될 수 있다. 상기 제1 빔 분리기와 상기 대물 렌즈 사이에는 상기 검출용 레이저 빔은 투과시키고, 상기 공정용 레이저 빔은 반사시키는 제3 빔 분리기가 마련될 수 있다. 상기 공정용 레이저 광원과 상기 제3 빔 분리기 사이에는 상기 공정용 레이저 빔의 형상을 성형하는 제2 마스크가 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 빔 성형 유닛, 결상 유닛 및 조명 유닛을 포함하는 신호 검출 광학계를 이용하여 공정용 레이저 시스템에 영향을 주지 않고 웨이퍼에 조사되는 검출용 레이저 빔의 형상 및 크기를 웨이퍼에 조사되는 공정용 레이저 빔의 형상 및 크기에 일치시킴으로써 웨이퍼가 공정용 레이저 빔에 의해 열처리되는 모든 영역에 대한 검출용 레이저 빔을 이용하여 용융 신호를 검출할 수 있다.
또한, 검출용 레이저 빔이 열처리 챔버의 윈도우에 입사되기 전의 파워를 제1 파워 메터를 통해 측정하고, 웨이퍼에서 반사되어 열처리 챔버의 윈도우를 통해 나오는 검출용 레이저 빔의 파워를 제2 파워 메터를 통해 측정함으로써 열처리 공정시 발생할 수 있는 가스 증착 등에 의해 열처리 챔버의 윈도우가 오염이 되거나 파손이 되었는지 여부 등을 용이하게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 웨이퍼 열처리 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 열처리 장치에서 공정용 레이저 빔 및 검출용 레이저 빔이 진행하여 웨이퍼에 입사되는 모습을 도시한 것이다.
도 3은 1에 도시된 웨이퍼 열처리 장치에서 검출용 레이저 빔이 웨이퍼로부터 반사되어 진행하는 모습을 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 웨이퍼 열처리 장치(100)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 열처리 장치(100)는 공정용 레이저 빔(LB)을 이용하여 웨이퍼(W)를 열처리하는 것으로, 열처리 공정 중에 웨이퍼(W)의 용융 신호를 검출할 수 있는 용융 신호 검출 시스템을 포함할 수 있다.
웨이퍼 열처리 장치(100)의 용융 신호 검출 시스템은 검출용 레이저 빔(LA)을 방출하는 검출용 레이저 광원(111)과, 웨이퍼(W)에 조사되는 검출용 레이저 빔(LA)의 형상 및 크기를 공정용 레이저 빔(LB)의 형상 및 크기로 일치시키는 신호 검출 광학계를 포함할 수 있다. 여기서, 공정용 레이저 빔(LB)으로는 예를 들면 대략 532nm 파장의 그린(Green) 레이저 빔이 사용될 수 있고, 검출용 레이저 빔(LA)으로는 예를 들면 대략 658nm 파장의 레드(Red) 레이저 빔이 사용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 공정용 레이저 빔(LB) 및 검출용 레이저 빔(LA으은 각각 다양한 파장의 레이저 빔이 될 수 있다.
웨이퍼(W)는 열처리 챔버(미도시) 내에 마련되어 있으며, 신호 검출 광학계를 경유한 검출용 레이저 빔(LA)은 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 웨이퍼(W)에 조사될 수 있다. 또한, 공정용 레이저 광원(112)으로부터 출사되는 공정용 레이저 빔(LB)도 검출용 레이저 빔(LA)과 마찬가지로 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 웨이퍼(W)에 조사될 수 있다. 본 실시예에서는 신호 검출 광학계를 통해 웨이퍼(W)에 조사되는 검출용 레이저 빔(LA)의 형상 및 크기를 공정용 레이저 빔(LB)의 형상 및 크기로 일치시킬 수 있다.
이를 위해, 신호 검출 광학계는 빔 성형 유닛, 결상 유닛 및 조명 유닛을 포함할 수 있다. 구체적으로, 신호 검출 광학계는 검출용 레이저 빔(LA)의 형상을 성형하는 제1 마스크(141)와, 이 제1 마스크(141)로부터 출사되는 검출용 레이저 빔(LA)을 결상시키는 제1 포커스 렌즈(151)와, 제1 포커스 렌즈(151)로부터 출사되는 검출용 레이저 빔(LA)을 웨이퍼(W)에 조사하는 대물 렌즈(180)를 포함할 수 있다.
검출용 레이저 광원(111)과 제1 마스크(141) 사이에는 검출용 레이저 빔(LA)의 크기를 확대하는 빔 확대기(BET; Beam Expanding Telescope, 130)가 마련될 수 있다. 그리고, 검출용 레이저 광원(111)과 빔 확대기(130) 사이에는 검출용 레이저 빔(LA의 파장 만을 투과시키는 제1 밴드 패스 필터(band pass filter, 121)가 더 마련될 수 있다.
제1 마스크(141)와 제1 포커스 렌즈(151) 사이에는 제1 마스크(141)로부터 출사되는 검출용 레이저 빔(LA)을 제1 포커스 렌즈(151) 쪽으로 반사시키는 고반사 미러(HR)가 마련될 수 있다. 그리고, 제1 포커스 렌즈(151)와 대물 렌즈(180) 사이에는 입사되는 검출용 레이저 빔(LA)을 분할하는 제1 빔 분리기(beam splitter, 161)가 마련되어 있다. 여기서, 제1 빔 분리기(161)는 예를 들면, 입사되는 검출용 레이저 빔(LA)의 일부는 투과시키고 다른 일부는 반사시키는 하프 미러(half mirror)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 빔 분리기(161)는 입사되는 검출용 레이저 빔(LA)의 절반을 투과시키고, 다른 절반을 반사시킬 수 있는 하프 미러가 될 수 있지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
제1 빔 분리기(161)로 입사되는 검출용 레이저 빔(LA) 중 제1 빔 분리기(161)에서 반사되는 검출용 레이저 빔(LA)의 경로 상에는 검출용 레이저 빔(LA)의 파워를 측정하기 위한 제1 파워 메터(power meter, 191)가 마련될 수 있다. 제1 빔 분리기(161)와 제1 파워 메터(191) 사이에는 제1 빔 분리기(161)에서 반사되는 검출용 레이저 빔(LA)을 결상시키는 제2 포커스 렌즈(152)가 더 마련될 수 있다. 또한, 제2 포커스 렌즈(152)와 제1 파워 메터(191) 사이에는 검출용 레이저 빔(LA)의 파장 만을 투과시키는 제2 밴드 패스 필터(122)가 더 마련될 수 있다.
제1 빔 분리기(161)로 입사되는 검출용 레이저 빔(LA) 중 제1 빔 분리기(161)를 투과하는 검출용 레이저 빔(LA)은 대물 렌즈(180)에 입사되고, 대물 렌즈(180)는 입사되는 검출용 레이저 빔(LA)은 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 웨이퍼(W)의 소정 영역에 조사될 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)에 조사된 검출용 레이저 빔(LA)은 웨이퍼(W)에서 반사되고, 이 반사되는 검출용 레이저 빔(LA')은 열처리 챔버의 윈도우(S) 및 대물 렌즈(180)를 통해 제1 빔 분리기(161)에 입사된다. 여기서, 웨이퍼(W)에서 반사된 검출용 레이저 빔(LA')의 일부는 제1 빔 분리기(161)에서 반사되고 다른 일부는 제1 빔 분리기(161)를 투과하게 된다.
웨이퍼(W)에서 반사된 검출용 레이저 빔(LA') 중 제1 빔 분리기(161)에서 반사되는 검출용 레이저 빔(LA')의 경로 상에는 제2 빔 분리기(162)가 마련될 수 있다. 여기서, 제2 빔 분리기(162)는 제1 빔 분리기(161)와 마찬가지로 입사되는 검출용 레이저 빔(LA')의 일부는 투과시키고 다른 일부는 반사시키는 하프 미러를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 빔 분리기(162)는 입사되는 검출용 레이저 빔(LA')의 절반을 투과시키고, 다른 절반을 반사시킬 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 빔 분리기(161)와 제2 빔 분리기(162) 사이에는 제1 빔 분리기(161)에서 반사되는 검출용 레이저 빔(LA')을 결상시키는 제3 포커스 렌즈(153)가 더 마련될 수 있다. 그리고, 제1 빔 분리기(161)와 제3 포커스 렌즈(153) 사이에는 검출용 레이저 빔(LA')의 파장 만을 투과시키는 제3 밴드 패스 필터(123)가 더 마련될 수 있다.
웨이퍼(W)에서 반사된 후 제1 빔 분리기(161)에서 반사된 검출용 레이저 빔(LA')의 일부는 제2 빔 분리기(162)를 투과하여 빔 프로파일러(beam profiler, 195)에 입사될 수 있다. 여기서, 빔 프로파일러(195)는 입사되는 검출용 레이저 빔(LA')을 이용하여 웨이퍼의 시간에 따른 용융 신호의 프로파일(profile)을 검출할 수 있다. 이러한 빔 프로파일러(195)로는 예를 들면, 포토 다이오드(photo diode)가 될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
웨이퍼(W)에서 반사된 후 제1 빔 분리기(161)에서 반사된 검출용 레이저 빔(LA')의 다른 일부는 제2 빔 분리기(162)에서 반사되어 제2 파워 메터(192)에 입사될 수 있다. 여기서, 제2 파워 메터(192)는 웨이퍼(W)에서 반사되어 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 나오는 검출용 레이저 빔(LA')의 파워를 측정할 수 있다. 이와 같이, 제1 파워 메터(192)가 검출용 레이저 광원으로부터 출사되어 열처리 챔버의 윈도우(S)에 입사되기 전의 검출용 레이저 빔(LA)의 파워를 측정하고, 제2 파워 메터(192)가 웨이퍼(W)로부터 반사되어 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 나오는 검출용 레이저 빔(LA')의 파워를 측정함으로써 열처리 챔버의 윈도우(S)가 오염되었는지 파손되었는지 여부를 알 수 있게 된다.
제1 빔 분리기(161)와 대물 렌즈(180) 사이에는 제3 분리기(170)가 마련될 수 있다. 여기서, 제3 분리기(170)는 검출용 레이저 빔(LA, LA')은 투과시키고, 공정용 레이저 빔(LB)은 반사시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 제3 분리기(170)로는 예를 들면, 편광 빔 스플리터(PBS; Polarization Beam Splitter)가 사용될 수 있다, 한편, 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 분리기(170)로는 검출용 레이저 빔(LA, LA')의 파장은 투과시키고, 공정용 레이저 빔(LB)의 파장은 반사시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror)가 사용되는 것도 가능하다.
제3 분리기(170)의 일측에는 공정용 레이저 빔(LB)을 방출하는 공정용 레이저 광원(112)이 마련될 수 있다. 그리고, 공정용 레이저 광원(112)과 제3 분리기(170) 사이에는 공정용 레이저 광원(112)으로부터 방출되는 공정용 레이저 빔(LB)의 형상을 소정 형태로 성형하는 제2 마스크(142)가 마련될 수 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나 공정용 레이저 광원(112)과 제2 마스크(142) 사이에는 공정용 레이저 빔(LB)의 크기를 확대하는 빔 확대기가 더 마련될 수 있다.
공정용 레이저 광원(112)으로부터 방출된 공정용 레이저 빔(LB)은 제2 마스크(142)를 통해 소형 형태로 성형된 다음, 제3 빔 분리기(170)에 입사된다. 그리고, 제3 빔 분리기(170)에서 반사된 후 대물 렌즈(180) 및 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 웨이퍼(W)에 조사된다. 한편, 검출용 레이저 광원(111)에서 방출되어 제1 빔 분리기(161)를 투과한 검출용 레이저 빔(LA)은 제3 빔 분리기(170)를 투과한 후 대물 렌즈(180) 및 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 웨이퍼(W)에 조사된다. 여기서, 전술한 바와 같은 신호 검출 광학계를 통해 웨이퍼(W)에 조사되는 공정용 레이저 빔(LB)과 검출용 레이저 빔(LA)은 그 형상 및 크기가 일치할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 열처리 장치(100)에서 공정용 레이저 빔(LA) 및 검출용 레이저 빔(LB)이 진행하여 웨이퍼(W)에 입사되는 모습을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 검출용 레이저 광원(111)으로부터 방출된 검출용 레이저 빔(LA)은 제1 밴드 패스 필터(121)를 경유한 다음 빔 확대기(BET, 130)에 입사된다. 검출용 레이저 광원(111)으로부터 방출된 검출용 레이저 빔(LA)은 예를 들면 작은 원형(A1)의 단면 형상을 가질 수 있다. 이러한 검출용 레이저 빔(LA)은 예를 들면 대략 658nm 파장의 레드(Red) 레이저 빔이 될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
빔 확대기(130)는 입사되는 검출용 레이저 빔(LA)의 크기를 확대하여 출사시킨다. 빔 확대기(130)로부터 출사되는 검출용 레이저 빔(LA)은 전술한 작은 원형(A1) 보다 큰 직경을 가지는 원형(A2)의 단면 형상을 가질 수 있다.
빔 확대기(130)를 통해 출사되는 검출용 레이저 빔(LA)은 제1 마스크(141)에 입사되며, 제1 마스크(141)는 입사되는 검출용 레이저 빔(LA)의 형상을 소정 형태로 성형시켜 출사시킨다. 제1 마스크(141)로부터 성형되어 출사되는 검출용 레이저 빔(LA)은 예를 들면 작은 사각형(A3)의 단면 형상을 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 마스크(141)의 형태에 따라 검출용 레이저 빔(LA)은 다양한 형태로 성형될 수 있다.
제1 마스크(141)로부터 출사되는 검출용 레이저 빔(LA)은 고반사 미러(HR)에 의해 반사된 후 제1 포커스 렌즈(151)에 의해 소정 크기로 결상된다. 그리고, 제1 포커스 렌즈(151)로부터 출사되는 검출용 레이저 빔(LA)은 제1 빔 분리기(161)에 의해 2개의 빔으로 분할될 수 있다. 여기서, 제1 빔 분리기(161)는 입사되는 검출용 레이저 빔(LA)을 예를 들면, 50%씩 분리할 수 있지만, 이는 단지 예시적으로 제1 빔 분리기(161)의 빔 분리 비율은 다양하게 할 수 있다.
제1 포커스 렌즈(151)로부터 출사되는 검출용 레이저 빔(LA) 중 제1 빔 분리기(161)에서 반사되는 검출용 레이저 빔(LA)은 사각형(A4)의 단면 형상을 가질 수 있으며, 제2 포커스(152) 및 제2 밴드 패스 필터(122)를 경유하여 제1 파워 메터(191)에 입사될 수 있다. 여기서, 제1 파워 메터(191)는 입사된 검출용 레이저 빔(LA)의 파워를 측정할 수 있다.
제1 포커스 렌즈(151)로부터 출사되는 검출용 레이저 빔(LA) 중 제1 빔 분리기(161)를 투과하는 검출용 레이저 빔(LA)은 제3 분리기(170)를 투과하게 되며, 제3 분리기(170)를 투과한 검출용 레이저 빔(LA)은 대물 렌즈(180)를 경유하여 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 웨이퍼(W)에 조사될 수 있다. 여기서, 웨이퍼(W)에 조사되는 검출용 레이저 빔(LA)은 소정 크기의 사각형(A5) 단면 형상을 가질 수 있다.
공정용 레이저 광원(112)으로부터 공정용 레이저 빔(LB)이 방출되며, 이렇게 방출된 공정용 레이저 빔(LB)은 제2 마스크(142)에 입사될 수 있다. 여기서, 공정용 레이저 광원(112)으로부터 방출되는 공정용 레이저 빔(LB)은 예를 들면 원형(B1)의 단면 형상을 가질 수 있다. 이 공정용 레이저 빔(LB)은 예를 들면 대략 532nm 파장의 그린(Green) 레이저 빔이 될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 한편, 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나 공정용 레이저 광원(112)과 제2 마스크(142) 사이에는 공정용 레이저 광원(112)으로부터 방출되는 공정용 레이저 빔(LB)의 크기를 확대시키는 빔 확대기가 더 마련될 수도 있다.
공정용 레이저 광원(112)으로부터 방출되는 공정용 레이저 빔(LB)은 제2 마스크(142)에 입사되며, 제2 마스크(142)는 입사되는 공정용 레이저 빔(LB)을 소정 형태로 성형시켜 출사시킨다. 여기서, 제2 마스크(142)로부터 성형되어 출사되는 공정용 레이저 빔(LB)은 예를 들면 작은 사각형(B4)의 단면 형상을 가질 수 있다.
이렇게 성형된 공정용 레이저 빔(LB)은 제3 빔 분리기(170)에 입사되며, 이렇게 제3 빔 분리기(170)에 입사된 공정용 레이저 빔(LB)은 반사되어 대물 렌즈(180) 및 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 웨이퍼(W)에 조사될 수 있다. 여기서, 제3 빔 분리기(170)에 입사되는 공정용 레이저 빔(LB) 및 검출용 레이저 빔(LA)은 그 형상 및 크기가 동일할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)에 조사되는 검출용 레이저 빔(LA)은 웨이퍼(W)에 조사되는 공정용 레이저 빔(LB)과 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다.
기존에는 공정용 레이저 빔의 크기와 용융 신호를 검출하기 위한 검출용 레이저 빔의 크기가 서로 달랐기 때문에 웨이퍼가 공정용 레이저 빔에 의해 열처리되는 모든 영역을 검출용 레이저 빔을 이용하여 용융 신호를 검출하는 것이 어려웠다. 그러나, 본 실시예에서와 같이 빔 성형 유닛인 제1 마스크(141), 결상 유닛인 제1 포커스 렌즈(151) 및 조명 유닛인 대물 렌즈(180)를 포함하하는 신호 검출 광학계를 이용하여 웨이퍼(W)에 조사되는 검출용 레이저 빔(LA)의 형상 및 크기를 웨이퍼(W)에 조사되는 공정용 레이저 빔(LB)의 형상 및 크기에 일치시킴으로써 웨이퍼(W)가 공정용 레이저 빔에 의해 열처리되는 모든 영역에 대해 검출용 레이저 빔(LA)을 이용하여 용융 신호를 검출할 수 있다.
도 3은 1에 도시된 웨이퍼 열처리 장치(100)에서 웨이퍼(W)에서 반사되는 검출용 레이저 빔(LA')이 진행하는 모습을 도시한 것이다. 도 3에는 웨이퍼(W)에서 반사되는 공정용 레이저 빔은 편의상 도시되지 않았다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼(W)에 조사된 검출용 레이저 빔(LA)은 웨이퍼(W)에서 반사되며, 이렇게 반사된 검출용 레이저 빔(LA')은 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 대물 렌즈(180)에 입사된다. 이어서, 대물 렌즈(180)를 경유한 검출용 레이저 빔(LA')은 제3 분리기(170)를 투과한 다음, 제1 빔 분리기(161)에 입사될 수 있다.
웨이퍼(W)에서 반사되어 대물 렌즈(180)를 통해 제1 빔 분리기(161)에 입사되는 검출용 레이저 빔(LA')은 일부는 제1 빔 분리기(161)에 의해 반사되고, 다른 일부는 제1 빔 분리기(161)를 투과할 수 있다. 도 3에는 웨이퍼(W)에서 반사된 검출용 레이저 빔(LA')의 일부가 제1 빔 분리기(161)에서 반사되는 경우만이 도시되어 있다.
웨이퍼에서 반사된 다음, 다시 제1 빔 분리기에서 반사되는 검출용 레이저 빔은 제3 밴드 패스 필터를 경유한 다음 제3 포커스 렌즈에 입사된다. 여기서, 제1 빔 분리기에서 반사되는 검출용 레이저 빔은 소정 크기의 사각형(A6) 형상을 가질 수 있다.
웨이퍼(W)에서 반사된 검출용 레이저 빔(LA')은 제3 밴드 패스 필터(123) 및 제3 포커스 렌즈(153)를 경유하여 제2 빔 분리기(162)에 입사된다. 여기서, 제2 빔 분리기(162)는 웨이퍼(W)에서 반사된 검출용 레이저 빔(LA')을 2개로 분할하여 일부는 빔 프로파일러(195)에 입사시키고, 다른 일부는 제2 파워 메터(192)로 입사시키게 된다.
제1 빔 분리기(161)에서 반사된 검출용 레이저 빔(LA')의 일부는 제2 빔 분리기(162)를 투과하여 빔 프로파일러(195)에 입사될 수 있다. 여기서, 빔 프로파일러(195)는 입사되는 검출용 레이저 빔(LA')을 이용하여 웨이퍼(W)의 시간에 따른 용융 신호의 프로파일을 검출할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에서 반사된 후 제1 빔 분리기(161)에서 반사된 검출용 레이저 빔(LA')의 다른 일부는 제2 빔 분리기(162)에서 반사되어 제2 파워 메터(192)에 입사될 수 있다. 여기서, 제2 파워 메터(192)는 웨이퍼(W)에서 반사되어 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 나오는 검출용 레이저 빔(LA')의 파워를 측정할 수 있다.
이와 같이, 웨이퍼(W)에서 반사되는 검출용 레이저 빔(LA')을 이용하여 빔 프로파일러(195)는 웨이퍼의 시간에 따른 용융 신호의 프로파일을 검출할 수 있다. 또한, 제2 파워 메터(192)를 이용하여 웨이퍼(W)에서 반사되어 나오는 검출용 레이저 빔(LA')의 파워를 측정할 수 있으므로, 이를 웨이퍼(W)에 입사되기 전에 제1 파워 메터(191)에 의해 측정되는 검출용 레이저 빔(LA)의 파워와 비교함으로써 열처리 챔버의 윈도우(S)가 오염되거나 파손되었는지 여부를 알 수 있다.
본 실시예에 따르면, 빔 성형 유닛, 결상 유닛 및 조명 유닛을 포함하는 신호 검출 광학계를 이용하여 공정용 레이저 시스템에 영향을 주지 않고 웨이퍼(W)에 조사되는 검출용 레이저 빔(LA)의 형상 및 크기를 웨이퍼(W)에 조사되는 공정용 레이저 빔(LB)의 형상 및 크기에 일치시킴으로써 웨이퍼(W)가 공정용 레이저 빔(LB)에 의해 열처리되는 모든 영역에 대해 검출용 레이저 빔(LA)을 이용하여 용융 신호를 검출할 수 있다.
또한, 검출용 레이저 빔(LA)이 열처리 챔버의 윈도우(S)에 입사되기 전의 파워를 제1 파워 메터(191)를 통해 측정하고, 웨이퍼(W)에서 반사되어 열처리 챔버의 윈도우(S)를 통해 나오는 검출용 레이저 빔(LA')의 파워를 제2 파워 메터(192)를 통해 측정함으로써 열처리 공정시 발생할 수 있는 가스 증착 등에 의해 열처리 챔버의 윈도우(S)가 오염이 되거나 파손이 되었는지 여부 등을 용이하게 검출할 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.. 웨이퍼 열처리 장치
111,,, 검출용 레이저 광원
112.. 공정용 레이저 광원
121,. 제1 밴드 패스 필터
122.. 제2 밴드 패스 필터
123.. 제3 밴드 패스 필터
130.. 빔 확대기(BET)
141.. 제1 마스크
142.. 제2 마스크
151.. 제1 집속 렌즈
152.. 제2 집속 렌즈
153.. 제3 집속 렌즈
161.. 제1 빔 분리기
162.. 제2 빔 분리기
170.. 제3 빔 분리기
180.. 대물 렌즈
191.. 제1 파워 메터
192.. 제2 파워 메터
195.. 빔 프로파일러
LA.. 검출용 레이저 빔
LA'.. 검출용 레이저 빔의 반사빔
LB.. 공정용 레이저 빔
HR.. 고반사 미러
W.. 웨이퍼
S.. 윈도우

Claims (24)

  1. 공정용 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼를 열처리하는 공정에서 상기 웨이퍼의 용융 신호를 검출하는 용융 신호 검출 시스템에 있어서,
    검출용 레이저 빔을 방출하는 검출용 레이저 광원; 및
    상기 검출용 레이저 광원으로부터 방출된 상기 검출용 레이저 빔을 처리하여 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상 및 크기를 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 공정용 레이저 빔의 형상 및 크기로 일치시키는 신호검출 광학계;를 포함하고,
    상기 신호검출 광학계는 입사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상을 성형하는 마스크; 상기 마스크로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 결상하는 제1 포커스 렌즈; 및 상기 제1 포커스 렌즈로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 상기 웨이퍼에 조사하는 대물 렌즈;를 포함하는 용융 신호 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 열처리 챔버 내에 마련되며, 상기 검출용 레이저 빔 및 상기 공정용 레이저 빔은 상기 열처리 챔버의 윈도우를 통해 상기 웨이퍼에 조사되는 용융 신호 검출 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출용 레이저 광원과 상기 마스크 사이에는 입사되는 상기 검출용 레이저 빔의 크기를 확대하는 빔 확대기가 마련되는 용융 신호 검출 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 검출 광학계는 상기 제1 포커스 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이에 마련되어 입사되는 상기 검출용 레이저 빔을 분할하는 제1 빔 분리기(beam splitter)를 포함하는 용융 신호 검출 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 포커스 렌즈로부터 상기 제1 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 일부가 상기 제1 빔 분리기에서 반사되어 상기 검출용 레이저 빔의 파워를 측정하는 제1 파워 메터에 입사되고, 다른 일부는 상기 제1 빔 분리기를 투과하여 상기 대물 렌즈를 통해 상기 웨이퍼에 조사되는 용융 신호 검출 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 빔 분리기와 상기 제1 파워 메터 사이에는 제2 포커스 렌즈가 더 마련되는 용융 신호 검출 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 웨이퍼에서 반사되어 상기 제1 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 일부가 상기 제1 빔 분리기에서 반사되어 제2 빔 분리기에 입사되는 용융 신호 검출 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 분할되어 일부는 상기 웨이퍼에서 반사되는 상기 검출용 레이저 빔의 파워를 측정하는 제2 파워 메터에 입사되고, 다른 일부는 상기 용융 신호의 시간에 따른 프로파일을 측정하는 빔 프로파일러(beam profiler)에 입사되는 용융 신호 검출 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 파워 메터에 의해 측정되는 파워와 상기 제2 파워 메터에 의해 측정되는 파워를 비교함으로써 상기 윈도우의 오염 여부를 판단하는 용융 신호 검출 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 빔 분리기와 상기 제2 빔 분리기 사이에는 제3 포커스 렌즈가 더 마련되는 용융 신호 검출 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 빔 분리기는 하프 미러(half mirror)를 포함하는 용융 신호 검출 시스템.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 빔 분리기와 상기 대물 렌즈 사이에는 상기 검출용 레이저 빔은 투과시키고, 상기 공정용 레이저 빔은 반사시키는 제3 빔 분리기가 마련되는 용융 신호 검출 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제3 빔 분리기는 편광 빔 스플리터(PBS; Polarization Beam Splitter) 또는 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 포함하는 용융 신호 검출 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출용 레이저 빔의 경로 상에는 적어도 하나의 밴드 패스 필터(band pass filter)가 마련되는 용융 신호 검출 시스템.
  15. 웨이퍼를 열처리하기 위한 공정용 레이저 빔을 방출하는 공정용 레이저 광원;
    상기 웨이퍼의 용융신호를 검출하기 위한 검출용 레이저 빔을 방출하는 검출용 레이저 광원; 및
    상기 검출용 레이저 광원으로부터 방출된 상기 검출용 레이저 빔을 처리하여 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상 및 크기를 상기 웨이퍼에 조사되는 상기 공정용 레이저 빔의 형상 및 크기로 일치시키는 신호검출 광학계;를 포함하고,
    상기 신호검출 광학계는 입사되는 상기 검출용 레이저 빔의 형상을 성형하는 제1 마스크; 상기 마스크로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 결상하는 제1 포커스 렌즈; 및 상기 제1 포커스 렌즈로부터 출사되는 상기 검출용 레이저 빔을 상기 웨이퍼에 조사하는 대물 렌즈;를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 열처리 챔버 내에 마련되며, 상기 검출용 레이저 빔 및 상기 공정용 레이저 빔은 상기 열처리 챔버의 윈도우를 통해 상기 웨이퍼에 조사되는 웨이퍼 열처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 검출용 레이저 광원과 상기 마스크 사이에는 입사되는 상기 검출용 레이저 빔의 크기를 확대하는 빔 확대기가 마련되는 웨이퍼 열처리 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 신호 검출 광학계는 상기 제1 포커스 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이에 마련되어 입사되는 상기 검출용 레이저 빔을 분할하는 제1 빔 분리기를 포함하는 웨이퍼 열처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 포커스 렌즈로부터 상기 제1 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 일부가 상기 제1 빔 분리기에서 반사되어 상기 검출용 레이저 빔의 파워를 측정하는 제1 파워 메터에 입사되고, 다른 일부는 상기 제1 빔 분리기를 투과하여 상기 대물 렌즈를 통해 상기 웨이퍼에 조사되는 웨이퍼 열처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 빔 분리기와 상기 제1 파워 메터 사이에는 제2 포커스 렌즈가 더 마련되는 웨이퍼 열처리 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 웨이퍼에서 반사되어 상기 제1 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 일부가 상기 제1 빔 분리기에서 반사되어 제2 빔 분리기에 입사되고,
    상기 제2 빔 분리기에 입사되는 상기 검출용 레이저 빔은 분할되어 일부는 상기 웨이퍼에서 반사되는 상기 검출용 레이저 빔의 파워를 측정하는 제2 파워 메터에 입사되고, 다른 일부는 상기 용융 신호의 시간에 따른 프로파일을 측정하는 빔 프로파일러에 입사되는 웨이퍼 열처리 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 빔 분리기와 상기 제2 빔 분리기 사이에는 제3 포커스 렌즈가 더 마련되는 웨이퍼 열처리 장치.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 빔 분리기와 상기 대물 렌즈 사이에는 상기 검출용 레이저 빔은 투과시키고, 상기 공정용 레이저 빔은 반사시키는 제3 빔 분리기가 마련되는 웨이퍼 열처리 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 공정용 레이저 광원과 상기 제3 빔 분리기 사이에는 상기 공정용 레이저 빔의 형상을 성형하는 제2 마스크가 마련되는 웨이퍼 열처리 장치.
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