KR100787137B1 - 레이저 디바이스, 레이저 장치, 및 반도체 필름 결정화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 필름의 레이저 결정화을 위한 레이저 시스템에 관한 것이다. 즉, 본 발명은, 하나의 횡단 방향으로 제 1 세기 프로파일(intensity profile)을 갖는 레이저 빔을 방출하기 위한 레이저 광원과; 상기 세기 프로파일을 수정하기 위한 렌즈 시스템(12)을 포함하는데; 이 렌즈 시스템은 제 1 세기 프로파일을 가로질러 복수 개의 빔렛(beamlet)으로 상기 빔을 나누도록 응용된 복수 개의 렌즈 요소들(20a, 20b, 40a, 40b, 64a, 64b, 66a, 66b)을 구비하며, 여기서 요구되는 세기 프로파일이 레이저 시스템의 출력에서 생성될 정도로 하고, 렌즈 시스템에 의해 출력되는 빔렛들 중 적어도 하나는 다른 것들에 상대적(relative)으로 반전되는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 디바이스, 레이저 장치, 및 반도체 필름 결정화 방법{LASER DEVICE, LASER APPARATUS, AND METHOD OF CRYSTALLISING A SEMICONDUCTOR FILM}

본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로서, 특히 박막(thin film) 디바이스에서 다결정(polycrystalline) 실리콘을 형성하기 위하여 비정질의(amorphous) 실리콘을 결정화하는 것과 같은, 반도체 필름의 레이저 결정화에 대해 적합한 출력(output) 프로파일을 제공하는 레이저 시스템에 관한 것이나, 이에 국한되지 않는다. 또한, 본 발명은 이러한 레이저 시스템을 이용하여 반도체 필름을 결정화시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

레이저 결정화 과정(crystallisation process)을 사용함으로써, 예를 들면 디스플레이나 다른 회로들에 사용되는, 저온 폴리(poly)-실리콘 디바이스의 제조가 가능하다는 것은 잘 알려져 있다. 그러나, 레이저 결정화 과정은 그 과정의 불충분한 균질성(poor uniformity)으로 인하여 수율이 높지 않다(give rise to poor yields).

이 불충분한 균질성을 야기하는 한 요인은 단순한, 소위 말하는, 모자형(top-hat) 빔 프로파일의 사용이다. 출력의 이 형태는 알려진 레이저 빔 균질기(homogenizer)에 전형적이다. 모자형 프로파일은 그 프로파일의 폭에 걸쳐 대체로 일정한 세기(intensity)를 갖는다. 그래서, 비정질의 실리콘 필름이 그것에 가로질러 빔을 스캐닝함으로써 결정화될 때에, 그 비정질의 실리콘 필름은 대체적으로 일정한 세기에 노출되게 된다. 결정화 과정이 성공적으로 되기 위해서 이 세기는 매우 좁은 영역 내에 들어야 한다. 왜냐하면, 결정화 과정 동안 거의 모든 필름이 융해되면서도, 비정질의 실리콘 층이 완전히 융해(full melt-through)되어서는 않 되기 때문이다. 냉각되는 동안, 완전 융해된 층의 일부분은 미세-그레인 구조(fine-grained structure)로 재결정화 되어 최종 생산물의 품질을 악화시킨다. 이 세기는 최대 값을 초과할 수 있고, 그래서 레이저 광원(source)으로부터의 출력에서의 지터(jitter)의 결과로서 완전한 융해가 이루어진다.

레이저 출력이 처리되는 샘플을 가로질러 스캐닝하기 때문에, 최대 요구 세기를 초과하는 개별 레이저 펄스는 기판(substrate)의 일부 영역에 작용되는 첫 레이저 샷(shot)이지만, 다른 영역들에 대해서는 마지막 레이저 샷이 될 것이다. 이러한 펄스가 마지막 샷이 되는 기판 범위는, 더 이상의 레이저 가열이 수행될 수 없으므로, 미세-그레인 구조로 재결정될 것이다.

본 발명은, 하나의 횡단 방향으로 제 1 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 광원(source)과; 상기 제 1 세기 프로파일을 수정(modify)하기 위한 렌즈시스템을 포함하는 레이저 시스템을 제공하는데, 상기 렌즈 시스템은, 제 1 세기 프로파일을 가로질러 복수 개의 빔렛(beamlet)으로 상기 빔을 나누도록 적응되는 복수 개의 렌즈 요소들을 포함하고, 상기 렌즈 시스템에 의해 출력되는 상기 빔렛들 중 적어도 하나는 요구되는 세기 프로파일이 레이저 시스템의 출력에서 생성되도록 다른 것들에 대해(relative) 반전된다. 상기 렌즈 시스템은 위에서 규정한 문제를 다루도록, 렌즈 시스템의 출력이 레이저 결정화를 위해 요구되도록 변경(alter)되도록 하기 위하여 레이저 광원에 의해 생성된 빔이 수정되도록 하게 한다. 이것은 빔 에너지의 손실이나 플루언스 지터의 증가 없이 실질적으로(substantially) 달성된다.

바람직한 실시예에서, 상기 렌즈 요소들은 두 개의 이격된(spaced) 어레이(array)인데, 각각의 어레이는 한 방향을 따라 뻗으며, 상기 어레이는 빔렛 중에서 적어도 하나를 다른 것들에 대해 반전되도록 적응(adapt)된다. 대안적으로, 이 렌즈 시스템은, 두 개의 이격된 제 1의 렌즈 요소의 어레이를 포함할 수 있으며, 각각의 어레이는 한 방향을 따라 뻗어, 렌즈 요소 즉, 각 어레이의 렌즈 요소의 쌍은 각 빔렛을 반전시키도록 배열되는데, 여기서 하나 또는 그 이상 첨가되는 렌즈 요소는 적어도 하나의 빔렛의 반전(inversion)을 막기 위해서거나 또는 적어도 하나의 빔렛의 추가 반전을 제공하기 위하여 포함된다. 그래서, 일 예로, 첨가되는 렌즈 요소는 본 발명에 부합하도록 그것을 적응하기 위하여 존재하는(existing) 렌즈 시스템에 삽입될 것이다. 반전을 막는 것이 추가 반전보다는 더 바람직한데, 이는 후자가 더 큰 빛의 손실 및 렌즈 시스템을 떠나는 빔렛들의 발산을 이끌 수 있기 때문이다.

첨가되는 렌즈 요소는 제 1 렌즈 요소들의 각 쌍들 사이에 어레이된 하나 또는 그 이상의 제 2 렌즈 요소들의 쌍을 포함할 것이다. 바람직하게는, 제 2 렌즈 요소들 각각은 오목한 표면(concave surface)을 갖는다.

빔렛들 중에서 적어도 하나는 제 1 세기 프로파일의 중앙의 한 측면으로 위치하는 것이 바람직하다. 특히 더, 거의 같은 폭의 짝수 개의 빔렛이 있는 곳에서는, 빔렛들 중에서 적어도 하나는 세기 프로파일의 2분의 1을 갖는 빔렛일 수 있다. 거의 같은 폭의 홀수 개의 빔렛이 있다면, 빔렛들 중에서 적어도 하나는 중앙의 빔렛의 한 측면에 있는 빔렛이다. 반전된 빔렛의 수는 특별한 요구들을 따르기 위해 또한 달라질 것인데, 그에 의해 반전의 전체적인 영향(impact)을 변경(alter)할 것이다.

바람직하게는, 레이저 시스템에 의해 출력되는 세기 프로파일은 프로파일의 폭의 적어도 부분(part)에 걸쳐 테이퍼진다(tapered). 이것은 장점인데, 이하에서 그 이유를 설명한다.

상기 레이저 광원은, 세미-가우시안 프로파일(semi-Gaussian profile)을 갖는 빔을 발생시키는, 펄스화 된 광원(pulsed source)을 포함할 것이다.

광학 필터는 레이저 시스템의 출력에서 발생되는 세기 프로파일을 수정하기 위하여 또한 제공될 것이다. 그러한 필터는 1999년 9월 24일 영국에 출원되어 계류중인 영국 특허출원번호 9922576.5 의 요지인데, 참고로 그 내용은 참조로서 여기에 통합된다. 상기 필터는 투명한(transmissive) 부분과 불투명한(opaque) 부분을 포함할 것인데, 상기 투명한 부분은 제 1 렌즈 요소들의 렌즈 피치(pitch)에 대응하는 피치를 갖는 반복 패턴을 한정한다.

본 발명은 본 발명의 레이저 시스템과, 레이저로 다루어지는 샘플의 표면에 대해 요구되는 세기 프로파일의 폭을 스캐닝하기 위한 수단을 포함하는 레이저 장치를 또한 제공한다. 상기 스캐닝은 이동가능한 지지대 위에 샘플을 장착함(mounting)으로서 달성될 것이다.

선행 기술의 구성과 발명의 실시예는, 예를 들면, 첨부된 도면에 도시된 것을 참조하여 이하 설명될 것인데, 도면은 다음과 같다:

도 1은 모자형 세기 프로파일을 만들어 내기 위한 균질화기를 포함하는 알려진 레이저 시스템의 선택된(selected) 요소들을 보여주는 도면.

도 2a와 도 2b는 각각 레이저 빔의 세미-가우시안 세기 프로파일과 모자형 프로파일의 사시도.

도 3은 도 1의 시스템의 출력에서의 모자형 프로파일을 보여주는 도면.

도 4는 도 1의 레이저 시스템을 본 발명에 따라 수정된 것으로 나타낸 도면.

도 5는 도 4의 본 발명에 따른 레이저 시스템에 의해 생성되는 세기 프로파일을 보여주는 도면.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 레이저 시스템의 다른 실시 예들을 보여주는 도면.

도 1은 균질화기(12)를 포함하는 알려진 레이저 시스템(2)의 선택된 요소들을 보여준다. 상기 균질화기(12)는 반도체 샘플의 결정화를 위해 적합한 레이저 출력을 생성하기 위해 적응된다. 상기 시스템(2)은 컨트롤된 세기 프로파일을 갖는 라인 빔(6)으로 샘플(미도시)을 조사(radiation)하기 위한 것이다. 전형적으로, 샘플은 절연된 기판 위의 실리콘 필름을 포함한다. 상기 라인 빔(6)은 샘플의 표면을 가로질러(across) 스캔하고, 그리고 이러한 스캐닝은 이동가능한 지지대(미도시) 위에 샘플을 장착함으로써 통상 달성된다.

상기 레이저 시스템은, 세미-가우시안 세기 프로파일을 갖는 빔을 생성할 수 있는 레이저 광원(8)을 포함한다. 레이저 광원의 출력(output)은 라이트 프런트(light front) 또는 빔(beam)이다. 빔의 진행 방향에 대해 가로지르는 방향(dimension)으로, 세기는 곡선(10)으로 표시된 대로 정규 분포(normal distribution)를 따라 변화하는 반면, 상기 방향에 수직인 횡단방향을 따라서는 세기가 일정하다. 빔(W)의 폭은 대략 20㎜ 일 수 있고, 그 깊이(도 1에 관련된 페이지의 속으로 또는 바깥으로)는 유사한 크기(dimension)를 갖게 될 것이다.

레이저 결정화를 위해서 일 예로 0.5㎜ 일 수 있는, 좁은 폭을 갖는 라인 빔이 바람직하나, 반도체 필름의 기판 전체를 가로질러 스팬(span)하기 위해서는 훨씬 더 긴 라인 빔이 바람직하다. 또한, 곡선(10)으로 보여지는 정상 세기 프로파일을 수정하는 것이 바람직하다.

광 신호의 세기를 수정하고 재형성하기(reshape) 위하여, 제공되는 균질화기(12)는 렌즈 요소(20a)의 입력 어레이(14)와, 렌즈 요소(20b)의 출력 어레이(16), 및 포커싱 또는 집광 렌즈(18)를 포함한다. 각 어레이의 개별적인 렌즈 요소(20a, 20b)는 양의 배율(positive power) 렌즈이고, 아마도 일 예로는 평-볼록(plano-convex) 원통형 렌즈일 것이다. 균질화기(12)의 효과는 세기 프로파일(10)을 다른 섹션들 또는 빔렛들로 나누는 것이고, 그 다음에 프로파일의 폭을 가로질러 더 균일한(uniform) 레이저 세기를 만들기 위하여 그 빔렛들을 오버랩하는 것이다. 중심부 빔렛의 각 사이드의 빔렛들은, 세미-가우시안 빔의 각 부분들에 대응하는데, 경사진(ramped) 프로파일을 갖는다. 상기 빔렛들은 집광 렌즈(18)에 의해 슬릿(4)를 향하여 함께 초점이 맞추어지며, 상기 슬릿은 최종 빔의 테두리(edge)를 날카롭게(sharpen) 한다. 개구(aperture)의 폭은 서로 다른 빔 폭들을 제공하도록 맞추어질 수 있다. 필드 렌즈(22) 또한 제공될 수 있다.

렌즈들(14, 16 및 18)의 기능은 레이저 빔의 세기 프로파일을 그 폭에 걸쳐(across) 바꾸고 균질화하는 것이다. 도 1에 도시하지는 않았지만, 렌즈의 추가 어레이가 또한 제공되는데, 그 목적은 프로파일(10)에 대해 직교하는 방향으로 레이저 출력의 형태를 바꾸는 것이다. 렌즈의 이들 추가 어레이는 수직(perpendicular) 렌즈 어레이를 포함하는데, 상기 수직 렌즈 어레이는, 요구되는 라인 빔을 제공하도록 레이저 출력의 커버 영역(area of coverage)를 재형성(reshape)하기 위해, 레이저 출력의 장축에서 세기 프로파일을 바꾸도록 배열될 수 있다.

위에 기술한 범위에서, 도 1을 참조하여 기술된 레이저 시스템(2)의 작동은 알려진 것이다. 특히, 실재하는 상업적으로 이용가능한 시스템은, 레이저 광원(8)으로부터의 세미-가우시안 세기 프로파일 출력을 소위 모자형 세기 프로파일로 변환(conversion)을 가능하게 하는, 특정한 광학 디자인을 갖는다. 이들 세기 프로파일들은 이하 도 2와 도3을 참조하여 설명한다.

도 2a는 레이저 광원(8)의 세미-가우시안 출력 프로파일(10)의 개략적인 사시도를 나타낸다. 이 세기 프로파일은 전체적으로 시간에 대해(over) 일정하지 않고, 소위 말하는 플루언스(fluence)의 지터가 최신식(state-of-the-art) 레이저에서조차 발생한다. 이하 논의되는 지터의 가장 의미있는 유형은, 화살표(30)에 의해 나타내진 소위 플루언스 지터(fluence jitter)이다. 플루언스 지터의 결과는 레이저의 피크(peak) 세기가 일정하지 않고, 예측할 수 없는 어떤 한계(tolerance) 내에서 올라가거나 떨어질 수 있다는 것이다. 도 2b는 일반적으로 사용되는 레이저 결정화 장치에 요구되는 모자형 세기 프로파일(32)의 사시도를 보여준다. 개략적으로 나타낸 것처럼, 프로파일은 그 메인(main) 폭에 걸쳐(over) 대체로 일정한 세기를 갖으며, 빔의 길이는 레이저 광원(8)의 출력에 대해 크게 증가된다.

도 3은 모자형 세기 프로파일을 더 세밀하게 보여준다. 라인(32)은 샘플 표면을 가로질러 빔의 스캔 방향을 나타낸다. 그래서, 테두리(34)는 세기 프로파일의 앞단(leading edge)을 나타내고, 테두리(36)는 트레일링(tailing) 부분을 나타낸다. 레이저 결정화 중에, 레이저 광원(8)은 레이저 출력과 샘플 사이에 상대적으로 움직이는 동안에 펄스를 발생한다. 그 결과로, 샘플의 주어진 포인트는, 도 3에서 크로스(38)로 나타나 있는, 여러 개의 레이저 투사 샷(shot)을 당한다. 도 3에 일 예로 도시된 샷의 개수로, 샘플의 각 영역은 모자형 프로파일의 윗부분(top)을 따라 대체적으로 일정한 세기로 일곱 개의 레이저 샷을 당한다. 모자형 프로파일의 전체 폭은 약 500㎛ 정도이고, 그리고 상기 앞단과 트레일링 부분들이 수직으로 되도록 의도한다 하더라도 그것들은 전형적으로 약 50㎛의 폭을 차지하게 될 것이다.

앞서서 인지된 모자형 프로파일의 이용에서의 문제점은 그 프로파일이 도 2a에 도시된 것처럼 플루언스 지터(30)를 많이 용인할 수 없다는 것이다. 이것이 모자형 프로파일의 항상적인(constant) 부분에서의 세기가 매우 중요한(critical)인 이유이다. 다결정 실리콘을 형성하기 위한 비정질 실리콘의 레이저 결정화의 경우에 있어서, 레이저 결정화 과정에 의해 공급되는 에너지는 비정질의 실리콘 필름을 그것의 전체 깊이(두께)를 거의 가로질러 융해하도록 요구된다. 그러나, 비정질의 실리콘 층의 완전한(full) 융해는 피해야 하는데, 이유는 이어지는 냉각이 미세한 결정 구조를 야기하기 때문이다. 레이저 결정화는 가능한 가장 큰 결정(grain) 크기를 제공하도록 의도되고, 이것은 가능한 한 완전한 융해에, 근접하도록 함으로써 이루어지기는 하지만, 실제로 완전 융해는 피해야 한다. 따라서, 가장 큰 결정 크기를 얻기 위해서, 모자형 프로파일의 세기는 최대 레벨에 가능한 가깝게 선택되어야만 한다. 레이저 광원(8)의 출력에서 어떠한 플루언스 지터는 도 3의 프로파일에서의 요동(fluctuation)에 기인할 것이다. 모자형 프로파일에서의 세기의 증가는 레이저 광원(8)의 특별한 펄스로부터 최종 레이저 샷을 받는 샘플의 영역들에 대해 특히 심각하다. 이것이 도 3에서 샷(38a)이다. 샘플의 이들 영역들에 대해, 재결정화는 미세한 그레인 구조를 형성할 것이고, 이 상황을 교정하는 추가 레이저 샷이 없을 것이다.

도 4는 도 1의 레이저 시스템이 상기 문제를 다루는 본 발명에 따라 수정된 것을 보여준다. 그 수정사항은 음의 배율(negative power) 렌즈 요소의 추가 어레이(40a, 40b) 두 개의 삽입을 포함하는데, 이것은 일 예로 평-오목(plano-concave) 원통형이 될 것이다. 추가되는 렌즈 요소들의 각 쌍은, 각 어레이(14와 16)의 중심 렌즈 요소의 일 측면으로 그들 각 어레이(14, 16)의 렌즈 요소의 각각의 쌍과 함께 일렬 정렬된다. 어레이(14와 16)에서 남게 되는 렌즈 요소의 쌍은(말하자면, 도 4에서 위쪽의 다섯 쌍) 도 1의 레이저 시스템(2)의 그것들과 동일한 방식으로 작용한다. 입력 렌즈 어레이(14)에서의 렌즈 요소 그룹(21)은 입사되는(incident) 세기 프로파일을, 렌즈 요소(20b)의 초점면(focal plane)에의 초점으로 가게 되는, 빔렛들로 나눈다. 이 초점은 도 4에서 제일 위의 렌즈 요소에 대해 번호 44에 의해 규정되어 있다. 그리고 나서, 빔렛들은 출력 어레이(16)에 입사할 때까지 발산(diverge)하는데, 상기 출력 어레이는 빔렛들이 다시 거의 평행한 빔처럼 나아가도록 굴절시킨다. 출력 어레이의 이들 요소들로부터 빠져나오는 빔렛은 입력 어레이의 그룹(21)을 떠날 때의 그 방향(orientation)에 대해 반전된다. 추가되는 어레이(40a 와 40b)는 각 빔렛의 반전을 막는다. 어레이(40a)는 수렴해가는 입사 빔을 보다 덜 수렴하는 빔으로 변화시키거나 혹은 거의 평행한 것으로 변화시키는 반면, 어레이(40b는은 이 빔을, 도 1에서의 렌즈 요소(20b)에 입사하는 것과 거의 동일하게, 발산하는 성질로 변화시킨다.

이런 식으로, 개개의 빔렛의 경사진 프로파일은 빔 중앙의 오직 한 사이드로 반전된다. 그래서, 중앙의 빔렛을 제외한 빔렛은 같은 방향으로, 서로를 상쇄시키기보다는 강화하면서, 알려진 모자 정렬에서처럼 모두 경사진다. 이것이 도 5에 보여진 것처럼 향상된(improved) 레이저 세기 프로파일(50)을 야기하고, 여기서 화살표 방향(52)으로 플루언스는 증가한다. 상기 프로파일은 하향 경사도(downward gradient)를 갖는다. 도 5는 도 4의 레이저 시스템의 출력에서 생성되는 세기 프로파일을, 왼쪽에서부터 오른쪽으로 바라볼 때에 보이는 대로, 보여준다. 모자형 프로파일은 점선(56)에 의해 비교되는 방식으로 보여주고 있다. 그래서, 이 프로파일은 화살표 방향(54)으로 기판을 가로질러, 플루언스가 트레일링 부분 테두리(58)를 향하여 감소하는 식으로, 스캔될 수 있다.

수정된 프로파일은 모자형 프로파일에 비해, 일 예로, ±10%만큼 플루언스를 변화시킬 수 있다. 변화의 정도는 원래의 세미-가우시안 빔의 폭에 관련된 렌즈 요소들의 크기에 달려 있다. 더 적은 요소의 사용은 더 큰 변화를 낳으며, 그 역도 마찬가지이다. ±10%의 변화는 단일 렌즈 요소의 폭의 6배의 오리지날 빔을 사용하여 달성하게 될 것이다.

이 테이퍼진(tapered) 프로파일은 샘플의 모든 영역으로 요구되는 수의 샷이 조사되는 것을 보증하며, 그래서 샘플 영역 전체를 통해 큰 그레인의 성장(growth)을 위한 충분한 에너지를 공급하고, 그리고 레이저 광원(8)의 출력에서의 플루언스 지터가 있을 지라도, 샘플의 각 영역에 적용되는 마지막 샷은 완전 융해시키기에 충분한 에너지를 갖지는 않는다. 마지막 샷이 선행 펄스에의 지터 때문에 완전히 융해되었을 영역을, 완전히 융해된 것으로부터 요구되는 거의 융해된 것으로, 재복구 하기에 충분한 에너지를 갖게끔 구성해야 할 것이다.

도 6에 보여진 구성은 도 4의 구성과 비슷하나, 첨가되는 어레이(40a와 40b) 가 서로 더 가깝게 위치하는 점이 다르며, 입력 및 출력 어레이(14와 16)보다도 서로 간에 더 가깝다. 이점이 이들 요소들에서의 광 손실을 최소화하는 데에 이점이 있다는 것이 발견되었다.

다른 실시예가 도 7에 도시되었는데, 여기서 양면 오목(biconcave) 렌즈가 추가 어레이(40b)를 형성하기 위해, 도 5와 도 6에서 보여진 평-오목 렌즈 대신에 사용된다. 렌즈 유형과 구성의 다른 그러한 조합이 요구되는 세기 프로파일을 만들기 위해 채택될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 4, 도 6 및 도 7에 관련하여 위에 기술한 대로 발명을 수행하기 위해 추가 요소를 갖도록 렌즈 요소들의 입력 및 출력 어레이의 배열(arrangement)을 수정하는 것보다는, 대안적인 발명의 실시 예가 도 8에 도시되어 있는데, 여기서 입력 및 출력 어레이(60, 62)는 자체가 바뀌어져 있다. 도 8에 보여진 레이저 시스템에서, 입력 및 출력 어레이는 다른 유형의 렌즈 요소들을 포함한다. 상부 5개의 렌즈 요소의 쌍(64a와 64b)은 양의 배율의 원통형 요소로, 혹은 평-볼록(plano-convex)으로, 앞선 도면에서 보여진 어레이(14와 16) 요소에 유사한 것이다. 입력 어레이(60)의 하부 4개의 렌즈 요소(66a)도 양의 배율의 원통형 렌즈들인데, 다만 렌즈(64a)에 비해서 감소된 성능을 가지고 그래서 그 렌즈 요소(64a)에 비해서 더 긴 초점 길이를 갖는다. 출력 어레이(62)의 하위 4개의 렌즈 요소들(66b)은 음의 배율의 렌즈이고 평-오목 원통형 형상이 될 것이다. 하부 4 쌍의 렌즈 요소들은, 인접한 입력 및 출력 어레이에 있는 그들의 대응 렌즈 요소와, 이전 도면의 첨가된 렌즈 요소들의 조합에 해당하는 것으로 볼 수 있다.

추가적인 바람직한 실시 예는 도 8의 그것과 비슷하다. 이 정렬에서, 렌즈 요소(66a)는 첫 번째 어레이로부터 생략된다. 렌즈 요소(66b)는 두 번째 어레이에서 상대적으로 약한(slightly) 음의 배율을 갖는 요소로 대체된다. 이 배열은 일 예로 원래의 레이저 빔에서의 발산 때문에 축-이탈(off-axis) 빛의 효과를 최소화하는 면에서 이점이 있을 것이다.

렌즈 요소(66a와 66b)를 함께 생략하는 것은 다른 것들에 대하여 반전된 빔렛을 초래하게 되는 것은 분명하다. 그러나, 이것은 레이저 빔에서 작은 발산 때문에 빛의 손실을 야기하게 될 것이고, 이것은 또한 레이저 시스템의 출력의 균질화를 손상하게(compromise) 될 것이다.

또 다른 도 1의 공지된 레이저 시스템의 바람직한 수정 예는 일 예로 도 8에서 도시되어 있다. 광학 필터(68)를 빔의 경로에, 레이저 광원과 입력 렌즈 어레이(60) 사이에, 삽입한다. 상기 필터는 레이저 시스템의 출력에서 세기 프로파일을 더 수정하기 위하여 렌즈 시스템에 입력을 변경(alter)하도록 구성될 것이다. 광학 필터는 하나의 구멍 또는 구멍들의 어레이로 패턴화 된 포일이나 고체판을 포함할 것이다. 대안적으로는, 그것은 투명 재질(substrate) 즉, 적합한(suitable) 반사 방지(anti-reflection) 층과 광학적 투과를 변동시키기 위한 패턴화 된 유전체 층을 갖는 석영과 같은 것을 포함할 것이다.

여기서 렌즈 요소의 어레이에의 참조들은 개별 요소의 어레이나 복수개의 인접한 요소를 포함하는 한 단위의(unitary) 렌즈에 관련될 것이다.

본 실시 예를 읽는 것으로부터, 다른 변이와 수정들이 이 분야의 당업자에게 는 명백할 것이다. 그러한 변이와 수정들은 균등물과 이미 알려진 디자인, 공업품, 그리고 레이저 시스템과 레이저 결정화 장치의 사용 및 여기서 이미 언급된 특징을 대신하거나 첨가하여 사용될 수 있는 다른 특징을 포함할 것이다. 특히, 앞서 기술된 구성에 유리한 수정이 숙련된 기술자에게는 당연할 것인데, 예를 들어, 레이저

빔 광원에 일반적으로 본래적인 발산하는 것을 다루는 것과 빛의 손실을 최소화하는 것이 그러하다.

본 출원의 특징의 특별한 조합들에서 형성한 청구항에도 불구하고, 그것은 본 발명의 개시의 관점이 여기서, 그것이 어떤 청구항에 현실적으로 청구된 것과 동일한 발명에 관련되든지 혹은 아니든지 그리고 그것이 본 발명이 한 것과 같은 기술적 문제의 일부 또는 전부를 완화한 것이든 혹은 아니든지, 그 외연이나 함축 또는 그것의 어떤 일반화된 어떤 새로운 특징이나 개시된 특징의 어떤 새로운 조합도 포함한다.

여기서 본 출원이 주목하는 것은 본 출원의 실행이나 이로부터 유도된 추가적인 어떤 출원 중에 그러한 어떤 특징 및/또는 특징의 조합으로 새로운 청구항이 형성될 것이라는 점이다.

본 발명은 레이저 시스템으로 비정질의 실리콘을 결정화하는 것에 관한 것이며, 이러한 레이저 시스템을 이용하여 반도체 필름을 결정화시키는 장치 및 방법을 제공하는 것으로 관련 산업에 이용할 수 있다.

Claims (15)

1. 하나의 횡단 방향으로 제 1 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 광원과, 상기 제 1 세기 프로파일을 수정(modify)하기 위한 렌즈 디바이스를 포함하는 레이저 디바이스로서, 상기 렌즈 디바이스는 상기 제 1 세기 프로파일을 가로질러 복수 개의 빔렛(beamlet)으로 상기 빔을 나누도록 적응된 복수 개의 렌즈 요소들을 포함하며, 상기 렌즈 디바이스에 의해 출력되는 빔렛들 중 적어도 하나는 다른 것들에 대하여 반전되어, 요구되는 세기 프로파일이 레이저 디바이스의 출력에서 생성되는, 레이저 디바이스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 두 개의 이격된 어레이로 배열되며, 각각은 한 방향을 따라 뻗으며, 상기 어레이는 적어도 하나의 빔렛을 다른 것들에 대하여 반전되도록 적응된, 레이저 디바이스.
3. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈 디바이스는 두 개의 이격된 제 1의(primary) 렌즈 요소의 어레이를 포함하고, 각각의 어레이는 한 방향으로 뻗으며, 렌즈 요소 즉, 각 어레이의 렌즈 요소의 쌍은 각각의 빔렛을 반전하도록 배열되며, 여기서 하나 이상 첨가되는 렌즈 요소가 상기 적어도 하나의 빔렛의 반전을 막기 위해서 또는 상기 적어도 하나의 빔렛의 추가 반전을 제공하기 위하여 포함되는, 레이저 디바이스.
4. 제 3항에 있어서, 상기 첨가되는 렌즈 요소는 제 1 렌즈 요소들의 각 쌍들 사이에 어레이된 하나 이상의 제 2 렌즈 요소들의 쌍을 포함하는, 레이저 디바이스.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 요소들 각각은 오목한 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 디바이스.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 빔렛은 상기 제 1 세기 프로파일의 중앙의 한 측면으로 위치하는, 레이저 디바이스.
7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요구되는 세기 프로파일은 프로파일의 폭의 적어도 일부분에서 테이퍼되는(tapered), 레이저 디바이스.
8. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 펄스화 된(pulsed) 레이저 광원을 포함하는, 레이저 디바이스.
9. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 세기 프로파일은 세미-가우시안 프로파일(semi-Gaussian profile)을 포함하는, 레이저 디바이스.
10. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 디바이스의 출력에서 발생되는 세기 프로파일을 수정하기 위하여 광학 필터가 제공되는, 레이저 디바이스.
11. 제 10항에 있어서, 상기 필터는 투명한(transmissive) 부분과 불투명한(opaque) 부분을 포함하며, 상기 투명한 부분은 상기 제 1 렌즈 요소들의 렌즈 피치(pitch)에 대응하는 피치를 갖는 반복 패턴을 한정하는, 레이저 디바이스.
12. 레이저 장치로서,

    제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 레이저 디바이스와;

    레이저로 처리되는 샘플의 표면에 대하여 요구되는 세기 프로파일의 폭을 스캐닝하기 위한 수단을 포함하는, 레이저 장치.
13. 제 12항에 있어서, 상기 스캐닝하기 위한 수단은 상기 샘플을 지지하기 위한 이동가능한 지지대를 포함하는, 레이저 장치
14. 제 12항에 기재된 레이저 장치를 사용하여 박막 디바이스의 제조 중에 반도체 필름을 결정화하는 방법에 있어서,

    요구되는 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔은 반도체 필름의 그 두께의 일부분을 가로질러 필름을 융해하기 위하여 반도체 필름을 가로질러 스캐닝하는, 반도체 필름 결정화 방법.
15. 제 13항에 기재된 레이저 장치를 사용하여 박막 디바이스의 제조 중에 반도체 필름을 결정화하는 방법에 있어서,

    요구되는 세기 프로파일을 갖는 레이저 빔은 반도체 필름의 그 두께의 일부분을 가로질러 필름을 융해하기 위하여 반도체 필름을 가로질러 스캐닝하는, 반도체 필름 결정화 방법.

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