WO2024122922A1 - 기판 구조체에 대한 스캐닝 방식에 따른 레이저 열처리 방법 및 이를 적용한 전자 소자의 제조 방법 - Google Patents

기판 구조체에 대한 스캐닝 방식에 따른 레이저 열처리 방법 및 이를 적용한 전자 소자의 제조 방법 Download PDF

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WO2024122922A1
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laser
line
heat treatment
area
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류정도
강성호
조주현
류성훈
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(주)알엔알랩
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
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    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
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    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment method for an object to be treated and a method for manufacturing a device using the same. More specifically, it relates to a laser heat treatment method for a substrate structure and a method for manufacturing an electronic device using the same.
  • Semiconductor devices/electronic devices may be manufactured through multiple processes.
  • Processes for manufacturing semiconductor devices/electronic devices may include, for example, a thin film deposition process, a photolithography process, an etching process, an ion implantation process, a heat treatment (i.e., annealing) process, etc.
  • the heat treatment process may be a process for improving and securing the characteristics of the device by stabilizing, activating, or melting the substrate or the thin film formed on the substrate, or by removing seam defects within the thin film.
  • the heat treatment (annealing) process may include a laser heat treatment process, rapid thermal process (RTP), etc.
  • the laser heat treatment process uses a laser to mainly heat treat the surface of the substrate or adjacent areas, thereby reducing the impact on other processes, and has the advantage of being relatively easy to raise and control temperature.
  • a laser to mainly heat treat the surface of the substrate or adjacent areas, thereby reducing the impact on other processes, and has the advantage of being relatively easy to raise and control temperature.
  • temperature non-uniformity that occurs in the substrate portion during laser heat treatment may cause various problems in the manufacturing characteristics of the device.
  • the device characteristics may deteriorate and the defect rate may increase.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to prevent or minimize problems due to temperature non-uniformity that may occur in the substrate structure when performing heat treatment on the substrate structure using a scanning method using a laser, and to prevent or minimize problems due to temperature non-uniformity that may occur in the substrate structure.
  • the goal is to provide a laser heat treatment method that can suppress property deterioration and defect occurrence.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method of manufacturing an electronic device (semiconductor device) applying the above-described laser heat treatment method.
  • a laser beam is radiated to one surface of the substrate structure in a scanning manner, while changing the relative position between the substrate structure and the laser beam.
  • a laser heat treatment method for performing heat treatment on the substrate structure wherein irradiation of the laser beam on the substrate structure is at least partially performed in units of line-shaped unit scan areas, and the laser heat treatment method performs an nth laser scan on the substrate structure. performing steps; And performing an n+1th laser scan on the substrate structure, wherein the nth laser scan is performed on a first line area of the substrate structure, and the n+1th laser scan is performed on a first line area of the substrate structure.
  • the gap between the first line area and the second line area along the second direction is about 5% or more of the width of the line-shaped unit scan area along the second direction.
  • the gap between the first line area and the second line area in the second direction may be about 10% or more of the width of the line-type unit scan area in the second direction.
  • the gap between the first line area and the second line area along the second direction may have a distance corresponding to N times the width of the line-type unit scan area along the second direction, where N may be an integer of 1 or more.
  • the laser heat treatment method may include performing an n+mth laser scan on the substrate structure (where m is an integer greater than 2), and the n+mth laser scan is performed on the third laser scan of the substrate structure. It may be performed in a line area, and at least a portion of the third line area may be located between the first line area and the second line area.
  • the third line area may not overlap with the first line area and the second line area.
  • the third line area may partially overlap with at least one of the first line area and the second line area.
  • the laser beam may have a width of several ⁇ m to several mm.
  • the laser heat treatment method may be performed on the entire effective area of the one surface of the substrate structure.
  • the substrate structure may include a semiconductor film or an insulator film, and heat treatment using the laser beam may be performed to change the crystallinity, physical properties, or film quality of the semiconductor film or insulator film.
  • the substrate structure may include a wafer.
  • the laser beam may include any one of ultraviolet rays (ex, EUV, DUV, UV), visible rays, infrared rays (IR), and microwaves.
  • the substrate structure Before performing heat treatment using the laser beam, the substrate structure may have an initial temperature of about 550 ° C. or less, and the heating temperature of the corresponding region of the substrate structure by irradiation of the laser beam is in the range of about 650 to 3000 ° C. It can be.
  • heat treating the substrate structure using the above-described laser heat treatment method and forming an electronic device from the heat-treated substrate structure.
  • Figure 1 is a plan view for explaining a laser heat treatment method for a substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view for explaining a laser heat treatment method according to an embodiment of the present invention related to FIG. 1.
  • Figure 3 is a plan view for explaining a laser heat treatment method for a substrate structure, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view for explaining a laser heat treatment method according to an embodiment of the present invention related to FIG. 3.
  • 5A and 5B are plan views for explaining a laser heat treatment method for a substrate structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are plan views for explaining a laser heat treatment method for a substrate structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a plan view for explaining a laser heat treatment method according to a comparative example.
  • Figure 8 is a graph showing the results of evaluating temperature change characteristics for each region of the substrate according to laser heat treatment.
  • Figure 9 is a perspective view for explaining a method of manufacturing an electronic device by applying a laser heat treatment method to a substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • connection used in this specification not only means that certain members are directly connected, but also includes indirectly connected members with other members interposed between them.
  • a member when a member is said to be located “on” another member in the present specification, this includes not only the case where a member is in contact with another member, but also the case where another member exists between the two members.
  • the term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of the listed items.
  • terms such as “about” and “substantially” used in the specification herein are used in the sense of a range or close to the numerical value or degree, taking into account unique manufacturing and material tolerances, and to aid understanding of the present application. Precise or absolute figures provided for this purpose are used to prevent infringers from taking unfair advantage of the stated disclosure.
  • Figure 1 is a plan view for explaining a laser heat treatment method for a substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • the laser heat treatment method for a substrate structure involves scanning a laser, that is, a laser beam (not shown), on one surface of a predetermined substrate structure (S10).
  • a laser heat treatment method that performs heat treatment (i.e. annealing) on the substrate structure (S10) by irradiating the laser beam in a scanning manner while changing the relative position between the substrate structure (S10) and the laser beam ( That is, it may be a laser annealing method).
  • the substrate structure S10 may include a semiconductor substrate or an insulating substrate, or in some cases, a conductive substrate. Additionally, the substrate structure S10 may further include a predetermined thin film formed on a substrate (base substrate) or an element portion including a thin film.
  • the semiconductor substrate may include at least one of various semiconductor materials including, but not limited to, Si, Ge, SiGe, SiC, GaN, GaAs, etc.
  • the thin film may include at least one of a semiconductor thin film, an insulator thin film, and a conductive thin film.
  • the semiconductor thin film may include various semiconductor materials including amorphous silicon and polycrystalline silicon.
  • the insulating thin film may include silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride, or a high-k material with a higher dielectric constant than silicon nitride.
  • the conductive thin film may include, for example, at least one of metal and metal compound.
  • the device unit may include, as a non-limiting example, a switching element such as a transistor or diode, or a memory element such as a storage node, a capacitor, or a resistance change layer. Additionally, the substrate structure S10 may include a wafer or may have a wafer shape.
  • heat treatment using the laser beam may be performed to change the crystallinity, physical properties, or film quality of the semiconductor film or insulator film.
  • the heat treatment using the laser beam is performed for crystallization of amorphous silicon, for removing defects such as seams in the thin film, for activating the doped region, or for the substrate or thin film. It may be performed for stabilization or to change the physical properties of the substrate or thin film.
  • heat treatment using the laser beam can be performed for various purposes.
  • Irradiation of the laser beam to the substrate structure S10 may be performed at least partially in units of 'line-type unit scan area'.
  • a plurality of line-shaped areas shown with dotted lines on the substrate structure S10 exemplarily represent unit areas where the laser beam is scanned.
  • one line-shaped area formed by dotted lines may correspond to the line-shaped unit scan area.
  • the line-type unit scan area may be somewhat exaggerated.
  • the width of the line-type unit scan area (width in the Y-axis direction in the drawing) may be smaller than that shown in FIG. 1.
  • the laser heat treatment method may be performed according to a scanning method, and the line-type unit scan area may be an area where the laser beam is scanned at once. It can be said that line-type unit scan areas are arranged parallel to each other in a given direction.
  • the drawing shows a case where the line-type unit scan areas are arranged in parallel in the X-axis direction.
  • the laser heat treatment method may include performing an nth laser scan on the substrate structure S10 and performing an n+1th laser scan on the substrate structure S10.
  • the nth laser scan may be performed on the first line area 10 of the substrate structure S10
  • the n+1th laser scan may be performed on the second line area 20 of the substrate structure S10.
  • n means an integer of 1 or more.
  • the expression 'line area' in the terms first and second line areas 10 and 20 can be interpreted in a broad sense. For example, if the extended length of the area is greater than the width, it can be considered the 'line area' regardless of the shape of both ends along the length direction.
  • the first line area 10 may correspond to the nth line type unit scan area
  • the second line area 20 may correspond to the n+1th line type unit scan area.
  • the first line area 10 and the second line area 20 may extend parallel to each other in a first direction (ex, the X-axis direction in the drawing).
  • the first line area 10 and the second line area 20 may be spaced apart from each other in a second direction perpendicular to the first direction (eg, Y-axis direction in the drawing).
  • the distance d1 between the first line area 10 and the second line area 20 along the second direction (Y-axis direction) is in the second direction (Y-axis direction) of the line-type unit scan area. It may be a distance equivalent to about 5% or more of the width along the line.
  • the gap d1 between the first line area 10 and the second line area 20 is a distance corresponding to about 10% or more of the width of the line-type unit scan area in the second direction (Y-axis direction). It can be. Alternatively, the gap d1 between the first line area 10 and the second line area 20 corresponds to about 25% or more of the width of the line-type unit scan area in the second direction (Y-axis direction). It may be a distance.
  • the gap d1 between the first line area 10 and the second line area 20 may be about 5% or more of the width of the line-type unit scan area in the second direction (Y-axis direction), and As a limiting example, it may be about 2000% or less. However, in some cases, it may be about 2000% or more.
  • the 'interval' may mean the minimum interval (minimum distance). This may also apply to other parts of this specification.
  • the nth laser scan and the n+1th laser scan may be performed at a predetermined interval.
  • the line-type unit scan area may have a length that crosses the substrate structure S10 in the first direction (X-axis direction), for example. Additionally, the line-type unit scan area may have a width of several ⁇ m to several mm in the second direction (Y-axis direction). In this regard, the laser beam may have a width of several ⁇ m to several mm in the second direction (Y-axis direction). The line-type unit scan area may have a width in the second direction (Y-axis direction) of about 1 ⁇ m to 10 mm or 5 ⁇ m to 10 mm, as a non-limiting example.
  • the laser beam may have a width in the second direction (Y-axis direction) of about 1 ⁇ m to 10 mm or 5 ⁇ m to 10 mm, as a non-limiting example.
  • the width of each of the first line area 10 and the second line area 20 along the second direction (Y-axis direction) is the width of the line-type unit scan area along the second direction (Y-axis direction). It can correspond to the width.
  • the distance d1 between the first line area 10 and the second line area 20 along the second direction (Y-axis direction) is in the second direction (Y-axis direction) of the line-type unit scan area. It may have a distance corresponding to N times the width, where N may be an integer of 1 or more.
  • the gap d1 between the first line area 10 and the second line area 20 is equal to 1 times the width of the line-type unit scan area in the second direction (Y-axis direction).
  • the spacing may be more than twice (two spaces) rather than one (one space).
  • FIG. 2 is a plan view for explaining a laser heat treatment method according to an embodiment of the present invention related to FIG. 1.
  • the laser heat treatment method may further include performing an n+mth laser scan on the substrate structure S10.
  • m may be an integer greater than 2.
  • m may be an integer greater than about 5.
  • the n+mth laser scan may be performed on the third line area 30 of the substrate structure S10, and at least a portion of the third line area 30 is divided into the first line area 10 and the second line area. It can be located between (20).
  • the third line area 30 may correspond to the n+mth line-type unit scan area.
  • scanning-type laser heat treatment is performed on the two spaced apart line areas 10 and 20, after a predetermined time, the third line area between the first line area 10 and the second line area 20 is formed. Scanning-type laser heat treatment can be performed on the line area 30.
  • the third line area 30 may be arranged to contact at least one of the first line area 10 and the second line area 20.
  • the third line area 30 does not overlap the first line area 10 and the second line area 20.
  • the third line area 30 may contact (contact) the first line area 10 and the second line area 20, respectively, but may not overlap them.
  • Figure 3 is a plan view for explaining a laser heat treatment method for a substrate structure, according to an embodiment of the present invention.
  • the laser heat treatment method includes performing an nth laser scan on the substrate structure S10 and performing an n+1th laser scan on the substrate structure S10. It may include, the nth laser scan may be performed on the first line area 11 of the substrate structure S10, and the n+1th laser scan may be performed on the second line area 11 of the substrate structure S10. (21) can be performed.
  • the distance d2 between the first line area 11 and the second line area 21 along the second direction (Y-axis direction) is the second direction (Y-axis direction) of the line-type unit scan area. It may be smaller than the width along the axial direction. However, the gap d2 between the first line area 11 and the second line area 21 is about 5% or more of the width of the line-type unit scan area in the second direction (Y-axis direction) or about 5% or more. It may be more than 10%. Even in this embodiment, by performing the nth laser scan and the n+1th laser scan at predetermined intervals, problems due to temperature non-uniformity of the substrate structure S10 can be prevented or minimized in each laser heat treatment step. It is possible to suppress deterioration of characteristics and occurrence of defects in the substrate structure (S10).
  • FIG. 4 is a plan view for explaining a laser heat treatment method according to an embodiment of the present invention related to FIG. 3.
  • the laser heat treatment method may further include performing an n+mth laser scan on the substrate structure S10.
  • m may be an integer greater than 2.
  • m may be an integer greater than about 5.
  • the n+mth laser scan may be performed on the third line area 31 of the substrate structure S10, and at least a portion of the third line area 31 is divided into the first line area 11 and the second line area. It can be located between (21).
  • the third line area 31 may correspond to the n+mth line-type unit scan area. After scanning-type laser heat treatment is performed on the two spaced apart line areas 11 and 21, after a predetermined time, the third line area between the first line area 11 and the second line area 21 is formed. Scanning-type laser heat treatment can be performed on the line area 31.
  • the third line area 31 may partially overlap with at least one of the first line area 11 and the second line area 21 .
  • the third line area 31 may partially overlap with the first line area 11 and the second line area 21, respectively.
  • Reference numeral R1 indicates the first overlap area between the first line area 11 and the third line area 31
  • reference number R2 indicates the first overlap area between the second line area 21 and the third line area 31. 2 Indicates the overlap area. Since laser scanning of the third line area 31 may proceed after the temperature of the substrate structure S10 is normalized, negative phenomena may occur even if the first and second overlap areas R1 and R2 exist. You may not. When at least one of the first and second overlap regions R1 and R2 exists, the possibility that some of the effective areas of the substrate structure S10 are not heat treated can be more reliably excluded.
  • the gap between the first line area and the second line area along the second direction may be about 5% or more of the width of the line-type unit scan area along the second direction.
  • the gap between the first line area and the second line area may correspond to N times the width of the line-type unit scan area in the second direction or may be smaller than N times.
  • the gap when the gap is smaller than N times, it may correspond to a case where line areas overlap.
  • the width of the line-type unit scan area is denoted as W.
  • the spacing between the first line area and the second line area is [1W - ⁇ W It may be about 0.475 ⁇ (1+1) ⁇ ] to 1W.
  • the spacing between the first line area and the second line area is [2W - ⁇ W It may be about 0.475 ⁇ (2+1) ⁇ ] to 2W.
  • the spacing between the first line area and the second line area is [3W - ⁇ W It may be about 0.475 ⁇ (3+1) ⁇ ] to 3W. Therefore, when M line areas (line-type unit scan areas) are arranged between the first line area and the second line area (where M is an integer of 1 or more), the first line area and the second line The spacing between regions may be on the order of [MW - ⁇ W ⁇ 0.475 ⁇ (M+1) ⁇ ] to MW.
  • the line area may have the same width as the first and second line areas, and may be an area corresponding to the line-type unit scan area.
  • the gap between the first line area and the second line area in the second direction is about 10% or more of the width of the line-type unit scan area in the second direction
  • the first line area When M line areas (line-type unit scan areas) are arranged between the and the second line areas (where M is an integer of 1 or more), the gap between the first line area and the second line area is [MW - It may be about ⁇ W ⁇ 0.45 ⁇ (M+1) ⁇ ] to MW.
  • the scan speed of the laser is fast, the range of possible overlap between line areas (line-type scan areas) can be widened.
  • 5A and 5B are plan views for explaining a laser heat treatment method for a substrate structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • heat treatment may be performed by irradiating a laser beam to an arbitrary area of the substrate structure S10 using a scanning method.
  • the arbitrary area may be an area corresponding to a line-type unit scan area.
  • the first laser scan may be performed on the edge area (line area) of the top or bottom of the substrate structure S10 in the drawing.
  • the second laser scan can be performed by moving an amount corresponding to N times the width of the line-type unit scan area (where N is an integer of 1 or more).
  • the interval between the area (unit area) where the nth laser scan is performed and the area (unit area) where the n+1th laser scan is performed is N times the width of the line-type unit scan area (where N is may correspond to an integer greater than 1).
  • the first laser scan is performed on the upper edge area (line area) of the drawing of the substrate structure S10, and the laser scan is sequentially performed while moving to space one line at a time.
  • laser scanning can be performed while moving from the upper area to the lower area in the drawing of the substrate structure S10 so as to space one line at a time.
  • the red arrow indicates the scan direction of the area where laser heat treatment was performed.
  • the numbers written to the left of the arrow are exemplary indications of the laser scanning sequence. For example, when scanning of one line area is completed, the stage on which the substrate structure S10 is mounted can be moved a certain distance and then scan of the next line area can be performed. The positional movement of the stage can be done very precisely and accurately.
  • the black arrow shown on the right side of the substrate structure S10 exemplarily indicates the moving direction of the stage.
  • scanning of the laser beam may be performed, for example, by rotating a polygon mirror included in a laser irradiation device for scanning.
  • the laser irradiation device may include a laser generator, a polygon mirror, an optical system, etc., and the polygon mirror may be disposed between the laser generator and the optical system, and the polygon mirror may be disposed between the polygon mirror and the substrate structure (S10).
  • An optical system may be arranged.
  • the laser beam generated from the laser generator may be irradiated to the substrate structure S10 through the polygon mirror and the optical system.
  • the scanning speed of the laser beam can be controlled by the rotation speed of the polygon mirror. By adjusting the rotation speed of the polygon mirror and the movement speed and movement point of the stage, a series of laser scans can be performed while securing the gap (distance) between the nth and n+1th laser scan areas.
  • laser scanning may be sequentially performed on line areas where laser scanning was not performed in FIG. 5A.
  • laser scanning can be performed sequentially while moving to space one line at a time.
  • a laser scan may be performed from the upper area to the lower area in the drawing of the substrate structure S10.
  • the blue arrow indicates the scan direction of the area where laser heat treatment was performed.
  • the numbers written to the left of the arrow are exemplary indications of the laser scanning sequence.
  • the areas indicated by red and blue arrows in FIG. 5B may be areas that have been heat treated substantially the same.
  • the nth laser scan area and the n+1th laser scan area may be 5% or more of the width of one line (i.e., line-type unit scan area), and the gap may be N times the width of the line (i.e., line-type unit scan area) or less than N times. It may be possible. Additionally, the starting point and proceeding direction (direction of movement) of laser heat treatment may vary.
  • FIGS. 6A and 6B illustrate a case where the laser scanning directions in the line areas are all the same in one direction, but in some cases, the laser scanning directions in the line areas may not be the same. An example is shown in FIGS. 6A and 6B.
  • 6A and 6B are plan views for explaining a laser heat treatment method for a substrate structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first laser scan may be performed on an arbitrary area (line area) of the substrate structure S10, and the laser scan may be sequentially performed while moving the laser scan to a certain distance.
  • laser scanning may be performed while moving from the upper area to the lower area on the drawing of the substrate structure S10 so as to space one line at a time.
  • the red arrow indicates the scan direction of the area where laser heat treatment was performed.
  • the numbers written to the left of the arrow are exemplary indications of the laser scanning sequence.
  • the laser scanning direction may be reversed to the opposite direction for each scan. In other words, the laser scanning direction can be changed in a zigzag manner.
  • the black arrow shown on the right side of the substrate structure S10 exemplarily indicates the moving direction of the stage.
  • laser scanning may be sequentially performed on line areas where laser scanning was not performed in FIG. 6A.
  • laser scanning can be performed sequentially while moving to space one line at a time.
  • a laser scan may be performed from the upper area to the lower area in the drawing of the substrate structure S10.
  • the blue arrow indicates the scan direction of the area where laser heat treatment was performed.
  • the numbers written to the left of the arrow are exemplary indications of the laser scanning sequence.
  • the laser scan direction can be reversed for each scan. That is, the laser scanning direction can be changed in a zigzag manner.
  • the areas indicated by red and blue arrows in FIG. 6B may be areas that have been heat treated substantially the same.
  • the efficiency of the scanning process can be improved.
  • the laser scan direction and scan order shown in FIGS. 6A and 6B are exemplary and may vary depending on the case.
  • all the plurality of lines of the substrate structure S10 Heat treatment can be performed under substantially the same temperature conditions for each region. If the nth laser scan area and the n+1th laser scan area are adjacent to or overlap each other, continuous laser scans are performed on the areas that are in contact with or overlap with each other, so that the lower side of the substrate structure This increases the likelihood of unwanted overheating or unwanted temperature unevenness occurring on the upper side of the substrate structure.
  • the laser beam used in embodiments of the present invention may be, for example, any one of ultraviolet rays (ex, EUV, DUV, UV), visible rays, infrared rays (IR), and microwaves. .
  • the wavelength of the laser beam may be about 0.01 ⁇ m to 11 ⁇ m.
  • the specific type and wavelength range of the laser beam described above are exemplary and may change depending on the case.
  • the substrate structure (S10) before heat treatment using the laser beam, may have an initial temperature of, for example, about 550° C. or less, and the substrate structure (S10) may be formed by irradiation of the laser beam.
  • the heating temperature of the corresponding area (the area irradiated with the laser) of S10) may be, for example, in the range of about 650 to 3000 °C.
  • the temperature conditions described above are exemplary and may vary depending on the case.
  • Figure 7 is a plan view for explaining a laser heat treatment method according to a comparative example.
  • the first laser scan is performed on one line area (first line area) of the substrate structure S1, and then the second line area adjacent to the first line area is scanned.
  • Laser heat treatment according to a scanning method can be performed on the entire area of the substrate structure S1 while moving to the next area adjacent to the previous laser scan area.
  • laser scanning may be performed by repeating movement and alignment starting from the upper area of the substrate structure S1.
  • the red arrow indicates the scan direction of the area where laser heat treatment was performed, and the numbers on the left side of the arrow indicate the laser scan order.
  • Figure 8 is a graph showing the results of evaluating temperature change characteristics for each region of the substrate according to laser heat treatment.
  • Figure 8 shows the temperature change over time on the upper and lower surfaces of the substrate (wafer) when heat treatment is performed by irradiating a laser to the upper surface of the substrate (wafer).
  • the intermediate temperature of the substrate was 700°C
  • the heating temperature (i.e., peak temperature) of the upper surface of the substrate by laser irradiation was 1300°C.
  • the temperature of the lower surface increases to about 800°C due to the effect of laser irradiation on the upper surface. It increased to about °C and then decreased over time. The time it took for the temperature of the lower part to drop again to 700° C. was about 1.7 seconds. If the intermediate temperature of the substrate is 400 °C and the heating temperature (i.e. peak temperature) of the upper surface is 1300 °C, the time it takes for the temperature of the lower surface to drop back to 400 °C after laser heat treatment of the upper surface is about 2 seconds. It is predicted to be around 3 seconds.
  • the evaluation result of FIG. 8 may mean that when high-temperature heat treatment is performed on a certain area of the upper surface of the substrate, the temperature of the lower area and the surrounding area may vary significantly.
  • the laser heat treatment process is performed sequentially while ensuring the gap between the nth laser scan area and the n+1th laser scan area at a predetermined distance or more, unwanted temperature non-uniformity and overheating problems, etc. Heat treatment can be performed while preventing or minimizing.
  • a method of manufacturing an electronic device (semiconductor device) according to an embodiment of the present invention includes heat-treating a substrate structure using the laser heat treatment method according to the embodiments described above and manufacturing an electronic device (semiconductor device) from the heat-treated substrate structure. It may include a forming step. Forming the electronic device (semiconductor device) from the heat-treated substrate structure includes, for example, performing a finishing process on the substrate structure, dicing the substrate structure to form a plurality of device portions. It may include a step of packaging the plurality of device parts, etc. Since the above-mentioned finishing process, dicing process, packaging process, etc. may be well known, detailed description thereof will be omitted.
  • Figure 9 is a perspective view for explaining a method of manufacturing an electronic device by applying a laser heat treatment method to a substrate structure according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of devices D10 can be formed from the heat-treated substrate structure S100.
  • the plurality of devices D10 may be electronic devices (semiconductor devices).
  • the device D10 may be a memory device or a non-memory device.
  • Embodiments of the present invention can be applied to a heat treatment method for an object to be treated and a method of manufacturing a device using the same.
  • Embodiments of the present invention can be applied to a laser heat treatment method for a substrate structure and a manufacturing method of an electronic device using the same.

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Abstract

기판 구조체에 대한 스캐닝 방식에 따른 레이저 열처리 방법 및 이를 적용한 전자 소자의 제조 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 레이저 열처리 방법은 기판 구조체의 일면부에 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 조사하되, 상기 기판 구조체와 상기 레이저 빔 사이의 상대적 위치를 변화시키면서 상기 레이저 빔을 조사하여 상기 기판 구조체에 대한 열처리를 수행하는 레이저 열처리 방법으로, 상기 기판 구조체에 대한 상기 레이저 빔의 조사는 적어도 부분적으로 라인형 단위 스캔 영역의 단위로 이루어질 수 있고, 상기 레이저 열처리 방법은 상기 기판 구조체에 대한 n번째 레이저 스캔을 수행하는 단계 및 n+1번째 레이저 스캔을 수행하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 n번째 레이저 스캔은 상기 기판 구조체의 제 1 라인 영역에 수행될 수 있고, 상기 n+1번째 레이저 스캔은 상기 기판 구조체의 제 2 라인 영역에 수행될 수 있으며, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역은 제 1 방향으로 상호 나란하게 연장될 수 있고, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역은 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 상호 이격될 수 있으며, 상기 제 2 방향에 따른 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 약 5% 이상일 수 있다.

Description

기판 구조체에 대한 스캐닝 방식에 따른 레이저 열처리 방법 및 이를 적용한 전자 소자의 제조 방법
본 발명은 피처리물에 대한 열처리 방법 및 이를 적용한 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법 및 이를 적용한 전자 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자/전자 소자는 복수의 공정을 통해 제조될 수 있다. 반도체 소자/전자 소자를 제조하기 위한 공정들은, 예를 들어, 박막 증착 공정, 포토리소그래피(photolithography) 공정, 식각 공정, 이온 주입 공정, 열처리(즉, 어닐링) 공정 등을 포함할 수 있다. 이 중에서 열처리 공정은 기판 또는 상기 기판 상에 형성된 박막을 안정화시키거나 활성화시키거나 용융시키거나 박막 내 심(seam) 불량 등을 제거함으로써, 소자의 특성을 개선 및 확보하기 위한 공정일 수 있다. 상기 열처리(어닐링) 공정은 레이저 열처리 공정, 급속 열처리 공정(rapid thermal process)(RTP) 등을 포함할 수 있다.
레이저 열처리 공정은 레이저를 이용해서 주로 기판의 표면부나 그와 인접한 영역에 대한 열처리를 진행할 수 있으므로 다른 공정에 미치는 영향을 줄일 수 있고, 승온 및 제어가 비교적 용이하다는 이점이 있다. 그러나, 반도체 소자/전자 소자의 집적도가 향상되고 단위 소자의 사이즈가 지속적으로 축소되며 공정이 고도화됨에 따라, 레이저 열처리 시 기판부에 발생하는 온도 불균일성이 소자의 제조 특성에 다양한 문제점을 유발할 수 있다. 또한, 레이저 열처리에 의해 기판의 하부측 온도가 원치 않게 상승하거나 변동됨에 따라, 소자의 특성이 열화되고 불량률이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 레이저를 이용해서 스캐닝(scanning) 방식으로 기판 구조체에 대한 열처리를 수행함에 있어서, 기판 구조체에 발생할 수 있는 온도 불균일성으로 인한 문제를 방지 내지 최소화할 수 있고, 기판 구조체의 특성 열화 및 불량 발생을 억제할 수 있는 레이저 열처리 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 레이저 열처리 방법을 적용한 전자 소자(반도체 소자)의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 구조체의 일면부에 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 조사하되, 상기 기판 구조체와 상기 레이저 빔 사이의 상대적 위치를 변화시키면서 상기 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 조사하여 상기 기판 구조체에 대한 열처리를 수행하는 레이저 열처리 방법으로서, 상기 기판 구조체에 대한 상기 레이저 빔의 조사는 적어도 부분적으로 라인형 단위 스캔 영역의 단위로 이루어지고, 상기 레이저 열처리 방법은 상기 기판 구조체에 대한 n번째 레이저 스캔을 수행하는 단계; 및 상기 기판 구조체에 대한 n+1번째 레이저 스캔을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 n번째 레이저 스캔은 상기 기판 구조체의 제 1 라인 영역에 수행되고, 상기 n+1번째 레이저 스캔은 상기 기판 구조체의 제 2 라인 영역에 수행되며, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역은 제 1 방향으로 상호 나란하게 연장되고, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역은 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 상호 이격되며, 상기 제 2 방향에 따른 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 약 5% 이상인 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법이 제공된다.
상기 제 2 방향에 따른 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 약 10% 이상일 수 있다.
상기 제 2 방향에 따른 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 N배에 해당하는 거리를 가질 수 있고, 여기서 상기 N은 1 이상의 정수일 수 있다.
상기 레이저 열처리 방법은 상기 기판 구조체에 대한 n+m번째 레이저 스캔을 수행하는 단계(여기서, m은 2 보다 큰 정수)를 포함할 수 있고, 상기 n+m번째 레이저 스캔은 상기 기판 구조체의 제 3 라인 영역에 수행될 수 있으며, 상기 제 3 라인 영역의 적어도 일부는 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이에 위치할 수 있다.
상기 제 3 라인 영역은 상기 제 1 라인 영역 및 상기 제 2 라인 영역과 오버랩(overlap)되지 않을 수 있다.
상기 제 3 라인 영역은 상기 제 1 라인 영역 및 상기 제 2 라인 영역 중 적어도 하나와 부분적으로 오버랩(overlap)될 수 있다.
상기 레이저 빔은 수 ㎛ 내지 수 mm의 폭을 가질 수 있다.
상기 레이저 열처리 방법은 상기 기판 구조체의 상기 일면부의 유효 영역 전체에 대하여 수행될 수 있다.
상기 기판 구조체는 반도체막 또는 절연체막을 포함할 수 있고, 상기 레이저 빔을 이용한 열처리는 상기 반도체막 또는 절연체막의 결정성, 물성 또는 막질을 변화시키도록 수행될 수 있다.
상기 기판 구조체는 웨이퍼(wafer)를 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔은 자외선(ex, EUV, DUV, UV), 가시광선(visible ray), 적외선(IR) 및 마이크로파(microwave) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔을 이용한 열처리를 수행하기 전, 상기 기판 구조체는 약 550 ℃ 이하의 초기 온도를 가질 수 있고, 상기 레이저 빔의 조사에 의한 상기 기판 구조체의 해당 영역의 가열 온도는 약 650∼3000 ℃ 범위일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 레이저 열처리 방법을 이용해서 기판 구조체를 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 기판 구조체로부터 전자 소자를 형성하는 단계를 포함하는 전자 소자의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 레이저를 이용해서 스캐닝 방식으로 기판 구조체에 대한 열처리를 수행함에 있어서, 기판 구조체에 발생할 수 있는 온도 불균일성으로 인한 문제를 방지 내지 최소화할 수 있고, 기판 구조체의 특성 열화 및 불량 발생을 억제할 수 있는 레이저 열처리 방법을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 레이저 열처리 방법을 적용하면, 우수한 성능 및 균일성을 갖는 전자 소자(반도체 소자)의 제조가 가능할 수 있다.
그러나, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1과 관련된 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 3과 관련된 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 것으로, 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 것으로, 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 비교예에 따른 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 레이저 열처리에 따른 기판의 영역 별 온도 변화 특성을 평가한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 적용한 전자 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 설명할 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 명확하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태의 용어는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "연결"이라는 용어는 어떤 부재들이 직접적으로 연결된 것을 의미할 뿐만 아니라, 부재들 사이에 다른 부재가 더 개재되어 간접적으로 연결된 것까지 포함하는 개념이다.
아울러, 본원 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본원 명세서에서 사용되는 "약", "실질적으로" 등의 정도의 용어는 고유한 제조 및 물질 허용 오차를 감안하여, 그 수치나 정도의 범주 또는 이에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 제공된 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 영역이나 파트들의 사이즈나 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법은 소정의 기판 구조체(S10)의 일면부에 레이저, 즉, 레이저 빔(beam)(미도시)을 스캐닝(scanning) 방식으로 조사하되, 기판 구조체(S10)와 상기 레이저 빔 사이의 상대적 위치를 변화시키면서 상기 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 조사하여 기판 구조체(S10)에 대한 열처리(즉, 어닐링)를 수행하는 레이저 열처리 방법(즉, 레이저 어닐링 방법)일 수 있다.
기판 구조체(S10)는 반도체 기판이나 절연성 기판을 포함하거나, 경우에 따라서는, 도전성 기판을 포함할 수도 있다. 또한, 기판 구조체(S10)는 기판(베이스 기판) 상에 형성된 소정의 박막이나 박막을 포함하는 소자부를 더 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판은, 비제한적인 예로서, Si, Ge, SiGe, SiC, GaN, GaAs 등으로 구성된 다양한 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 박막은 반도체 박막, 절연체 박막 및 도전성 박막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 반도체 박막은 비정질 실리콘, 다결정 실리콘을 포함한 다양한 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 절연체 박막은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 질산화물, 실리콘 질화물 보다 유전율이 높은 고유전(high-k) 물질 등을 포함할 수 있다. 상기 도전성 박막은, 예컨대, 금속, 금속화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 소자부는, 비제한적인 예로서, 트랜지스터나 다이오드 등의 스위칭 요소나 스토리지 노드나 커패시터, 저항변화층 등의 메모리 요소를 포함할 수 있다. 또한, 기판 구조체(S10)는 웨이퍼(wafer)를 포함하거나 웨이퍼 형태를 가질 수 있다.
기판 구조체(S10)가 반도체막(반도체 박막) 또는 절연체막(절연체 박막)을 포함하는 경우, 상기 레이저 빔을 이용한 열처리는 상기 반도체막 또는 절연체막의 결정성, 물성 또는 막질을 변화시키도록 수행될 수 있다. 비제한적인 예로서, 상기 레이저 빔을 이용한 열처리는 비정질 실리콘의 결정화를 위해 수행되거나, 박막 내 심(seam) 등의 결함을 제거하기 위해 수행되거나, 도핑 영역의 활성화를 위해 수행되거나, 기판 내지 박막의 안정화를 위해 수행되거나, 기판 내지 박막의 물성 변화를 위해 수행될 수 있다. 그 밖에도, 상기 레이저 빔을 이용한 열처리는 다양한 목적으로 수행될 수 있다.
기판 구조체(S10)에 대한 상기 레이저 빔의 조사는 적어도 부분적으로 '라인형 단위 스캔 영역'의 단위로 이루어질 수 있다. 도 1에서 기판 구조체(S10) 상에 점선으로 도시된 복수의 라인형 영역들은 상기 레이저 빔이 스캔되는 단위 영역들을 예시적으로 표시한 것이다. 도 1에서 점선들에 의해 형성된 하나의 라인형 영역이 상기 라인형 단위 스캔 영역에 대응될 수 있다. 도 1에서는 상기 라인형 단위 스캔 영역이 다소 과장되게 도시된 것일 수 있다. 실제로, 상기 라인형 단위 스캔 영역의 폭(도면상 Y축 방향으로의 폭)은 도 1에 도시된 것보다 작을 수 있다.
상기 레이저 열처리 방법은 스캐닝 방식에 따라 수행될 수 있고, 상기 라인형 단위 스캔 영역은 한 번에 레이저 빔이 스캔되는 영역일 수 있다. 라인형 단위 스캔 영역들이 주어진 방향으로 서로 평행하게 배치된다고 할 수 있다. 여기서는, 도면상 X축 방향으로 상기 라인형 단위 스캔 영역이 평행하게 배치된 경우가 도시된다. 기판 구조체(S10)와 상기 레이저 빔 사이의 상대적 위치를 변화시키면서 상기 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 기판 구조체(S10)의 상기 일면부에 조사함으로써, 상기 일면부의 유효 영역 전체에 대한 열처리(즉, 어닐링)를 수행할 수 있다.
상기 레이저 열처리 방법은 기판 구조체(S10)에 대한 n번째 레이저 스캔을 수행하는 단계 및 기판 구조체(S10)에 대한 n+1번째 레이저 스캔을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 n번째 레이저 스캔은 기판 구조체(S10)의 제 1 라인 영역(10)에 수행될 수 있고, 상기 n+1번째 레이저 스캔은 기판 구조체(S10)의 제 2 라인 영역(20)에 수행될 수 있다. 여기서, n은 1 이상의 정수를 의미한다. 제 1 및 제 2 라인 영역(10, 20)이라는 용어에서 '라인 영역'이라는 표현은 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, 해당 영역의 연장 길이가 폭 보다 큰 경우, 길이 방향에 따른 양단부의 형태와 무관하게 상기 '라인 영역'으로 여길 수 있다. 제 1 라인 영역(10)은 n번째 라인형 단위 스캔 영역에 대응될 수 있고, 제 2 라인 영역(20)은 n+1번째 라인형 단위 스캔 영역에 대응될 수 있다.
제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20)은 제 1 방향(ex, 도면상 X축 방향)으로 상호 나란하게 연장될 수 있다. 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20)은 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향(ex, 도면상 Y축 방향)으로 상호 이격될 수 있다. 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20) 사이의 간격(d1)은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭의 약 5% 이상에 해당하는 거리일 수 있다. 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20) 사이의 간격(d1)은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭의 약 10% 이상에 해당하는 거리일 수 있다. 또는, 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20) 사이의 간격(d1)은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭의 약 25% 이상에 해당하는 거리일 수 있다. 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20) 사이의 간격(d1)은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭의 약 5% 이상일 수 있고, 비제한적인 예로서 약 2000% 이하일 수 있다. 그러나, 경우에 따라서는, 약 2000% 이상일 수도 있다. 여기서, 상기 '간격'은 최소 간격(최소 거리)을 의미할 수 있다. 이는 본 명세서의 다른 부분에서도 마찬가지일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법에서는 상기 n번째 레이저 스캔과 상기 n+1번째 레이저 스캔을 소정의 간격을 두고 수행할 수 있다.
상기 라인형 단위 스캔 영역은 상기 제 1 방향(X축 방향)으로, 예를 들어, 기판 구조체(S10)를 가로지르는 길이를 가질 수 있다. 또한, 상기 라인형 단위 스캔 영역은 상기 제 2 방향(Y축 방향)으로 수 ㎛ 내지 수 mm 정도의 폭을 가질 수 있다. 이와 관련해서, 상기 레이저 빔은 상기 제 2 방향(Y축 방향)으로 수 ㎛ 내지 수 mm 정도의 폭을 가질 수 있다. 상기 라인형 단위 스캔 영역은 상기 제 2 방향(Y축 방향)으로, 비제한적인 예로서, 1 ㎛ 내지 10 mm 또는 5 ㎛ 내지 10 mm 정도의 폭을 가질 수 있다. 상기 레이저 빔은 상기 제 2 방향(Y축 방향)으로, 비제한적인 예로서, 1 ㎛ 내지 10 mm 또는 5 ㎛ 내지 10 mm 정도의 폭을 가질 수 있다. 또한, 제 1 라인 영역(10) 및 제 2 라인 영역(20) 각각의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭에 대응될 수 있다.
상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20) 사이의 간격(d1)은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭의 N배에 해당하는 거리를 가질 수 있고, 여기서 상기 N은 1 이상의 정수일 수 있다. 도 1에는 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20) 사이의 간격(d1)이 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭의 1배에 해당하는 거리를 갖는 경우가 도시되어 있다. 그러나, 1배(한칸 거리)가 아닌 2배(두칸 거리) 이상의 간격을 가질 수도 있다.
이와 같이, 상기 n번째 레이저 스캔과 상기 n+1번째 레이저 스캔을 소정의 간격을 두고 수행함으로써, 각각의 레이저 열처리 단계에서 기판 구조체(S10)의 온도 불균일성으로 인한 문제를 방지 내지 최소화할 수 있고, 기판 구조체(S10)의 특성 열화 및 불량 발생을 억제할 수 있다.
도 2는 도 1과 관련된 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법은 기판 구조체(S10)에 대한 n+m번째 레이저 스캔을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 m은 2 보다 큰 정수일 수 있다. 또는, 상기 m은 약 5 보다 큰 정수일 수 있다. 상기 n+m번째 레이저 스캔은 기판 구조체(S10)의 제 3 라인 영역(30)에 수행될 수 있고, 제 3 라인 영역(30)의 적어도 일부는 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20) 사이에 위치할 수 있다. 제 3 라인 영역(30)은 n+m번째 라인형 단위 스캔 영역에 대응될 수 있다. 서로 이격된 두 라인 영역(10, 20)에 대한 스캐닝 방식의 레이저 열처리를 각각 수행하고 나서, 소정의 시간이 지난 이후에 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20) 사이의 제 3 라인 영역(30)에 대한 스캐닝 방식의 레이저 열처리를 수행할 수 있다. 제 3 라인 영역(30)은 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20) 중 적어도 하나와 접하도록 배치될 수 있다.
제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20)에 대한 스캐닝 방식의 레이저 열처리를 수행하고 나서 주어진 시간이 지난 이후에 제 3 라인 영역(30)에 대한 스캐닝 방식의 레이저 열처리를 수행하기 때문에, 제 1 라인 영역(10)과 제 2 라인 영역(20)의 레이저 열처리 시 발생하는 기판 구조체(S10)의 온도 변화가 제 3 라인 영역(30)의 레이저 열처리 시에 영향을 주지 않을 수 있다. 이와 관련해서, 기판 구조체(S10)의 특성 열화 및 불량 발생이 억제될 수 있다.
도 2의 실시예에서는 제 3 라인 영역(30)이 제 1 라인 영역(10) 및 제 2 라인 영역(20)과 오버랩(overlap)되지 않는 경우가 도시되었다. 제 3 라인 영역(30)은 제 1 라인 영역(10) 및 제 2 라인 영역(20)과 각각 접하면서(접촉하면서), 이들과 오버랩(overlap)되지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법은 기판 구조체(S10)에 대한 n번째 레이저 스캔을 수행하는 단계 및 기판 구조체(S10)에 대한 n+1번째 레이저 스캔을 수행하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 n번째 레이저 스캔은 기판 구조체(S10)의 제 1 라인 영역(11)에 대해 수행될 수 있고, 상기 n+1번째 레이저 스캔은 기판 구조체(S10)의 제 2 라인 영역(21)에 대해 수행될 수 있다.
본 실시예에서 제 1 라인 영역(11)과 제 2 라인 영역(21) 사이의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 간격(d2)은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭 보다 작을 수 있다. 그러나, 제 1 라인 영역(11)과 제 2 라인 영역(21) 사이의 간격(d2)은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향(Y축 방향)에 따른 폭의 약 5% 이상이거나 약 10% 이상일 수 있다. 이러한 실시예에서도, 상기 n번째 레이저 스캔과 상기 n+1번째 레이저 스캔을 소정의 간격을 두고 수행함으로써, 각각의 레이저 열처리 단계에서 기판 구조체(S10)의 온도 불균일성으로 인한 문제를 방지 내지 최소화할 수 있고, 기판 구조체(S10)의 특성 열화 및 불량 발생을 억제할 수 있다.
도 4는 도 3과 관련된 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 방법은 기판 구조체(S10)에 대한 n+m번째 레이저 스캔을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 m은 2 보다 큰 정수일 수 있다. 또는, 상기 m은 약 5 보다 큰 정수일 수 있다. 상기 n+m번째 레이저 스캔은 기판 구조체(S10)의 제 3 라인 영역(31)에 수행될 수 있고, 제 3 라인 영역(31)의 적어도 일부는 제 1 라인 영역(11)과 제 2 라인 영역(21) 사이에 위치할 수 있다. 제 3 라인 영역(31)은 n+m번째 라인형 단위 스캔 영역에 대응될 수 있다. 서로 이격된 두 라인 영역(11, 21)에 대한 스캐닝 방식의 레이저 열처리를 각각 수행하고 나서, 소정의 시간이 지난 이후에 제 1 라인 영역(11)과 제 2 라인 영역(21) 사이의 제 3 라인 영역(31)에 대한 스캐닝 방식의 레이저 열처리를 수행할 수 있다.
제 1 라인 영역(11)과 제 2 라인 영역(21)에 대한 스캐닝 방식의 레이저 열처리를 수행하고 나서 주어진 시간이 지난 이후에 제 3 라인 영역(31)에 대한 스캐닝 방식의 레이저 열처리를 수행하기 때문에, 제 1 라인 영역(11)과 제 2 라인 영역(21)의 레이저 열처리 시 발생하는 기판 구조체(S10)의 온도 변화가 제 3 라인 영역(31)의 레이저 열처리 시에 영향을 주지 않을 수 있다. 이와 관련해서, 기판 구조체(S10)의 특성 열화 및 불량 발생이 억제될 수 있다.
도 4의 실시예에서는 제 3 라인 영역(31)이 제 1 라인 영역(11) 및 제 2 라인 영역(21) 중 적어도 하나와 부분적으로 오버랩(overlap)될 수 있다. 제 3 라인 영역(31)은 제 1 라인 영역(11) 및 제 2 라인 영역(21) 각각과 부분적으로 오버랩(overlap)될 수 있다. 참조번호 R1은 제 1 라인 영역(11)과 제 3 라인 영역(31) 사이의 제 1 오버랩 영역을 나타내고, 참조번호 R2는 제 2 라인 영역(21)과 제 3 라인 영역(31) 사이의 제 2 오버랩 영역을 나타낸다. 기판 구조체(S10)의 온도가 정상화된 이후에 제 3 라인 영역(31)에 대한 레이저 스캔이 진행될 수 있기 때문에, 제 1 및 제 2 오버랩 영역(R1, R2)이 존재하더라도 그로 인한 부정적 현상을 발생하지 않을 수 있다. 제 1 및 제 2 오버랩 영역(R1, R2) 중 적어도 하나가 존재하는 경우, 기판 구조체(S10)의 유효 영역 중 일부가 열처리되지 않을 가능성을 보다 확실하게 배제시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 상기 제 2 방향에 따른 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 약 5% 이상일 수 있다. 또한, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 N배에 해당하거나 N배 보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 간격이 상기 N배 보다 작은 경우는 라인 영역들이 오버랩되는 경우에 해당될 수 있다. 아래의 설명에서는, 편의상, 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 폭을 W로 표시한다. 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이에 1개의 라인 영역(라인형 단위 스캔 영역)이 배치되는 경우, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 [1W - {W×0.475×(1+1)}] 내지 1W 정도일 수 있다. 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이에 2개의 라인 영역(라인형 단위 스캔 영역)이 배치되는 경우, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 [2W - {W×0.475×(2+1)}] 내지 2W 정도일 수 있다. 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이에 3개의 라인 영역(라인형 단위 스캔 영역)이 배치되는 경우, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 [3W - {W×0.475×(3+1)}] 내지 3W 정도일 수 있다. 따라서, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이에 M개의 라인 영역(라인형 단위 스캔 영역)이 배치되는 경우(여기서, M은 1 이상의 정수), 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 [MW - {W×0.475×(M+1)}] 내지 MW 정도일 수 있다. 여기서, 상기 라인 영역은 상기 제 1 및 제 2 라인 영역과 동일한 폭을 갖는 영역일 수 있고, 상기 라인형 단위 스캔 영역에 대응하는 영역일 수 있다. 한편, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 상기 제 2 방향에 따른 간격이 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 약 10% 이상인 경우에는, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이에 M개의 라인 영역(라인형 단위 스캔 영역)이 배치되는 경우(여기서, M은 1 이상의 정수), 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 [MW - {W×0.45×(M+1)}] 내지 MW 정도일 수 있다. 레이저의 스캔 속도가 빠를 경우, 라인 영역들(라인형 스캔 영역들) 사이의 오버랩이 가능한 범위는 넓어질 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 것으로, 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5a를 참조하면, 기판 구조체(S10)의 임의의 한 영역에 대하여 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 조사하여 열처리를 수행할 수 있다. 상기 임의의 한 영역은 라인형 단위 스캔 영역에 대응하는 영역일 수 있다. 일례로, 도면상 기판 구조체(S10)의 상부나 하부의 가장자리 영역(라인 영역)에 대하여 첫번째 레이저 스캔을 진행할 수 있다. 그런 다음, 상기 라인형 단위 스캔 영역의 폭의 N배(여기서, N은 1 이상의 정수)에 해당하는 만큼 이동하여 두번째 레이저 스캔을 진행할 수 있다. 이 경우, n번째 레이저 스캔이 진행되는 영역(단위 영역)과 n+1번째 레이저 스캔이 진행되는 영역(단위 영역) 사이의 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 폭의 N배(여기서, N은 1 이상의 정수)에 해당할 수 있다.
여기서는, 기판 구조체(S10)의 도면상 상부의 가장자리 영역(라인 영역)에 대해서 첫번째 레이저 스캔을 수행하고, 한 라인씩 띄우도록 이동하면서 순차로 레이저 스캔을 수행하는 경우를 보여준다. 도시된 바와 같이, 기판 구조체(S10)의 도면상 상부 영역부터 하부 영역까지 한 라인씩 띄우도록 이동하면서 레이저 스캔을 수행할 수 있다. 빨간색 화살표는 레이저 열처리를 수행한 영역의 스캔 방향을 나타낸다. 화살표의 왼편에 기재된 숫자는 레이저 스캔 순서를 예시적인 표시한 것이다. 예를 들어, 한 라인 영역의 스캔이 완료되면, 기판 구조체(S10)가 탑재된 스테이지(stage)를 일정 거리만큼 이동시킨 다음, 다음 번 라인 영역에 대한 스캔을 수행할 수 있다. 스테이지의 위치 이동은 매우 정밀하고 정확하게 이루어질 수 있다. 기판 구조체(S10)의 오른쪽에 도시된 검은색 화살표는 상기 스테이지의 이동 방향을 예시적으로 표시한 것이다.
한편, 상기 레이저 빔의 스캔은, 예컨대, 스캐닝을 위한 레이저 조사 장치에 포함된 폴리곤 미러(polygon mirror)의 회전에 의해 이루어질 수 있다. 상기 레이저 조사 장치는 레이저 발생부, 폴리곤 미러, 광학계 등을 포함할 수 있고, 상기 레이저 발생부와 상기 광학계 사이에 상기 폴리곤 미러가 배치될 수 있으며, 상기 폴리곤 미러와 기판 구조체(S10) 사이에 상기 광학계가 배치될 수 있다. 상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저 빔은 상기 폴리곤 미러와 상기 광학계를 거쳐 기판 구조체(S10)에 조사될 수 있다. 상기 폴리곤 미러의 회전 속도에 의해 레이저 빔의 스캐닝 속도가 제어될 수 있다. 상기 폴리곤 미러의 회전 속도와 상기 스테이지의 이동 속도 및 이동 시점 등을 조절함으로써, n번째와 n+1번째 레이저 스캔 영역 간 간격(거리)을 확보하면서 일련의 레이저 스캔을 수행할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 도 5a에서 레이저 스캔이 수행되지 않은 라인 영역들에 대하여 레이저 스캔을 순차로 수행할 수 있다. 도 5a에서 설명한 바와 유사한 방식으로, 한 라인씩 띄우도록 이동하면서 순차로 레이저 스캔을 수행할 수 있다. 도시된 바와 같이, 기판 구조체(S10)의 도면상 상부 영역부터 하부 영역까지 레이저 스캔을 수행할 수 있다. 파란색 화살표는 레이저 열처리를 수행한 영역의 스캔 방향을 나타낸다. 화살표의 왼편에 기재된 숫자는 레이저 스캔 순서를 예시적인 표시한 것이다. 도 5b에서 빨간색 및 파란색 화살표가 표시된 영역들은 실질적으로 동일하게 열처리된 영역들일 수 있다.
도 5a 및 도 5b의 실시예에서는 한 라인씩 띄우도록 이동하면서 순차로 레이저 스캔을 수행하는 경우를 도시하고 설명하였지만, 이는 예시적인 것에 불과하고, n번째 레이저 스캔 영역과 n+1번째 레이저 스캔 영역 사이의 간격은 한 라인(즉, 라인형 단위 스캔 영역)의 폭의 5% 이상일 수 있고, 상기 간격은 상기 라인(즉, 라인형 단위 스캔 영역)의 폭의 N배에 해당하거나 N배 보다 작을 수도 있다. 또한, 레이저 열처리의 시작 지점, 진행 방향(이동 방향) 등은 다양하게 변화될 수 있다.
도 5a 및 도 5b의 실시예에서는 라인 영역들에서의 레이저 스캔 방향이 모두 한 방향으로 동일한 경우를 도시하였지만, 경우에 따라서는, 라인 영역들에서의 레이저 스캔 방향은 동일하지 않을 수도 있다. 그 일례가 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 것으로, 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6a를 참조하면, 기판 구조체(S10)의 임의의 한 영역(라인 영역)에 대하여 첫번째 레이저 스캔을 수행하고, 일정 거리 만큼 띄우도록 이동하면서 순차로 레이저 스캔을 수행할 수 있다. 예를 들어, 기판 구조체(S10)의 도면상 상부 영역부터 하부 영역까지 한 라인씩 띄우도록 이동하면서 레이저 스캔을 수행할 수 있다. 빨간색 화살표는 레이저 열처리를 수행한 영역의 스캔 방향을 나타낸다. 화살표의 왼편에 기재된 숫자는 레이저 스캔 순서를 예시적인 표시한 것이다. 본 실시예에서 레이저 스캔 방향은 1회의 스캔 마다 반대 방향으로 뒤바뀔 수 있다. 다시 말해, 상기 레이저 스캔 방향은 지그재그 방식으로 변화될 수 있다. 기판 구조체(S10)의 오른쪽에 도시된 검은색 화살표는 상기 스테이지의 이동 방향을 예시적으로 표시한 것이다.
도 6b를 참조하면, 도 6a에서 레이저 스캔이 수행되지 않은 라인 영역들에 대하여 레이저 스캔을 순차로 수행할 수 있다. 도 6a에서 설명한 바와 유사한 방식으로, 한 라인씩 띄우도록 이동하면서 순차로 레이저 스캔을 수행할 수 있다. 도시된 바와 같이, 기판 구조체(S10)의 도면상 상부 영역부터 하부 영역까지 레이저 스캔을 수행할 수 있다. 파란색 화살표는 레이저 열처리를 수행한 영역의 스캔 방향을 나타낸다. 화살표의 왼편에 기재된 숫자는 레이저 스캔 순서를 예시적인 표시한 것이다. 레이저 스캔 방향은 1회의 스캔 마다 반대 방향으로 뒤바뀔 수 있다. 즉, 상기 레이저 스캔 방향은 지그재그 방식으로 변화될 수 있다. 도 6b에서 빨간색 및 파란색 화살표가 표시된 영역들은 실질적으로 동일하게 열처리된 영역들일 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서와 같이 레이저 스캔 방향을 변화시킬 경우, 스캐닝 공정의 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 도 6a 및 도 6b에 도시된 레이저 스캔 방향 및 스캔 순서는 예시적인 것이고, 경우에 따라, 다양하게 변화될 수 있다.
본 발명의 실시예에서와 같이, n번째 레이저 스캔 영역과 n+1번째 레이저 스캔 영역 사이의 간격을 소정 거리 이상 확보하면서 순차적으로 레이저 열처리 공정을 진행할 경우, 기판 구조체(S10)의 모든 복수의 라인 영역에 대하여 대체로 동일한 온도 조건에서 열처리를 수행할 수 있다. 만약, n번째 레이저 스캔 영역과 n+1번째 레이저 스캔 영역이 서로 접해 있거나 오버랩(overlap)되어 있는 경우, 서로 접하거나 오버랩된 영역들에 대하여 연속된 레이저 스캔을 수행하기 때문에, 기판 구조체의 하부측이 원치 않게 과열되거나 기판 구조체의 상부측에 원치 않는 온도 불균일이 발생할 가능성이 높아진다. 특히, 기판 구조체의 하부측이 과열되는 경우, 상기 하부측에 미리 형성된 트랜지스터나 다이오드 등의 소자부가 열에 의해 손상되거나 성능이 열화될 수 있다. 결과적으로, 상기 기판 구조체로부터 최종적으로 제조될 소자의 특성이 저하되고 불량률이 증가하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 기판 구조체의 하부측이 원치 않게 과열되는 문제를 방지 또는 억제할 수 있고 또한 온도 불균일성 문제를 방지 내지 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 성능 및 균일성을 갖는 전자 소자(반도체 소자)의 제조가 가능할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 상기 레이저 빔은, 예를 들어, 자외선(ex, EUV, DUV, UV), 가시광선(visible ray), 적외선(IR) 및 마이크로파(microwave) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 레이저 빔의 파장은, 예를 들어, 약 0.01 ㎛ 내지 11 ㎛ 정도일 수 있다. 그러나, 상기한 레이저 빔의 구체적인 종류 및 파장 범위는 예시적인 것이고, 경우에 따라, 변화될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 상기 레이저 빔을 이용한 열처리를 수행하기 전, 기판 구조체(S10)는, 예컨대, 약 550 ℃ 이하의 초기 온도를 가질 수 있고, 상기 레이저 빔의 조사에 의한 기판 구조체(S10)의 해당 영역(레이저가 조사된 영역)의 가열 온도는, 예컨대, 약 650∼3000 ℃ 범위일 수 있다. 그러나, 상기한 온도 조건들은 예시적인 것이고, 경우에 따라, 달라질 수 있다.
도 7은 비교예에 따른 레이저 열처리 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 비교예에 따른 레이저 열처리 방법에서는 기판 구조체(S1)의 하나의 라인 영역(첫번째 라인 영역)에 대하여 첫번째 레이저 스캔을 수행한 후, 상기 첫번째 라인 영역에 접해 있는 두번째 라인 영역으로 이동하여 상기 두번째 라인 영역에 대한 레이저 스캔을 수행할 수 있다. 직전 레이저 스캔 영역과 접해 있는 다음번 영역으로 이동하면서 기판 구조체(S1)의 전체 영역에 대하여 스캐닝 방식에 따른 레이저 열처리를 수행할 수 있다. 도면상 기판 구조체(S1)의 상부 영역으로부터 시작하여 이동 및 얼라인(align)을 반복하면서 레이저 스캔을 수행할 수 있다. 빨간색 화살표는 레이저 열처리를 수행한 영역의 스캔 방향을 나타내고, 화살표의 왼편에 기재된 숫자는 레이저 스캔 순서이다.
상기 비교예에서와 같이, n번째 레이저 스캔 영역과 n+1번째 레이저 스캔 영역이 상호 접해 있거나 오버랩(overlap)되어 있는 경우, 서로 접하거나 오버랩된 영역들에 대하여 연속된 레이저 스캔을 수행하기 때문에, 기판 구조체(S1)의 하부측이 원치 않게 과열되거나 기판 구조체(S1)의 상부측(즉, 레이저 빔이 조사되는 상면부)에 원치 않는 온도 불균일이 발생할 가능성이 높아진다. 특히, 기판 구조체(S1)의 하부측이 과열되는 경우, 상기 하부측에 미리 형성된 트랜지스터나 다이오드 등의 소자부가 열에 의해 손상되거나 성능이 열화될 수 있다. 결과적으로, 기판 구조체(S1)로부터 최종적으로 제조될 소자의 특성이 저하되고 불량률이 증가하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
도 8은 레이저 열처리에 따른 기판의 영역 별 온도 변화 특성을 평가한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 8은 기판(웨이퍼)의 상면에 레이저를 조사하여 열처리를 수행하는 경우, 상기 기판의 상면과 하면 각각에서의 시간에 따른 온도 변화를 보여준다. 이때, 상기 기판의 중간 온도(intermediate temperature)는 700 ℃ 였고, 상기 레이저 조사에 의한 기판 상면부의 가열 온도(즉, 피크 온도)는 1300 ℃ 였다.
도 8을 참조하면, 기판의 상면부와 하면부가 모두 700 ℃에 도달한 후, 레이저 조사에 의해 기판 상면부의 온도가 1300 ℃ 까지 증가한 경우, 하면부의 온도는 상면부의 레이저 조사에 의한 영향으로 약 800 ℃ 정도까지 증가한 후 시간에 따라 감소하였다. 상기 하면부의 온도가 다시 700 ℃ 까지 떨어지는데 소요되는 시간은 약 1.7초 정도였다. 만약, 기판의 중간 온도가 400 ℃ 이고 상면부의 가열 온도(즉, 피크 온도)는 1300 ℃ 인 경우, 상면부에 대한 레이저 열처리 후 상기 하면부의 온도가 다시 400 ℃ 까지 떨어지는데 소요되는 시간은 약 2초 내지 3초 정도일 것으로 예측된다.
도 8의 평가 결과는 기판 상면부의 소정 영역에 대한 고온 열처리를 수행할 경우, 그 하부 영역 및 주변 영역의 온도가 상당히 변동될 수 있음을 의미할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서와 같이, n번째 레이저 스캔 영역과 n+1번째 레이저 스캔 영역 사이의 간격을 소정 거리 이상 확보하면서 순차적으로 레이저 열처리 공정을 진행할 경우, 원치 않는 온도 불균일성 및 과열 문제 등을 방지 내지 최소화하면서 열처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전자 소자(반도체 소자)의 제조 방법은 앞서 설명한 실시예들에 따른 레이저 열처리 방법을 이용해서 기판 구조체를 열처리하는 단계 및 상기 열처리된 기판 구조체로부터 전자 소자(반도체 소자)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열처리된 기판 구조체로부터 상기 전자 소자(반도체 소자)를 형성하는 단계는, 예를 들어, 상기 기판 구조체에 대한 마감 공정을 수행하는 단계, 상기 기판 구조체를 다이싱(dicing)하여 복수의 소자부를 형성하는 단계 및 상기 복수의 소자부를 패키징(packaging)하는 단계 등을 포함할 수 있다. 상기한 마감 공정, 다이싱 공정, 패키징 공정 등은 잘 알려진 바와 같을 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법을 적용한 전자 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9를 참조하면, 열처리된 기판 구조체(S100)로부터 복수의 소자(D10)를 형성할 수 있다. 복수의 소자(D10)는 전자 소자(반도체 소자)일 수 있다. 소자(D10)는 메모리 소자이거나 비메모리 소자일 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 따르면, 레이저를 이용해서 스캐닝 방식으로 기판 구조체에 대한 열처리를 수행함에 있어서, 기판 구조체에 발생할 수 있는 온도 불균일성으로 인한 문제를 방지 내지 최소화할 수 있고, 기판 구조체의 특성 열화 및 불량 발생을 억제할 수 있는 레이저 열처리 방법을 구현할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 열처리 방법을 적용하면, 우수한 성능 및 균일성을 갖는 전자 소자(반도체 소자)의 제조가 가능할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 6b 및 도 9를 참조하여 설명한 실시예에 따른 기판 구조체에 대한 스캐닝 방식에 따른 레이저 열처리 방법 및 이를 적용한 전자 소자의 제조 방법이, 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위 내에서, 다양하게 치환, 변경 및 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
본 발명의 실시예들은 피처리물에 대한 열처리 방법 및 이를 적용한 소자의 제조 방법에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법 및 이를 적용한 전자 소자의 제조 방법에 적용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 기판 구조체의 일면부에 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 조사하되, 상기 기판 구조체와 상기 레이저 빔 사이의 상대적 위치를 변화시키면서 상기 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 조사하여 상기 기판 구조체에 대한 열처리를 수행하는 레이저 열처리 방법으로서,
    상기 기판 구조체에 대한 상기 레이저 빔의 조사는 적어도 부분적으로 라인형 단위 스캔 영역의 단위로 이루어지고,
    상기 레이저 열처리 방법은 상기 기판 구조체에 대한 n번째 레이저 스캔을 수행하는 단계; 및 상기 기판 구조체에 대한 n+1번째 레이저 스캔을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 n번째 레이저 스캔은 상기 기판 구조체의 제 1 라인 영역에 수행되고, 상기 n+1번째 레이저 스캔은 상기 기판 구조체의 제 2 라인 영역에 수행되며,
    상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역은 제 1 방향으로 상호 나란하게 연장되고, 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역은 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 상호 이격되며, 상기 제 2 방향에 따른 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 5% 이상인, 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 방향에 따른 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 10% 이상인 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 방향에 따른 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이의 간격은 상기 라인형 단위 스캔 영역의 상기 제 2 방향에 따른 폭의 N배에 해당하는 거리를 갖고, 여기서 상기 N은 1 이상의 정수인 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 열처리 방법은 상기 기판 구조체에 대한 n+m번째 레이저 스캔을 수행하는 단계(여기서, m은 2 보다 큰 정수)를 포함하고,
    상기 n+m번째 레이저 스캔은 상기 기판 구조체의 제 3 라인 영역에 수행되며, 상기 제 3 라인 영역의 적어도 일부는 상기 제 1 라인 영역과 상기 제 2 라인 영역 사이에 위치하는 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 라인 영역은 상기 제 1 라인 영역 및 상기 제 2 라인 영역과 오버랩(overlap)되지 않는 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 라인 영역은 상기 제 1 라인 영역 및 상기 제 2 라인 영역 중 적어도 하나와 부분적으로 오버랩(overlap)되는 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 수 ㎛ 내지 수 mm의 폭을 갖는 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 열처리 방법은 상기 기판 구조체의 상기 일면부의 유효 영역 전체에 대하여 수행되는 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 구조체는 반도체막 또는 절연체막을 포함하고, 상기 레이저 빔을 이용한 열처리는 상기 반도체막 또는 절연체막의 결정성, 물성 또는 막질을 변화시키도록 수행되는 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 구조체는 웨이퍼(wafer)를 포함하는 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 자외선(ultraviolet　ray), 가시광선(visible ray), 적외선(infrared　ray) 및 마이크로파(microwave) 중 어느 하나를 포함하는 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 이용한 열처리를 수행하기 전, 상기 기판 구조체는 550 ℃ 이하의 초기 온도를 갖고,
    상기 레이저 빔의 조사에 의한 상기 기판 구조체의 해당 영역의 가열 온도는 650∼3000 ℃ 범위인 기판 구조체에 대한 레이저 열처리 방법.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 레이저 열처리 방법을 이용해서 기판 구조체를 열처리하는 단계; 및
    상기 열처리된 기판 구조체로부터 전자 소자를 형성하는 단계를 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
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