KR100837128B1 - 다결정 실리콘막을 형성하기 위한 레이저 조사 방법 및장치 - Google Patents
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Abstract
비정질 실리콘막을 다결정 실리콘막으로 변화시키는 방법은 신장형 펄스 레이저빔을 상기 신장형 펄스 레이저빔의 장축에 수직한 방향으로 스캐닝하면서 실리콘막에 조사하여 복수의 조사 영역을 형성하는 단계; 상기 장축에 평행한 방향으로 평면광을 상기 조사 영역들에 조사하는 단계; 및 마이크로-결정화 문턱값을 결정하기 위해 상기 조사 영역들로부터의 반사광의 분포를 분석하는 단계를 포함한다. 상기 문턱값을 사용하여 상 변화 프로세스를 위한 상기 신장형 펄스 레이저빔의 에너지 밀도를 추가로 결정한다.
다결정 실리콘막, 신장형 레이저광, 평면광
Description
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 레이저 조사 장치의 구조를 나타내는 블럭도.
도 2 는 레이저 조사 장치에 의한 레이저빔이 조사되는 기판을 나타내는 평면도.
도 3 은 레이저빔의 에너지 밀도와 폴리실리콘 결정 입경과 표면 조도 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 4 는 상이한 조사의 상황들에 있어서의 레이저 조사 이후 기판의 각 위치에서의 입경 (표면 조도) 을 나타내는 그래프.
도 5 는 CCD 감광 소자에 의해 수광되는 반사광의 휘도 변화를 나타내는 그래프.
도 6a 는 광의 산란을 나타내는 개략적인 단면도.
도 6b 및 도 6c 각각은 CCD 감광 소자의 이미지를 나타내는 개략적인 다이어그램.
도 6d 는 도 6b 및 도 6c 에 대응하여 관찰되는 색상 변화를 나타내는 그래프.
도 7 은 CCD 감광 소자에 의해 수광되는 반사광의 휘도 변화를 나타내는 그래프.
도 8 은 에너지 밀도와 반사광의 최대 휘도와 최소 휘도의 차이와의 관계를 나타내는 그래프.
도 9 는 종래의 레이저 어닐링 장치의 구조를 나타내는 3차원 사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 레이저 조사 장치 11 : 레이저 광원
12 : 광학계 13 : 기판 스테이지
14 : 레이저 15 : 백색 평면 광원
16 : CCD 감광 소자 17 : 제어계
본 발명은 레이저 조사 방법 및 레이저 조사 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 레이저빔을 실리콘막에 조사함으로써 다결정 실리콘 박막 (폴리실리콘막) 을 형성하기 위해 레이저 어닐링 프로세스에 채택된 레이저 조사 방법 및 상기 레이저 조사 방법을 채택하는 레이저 조사 장치에 관한 것이다.
최근에, 유리 기판에 집적 회로를 형성하는 박막 장치로서, 폴리실리콘 TFT (박막 트랜지스터) 가 개발되었다. 폴리실리콘막은 대개 엑시머 레이저 결정화 기술로 형성된다. 이 기술에서는, 비정질 실리콘막이 일단 형성된 다음, 엑시 머 레이저빔이 비정질 실리콘막에 조사되어 비정질 실리콘막을 용융시키고 재결정화하여 폴리실리콘막이 얻어진다. 엑시머 레이저 결정화 기술에서, 비정질 실리콘막의 용융 상태는 막의 두께, 막의 광학적 상수, 엑시머 레이저빔의 파장, 에너지 밀도, 펄스폭, 빔 프로파일 등에 의존한다. 일반적으로, 레이저 조사 프로세스 관리에서는 관리 대상으로서 비정질 실리콘막의 두께, 레이저 조사 장치의 에너지 밀도를 다룬다. 이것은 필수적으로 관리되어야 하는 용융 상태가 평가하고 관리하기 곤란하기 때문이다.
비정질 실리콘막의 용융 상태에 있어서, 용융물의 깊이는 레이저빔의 에너지 밀도에 의존하여 증가한다. 용융 상태의 변화에서의 중요한 상 (phase) 은 2개의 지점에서 나타난다. 하나는 막 표면이 용융되기 시작하는 상이다. 다른 하나는 용융물의 깊이가 막두께에 도달한 이후 전체막이 완전히 용융되는 상이다. 전자 및 후자의 용융 상태는 각각 결정화 및 마이크로-결정화를 일으킨다. 막 온도는 레이저빔 조사에 의해 상승하고, 막의 일부가 용융된다. 그 다음으로, 용융된 영역 또는 부분이 나중의 냉각에 의해 결정화된다. 만일 막이 완전히 용융되지 않으면, 결정화 동안 핵형성 자리 (nucleation site) 가 고체-액체 계면에 존재한다. 그렇지 않고 용융물의 깊이가 막두께와 일치하면, 핵형성 자리가 비정질 실리콘/기판 계면에 존재한다. 어느 경우에도, 결정화는 불균일 핵형성에 의해 관련되어 있다. 이 때, 입경 (grain diameter) 은 에너지 밀도의 증가에 의존하여 증가한다. TFT 특성 및 특히 그의 이동도는 입경에 의존한다. 그러므로, 입경은 가능한 한 커질 것이 요구되었다.
그러나, 다른 한편으로, 막이 완전히 용융될 때, 열평형 상태에 도달한 액체상으로부터의 결정화의 메카니즘은 핵형성이 막내의 어느 곳에나 일어나는 균일 핵형성으로 변한다. 이 때 형성되는 결정 입자들의 입경은 20 nm 로 작다. 에너지 밀도가 지나치게 증가될 때 나타나는 입경의 빠른 감소 현상은 마이크로-결정화라고 불리운다. 마이크로-결정화가 일어나는 에너지 밀도는 마이크로-결정화 문턱값 (threshold value) 으로 지칭된다. 물리적인 의미에서, 마이크로-결정화 문턱값은 막두께, 에너지 밀도 등의 변화를 표준화하고 용융 상태의 변화를 평가할 수 있는 파라미터이다. 게다가, 마이크로-결정화 문턱값은 문턱값 보다 높은 에너지 밀도로의 조사가 입경을 감소시키고 TFT 특성을 저하시킨다는 실용적인 관점에서 매우 중요하다. 막두께가 감소하여 얇아짐에 따라, 냉각 기간이 단축된다는 점이 주목될 것이다. 따라서, 고체화는 핵형성의 배양 시간 이내에 종료되고 비정질 파편이 일부 경우들에서 발생된다. 이러한 비정질 파편은 마이크로-결정화의 관점에서 포함될 수도 있고 본 명세서에서 또한 마이크로-결정화로서 지칭된다.
레이저 어닐링 프로세스에서 조사되는 레이저빔의 출력을 마이크로-결정화 문턱값 보다 작게 조정하는 기술들은 일본 공개특허 공보 2000-114174호 및 2002-8976호에 개시되어 있다.
도 9 는 일본 공개특허 공보 2000-114174호에 개시된 조사 영역의 분석을 도시하며, 여기에서 조사 영역은 여기(exciting) 레이저를 사용하여 분석된다. 본 공개특허 공보는, 처음으로, 비정질 실리콘막이 형성되어 있는 기판 (31) 에 원 -샷 펄스 레이저빔을 펄스 마다 변화하는 에너지 밀도로 조사함으로써 예비 조사 영역이 형성된다는 것을 교시한다. 그 후, 여기 레이저 (32) 가 조사되어 반사 산란광 (34) 이 얻어지고 원-샷 펄스 레이저로 조사된 비정질 실리콘막에서의 폴리실리콘 부분들로부터 반사된 산란광 (34) 의 강도로부터 라만 분광기 (33) 를 사용함으로써, 마이크로-결정화가 일어났는지 유무가 결정된다.
일본 공개특허 공보 2000-114174호에 개시된 기술에 따르면, 비정질 실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값은 이러한 종류의 예비 조사 프로세스에 의해 체크된다. 그 다음에, 마이크로-결정화 문턱값 보다 작은 에너지 밀도가, TFT 가 비정질 실리콘막으로부터 변환된 폴리실리콘막에 형성될 영역 내의 비정질 실리콘막에 대한 메인 조사 프로세스에서 조사될 레이저빔의 에너지 밀도로서 결정된다.
한편으로, 비정질 실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값 보다 작지 않은 에너지 밀도를 갖는 레이저빔이, 일반적인 레이저 조사 기술과는 달리, 의도적으로 조사되는 결정 입자들의 위치를 제어하는 기술이 제안되었다(일본 공개특허 공보 2003-332346호 참조). 이 경우에, 결정 입자들의 위치가 끊임없이 제어되는 결정 입자들을 형성하기 위해 마이크로-결정화 문턱값의 결정은 또한 매우 중요하다.
일본 공개특허 공보 2000-114174호 및 2002-8976호에 개시된 마이크로-결정화 문턱값 결정 기술은 이하에 설명되는 여러 문제점을 포함한다. 첫번째 문제점은 레이저빔을 조사하는 기술이 메인 조사 영역과 예비 조사 영역 사이에서 다르고, 마이크로-결정화 문턱값을 정확하게 결정하기 곤란하다는 것이다.
구체적으로, 레이저 조사 위치를 이동시키면서 조사를 수행하는 스캐닝 조사 기술이 메인 조사 영역에 채택되어 있다. 다른 한편으로, 원-샷 펄스 조사가 예비 조사 영역에 채택되어 있다. 원-샷 펄스 조사를 사용함으로써, 비정질 실리콘 박막의 마이크로-결정화 문턱값이 결정된다. 그러나, 일단 결정화된 폴리실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값은 스캐닝 조사에 대해 중요하다. 이것은 왜냐하면, 스캐닝 조사에서는, 폴리실리콘 영역을 선도하는 다른 비정질 실리콘 영역과 함께 이전의 펄스에 의해 결정화된 폴리실리콘 영역 조차도 다음 번 펄스에 의해 조사되기 때문이다.
일반적으로, 스캐닝 조사는 인접하는 펄스들에 대해 90 % 이상의 중첩 레이트를 포함하고, 그러므로, 조사 영역은 실질적으로 폴리실리콘 영역이다. 폴리실리콘 박막은 비정질 실리콘막과는 다른 광학 계수 및 용융점을 갖는다. 그러므로, 폴리실리콘 박막의 마이크로-결정화 문턱값은 비정질 실리콘막의 문턱값에 비해 상승된다. 따라서, 원-샷 조사를 위한 마이크로-결정화 문턱값과 스캐닝 조사를 위한 다른 마이크로-결정화 문턱값은 다른 의미를 가지며 상이한 수치를 포함한다.
비정질 실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값으로부터 폴리실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값을 추정하는 것이 불가능하지는 않지만, 그러한 추정에 의해 얻어지는 폴리실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값은 정확성이 결여되어 있다. 또한, 메인 조사 프로세스에서, 원-샷 조사에 의해 결정된 비정질 실리콘 박막의 마이크로-결정화 문턱값을 상한으로서 취하는 스캐닝 조사의 실행은 다음을 의미한 다. 즉, 보다 큰 입경을 갖는 구조물이 생성될 에너지 밀도 레벨 보다 낮은 에너지 밀도로 스캐닝 조사를 실행하는 것을 의미한다. TFT 의 이동도의 관점에서 단점이 생긴다.
또한, 일반적으로, 엑시머 레이저 조사 장치의 펄스 에너지 변동의 범위는 ± 10 % 이상의 범위에 달한다. 특히 펄스 발생의 초기 단계에서, 기체 순환 속력과 기체 튜브 온도가 안정되지 않고, 그럼으로써 보다 큰 범위의 변동이 생긴다. 그러나, 특정한 일정 시간 동안의 연속적인 펄스 발생 이후에, 장치는 평형 상태로 된다. 그 후에, 기체의 수명이 경과할 때까지 안정된 펄스가 ±3 % 의 범위로 발생한다. 따라서, 펄스 발생을 반복적으로 스위치 온-오프하는 원-샷 조사는 매우 불량한 펄스 발생 안정성을 가져온다. 변동 범위가 큰 이러한 종류의 원-샷 조사를 사용함으로써, 마이크로-결정화 문턱값이 만족스러운 신뢰도로 결정될 수 없다.
두번째 문제점은 마이크로-결정화 문턱값을 결정하는데 사용되는 추정 광의 입사 방향이 고려되지 않는다는 것이다. 일반적으로, 레이저빔은 일차원 선형 형상 즉 신장된 형상으로 형상화되어 있고, 그러므로, 폴리실리콘 박막의 결정 구조의 균일성은 비등방 특성을 갖게 된다. 또한, 스캐닝 조사 기술에 의하면 결정 구조는 스캐닝 방향인 신장형 빔의 단축 방향으로 주기적인 변화를 포함하게 된다. 결과적으로, 추정 광의 입사 방향은 보다 높은 신뢰도로 마이크로-결정화 문턱값을 결정하는데 중요하다. 그러나, 종래의 기술은 입사 방향의 중요성을 고려하지 않는다.
종래 기술에서의 상술된 문제점의 관점에서, 본 발명의 목적은 마이크로-결정화 문턱값을 우수한 신뢰도 및 재현성으로 결정할 수 있고 또한 고성능 결정화 박막을 우수한 신뢰도 및 재현성으로 형성할 수 있는 레이저 조사 방법 및 레이저 조사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 반도체층의 상을 비정질 상태로부터 결정 상태로 변화시키는 방법을 제공하며, 그 방법은, 특정한 발생 주파수를 갖는 제 1 신장형 펄스 레이저빔 을 제 1 펄스 레이저빔의 장축에 수직한 방향으로 스캐닝하면서 반도체층에 복수의 상이한 에너지 밀도로 조사하여, 상이한 에너지 밀도들에 대응하는 복수의 제 1 조사 영역들을 형성하는 단계; 제 1 펄스 레이저빔의 장축에 실질적으로 평행한 방향으로 평면광을 제 1 조사 영역들에 조사하여, 제 1 조사 영역들 각각으로부터 반사광을 수광하는 단계; 마이크로-결정화 에너지 밀도의 문턱값을 추정하기 위해 반사광을 분석하는 단계; 추정된 문턱값에 기초하여 제 1 에너지 밀도를 결정하는 단계; 및 특정한 발생 주파수를 갖는 제 2 신장형 펄스 레이저빔을 제 2 펄스 레이저빔의 장축에 수직한 방향으로 스캐닝하면서 반도체층에 제 1 에너지 밀도로 조사하여, 제 2 조사 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 상술된 본 발명의 방법을 사용하는 레이저 조사 장치를 제공한다. 그 장치는, 펄스 레이저빔을 발생시키는 레이저 광원; 펄스 레이저빔을 제 1 신장형 펄스 레이저빔으로 변환하는 광학계; 제 1 펄스 레이저빔에 대해 기판 테이블을 제 1 펄스 레이저빔의 장축에 수직한 방향으로 스캔-이동시키는 이동 장 치; 제 1 펄스 레이저빔의 장축에 평행한 방향으로 평면광을 조사하는 평면 광원; 및 반도체층으로부터 반사된 평면광을 수광하는 감광 장치를 구비한다.
본 발명의 레이저 조사 방법 및 장치에 따르면, 마이크로-결정화 문턱값이 특정한 발생 주파수를 갖는 제 1 펄스 레이저에 의해 형성된 제 1 조사 영역들로부터의 평면광의 반사광에 기초하여 결정된다. 결정된 마이크로-결정화 문턱값에 기초하여, 제 2 조사 영역을 형성하기 위해 메인 조사 프로세스에서 조사될 제 2 펄스 레이저빔에 대한 에너지 밀도가 결정된다. 그러므로, 제 2 조사 영역 상에서, 기판의 표면이 우수한 신뢰도 및 재현성으로 결정화될 수 있다.
또한, 마이크로-결정화 문턱값이 결정될 때, 평면광이 신장형 펄스 레이저빔의 장축에 실질적으로 평행한 방향으로 입사되고 제 1 조사 영역들로부터의 반사광이 수광된다. 빔의 단축 방향으로 주기적으로 나타나는 마이크로-결정화된 구조의 변화는 반사광을 분석함으로써 보다 높은 정확도로 검출되기 때문에, 마이크로-결정화 문턱값은 우수하게 결정될 수 있다.
본 발명의 레이저 조사 기술에서, 제 1 조사 영역들 각각에서의 제 1 펄스 레이저빔의 스캐닝 피치 (scanning pitch) (이동 피치) 는 제 2 조사 영역에서의 제 2 펄스 레이저빔의 스캐닝 피치 보다 긴 것이 바람직하다. 이 경우에, 제 1 조사 영역들에서의 펄스 당 이동 거리가 제 2 조사 영역에서의 펄스 당 이동 거리와 일치하도록 설정되어 있는 다른 경우와 비교하여 스루풋 (throughput) 이 보다 증대될 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 조사 기술에서, 제 1 펄스 레이저빔은 제 2 펄스 레 이저빔의 빔 사이즈 보다 작은 빔 사이즈를 갖는 것이 바람직하다. 제 1 조사 영역들이 형성되어 있는 영역은 최종적으로 제품 등을 위해 사용되지 않는다. 따라서, 제품용으로 사용되지 않는 영역을 보다 작게 줄임으로써, 메인 조사에서 사용될 제 2 조사 영역이 넓어질 수 있다.
본 발명의 레이저 조사 기술에서, 문턱값은 결정 단계에서의 반사광의 주기성에 기초하여 추정되어도 된다. 다른 방법으로, 문턱값은 제 1 펄스 레이저빔의 장축에 수직한 방향으로의 반사광으로부터의 색상 분포를 결정하는 단계; 및 색상 변화의 인접하는 피크들 사이의 거리 및/또는 색상 변화의 균일성을 판단하는 단계에 의해 추정되어도 된다. 마이크로-결정화 문턱값과 일치하거나 또는 보다 높은 에너지 밀도들로 형성된 제 1 조사 영역들에 있어서, 마이크로-결정화 영역들은 주기적으로 나타나고, 반사광은 주기적인 변화를 나타낸다. 그러므로, 마이크로-결정화 문턱값은 그러한 주기적인 변화들을 검출함으로써 얻어질 수 있다.
본 발명의 레이저 조사 기술에서, 문턱값은 장축에 수직한 방향으로 반사광으로부터의 색상 분포 및 색상 분포에서의 색상의 폭을 결정하는 단계에 의해 추정되어도 된다. 예를 들어, 수광된 반사광의 분해능이 주기적으로 형성된 마이크로-결정화 영역들의 주기 보다 넓을 때, 명료한 주기성이 때때로 반사광으로부터 인식될 수 없다. 이 경우에, 마이크로-결정화 문턱값은 반사광의 분포에서의 색상들의 폭의 변화를 관찰함으로써 얻어질 수 있다.
본 발명의 레이저 조사 기술 및 장치에 따르면, 마이크로-결정화 문턱값은 제 1 조사 영역들로부터 반사된 평면광의 반사광에 기초하여 결정된다. 제 2 조사 영역을 적절하게 결정화하기 위해, 레이저빔을 제 2 조사 영역으로 조사하는 메인 조사를 위한 마이크로-결정화 문턱값에 기초하여 에너지 밀도가 결정된다. 그 결과, 기판의 표면이 우수한 신뢰도 및 재현성으로 결정화될 수 있다. 우수한 신뢰도 및 재현성으로 기판의 표면을 이와 같이 결정화함으로써, 제품의 특성이 향상될 수 있고 제품의 제조 수율이 상승될 수 있다. 또한, 마이크로-결정화 문턱값을 자동적으로 결정함으로써, 제품의 제조 스루풋이 상승될 수 있다.
본 발명의 레이저 조사 기술 및 장치에 따르면, 추정 광이 스캐닝 펄스 레이저빔의 장축에 실질적으로 평행한 방향으로 입사되고 제 1 조사 영역들로부터 추정광의 반사광이 수광되고 분석된다. 이에 따라 마이크로-결정화 구조를 보다 높은 정확도로 검출할 수 있고, 그 결과로서 마이크로-결정화 문턱값이 정확하게 결정될 수 있다. 본 발명의 레이저 조사 기술 및 장치에 있어서 제 1 조사 영역들에서의 스캐닝의 스캐닝 피치를 메인 조사에서 사용될 스캐닝 피치 보다 크게 설정함으로써, 제 1 조사 영역들에 대한 스캐닝 조사의 스루풋이 향상될 수 있다. 다른 방법으로, 제 2 펄스 레이저빔의 사이즈 보다 작은 사이즈를 갖는 제 1 펄스 레이저빔을 사용함으로써, 제 1 조사 영역들이 보다 작게 만들어질 수 있어 메인 조사용 영역이 증대된다. 따라서, 제품의 수율이 향상될 수 있다.
바람직한 실시형태의 상세한 설명
이하 본 발명의 실시형태들을 도면을 참조하여 설명한다. 도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 레이저 조사 장치의 구조를 나타낸다. 도면 부호 10 으로 지정된 레이저 조사 장치는 레이저 광원 (11), 광학계 (12), 기판 스테이지 (13), 백색 평면 광원 (15), CCD 감광 소자 (16) 및 제어계 (17) 를 갖는다. 레이저 조사 장치 (10) 는 TFT 등을 제조하는 제조 방법에 있어서 기판에 형성된 비정질 실리콘막을 폴리실리콘막으로 변화시키는데 사용된다.
제어계 (17) 는 레이저 조사 장치 (10) 의 다른 부분을 제어한다. 레이저 광원 (11) 은 펄스 레이저광을 발생시킨다. 광학계 (12) 는 레이저 광원 (11) 에 의해 발생된 레이저광을 선형-형상 빔 또는 신장형 빔으로 변환시킨다. 기판 스테이지 (13) 상에, 광학계를 투과한 선형 레이저빔 (14) 으로 조사될 기판이 놓인다. 기판 스테이지는 그 위에 놓인 기판을 X-방향으로 지칭되는 레이저빔의 단축 (minor-axis) 방향으로 이동시킬 수 있다. 백색 평면 광원 (15) 은 평면광으로 기판 (18) 을 조사한다. CCD 감광 소자 (16) 는 기판 (18) 에서 반사된 반사광을 수광한다. 백색 평면 광원 (15) 과 CCD 감광 소자 (16) 는 광학계 (12) 에 의해 선형 형상으로 변환된 레이저빔 (4) 의 장축 (major-axis) 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 서로 반대로 놓여 있다. 장축 방향은 Y-방향으로 지칭된다.
도 2 는 레이저 조사 장치 (10) 에 의한 레이저빔으로 조사되고 있는 상태의 기판 (18) 의 평면도이다. 기판 (18) 의 표면에는, 비정질 실리콘막이 사전에 형성되어 있다. TFT 를 제조하기 위해 비정질 실리콘막의 일부에 레이저빔을 조사하기 전에, 레이저 조사 장치 (10) 는 레이저빔을 기판 (18) 의 예비 조사 영역 (20) 에 연속적이고 미세하게 변화되는 에너지 밀도로 조사하고, 그럼으로써 상 이한 에너지 밀도에 대응하는 복수의 조사 영역 (19) 을 형성한다. CCD 감광 소자 (16) 는 측정 영역들 (이미지 촬상 영역들) 로서 조사 영역들 (19) 의 내부를 선택하고, 이들 조사 영역으로부터의 반사광을 수광한다. 백색 평면 광원 (15) 은 CCD 감광 소자 (16) 의 이미지 촬상 영역들 보다 충분히 넓은 범위로 평면광을 균일하게 조사한다. 본 실시형태에서는, CCD 감광 소자 (16) 가 수광한 조사 영역들 (19) 로부터의 반사광의 색상 분포를 평가하여 마이크로-결정화 문턱값을 결정한다.
도 3 은 레이저빔의 에너지 밀도와 폴리실리콘의 표면 조도 뿐만 아니라 폴리실리콘 결정의 입경 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 초기에는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 에너지 밀도가 증가함에 따라 입경 및 표면 조도가 증가한다. 그러나, 에너지 밀도가 마이크로-결정화 문턱값 (Mth) 을 초과하면, 입경 및 표면 조도가 빠르게 감소한다. 이것은 입사광에 대한 반사 방향 및 반사도가, 광이 폴리실리콘막에 조사될 때, 마이크로-결정화 문턱값을 경계로 하여 크게 변화된다는 것을 의미한다.
도 4 는 상이한 조사의 상황들에 있어서의 레이저 조사 이후의 기판의 각 위치에서의 입경 (표면 조도) 을 나타내는 그래프이다. 도 4 에서, 그래프 (a) 는 레이저빔이 원-샷 조사에 의해 마이크로-결정화 문턱값 보다 작지 않은 에너지 밀도로 조사될 때 입경이 어떻게 변하는가를 나타낸다. 그래프 (b) 및 (c) 는 각각 레이저빔이 스캐닝 조사에 의해 조사될 때 입경이 어떻게 변하는가를 나타낸다. 실제의 레이저 조사에 있어서, 펄스 레이저빔의 에지부는 레이저 펄스가 마이크로-결정화 문턱값 보다 작지 않은 에너지 밀도로 조사되는 경우 조차에도 에너지 밀도가 문턱값 보다 크지 않은 영역을 필연적으로 포함한다. 그러므로, 원-샷 조사에 있어서, 그래프 (a) 에 도시된 바와 같이, 성긴 (coarse) 결정 입자를 구성하는 부분 (g1) 은 마이크로-결정화된 부분 (g2) 의 각 에지부의 근방에 나타난다.
스캐닝 조사가 마이크로-결정화 문턱값 보다 작지 않은 에너지 밀도로 수행될 때, 스캐닝 펄스의 선두(leading) 빔 에지에 의해 형성되는 성긴 결정 입자들의 부분은 상술된 스캐닝 펄스에 이어지는 다른 스캐닝 펄스에 의해 마이크로-결정화된다. 따라서, 도 4 의 그래프 (b) 에 도시된 바와 같이, 성긴 결정 입자들의 부분 (g1) 과 마이크로-결정화 부분 (g2) 이 교대로 나타나며, 성긴 결정 입자들의 부분 (g1) 은 이어지는 스캐닝 펄스의 트레일링 (trailing) 에지에 의해 형성된다. 따라서, 입경의 주기적인 변화가 스캐닝 피치에 따라 발생한다.
다른 한편으로, 에너지 밀도가 약간 낮아져서 마이크로-결정화 문턱값이 펄스 발생에서의 밀도 변동의 범위 내에 포함될 때, 즉, 마이크로-결정화 문턱값이 조사 펄스들에 의존하여 때때로 초과하고 다른 때에는 초과하지 않으면, 마이크로-결정화가 생기는 경우들과 마이크로-결정화가 생기지 않는 다른 경우들이 비-주기적으로 나타난다. 따라서, 입경의 변화의 주기성이 깨지고, 도 4 의 그래프 (c) 에 도시된 바와 같이, 조사 펄스들의 강도에 의존하여 마이크로-결정화 부분들 (g2) 이 나타난다. 이것은 입경의 변화들 및 그 부분들의 주기성을 평가함으로써 마이크로-결정화 문턱값이 결정될 수 있음을 의미한다.
도 5 는 CCD 감광 소자 (16) 에 의해 조사 영역으로부터 수신된 광의 기준 색상의 휘도 변화를 나타낸다. 그래프 (a) 및 (b) 는 도 4 에서의 그래프 (b) 및 (c) 에 각각 대응한다. 조사 영역들 (19) 이 준비되고 스캐닝 조사를 수행함으로써 도 4b 에 도시된 입경들이 얻어진다. 조사 영역들 (19) 로부터의 반사광은 CCD 감광 소자 (16) 에 의해 수광된다. 이 경우, CCD 감광 소자 (16) 의 광학적 분해능이 스캐닝 방향에서의 성긴 결정 입자들의 부분들 (g1) 의 폭 보다 작을 때, CCD 감광 소자 (16) 에 의해 수광되는 광의 기준 색상의 휘도는, 도 5 의 그래프 (a) 에 도시된 바와 같이, 마이크로-결정화된 부분 (g2) 과 성긴 결정 입자들의 부분 (g1) 사이에서 분명히 다르다.
다른 한편으로, 도 4 의 그래프 (c) 에 도시된 상태를 얻기 위해 스캐닝 조사가 수행되면, 도 5 의 그래프 (b) 에 도시된 바와 같이 색상 변화의 주기성이 깨진다. 따라서, 마이크로-결정화 문턱값은 성긴 결정 입자들의 부분에 대응하는 색상 변화의 피크들, 피크들 사이의 거리, 및 그의 변동 범위를 평가함으로써 결정될 수 있다.
레이저광이 빔의 단축과 실질적으로 평행하게 입사하는 경우를 고려할 것이다. 도 6a 는 빔의 단축을 따라 절취한 조사 영역 (19) 의 단면도를 나타낸다. 도 6a 에 도시된 바와 같이, 성긴 결정 입자들의 부분들 (23) 및 마이크로-결정화 부분들 (22) 이 조사 영역에서 폴리실리콘막 (21) 상에 형성되어 있다. 광이 빔의 단축과 실질적으로 평행하게 폴리실리콘막 (21) 에 입사되면, 마이크로-결정화 부분들 (22) 로부터의 반사광 및 성긴 결정 입자들의 부분들 (23) 로부터의 다 른 반사광은, 주기적으로 나타나고 표면 조도를 갖는 성긴 결정 입자들의 부분들 (23) 의 영향에 의해 서로 혼합된다.
추정 (estimation) 광이 빔의 단축 방향에 평행한 방향으로 조사되고, 조사 영역 (19) 으로부터의 반사광이 CCD 감광 소자 (16) 에 의해 수광되는 것으로 가정한다. 그러면, 도 6b 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 마이크로-결정화 부분들 (24) 과 성긴 결정 입자들의 부분들 (25) 사이의 경계에서 색상들이 혼합되고, 그럼으로써 이들 경계가 불명료하게 된다. 추정 광이 비스듬히 수광되면, CCD 초점 깊이의 영향에 의해 이미지들의 단부에서 광경로 길이가 변하고, 따라서 색상들의 베이스 라인이 변한다. 그러므로, 색상이 변하는 영역 (26) 이 나타난다. 다른 한편으로, 광이 빔의 장축에 평행한 방향으로 조사되고, 조사 영역 (19) 으로부터의 반사광이 CCD 감광 소자 (16) 에 의해 수광되는 것으로 가정한다. 그러면, 마이크로-결정화 부분들 (24) 과 성긴 결정 입자들의 부분들 (25) 사이의 경계들이 명료하다.
도 6d 는 도 6b 및 도 6c 에서 A-B 방향으로 기준 색상의 색상 변화를 도시하는 그래프이다. 광학적 영향의 결과로서, 도 6b 및 도 6c 에서의 CCD 이미지들 상에 빔의 단축 (즉, 스캐닝) 방향에 평행한 선분 AB 를 따라, 도 6d 에서 그래프 27 및 28 로 그려진 대로 기준 색상의 휘도가 변한다. 그래프 27 과 28 을 서로 비교할 때, 그래프 27 로부터는 명료한 주기성이 관찰되지 않는다. 그러나, 그래프 28 로부터는 명료한 주기성이 결정될 수 있다. 그러므로, 충분한 신뢰성 및 재현성을 갖는 마이크로-결정화 문턱값을 결정하기 위해서는, 광이 빔의 장축에 실질적으로 평행한 방향으로 입사할 수 있게 함으로써 평가가 이루어져야 한다.
본 실시형태에서는, 스캐닝 조사 동안 에너지 밀도를 변화시키는 동시에 복수의 조사 영역 (19) 이 준비된다. 조사 영역들 (19) 에는 추가로 평면 추정 광을 조사하여, 폴리실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값을 결정한다. 이렇게 결정된 마이크로-결정화 문턱값에 기초하여, 폴리실리콘 결정화를 위한 메인 조사에서 채택될 에너지 밀도가 결정되고 이에 따라 메인 조사가 실행된다. 이런 방법으로, 커다란 입경을 갖는 고성능 폴리실리콘막이 얻어질 수 있다. 높은 이동도 (mobility) 를 갖는 TFT 는 이러한 고성능 폴리실리콘막을 사용하여 TFT 를 형성함으로써 얻어질 수 있다.
또한, 본 실시형태에서, 조사 영역들 (19) 에는 신장형 빔의 장축과 실질적으로 평행하게 (즉, 스캐닝 방향에 수직한 방향) 평면 광이 조사된다. 기준 색상의 휘도 변화의 주기성으로부터, 폴리실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값이 결정된다. 이와 같이, 평면 광은 빔의 장축과 실질적으로 평행하게 조사된다. 그러므로, 폴리실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값은 우수한 신뢰도 및 재현성으로 결정될 수 있고, 광의 산란에 의한 영향을 감소시킨다. 본 실시형태에 따르면, 높은 스루풋으로 폴리실리콘막을 형성할 수 있는 레이저 조사 기술 및 레이저 조사 장치가 마이크로-결정화 문턱값을 약간 밑도는 펄스 레이저광의 에너지 밀도를 자동적으로 결정함으로써 제공될 수 있다.
다음으로 본 발명의 제 1 실시예를 설명한다. 본 실시예에서는, 550 mm × 650 mm 의 유리 기판에 2000 Å 의 SiO2 막을 형성하였다. 그 위에 600 Å 의 비정질 실리콘막을 형성하였다. 그 후, 엑시머 레이저빔을 기판의 주변부에 조사함으로써 예비 조사 영역 (20) 내에 복수의 조사 영역 (19) 을 형성하였다. 예비 조사 영역 (20) 에서, 발생 주파수는 300 Hz 로 설정하였고, 275 mm × 0.4 mm 의 선형 빔을 마스킹함으로써 레이저빔의 크기를 30 mm × 0.4 mm 로 설정하였다. 스캐닝 피치는 0.1 mm 로 일정하게 설정하였다. 에너지 밀도를 470 mJ/cm2 으로부터 510 mJ/cm2 까지 10 mJ/cm2 의 간격으로 변화시켰다. 각 에너지 밀도에 대해, 스캐닝 조사 폭을 1 cm 로 설정하였다.
이렇게 형성한 조사 영역들 (19) 을 빔의 장축과 실질적으로 평행하게 백색 평면 추정 광으로 조사하였고, 그곳으로부터의 반사광을 칼라 CCD 로 수광하였다. 칼라 CCD 앞에 50-배 확대 렌즈를 설치하고 그의 분해능이 0.3 ㎛ 가 되도록 조정하였다. 얻어진 이미지의 색상은 에너지 밀도가 470 mJ/cm2 으로 설정된 조사 영역 (19) 의 전체 표면에 걸쳐 일정하고 실질적으로 황색이었다. 480 mJ/cm2 에 있어서, 황색 영역에서 선형의 적색 영역이 비-주기적으로 관찰되었다. 적색 영역은 성긴 결정 입자들의 영역의 황색과는 상이한 마이크로-결정화 영역들로부터의 반사광의 색상을 갖는다. 상기 이미지 상에서, 빔의 단축에 평행한 선분을 따른 휘도 변화를 얻었고, 도 5 의 그래프 (b) 와 유사한 변화를 나타내었다.
490 mJ/cm2 이상의 에너지 밀도로 형성된 조사 영역 (19) 에서는, 선형의 황 색 영역들과 선형의 적색 영역들이 주기적으로 교대로 나타났다. 에너지 밀도가 증가함에 따라 황색 영역들의 폭이 협소해지는 경향이 있었다. 마찬가지로, 이미지 상에서의 빔의 단축에 평행한 선분을 따른 황색 영역들에서의 휘도의 변화를 얻었고, 도 5a 의 그래프와 유사한 변화를 나타내었다. 이와 같이, 주기적인 피크들이 관찰되었다. 피크간 거리는 약 0.1 mm 이었고 스캐닝 피치와 일치하였다. 피크간 거리의 변동은 ± 7 % 의 범위 이내 였다. 에너지 밀도가 480 mJ/cm2 으로 설정한 조사 영역 (19) 에서도 또한 여러 개의 피크가 관찰되었다. 그러나, 그의 피크간 거리는 일정하지 않았다.
상술된 평가 결과로부터, 폴리실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값을 490 mJ/cm2 으로 결정하였고 전체 기판면에 거쳐 메인 조사를 실행하였다. 메인 조사의 조건들은 다음과 같았다. 발생 주파수는 300 Hz 로 유지되었다. 빔 사이즈는 275 mm × 0.4 mm 로 복귀되었다. 스캐닝 피치는 0.04 mm 로 미세하게 설정되었다. 채택된 에너지 밀도는 490 mJ/cm2 의 결정된 마이크로-결정화 문턱값 보다 크지 않은 값으로서 470 mJ/cm2 이었다. 이들 조건 하에서, 메인 조사를 실행하였고 폴리실리콘막을 사용하여 TFT 를 제조하였다. 그 결과, 260 cm2/Vs 의 평균 이동도, 5 % 이내의 변동 범위 및 높은 균일성을 갖는 TFT 가 제조되었다.
비교 실시예로서, 비정질 실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값에 기초하여 결 정된 에너지 밀도로 메인 조사를 실행하였다. 본 실시예를 실행하는 조건 하에서, 원-샷 조사 (도 4a) 에 의해 얻어진 마이크로-결정화 문턱값은 430 mJ/cm2 이었다. 결정된 에너지 밀도 보다 크지 않은 에너지 밀도를 갖는 에너지로 메인 조사를 실행하여 TFT 를 제조하였다. 이동도는 140 cm2/Vs 이었다. 메인 조사에서의 에너지 밀도는 소망의 TFT 특성과 정합될 수 있다. 그러나, 비정질 실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값에 기초하여 메인 조사에서의 에너지 밀도를 설정하는 경우에, 140 cm2/Vs 를 넘는 이동도를 갖는 TFT 는 우수한 신뢰성 및 재현성으로 얻어질 수 없다.
본 실시예에서, 스캐닝 피치는 다음과 같은 근거로 예비 조사 영역과 메인 조사 영역들 사이에서 변경되었다. 즉, TFT 특성과 그의 균일성은 스캐닝 피치에 의존한다. 피치가 감소함에 따라, 균일성이 향상된다. 그러나, 피치가 보다 작아지면 조사 프로세스의 스루풋이 저하된다. 메인 조사 영역들에 대해, TFT 특성을 우선화하기 위해 0.04 mm 의 스캐닝 피치가 결정되었다. 다른 한편으로, 예비 조사 영역에 대해서는, 폴리실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값만이 결정될 필요가 있다. 보다 큰 스캐닝 피치가 스루풋의 관점에서 보다 바람직하다. 피치가 지나치게 크면, 예비 조사 영역에 조사되는 펄스의 개수가 감소하므로 어떤 경우에는 마이크로-결정화 문턱값을 충분한 신뢰도로 결정하기가 곤란하다. 이들 관점을 고려하여, 예비 조사 영역에 대한 피치는 0.1 mm 로 설정되었고 이것은 메인 조사 영역들에 대한 피치보다 대략 수 배만큼 크다.
레이저 사이즈도 또한 TFT 생산 수율을 증가시키기 위해 예비 조사 영역과 메인 조사 영역들 사이에서 변경되었다. 예비 조사 영역은 제품 제조에 적합하지 않기 때문에, 이 영역은 최종적으로 버려졌다. 그러므로, 조사는 마이크로-결정화 문턱값의 결정을 위해 적어도 필요한 영역에 대해서만 영향을 받아야 하는 것이 바람직하다. 이러한 이유로부터, 감소된 빔 사이즈 또는 특별히 장축 방향으로 감소된 빔 사이즈로 예비 조사 영역에 대해 조사를 실행하였다.
본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 제 2 실시예에서는 일본 공개특허 공보 2003-332346 호에 개시된 바와 같이, 막 두께가 변동하는 비정질 실리콘막이 형성되어 있는 고성능 TFT 제조 기술을 채택한다. 제 1 실시예와 마찬가지로, 2000 Å 의 SiO2 막을 유리 기판 상에 형성하였다. 그 위에 800 Å 의 Si 막을 형성하였다. 그 위에 레지스트를 선택적으로 증착하고, 건식 에칭을 실시하여 500 Å 의 막두께를 갖는 박막 영역을 선택적으로 형성하였다. 그 후, 제 1 실시예와 유사하게, 예비 조사 영역 (20) 을 형성하였다. 이 때, 레이저빔의 에너지 밀도는 400 mJ/cm2 으로부터 450 mJ/cm2 까지 10 mJ/cm2 의 간격으로 변경되었다.
다음으로, 제 1 실시예와 유사하게, 이렇게 형성된 예비 조사 영역에 백색 평면광을 조사하였고, 그곳으로부터의 반사광을 칼라 CCD 로 수광하였다. 반사광의 측정은 500 Å 의 막두께를 갖는 박막이 형성되어 있고 상기 박막과 후막 사이의 계면으로부터 7 ㎛ 이상 떨어진 지점을 선택함으로써 실시되었다. 얻어진 이미지는 420 mJ/cm2 까지의 에너지 밀도에 있어서 전체면에 걸쳐 일정하고 실질적으로 자주색이었다. 430 mJ/cm2 의 에너지 밀도에 있어서, 청색 줄무늬들이 주기성없이 나타났다. 440 mJ/cm2 이상의 에너지 밀도에 있어서, 자주색과 청색 줄무늬가 0.1 mm 의 피치로 주기적으로 배열된 이미지가 얻어졌다.
상술된 결과로부터, 폴리실리콘막의 마이크로-결정화 문턱값은 440 mJ/cm2 으로 결정되었고, 전체 기판면에 걸쳐 메인 조사가 실시되었다. 메인 조사의 조건들은 다음과 같았다. 채택된 에너지 밀도는 박막 두께 영역에 대해 폴리실리콘막의 440 mJ/cm2 의 결정된 마이크로-결정화 문턱값 보다 작지 않은 값으로서 445 mJ/cm2 이었다. 이와 같이, 본 실시예에서는, 박막 영역의 마이크로-결정화 문턱값 보다 작지 않은 에너지 밀도로 메인 조사가 실시되었다. 이것의 결과로서, 위치-제어된 결정 입자들이 형성되어, 박막 부분과 후막 부분 사이의 계면으로부터 박막 부분을 향하여 성장하였다. 위치 제어된 결정 입자들 상에 게이트들이 제공되어 TFT 들이 제조되었다. 이런 식으로, 보다 높은 성능 및 보다 높은 균일성을 갖는 TFT 들이 제조되었고, 여기에서 평균 이동도는 430 cm2/Vs 이었고 그의 변동 범위는 4 % 이내였다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이저 조사 장치는, 제 2 실시예에서의 CCD 감광 소자 (16) 의 광학적 분해능이 스캐닝 방향에서 성긴 결정 입자들의 부분의 폭 보다 넓다는 것을 제외하고 제 1 실시예의 레이저 조사 장치와 유사한 구조를 갖는다. CCD 감광 소자 (16) 의 광학적 분해능이 스캐닝 방향에서 성긴 결정 입자들의 부분의 폭 보다 넓기 때문에 마이크로-결정화 부분들과 성긴 결정 입자들의 부분들 사이의 색상 변화를 조사 영역으로부터의 반사광을 수광함으로써 얻어지는 이미지에 기초하여 명료하게 구분할 수 없다. 즉, 실질적으로 마이크로-결정화 부분들의 색상들만이 검출된다.
도 7 은 CCD 감광 소자 (16) 에 의해 수광된 광의 기준 색상의 휘도 변화를 나타낸다. 도 4 의 그래프 (b) 에 의해 도시된 상태를 달성하기 위해, 스캐닝 조사가 실시되어 조사 영역들 (19) 이 준비되었다. 조사 영역들 (19) 로부터의 반사광은 CCD 감광 소자 (16) 에 의해 수광되고, 그럼으로써 CCD 감광 소자 (16) 에 의해 수광된 광의 기준 색상의 휘도가 도 7 의 그래프 (a) 로 도시된 바와 같이 변한다. 이 경우에, 실질적으로 마이크로-결정화 부분들의 색상만이 관찰되고, 실질적으로 일정한 색상들이 단일 주기 내에서 상대적으로 미세한 주기성으로 나타난다. 이 때문에 전체 영역에 걸쳐 균일한 색상을 관찰할 수 있다.
도 4 의 그래프 (c) 로 도시된 상태를 달성하기 위해, 스캐닝 조사가 실시되어 조사 영역들이 준비된다. 조사 영역들로부터의 반사광은 CCD 감광 소자 (16) 에 의해 수광된다. CCD 감광 소자 (16) 에 의해 수광된 광의 기준 색상의 휘도는 도 7 의 그래프 (b) 에 의해 도시된 바와 같이 변한다. 이 경우에, 마이크로-결정화 문턱값 보다 크지 않은 펄스 강도에 의해 얻어진 비-마이크로-결정화 영역이 관찰되어 CCD 이미지 상에 마이크로-결정화 부분의 색상과 상이한 색상 을 갖는다. 그 결과, 비-마이크로-결정화 부분이 명료한 사이즈를 갖는 넓은 색상-변화 피크로서 표현된다.
상술된 바와 같이, 색상 변화의 정도는 조사 펄스의 에너지 밀도가 마이크로-결정화 문턱값 보다 작지 않은 경우와 에너지 밀도가 마이크로-결정화 문턱값 보다 작은 경우 사이에서 다르다. 본 실시예에서는, 마이크로-결정화 문턱값이 기준 색상의 색상 변화폭의 사이즈에 의존하여 결정된다. 그 후, 메인 조사에 사용될 에너지 밀도가, 제 1 실시예와 유사하게, 이렇게 결정된 마이크로-결정화 문턱값에 기초하여 결정된다. 따라서, 입경이 커다란 폴리실리콘막이 얻어질 수 있다.
일반적으로, CCD 의 분해능이 낮으면, 초점 심도는 증가한다. 그러므로, 보다 낮은 광학적 분해능을 갖는 CCD 가 CCD 감광 소자 (16) 로서 채택되면, 마이크로-결정화 문턱값의 결정이 기판의 두께 변화에 의해 덜 영향을 받는다는 이점이 있다. 장치 비용이 저감될 수 있는 다른 이점이 얻어진다.
다음으로, 본 발명의 제 3 실시예를 설명할 것이다. 제 1 실시예와 마찬가지로, 유리 기판 상에 SiO2 막과 비정질 실리콘막을 형성하였다. 그 다음에, 예비 조사를 실시하여 조사 영역들 (19) 을 형성하였다. 그 후, 조사 영역들 (19) 각각을 백색 평면광으로 조사하였고, CCD 로 반사광을 수광하였다. 이 때, CCD 앞에 5 배 확대 렌즈를 설치하고 3 ㎛ 의 분해능을 얻도록 조정하였다. 얻어진 이미지는 에너지 밀도가 470 mJ/cm2 으로 설정되었던 조사 영역 (19) 의 전 체면에 걸쳐 일정하고 실질적으로 황색이었다. 480 mJ/cm2 의 에너지 밀도에 있어서, 두꺼운 적색 줄무늬가 황색 영역에 있어서 주기성없이 관찰되었다. 기준 색상으로서 황색을 사용하는 휘도 분포는 도 7 에 도시된 그래프 (b) 를 나타내었다. 490 mJ/cm2 이상의 에너지 밀도에 있어서, 실질적으로 전체면들이 적색으로 관찰되었다. 기준 색상으로서 황색을 사용하는 휘도 분포는 도 7 에 도시된 그래프 (a) 를 나타내었다.
조사 영역들 (19) 각각에 대하여, 휘도 데이터의 최대 강도와 최소 강도 사이의 차이가 얻어졌다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 에너지 밀도가 480 mJ/cm2 으로 설정되었던 조사 영역 (19) 에서 커다란 값이 얻어진다. 그 후, 에너지 밀도가 490 mJ/cm2 으로 설정되었던 다른 조사 영역에서는 차이가 떨어진다. 한 번 상승한 이후에 차이가 떨어졌던 490 mJ/cm2 의 에너지 밀도가 마이크로-결정화 문턱값으로 결정되었다.
그 후, 제 1 실시예와 유사하게 메인 조사가 실시되었다. 메인 조사에서의 에너지 밀도로서, 450 mJ/cm2 이 490 mJ/cm2 의 결정된 마이크로-결정화 문턱값 보다 크지 않은 값으로서 채택되었다. 메인 조사에 의해 얻어진 폴리실리콘막을 사용하여 TFT 가 제조되었다. 상기 TFT 의 이동도는 180 cm2/Vs 이었고 5 % 이하의 범위 이내에서 변동을 가졌다.
상술된 실시형태들에서는, 레이저 조사 및 마이크로-결정화 문턱값의 결정이 단일 기판 스테이지에서 수행되는 예를 설명하였다. 본 발명은 이들 실시형태로 한정되지 않는다. 복수의 상이한 기판 스테이지를 프로세싱 단계에서 개별적으로 사용해도 된다. 만일 상이한 스테이지들이 사용되면, 장치의 사이즈가 증대될 것이다. 그러나, 광원의 사이즈 및 CCD 감광 소자의 사이즈는 다른 구성요소로부터의 제한없이 증대될 수 있다. 그러므로, 마이크로-결정화 문턱값은 보다 좋은 신뢰도 및 재현성으로 결정될 수 있다. 또한, 예비 조사 영역들 및 메인 조사 영역들은 반드시 단일 기판에 형성될 필요는 없다. 마이크로-결정화 문턱값은 메인 조사 영역들이 형성되어 있는 기판의 막두께와 실질적으로 동일한 막두께를 갖는 다른 기판에 예비 조사 영역들을 형성함으로써 결정되어도 된다.
상술된 실시형태들에서, 본 발명은 바람직한 실시형태들에 기초하여 설명되었다. 본 발명에 따른 레이저 조사 기술 및 레이저 조사 장치는 상술된 실시형태들로 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 상술된 실시형태들의 구조를 다양하게 변경 및 변형함으로써 유도되는 기술들 및 장치들을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
상술된 바에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따르면, 마이크로-결정화 문턱값을 우수한 신뢰도 및 재현성으로 결정할 수 있을 뿐만 아니라 고성능 결정화 박막을 우수한 신뢰도 및 재현성으로 형성할 수 있는 레이저 조사 방법 및 레이저 조사 장 치를 제공할 수 있다.
Claims (8)
- 특정한 발생 주파수를 갖는 제 1 신장형 펄스 레이저빔 (14) 을 상기 제 1 펄스 레이저빔 (14) 의 장축에 수직한 방향으로 스캐닝하면서 반도체층에 복수의 상이한 에너지 밀도로 조사하여, 상기 상이한 에너지 밀도들에 대응하는 복수의 제 1 조사 영역들 (19) 을 형성하는 단계;상기 제 1 펄스 레이저빔 (14) 의 상기 장축에 실질적으로 평행한 방향으로 평면광을 상기 제 1 조사 영역들 (19) 에 조사하여, 상기 제 1 조사 영역들 (19) 각각으로부터 반사광을 수광하는 단계;마이크로-결정화 에너지 밀도의 문턱값을 추정하기 위해 상기 반사광을 분석하는 단계;상기 추정된 문턱값에 기초하여 제 1 에너지 밀도를 결정하는 단계; 및상기 특정한 발생 주파수를 갖는 제 2 신장형 펄스 레이저빔을 상기 제 2 펄스 레이저빔의 장축에 수직한 방향으로 스캐닝하면서 상기 반도체층에 상기 제 1 에너지 밀도로 조사하여, 제 2 조사 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 반도체층의 상을 비정질 상태로부터 결정 상태로 변화시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 조사 영역들 (19) 각각에서의 상기 제 1 펄스 레이저빔 (14) 의 스캐닝 피치는 상기 제 2 조사 영역에서의 상기 제 2 펄스 레이저빔의 스캐닝 피치 보다 긴, 반도체층의 상을 비정질 상태로부터 결정 상태로 변화시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 펄스 레이저빔 (14) 은 상기 제 2 펄스 레이저빔의 빔 사이즈보다 작은 빔 사이즈를 갖는, 반도체층의 상을 비정질 상태로부터 결정 상태로 변화시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 문턱값은 상기 결정 단계에서 상기 반사광의 주기에 기초하여 추정되는, 반도체층의 상을 비정질 상태로부터 결정 상태로 변화시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 문턱값은, 상기 제 1 펄스 레이저빔 (14) 의 상기 장축에 수직한 방향으로의 상기 반사광으로부터의 색상 분포를 결정하는 단계; 및 색상 변화의 인접한 피크들 사이의 거리 및/또는 상기 색상 변화의 균일성을 판정하는 단계에 의해 추정되는, 반도체층의 상을 비정질 상태로부터 결정 상태로 변화시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 문턱값은 상기 장축에 수직한 방향으로의 상기 반사광으로부터의 색상 분포 및 상기 색상 분포에서의 색상의 폭을 결정하는 단계에 의해 추정되는, 반도 체층의 상을 비정질 상태로부터 결정 상태로 변화시키는 방법.
- 펄스 레이저빔을 발생시키는 레이저 광원 (11);상기 펄스 레이저빔을 제 1 신장형 펄스 레이저빔 (14) 으로 변환하는 광학계 (12);상기 제 1 펄스 레이저빔 (14) 에 대해 기판 테이블 (13) 을 상기 제 1 펄스 레이저빔 (14) 의 장축에 수직한 방향으로 스캔-이동시키는 이동 장치;상기 제 1 펄스 레이저빔 (14) 의 상기 장축에 평행한 방향으로 평면광을 조사하는 평면 광원 (15); 및반도체층으로부터 반사된 상기 평면광을 수광하는 감광 장치 (16) 를 구비하는 레이저 조사 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 광학계 (12) 는 상기 제 1 펄스 레이저빔 (14) 의 사이즈를 변경시킬 수 있는, 레이저 조사 장치.
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