KR100542645B1 - 반도체박막을 형성하는 방법 및 이를 위해 사용되는레이저장치 - Google Patents

반도체박막을 형성하는 방법 및 이를 위해 사용되는레이저장치 Download PDF

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Abstract

반도체박막을 형성하는 방법은 레이저어닐링공정으로 정렬마크를 구성한다. 제1레이저빔은 제1조사된 영역을 형성하기 위해 반도체박막에 조사된다. 제1레이저빔과 동축이 되는 제2레이저빔은 제1조사된 영역과 겹쳐지지 않는 방법으로 반도체박막에 조사되어, 제2조사된 영역 및 비조사영역을 형성하게 된다. 정렬마크는 제2조사된 영역 및 비조사영역 사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다. 제2레이저빔은 제1조사된 영역과 겹쳐지는 식으로 반도체박막에 조사될 것이고, 정렬마크는 제1 및 제2조사된 영역들 또는 제2조사된 영역 및 비조사영역사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다. 바람직하게, 반도체박막은 비정질실리콘 또는 폴리실리콘으로 이루어진다.
반도체박막형성, 레이저어닐링, 정렬마크, 광학상수차

Description

반도체박막을 형성하는 방법 및 이를 위해 사용되는 레이저장치{Method of forming semiconductor thin-film and laser apparatus used therefor}
도 1a 내지 1c는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체박막을 형성하는 방법의 공정단계들을 각각 보여주는 개략적인 부분 사시도들이다.
도 2는 XeCL엑시머레이저로부터의 광빔이 스테이지의 비정질실리콘막에 조사되는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저장치의 광학적 구성요소들의 레이아웃을 보여주는 개략도이다.
도 3은 Nd:YAG레이저로부터의 광빔이 스테이지의 비정질실리콘막에 조사되는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저장치의 광학적 구성요소들의 레이아웃을 보여주는 개략도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체박막을 형성하는 방법의 공정단계들을 각각 보여주는 개략적인 부분 사시도들이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체박막을 형성하는 방법의 공정단계들을 각각 보여주는 개략적인 부분 사시도들이다.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체박막을 형성하는 방법의 공정단계들을 각각 보여주는 개략적인 부분 사시도들이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
101,201,301;유리판 102,202,302;이산화규소기초막
103,203,303;비정질실리콘막 200;레이저장치
203a,303a;폴리실리콘막 211;XeCL엑시머레이저
214;Nd:YAG레이저 221,222;광학경로
212a, 215a, 215b;거울 212b,215c;대물렌즈
본 발명은 반도체박막을 형성하는 방법 및 이를 위해 사용되는 레이저장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 소망의 정렬마크들이 박막에 형성되는 소위 폴리실리콘박막트랜지스터들(TFTs)의 제조에 적용가능한 반도체박막을 형성하는 방법 및 이 방법을 행하는 것을 가능하게 만드는 레이저장치에 관련된 것이다.
근년에, 향상된 다양한 폴리실리콘박막트랜지스터들(TFT)이 유리판에 집적회로를 형성하기 위한 전자소자로서 왕성하게 개발되어 왔다. 폴리실리콘박막트랜지스터들을 위해 사용되는 폴리실리콘박막(이하에서는 "막"으로 단순히 언급될 것이다)을 형성하기 위해, 소위 "엑시머레이저어닐링방법"이 널리 사용되어 왔다. 이 방법에서, 비정질실리콘막은 유리판의 표면 또는 그 위쪽에 형성되고, 그 후 엑시머레이저빔은 짧은 기간동안 비정질실리콘막의 소망의 부분들에 선택적으로 조사되어, 열때문에 비정질실리콘막의 그 부분들이 일시적으로 녹고 대기에서 냉각후에 재결정화된다. 따라서, 레이저빔에 의해 조사된 비정질실리콘막의 부분들은 선택적 으로 폴리실리콘영역들로 되고 다시 말하면, 폴리실리콘영역들은 선택적으로 비정질실리콘막 내에 형성된다.
상술된 "엑시머레이저어닐링방법"에 적용가능하고 이미 시장에 나와 있는 알려진 엑시머레이저장치들 중 하나는 대략 300㎜× 0.4㎜의 선형개구를 가지고 물체나 목표물에 선형스폿을 가지는 레이저빔을 발생하도록 설계된다. 작동 중에, 빔이나 스폿은 목표물의 표면을 따라 선형스폿의 폭방향으로 수십 마이크로미터의 피치로 주사된다.
그러나, 상술된 "엑시머레이저어닐링방법"이 알려진 엑시머레이저장치와 함께 폴리실리콘박막트랜지스터들을 형성하기 위해 사용될 때, 조사된 부분에 형성된 폴리실리콘박막트랜지스터의 획득할 수 있는 특성들은 균일하지 않기 쉽다는 문제가 알려져 있다. 이것은 비정질실리콘막에 조사된 레이저빔의 조사된 부분 주위에서 가열효과가 조사된 동일한 부분의 중앙부의 가열효과와 다르고, 그 결과 상기 주위의 미소한 구조가 상기 중앙부의 그것과 다르기 때문이다. 이 문제는 1992년 12월에 공표된 IEICE의 기술리포트(SDM92-112), 페이지 53-58의 T. Nohda 등에 의해 쓰여진 "엑시머레이저어닐링방법을 이용한 폴리실리콘박막의 균일성 향상"이라는 제목의 논문에 개시되어 있다.
상술된 문제는 2001. 3. 2에 발행된 일본특허 제3163693호에 개시된 향상된 레이저어닐링방법에 의해 해결될 수 있다. 이 방법에서, 폴리실리콘박막트랜지스터들은 레이저빔의 균일한 에너지밀도(즉, 조사세기)가 얻어질 수 있는 레이저빔의 조사범위내에 모인다. 이것은 주사레이저빔을 사용하는 알려진 레이저어닐링방법에 서 상술된 레이저빔의 가열효과차이를 배제하는 것이다. 펄스 형태의 레이저빔은 주사없이 전 범위에 2회이상 조사될 수 있다.
일본특허 제3163693호에서 개시된 향상된 방법에서, 조사범위의 면적 또는 크기는 펄스로 된 레이저빔의 에너지에 따라 변화한다. 최근에, 향상된 레이저광원이 이런 목적을 위해 이미 개발되었고, 이것은 휴대폰을 위한 액정디스플레이(LCD)패널의 크기에 해당하는 대략 40㎜×50㎜의 면적이 모두 조사되는 식으로 고에너지밀도를 가진 레이저빔펄스들을 발생한다.
일본특허 제3163693호에서 개시된 상술된 향상된 레이저어닐링방법에서, 레이저장치의 조사범위를 폴리실리콘박막트랜지스터들이 형성된 박막트랜지스터(TFT)영역과 정렬시키는 것은 중요하다. 이 정렬을 실현시키기 위해, 유리판에 정렬마크들을 형성하고 표시들을 읽거나 인식하기 위한 비디오카메라를 레이저장치에 제공하는 것이 일반적이다. 이 기술은, 예컨대, 1996. 3. 19에 공개된 일본공개특허공보 평8-71780호에 개시되었다.
그러나, 만약 비디오카메라가 레이저장치에 추가로 제공된다면, 레이저장치의 구조가 복잡하게 되고 동시에 장치의 크기가 증가되는 문제가 일어난다. 특히, 액정디스플레이들을 위한 직사각형 유리판의 크기는 현재 대략 1m×1m가 되었다. 따라서, 만약 표시읽기 또는 표시인식 방이 어닐링방과 함께 알려진 레이저장치에 추가적으로 제공된다면, 장치의 푸트프린트(즉, 점유면적)는 현저히 확장될 것이다. 게다가, 유리판의 박막트랜지스터영역들 각각과 레이저장치의 조사범위를 정렬하기 위해, 레이저장치의 이동가능한 스테이지는 X 및 Y축을 따라 평행이동되는 것 뿐만 아니라 θ보상을 위해 X-Y 평면에서 회전이동되는 것도 필요하다. 동시에, 상기 스테이지는 미세한 조정이 가능한 방식으로 구성되는 것이 필요하다. 그 결과, 만약 그러하다면, 상기 스테이지는 구조가 복잡하게 될 것이고, 레이저장치의 제조비용이 증가될 것이며, 가동률이 낮아지게 될 것이다.
더욱이, 만약 비디오카메라가 알려진 레이저장치에 제공되고 정렬마크가 유리판에 형성된다면, 유리판에 정렬마크들을 읽거나 인식하기 위한 시간 및 장치와 유리판사이의 정렬을 위한 시간이 필요하다. 따라서, 레이저어닐링공정을 위한 처리량이 낮아지는 문제가 있다.
게다가, 유리판에 정렬마크들을 형성하기 위해, 마스크패턴을 형성하기 위한 리소그래피공정이 마스크패턴을 사용하여 표시들을 위한 재료를 선택적으로 에칭하기 위한 에칭공정이 필요하다. 따라서, 유리판에 박막트랜지스터들을 제조하기 위해 필요한 공정단계들의 총 수가 증가하는 문제가 일어난다.
상술된 문제점들을 해결하기 위해, 정렬마크들이 레이저어닐링공정으로 형성되는 고안이 효과적이다. 이 고안에서, 비정질실리콘막은 레이저빔의 조사에 의해 일시적으로 선택적으로 녹고 대기에서 냉각되어, 비정질실리콘막의 조사된 부분을 결정화시켜 폴리실리콘영역이 되도록 한다. 비정질실리콘막 및 폴리실리콘막은 광학상수가 서로 다르므로, 정렬마크들은 결정화된(즉, 폴리실리콘) 영역이나 영역들 및 비결정화된(즉, 비정질실리콘) 영역이나 영역들로 이루어질 수 있다.
그러나, 박막트랜지스터들을 위한 레이저빔의 직경은 센티미터(㎝)의 정도인 반면 소위 스테퍼(이후의 리소그래피공정을 위해 사용되는)를 위한 정렬마크들의 크기가 마이크로미터(㎛) 정도이다. 따라서, 소망의 높은 정확도를 가진 정렬마크들을 형성하기 위해, 10㎝정도(㎝ 정도의 레이저빔 직경을 발생하기 위해 요구됨)의 비교적 큰 크기의 광학요소들을 마무리(finish)하기 위한 정확도는 대략 10㎚이하 정도(㎛정도의 레이저빔 직경을 형성하기 위해 요구됨)로 되는 것이 필요하다. 이 경우에, 레이저장치를 위해 요구되는 광학계들의 제조비용은 ㎝정도의 레이저빔 직경을 형성하는데 적용가능한 일반적인 광학시스템들과 비교해 극도로 높아질 것이다.
게다가, 정렬마크들을 형성하기 위한 목적으로 ㎝정도부터 ㎛정도까지 레이저빔의 직경을 변화시키기 위한 기구를 제공하는 것은 현실적이지 않다. 따라서, 정렬마크들이 형성될 때, ㎛정도의 레이저빔직경은 적합한 마스크로써 생성되는 것이 필요하다. 그러나, 이 경우에, 고해상도마스크가 필요하다는 문제가 있다. 게다가, 만약 스테이지의 높은 정확성, 유리판의 두께 정확성, 및/또는 유리판의 표면거칠기의 정확성이 레이저빔의 촛점깊이의 얕음 때문에 그다지 높지 않다면 소망의 정렬마크들이 얻어질 수 없다는 가능성이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 레이저어닐링공정에서 정렬마크를 형성하는 것을 가능하게 하는 반도체박막을 제조하는 방법 및 그 방법을 행하는 것을 가능하게 하는 레이저장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 낮은비용 및 높은 처리량에서 어닐링된 반도체영역이 좋은 균일성을 얻을 수 있는 식으로 반도체박막을 형성하는 것을 가능하게 하는 반 도체박막을 제조하는 방법과 그 방법을 행하는 것을 가능하게 하는 레이저장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 좁은 푸트프린트와 높은 처리능력을 가지도록 구성되고 낮은 비용으로 제조되며 높은 가동률로 작동되는 레이저장치를 제공하는 것이다.
상기 목적들과 함께 특별히 언급되지 않은 다른 목적들은 다음 설명으로부터 기술의 숙련자들에게 분명해질 것이다.
본 발명의 첫번째 관점에 따르면, 제1레이저빔을 반도체박막에 조사하여 제1조사된 영역을 형성하는 단계; 및 제2레이저빔을 제1조사된 영역과 겹치지 않는 방식으로 박막에 조사하여 제2조사된 영역 및 비조사된 영역을 형성하는 단계를 포함하며, 제2레이저빔은 제1레이저빔과 동축이 되는 박막에 조사되고 정렬마크는 제2조사된 영역과 비조사된 영역 사이에 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성되는 반도체박막을 형성하는 방법이 제공된다.
본 발명의 제1관점에 따른 방법에서, 제1레이저빔은 제1조사된 영역을 형성하기 위해 반도체박막에 조사된다. 제2레이저빔은 제1조사된 영역과 겹치지 않는 방식으로 박막에 조사되어 제2조사된 영역 및 비조사된 영역을 형성한다. 정렬마크는 제2조사된 영역과 비조사된 영역 사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다. 따라서, 정렬마크는 레이저어닐링공정에서 반도체박막에 형성될 수 있다.
게다가, 정렬마크가 레이저어닐링공정에서 반도체박막에 형성될 수 있기 때 문에, 레이저어닐링공정에 앞서 정렬마크를 형성하는 공정이 불필요하고 동시에 정렬마크를 인식하거나 읽는 공정은 레이저어닐링공정에서 불필요하다. 따라서, 반도체박막은 낮은 비용과 높은 처리량에서 형성될 수 있다.
더욱이, 제1레이저빔을 박막에 조사하는 것에 의해 제1조사된 영역이 형성되기 때문에, 어닐링된 반도체영역 또는 영역들은 제1조사된 영역에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 어닐링된 반도체영역 또는 영역들은 좋은 균일성을 획득할 수 있다.
본 발명의 제2관점에 따르면, 반도체박막을 형성하는 다른 방법이 제공되는데, 제2레이저빔이 제1조사된 영역과 겹치는 방법으로 조사되는 것을 제외하고는 제1관점의 방법과 동일하다.
제2관점의 방법은 제1레이저빔을 반도체박막에 조사하여 제1조사된 영역들을 형성하는 단계; 및 제2레이저빔을 제1조사된 영역과 겹치는 식으로 박막에 조사하여 제2조사된 영역을 형성하는 단계를 포함하며, 제2레이저빔은 제1레이저빔과 동축이 되도록 반도체박막에 조사되고 정렬마크는 제1조사된 영역과 제2조사된 영역사이 또는 제2조사된 영역과 반도체박막의 나머지 비조사된 영역사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다.
본 발명의 제2관점에 따른 방법에서, 제1레이저빔은 제1조사된 영역을 형성하기 위해 반도체박막에 조사된다. 제2레이저빔은 제1조사된 영역과 겹치는 방식으로 박막에 조사되어 제2조사된 영역을 형성한다. 정렬마크는 제1조사된 영역과 제2조사된 영역사이 또는 제2조사된 영역과 박막의 남아있는 비조사된 영역사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다. 따라서, 정렬마크는 레이저어닐링공정에 서 반도체박막에 형성될 수 있다.
게다가. 정렬마크가 레이저어닐링공정에서 반도체박막에 형성될 수 있기 때문에, 레이저어닐링공정에 앞서 정렬마크를 형성하는 공정이 불필요하고 동시에, 정렬마크를 인식하거나 읽는 공정은 레이저어닐링공정에서 불필요하다. 따라서, 반도체박막은 낮은 비용과 높은 처리량에서 형성될 수 있다.
게다가, 제1레이저빔을 박막에 조사하는 것에 의해 제1조사된 영역이 형성되기 때문에, 어닐링된 반도체영역이나 영역들은 제1조사된 영역에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 어닐링된 반도체영역이나 영역들은 좋은 균일성을 획득할 수 있다.
반도체박막은 비조사된 영역을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 박막이 비조사된 영역을 포함할 때, 정렬마크는 제1 및 제2조사된 영역사이 또는 제2조사된 영역 및 비조사된 영역사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다. 박막이 어떠한 비조사된 영역도 포함하지 않을 때, 정렬마크는 제1 및 제2조사된 영역들 사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다.
본 발명의 제3관점에 따르면, 반도체박막을 형성하기 위한 또 다른 방법이 제공되고, 이 방법은 제1레이저빔이 제1조사된 영역을 형성하기 위해 반도체박막 전부에 조사되고 정렬마크가 제1 및 제2조사된 영역들 사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성되는 것을 제외하고 제2관점의 방법과 동일하다.
제3관점의 방법은, 제1레이저빔을 반도체박막 전부에 조사하여 제1조사된 영역을 형성하는 단계; 및 제2레이저빔을 제1조사된 영역과 겹쳐지는 식으로 반도체박막에 조사하여 제2조사된 영역을 형성하는 단계를 포함하고 제2레이저빔은 제1레 이저빔과 동축이 되도록 반도체박판에 조사되고 정렬마크는 제1조사된 영역과 제2조사된 영역 사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다.
본 발명의 제3관점에 따른 방법으로, 제1레이저빔은 제1조사된 영역을 형성하기 위해 반도체박막 전부에 조사된다. 제2레이저빔은 제1조사된 영역과 겹쳐지는 것과 같은 방법으로 박막에 조사되어 제2조사된 영역을 형성한다. 정렬마크는 제1 및 제2조사된 영역들 사이에 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다. 따라서, 정렬마크는 레이저어닐링공정에서 반도체박막에 형성될 수 있다.
게다가, 정렬마크가 레이저어닐링공정에서 반도체박막에 형성될 수 있기 때문에, 레이저어닐링공정에 앞서 정렬마크를 형성하는 공정은 불필요하고 동시에 정렬마크를 인식하거나 읽는 공정이 레이저어닐링공정에서 불필요하다. 따라서, 반도체 박막은 낮은 비용과 높은 처리량에 형성될 수 있다.
더욱이, 제1조사된 영역이 제1레이저빔을 박막 전부에 조사시키는 것에 의해 형성되기 때문에, 어닐링된 반도체영역 또는 영역들은 제1조사된 영역에 의해 형성될 수 있다. 따라서 어닐링된 반도체영역이나 영역들은 좋은 균일성을 획득할 수 있다.
본 발명의 제1, 제2 및 제3관점에 따른 방법들의 바람직한 실시예에서, 제2레이저빔은 제2조사된 영역이 입체인 방식으로 제어된다.
본 발명의 제1, 제2 및 제3관점에 따른 방법들의 다른 바람직한 실시예에서, 제2레이저빔은 제2조사된 영역이 애블래이션 때문에 우묵하게 되는 방식으로 제어된다.
본 발명의 제1, 제2 및 제3관점에 따른 방법들의 다른 바람직한 실시예에서, 제1조사된 영역은 박막트랜지스터들의 활성영역들이 형성되는 적어도 하나의 어닐링된 반도체영역으로서 소용이 된다.
본 발명의 제1, 제2 및 제3관점에 따른 방법들의 다른 바람직한 실시예에서, 반도체박막은 비정질실리콘으로 이루어진다.
본 발명의 제1, 제2 및 제3관점에 따른 방법들의 또 다른 바람직한 실시예에서, 반도체박막은 폴리실리콘으로 이루어진다.
본 발명의 제1, 제2 및 제3관점에 따른 방법들의 또 다른 바람직한 실시예에서, 엑시머레이저는 제1레이저빔을 생성하기 위해 사용된다.
본 발명의 제4관점에 따르면, 레이저장치가 제공되며, 레이저장치는 목표물이 놓여지는 이동가능한 스테이지; 제1레이저빔을 발생하기 위한 제1레이저빔발생기; 제1광학계에 의해 스테이지의 목표물인 반도체박막에 조사될 수 있게 구성되는 제1레이저빔; 제2레이저빔을 발생하기 위한 제2레이저빔발생기; 및 제2광학계에 의해 제1레이저빔과 동축이 되는 식으로 반도체박막에 조사되게 구성되는 제2레이저빔을 포함한다.
본 발명의 제4관점에 따른 장치에서, 제1레이저빔생성기는 제1레이저빔을 생성하기 위해 제공되고 제2레이저빔생성기는 제2레이저빔을 생성하기 위해 제공된다. 제1레이저빔은 스테이지의 목표물로서의 반도체박막에 조사될 수 있는 제1광학시스템에 의해 형성된다. 제2레이저빔은 제1레이저빔과 동축이 되는 방식으로 박막에 조사되는 제1광학시스팀에 의해 형성된다.
따라서, 제1조사된 영역은 제1레이저빔으로 움직일수 있는 스테이지에 놓여지는 반도체박막에 형성될 수 있다. 제2조사된 영역은 제2레이저빔으로 제1조사된 영역과 겹쳐지거나 겹쳐지지 않는 방법으로 동일한 박막에 형성될 수 있다. 정렬마크는 제2조사된 영역 및 비조사된 영역 사이 또는 제1조사된 영역 및 제2조사된 영역사이 또는 제2조사된 영역 및 겹쳐지지 않는 영역사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다.
게다가, 비록 정렬마크를 인식하거나 읽기 위한 비디오카메라 및 제공된 방이 장치에 제공되지 않고 장치의 스테이지가 세밀한 위치조정을 할 수 있도록 형성되지 않았지만, 정렬마크는 레이저어닐링공정에서 목표물로서 반도체박막에 형성될 수 있다. 더욱이, 레이저장치는 좁은 푸트프린트 및 높은 처리용량을 가지기 위해 형성될 수 있고, 낮은 비용에 제조될 수 있으며, 높은 유용성에 작동될 수 있다.
게다가, 정렬마크가 레이저어닐링공정에서 목표물로서 반도체박막에 형성될 수 있기 때문에, 박막은 어닐링된 반도체부분이 좋은 균일성을 획득할 수 있는 방법으로 낮은 비용 및 높은 처리량에 형성될 수 있다.
본 발명의 제4관점에 따른 장치의 바람직한 실시예에서, 제1레이저빔생성기와 제2레이저빔생성기는 서로 크기가 다르다.
본 발명의 제4관점에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 엑시머레이저는 제1레이저빔생성기로 사용된다.
본 발명의 제4관점에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 제2레이저빔을 위한 제2광학시스템은 제1레이저빔의 광경로에서 제1위치 및 같은 광경로 외부의 제2위치 사이에서 이동할 수 있는 광학요소를 포함한다.
바람직하게, 제1레이저빔이 목표물에 조사될 때, 광학요소는 제2위치에 있다. 제2레이저빔이 목표물에 조사될 때, 광학요소는 제1위치에 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면들을 참조로 하여 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
(제1실시예)
본 발명의 제1실시예에 따른 반도체박막을 형성하기 위한 방법은 도 1a 내지 1c에서 보여진다. 이런 방법에서, 도 2에서 보여지는 레이저장치가 사용된다.
우선, 도 1a에서 보여지는 바와 같이, 이산화규소(SiO2)기초막(102)은 유리판(101)의 주요표면에 형성된다. 그 후, 비정질실리콘막(103)은 SiO2막(102) 위에 형성된다. 이 단계들은 알려진 플라즈마강화기상증착(PECVD)법에 의해 수행된다. SiO2막(102)은 100㎚의 두께를 가지는 반면, 비정질실리콘막(103)이 50㎚의 두께를 가진다. 이 스테이지에서의 상태는 도 1b에서 보여진다.
다음, 막들(102 및 103)이 형성된 유리판(101)은 10분 동안 500℃에서 탈수소공정에 놓인다. 이 탈수소공정이 완료된 후, 막들(102 및 103)을 가진 판(101)은 레이저장치(200)의 내부로 이동된다. 장치(200)는 다음의 구조를 가진다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 레이저장치(200)는 제1광원으로서의 XeCL엑시머펄스레이저(211)(펄스출력: 15J, 파장: 308㎚), 이 레이져(211)로부터의 광빔을 목표물까지 이끌기 위한 광학계(212), 제2광원으로서 두배주파수네오디뮴 YAG(Nd:YAG)펄스레이저(214)(파장: 532㎚), 레이저(214)로부터의 광빔을 목표물까지 이끌기 위한 광학계(215), 및 수평면(즉, X-Y면)에서 이동할 수 있는 스테이지(216)를 포함한다.
장치(200)는 소위 "스테퍼"로서 작동하도록 구성된다. 즉, 스테이지(216)가 수평면에서 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat)방식으로 움직이면서 레이저빔이 스테이지(216)상에 놓여진 목표물(즉, 막들(102 및 103)을 갖는 유리판(101))의 소망의 영역에 각각의 1회 노광(shot)시에 선택적으로 조사되도록 구성된다. 예컨대, 장치(200)는 Nd:YAG레이저(214) 및 광학계(215)를 알려진 스테퍼구조에 추가시키는 것에 의해 쉽게 실현될 수 있다.
엑시머레이저(211)는 광경로(221)를 따라 이동하는 광빔을 발생한다. 광경로(221)는 레이저(211)로부터 수평으로 뻗어있고 광학계(212)의 거울(212a)에 의해 스테이지(216)를 향해 아래로 구부러진다. 광학계(212)의 대물렌즈(212b)가 스테이지(216)상의 목표물을 향해 레이저(211)빔의 촛점을 맞추기 위해 사용된다.
Nd:YAG레이저(214)는 광경로(222)를 따라 이동하는 광빔을 발생한다. 광경로(222)는 레이저(214)로부터 수평으로 뻗어있고 광학계(215)의 거울(215a)에 의해 위로 구부러진다. 그 후, 광경로(222)는 광학계(215)의 거울(215b)에 의해 수평으로 구부러진다. 따라서, 광경로(222)는 이 수평부분에서 광경로(221)와 동축으로 만들어진다. 그 후, 광경로(222)는 광학계(212)의 거울(212a)에 의해 다시 아래로 구부러지고, 그 후 광경로(222)는 이 수직부분에서 광경로(221)와 동축이 된다. 광학계(212)의 대물렌즈(212b) 및 광학계(215)의 대물렌즈(215c)는 스테이지(216) 상의 목표물을 향해 레이저(214)빔의 촛점을 맞추는데 사용된다.
거울(215b)은 광경로(221)의 제1위치 및 경로(221) 외부의 제2위치 사이에서 이동될 수 있다. 유사하게, 렌즈(215c)는 광학경로(221)상의 제1위치 및 경로(221) 외부의 제2위치 사이에서 이동될 수 있다. 엑시머레이저(211)로부터의 빔이 스테이지(216)상의 목표물에 조사될 때, 거울(215b) 및 렌즈(215c)는 도 2에서 보여지는 바와 같이, 그것들의 제2위치들에 각각 위치된다. Nd:YAG레이저(214)로부터의 빔이 스테이지(216)의 목표물에 조사될 때, 거울(215b) 및 렌즈(215c)는 도 3에서 보여지는 바와 같이 그것들 제1위치들에 각각 위치된다.
상술된 구조를 가지는 레이저장치(200)를 사용하여, 박막트랜지스터들을 위한 폴리실리콘영역들 및 정렬마크들을 위한 폴리실리콘영역들(105)이 다음의 방법으로 판(101)위의 비정질실리콘막(103)에 형성된다.
SiO2막(102) 및 비정질실리콘(103)이 형성된 유리판(101)은 도 1b에서 보여지는 바와 같이 형성되어, 목표물로서 스테이지(216)에 놓여진다. 한편, 엑시머레이저(211)로부터 방출된 광빔은 비정질실리콘막(103)위에 41㎜×58㎜의 직사각형 스폿을 형성하도록 광학계(212)에 의해 성형되고 동시에 상기 빔의 에너지밀도는 막(103)에서 480mJ/㎠이 되도록 제어된다. 그 후, 이렇게 제어된 엑시머레이저빔은 펄스형태로 비정질실리콘막(103)의 특정 영역들에 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat)방식으로 선택적으로 조사된다. 상기 빔의 조사는 각 구역에서 5번(즉 5회 노광) 반복된다. 따라서, 직사각형의 조사된 영역들(104)은 도 1c에서 보여지는 바 와 같이, 비정질실리콘막(103)에 형성된다. 동시에, 비정질실리콘막(103)의 영역들(104)은 박막트랜지스터들을 형성하기 위한 폴리실리콘부분영역들로 변화된다. 폴리실리콘영역들(104)은 X 및 Y축을 따라 규칙적으로 배치된다.
엑시머레이저빔의 41㎜×58㎜인 직사각형 스폿의 크기는 내장형 구동회로들을 가지는 2.4 유형의 액정디스플레이패널들을 제조하기 위해 선택된다. 따라서, 만약 유리판(101)이 550㎜×650㎜의 크기를 가진다면, 이런유형의 120개 패널들이 얻어질 수 있다. 이것은 엑시머레이저빔의 조사작업이 동일한 판(101)의 120개의 다른점들에서 반복적으로 행해진다는 것을 의미한다.
엑시머레이저빔의 에너지밀도프로파일은 주변에 균일하지 않은 부분을 가지는데, 레이저에너지밀도는 균일하지 않다. 프로파일의 균일하지 않은 부분은 대략 0.3㎜의 폭을 가진다.
인접한 액정디스플레이패널들 사이의 간격은 1.5㎜로 정해진다(인접한 폴리실리콘영역들(104) 사이의 간격은 1.5㎜보다 적다). 이것은 액정디스플레이패널의 밀봉재의 폭, 커팅마진 등을 고려하여 결정된다. 스테이지(216)가 0.05㎜ 이하의 정확도로 이동할 수 있기 때문에, 만약, 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat)작동에서 판(101)에 대한 상기 빔의 위치정하기가 잘 제어된다면, 엑시머레이저빔의 균일하지 않은 부분은 액정디스플레이패널들 사이의 틈에 확실히 위치된다. 리소그래피를 위해 사용되는 일반적인 스테퍼의 정렬정확도는 전형적으로 0.05㎜이하이고, 레이저장치(200)의 그것과 비교해 매우 충분하다.
계속적으로, 두배주파수ND:YAG펄스레이저(214)(파장: 532㎚)로부터 방출된 광빔은 비정질실리콘막(103)에서의 정렬마크를 위해 폴리실리콘영역들(105)을 형성하기 위해 사용된다. 상술한 바와 같이, ND:YAG레이저빔은 목표물(즉, 비정질실리콘막(103))에 조사되기 전에, 광학시스템(215)에 의한 엑시머레이저빔과 동축이 되도록 제어된다. ND:YAG레이저(214)는 단지 정렬마크를 형성하기 위해 사용된다. 엑시머레이저(211)가 박막트랜지스터들을 위해 폴리실리콘부분들(104)를 형성하기 위해 사용될 때, 광학계(215)의 이동가능한 거울(215b) 및 렌즈(215c)는 엑시머레이저(211)의 광경로(221) 외부에 위치되어 광경로(221)가 스테이지(216)의 목표물에 도달하게 한다. 반면에, ND:YAG레이저(214)가 정렬마크들을 위한 폴리실리콘부분들을 형성하기 위해 사용될 때, 광학시스템(215)의 이동가능한 거울(215b) 및 렌즈(215c)는 엑시머레이저(211)의 광경로(221)에 위치되어 광경로(221)를 막는다. 대신에, Nd:YAG레이저(214)의 광경로(222)는 광경로(221)와 동축이 되는 방법으로 스테이지(216)의 목표물에 도달한다.
Nd:YAG레이저(214)의 원형빔직경은 출력포트에서 100㎛가 된다. 상기 레이저빔의 원형스폿크기는 목표물에서 10㎛가 되도록 제어된다. 어떠한 빔성형도 상기 빔에 대해 이루어지지 않는다. 상기 레이저빔의 에너지밀도의 프로파일은 가우스형이다. 상기 빔의 에너지밀도는 105mJ/㎠가 되도록 제어된다. 그 후, 이렇게 제어된 Nd:YAG레이저빔은 펄스의 형태로 비정질실리콘막(103)의 특정한 영역들에 스텝-앤드-리피트방식으로 선택적으로 조사된다. 상기 빔의 조사는 구역들의 각각에 단지 한번(즉, 단일의 1회 노광)만 반복된다. 따라서, 도트 형태의 조사부분들(105)은 비정질실리콘막에 도 1c에서 보여지는 바와 같이 형성된다. 동시에, 비정질실리콘 막(103)의 영역들(105)은 폴리실리콘영역들로 변화된다. 폴리실리콘영역들(105)은 폴리실리콘영역들(104)과 겹쳐지지 않는 방식으로 X 및 Y축들을 따라 일정하게 배열된다.
도 1c에서, 단순화를 위해, 8개의 폴리실리콘영역들(104)이 비정질실리콘막(103)의 중앙부에 배열되고 6개의 폴리실리콘영역들(105)이 중앙부의 양측에 배열된다. 그러나, 실제로, 박막트랜지스터들을 위한 영역들(104)의 총 수는 120이고, 영역들(104)은 매트릭스배열로 배치된다. 유사하게, 폴리실리콘영역들(105)의 총 수는 그것의 실제 총 수와 다르다. 더욱이, 각 영역(105)은 도 1c에서 검정으로 도시되나 실제로는 Nd:YAG레이저빔은 각 영역(105)의 X축을 따르는 3개의 행들 및 Y축을 따르는 3개의 열들에서 복수의 도트들을 형성하는 식으로 박막(103)에 반복적으로 조사된다.
Nd:YAG레이저빔은 엑시머레이저빔과 동축이 되는 방법으로 조사되기 때문에, 각 빔의 위치정확성은 스테이지(216)의 작동 또는 위치정하기정확성 내에 포함된다. 만약 Nd:YAG레이저빔이 엑시머레이저빔과 동축이 되는 방식으로 조사되지 않는다면, 이런 두개의 빔들 사이의 각도오차는 스테이지(216)의 위치정하기오차에 더해지고 그러므로 종합적이거나 전체적인 위치오차는 증가되기 쉽다.
정렬마크를 만들기 위한 Nd:YAG레이저(214)대신에, 아르곤(Ar)레이저 및 이산화탄소(CO2)레이저와 같은 어떠한 다른 레이저가 사용될 수 있다. 그러나, 308㎚의 파장을 위한 반사방지 코팅은 광학계(212)의 각 광학적 구성요소들에 추가된다. 따라서, 비정질실리콘막(103)의 흡수계수 및 장치(200)의 활용효율성을 고려하여, Nd:YAG레이저(214)의 파장이 가능한 한 308㎚에 가깝게 되는 것이 바람직하다.
엑시머레이저가 비싸기 때문에, 여기서는 비교적으로 값싼 Nd:YAG)레이저가 정렬마크를 형성하기 위해 사용된다. 비록 Nd:YAG레이저(214)는 펄스레이저이지만, 연속파(Continuous Wave;CW))레이저가 될 수 있다. 더욱이, 네 배주파수 Nd:YAG펄스레이저(파장 266㎚)는 두 배주파수 Nd:YAG레이저(214) 대신에 사용될 수 있다. 그러나, 이 경우에, 레이저장치(200)는 적은 힘과 높은 비용을 가질 것이다.
정렬마크를 만들기 위한 광학계(21)에서, Nd:YAG레이저빔은 확산기로 성형될 수 있고 표시들은 알려진 마스크이미지방법에 의해 성형된 빔으로 형성될 수 있다. 그러나, 이 경우에, 상기 레이저빔의 이용효율이 낮아지는 불이익이 발생한다. 따라서, 만약 스테이지(216)의 작동정확도가 충분하게 높다면, 비정질실리콘막(103)에 성형되지 않은 빔을 단순히 조사하는 것에 의해 생성된 스폿들로써 표시들이 형성되는 것이 바람직하다.
상술된 공정단계들을 통해, 박막트랜지스터들을 위한 폴리실리콘영역들(104) 및 정렬마크들을 위한 폴리실리콘영역들(105)은 도 1c에서 보여지는 바와 같이 비정질실리콘막(103)에 일정하게 형성된다. 계속해서, 레지스트가 막(103)에 입혀진 후, 판(101)은 광학리소그래피를 위한 스테퍼(미도시)쪽으로 반송 또는 이송된다. 레지스터들가 입혀진 판(101)은 스테퍼의 스테이지(미도시)에 놓여진다. 그 후, 노광빔이 스텝-앤드-리피트방식으로 스테이지를 움직이는 동안 1회 노광의 형태로 판(101)상의 레지스트에 반복적으로 조사되어, 레지스트에 섬모양의 패턴들이 형성 된다. 섬모양의 패턴들은 박막트랜지스터들(TFTs)의 폴리실리콘 섬모양활성영역들을 형성하기 위하여 각 폴리실리콘영역들(104)을 패터닝하기 위해 사용된다. 이 노광공정에서, 폴리실리콘영역들(105)이 폴리실리콘부분들(104)의 각각에 노출빔을 정렬시키기 위한 정렬마크들에 도움이 되기 때문에, 스테이지의 위치정하기는 정확하게 이루어진다. 표시들이나 영역들(105)의 각각은 남아있는 비정질실리콘막(103)에 의해 둘러싸여지고, 폴리실리콘영역(105)의 광학상수들은 비정질실리콘막(103)의 그것들과 매우 다르다. 따라서, 표시들(105), 즉 정렬마크들로서 작동하는 영역들(105)을 읽거나 인식하는데 문제가 없다.
그 후, 패턴화된 레지스트가 형성된 판(101)이 낮은 온도의 폴리실리콘박막트랜지스터들을 제조하기 위해 일반적인 일련의 공정에 놓여진다. 구체적으로는, 폴리실리콘섬들을 형성하기 위한 드라이에칭공정은 패턴화된 레지스트를 마스크로 사용하여 수행되고 그 후, 게이트유전체막을 형성하기 위한 공정, 게이트전극부분을 형성하기 위한 공정, 불순물을 폴리실리콘섬들에 도핑하기 위한 공정, 이렇게 도입된 도펀트를 어닐링하기 위한 공정, 소스와 드레이전극들을 형성하기 위한 공정 등이 계속적으로 수행된다. 이런 방법으로, 폴리실리콘박막트랜지스터들이 유리판(101)에 형성된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 반도체박막을 형성하기 위한 방법에서는, 엑시머레이저빔이 조사부분들(104)을 형성하기 위해 비정질실리콘박막(103)에 조사되었다. Nd:YAG레이저빔은 조사영역들(104)과 겹쳐지지 않는 방식으로 박막(103)에 조사되어, 조사된 영역들과 남아있는 비조사된 영역들을 형성하다. 정렬마크는 조사 된 영역(105)의 각각 및 남아있는 비조사된 영역(즉, 비정질실리콘막(103)) 사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다. 따라서, 정렬마크는 비정질실리콘박막(103)에 레이저어닐링공정으로 형성될 수 있다.
게다가, 정렬마크들이 비정질실리콘박막(103)에 레이저어닐링공정으로 형성될 수 있기 때문에, 레이저어닐링공정에 앞서 정렬마크들을 형성하는 공정은 불필요하고 동시에 정렬마크들을 인식하거나 읽는 공정은 레이저어닐링공정에서 불필요하다. 따라서, 폴리실리콘영역들(104 및 105)이 배열된 비정질실리콘박막(103)은 낮은 비용과 높은 처리량에서 형성될 수 있다.
더욱이, 조사된 영역들 또는 폴리실리콘영역들(104)이 엑시머레이저빔을 박막(103)에 조사하는 것에 의해 형성되기 때문에, 어닐링된 반도체(즉, 폴리실리콘)영역들은 조사된 영역(104)에 의해 형성된다. 따라서 소망의 어닐링된 반도체부분들은 좋은 균일성으로 획득될 수 있다.
발명자의 검사에 따르면, 제1실시예의 방법에 의해 형성된 폴리실리콘정렬마크들(105)은 어떠한 문제없이 그것들의 광학상수차 때문에 비정질실리콘이 둘러싸인 구역으로부터 구별될 수 있었다. 따라서, 본 발명의 이점들은 제1실시예에서 얻어질 수 있다는 것이 입증되었다.
(제2실시예)
본 발명의 제2실시예에 따른 반도체박막을 형성하는 방법은 도 4a 내지 4c에서 보여진다. 이 방법에서, 도 2에서 보여지는 레이저장치(200)가 사용된다.
우선, 도 4a에서 보여지는 바와 같이, SiO2기초막(202)(두께100㎚)은 유리판(201)의 주표면에 형성된다. 그 후, 비정질실리콘막(203)(두께50㎚)이 SiO2기초막(202)위에 형성된다. 이런 단계들은 제1실시예에서 사용된 것과 동일한 방법에 의해 수행된다. 이 스테이지에서의 상태는 도 4a에서 보여진다.
다음, 막들(202 및 203)이 형성된 유리판(201)이 580℃에서 15시간 동안 어닐링공정에 놓여져서 비정질실리콘막(203) 전부가 고체상태로 성장된 폴리실리콘막(203a)으로 변화된다.
그 후, 막들(202 및 203a)을 가진 판(201)은 제1실시예에서 사용된 레이저장치(200)의 내부로 이동된다. 엑시머레이저(211)로부터 방출된 광빔은 광학계(212)에 의해 폴리실리콘막(203a)위에 36㎜×51㎜인 직사각형스폿을 형성하도록 성형되고 동시에, 상기빔의 에너지밀도는 550mJ/㎠가 되도록 제어된다. 그 후, 이렇게 제어된 엑시머레이저빔은 펄스형태로 폴리실리콘막(203a)에 스텝-앤드-리피트방식으로 선택적으로 조사된다. 상기 빔의 조사는 영역들의 각각에서 여러번(즉, 3회 노광) 반복된다. 따라서, 직사각형의 조사된 영역들(204)은 도 4c에서 보여지는 바와 같이, 재결정화 때문에 폴리실리콘막(203)에 형성된다. 이렇게 형성된 폴리실리콘영역들(204)은 X 및 Y축을 따라 규칙적으로 배열된다.
엑시머레이저빔의 36㎜×51㎜인 직사각형스폿의 크기는 내장형 구동회로들을 가진 2.1형의 액정디스플레이패널들을 제조하기 위해 선택된다.
계속해서, 두 배진동수 Nd:YAG펄스레이저(214)로부터 방출된 광빔은 폴리실 리콘막(203a)의 정렬마크들을 위한 폴리실리콘영역들(205)을 형성하기 위해 사용된다. 상술된 바와 같이, Nd:YAG레이저빔은 목표물(즉, 폴리실리콘막(203a))에 조사되기 전에 광학계(215)에 의해 엑시머레이저빔과 동축이 되도록 제어된다. 상기 빔의 에너지밀도는 400mJ/㎠가 되도록 제어된다. 이렇게 제어된 Nd:YAG레이저빔은 펄스의 형태로 폴리실리콘막(203a)의 특정 영역들에 스텝-앤드-리피트방식으로 선택적으로 조사된다. 상기 빔의 조사는 각 구역들에서 30회(즉, 30샷) 반복된다. 따라서 도트모양의 조사된 영역들(205)은 폴리실리콘막(203a)에 도 4c에서 보여지는 바와 같이 형성된다. 폴리실리콘영역들(205)은 폴리실리콘영역들(204)과 겹쳐지지 않는 방식으로 X 및 Y축들을 따라 일정하게 배열된다.
Nd:YAG레이저빔의 폴리실리콘막(203a)에 대한 반복된 조사 때문에, 막(203a)의 조사된 부분들은 "애블레이션"으로 인해 선택적으로 제거된다. 따라서, 제1실시예와 달리, 정렬마크들은 막(203a)의 우묵한 영역들(205)에 의해 생성된다. 제1실시예에서, 조사된 영역들(105)은 애블레이션으로 인해 제거되지 않기 때문에 입체이다. 제1실시예와 유사하게, 정렬마크들은 막(103)의 우묵한 조사된 영역들(105)에 의해 생성될 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 반도체박막을 형성하는 방법에서, 정렬마크들은 우묵한 영역들(205) 및 남아있는 폴리실리콘막(203a) 사이의 광학상수차에 의해 실현될 수 있다. 따라서, 제1실시예의 것들과 동일한 이점들이 얻어질 수 있다.
발명자의 검사에 따르면, 제2실시예의 방법에 의해 형성된 우묵한 정렬마크들(205)이 어떤 문제 없이 그것들의 광학상수차 때문에 폴리실리콘으로 이루어진 그것들의 주위영역으로부터 구별될 수 있었다. 따라서, 본 발명의 이점은 제2실시예에서도 얻어질 수 있다는 것이 입증되었다.
(제3실시예)
본 발명의 제3실시예에 따른 반도체박막을 형성하는 방법은 도 5a 내지 5c에서 보여진다. 이 방법에서, 도 2에서 보여지는 레이저장치(200)가 사용된다. 제3실시예의 방법은 정렬마크들을 위한 폴리실리콘영역들이 박막트랜지스터들을 위한 폴리실리콘영역들에 대응하게 위치되는 것을 제외하면 제2실시예와 동일하다.
특히, 도 5a에서 보여지는 바와 같이, 우선, SiO2기초막(302)(두께100㎚)은 유리판(301)의 주표면에 형성되고 그 후, 비정질실리콘막(303)(두께50㎚)은 SiO2기초막(302)위에 형성된다. 다음, 막들(302 및 303)이 형성된 유리판(301)은 580℃에서 15시간동안 어닐링공정에 놓여져서 비정질실리콘막(303)이 고체상태로 성장한 폴리실리콘막(303a)으로 변화된다. 그 후, 막들(302 및 303a)을 가진 판(301)은 제1실시예에서 사용된 레이저장치(200)의 내부로 이동된다.
엑시머레이저(211)로부터 방출된 광빔은 펄스의 형태로 폴리실리콘막(303a)의 특정한 구역들에 스텝-앤드-리피트방식으로 선택적으로 조사된다. 상기 빔의 조사는 각 구역에 3회(즉, 3샷) 반복된다. 따라서, 직사각형의 조사된 영역들(304)이 도 5c에서 보여지는 바와 같이, 폴리실리콘막(303a)에 형성된다. 폴리실리콘영역들(304)은 X 및 Y축을 따라 일정하게 배열된다.
계속적으로, 두 배주파수 Nd:YAG펄스레이저(214)로부터 방출된 광빔은 펄스의 형태로 폴리실리콘박막(303a)에 스텝-앤드-리피트방식으로 선택적으로 조사된다. 상기 빔의 조사는 영역들의 각각에 30회(즉, 30회 노광) 반복된다. 따라서, 도트모양의 조사된 영역들(305)은 도 5c에서 보여지는 바와 같이, 대응하는 폴리실리콘영역들(304a)에 형성된다. 폴리실리콘영역들(305)의 각각은 폴리실리콘영역들(304)중의 대응하는 하나에 위치되고(즉, 겹쳐져서), 영역들(305)의 가장자리들은 영역(304)의 대응하는 가장자리들과 정렬된다.
Nd:YAG레이저빔의 폴리실리콘막(303a)에 대한 반복된 조사 때문에, 폴리실리콘영역들(304)에서 막(303a)의 조사된 부분들이 "애블레이션" 으로 인해 선택적으로 제거된다. 따라서, 제2실시예에 유사하게, 정렬마크들은 막(303a)의 우묵한 영역들(305)에 의해 생성된다.
본 발명의 제3실시예에 따른 반도체박막을 형성하는 방법에서는, 각 우묵한 부분들(305)의 각각 폴리실리콘영역들(304) 중의 대응하는 하나에 위치되고, 영역들(305)의 가장자리들은 영역(304)의 대응하는 가장자리들과 정렬된다. 정렬마크들은 우묵한 영역들(305) 및 대응하는 폴리실리콘 영역들(304) 사이 및/또는 우묵한 영역들(305) 및 폴리실리콘막(303a)의 남아있는 비조사된 영역 사이의 광학상수차에 의해 실현된다. 따라서, 제1실시예에서의 그것들과 동일한 이점을 얻을 수 있다.
제1실시예와 유사하게, 정렬마크들은 막(303a)의 입체의 조사된 영역들(305)을 사용하는 것에 의해 생성될 것이다. 각 영역(305)은 부분적으로 대응하는 영역(304)과 겹쳐질 것이고 영역(305)은 막(303a)의 비조사된 영역과 겹쳐진다.
발명자의 검사에 따르면, 제3실시예의 방법에 의해 형성된 정렬마크들은 어떤 문제없이 그것들의 광학상수차 때문에 그것들의 주위구역들로부터 구별될 수 있었다. 따라서, 본 발명의 이점들이 제3실시예에서도 얻어질 수 있다는 것이 입증되었다.
(제4실시예)
본 발명의 제4실시예에 따른 반도체박막을 형성하는 방법은 도 6a 내지 6c에서 보여진다. 이 방법에서는 도 2에서 보여진 레이저장치(200)가 사용된다.
우선, 도 6a에서 보여지는 바와 같이, SiO2기초막(402)(두께100㎚)은 유리판(401)의 주표면에 형성된다. 그 후, 비정질실리콘막(403)(두께50㎚)이 SiO2기초막(402)위에 형성된다. 이러한 단계들은 제1실시예에서 사용된 것과 동일한 방법에 의해 수행된다. 이 단계에서의 상태는 도 6a에서 보여진다.
다음, 막들(402 및 403)을 가진 판(401)은 제1실시예에서 사용된 레이저장치(200)의 내부로 이동된다. 엑시머레이저(211)로부터 방출된 광빔은 비정질실리콘막(403)에 대해 제1실시예에서 사용된 것과 같은 직사각형스폿을 형성하도록 성형되고 동시에, 상기 빔의 에너지밀도는 제1실시예에서 사용된 것과 동일한 값이 되도록 제어된다. 그 후, 엑시머레이저빔은 스텝-앤드-리피트방식으로 펄스의 형태로 비정질실리콘막(403)의 특정한 부분들에 선택적으로 조사된다. 상기 빔의 조사는 구역들의 각각에 3회(즉, 3회 노광) 반복된다. 따라서, 직사각형의 조사된 영역들(404a)은 재결정화 때문에 비정질실리콘막(403)에 도 6b에서 보여지는 바와 같이 형성된다. 이렇게 형성된 폴리실리콘영역들(404a)은 X 및 Y축들을 따라 일정하게 배열된다.
제1실시예와 달리, 직사각형의 조사된 영역들(404a)은 막(403) 전부에 대해 가깝게 배열된다. 따라서, 이런 폴리실리콘영역들(404a)은 판(401)의 전체 표면을 덮는 단일의 폴리실리콘영역 또는 층(404)을 구성한다.
계속해서, 두 배진동수 Nd:YAG펄스레이저(214)로부터 방출된 광빔은 폴리실리콘층(404)의 정렬마크들을 위한 폴리실리콘영역들을 형성하기 위해 사용된다. 따라서, 영역들(405)은 폴리실리콘층(404)(즉, 폴리실리콘영역들(404a))과 겹쳐지는 방식으로 형성된다. 위에서 설명한 바와 같이 Nd:YAG레이저빔은 목표물(즉, 폴리실리콘층(404))에 조사되기 전에 광학계(215)에 의해 엑시머레이저빔과 동축이 되도록 제어된다. 상기 빔의 에너지밀도는 제1실시예와 동일한 값이 되도록 제어된다. Nd:YAG레이저빔은 스텝-앤드-리피트방식으로 폴리실리콘부분(404)의 특정한 영역들에 펄스의 형태로 선택적으로 조사된다. 상기 빔의 조사는 영역들의 각각에 30회(즉, 30회 노광) 반복된다. 따라서, 도트모양의 조사된 영역들(405)은 폴리실리콘층(404)에 도 6c에서 보여지는 바와 같이 형성된다. 폴리실리콘영역들(405)은 X 및 Y축들을 따라 일정하게 배열된다.
본 발명의 제4실시예에 따른 반도체박막을 형성하기 위한 방법에서는, 정렬마크들이 고체폴리실리콘영역들(405) 및 남아있는 폴리실리콘영역(404)(즉, 폴리실리콘영역들(404a)) 사이의 광학상수차에 의해 실현된다. 따라서, 제1실시예에서의 것들과 동일한 이점들을 얻을 수 있다.
제2실시예와 유사하게, 정렬마크들이 상기 제4실시예에서 우묵한 조사된 영역들(205)에 의해 생성될 수도 있다.
발명가의 검사에 따르면, 제4실시예의 방법에 의해 형성된 고체정렬마크들(405)은 어떠한 문제 없이 그것들의 광학상수차 때문에 폴리실리콘으로 이루어진 그것들의 주위영역들로부터 구별될 수 있었다. 따라서, 본 발명의 이점들이 제4실시예에서 또한 얻어질 수 있다는 것이 입증되었다.
(다른 실시예들)
본 발명이 상술된 실시예에 제한되지 않는다는 것을 말할 필요가 없다. 어떠한 변형도 실시예에 적용될 수 있다. 예를 들어, 비록 비정질실리콘막이 목표막으로서 상술된 제1 내지 제4실시예에서 사용되지만, 어떠한 다른 반도체 재료도 이런 목적을 위해 사용되어질 수 있다. 말할 필요도 없이, 정렬마크들을 위한 조사된 영역들의 평평한 모양은 필요하다면 광학적으로 변경될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 형태들이 설명되었지만, 변형들이 본 발명의 사상으로보터 이탈됨 없이 이 기술분야의 숙련자에게 명백할 것이라는 것이 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해서만 결정될 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제1레이저빔은 제1조사된 영역을 형성하기 위해 반도체박막에 조사된다. 제2레이저빔은 제1조사된 영역과 겹치지 않는 방식으로 박막에 조사되어 제2조사된 영역 및 비조사된 영역을 형성한다. 정렬마크는 제2조사된 영역과 비조사된 영역 사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성된다. 따라서, 정렬마크는 레이저어닐링공정에서 반도체박막에 형성될 수 있다.
게다가, 정렬마크가 레이저어닐링공정에서 반도체박막에 형성될 수 있기 때문에, 레이저어닐링공정에 앞서 정렬마크를 형성하는 공정이 불필요하고 동시에 정렬마크를 인식하거나 읽는 공정은 레이저어닐링공정에서 불필요하다. 따라서, 반도체박막은 낮은 비용과 높은 처리량에서 형성될 수 있다.
더욱이, 제1레이저빔을 박막에 조사하는 것에 의해 제1조사된 영역이 형성되기 때문에, 어닐링된 반도체영역 또는 영역들은 제1조사된 영역에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 어닐링된 반도체영역 또는 영역들은 좋은 균일성을 획득할 수 있다.

Claims (28)

  1. 반도체박막을 형성하는 방법에 있어서,
    제1레이저빔을 반도체박막에 조사하여 제1조사된 영역들 형성하는 단계; 및
    제2레이저빔을 제1조사된 영역과 겹쳐지지 않는 방식으로 박막에 조사하여 제2조사된 영역 및 비조사된 영역을 형성하는 단계를 포함하며
    제2레이저빔은 제1레이저빔과 동축이 되도록 반도체박막에 조사되고,
    정렬마크는 제2조사된 영역 및 비조사된 영역 사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2레이저빔은 제2조사된 영역이 입체가 되는 식으로 제어되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제2레이저빔은 제2조사된 영역이 애블레이션 때문에 우묵하게 되는 식으로 제어되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제1조사된 영역은 박막트랜지스터(TFT)의 활성영역이 형성되는 어닐링된 반도체영역으로서 사용되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 반도체박막은 비정질실리콘으로 이루어진 반도체박막을 형 성하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 반도체박막은 폴리실리콘으로 이루어진 반도체박막을 형성하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 엑시머레이저는 제1레이저빔을 발생하기 위해 사용되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  8. 반도체 박막을 형성하는 방법에 있어서,
    제1레이저빔을 반도체박막에 조사하여 제1조사된 영역들을 형성하는 단계; 및
    제2레이저빔을 제1조사된 영역과 겹쳐지는 식으로 박막에 조사하여, 제2조사된 영역을 형성하는 단계를 포함하며,
    제2레이저빔은 제1레이저빔과 동축이 되도록 반도체박막에 조사되고,
    정렬마크는 제1조사된 영역 및 제2조사된 영역사이 또는 제2조사된 영역 및 반도체박막의 나머지 비조사된 영역사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 제2레이저빔은 제2조사된 영역이 입체가 되는 식으로 제어되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 제2레이저빔은 제2조사된 영역이 애블레이션 때문에 우묵하게 되는 식으로 제어되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 제1조사된 영역은 박막트랜지스터(TFT)의 활성영역이 형성되는 어닐링된 반도체영역으로 사용되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  12. 제8항에 있어서, 반도체박막은 비정질실리콘으로 이루어진 반도체박막을 형성하는 방법.
  13. 제8항에 있어서, 반도체박막은 폴리실리콘으로 이루어진 반도체박막을 형성하는 방법.
  14. 제8항에 있어서, 엑시머레이저는 제1레이저빔을 발생하기 위해 사용되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  15. 반도체박막을 형성하는 방법에 있어서,
    제1레이저빔을 반도체박막 전부에 조사하여 제1조사된 영역을 형성하는 단계; 및
    제2레이저빔을 제1조사된 영역과 겹쳐지는 식으로 반도체박막에 조사하여 제2조사된 영역을 형성하는 단계를 포함하고
    제2레이저빔은 제1레이저빔과 동축이 되도록 반도체박막에 조사되고,
    정렬마크는 제1조사된 영역과 제2조사된 영역사이의 광학상수차를 사용하는 것에 의해 형성되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제2레이저빔은 제2조사된 영역이 입체가 되는 식으로 제어되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 제2레이저빔은 제2조사된 영역이 애블레이션 때문에 우묵하게 되는 식으로 제어되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 제1조사된 영역은 박막트랜지스터의 활성영역이 형성되는 어닐링된 반도체영역으로 사용되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 반도체박막은 비정질실리콘으로 이루어진 반도체박막을 형성하는 방법.
  20. 제15항에 있어서, 반도체박막은 폴리실리콘으로 이루어진 반도체박막을 형성하는 방법.
  21. 제15항에 있어서, 엑시머레이저는 제1레이저빔을 발생하기 위하여 사용되는 반도체박막을 형성하는 방법.
  22. 레이저장치에 있어서,
    목표물이 놓여지는 이동가능한 스테이지;
    제1레이저빔을 발생하기 위한 제1레이저빔발생기;
    제1광학계에 의해 스테이지의 목표물인 반도체박막에 조사될 수 있게 구성되는 제1레이저빔;
    제2레이저빔을 발생하기 위한 제2레이저빔 발생기; 및
    제2광학계에 의해 제1레이저빔과 동축이 되는 식으로 반도체박막에 조사되게 구성되는 제2레이저빔을 포함하며,
    제1레이저빔 및 제2레이저빔은 교대로 박막에 조사되는 레이저장치.
  23. 제22항에 있어서, 제1레이저빔발생기와 제2레이저빔발생기는 크기가 서로 다른 레이저장치.
  24. 제22항에 있어서, 엑시머레이저는 제1레이저빔발생기로서 사용되는 레이저장치.
  25. 제22항에 있어서, 제2레이저빔을 위한 제2광학계는 제1레이저빔의 광경로의 제1위치 및 동일한 광경로 외부의 제2위치사이에서 이동할 수 있는 광학요소를 포 함하는 레이저장치.
  26. 제25항에 있어서, 제1레이저빔이 목표물에 조사될 때, 상기 광학요소는 제2위치에 있고, 제2레이저빔이 목표물에 조사될 때, 상기 광학요소는 제1위치에 있는 레이저장치.
  27. 레이저장치에 있어서,
    목표물이 놓여지는 이동가능한 스테이지;
    제1레이저빔을 발생하기 위한 제1레이저빔발생기;
    제1광학계에 의해 스테이지의 목표물인 반도체박막에 조사될 수 있게 구성되는 제1레이저빔;
    제2레이저빔을 발생하기 위한 제2레이저빔 발생기; 및
    제2광학계에 의해 제1레이저빔과 동축이 되는 식으로 반도체박막에 조사되게 구성되는 제2레이저빔을 포함하며,
    여기서 제2레이저빔을 위한 제2광학계는 제1레이저빔의 광경로의 제1위치 및 동일한 광경로 외부의 제2위치사이에서 이동할 수 있는 광학요소를 포함하는 레이저장치.
  28. 제27항에 있어서, 제1레이저빔이 목표물에 조사될 때, 상기 광학요소는 제2위치에 있고, 제2레이저빔이 목표물에 조사될 때, 상기 광학요소는 제1위치에 있는 레이저장치.
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