KR100294165B1 - 레이저어닐방법 - Google Patents

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KR100294165B1
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나오토 구스모토
고이치로 다나카
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야마자끼 순페이
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Abstract

비정질 규소막에 정규 분포형 비임 프로필 또는 유사한 비임 프로필을 가지는 선형 펄스 레이저 비임들을 조사함으로써 그 비정질 규소막을 결정화시키는데 있어서, 상기 선형 펄스 레이저 비임들이 중첩 방식으로 적용된다. 레이저 조사력이 다수 횟수의 주사에서 점차로 증가된 다음, 계단식으로 감소되는 방법에 의해 얻어지는 것과 유사한 효과들이 본 발명의 방법에 따라 얻어질 수 있다.

Description

레이저 어닐방법
제1도는 레이저 비임 조사장치의 개요를 나타내는 도면.
제2도는 레이저 비임을 선 형상으로 가공하기 위한 광학계를 나타내는 도면.
제3도는 정규분포형 에너지 프로파일(profile)을 가지는 선형 레이저 비임을 주사하면서 조사하는 상태를 도식적으로 나타내는 도면.
제4도는 정규분포형 에너지 프로파일의 일반적인 형태를 나타내는 그래프.
제5도는 사다리꼴 에너지 프로파일을 가지는 선형 레이저 비임을 주사하면서 조사하는 상태를 도식적으로 나타내는 도면.
제6도는 본 발명에 따른 조사 에너지 프로파일을 나타내는 도면.
제7도는 본 발명에 따른 조사 에너지 프로파일을 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 테이블 2 : 발진기
3 : 증폭기 4 : 광학계
5∼9 : 전반사 거울 10 : 시료 스테이지/구동장치
11 : 시료 A : 원통형 오목렌즈
B : 원통형 볼록렌즈 C : 횡방향 플라이아이 렌즈
D : 종방향 플라이아이 렌즈 E, F : 원통형 볼록렌즈
G : 거울 H : 볼록렌즈
본 발명은, 예를들어, 반도체재료를 대면적에 걸쳐 균일하고 능률적으로 어닐(anneal)하는 기술에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 조사(照射) 에너지 밀도를 점차로 변경하면서 특정 영역을 조사하는데 있어 처리효율의 저하를 방지하는 기술에 관한 것이다.
최근, 반도체장치 제작공정의 저온화에 관하여 광범위한 연구가 행해져 왔다. 이것은 주로, 저렴하고 작업성이 우수한 유리기판과 같은 절연기판상에 반도체장치를 형성하는 필요성에 기인한다. 정교하고 세밀한 장치 및 다층 장치를 형성하는 필요성과 같은 다른 필요성이 또한, 공정의 저온화에 대한 연구를 유발하였다.
특히, 유리기판상에 반도체장치를 형성하는 기술은 액티브 매트릭스형 액정표시장치를 구성하는 패널을 제작하는데 필요하다. 이것은, 수 백 × 수 백 이상의 행렬을 취하도록 박막트랜지스터들이 유리기판상에 형성되는 구조이다. 유리가 대략 600℃ 이상의 분위기에 노출된 때, 수축 및 찌그러짐과 같은 변형이 현저하게 된다. 따라서, 박막트랜지스터 제작공정에서의 가열 온도는 가능한 한 낮아야 한다.
전기적 특성이 우수한 박막트랜지스터를 얻기 위해서는, 결정성 박막반도체가 사용될 필요가 있다. 결정성 규소막을 제작하는 방법들중에는, 플라즈마 CVD법 또는 대략 500℃의 감압 열 CVD법에 의해 성막된 비정질 규소막을 가열처리에 의해 결정화시키는 기술이 있다. 이러한 가열처리는, 시료가 600℃ 이상의 분위기에서 수 시간 이상 처리되도록 되어 있다. 이러한 가열처리에서는, 온도가, 예를들어, 600℃일 때, 10시간 이상의 긴 공정시간이 요구된다. 일반적으로, 유리기판이 600℃로 10시간 이상 가열되면, 그 기판의 변형(찌그러짐 및 수축)이 철저하게 된다. 박막트랜지스터를 구성하기 위한 박막반도체가 수 백 Å의 두께를 가지며 수 마이크로미터 내지 수 십 마이크로미터의 크기를 가지기 때문에, 기판의 변형은 박막트랜지스터의 오동작, 전기적 특성의 변동 등을 야기한다. 특히, 대형화된 기판(대각선 크기: 20인치 이상)의 경우에는, 기판의 변형이 중대한 문제로 된다.
가열처리 온도가 1000℃보다 높으면, 수 시간의 공정시간에 결정화가 달성될 수 있으나, 보통의 유리기판은, 비록 가열처리가 단시간 동안 지속될지라도 대략 1000℃의 고온에 견딜 수 없다.
석영기판은 1000℃ 이상의 가열처리에 견딜 수 있고, 결정성이 우수한 규소막을 제작하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 대면적의 석영기판은 특히 값이 비싸기 때문에, 경제적인 관점에서, 석영기판은, 장차 대형화가 요구되는 액정표시장치에 용이하게 적용될 수 없다.
상기한 상황에서, 박막트랜지스터를 제작하는 공정의 온도를 낮추는 것이 요구된다. 이러한 목적을 달성하기 위한 기술들중에는, 레이저광 조사(照射)를 이용하는 어닐 기술이 있고, 이 기술은 현재, 궁극의 저온공정을 제공하는 가능성을 가지고 많은 주목을 끌고 있다. 레이저광이 열 어닐에서의 것 만큼 높은 에너지를 필요한 부분에만 부여할 수 있기 때문에, 전체 기판을 고온 분위기에 노출시킬 필요가 없다. 따라서, 레이저광 조사에 의한 어닐 기술은 유리기판의 사용을 가능하게 한다.
그러나, 레이저광 조사에 의한 어닐 기술은 레이저광 조사 에너지가 불안정하다고 하는 문제를 가진다. 이 문제가, 필요로 하는 것보다 높은 에너지의 레이저광을 방출하고 출력 레이저광을 감쇄시킬 수 있는 레이저장치를 사용함으로써 해결될 수 있을지라도, 레이저장치의 크기의 증대에 기인하여 비용이 증가한다고 하는 다른 문제가 남아 있다.
그러한 문제에도 불구하고, 레이저광 조사에 의한 어닐 기술이 유리기판의 사용을 가능케 한다는 점에서 여전히 매우 유리하다.
레이저광 조사방법으로는, 일반적으로, 아래와 같은 2가지 방법이 있다.
첫번째 방법에서는, 아르곤 이온 레이저와 같은 CW 레이저가 사용되고, 스폿(spot)형 비임이 반도체재료에 적용된다. 반도체재료는 비임의 에너지 분포의 차와 비임의 이동에 의해 그 재료가 용융된 다음, 점차로 응고하여 결정화된다.
두번째 방법에서는, 엑시머 레이저와 같은 펄스 발진 레이저가 사용된다. 반도체재료는 고에너지 레이저 펄스의 부여에 의해 순간적으로 용융된 다음, 응고하여 결정화된다.
CW 레이저를 사용하는 첫번째 방법은, CW 레이저의 최대 에너지가 불충분하여, 비임 스폿 크기가 최대로 수 밀리미터 × 수 밀리미터이기 때문에 처리시간이 길다고 하는 문제를 가진다. 대조적으로, 펄스 발진 레이저를 사용하는 두번째 방법은, 레이저의 최대 에너지가 매우 높아, 비임 스폿 크기가 수 평방센티미터 이상으로 될 수 있기 때문에 양산성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 두번째 방법에서, 보통의 정사각형 또는 직사각형 비임으로 단일의 대면적 기판을 처리하기 위해서는, 비임이 4개의 직교하는 방향으로 이동될 필요가 있고, 이러한 불편은 양산성의 관점에서 여전히 해결될 여지가 있다.
이러한 양상은, 레이저 비임을 피처리 기판의 폭보다 더 긴 선형 형상으로 변형시키고, 그러한 변형된 비임으로 그 기판을 주사(走査)함으로써 크게 개선될 수 있다.
나머지 문제는, 레이저광 조사 효과의 균일성이 불충분하다는 것이다. 균일성을 개선하기 위해서는 다음의 수단들이 취해진다. 첫번째 수단은, 레이저 비임을 슬리트(slit)에 통과시켜 비임 프로파일을 가능한 한 직사각형 프로파일에 가깝게 만들어, 선형 비임내 강도 변동을 감소시키도록 하는 것이다. 균일성을 더 개선시키는 두번째 수단은, 뒤에 행해지는 본(本) 조사에서의 것보다 약한 펄스 레이저 광으로 예비 조사를 행하는 것이다. 이 수단은 효과적이어서, 제작된 반도체장치의 특성이 대단히 크게 개선될 수 있다.
상기한 2단계 조사가 효과적인 이유는, 많은 비정질 부분을 포함하는 반도체 재료 막이 다결정 막보다 많이 상이한 레이저 에너지 흡수율을 가지기 때문이다. 예를 들면, 일반적인 비정질 규소막(a - Si막)은 수소를 20∼30 원자% 함유한다. 높은 에너지를 가진 레이저광이 비정질 규소막에 갑자기 부여되면, 그 막으로부터 수소가 배출되어, 막의 표면이 거칠게 된다. 즉, 수 십∼수 백 Å의 요철이 형성된다. 박막트랜지스터를 위한 박막반도체는 두께가 수 백 Å이기 때문에, 수 십∼수 백 Å의 요철을 가지는 반도체의 표면이 전기적 특성의 변동 등의 주 원인으로 된다.
2단계 조사가 행해지는 경우, 약한 예비 조사에 의해 수소 일부가 비정질 규소막으로부터 제거되고, 본 조사에 의해 결정화가 실행되도록 공정이 진행한다. 조사 에너지가 예비 조사에서는 높지 않기 때문에, 갑작스런 수소 방출에 기인한 막의 중대한 표면 거칠음이 일어나지 않는다.
또한, 레이저광 조사 효과의 균일성이 크게 개선될 수 있다. 그러나, 상기한 2단계 조사가 이용되는 경우, 레이저 처리시간이 배가되어, 처리량을 감소시킨다. 또한, 펄스 레이저가 사용되기 때문에, 본 조사와 예비 조사의 위치맞춤 정확도에 따라 레이저 어닐 효과에 약간의 변동이 일어나고, 그 변동은 수 십 마이크미터×수십 마이크로미터 크기의 박막트랜지스터의 특성에 크게 영향을 끼칠 수 있다.
일반적으로, 레이저광 조사에 의한 여러가지 처리기술(예를 들면, 여러 가지 재료의 질을 변경시키고 레이저 에너지의 부여에 의해 처리하는 기술)중에는, 변경된 에너지의 레이저 비임들로 소정의 영역을 여러번 조사하는 기술이 있다. 그러한 기술의 일례가 규소막에 대한 상기한 어닐 기술이다.
통상적으로는, 그러한 기술에서, 레이저 비임이 다수의 횟수로 부여된다. 그러나, 그것은 조사 횟수의 인자 만큼 처리시간을 연장시키고, 작동효율의 큰 저하를 야기한다. 또한, 특정한 영역을 레이저 비임으로 여러번 조사하는 것은 조사영역들의 벗어남의 문제를 야기할 수 있고, 이러한 문제의 해결이 기술적으로 어려울 수 있거나 또는 비용이 많이 드는 기술을 요할 수 있기 때문에 실용적이 못된다.
본 발명의 목적은, 레이저광 조사에 의한 어닐 효과의 불균일성의 문제를 해결하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 레이저광 조사의 경제성을 향상시키는데 있다.
본 발명은, 선형 레이저 비임의 에너지 프로파일을 연속적으로 또는 단계적으로 변하는 새로운 에너지 프로파일로 함으로써 상기한 문제들을 해결한다. 구체적으로는, 정규분포 또는 사다리꼴 분포의 프로파일이 이용된다.
상기한 문제들을 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태는, 선형 비임으로 가공한 펄스 레이저 비임을 피조사물(被照射物)에 대하여 상대적으로 일 방향으로 주사(走査)하면서 피조사물에 조사(照射)하는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 제3도에 나타내어진 바와 같이, 폭방향(즉, 주사방향)으로 정규 분포형의 에너지 프로파일을 가지는 레이저 비임으로 반도체재료가 주사되면서 조사된다. 이러한 조사방법에서, 정규분포형 프로파일의 기부에서 중간부분까지가 낮은 레이저 비임 에너지를 가지는 예비 조사를 달성하는 한편, 그 프로파일의 중간부분에서 정상부분까지가 높은 레이저 비임 에너지를 가지는 본 조사를 달성한다. 따라서, 단일의 레이저 비임 조사동작으로, 2단계 또는 다단계 레이저 비임 조사에 의해 얻어지는 것과 유사한 효과가 얻어질 수 있다. 또는, 제5도에 나타내어진 바와 같이, 폭방향(즉, 주사방향)으로 사다리꼴의 에너지 프로파일을 가지는 레이저 비임으로 반도체재료가 조사된다. 이 경우, 사다리꼴 프로파일의 경사부분이 예비 조사를 달성하는 에너지를 부여하는 기능을 가지는 한편, 그 프로파일의 상단 베이스 부분이 본 조사를 달성하는 에너지를 부여하는 기능을 가진다.
본 발명의 다른 양태는, 선형 비임으로 가공한 펄스 레이저 비임을 일 방향으로 이동시키면서 피조사물에 조사하여, 그 피조사물상의 일 지점에 대하여 선형 펄스 레이저 비임이 여러번 조사되도록 선형 펄스 레이저 비임이 일부 겹치는 방식으로 부여되는 것을 특징으로 한다.
이 방법에서는, 선형 펄스 레이저 비임을 일부 겹치는 방식으로 부여함으로써 특정한 영역이 레이저 비임들로 여러번 조사된다.
특히, 주사방향으로 정규분포형 에너지 프로파일(제3도 참조) 또는 사다리꼴 에너지 프로파일(제5도 참조)을 가지는 레이저 비임을 일 방향으로 조금씩 이동시키면서 겹치는 방식으로 부여하면, 특정한 선형상 영역에서, 부여되는 에너지 밀도가 연속적으로 또는 단계적으로 증가한 다음, 연속적으로 또는 단계적으로 감소한다. 따라서, 이 방법은, 2단계 또는 다단계 레이저광 조사에 의한 것과 유사한 효과를 제공할 수 있다.
다단계 조사에 의한 것과 동등한 효과를 제공하기 위해, 레이저 비임 펄스들이 겹치는 수는 3∼100회, 바람직하게는, 10∼30회로 할 수 있다.
그러나, 필요로 하는 어닐 효과를 얻기 위해서는, 레이저 비임 조사가 다음과 같은 소정의 조건을 만족시키도록 행해지는 것이 바람직하다. 즉,
(1) 피조사물을 150∼1000 Å의 두께를 가지는 규소막으로 한다.
(2) 레이저 비임이 초당 N회의 펄스 반복수(발진수)를 가지는 펄스 비임이고, 폭 L을 가지는 선형 형태를 취하며, 폭방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 에너지 밀도가 변하는 비임 프로파일을 가진다.
(3) 레이저 비임이 폭방향으로 속도 V로 이동되면서 조사 표면에 부여된다.
(4) 단일 펄스당 평균 에너지 밀도가 100~500 mJ/cm2으로 설정된다.
(5) 레이저 비임이 10 ≤ LN/V ≤ 30의 관계를 만족시키도록 적용된다.
상기한 조건들을 만족시키는 본 발명의 레이저 비임 조사방법은, 초당 N번의 비율로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계, 상기 펄스 레이저 비임을, 폭 L을 가지고 있고 그의 폭방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 변하는 에너지 프로파일을 가지며 100∼500 mJ/cm2의 단일 펄스당 평균 에너지 밀도를 가치는 선형 비임으로 가공하는 단계; 및 10 ≤ LN/V ≤ 30의 관계를 만족시키도록 속도 V로 폭방향으로 상기 레이저 비임으로 150∼1000 Å의 두께를 가지는 규소막을 주사하면서 그 규소막에 상기 레이저 비임을 부여하는 단계를 포함하는 것으로 설명된다.
상기한 조건들중에, 피조사물을 150∼1000 Å의 두께를 가지는 규소막으로 한다는 조건을 확립하는 이유는 다음과 같다. 실험 결과, 규소막의 어닐에 있어서, 규소막의 두께가 150 Å보다 작으면, 막 형성의 균일성, 어닐 효과의 균일성, 및 재현성이 불충분한 것으로 나타났다. 다른 한편, 1000 Å 이상의 두께를 가지는 규소막은, 높은 출력의 레이저를 요하기 때문에 실용적이 못된다. 또한, 그러한 두께를 가지는 결정성 규소막은 박막트랜지스터에 사용되지 않는다.
폭방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 변하는 비임 프로파일을 가지는 레이저 비임의 예로서는, 주사방향으로 정규분포의 에너지 프로파일을 가지는 레이저 비임(제3도 참조)과, 주사방향으로 사다리꼴 분포의 에너지 프로파일을 가지는 레이저 비임(제5도 참조)이 있다.
100~500 mJ/cm2의 에너지 밀도를 이용하는 이유는, 실험 결과, 1000 Å 이하의 두께를 가지는 규소막의 레이저 어닐이 상기한 에너지 밀도의 레이저 비임을 사용함으로써 효과적으로 행해질 수 있다는 것이 드러났기 때문이다. 위에서 사용되는 바와 같은 에너지 밀도는, 연속적으로 또는 단계적으로 변하는 프로파일의 정상 부분의 값으로 규정된다. 예를 들면, 정규분포형 프로파일의 경우, 그 에너지 밀도는 최대값으로 규정되고, 사다리꼴 프로파일의 경우에는, 그 에너지 밀도가 상단 베이스부분의 값으로 규정된다.
상기한 방법에서, 파라미터 LN/V는, 특정한 선형 영역이 한번 선형 펄스 레이저 비임으로 주사될 때 그 특정한 선형 영역에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수를 나타낸다. 다단계 조사에 의해 얻어지는 것과 같은 효과를 달성하기 위해서는, 레이저 비임 펄스의 수가 10∼30으로 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 초당 N번의 비율로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계; 소정의 방향으로 길이 L에 걸쳐 연속적으로 또는 단계적으로 에너지 밀도가 변하는 에너지 프로파일을 가지도록 상기 펄스 레이저 비임을 가공하는 단계; 및 소정의 영역을 속도 V로 소정의 방향으로 상기 레이저 비임으로 주사하면서 상기 소정의 영역에 상기 레이저 비임을 부여하는 단계를 포함하고, 1회 주사에서 상기 소정의 영역에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수 n이 n = LN/V의 관계를 만족시키는 레이저 비임 조사방법이 제공된다.
상기 방법을 이용함으로써, 특정한 영역이, 점차로 변하는 에너지 밀도를 가지는 레이저 비임으로 n번 조사될 수 있다.
본 발명에서, 레이저 비임 조사 에너지 프로파일은 정규분포형 프로파일과 사다리꼴 프로파일에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 에너지 밀도가 단계적으로 변하는 비임 형태가 이용될 수 있거나, 또는 삼각형의 에너지 프로파일이 사용될 수도 있다.
예를 들면, 제3도에 나타내어진 것과 같은 정규분포형 에너지 프로파일을 가지는 선형 레이저 비임이, 소정의 조건들이 만족되도록 폭방향으로 주사를 위해 이동되면서 부여되는 경우, 그 에너지 프로파일의 약한 기부 부분이 먼저 부여되고 조사 에너지가 점차로 증가한다. 소정의 에너지값을 가지는 일부가 부여된 후에는, 조사 에너지가 점차로 감소하고 조사가 완료된다.
예를들어, 폭방향으로 정규분포형의 에너지 프로파일을 가지는 선형 펄스 레이저 비임이 사용되고, 조건 LN/V = 15가 만족되는 경우(여기서, L은 비임 폭이고, N은 초당 펄스 방출수이고, V는 주사속도이다), 선형상 영역이 1회 레이저 비임 주사에서 15개의 레이저 비임 펄스로 조사된다. 잇따라 부여되는 15개의 레이저 비임 펄스들은 각각, 정규분포형 프로파일의 15개 부분의 에너지 밀도값을 가진다.
예를들어, 특정한 선형상 영역(이 영역의 폭은 매우 좁다)이 제4도에 나타내어진 에너지 밀도값 E1∼E15를 가지는 레이저 비임 펄스로 잇따라 조사된다. E1∼E8의 레이저 비임 펄스가 잇따라 부여됨에 따라, 조사 에너지 밀도가 점차로 증가하고, 한편, E8∼E15의 레이저 비임 펄스가 잇따라 부여됨에 따라, 조사 에너지 밀도가 점차로 감소한다.
먼저 조사 에너지가 점차로 증가된 다음, 점차로 감소되는 이러한 타입의 과정은 규소막의 표면 거칠음을 억제하면서 소망의 어닐 효과를 달성할 수 있다. 또한, 다수 횟수의 레이저 비임 조사동작보다는 1회 주사의 레이저 비임 조사만으로 소망의 효과가 얻어질 수 있기 때문에, 높은 작동효율이 달성될 수 있다.
특히, 다단계 조사에 의한 것과 유사한 효과가, 연속적으로 변하는 에너지 밀도를 가지는 레이저 비임을 사용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 기능은 규소막에 대한 어닐 효과 이외의 효과들에도 마찬가지로 적용된다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 반도체재료로서 규소막이 사용된다. 비정질 또는 결정성 규소 또는 규소화합물 막에 레이저 비임을 조사(照射)함으로써 그 막의 결정성을 향상시키는 공정에서, 막 표면의 균일성이 악화되는 경향이 있다. 아래에 기술되는 실시예는 그러한 균일성의 악화를 억제하고, 본 명세서의 상기한 배경부분에서 기술된 종래의 2단계 조사의 경우보다 레이저 비임 조사의 처리시간을 감소시키고, 그 2단계 조사의 것과 동등하거나 그보다 우수한 효과를 달성할 수 있다.
먼저, 레이저 어닐장치를 설명한다. 제1도는 본 실시예에서 사용되는 레이저 어닐장치의 개념도이다. 이 레이저 어닐장치의 주요부는 테이블(1)상에 배치된다. KrF 엑시머 레이저광(파장 248 nm; 펄스폭 25 ns)이 발진기(2)로부터 방출된다. 외관상으로 다른 엑시머 레이저 및 다른 타입의 레이저도 사용될 수 있다.
발진기(2)로부터 방출된 레이저 비임은 전(全)반사 거울(5, 6)들에 의해 반사되고, 증폭기(3)에 의해 증폭된 다음, 전반사 거울(7, 8)들에 의해 반사되어 광학계(4)로 도입된다.
광학계(4)에 들어가기 직전의 레이저 비임은 그의 단면이 대략 3×2 cm2의 직사각형 형태를 취한다. 이러한 레이저 비임이 광학계(4)에 의해 길이 10∼30 cm, 폭 0.1∼1 cm의 길고 좁은 단면형상의 비임(선형 비임)으로 가공된다. 이러한 선형 레이저 비임은 제3도에 나타낸 바와 같이 폭방향으로 대략 정규분포형으로 된 비임 프로파일을 가진다. 광학계(4)로부터 출력된 때의 레이저 비임은 1000 mJ/쇼트(shot)의 최대 에너지를 가진다.
원래의 정사각형 또는 직사각형 단면형상의 레이저 비임을 길고 좁은 단면형상의 선형 비임으로 가공하는 이유는 아래에 설명되는 바와 같이 처리능력을 향상시키기 위한 것이다. 광학계(4)로부터 출력된 선형 레이저 비임은 전반사 거울(9)을 통하여 시료(11)에 부여된다. 그 레이저 비임이 시료(11)의 폭보다 길기 때문에, 그 레이저 비임은 시료(11)를 일 방향으로만 이동시킴으로써 전체 시료(11)에 부여될 수 있다. 따라서, 시료 스테이지/구동장치(10)는 구조가 단순하게 만들어질 수 있고, 용이하게 유지될 수 있다. 또한, 시료(11)를 배치하는데 있어서의 위치맞춤 작업이 용이하게 될 수 있다.
레이저 비임으로 조사될 시료를 위한 시료 스테이지/구동장치(10)는 컴퓨터에 의해 제어되고, 선형 레이저 비임에 대하여 수직방향으로 이동하도록 설계되어 있다. 또한, 시료가 설치될 테이블을 그의 평면에서 회전시키기 위한 기구가 배치되면, 레이저 비임 주사(走査)방향을 편리하게 변경시킬 수 있다. 시료 스테이지/구동장치(10) 아래에 가열기가 설치되어 있기 때문에, 레이저 비임 조사중에 시료(11)가 규정된 온도로 유지될 수 있다.
제2도는 광학계(4) 내부의 광로의 일례를 나타낸다. 광학계(4)에 입력된 레이저 비임은 원통형 오목렌즈(A)와 원통형 볼록렌즈(B)와 횡방향 및 종방향 플라이아이(flyeye) 렌즈(C, D)를 통과하고, 또한 원통형 볼록렌즈(E, F)를 통과한 다음, 거울(G)(제1도의 거울(9)에 대응함)에 의해 반사되고, 원통형 볼록렌즈(H)에 의해 집속되어, 최종적으로 시료(11)에 부여(조사)된다. 조사면에 대하여 수직방향으로 볼록렌즈(H)를 이동시킴으로써, 조사면상의 레이저 비임 프로파일이 직사각형 프로파일에 가까운 프로파일로부터 정규분포형 프로파일로 변경될 수 있다. 제2도의 전반사 거울(G)이 제1도의 전반사 거울(9)에 대응하기 때문에, 실제로는 볼록렌즈(H)가 전반사 거울(9)과 시료(11) 사이에 배치된다.
본 발명에 따른 레이저 조사에 의해, 유리기판상에 결정성 규소막을 형성하는 예를 설명한다. 먼저, 10 cm×10 cm의 유리기판(예를들어, 코닝 7059 또는 1737)을 준비한다. 재료로서 TEOS를 사용하는 플라즈마 CVD법에 의해 유리기판상에 2000 Å 두께의 산화규소막을 형성한다. 이 산화규소막은 불순물이 유리기판으로부터 반도체막내로 확산하지 못하게 하기 위한 하지막(下地膜)으로 기능한다.
그후, 플라즈마 CVD법 또는 감압 열 CVD법에 의해 500 Å 두께의 비정질 규소막을 성막한다. 레이저 비임 조사에 의한 어닐에 의해 결정성 규소막을 형성하는 경우, 출발막으로서의 비정질 규소막은 1000 Å 이하의 두께를 가지는 것이 요구된다. 이것은, 비정질 규소막이 1000 Å보다 두꺼우면, 소망의 어닐 효과가 얻어질 수 없기 때문이다.
비정질 규소막이 상기한 방식으로 유리기판상에 성막된 다음, 제1도에 나타낸 장치를 사용하여, KrF 엑시머 레이저 비임(파장 248 nm; 펄스폭 25 ns)을 그 비정질 규소막에 조사하여, 그 막을 결정성 규소막으로 전환시킨다.
그 레이저 비임은 피조사물(被照射物)상에 125 mm×1 mm의 비임 면적을 제공하도록 광학계의 비임형상 변환 렌즈들에 의해 선형으로 가공된다. 선형 레이저 비임이 정규분포형 프로파일을 가지기 때문에, 비임 가장자리가 불명확하게 된다. 본 명세서에서는, 비임 프로파일중 최대 에너지의 5% 이상의 에너지를 가지는 부분을 비임으로 정의한다.
시료 스테이지/구동장치(10)상에 설치된 시료(11)는 스테이지를 2 mm/초로 이동시킴으로써 그의 전체 면이 레이저 비임으로 조사된다. 레이저 비임 조사조건에 관해서는, 레이저 비임 에너지 밀도가 300 mJ/cm2으로 설정되고, 펄스 반복수(초당 펄스 발진수)는 30 펄스/초로 설정된다. 여기서 사용된 용어 “에너지 밀도”란, 정규분포에 가까운 비임 프로파일의 정상부분의 에너지 밀도값을 의미한다.
상기한 조건에서, V = 2×10- 3m/s, N = 30 s- 1, 및 L = 1×10- 3m이다. 따라서, LN/V = 15이고, 이것은 본 명세서에 기술된 조건을 만족시킨다.
레이저 비임 조사가 상기한 조건하에 행해지는 경우, 시료(11)상의 임의로 선택된 일 지점(선형상 영역)에 대하여 15개의 레이저 비임이 조사된다. 15개의 레이저 비임 펄스가 제4도에 나타낸 정규분포형 프로파일의 값 E1∼값 E15에 상응하는 에너지 밀도값을 가진다. 선형 레이저 비임이 상기한 조건하에 사용되는 경우, E1~E15의 에너지 밀도값을 가지는 레이저 비임 펄스가 125 mm×1 mm의 선형상 면적을 조사하도록 잇따라 부여된다.
제3도는, 선형 레이저 비임을 주사하면서 조사하는 모양을 나타낸다. 예를들어, 선형상 영역 A를 주목하면, 정규분포의 기부부분에 상응하는 낮은 에너지 밀도를 가진 레이저 비임 펄스가 먼저 조사된 다음, 부여되는 레이저 비임 펄스의 에너지 밀도가 점차로 증가하는 것을 알 수 있다. 한편, 선형상 영역 B를 주목하면, 정규분포의 정상부분에 상응하는 최대 에너지 밀도를 가진 레이저 비임 펄스가 조사된 후, 부여되는 레이저 비임 펄스의 에너지 밀도가 점차로 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, 레이저 발진기(2)의 출력을 변경시키지 않고도 조사 에너지를 최적화할 수 있다. 레이저 발진기(2)가 항상 안정하게 될 수 있기 때문에, 균일한 레이저 어닐이 보장된다.
본 발명자들의 실험 결과, 파라미터 LN/V가 10∼30의 범위일 때 최상의 결정성 규소막이 얻어질 수 있는 것으로 드러났다. 즉, 규소막을 결정화시키기 위한 최상의 조건은 소정의 선형상 영역을 10∼30번 조사하는 것이다. 조사 레이저 비임의 에너지 밀도는 100∼500 mJ/cm2, 바람직하게는, 300∼400 mJ/cm2이어야 한다.
레이저 비임 조사에 기인한 기판표면온도의 상승 및 하강 속도를 감소시키기 위해 레이저 비임 조사중에 기판온도를 200℃로 유지한다. 일반적으로, 주위 조건의 돌연한 변화가 물질의 균일성을 저해한다는 것이 알려져 있다. 따라서, 레이저 비임 조사에 기인한 기판표면의 균일성의 악화는 기판온도를 높게 유지시킴으로써 최소화된다. 본 실시예에서는 기판온도를 200℃로 하였지만, 실제로는 레이저 어닐에 가장 적절한 100∼600℃ 범위의 온도로 설정된다. 특정한 분위기 조절은 행해지지 않는다. 즉, 레이저 비임 조사가 공기중에서 행해진다.
[실시예 2]
본 실시예는, 가열처리에 의해 이미 결정화된 규소막의 결정성과 균일성을 레이저 비임 조사에 의해 향상시키는 경우에 관한 것이다. 본 발명자들의 연구 결과, 규소의 결정화를 조장하는 금속원소를 첨가함으로써 대략 550℃, 4시간의 가열처리에 의해 결정성 규소막이 얻어질 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 기술이 일본공개특허공고 평6 - 232,059호 및 평6 - 244,103호 공보에 기재되어 있다.
이 기술을 이용함으로써, 변형 등이 중대한 문제를 야기하지 않는 온도 범위에서 대면적의 유리기판에도 결정성 규소막을 형성할 수 있다. 그러한 결정성 규소막을 사용하여 제작된 박막트랜지스터는 비정질 규소막을 사용하여 제작된 통상의 박막트랜지스터의 것보다 훨씬 우수한 특성들을 가진다. 구체적으로는, 비정질 규소막을 사용하는 박막트랜지스터의 이동도가 1 cm2/Vs 이하인 반면에, 금속원소의 사용을 포함하는 상기한 결정화 기술을 이용하여 제작된 박막트랜지스터의 이동도는 수 십 cm2/Vs 이상이다.
그러나, 전자현미경 사진과 라만(Raman) 분광법에 의한 관찰 결과, 상기한 기술을 사용하여 제작된 결정성 규소막에 많은 비정질 성분이 잔존하는 것으로 드러났다. 또한, 잔존하는 비정질 성분을 레이저 비임 조사에 의해 결정화시킴으로써, 제작된 박막트랜지스터의 특성들이 더 향상될 수 있다는 것이 입증되었다.
본 실시예에 따라 결정성 규소막을 제작하기 위한 공정을 설명한다. 먼저, 유리기판상에 하지막으로서 두께 2000 Å의 산화규소막을 성막하고, 그 위에 플라즈마 CVD법에 의해 비정질 규소막을 500 Å의 두께로 성막한다. 그 다음, 스핀 코우터(spin coater)에 의해 비정질 규소막의 표면에 니켈초산염 용액을 도포한다. 최종적으로 규소막중에 니켈이 1×1016~5×1019원자cm- 3의 농도로 잔존하도록 니켈초산염 용액중의 니켈 농도를 조정한다. 이것은, 그 니켈 농도가 상기 범위를 초과하면 금속규화물로서의 특성들이 나타나고, 그 니켈 농도가 상기 범위보다 낮을 경우에는 결정화를 조장하는 효과가 얻어지지 않기 때문이다. 그 니켈 농도는 SIMS(2차이온 질량분석법) 측정치의 최대값으로 정의된다.
재현성과 효과의 관점에서, 규소의 결정화를 조장하는 금속원소로서 니켈이 가장 유리하다. 그러나, Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, 및 Au으로부터 선택된 1종 또는 다수 종류의 원소가 사용될 수도 있다. 특히, Fe, Cu, Pd와 Pt까지도 실용상 충분한 효과를 제공할 수 있다.
니켈을 비정질 규소막의 표면에 접하여 유지시킨 상태에서, 그 비정질 규소막으로부터 수소를 이탈시키기 위해 기판을 질소분위기에서 450℃로 1시간 가열처리한다. 이러한 가열처리는, 비정질 규소막중에 댕글링 결합(dangling bond)을 의도적으로 형성함으로써, 후에 행해지는 결정화 공정의 스레시홀드 에너지를 감소시키기 위해 행해진다.
그후, 비정질 규소막을 결정성 규소막으로 전환시키기 위해, 니켈이 비정질 규소막의 표면에 접하여 유지된 상태에서 550℃, 4시간의 가열처리를 행한다. 이 가열처리가 500℃ 이상의 온도에서 행해질 수 있지만, 그 온도는 유리기판의 변형점보다 낮아야 하는 것이 중요하다.
그리하여, 결정성 규소막이 유리기판상에 형성된다. 그 다음, 실시예 1에서와 동일한 방법과 동일한 조건들로 그 결정성 규소막에 레이저 비임을 조사한다. 그 결과, 결정성과 균일성이 더욱 향상된 결정성 규소막이 얻어진다. 레이저 비임의 에너지 밀도를 20∼50% 증가시키면, 레이저 비임 조사가 실시예 1에서보다 더 효과적이다는 것이 실험에 의해 드러났다.
본 실시예의 경우와 같이, 규소의 결정화를 조장하는 금속원소의 첨가와 함께 가열처리에 의해 결정화된 규소막의 결정성을 레이저 비임 조사에 의해 향상시키는 기술은, 가열이나 레이저 비임 조사에 의해서만 제작되는 것보다 결정성과 균일성 및 생산성이 우수한 결정성 규소막을 제공할 수 있다.
니켈과 같은 금속원소의 도입과 함께 가열에 의해 제작된 결정성 규소막에 통상의 방법으로 레이저광을 조사하는 경우에는, 금속원소의 편석 및 부분응집과 같은 현상이 일어난다. 트랩 중심을 야기하는 금속원소의 편석과 부분응집은 제작된 반도체장치의 전기적 특성을 크게 악화시키는 인자들이다. 대조적으로, 본 발명의 레이저 비임 조사방법을 이용하면, 그러한 현상이 보이지 않는다. 이것은, 레이저 비임 에너지를 낮은 수준으로부터 시작하여 점차로 증가시킴으로써 금속원소의 편석과 부분응집이 억제될 수 있기 때문이다.
[실시예 3]
상기한 실시예 1 및 2에서는 정규분포의 에너지 프로파일을 가지는 선형 레이저 비임을 조사하였으나, 본 실시예에서는, 사다리꼴 분포의 에너지 프로파일을 가지는 선형 레이저 비임을 조사한다. 또한, 본 실시예에서는, 제1도 및 제2도에 나타낸 레이저 조사장치를 사용하여 KrF 엑시머 레이저 비임(파장 248 nm; 펄스폭: 25 ns)을 조사함으로써 결정성 규소막을 어닐한다.
피조사물상에서 125 mm×1 mm의 비임 면적을 가지도록 레이저 비임이 광학계(4)에 의해 선 형상으로 가공된다. 그 선 형상의 폭방향으로의 에너지 프로파일은 제5도에 나타낸 바와 같이 사다리꼴이다. 선형 레이저 비임의 그러한 비임 프로파일의 성질에 기인하여, 비임 가장자리가 불명확하게 된다. 본 명세서에서는, 비임 프로파일중에 최대 에너지의 5% 이상의 에너지를 가지는 부분을 비임으로 정의한다.
시료 스테이지/구동장치(10)상에 설치된 시료(11)는 스테이지를 2 mm/초로 이동시킴으로써 선형 레이저 비임으로 그의 전체 면이 조사된다. 레이저 비임 조사 조건들에 관해서는, 레이저 비임 에너지 밀도가 100∼500 mJ/cm2으로 설정되고, 펄스 반복수가 30 펄스/초로 설정된다. 여기서 사용되는 용어 “에너지 밀도”란, 사다리꼴 비임 프로파일의 상단 베이스부분(최대값을 가지는)의 에너지 밀도값을 의미한다.
펄스 레이저 비임의 폭이 1 mm이고, 시료(11)가 1 mm 폭의 지역을 통과하는데 0.5초가 걸리는 상기한 조건에서 레이저 비임 조사를 행하는 경우, 조사면상의 일 지점이 15개의 레이저 비임 펄스를 받는다. 즉, 시료(11)상의 임의로 선택된 일지점이 1회 주사에서 15개의 레이저 비임으로 조사된다. 본 실시예에서는, 사다리꼴 에너지 프로파일을 가지는 선형 레이저 비임이 부여되기 때문에, 조사 에너지 밀도가 1회 주사에서 처음 여러번의 비임 부여에서는 증가하고, 마지막 여러번의 비임 부여에서는 감소한다.
이것이 제5도에 도식적으로 나타내어져 있다. 레이저 비임 에너지는 15번의 비임 부여의 첫번째 절반(제5도의 부분 A를 주목할 것)에서는 점차로 증가하고, 마지막 절반(제5도의 부분 B)에서는 점차로 감소한다. 따라서, 레이저 발진기(2)의 출력을 변경시키지 않고도 조사 에너지를 최적화할 수 있다. 따라서, 레이저 발진기(2)가 항상 안정하게 될 수 있기 때문에, 균일한 레이저 어닐이 보장된다. 상기한 수 15는 레이저 비임 폭, 시료 스테이지의 속도, 및 레이저 비임 펄스의 수로부터 쉽게 계산될 수 있다. 본 발명자들의 실험에 따르면, 3∼100회, 바람직하게는, 10∼20회의 비임 부여에 의해 최상의 결정성을 가지는 규소막이 제작될 수 있다.
레이저 비임 조사에 기인한 기판표면온도의 상승 및 하강 속도를 감소시키기 위해 기판온도를 레이저 비임 조사중에 500℃로 유지한다. 일반적으로, 주위 조건의 돌연한 변화는 물질의 균일성을 저해한다는 것이 알려져 있다. 기판온도를 높게 유지함으로써, 레이저 비임 조사에 기인한 기판 표면의 균일성의 악화가 최소화된다. 본 실시예에서는 기판온도를 500℃로 하였지만, 실제로는 레이저 어닐에 가장 적절한 400℃에서 유리기판의 변형점까지의 범위의 온도로 설정된다. 특정한 분위기 조절은 행해지지 않는다. 즉, 레이저 비임 조사가 공기중에서 행해진다.
[실시예 4]
본 실시예는, 광학계를 고안하여 조사 레이저 비임의 에너지 프로파일이 제6도에 나타낸 형상을 가지게 하는 것을 특징으로 한다.
규소막에의 레이저 비임의 조사에 의한 어닐에 있어서, 조사되는 에너지 밀도가 피조사 영역에서 점차로 증가된 다음, 점차로 감소되는 것이 바람직하다. 이것은, 어닐 효과가 통일되고, 또한, 어닐에 의해 야기되는 규소막 표면의 거칠음이 억제될 수 있기 때문이다.
제6도에 나타낸 조사 에너지 프로파일은, 비정질 규소막이 레이저 비임의 조사에 의해 결정화되는 경우의 프로파일이다.
제6도에 나타낸 조사 에너지 프로파일은, 선형으로 가공된 레이저 비임의 부분을 나타내고 있다. 제6도에서, 레이저 비임을 피조사물에 대하여 우측으로부터 좌측으로 주사하면서 그 피조사물을 조사한다.
제6도에서, 세로 좌표축은 정규화된 조사 에너지 밀도의 상대값을 나타내고, 가로 좌표축은 선형으로 가공된 레이저 비임의 폭방향을 나타낸다.
이후, 비정질 규소막을 결정성 규소막으로 전환시키기 위해 비정질 규소막에 레이저 비임을 조사하는 공정을 예로 하여 레이저 어닐공정을 설명한다.
조사될 어떤 특정 영역을 주목한 경우, 레이저 비임의 부분(603)이 피조사 영역에 조사된다. 이 상태에서, 레이저 비임의 상기 부분(603)의 에너지 밀도는, 비정질 규소막이 가열되지 않도록 하는 정도로 설정된다. 그러한 에너지 밀도에서, 비정질 규소막이 결정화되기 전에 예비 가열이 행해진다.
그후, 레이저 비임을 피조사물에 대해 주사함에 따라, 레이저 비임의 부분(602)이 피조사 영역에 조사된다. 레이저 비임의 상기 부분(602)은, 비정질 규소막이 용융되고 결정화될 수 있게 하는 에너지 밀도를 가지도록 설정된다. 그러한 설정으로, 비정질 규소막이 결정화될 수 있다. 이 상태에서, 레이저 비임의 부분(602)의 조사에 의해 행해지는 가열이 빠르지 않기 때문에, 우수한 균일성을 가지며 결함 발생이 억제된 채 결정화가 행해질 수 있다.
그후, 레이저 비임을 피조사물에 대해 계속 주사함으로써, 레이저 비임의 부분(601)이 피조사 영역에 조사된다.
레이저 비임의 부분(601)은 레이저 비임의 부분(603)의 것과 동일한 에너지 밀도를 가진다. 즉, 레이저 비임의 부분(601)은, 규소막이 결정화되지 않고 가열되도록 하는 정도의 조사 에너지 밀도를 가진다.
레이저 비임의 부분(601)의 조사로, 결정화된 규소막은 급속히 냉각되지 않는 상태로 될 수 있다. 또한, 레이저 비임의 부분(601)의 조사로, 이전에 용융된 규소막을 응고시키는데 요구되는 시간이 길게 될 수 있다.
레이저 비임의 부분(601)은 비임의 형상 또는 어닐 조건에 따라 에너지 밀도를 설정하도록 기능한다. 그러한 기능으로, 결정성장이 통일될 수 있다. 또한, 결함 또는 응력의 발생이 억제될 수 있고, 또한, 표면의 거칠음(요철)의 발생도 억제될 수 있다.
상기한 공정에서, 레이저 비임의 조사에 의한 급속가열에 따른 비정질 규소막의 결정화의 전(前)공정에서의 가열, 비정질 규소막을 결정화시키기 위한 레이저 비임의 조사에 의한 가열, 및 결정화된 규소막의 급속냉각이 억제되게 하는 가열(또는 용융기간을 길게 하기 위한 가열)이, 단일의 레이저 비임 조사과정에 의해 실현될 수 있다.
제6도에 나타낸 비임 프로파일에서, 레이저 비임의 부분들(601, 603)의 조사 에너지의 에너지 밀도는 서로 동일하다(또는, 동일한 정도이다), 그러나, 광학계의 설계변경으로, 비임의 부분적인 형상이 적절히 변경될 수도 있다.
또한, 제7도에 나타낸 바와 같이, 결정화를 위한 조사 에너지 밀도를 가지는 레이저 비임의 부분(701)은, 조사될 소정의 영역에 높은 조사 에너지가 더 긴 시간동안 조사되도록 폭이 증대될 수 있다.
그러한 설계변경은, 조사될 재료, 그의 막 두께, 레이저 비임의 주사속도, 및 요구되는 어닐 효과에 따라 적절히 행해질 수 있다.
실시예들에서는, 비정질 규소막을 결정화하는 경우를 일례로서 설명하였으나, 다른 예로서, 불순물 이온의 주입에 의해 비정질로된 규소막의 어닐과, 가열에 의해 결정화된 규소막의 결정화의 촉진을 위해 본 구성이 사용될 수도 있다.
본 발명의 레이저 조사기술은 반도체장치에 사용될 막의 생산성과 균일성을 향상시킬 수 있다. 본 발명이 반도체장치 제작공정에 사용되는 어떠한 레이저 처리 공정에도 적용될 수 있으나, 특히 박막트랜지스터 제작공정에 적용된 때 우수한 특성과 양호한 균일성을 제공하는데 유리하다. 상이한 조사 에너지 밀도를 가진 레이저 비임들로 소망의 영역을 다수 횟수로 조사할 때, 본 발명은 레이저 비임 조사지역들 사이의 위치맞춤 오류를 방지할 수 있다. 이것은 균일한 소자 특성을 얻는데 매우 유효하다.
본 발명의 방법은, 소망의 영역에 부여되는 레이저 비임의 에너지 밀도가 다수 횟수의 비임 부여에서 점차로 변경되는 공정의 작동효율을 크게 개선할 수 있다. 즉, 본 발명은, 레이저 비임의 에너지 밀도를 단계적으로 변경시키면서 여러번의 주사로 레이저 비임을 조사하는 종래의 레이저 비임 조사방법에 의해 얻어지는 것과 유사한 효과들을 단일의 레이저 비임 조사과정에 의해 제공할 수 있다. 따라서, 레이저 발진기의 출력을 변경시키지 않고도 최적의 조사 에너지로 다단계 조사가 행해질 수 있다. 따라서, 레이저 발진기가 항상 안정하게 될 수 있기 때문에, 균일한 레이저 어닐이 보장된다.

Claims (20)

  1. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 10 ≤ LN/V ≤ 30의 관계를 만족시키고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  2. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지고 100∼500 mJ/cm2의 단일 펄스당 평균 에너지 밀도를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 10 ≤ LN/V ≤ 30의 관계를 만족시키고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  3. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소의 결정화를 촉진시키는 금속원소를 1×1016~5×1019원자/cm3의 농도로 함유하며 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 10 ≤ LN/V ≤ 30의 관계를 만족시키고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  4. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 10 ≤ LN/V ≤ 30의 관계를 만족시키고, 상기 펄스 레이저 비임이 KrF 엑시머 레이저 비임이고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  5. 초당 N번의 발진수로, 피조사면상에서 폭 L(m)을 가지고 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지는 선형 레이저 펄스들을 형성하는 단계와, 상기 선형 레이저 펄스를 집속하는 단계, 및 집속된 선형 레이저 펄스를, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소를 포함하는 반도체막에 대하여 상대적으로 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 피조사면에 부여하는 단계를 포함하고; 상기 피조사면상의 임의로 선택된 지점에 상기 집속된 선형 레이저 펄스가 상기 사다리꼴 에너지 분포의 상단 베이스부분의 에너지 밀도와 경사부분의 에너지 밀도로 부여되고, 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 상기 레이저 펄스의 수가 10 ≤ LN/V ≤ 30의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  6. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 3 ≤ LN/V ≤ 100의 관계를 만족시키고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  7. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지고 100∼500 mJ/cm2의 단일 펄스당 평균 에너지 밀도를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000Å의 두께를 가지고 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 3 ≤ LN/V ≤ 100의 관계를 만족시키고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  8. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소의 결정화를 촉진시키는 금속원소를 1×1016~5×1019원자/cm3의 농도로 함유하며 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 3 ≤ LN/V ≤ 100의 관계를 만족시키고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  9. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 3 ≤ LN/V ≤ 100의 관계를 만족시키고, 상기 펄스 레이저 비임이 KrF 엑시머 레이저 비임이고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  10. 서로 다른 방향으로 2개의 플라이아이 렌즈를 가지는 광학계에 의해 초당 N번의 발진수로, 피조사면상에서 폭 L(m)을 가지고 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지는 선형 레이저 펄스들을 형성하는 단계와, 상기 선형 레이저 펄스를 집속하는 단계, 및 집속된 선형 레이저 펄스를, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소를 포함하는 반도체막에 대하여 상대적으로 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 피조사면에 부여하는 단계를 포함하고; 상기 피조사면상의 임의로 선택된 지점에 상기 집속된 선형 레이저 펄스가 상기 사다리꼴 에너지 분포의 상단 베이스부분의 에너지 밀도와 경사부분의 에너지 밀도로 부여되고, 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 상기 레이저 펄스의 수가 10 ≤ LN/V ≤ 30의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  11. 초당 N번의 발진수로, 피조사면상에서 폭 L(m)을 가지고 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지는 선형 레이저 펄스들을 형성하는 단계와, 상기 선형 레이저 펄스를 집속하는 단계, 및 집속된 선형 레이저 펄스를, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소의 결정화를 촉진시키는 금속원소를 1×1016~5×1019원자/cm3의 농도로 함유하며 규소를 포함하는 반도체막에 대하여 상대적으로 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 피조사면에 부여하는 단계를 포함하고; 상기 피조사면상의 임의로 선택된 지점에 상기 집속된 선형 레이저 펄스가 상기 사다리꼴 에너지 분포의 상단 베이스부분의 에너지 밀도와 경사부분의 에너지 밀도로 부여되고, 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 상기 레이저 펄스의 수가 10 ≤ LN/V ≤ 30의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  12. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 3 ≤ LN/V ≤ 100의 관계를 만족시키고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  13. 초당 N번의 발진수로 펄스 레이저 비임을 방출하는 단계와, 광학계에 의해 상기 펄스 레이저 비임을, 폭방향으로 사다리꼴 에너지 분포를 가지며 폭 L(m)을 가지는 선형 펄스 레이저 비임으로 가공하는 단계와, 상기 선형 펄스 레이저 비임을 집속하는 단계, 및 집속된 선형 펄스 레이저 비임을, 피조사면으로서, 150∼1000 Å의 두께를 가지고 규소의 결정화를 촉진시키는 금속원소를 1×1016~5×1019원자/cm3의 농도로 함유하며 규소를 포함하는 반도체막의 임의로 선택된 지점에 대하여 폭방향으로 속도 V(m/s)로 주사하면서 상기 지점에 조사하는 단계를 포함하고; 1회 주사에서 상기 지점에 부여되는 레이저 비임 펄스의 수가 3 ≤ LN/V ≤ 100의 관계를 만족시키고, 상기 폭 L(m)이 상기 피조사면상에서의 상기 선형 펄스 레이저 비임의 최대 에너지 밀도에 대하여 5% 이상의 에너지 밀도를 상기 피조사면상에서 가지는 부분의 비임으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 가공단계에서 상기 광학계에 의해 얻어진 상기 선형 펄스 레이저 비임이 0.1∼1 cm의 폭과 10∼30 cm의 길이를 가지며, 상기 선형 펄스 레이저 비임이 상기 집속단계에서 다른 광학계에 의해 0.1 cm의 폭으로 집속되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  15. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 집속된 선형 펄스 레이저 비임을 조사하는 단계가 대기중에서 행해지는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  16. 제5항에 있어서, 상기 집속된 선형 레이저 펄스를 부여하는 단계가 대기중에서 행해지는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  17. 제1항, 제2항, 제3항, 제8항, 제12항, 제13항중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 레이저 비임이 엑시머 레이저 비임을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  18. 제5항, 제6항, 제10항, 제11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 펄스가 엑시머 레이저 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  19. 제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 제8항, 제9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 선형 펄스 레이저 비임이 100∼500 mJ/cm2의 단일 펄스당 평균 에너지 밀도로 상기 반도체막의 상기 임의로 선택된 지점에 부여되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
  20. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 반도체막의 상기 임의로 선택된 지점에 상기 집속된 선형 펄스 레이저 비임이 상기 사다리꼴 에너지 분포의 상단 베이스부분의 에너지 밀도와 경사부분의 에너지 밀도로 부여되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐방법.
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