KR100854834B1 - 얇은 금속층을 가공하는 방법 및 장치 - Google Patents

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더 트러스티스 오브 컬럼비아 유니버시티 인 더 시티 오브 뉴욕
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Abstract

본 발명은 기판 상의 얇은 금속층을 가공하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 섀도우 영역 및 빔릿을 갖도록 마스크에 의해 한정된 강도 패턴을 갖는 제1 엑시머 레이저 펄스로 금속층을 조사함으로써 금속층에서의 입경, 입형 및 입계의 위치 및 배향을 제어한다. 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 인접한 용융 영역에 인접한다. 제1 엑시머 레이저 펄스에 의한 조사 후, 금속층의 용융 영역은 재응고된다. 재응고 중, 적어도 부분적인 미용융 영역은 큰 결정립을 발생시키도록 인접한 용융 영역에서 결정립의 성장을 유도한다. 제1 엑시머 레이저 펄스에 의한 조사에 이은 용융 영역의 재응고의 완료 후, 금속층은 섀도우 영역이 적고 큰 결정립을 갖는 금속층의 영역에 중첩하도록 이동된 강도 패턴을 갖는 제2 엑시머 레이저 펄스에 의해 조사된다. 이동된 빔릿들 중 하나에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 이동된 섀도우 영역들 중 하나에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 용융 영역의 재응고 중, 적어도 부분적인 미용융 영역의 큰 결정립은 인접한 용융 영역의 큰 결정립의 성장도 유도한다. 금속층의 조사, 재응고 및 재조사는 원하는 결정립 구조가 금속층에서 얻어질 때까지 필요에 따라 반복될 수도 있다.
Figure R1020027007324
얇은 금속층, 섀도우 영역, 빔릿, 강도 패턴, 용융 영역, 미용융 영역, 결정립, 조사 빔 펄스, 조사, 재응고 및 재조사

Description

얇은 금속층을 가공하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING THIN METAL LAYERS}
우선권 주장
본원은 2000년 10월 10일자로 출원된 발명의 명칭이 "금속 필름의 측방향 응고를 제공하는 공정 및 시스템(Process and System for Providing Lateral Solidification of Metallic Films"인 제임스 에스. 임의 가출원 제60/239,194호에 기초하여 우선권을 주장하고 있다.
정부 권리의 고시
본원에 청구된 발명은 계약서 제N66001-98-01-8913호 하에서 미국 국방성 연구 계획국(United States Defense Research Project Agency)으로부터의 기금 투자(funding)로 이루어 이루어졌다. 따라서, 미국 정부는 본 발명에 대한 소정 권리를 갖는다.
발명의 분야
본 발명은 기판 상에 얇은 금속층을 가공하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 금속층의 재응고 영역에서 입형 및 입경(shape and size of grain)과, 입계(grain boundary)의 위치 및 배향을 제어하기 위해 금속층의 하나 이상의 영역을 소정 강도 패턴을 갖는 펄스형 조사(pulsed irradiation)에 의해 용융시키고 재 응고시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
배경 정보
반도체 소자 가공의 분야에서, 내부의 금속 상호 연결 라인(metal interconnect line)을 포함한 집적 회로 소자의 주요 부분(feature)의 크기를 감소시키려는 경향이 있어 왔다. 이러한 주요 부분의 크기 감소로 인해, 집적 회로 소자의 금속 상호 연결 라인은 작은 단면적을 갖고, 그에 따라 높은 전류 밀도를 보유한다. 이러한 높은 전류 밀도의 보유는 이러한 상호 연결 라인에서의 전자 이동(electromigration)의 발생을 증가시킨다. 결국, 전자 이동은 이러한 소자의 주요 부분의 크기가 작아짐에 따라 집적 회로 소자에서 점점 흔한 불량 기구(failure mechanism)가 되어 가고 있다.
전자 이동은 내부의 금속 이온으로 상호 연결 라인에서 흐르는 전자로부터의 모멘텀을 전달함으로써 유발되는 금속 상호 연결 라인에서의 금속 재료의 수송으로서 관찰된다. 전자 이동은 금속 재료의 수송이 상호 연결 라인에서 보이드(void) 또는 브레이크(break)를 발생시킬 때에 금속층 상호 연결 라인의 불량을 일으킬 수 있다. 또한, 전자 이동은 금속층 상호 연결 라인에서의 이동된 금속 재료가 인접한 상호 연결 라인과 바람직하지 못한 전기 접촉을 이룰 정도로 충분히 큰 벌지부(bulge)를 형성하도록 누적될 수 있다. 이들 불량은 전자 수송이 상호 연결 라인의 금속층의 입계에 평행하게 일어날 때에 가장 자주 발생하는데, 이는 입계가 이동된 금속 이온의 수송을 위한 채널을 제공할 수 있기 때문이다.
전자 이동에 의해 유발되는 금속층 상호 연결 라인에서의 불량 문제는 금속층 상호 연결 라인에서의 전자 수송의 방향을 따른 총 입계 밀도를 감소시키도록 금속층 상호 연결 라인에서의 입경을 증가시킴으로써 그리고 전자 수송의 방향에 대해 큰 각도(이상적으로 90°)를 형성하도록 입계의 배향을 제어함으로써 완화될 수도 있다.
집적 회로 소자의 금속층 상호 연결 라인에서의 전자 이동의 문제를 완화시킬 뿐만 아니라, 높은 컨덕턴스 및 큰 기계 강도를 갖는 얇은 금속층에 대해 다른 분야에서 일반적인 요구가 있는데, 이는 금속층에서 입경을 증가시킴으로써 그리고 입계의 위치 및 배향을 제어함으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 집적 회로 소자의 금속층 상호 연결 라인을 포함한 금속층에서의 입경 및 입상과, 입계의 위치 및 배향을 제어하는 방법 및 장치에 대한 필요성이 명백하게 존재한다.
발명의 요약
본 발명에 따르면, 조사 강도가 없는 적어도 하나의 "섀도우 영역(shadow region)"과 완전한 조사 강도를 갖는 적어도 하나의 "빔릿(beamlet)"을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스(예컨대, 엑시머 레이저 빔 펄스)로 금속층을 조사하는 단계를 포함하는, 기판 상에 배치된 금속층을 가공하는 방법이 제공된다. 빔릿의 강도는 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남도록 구성된다. 각각의 용융 영역은 적어도 하나의 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역에 인접한다.
제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 금속층의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 맞닿은 결정립이 특성 성장 거리만큼 성장한 후에 성장하는 결정립이 동일한 용융 영역에서 성장하는 다른 결정립에 맞닿을(충돌할) 때까지 결정립이 각각의 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 내부에서 성장한다. 그 후, 제1 조사 빔 펄스는 추가 가공을 위한 이전 조사 빔 펄스가 되고, 금속층은 이전 조사 빔 펄스와 동일한 강도 패턴을 갖지만 적어도 하나의 빔릿과 적어도 하나의 섀도우 영역이 이전 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 재응고 중에 성장하는 결정립의 특성 성장 거리보다 작은 거리만큼 금속층에 대해 이동된 상태의 추가 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 금속층이 추가 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 용융 영역은 적어도 하나의 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역에 인접한다.
추가 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 금속층의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 맞닿은 결정립이 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 성장하는 결정립이 동일한 용융 영역에서 성장하는 다른 결정립에 맞닿을 때까지 결정립이 각각의 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 내부에서 성장한다. 그 후, 추가 빔 펄스는 추가 가공을 위한 이전 조사 빔 펄스가 되고, (1) 이전 조사 빔 펄스와 동일한 강도 패턴을 갖지만 적어도 하나의 빔 릿과 적어도 하나의 섀도우 영역이 특성 성장 거리보다 작은 거리만큼 금속층에 대해 추가로 이동된 상태의 추가 조사 빔 펄스로의 금속층의 조사 단계와, (2) 추가 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 금속층의 각각의 용융 영역의 재응고 단계가 원하는 결정립 구조가 금속층에서 얻어질 때까지 필요에 따라 반복된다.
조사 빔 펄스는 레이저 빔 펄스, 전자 빔 펄스, 이온 빔 펄스 또는 다른 조사 빔 펄스일 수도 있다. 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 조사 빔 펄스가 통과하는 마스크에 의해 한정되고, 금속층에 대한 강도 패턴의 이동은 금속층을 갖는 기판을 이동시키거나 마스크를 이동시킴으로써 달성될 수도 있다.
본 발명의 방법의 제1 예시 실시예에 따르면, 금속층은 각각의 소정 형상을 갖는 하나 이상의 금속층 스트립으로 미리 패터닝되고, 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 다중이고 규칙적으로 이격되며 비교적 작은 도트형 섀도우 영역의 하나 이상의 시리즈(series)를 갖고, 섀도우 영역의 각각의 시리즈는 각각의 금속층 스트립의 중심선을 따라 각각의 영역에 중첩한다. 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 섀도우 영역에 의해 중첩되지 않는 하나 이상의 금속층 스트립의 모든 영역에 중첩하는 빔릿도 구비한다. 각각의 강도 패턴이 이전 펄스의 강도 패턴과 동일하지만 그에 대해 이동된 상태의 조사 빔 펄스로의 하나 이상의 금속층 스트립의 여러 회의 반복 조사와, 각각의 조사 후의 각각의 용융 영역의 재응고 후, 각각의 금속층 스트립이 입계의 위치에서 금속층 스트립에 대략 직각인 각각의 입계에 의해 분리되는 단일 결정립 영역을 갖는 원하는 결정립 구조가 얻어진다.
본 발명의 방법의 제2 예시 실시예에 따르면, 금속층은 각각의 소정 형상을 갖는 하나 이상의 금속층 스트립으로 미리 패터닝된다. 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 각각의 금속층 스트립의 중심선에 중첩하는 하나 이상의 비교적 협소한 스트립형 섀도우 영역과, 이 섀도우 영역에 의해 중첩되지 않는 하나 이상의 금속층 스트립의 모든 영역에 중첩하는 빔릿을 갖는다. 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일한 강도 패턴을 갖지만 이전 펄스의 강도 패턴에 대해 이동된 상태의 조사 빔 펄스에 의한 하나 이상의 금속층 스트립의 여러 회의 반복 조사와, 각각의 조사 후의 각각의 용융 영역의 재응고 후, 각각의 금속층 스트립의 결정립 구조는 입계의 각각의 위치에서 금속층 스트립에 대해 큰 각도를 형성하는 입계를 구비한 비교적 큰 결정립을 포함한다.
본 발명의 방법의 제3 예시 실시예에 따르면, 금속층은 규칙적으로 이격되고 상호 직각인 대각선의 각각의 교차부에 배치된 다중이고 비교적 작은 도트형 섀도우 영역과, 이 섀도우 영역에 의해 중첩되지 않는 금속층의 모든 영역에 중첩하는 빔릿의 배열을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 섀도우 영역들 중 하나에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접한다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 결정립이 각각의 인접한 용융 영역에서 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장한다. 섀도우 영역의 간격에 의해 결정된 바와 같은 적어도 부분적인 미용융 영역의 간격은 맞닿은 결정립이 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하는 결정립이 이웃한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하는 결정립에 맞닿도록 구성된다. 이전 펄스의 강도 패턴과 동일한 강도 패턴을 갖지만 그에 대해 이동된 상태의 조사 빔 펄스에 의한 여러 회의 반복 조사와, 각각의 조사 후의 각각의 용융 영역의 재응고 후, 금속층의 결정립 구조는 대각선 방향의 입계를 구비한 대체로 사각형의 단일 결정립 영역을 포함한다.
본 발명의 방법의 제4 예시 실시예에 따르면, 각각의 조사 빔의 강도 패턴은 인접한 반복형 셰브런 형상의 규칙적으로 이격된 빔릿을 구비하고, 인접한 반복형 셰브런 형상의 빔릿은 각각의 반복형 셰브런 형상의 빔릿의 피크(peak)가 인접한 반복형 셰브런 형상의 빔릿의 각각의 트로프(trough)와 정렬되고 각각의 반복형 셰브런 형상의 빔릿의 트로프가 인접한 반복형 셰브런 형상의 빔릿의 각각의 피크와 정렬되도록 서로에 대해 엇갈려 있다. 각각의 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 각각의 인접한 빔릿들 사이에서 인접하여 위치된 섀도우 영역도 구비한다. 금속층이 이러한 강도 패턴을 갖는 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 용융 영역은 적어도 부분적인 미용융 모서리와 대향한 반복형 셰브런 형상을 갖는다. 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 맞닿은 결정립이 특성 성장 거리만큼 성장한 후에 대향 모서리로부터 성장하는 결정립이 대략 반복형 셰브런 형상의 용융 영역의 중심선을 따라 서로 맞닿을 때까지 결정립이 용융 영역에서 서로를 향해 대향 방향으로 용융 영역의 각각의 대향 모서리로부터 성장한다. 추가 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿 및 섀도우 영역은 특성 성장 거리보다 작은 거리만큼 반복형 셰브런 형상의 빔릿의 피크의 방향으로 금속층에 대해 이동된다. 다수 회의 조사 및 재응고의 반복 후에 얻어진 결정립 구조는 대체로 육각형 형상을 갖는 인접한 단일 결정립 영역을 갖는다.
본 발명의 방법의 제5 예시 실시예에 따르면, 제1 조사 빔의 강도 패턴은 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 넓은 선형의 스트라이프형 빔릿을 갖고, 각각의 빔릿은 각각의 인접한 섀도우 영역들 사이에서 인접하여 위치된다. 금속층이 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접한다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 금속층의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 각각의 결정립은 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 내부에서 성장하고, 맞닿은 결정립이 제1 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 제1 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 된다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고의 완료 후, 금속층은 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일한 강도 패턴을 갖지만 섀도우 영역 및 빔릿 이 제1 맞닿음 결정립 성장 거리보다 작은 섀도우 영역의 폭과 적어도 동일한 거리만큼 제1 맞닿음 입계에 직각인 방향으로 이동된 상태의 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 금속층이 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 각각의 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접한다. 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 금속층의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 각각의 단일 결정립은 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 내부에서 성장하고, 맞닿은 단일 결정립이 제1 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 제2 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 된다. 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 용융 영역의 재응고의 완료 시, 금속층은 각각의 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이에서 연장되는 비교적 긴 단일 결정립을 포함하고 제2 맞닿음 입계에 대략 직각인 측방향 입계를 구비한 결정립 구조를 갖는다.
본 발명의 방법의 제6 예시 실시예에 따르면, 상기 제5 예시 실시예에서의 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 금속층의 용융 영역의 재응고의 완료 후, 기판 상의 금속층은 제2 맞닿음 입계에 대해 90°만큼 회전된다. 다음에, 회전된 금속층은 회전된 금속층의 결정립 구조의 제2 맞닿음 입계에 직각인 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 역시 제2 맞닿음 입계에 직각인 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 넓은 선형의 스트라이프형 빔릿을 구비한 강도 패턴을 갖는 제3 조사 빔으로 조사된다. 각각의 빔릿은 각각의 인접한 섀도우 영역들 사이에서 인접하여 위치된다. 회전된 금속층 상의 각각의 지점이 제3 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접한다. 제3 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 금속층의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 상이한 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하게 하며, 맞닿은 단일 결정립이 제2 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 제2 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 된다. 각각의 맞닿은 단일 결정립은 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이의 거리와 동일한 제3 맞닿음 입계를 따라 소정 치수를 갖는다. 제3 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 금속층의 용융 영역의 재응고의 완료 후, 금속층 상의 각각의 지점은 제3 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일한 강도 패턴을 갖지만 섀도우 영역 및 빔릿이 제2 맞닿음 입계보다 작은 섀도우 영역의 폭과 적어도 동일한 거리만큼 제3 맞닿음 입계에 대략 직각인 방향으로 이동된 상태의 제4 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 금속층 상의 각각의 지점이 제4 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 각각의 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접한다. 제4 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 금속층의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 각각의 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 맞닿은 단일 결정립이 제2 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 제4 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 된다. 제4 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 용융 영역의 재응고의 완료 시, 금속층은 각각의 행 및 열로 대체로 직사각형 형상의 단일 결정립 영역의 배열을 구비하는 결정립 구조를 가지며, 각각의 대체로 직사각형 형상의 단일 결정립 영역은 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이의 거리와 동일한 2개의 대향측 상의 소정 치수와, 인접한 제4 맞닿음 입계들 사이의 거리와 동일한 다른 2개의 대향측 상의 소정 치수를 갖는다.
본 발명의 방법의 제7 예시 실시예에 따르면, 금속층은 소정 형상을 갖는 비교적 협소한 금속 스트립 형태이다. 비교적 협소한 금속 스트립의 폭은 단일 결정립들만 내부에서 성장하도록 충분히 작다. 금속층 스트립은 금속층 스트립을 따라 규칙적인 간격으로 위치된 복수개의 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되지 않는 금속층 스트립의 모든 영역에 중첩하는 빔릿을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 빔릿에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각 각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접한다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 금속층 스트립의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 상이한 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 맞닿은 단일 결정립이 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 제1 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 된다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 각각의 용융 영역의 재응고의 완료 후, 금속 스트립은 제1 조사 빔 펄스와 동일한 강도 패턴을 갖지만 각각의 섀도우 영역 및 빔릿이 맞닿음 결정립 성장 거리보다 작은 섀도우 영역의 폭보다 큰 거리만큼 금속층을 따라 이동된 상태의 제2 조사 빔 펄스로 조사된다. 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿도 금속층에 대해 이동되지만 섀도우 영역에 의해 중첩되지 않는 금속층의 모든 영역에 중첩한다. 금속층 스트립이 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접한다. 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 금속층의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 각각의 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 맞닿은 단일 결정립이 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 제2 맞닿음 입계의 각각의 입계에서 서로 맞닿게 된다. 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 각각의 용융 영역의 재응고의 완료 후, 금속층 스트립은 각각의 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이에서 연장되는 단일 결정립 영역을 구비한 결정립 구조를 갖는다. 각각의 제2 맞닿음 입계는 이 각각의 제2 맞닿음 입계의 위치에서 금속층 스트립에 실질적으로 직각이다.
본 발명의 방법의 제8 예시 실시예에 따르면, 적어도 하나의 세그먼트와 맨해튼 형상을 구비한 각각의 소정 형상을 갖는 적어도 하나의 비교적 협소한 금속층 스트립을 포함한다. 각각의 금속층 스트립의 폭은 단일 결정립만 내부에서 성장하도록 충분히 작다. 각각의 금속층 스트립은 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 넓은 선형의 스트라이프형 빔릿을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 각각의 빔릿은 각각의 인접한 섀도우 영역들 사이에서 인접하여 위치된다. 각각의 금속층 스트립의 각각의 세그먼트는 섀도우 영역 및 빔릿에 대해 대각선으로 배향된다. 각각의 금속층 스트립이 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각각의 영역이 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접한다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이어, 각각의 금속층 스트립의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 상이한 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 맞닿은 단일 결정립이 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 제1 맞닿음 입계의 각각의 입계에서 서로 맞닿게 된다. 각각의 제1 맞닿음 입계는 섀도우 영역 및 빔릿에 대략 평행하다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 각각의 금속층 스트립의 각각의 용융 영역의 재응고의 완료 후, 각각의 금속층 스트립은 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일한 강도 패턴을 갖지만 섀도우 영역 및 빔릿이 이동된 섀도우 영역을 제1 맞닿음 입계에 중첩시키는 거리보다 작은 섀도우 영역의 폭과 적어도 동일한 거리만큼 제1 맞닿음 입계에 직각인 방향으로 이동된 상태의 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 각각의 금속층 스트립이 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 각각의 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 각각의 금속층 스트립의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접한다. 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 각각의 금속층 스트립의 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 각각의 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서, 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 맞닿은 단일 결정립이 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 제2 맞닿음 입계의 각각의 입계에서 서로 맞닿게 된다. 각각의 제2 맞닿음 입계는 이동된 섀도우 영역 및 이동된 빔릿에 대략 평행하다. 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 각각의 용융 영역의 재응고의 완료 후, 각각의 금속층 스트립은 각각의 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이에서 연장되는 단일 결정립의 영역을 구비한 결정립 구조를 갖는다. 각각의 제2 맞닿음 입계는 제2 맞닿음 입계의 위치에서 각각의 금속층 스트립에 대해 직각으로 배향된다.
본 발명의 방법의 제9 실시예에 따르면, 금속층은 각각의 소정 형상을 갖는 적어도 하나의 스트라이프 형상의 빔릿을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 각각의 형상을 갖는 적어도 하나의 스트라이프 형상의 용융 영역을 형성하도록 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 빔릿 영역에 의해 중첩되지 않는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 용융 영역은 이 용융 영역의 제1 및 제2 모서리를 따라 적어도 하나의 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역에 인접한다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후, 각각의 용융 영역은 냉각되어 재응고된다. 각각의 용융 영역의 재응고 중, 결정립의 제1 및 제2 행은 결정립의 제1 및 제2행이 각각 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장할 때까지 서로를 향해 대향 방향으로 각각 제1 및 제2 모서리로부터 내부에서 성장한다. 각각의 용융 영역이 각 각의 소정 형상을 갖는 적어도 하나의 재응고 영역을 형성하도록 완전히 재응고된 후, 금속층은 각각의 재응고 영역의 결정립의 제1 및 제2 행 중 하나의 각각의 스트립 형상의 영역으로부터 적어도 하나의 비교적 협소한 금속 스트립을 형성하도록 패터닝된다. 각각의 금속층 스트립은 각각의 소정 형상과, 입계의 위치에서 각각의 금속층 스트립과 비교적 큰 각도를 형성하는 입계에 의해 분리된 단일 결정립의 영역을 갖는다.
본 발명의 방법의 제10 실시예에 따르면, 금속층은 가공을 위해 소정 폭을 갖는 복수개의 열로 분할된다. 금속층의 제1 열은 펄스형 조사 빔에 의해 제1 패스에서 조사되는데, 펄스형 조사 빔은 제1 열의 전체 길이를 스캐닝하도록 금속층 상의 펄스형 조사 빔의 충돌 위치를 지나 소정 병진 이동 속도로 금속층을 갖는 기판을 병진 이동시킴으로써 소정의 펄스 반복율을 갖는다. 펄스형 조사 빔의 각각의 펄스는 적어도 하나의 섀도우 영역과 적어도 하나의 빔릿을 구비한 강도 패턴을 갖고, 강도 패턴은 열의 소정 폭과 적어도 동일한 폭을 갖는다. 펄스형 조사 빔의 각각의 펄스 중, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 적어도 하나의 인접한 용융 영역에 인접한다. 금속층을 갖는 기판의 소정 병진 이동 속도와 펄스형 조사 빔의 소정 펄스 반복율은 펄스형 조사 빔의 이전 펄스에 의해 조사된 금속층의 이전 부분의 각각의 용융 영역이 이전 부분에 중첩하는 다음 부분이 펄스형 조사 빔의 다음 펄스에 의해 조사되기 전에 완전히 재응고된다. 제1 열이 제1 패스에서 펄스형 조사 빔에 의해 조사된 후, 펄스형 조사 빔의 각각의 펄스의 강도 패턴은 열에 직각인 방향으로 비교적 작은 거리만큼 금속층을 갖는 기판을 이동시킴으로써 제1 패스에서 펄스형 조사 빔의 펄스의 강도 패턴에 대해 이동된다. 금속층의 이동 후, 제1 열은 펄스형 조사 빔이 제2 패스에서 제1 열의 전체 길이를 스캐닝하도록 금속층 상의 펄스형 조사 빔의 충돌 위치를 지나 소정 병진 이동 속도로 금속층을 갖는 기판을 병진 이동시킴으로써 미리 선택된 펄스 반복율과 이동된 펄스 강도 패턴을 갖는 펄스형 조사 빔으로 제2 패스에서 조사된다. 다음 패스에서 금속층의 이동과 제1 열의 조사는 원하는 결정립 구조가 제1 열에서 얻어질 때까지 필요에 따라 반복된다. 그 후, 금속층을 갖는 기판은 펄스형 조사 빔이 제1 패스에서 제2 열을 조사하도록 위치되게 열에 직각인 측방향으로 병진 이동된다. 측방향 병진 이동 단계에 이어, 제1 패스에서 제2 열을 조사하는 단계와, 금속층을 이동시키는 단계와, 제2 패스에서 제2 열을 조사하는 단계와, 필요에 따라 금속층의 이동과 다음 패스에서의 제2 열의 조사를 계속하는 단계가 원하는 결정립 구조가 제2 열에서 얻어질 때까지 조합하여 수행된다. 그 후, 금속층을 측방향으로 병진 이동시키는 단계와, 제1 패스에서 다음 열을 조사하는 단계와, 금속층을 이동시키는 단계와, 제2 패스에서 다음 열을 조사하는 단계와, 필요에 따라 금속층의 이동과 다음 패스에서의 다음 열의 조사를 계속하는 단계가 원하는 결정립 구조가 금속층의 각각의 열에서 얻어질 때까지 조합하여 반복된다.
본 발명의 방법에 따르면, 금속층은 가공을 위해 복수개의 구역으로 세분될 수도 있고, 상기 단계는 한 구역씩 조합하여 수행될 수도 있다. 대신에, 상기 단 계는 모든 단계가 금속층의 모든 구역에서 수행될 때까지 한 구역씩 한 단계씩 수행될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 조사 빔 펄스를 제공하는 펄스형 조사 빔 소스와, 조사 빔 펄스가 금속층의 적어도 일부를 조사하기 위해 각각의 조사 빔 펄스의 각각의 강도 패턴을 한정하도록 통과하는 빔 마스크를 포함하는, 기판 상의 금속층을 가공하는 장치가 제공된다. 각각의 조사 빔 펄스의 각각의 강도 패턴은 적어도 하나의 섀도우 영역과 적어도 하나의 빔릿을 갖는데, 조사 빔 펄스에 의한 조사 중, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 상기 장치에는 금속층의 적어도 일부가 조사 빔 펄스에 의해 조사되는 동안에 금속층을 갖는 기판을 유지하고 펄스형 조사 빔 펄스에 대해 측방향으로 금속층을 갖는 기판을 병진 이동시키는 샘플 병진 이동 스테이지가 포함된다. 샘플 병진 이동 스테이지는 하나의 펄스로부터 또 다른 펄스로 금속층에 대해 조사 빔 펄스의 강도 패턴을 이동시키도록 조사 빔 펄스에 대해 측방향으로 기판 상의 금속층을 미세 병진 이동시키는 데 사용될 수도 있다.
본 발명의 장치의 예시 실시예에 따르면, 펄스형 조사 빔 소스는 펄스형 엑시머 레이저이고, 상기 장치는 엑시머 레이저로부터 빔 마스크로 조사 빔 펄스가 이동하는 제1 광 경로를 구비하며, 이는 투영 마스크(projection mask), 근접 마스크(proximity mask) 또는 밀착 마스크(contact mask)일 수도 있다. 본 발명의 또 다른 예시 실시예에 따르면, 빔 마스크는 통과하는 레이저 빔 펄스에 대해 병진 이 동될 수 있도록 마스크 병진 이동 스테이지에 장착되는 투영 마스크이다. 본 발명의 장치의 추가 예시 실시예에 따르면, 빔 마스크는 투영 마스크이고, 제1 광 경로는 제어 가능한 빔 에너지 밀도 모듈레이터, 가변형 감쇠기, 빔 신장 및 시준 렌즈, 빔 호모제나이저, 콘덴서 렌즈, 시야 렌즈 및 적어도 하나의 빔 조향 미러를 구비한다. 본 발명의 장치의 또 다른 예시 실시예에 따르면, 상기 장치는 빔 마스크로부터 샘플 병진 이동 스테이지 상의 기판 상의 금속층으로 조사 빔 펄스가 이동하는 제2 광 경로를 구비한다. 제2 광 경로는 대안 렌즈, 제어 가능한 셔터, 대물 렌즈, 적어도 하나의 빔 조향 미러를 구비한다. 본 발명에 따른 장치의 또 다른 예시 실시예에서, 상기 장치는 적어도 엑시머 레이저, 가변형 감쇠기 및 샘플 병진 이동 스테이지를 제어하는 컴퓨터를 구비한다.
이제는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예시 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도1a는 본 발명에 따른 얇은 금속층의 측방향 응고(LS: lateral solidification) 가공을 수행하는 장치의 예시 실시예의 개략도이다.
도1b는 확산 장벽층을 갖는 기판 상에 배치된 얇은 금속층을 갖는 제1 예시 샘플의 부분 단면도이다.
도2a 내지 도2i는 본 발명의 방법의 제1 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 단계에서 조사 빔 펄스 강도 패턴과 비교적 협소한 금속층 스트립의 결정립 구조를 도시하고 있다.
도3a 내지 도3e는 본 발명의 방법의 제2 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 단계에서 조사 빔 펄스 강도 패턴과 비교적 협소한 금속층 스트립의 결정립 구조를 도시하고 있다.
도4a는 확산 장벽층을 갖는 기판의 홈에 배치된 얇은 금속층을 갖는 제2 예시 샘플의 단면도이다.
도4b는 도4a의 제2 예시 샘플의 평면도이다.
도4c는 도4a의 제2 예시 샘플의 등각도(isometric view)이다.
도5는 도1a의 장치에 의해 수행될 수도 있는 본 발명의 방법에 따라 적어도 부분적인 컴퓨터 제어 하에서의 예시적인 LS 가공을 나타내는 흐름도이다.
도6a 내지 도6f는 조사 빔 펄스의 강도 패턴이 비교적 작은 도트형 섀도우 영역의 배열을 갖는 본 발명의 방법의 제3 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 단계에서 조사 빔 펄스 강도 패턴과 금속층의 일부의 결정립 구조를 도시하고 있다.
도7a 내지 도7h는 조사 빔 펄스의 강도 패턴이 서로에 대해 엇갈려 있는 규칙적으로 이격되는 반복형 셰브런 형태의 빔릿을 갖는 본 발명의 방법의 제4 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 단계에서 조사 빔 펄스 강도 패턴과 금속층의 일부의 결정립 구조를 도시하고 있다.
도8a 내지 도8d는 조사 빔 펄스의 강도 패턴이 규칙적으로 이격되고 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 섀도우 영역들의 각각의 인접한 영역들 사이에서 인접하여 위치된 상태의 규칙적으로 이격되고 비교적 넓은 선형의 스 트라이프형 빔릿을 갖는 본 발명의 방법의 제5 예시 실시예에 따른 LS 가공의 다양한 단계에서 조사 빔 펄스 강도 패턴과 금속층의 일부의 결정립 구조를 도시하고 있다.
도9a 내지 도9b는 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역 및 빔릿이 각각의 인접한 맞닿음 입계들 사이에서 연장되는 대각선으로 배향된 결정립을 얻도록 X 및 Y방향에 대해 대각선으로 배향되는 본 발명의 방법의 제5 예시 실시예의 변형예를 사용하여 얻어진 조사 빔 펄스 강도 패턴과 금속층 결정립 구조를 도시하고 있다.
도10a 내지 도10e는 제5 예시 실시예의 확장예인 본 발명의 방법의 제6 예시 실시예에 따른 LS 가공의 다양한 단계에서 조사 빔 펄스 강도 패턴과 금속층의 일부의 결정립 구조를 도시하고 있다.
도11a 내지 도11d는 조사 빔 펄스의 강도 패턴이 규칙적인 간격으로 금속층 스트립에 중첩하는 복수개의 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 이 섀도우 영역에 의해 중첩되지 않는 금속층 스트립의 모든 영역에 중첩하는 빔릿을 갖는 본 발명의 방법의 제7 예시 실시예에 따른 LS 가공의 다양한 단계에서 조사 빔 펄스 강도 패턴과 금속층 스트립의 결정립 구조를 도시하고 있다.
도12a 내지 도12d는 펄스형 조사 빔의 강도 패턴이 규칙적으로 이격되고 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 각각의 인접한 섀도우 영역들 사이에서 인접하여 위치된 상태의 규칙적으로 이격되고 비교적 넓은 선형의 스트라이프형 빔릿을 갖고 금속층 스트립의 각각의 구역은 섀도우 영역 및 빔릿에 대해 대 각선으로 배향되는 본 발명의 방법의 제8 예시 실시예에 따른 LS 가공의 다양한 단계에서 조사 빔 펄스 강도 패턴과 직각 절곡부(bend)를 갖는 금속층 스트립의 결정립 구조를 도시하고 있다.
도13a 내지 도13c는 본 발명의 방법의 제9 예시 실시예에 따른 입계의 각각의 위치에서 금속층 스트립에 대해 큰 각도로 입계에 의해 분리되는 단일 결정립 영역을 갖는 금속층 스트립 형성의 상이한 단계를 도시하고 있다.
도14는 설명의 간략화를 위해 고정된 펄스형 조사 빔의 위치 및 조사 경로가 병진 이동 샘플의 기준 프레임에 도시되어 있는 본 발명의 방법의 제10 예시 실시예에 따른 연속 LS 가공을 수행한 금속층을 도시하고 있다.
도15a 내지 도15g는 본 발명의 방법의 제10 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 단계에서 예시적인 조사 빔 펄스 강도 패턴과 도14에 도시된 금속층의 열의 일부의 결정립 구조를 도시하고 있다.
도16a 내지 도16g는 가공을 위해 금속층을 구역들로 세분하여 구역마다 본 발명에 따른 금속층의 LS 가공을 수행하는 것을 도시하는 개략도이다.
상세한 설명
도1a를 참조하면, 본 발명에 의한 얇은 금속층의 측방향 응고 가공(LS 가공)을 수행하기 위한 장치의 전형적인 실시예가 도시된다. 이러한 전형적인 장치는 람다 피직 모델(Lambda Physik model) LPX-315I XeCl 펄스형 엑시머 레이저(110)와, 마이크로라스 2판 가변 감쇠기(130; MicroLas two-plate variable attenuator) 와, 빔 조향 미러(140, 143, 147, 160, 162)와, 빔 신장 및 시준 렌즈(141, 142)와, 마이크로라스 빔 호모제나이저(144; MicroLas beam homogenizer)와, 콘덴서 렌즈(145)와, 시야 렌즈(148; field lens)와, (도시되지 않은) 병진 이동 스테이지(translating stage)에 장착될 수도 있는 투영 마스크(150; projection mask)와, 4배 내지 6배 대안 렌즈(161; eyepiece)와, 빈센트 어소시에이츠 유니블리쯔 모델 D122 조절형 셔터(152; Vincent Associates UniBlitz Model D122 controllable shutter)와, 샘플 병진 이동 스테이지(180) 상에 장착된 LS 가공될 얇은 금속층(52)을 갖는 샘플(40) 상으로 입사 조사 빔 펄스(164)를 집속하기 위한 다중 요소 대물 렌즈(163)와, 진동 절연 및 자동 수평 조절 시스템(191, 192, 193, 194) 상에서 지지되는 그래나이트 블록 광학대(190)와, 펄스형 엑시머 레이저(110), 빔 에너지 밀도 변조기(120), 가변 감쇠기(130), 셔터(152) 및 샘플 병진 이동 스테이지(180)를 제어하도록 결합된 사이버리서치 인크(CyberResearch Inc.)의 (펜티엄 프로세서 Ⅲ가 윈도우즈 ME를 작동시키는) 인더스트리얼 컴퓨터 시스템 컴퓨터(106)를 포함한다. 샘플 병진 이동 스테이지(180)는 X, Y 및 Z 방향으로 샘플(400의 병진 이동 및 미세 병진 이동을 수행하도록 컴퓨터(106)에 의해 제어된다. 펄스형 엑시머 레이저 대신에 펄스형 조사 빔 소스(110; beam source)가 펄스형 고체 레이저, 쵸핑된 연속파 레이저, 펄스형 전자 빔 또는 펄스형 이온빔과 같이 소스(110)로부터 샘플(40)로의 조사 빔 경로를 적절히 변경함으로써 후술하는 방법으로 얇은 금속층을 용융하기에 적합한 짧은 에너지 펄스를 갖는 다른 공지된 소스일 수도 있다는 것을 당업자는 알 수 있다. 도1a의 전형적인 장치 실 시예의 컴퓨터(106)는 금속층(52)의 LS 처리를 수행하기 위해 샘플(40)의 미세 병진 이동을 제어하면서, 금속층(52)에 대해 조사 빔 펄스의 강도 패턴을 이동시키기 위해 (도시되지 않은) 적절한 마스크 병진 이동 스테이지 내에 장착된 마스크(150)의 미세 병진 이동을 제어하도록 구성될 수도 있다. 도1a의 전형적인 장치는 이하 설명될 방법으로 샘플(40) 상의 금속층(52)의 LS 가공을 수행하는 데에 사용될 수도 있다.
도1b에 의하면, 전형적인 샘플(40)의 단면도가 도시되어 있다. 샘플(40)은 확산 장벽층(51)을 갖는 기판(51)과, 이 확산 장벽층의 위에 위치하는 금속층(52)을 포함한다. 기판(51)은 그 내부에 부분적으로 또는 완전히 제작된 집적 회로 장치를 갖는 반도체 기판일 수도 있다. 금속층(52)은 하나 이상의 집적 회로 장치의 복수의 금속 상호 연결 라인이거나, 또는 이러한 상호 연결 라인으로 패터닝되기 전의 또는 다른 적용예에 사용되기 위한 연속형 금속층일 수도 있다. 확산 장벽층(51)은 산화규소(SiO2) 층, 탄탈룸(Ta) 층, 탄탈룸을 함유하는 조성으로 이루어진 층, 또는 금속층(52)의 재료의 하부 기판(50)으로의 확산을 방지하고 그 상에서 금속 결정립의 측방향 성장을 허용하는 다른 임의의 적절한 재료로 이루어진 층일 수도 있다. 금속층(52)이 배치되는 확산 장벽 또는 임의의 기판 표면이 금속층(52) 내의 결정립 성장을 유도(seed)해서는 안된다는 것을 알 수 있다.
금속층(52)은 종래의 기술, 예컨대 당업자에게 널리 알려진 화학 기상 증착(CVD) 공정, 물리 기상 증착(PVD) 공정 또는 전기화학 증착 공정을 이용하여 기판(50)의 확산 장벽층(51) 상에 증착된다. 금속층(52)은 집적 회로 장치 내의 상호 연결 라인을 형성하는 데에 적합하거나 또는 다른 적용예에 이용하기에 적합한 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 백금 또는 금과 같은 임의의 단원소 금속, 합성 금속 또는 합금으로 이루어질 수도 있다. 또한, 확산 장벽층(51)의 재료는 금속층(52)이 용융될 때 용융된 금속이 확산 장벽층(51)의 표면을 적절히 "적시도록"(wet) 선택되는 것이 효과적이다. 이러한 "적심" 현상은 용융될 때의 금속층(52)이 확산 장벽층(51) 상에 균일하게 배치될 수 있게 하여, 용융된 금속층(52)의 응집을 방지한다. 그러나, 용융될 때의 금속층(52)에 의한 확산 장벽층(51)의 "적심" 현상은 금속층(52)을 용융시키기 위해 보다 짧은 (예컨대, 30 나노초 이하의 펄스 지속 시간을 갖는) 조사 빔 펄스를 이용함으로써 이러한 응집이 회피될 수도 있기 때문에 반드시 필요한 것은 아니다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 방법을 도2a 내지 도2i를 참조하여 설명한다. 도2a에 도시된 바와 같이, 부분 제작된 집적 회로 장치와 같은 샘플(40)의 전형적인 영역은 함께 금속층(52)을 구성하는 3개의 얇은 금속층 스트립(80, 81, 82)을 갖는다. 예컨대 종래의 금속 증착 및 포토리소그래피 및 에칭에 의한 종래의 패터닝에 의해 구리로 형성된 이들 금속층 스트립(80, 81, 82)은 작은 결정립과 그 내부에서 다양한 방향으로 랜덤하게 배향된 입계를 갖는다. 금속층 스트립(80, 81, 82)의 폭은 통상 0.1㎛ 내지 10㎛의 범위이고, 용융된 금속층 스트립의 두께는 통상 0.1㎛ 이하에서 10㎛의 범위이다. 처리되는 금속층(52)이 부분 제작된 전체 집적 회로 장치 또는 다중의 부분 제작된 집적 회로의 금속 상호 연결 라인을 샘플(40)로서의 반도체 웨이퍼 상에 구비할 수도 있다는 것을 명심해야 한다. 실질적으로, 전체적인 현대적 VLSI 집적 회로 장치의 소정의 금속 수준 내에 있는 금속 상호 연결 라인의 개수는 만 이상의 정도일 수 있다. 또한, 이러한 상호 연결 라인은 도2a 내지 도2i에 도시된 전형적인 금속층 스트립의 길이보다 훨씬 긴 길이만큼 연장할 수 있다.
전술한 바와 같이, 작은 결정립과 랜덤하게 배향된 입계를 갖는다는 것은 전자 이동 측면에서 바람지하지 못하고, 높은 전류 밀도를 전송하기 위한 상호 연결 라인으로 사용될 때 이들 금속층 스트립(80, 81, 82) 중의 하나 이상에 바람직하지 않게 높은 불량률을 초래할 수도 있다. 집적 회로 장치의 상호 연결 라인은 "맨해튼 형상"(Manhattan geometry)을 가지며, 즉 각각의 상호 연결 라인은 직선이거나 이들 상호 연결 라인의 인접 세그먼트에 대해 단지 90°의 각도로 방향을 바꾼다. 본 발명의 LS 공정은 금속층 스트립의 인접 세그먼트에 대해 90°이외의 각도로 방향을 바꾸거나 금속층 스트립이 곡면 형상을 갖는 경우에 금속층 스트립을 가공하는 데에 동일하게 적용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
도2b에 의하면, 소정의 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스로써 조사된 후의 금속층 스트립(80, 81, 82)이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 조사 빔 펄스는 308㎚의 파장을 갖는 XeCl 엑시머 레이저 빔 펄스이다. 도1a에 의하면, 조사 빔 펄스는 엑시머 레이저(100)에 의해 발생되고, 마스크(150)는 조사 빔 펄스의 소정의 강도 패턴을 형성하는 데에 사용된다. 도2b에 도시된 바와 같이, 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 마스크(150)에 의해 형성되는 바와 같이 복수의 균등 이격된 도트 형 "섀도우 영역"(61)의 각 시리즈를 포함하며, 여기서 각 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 각각의 섀도우 영역(61)에 의해 중첩된 영역들로의 조사를 방지하기 위해 빔 강도는 마스크(150)에 의해 전적으로 차단된다. 제1 조사 빔 펄스의 경우, 각각의 도트형 섀도우 영역(61)은 중심선을 따라 일정한 간격으로 금속층 스트립(80, 81, 82) 중의 각각의 하나와 중첩된다. 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 각각의 섀도우 영역(61)에 의해 중첩되지 않는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모든 영역들과 중첩하고 최대 조사 빔 강도를 갖는 "빔릿"을 또한 구비한다.
금속층 스트립(80, 81, 82)이 마스크(150)에 의해 형성된 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 빔릿에 의해 중첩되는 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82)은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 각각의 섀도우 영역(61)에 의해 중첩되는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 각각은 적어도 부분적으로 미용융 상태로 유지되어 이들이 형성될 때 금속층 스트립(80, 81, 82)의 원래의 결정립 구조를 갖는다. 원 또는 정사각형 등의 임의의 형상을 가질 수도 있는 섀도우 영역(61)은 작은 면적을 갖지만, 주변의 용융된 금속층으로부터의 열 확산이 각각의 섀도우 영역(61)에 의해 중첩된 완전 용융 영역을 초래하지 않는 정도로 충분히 크다. 본 발명에 의하면, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩된 영역들은 적어도 부분적으로는 미용융 상태로 유지되어야 한다. 통상, 엑시머 레이저(110)로부터의 조사 빔 펄스는 10 내지 104 mJ/㎠ 범위의 빔릿 강도와 10 내지 103 ㎱ 범위의 펄스 지속시간과, 10㎐ 내지 104 ㎐ 범위의 펄스 반복율을 제공한다. 도1a의 장치 내의 펄스형 엑시머 레이저(110)에 의해 제공되는 조사 빔 펄스의 에너지 제한을 받기 때문에, 마스크(150)에 의해 형성되는 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 전체 웨이퍼 상의 부분 제작된 전체 집적 회로 장치의 모든 금속 상호 연결 라인, 복수의 부분 제작된 집적 회로 장치의 모든 금속 상호 연결 라인 또는 부분 제작된 모든 집적 회로 장치의 모든 금속 상호 연결 라인을 조사할 수도 있다.
도2c로 돌아가면, 금속층 스트립(80, 81, 82)이 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된 후 금속층 스트립(80, 81, 82)의 용융 영역은 냉각되어 재응고될 수 있다. 적어도 부분적인 미용융 영역(63)이 금속층 스트립(80, 81, 82)의 원래의 결정립 구조를 가지므로, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(63) 내의 이러한 결정립 구조는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 재응고되어 용융된 인접 영역으로 결정립의 측방향 성장을 유도한다. 각 용융 영역의 이러한 재응고 중에, 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 적어도 부분적인 미용융 영역(63)을 막 둘러싼 각각의 재응고 영역(55) 내의 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(63)으로부터 외향으로 성장한다. 각각의 재응고 영역(55)은 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모서리에 의해 그리고 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역(63)으로부터 성장하는 결정립을 갖는 재응고 영역(55) 내에서 적어도 부분적인 미용융 영역(63)으로부터 성장하는 결정립의 인접 부분에 의해 경계가 정해진다. 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역(63)으로부터 성장하는 결정립이 인접하기 전에 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하는 결정립들의 맞닿음 결정립 성장 거리는 빔릿의 폭에 의해 한정되는 바와 같이 용융 영역의 폭의 절반이 된다. 이러한 방법으로, 금속층 스트립(80, 81, 82)의 용융 영역의 재응고가 종료된 후, 큰 결정립(62)이 각각의 재응고 영역(55) 내에 형성된다. 인접 섀도우 영역(61) 사이의 간격은, 금속층 스트립(80, 81, 82)의 용융 영역의 재응고가 종료되기 전에 (즉, 새로운 결정립의 핵 형성이 개재 공간에서 발생하기 전에) 각각의 섀도우 영역(61)에 의해 중첩되는 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(63)으로부터 성장하는 결정립들이 적어도 2개의 적어도 부분적인 미용융 영역(63)으로부터 성장하는 결정립과 인접하도록 설정되어야 한다. 결정립들의 특성 성장 거리는 새로운 결정립의 핵 형성이 발생하기 전에 이 결정립들이 성장하는 거리이다.
적어도 부분적인 미용융 영역(63)으로부터의 결정립의 성장이 금속층 스트립의 모서리에 도달하지 않고/않거나 용융 영역이 완전히 재응고하기 전에 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하는 결정립과 인접하지 않게 될 만큼 상호 연결 라인 세그먼트(80, 81, 82)의 폭이 큰 경우에, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하는 결정립들이 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모서리에 도달하거나 또는 용융 영역의 재응고가 종료되기 전에 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하는 결정립들과 인접하도록 마스크(150)는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 각각의 모서리에 그리고 상호간에 충분히 근접하게 이격된 섀도우 영역의 적절한 배열을 갖는 강도 패턴을 형성해야 한다.
도2d로 돌아가면, 펄스형 조사 빔(164)의 금속층 스트립(80, 81, 82) 상으로 충돌 위치가 바람직하게는 고정되므로, 샘플(40)은 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴 의 섀도우 영역(64)의 각각이 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역(61)의 금속층 스트립 상의 위치에 대해 제1 조사 빔 펄스에 이어 최대 맞닿음 결정립 성장 거리보다 작은 거리만큼 다소 이동하도록 컴퓨터(106)의 제어 하에 샘플 병진 이동 스테이지(180)에 의해 다시 위치 설정된다. 맞닿음 결정립 성장 거리는 하나의 결정립이 동일한 용융 영역 내에서 성장하는 다른 결정립과 인접하기 전에 그리고 용융된 층의 모서리와 인접하기 전에 인접 용융 영역 내의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하는 거리이다. 이러한 방법으로, 각각의 섀도우 영역(64)은 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 형성된 동일한 재응고 영역(55) 내의 다른 영역과 중첩한다. 예컨대, 새로운 섀도우 영역(64)의 위치는 섀도우 영역(61)의 이전 위치로부터 0.01 내지 10㎛ 범위의 거리만큼 이동된다. 이러한 미세한 재위치 설정은 이하에서 "미세 병진 이동"이라 한다. 선택적으로, 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역(64)의 소정의 이동을 얻기 위해 샘플(40) 대신에 마스크(150)가 병진 이동될 수도 있다. 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿이 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿에 대해 이동하더라도, 이동된 빔릿은 각각의 이동된 섀도우 영역(64)에 의해 중첩되지 않은 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모든 영역과 여전히 중첩하고 있다.
도2d에 도시된 바와 같이, 샘플(40)의 상기 미세 병진 이동 후에, 도1a의 장치는 제2 조사 빔 펄스로써 금속층 스트립(80, 81, 82)을 조사하며 그 결과 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 각각의 영역이 그 전체 두께에 걸쳐 용융되며, 각각의 이동된 섀도우 영역(64)에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 유지된다. 적어도 부분적인 미용융 영역의 각각은 각각의 인접 용융 영역과 인접한다. 각각의 이동된 섀도우 영역(64)이 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 대응 섀도우 영역(61)의 각각에 의해 중첩되는 영역과 동일한 재응고 영역(55) 내의 영역과 중첩한다. 예를 들면, 샘플(40)은 반시계 방향으로의 회전 각도를 양(positive)으로 볼 때 X축에 대해 -135도인 -A 방향으로 미세 병진 이동하거나, X축에 대해 45도의 각도인 +A 방향으로 미세 병진 이동할 수 있다.
도2e에 의하면, 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이어지는 용융 영역의 재응고 후의 금속층 스트립(80, 81, 82)이 도시된다. 샘플(40)의 미세 병진 이동 및 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 적어도 부분적인 미용융 영역(65)의 각각이 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 적어도 부분적인 미용융 영역(63)의 각각에 함유된 것보다 작은 개수의 결정립을 함유하고 있으므로, 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 금속층 스트립(80, 81, 82)의 각각의 용융 영역의 재응고시 새로운 재응고 영역(55')들 중의 대응되는 한 영역 내에서 성장할 결정립이 동일하거나 더 많게 될 것이다. 도2e에 도시된 바와 같이, 결정립의 성장은 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모서리에 도달하거나 또는 새로운 재응고 영역(55')을 형성하기 위해 인접한 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(65)으로부터 성장하는 결정립들과 인접하도록 각각의 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(65)으로부터 측방향으로 발생하며, 이 경우 맞닿은 결정립은 각각의 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한다. 도2e에 의하면, 각각의 새로운 재응고 영역(55')은 도2c에 도시된 이전 의 재응고 영역(55)보다 개수가 더 적고 크기가 더 큰 결정립(66)을 갖는다.
도2f에 의하면, 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 용융 영역의 재응고가 종료된 후, 샘플(40)은 제3 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 2회 이동된 섀도우 영역(67)이 각각의 재응고 영역(55) 내의 다른 영역과 각각 중첩하도록 제2 조사 빔 펄스 이후에 최대 맞닿음 결정립 성장 거리보다 작은 거리만큼 임의의 방향으로 펄스형 조사 빔(164)에 대해 미세 병진 이동한다. 도2f에 도시된 실시예에서, 추가 미세 병진 이동의 방향(B)은 X축에 대해 45도의 각도이다. 샘플(40)이 상기 방향으로 미세 병진 이동한 후, 금속층 스트립(80, 81, 82)은 마스크(150)에 의해 형성된 동일한 강도 패턴을 갖는 제3 조사 빔 펄스에 의해 조사되나, 이 경우 섀도우 영역(67)은 각각 2회 이동되었다. 2회 이동된 섀도우 영역(67)은 각각의 이전 섀도우 영역(64)으로부터 제2 조사 빔 펄스 후의 최대 맞닿음 결정립 성장 거리보다 작은 거리만큼, 예컨대 0.01 내지 10㎛ 범위의 거리만큼 이동된다. 비록 제3 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿이 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿에 대해 또한 이동하더라도, 2회 이동된 빔릿은 2회 이동된 섀도우 영역(67)의 각각에 의해 중첩되지 않는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모든 영역과 여전히 중첩된다.
도2g에 의하면, 제3 조사 빔 펄스의 조사 및 용융 영역의 재응고 종료 후의 재응고된 금속층 스트립(80, 81, 82)이 도시된다. 2회 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(71)이 각각 1회 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(65)에 함유된 것보다 작은 개수의 결정립을 함유하고 있기 때문에, 제3 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 금속층 스트립(80, 81, 82)의 각각의 용융 영역의 재응고의 종료시 새로운 재응 고 영역(69)들 중의 대응되는 하나의 영역 내에서 성장할 결정립이 동일하거나 더 적게 될 것이다. 도2g에 도시된 바와 같이, 결정립의 성장은 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모서리에 도달하거나 또는 새로운 재응고 영역(69)을 형성하기 위해 인접한 2회 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(71)으로부터 성장하는 결정립들과 인접하도록 각각의 2회 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(71)으로부터 측방향으로 발생하며, 이 경우 맞닿은 결정립은 각각의 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한다. 도2g에 의하면, 각각의 새로운 재응고 영역(69)은 도2e에 도시된 이전의 재응고 영역(55')보다 개수가 더 적고 크기가 더 큰 결정립(66)을 갖는다.
도2h에 의하면, 제3 조사 빔 펄스의 조사에 이은 각각의 용융 영역의 재응고가 종료된 후, 샘플(40)은 제4 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 3회 이동된 섀도우 영역(63)이 각각의 재응고 영역(69) 내의 다른 영역과 각각 중첩하도록 제3 조사 빔 펄스 이후의 최대 맞닿음 결정립 성장 거리보다 작은 거리만큼 임의의 방향으로 펄스형 조사 빔(164)에 대해 미세 병진 이동한다. 도6h에 도시된 실시예에서, 추가 미세 병진 이동의 방향(C)은 X축에 대해 -135도의 각도이고, 이 추가 미세 병진 이동의 거리는 0.01 내지 10㎛ 범위이다. 샘플(40)이 상기 방향으로 상기 거리만큼 미세 병진 이동한 후, 금속층 스트립(80, 81, 82)은 도2f에 도시된 제3 조사 빔 펄스와 동일한 강도 패턴을 갖는 제4 조사 빔 펄스에 의해 조사되나, 이 경우 섀도우 영역(72)과 빔릿은 금속층 스트립(80, 81, 82)에 대해 각각 3회 이동되었다.
도2i에 의하면, 제4 조사 빔 펄스의 조사 및 각각의 용융 영역의 재응고 종료 후의 재응고된 금속층 스트립(80, 81, 82)이 도시된다. 3회 이동된 적어도 부 분적인 미용융 영역(73)에 의해 중첩되는 적어도 부분적인 미용융 영역(73)(즉, 3회 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역)이 단일 결정립을 각각 함유하고 있기 때문에, 금속층 스트립(80, 81, 82)의 용융 영역의 재응고 종료시 새로운 재응고 영역(70)들 중의 대응되는 하나의 영역 내에서 성장할 결정립이 동일하거나 더 많게 될 것이다. 도2i에 도시된 바와 같이, 결정립의 성장은 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모서리에 도달하거나 또는 새로운 재응고 영역(70)을 형성하기 위해 인접한 3회 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(73)으로부터 성장하는 결정립들과 인접하도록 각각의 3회 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(73)으로부터 측방향으로 발생한다. 도2i에 도시된 바와 같이, 금속층 스트립(80, 81, 82)의 새로운 재응고 영역(70)의 각각은 단일 결정립이고, 각각의 입계는 이 입계 위치에서 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82)에 대해 수직하다. 그러므로, 금속층 스트립(80, 81, 82)이 집적 회로 장치의 상호 연결 라인부이면, 이들 상호 연결 라인부 내에서의 전자 이동은 사실상 감소된다. 도2a 내지 도2i를 참조하여 설명한 바와 같이, 각각의 금속층 스트립 내에 도2i에 도시된 소정의 결정립 구조를 얻기 위해, 금속층 스트립(80, 81, 82)이 많거나 적은 미세 병진이동, 조사 및 재응고 단계를 받게 된다는 것을 알 수 있다.
각각의 금속층 스트립(80, 81, 82) 내에 소정의 결정립 구조를 얻기 위한 전술한 LS 가공의 종료 후, 샘플(40)은 LS 가공용 후속 구역(next section)으로 병진 이동할 수도 있다. (도1a에 도시된) 새로운 마스크(150)는 마스크(150)에 의해 형성되는 바와 같이 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 일련의 섀도우 영역이 각각의 금속 층 스트립의 형상을 따라야 하기 때문에 후속 구역이 금속층 스트립과 다른 구성을 가진다면 LS 가공을 필요로 할 것이다.
본 발명의 제2 실시예에 의한 방법을 도3a 내지 도3e를 참조하여 설명한다. 명확히 하기 위해, 도2a 내지 도2i에 도시된 바와 같이 제1 실시예를 설명하기 위해 사용된 금속층 스트립(80, 81, 82)의 동일 구성을 본 실시예를 설명하는 데에 사용한다. 제1 실시예에서와 같이, 도3a에 도시된 금속층 스트립(80, 81, 82)은 예컨대 구리로 형성되고, 초기에는 작은 결정립과 랜덤하게 배향되는 입계를 갖는다. 각각의 금속층 스트립은 통상 0.1㎛ 내지 10㎛ 범위의 폭과 통상 0.1㎛ 이하 내지 10㎛ 범위의 두께를 갖는다.
도3b에 의하면, 금속층 스트립(80, 81, 82)은 (도1a에 도시된) 마스크(150)에 의해 형성되는 바와 같이 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82)의 동일한 소정의 형상을 각각 갖는 상대적으로 폭이 좁은 3개의 스트라이프형 섀도우 영역(83)을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 이 섀도우 영역(83) 외에, 마스크(150)에 의해 형성되는 바와 같이 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 섀도우 영역(72)에 의해 중첩되지 않는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모든 영역과 중첩하는 빔릿을 또한 구비한다. 효과적으로는, 섀도우 영역(83)의 폭은 0.01 내지 5㎛ 범위이다. 처음에, 이 샘플(40)은 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역(72)은 각 금속층 스트립의 중심선을 따라 각 금속층 스트립(80, 81, 82)과 중첩된다. 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 빔릿에 의해 중첩되는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 각 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에 각각의 섀도우 영역(72)에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 유지된다. 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역(83)은 각 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 용융 영역(85, 86)으로부터의 열 확산이 각 섀도우 영역(83)에 의해 중첩되는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 영역들을 현저히 용융시키지 않는다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에, 각 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 적어도 부분적으로 용융되지 않는 영역(84)은 LS 가공 전의 금속층 스트립의 원래의 결정립 구조를 가질 것이다.
도3c에 의하면, 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 각 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 용융 영역(85, 86)의 냉각 및 재응고시, 결정립의 측방향 성장은 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 적어도 부분적인 미용융 영역(84)의 각각으로부터 각 금속층 스트립의 모서리를 향해 외향으로 발생한다. 이러한 방법으로, 재응고 영역(87, 88)은 금속층 스트립에 대해 보다 큰 각도로 배향된 입계를 갖는 보다 큰 금속 결정립의 각각의 행(73, 74; row)을 각각 구비하는 상태로 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82) 내에 형성된다.
도3d에 의하면, 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이어 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82) 내에서의 용융 영역(85, 86)의 재응고의 종료 후에, 샘플(40)이 X축에 대해 -135도의 각도로 -A 방향으로 미세 병진 이동하거나 또는 (도1a에 도시된) 마스크(150)가 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 각각의 상부 행의 결정립(73)과 중첩하도록 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역(76)을 이동시키기 위해 X축에 대해 45도 각도의 A 방향으로 미세 병진 이동한다. 샘플(40) 이나 마스크(150) 중의 하나 또는 이들 모두는 제2 조사 빔 펄스의 섀도우 영역(76)이 각 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 하부 행의 각각의 결정립(74)과 중첩하도록 미세 병진 이동된다. 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿이 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿에 대해 이동하더라도, 이동된 빔릿은 각각의 이동된 섀도우 영역(76)에 의해 중첩되지 않는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모든 영역과 여전히 중첩하고 있다. 섀도우 영역(76) 및 빔릿의 이동을 제외하고는, 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일하다.
샘플(40) 또는 마스크(150)의 미세 병진 이동 후, 금속층 스트립(80, 81, 82)은 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사되며, 그 결과 이동된 빔릿에 의해 중첩되지 않는 금속층 스트립(80, 81, 82)의 각각의 영역은 그 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 각각의 이동된 섀도우 영역(76)에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 유지된다. 적어도 부분적인 미용융 영역의 각각은 인접 용융 영역과 인접한다. 적어도 부분적인 미용융 영역은 원래의 금속층 스트립(80, 81, 82)의 결정립 및 입계보다 더 크고 입계가 금속층 스트립에 대해 보다 큰 각도를 형성하는 결정립을 함유하기 때문에, 각 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 용융 영역(77, 78)의 재응고시 상기의 큰 결정립은 각각의 금속층 스트립이 도3e에 도식적으로 도시된 바와 같이 입계의 각 위치에서 금속층 스트립에 대해 보다 큰 각도(즉, 90°에 근접하는 각도)로 배향되는 입계를 갖는 보다 큰 결정립을 가지도록 적어도 부분적인 미용융 영역(85)으로부터 금속층 스트립(80, 81, 82)의 모서리를 향해 각각의 방향으로 측방향으로 결정립의 성장을 유도한다.
제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이어 용융 영역(77, 78)의 재응고 후, 적절한 방향으로 샘플(40) 또는 마스크(150)의 미세 병진 이동의 추가 반복과 추가 조사 빔 펄스와 금속층 스트립의 각각의 용융 영역의 재응고는 각각의 금속층 스트립(80, 81, 82) 내의 결정립의 수를 감소시키면서 입계를 상기 입계의 각각의 위치에서 금속층 스트립에 대해 보다 큰 각도로 보다 일관되게 배향시키도록 하기 위해서 수행될 수도 있다. 전술한 실시예에서, 각각의 조사 빔 펄스는 10 내지 104 mJ/㎠ 범위의 빔릿 강도와 10 내지 103 ㎱ 범위의 펄스 지속시간(FWHM)과 10 내지 104 ㎐ 범위의 펄스 반복율을 통상적으로 갖는다.
도3a 내지 도3e를 참조하여 전술한 바와 같이, 금속층 스트립(80, 81, 82)의 LS 가공의 종료 후, 샘플(40)은 LS 가공을 위한 금속층 스트립의 후속 구역으로 병진 이동될 수도 있다. 이 후속 구역이 도3a 내지 도3e에 도시된 것과는 다른 구성을 갖는 금속층 스트립을 갖는다면, 후속 구역의 금속층 스트립의 각각의 소정 형상을 따르는 섀도우 영역을 형성하는 상이한 마스크(150)가 이용되어야 한다. 전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 LS 가공을 위해 필요로 하는 마스크는 종래의 포토리소그래피 또는 에칭에 의해서와 같이 금속층 스트립을 형성하기 위해 금속층을 패터닝하는 데에 사용되는 마스크로부터 유도하는 것이 효과적이다.
도4a 내지 도4c에 의하면, 기판(50), 확산 장벽층(51) 및 금속층(52)을 갖는 샘플(40)의 다양한 도면들이 도시되어 있다. 기판(50)은 확산 장벽층(51)을 따라 정렬되고 이어서 확산 장벽층(51) 위로 얇은 금속층(52)으로써 충전되거나 덮이게 되는 리세스 또는 홈(105)을 구비한다. 도1b에 도시된 샘플의 경우에서와 같이, 확산 장벽층(51)은 금속층(52)이 증착되는 하부 기판(50) 내로 금속층(52)이 확산되는 것을 방지하고 금속층(52) 내의 결정립의 측방향 성장(그러나, 유도는 아님)을 허용하는 임의의 적절한 재료의 얇은 층으로 구성될 수도 있다. 금속층(52)은 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 백금 또는 금과 같은 임의의 단원소 금속, 함성 금속 또는 합금으로 구성될 수도 있다. 전술한 (또는 설명될) 본 발명에 의한 방법 및 장치는 결정립의 형태 및 크기를 제어하기 위해 그리고 금속층(52) 내의 입계의 방향 및 배치를 제어하기 위해 도4a 내지 도4c에 도시된 바와 같이 샘플(40) 상의 금속층(52)의 LS 가공을 위해 사용될 수도 있다. 샘플(40)은 전체 웨이퍼 상의 부분 제작된 집적 회로 장치, 복수의 부분 제작된 집적 회로 장치, 또는 모든 부분 제작된 집적 회로 장치일 수도 있다.
도5에 의하면, 제1 및 제2 실시예와 후술하는 전형적인 다른 실시예에 개시된 바와 같은 결정립의 형태 및 크기와 금속층 내의 입계의 위치 및 배치를 제어하기 위해 본 발명에 의한 LS 가공을 위해 컴퓨터(106)(또는 다른 제어 장치)를 이용하여 수행되는 전형적인 단계의 흐름도를 도시하고 있다. 이 흐름도에 도시된 바와 같이, 단계 1000에서, 조사 빔 소스(110), 빔 에너지 밀도 변조기(120), 빔 감쇠기(130) 및 셔터(152)와 같은 도1a의 장치의 하드웨어 요소는 컴퓨터(106)에 의해 적어도 부분적으로 먼저 초기화된다. 샘플(40)은 단계 1005에서 샘플 병진 이동 스테이지(180) 상에 장착된다. 이러한 장착은 컴퓨터(106)의 제어 하에 공지된 샘플 장착 장치를 이용하여 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다는 것을 명심해야 한다. 다음으로, 바람직하게는 컴퓨터(106)의 제어 하에 샘플 병진 이동 스테이지(180)가 단계 1010에서 초기 위치로 이동된다. 시스템의 다양한 다른 광학 요소들은 필요하다면 적절한 초점 및 정렬 상태를 조절하기 위해 수동으로 또는 컴퓨터(106)의 제어 하에 조절된다. 조사 빔 펄스는 단계 1020에서 소정의 강도, 펄스 지속시간 및 펄스 반복율로 안정화된다. 단계 1024에서, 각 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 각각의 빔릿이 강도 패턴의 섀도우 영역에 중첩되는 인접 영역을 사실상 용융시키지 않고서도 각각의 빔릿에 의해 중첩된 금속층(50)의 각각의 영역을 그 전체 두께에 걸쳐 용융시키기에 충분한 강도를 갖는지가 판단된다. 만약 과소 용융(under-melting) 또는 과다 용융(over-melting)이 발생한다면, 감쇠기(130)는 각각의 조사 빔 펄스가 인접한 조사되지 않은 영역을 과다 용융시키지 않고서도 조사된 영역 내의 금속층을 완전히 용융시키기에 충분한 에너지를 갖도록 조절된다.
단계 1030에서, 샘플은 샘플(40)의 금속층(52)과 적절히 정렬된 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스로써 조사된다. 단계 1032에서, 이 샘플은 후속 조사 빔 펄스에 의해 조사되기 전에 후속 조사 빔 펄스의 강도 패턴을 소정의 방향으로 소정의 거리만큼 이동시키도록 미세 병진 이동한다.
단계 1035에서, 샘플(40)이 소정 회수의 미세 병진 이동을 수행하였는지를 판단함으로써 금속층(52) 또는 이의 특정 구역의 LS 가공이 종료되었는 지가 판단된다. 샘플(40)이 소정 회수의 미세 병진 이동을 수행하지 않았다면, 이 공정은 소정의 방향으로 소정의 거리만큼 후속 조사 빔 펄스의 강도 패턴을 이동시키기 위한 추가 미세 병진 이동과 후속 조사 빔 펄스에 의한 조사를 수행하기 위해 단계 1032로 돌아가게 된다. 이 샘플이 소정 회수의 미세 병진 이동을 수행하였다면, 본 공정은 단계 1045로 진행한다. 단계 1045에서, LS 가공을 위한 금속층의 다른 구역들이 존재하는 지가 판단된다. 가공될 구역들이 남아 있다면, 단계 1050에서 이 샘플은 LS 가공을 위해 후속 구역으로 병진 이동하게 된다. LS 가공을 위한 샘플의 더 이상의 구역이 없다면, 이 공정은 끝나게 된다.
도6a 내지 도6e에 의하면, 본 발명의 제3 실시예에 의한 방법에 따른 LS 가공의 다양한 스테이지에서의 금속층의 조사 빔 펄스 강도 패턴과 금속층의 입계가 도시되어 있다. 도6a에 도시된 바와 같이, 샘플(40)의 금속층(52)은 (도1a에 도시된) 마스크(150)에 의해 형성되는 바와 같이 상대적으로 작은 도트형 섀도우 영역(1200)의 소정의 규칙적 배열을 포함하는 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 예컨대 구리로 제조된 금속층(52)은 하나 이상의 부분 제작된 집적 회로 장치 상에 증착된 금속층 또는 금속층이 이 집적 회로 장치의 상호 연결 라인으로 패터닝되기 전의 복수의 부분 제작된 집적 회로 장치를 갖는 웨이퍼일 수도 있다.
도6a를 참조하면, 상호 직교하는 대각선 라인의 각각의 상호 연결부에 위치하는 도트형 섀도우 영역(1200)의 배열 외에, 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 금속층(52)의 모든 영역 또는 섀도우 영역(1200)에 의해 중첩되지 않는 금속층의 전체 구역과 중첩되는 빔릿을 구비한다. 이 금속층이 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 빔릿에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각각의 영역은 그 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역(1200)에 의해 중첩되는 금속층의 각각의 영역은 적어 도 부분적인 미용융 상태로 유지된다. 섀도우 영역(1200)은 금속층(52)의 용융 영역으로부터의 열 확산이 섀도우 영역(1200)에 의해 중첩된 금속층(52)의 영역의 실질적인 용융을 초래하지 않도록 충분히 크다. 따라서, 도6b에 도시된 적어도 부분적인 미용융 영역(1201)은 원래 형성된 바와 같은 금속층(52)의 결정립 구조를 각각 갖는다. 도트형 섀도우 영역(1200)은 원형, 정사각형 또는 육각형 등과 같은 임의의 형태를 가질 수도 있다. 효과적으로는, 도트형 섀도우 영역(1200)은 원형이고 1 내지 10㎛ 범위의 직경 및 2 내지 100㎛의 최소 인접 간격을 갖는다.
도6b에 의하면, 용융 영역이 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후 재응고됨에 따른 금속층(52)의 용융 영역 및 적어도 부분적인 미용융 영역이 도시되어 있다. 각 용융 영역의 재응고 중에, 맞닿은 결정립이 특성 성장 거리만큼 성장된 후 적어도 부분적인 미용융 영역(1201)으로부터 성장한 다른 결정립들과 인접하게 될 때까지 이 결정립들은 적어도 부분적인 미용융 영역(1201)의 각각으로부터 측방향으로 성장하고, 맞닿음 입계에 의해 형성된 대략 정사각형 형태의 재응고 영역(1220)이 형성된다. 맞닿은 결정립의 각각의 맞닿음 결정립 성장 거리는 섀도우 영역(1200)의 피치(즉, 최소 인접 간격)에 의해 한정된다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후 금속층(52)의 각각의 용융 영역의 재응고 종료 후에, 각각의 재응고 영역(1220)은 원래 형성된 금속층(52)보다 작은 개수의 크기가 더 큰 결정립을 갖는다.
도6c에 의하면, 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이어 금속층(52)의 각각의 용융 영역의 재응고 종료 후에, 금속층(52)을 갖는 샘플(40)은 임의의 방향으로 특성 성장 거리보다 작은 거리만큼 미세 병진 이동하고, 그 결과 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역(1240)은 각각의 제1 재응고 영역(1220) 내의 다른 영역과 중첩하도록 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 대응 섀도우 영역(1200)에 대해 이동된다. 도6c의 예에 있어서, 샘플(40)은 X축에 대해 -135도의 각도를 이루는 A 방향으로 (제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 맞닿음 결정립 성장 거리보다 작은) 수 미크론만큼 미세 병진 이동된다. 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿이 금속층(52)에 대해 이동하더라도, 이동된 빔릿은 이동된 섀도우 영역(1240)에 의해 중첩되지 않는 금속층(52)의 모든 영역과 중첩된다.
샘플(40)의 미세 병진 이동 후, 금속층(52)은 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각각의 영역이 그 전체 두께에 걸쳐 용융되고 각각의 이동된 섀도우 영역(1240)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각각의 영역이 적어도 부분적인 미용융 상태로 유지되도록 제2 조사 빔 펄스로써 조사된다. 금속층(52)의 미세 병진 이동은 도6d에 도시된 적어도 부분적인 미용융 영역(1241)이 제1 조사 빔 펄스의 조사 후 적어도 부분적인 미용융 영역(1201)보다 작은 개수의 결정립을 포함하게 한다. 샘플(40)의 미세 병진 이동 대신에, 샘플(40)이 정지 상태를 유지하면서 (도1a에 도시된) 마스크(150)를 미세 병진 이동시킴으로써 이동된 섀도우 영역(1240)을 갖는 제2 조사 빔 펄스의 동일한 강도 패턴을 얻을 수도 있다. 섀도우 영역(1240) 및 빔릿의 이동을 제외하고는, 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일하다.
도6d에 의하면, 금속층(52)의 용융 영역의 재응고시, 맞닿은 결정립들이 특성 성장 거리만큼 성장한 후 결정립들이 각각의 이동된 적어도 부분적인 미용융 영 역(1241)으로부터 성장하는 다른 결정립들과 맞닿을 때까지 각각의 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(1241)으로부터 외향으로 성장할 것이고, 각각의 제2 맞닿음 입계에 의해 한정된 대략 정사각형 형태의 제2 재응고 영역(1250)이 형성된다. 도6d 및 도6b를 비교하면, 제2 조사 빔 펄스의 조사에 이은 재응고의 종료 후의 금속층(52)은 제1 조사 빔 펄스의 조사에 이은 재응고 후의 금속층보다 개수가 적고 크기가 큰 결정립들을 갖는다.
도6e에 의하면, 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고 종료 후, 샘플(40)은 특성 성장 거리보다 작은 거리만큼 임의의 방향으로 미세 병진 이동하고, 그 결과 제3 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역(1250)은 각각의 제2 재응고 영역 내의 다른 영역과 중첩하도록 특성 성장 거리보다 작은 거리만큼 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 각각의 대응 섀도우 영역(1240)에 대해 이동된다. 도6e의 예에서, 샘플(40)은 X축에 대해 45도의 각도를 이루는 -B 방향으로 1 내지 100㎛ 범위의 거리만큼 미세 병진 이동한다. 제3 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿이 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿에 대해 이동하더라도, 2회 이동된 빔릿은 이동된 섀도우 영역(1250)에 의해 중첩되지 않는 금속층(52)의 모든 영역과 여전히 중첩된다. 금속층(52)은 제3 조사 빔 펄스로써 조사되고, 그 결과 2회 이동된 빔릿(1250)에 의해 중첩되는 각각의 금속층(52)은 그 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에 각각의 2회 이동된 섀도우 영역(1250)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태를 유지한다. 금속층(52)의 각각의 용융 영역의 재응고시, 결정립들은 인접한 2회 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 외향으로 성장하는 다른 결정립들과 맞닿을 때까지 도6f에 도시된 각각의 2회 이동된 적어도 부분적인 미용융 영역(1251)으로부터 외향으로 성장할 것이고, 제3 맞닿음 입계에 의해 한정된 대략 정사각형 형태의 제3 재응고 영역(1260)이 형성된다. 샘플(40)의 미세 병진 이동은 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1251)이 단일 결정립만을 함유하게 하므로, 각각의 제3 재응고 영역(1260)은 단일 결정립만을 갖는다. 샘플(40)의 미세 병진 이동 대신에, 샘플(40)이 정지 상태를 유지하면서 (도1a에 도시된) 마스크(150)를 미세 병진 이동시킴으로써 2회 이동된 섀도우 영역(1250)(및 빔릿)을 갖는 제3 조사 빔 펄스의 동일한 강도 패턴을 얻을 수도 있다. 통상, 조사 빔 펄스는 10 내지 104 mJ/㎠ 범위의 빔릿 강도와 10 내지 103 ㎱ 범위의 펄스 지속시간(FWHM)과 10 내지 104 ㎐ 범위의 펄스 반복율을 갖는다.
도6f에 도시된 LS 가공된 금속층(52)이 집적 회로 장치의 상호 연결 라인을 형성하도록 패터닝되면, 전자 이동을 최소화하기 위해 전류 흐름 방향이 재응고 영역(1260)의 제3 맞닿음 입계에 사실상 수직하도록 상호 연결 라인을 형성하는 것이 효과적이다.
마스크(150)에 의해 형성되는 바와 같이 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역의 배열은 도6a 내지 도6f에 도시된 구성을 가질 필요는 없지만 재응고 영역이 각각 대응되게 다른 형태를 갖는 경우에는 다른 구성을 갖는 배열이 될 수도 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다. 더욱이, 단일 결정립만을 각각 갖는 재응고 영역을 얻기 위해 추가 조사 빔 펄스에 의한 금속층(52)의 조사와 금속층의 각각의 용융 영역의 재응고에 각각 이어지는 샘플(40)의 추가 미세 병진 이동이 필요할 수도 있다.
도7a 내지 도7h에 의하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 방법에 의한 금속층의 LS 가공의 다양한 스테이지에서의 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 금속층 결정립 구조가 도시되어 있다. 도7a에 있어서, 샘플(40) 상에 예컨대 구리로 형성된 금속층(52)은 (도1a에 도시된) 마스크(150)에 의해 형성되는 바와 같이 각각이 반복되는 셰브런의 형태(즉, 톱니 형태)를 갖는 복수의 균등 이격된 빔릿(1300)과 각각이 인접 빔릿(1300)들 사이에 배치되고 각각의 인접 빔릿들과 인접하는 복수의 섀도우 영역(1300)을 구비하는 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스로써 조사된다. 반복 셰브런 형태의 인접 빔릿(1300)은 각각의 반복 셰브런 형태의 빔릿(1300)의 하향 정점이 반복 셰브런 형태의 인접 빔릿(1300)의 각각의 상향 정점과 Y축 방향으로 정렬되고 각각의 반복 셰브런 형태의 빔릿(1300)의 상향 정점이 반복 셰브런 형태의 인접 빔릿(1300)의 각각의 하향 정점과 Y축 방향으로 정렬되도록 서로에 대해 엇갈리게 배치된다. 각각의 빔릿(1300)은 각각의 빔릿(1300)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각 영역이 그 전체 두께에 걸쳐 용융되고 각각의 섀도우 영역(1301)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각 영역이 적어도 부분적인 미용융 상태를 유지하도록 충분한 강도를 갖는다. 반복 셰브런 형태의 빔릿(1300)의 폭(W)은 바람직하게는 1 내지 10㎛ 범위이고, 인접 빔릿(1300) 사이의 최소 분리 거리(D)는 바람직하게는 1 내지 103㎛ 범위이다.
도7b에 의하면, 제1 조사 빔 펄스의 조사에 이어, 금속층(52)의 용융 영역은 냉각 및 재응고될 수 있다. 각 용융 영역의 재응고 중에, 서로를 향해 반대 방향으로 성장하는 결정립(1315, 1316)의 행이 제1 재응고 영역(1310)을 형성하기 위해 각 용융 영역의 대략 중심선을 따라 연장하는 각각의 제1 맞닿음 입계(1325)를 따라 서로 인접하게 될 때까지 용융 영역의 대향 입계로부터 측방향으로 성장한다. 이러한 방법으로, 각각의 제1 재응고 영역(1310)은 상향(+Y축 방향)으로 성장된 행의 결정립(1315)과 하향(-Y축 방향)으로 성장된 행의 결정립(1316)을 가지며, 이 결정립들은 맞닿음 결정립들이 빔릿 및 섀도우 영역들에 의해 한정되는 맞닿음 결정립 성장 거리(d)만큼 성장한 후 서로 인접하게 된다. 각각의 제1 재응고 영역(1310)에 있어서, 상향 성장한 행의 결정립(1315)의 각각의 상향 정점에 상대적으로 큰 단일 결정립(1317)이 그리고 하향 성장한 행의 결정립(1316)의 각각의 하향 정점에 상대적으로 큰 단일 결정립(1318)이 있게 된다.
금속층(52)의 각각의 용융 영역의 재응고 종료 후에, 샘플(40)은 제2 조사 빔 펄스의 빔릿(1319)과 섀도우 영역(1326)이 제1 조사 빔 펄스의 빔릿(1300)과 섀도우 영역(1301)에 대해 이동되어 각각의 이동된 빔릿(1319)이 각각의 재응고 영역(1310) 내의 상향 성장된 행의 결정립(1315)의 일부와 중첩되도록 수직 방향(즉, -Y방향)으로 하향 미세 병진 이동된다. 특히, 제2 조사 빔 펄스의 (각각의 인접 빔릿(1319)들 사이에서 맞닿는) 빔릿(1319)과 섀도우 영역(1326)은 맞닿음 결정립 성장 거리(d)보다 작은 거리만큼 이동된다. 이동된 빔릿(1319)은 도7b에서 점선으로 표시된다. 빔릿과 섀도우 영역의 동일한 이동은 샘플(40)을 미세 병진 이 동시키는 대신에 (도1a에 도시된) 마스크(150)를 미세 병진 이동시킴으로써 달성될 수도 있다는 것을 알 수 있다.
도7c에 의하면, 금속층(52)이 제2 조사 빔 펄스로써 조사될 때, 각각의 이동된 빔릿(1319)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각각의 영역(1322)은 그 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에 각각의 섀도우 영역(1326)에 의해 중첩되는 각각의 영역(1327)은 적어도 부분적인 미용융 상태를 유지한다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역과 인접하게 된다. 특히, 단일 결정립 영역(1317)의 부분들을 포함하여, 이동된 섀도우 영역(1326)에 중첩되는 제1 재응고 영역(1310)의 상향 성장된 행의 결정립(1315)의 일부분들은 적어도 부분적인 미용융 상태를 유지한다.
도7d에 의하면, 제2 조사 빔 펄스에 의한 금속층(52)으로의 조사 후에, 금속층(52)의 각각의 용융 영역(1322)은 제2 재응고 영역(1320)을 형성하기 위해 냉각 및 재응고될 수 있다. 각각의 제2 재응고 영역(1320)은 상향 성장된 행의 결정립(1315)과 하향 성장된 행의 결정립(1316)을 가지며, 이 결정립들은 대략 제2 재응고 영역(1320)의 중심선을 따라 연장하는 각각의 제2 맞닿음 입계(1328)를 따라 상호 맞닿게 된다. 결정립이 맞닿음 결정립 성장 거리(d)만큼 성장한 후 상향 성장된 결정립(1315)과 하향 성장된 결정립(1316)이 맞닿게 된다. 각각의 제2 재응고 영역(1320) 내의 상향 성장된 행의 결정립(1315)의 성장이 제1 재응고 영역(1310) 내의 하향 성장된 행의 결정립(1315)의 적어도 부분적인 미용융 부분에 의해 유도되기 때문에, 상향 성장된 결정립(1315)은 그 크기가 크게 된다. 특히, 각각의 제2 재응고 영역(1320) 내의 상향 성장된 행의 결정립의 상향 정점에서의 단일 결정립 영역(1317)은 그 크기가 증가하게 된다.
도7d에 의하면, 제2 재응고 영역(1320) 내에서의 결정립의 성장이 종료된 후, (도1a에 도시된) 샘플(40)은 제3 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿(1329)과 (인접 빔릿(1329)의 사이에서 이들에 인접하는) 섀도우 영역(1330)의 각각이 특성 성장 거리보다 작은 거리만큼 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿(1319)과 섀도우 영역(1326)에 대해 이동하여 2회 이동된 빔릿(1329)이 제2 재응고 영역(1320) 내의 상향 성장된 행의 결정립(1315)의 각 부분과 중첩되도록 하향 수직 방향(즉, -Y방향)으로 다시 미세 병진 이동된다. 이러한 미세 병진 이동 후에, 각각의 2회 이동된 빔릿(1329)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각 영역이 그 전체 길이에 걸쳐 용융되고 제2 재응고 영역(1320) 내의 상향 성장된 행의 결정립(1315)의 각 부분과 함께 각각의 2회 이동된 섀도우 영역(1330)에 의해 중첩되는 금속층의 각 영역이 적어도 부분적인 미용융 상태를 유지하도록 (도1a에 도시된) 금속층(52)은 제3 조사 빔 펄스로써 조사된다. 제3 조사 빔 펄스에 의한 금속층(52)의 조사 후, 용융 영역은 각각이 상향 및 하향 성장된 결정립의 행을 갖는 (도시되지 않은) 제3 재응고 영역을 형성하도록 냉각 및 재응고될 수 있다. (도시되지 않은) 각각의 제3 재응고 영역에 있어서, 상향 성장된 결정립은 그 크기가 크게 되고 상향 성장된 행의 결정립의 상향 정점에서 단일 결정립 영역을 포함한다.
도7e에 의하면, 전술한 방법으로 다수의 미세 병진 이동, 조사 및 재응고 후에, 상향 성장된 결정립의 각 행의 각각의 상향 정점에서의 단일 결정립 영역(1317)은 그 크기가 계속 성장하여 수평하게(즉, +X 및 -X방향으로) 인접한 단일 결정립 영역(1317)과 인접하기 시작한다. 또한, 각각의 재응고 영역 내의 각각의 단일 결정립 영역(1317)은 바로 위의 수직방향(즉, +Y방향)의 재응고 영역으로 연장한다. 도7e에 도시된 바와 같이, 재응고가 종료된 후, 샘플은 전술한 방법으로 하향 수직 방향(즉, -Y방향)으로 미세 병진 이동되고, 점선으로 도시되는 후속 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 이동된 빔릿(1324)은 도7e에 도시된 방법으로 단일 결정립 영역(1317)과 다른 영역의 각 부분과 중첩된다.
도7f에 의하면, 후속 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에, 각각의 이동된 빔릿(1324)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각 영역(1331)은 그 전체 두께에 걸쳐 용융되고, (각각의 인접한 이동된 빔릿(1324)의 사이에서 이들과 맞닿는) 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태를 유지한다. 각각의 용융 영역(1331)의 재응고시, 도7g에 도시된 바와 같이, 단일 결정립 영역(1317)은 긴 맞닿음 입계(1321) 위로 인접한 단일 결정립 영역(1317)과 수평하게 인접하기 위해 훨씬 길게 성장한다. 더욱이, 각각의 단일 결정립 영역(1317)은 수직 인접 방향(즉, +Y방향)으로 단일 결정립 영역(1317)에 더 근접하게 연장한다.
도7h에 의하면, 상기의 방법으로 다수의 미세 병진 이동, 조사 및 재응고가 종료된 후, 각각의 단일 결정립 영역(1317)은 2개의 수직 인접한 (즉, +Y방향) 단일 결정립 영역(1317)과 맞닿도록 성장한다. 각각의 단일 결정립 영역(1317)이 수직 인접한 단일 결정립 영역(1317)과 완전히 맞닿도록 성장한 때, 전술한 방법으로 가공된 금속층(52)은 도7h에 도시된 바와 같이 각각이 일반적으로 육각형 형태를 갖는 완전히 맞닿은 단일 결정립 영역(1317)으로 구성된다.
효과적으로는, 전술한 실시예에 있어서, 각각의 조사 빔 펄스는 10 내지 103 ㎱ 범위의 펄스 지속시간(FWHM)과 10 내지 103 ㎐ 범위의 펄스 반복율을 갖는 10 내지 104 mJ/㎠ 범위의 빔릿 강도와 통상적으로 갖는다.
(도1a에 도시된) 금속층(52)이 패터닝되는 경우, 이는 집적 회로 장치용 상호 연결 라인을 형성하기 위해 또는 다른 적용예를 위한 패터닝된 금속층을 형성하기 위해 종래의 포토리소그래피 또는 에칭에 의한 패터닝과 같은 전술한 LS 가공 후에 패터닝되는 것이 효과적이다. 전술한 바와 같이, 금속층(52)을 갖는 샘플(40)을 미세 병진 이동시키는 대신, 도시되지 않은 종래의 마스크 병진 이동 스테이지를 이용하여 (도1a에 도시된) 마스크(150)를 미세 병진 이동시킴으로써 이전 조사 빔 펄스의 강도 패턴에 대한 후속 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 이동이 달성될 수도 있다. 또한, 이전 조사 빔 펄스에 의한 각각의 조사 및 금속층의 각 영역의 재응고 이후 이전 조사 빔 펄스의 강도 패턴에 대해 후속 조사 빔 펄스의 강도 패턴을 수직 방향(즉, +Y방향)으로 이동시키기 위해 샘플(40)이나 마스크(150)를 미세 병진 이동시키는 대신에, 각각의 조사 및 재응고 이후 이전 조사 빔 펄스의 강도 패턴에 대해 후속 조사 빔 펄스의 강도 패턴을 하향 방향(즉, -Y방향)으로 이동시키기 위해 샘플(40) 또는 마스크(150)를 미세 병진 이동시킴으로써 도7h에 도시된 것과 동일한 결과가 얻어질 수도 있다.
도1a를 참조하면, LS 가공이 구역별 단위로 금속층(52) 상에서 수행되는 경우, 전술한 방식으로 LS 가공이 금속층(52)의 구역 상에서 완료된 후에, 샘플(40)은 상기 예시 실시예에 따른 LS 가공을 위하여 금속층(52)의 다음 구역으로 병진 이동될 수 있다.
도8a 내지 도8d를 참조하면, 본 발명의 방법의 제5 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 스테이지들에서의 조사 빔 펄스 강도 패턴 및 금속층 결정립 구조가 도시되어 있다. 금속층(52)은 예컨대 구리(Cu)로 형성된다. 도8a에 도시된 바와 같이, 마스크(150)(도1a에 도시됨)에 의해 한정된 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 ±Y방향을 따라 각각 연장되고 규칙적으로 이격되며 비교적 좁은 직선 스트라이프형인 복수개의 섀도우 영역(1401)과, ±Y방향을 따라 각각 연장되고 규칙적으로 이격되며 비교적 넓은 직선 스트라이프형인 복수개의 빔릿(1400)으로 구성된다. 각각의 빔릿은 각각의 인접한 섀도우 영역(1401)들 사이에서 이들에 인접하여 위치된다. 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은, 영역의 전체 두께에 걸쳐 빔릿에 의해 중첩되는 각각의 금속층 영역을 용융시키도록 조사 빔 펄스가 각각의 빔릿(1400)에 충분한 강도를 제공하여야 한다는 제한 및 가공될 금속층(52)의 면적을 전제 조건으로 하여, ±Y방향으로 임의의 길이를 갖는 임의의 개수의 섀도우 영역(1401) 및 빔릿(1400)을 가질 수 있다. 양호하게는, 각각의 섀도우 영역(1401)은 1 내지 10㎛ 미만의 작은 폭 치수를 가지며, 각각의 빔릿(1400)은 1 내지 103㎛의 작은 폭 치수를 갖는다. 금속층(52)이 이러한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사 될 때, 각각의 빔릿(1400)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각각의 영역(1402)은 두께 전체에 걸쳐 용융되는 반면에, 각각의 섀도우 영역(1401)에 의해 중첩되는 금속층(1403)의 각각의 영역(1403)은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 적어도 부분적인 미용융 영역(1403)은 각각의 부근의 용융 영역(1402)에 인접한다. 적어도 부분적인 미용융 영역(1403)에서의 금속층은 최초에 형성된 바와 같이 금속층의 임의로 배향된 입계를 갖는 비교적 작은 결정립들을 갖는다.
도8b에 도시된 바와 같이, 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 이후에, 금속층(52)의 용융 영역(1402)(도8a에 도시됨)은 냉각 및 재응고되게 된다. 각각의 용융 영역(1402)의 재응고 동안에, 결정립들은 각각의 인접한 용융 영역(1402)에서 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1403)으로부터 성장하며, 각각의 용융 영역(1402)에서 결정립들은 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역(1403)으로부터 서로를 향해 대향 방향들로 성장하여 각각의 용융 영역(1402)의 중심선을 따라 위치된 제1 맞닿음 입계(1407)들 중 해당 입계를 따라 서로 맞닿아서 재응고 영역(1404)을 형성한다. 각각의 재응고 영역(1404)은 수평(즉, ± X방향)으로 연장되는 결정립들의 2개의 열(1405, 1406)을 가지며, 이 열들은 빔릿의 폭의 대략 절반인 맞닿음 결정립 성장 거리(d)만큼 성장된 후에 서로 맞닿는다. 금속층(52)의 각각의 용융 영역(1402)의 재응고가 완료된 후에, 금속층(52)은 제1 조사 빔 펄스와 동일한 강도 패턴을 갖는 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사되지만, 이 경우 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역 및 빔릿은 X방향으로의 샘플(40)(도1a에 도시됨)의 미세 병진 이동 또는 마스크(150)(도1a에 도시됨)의 미세 병진 이동에 의해 섀도우 영역(1401)(도8a에 도시됨)의 폭과 적어도 동일한 거리만큼 X방향으로 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역 및 빔릿에 대하여 이동되어 있다. 본 실시예에서, 샘플(40)은 이동된 섀도우 영역(1408)(도8b에서 점선으로 도시됨)이 각각의 응고 영역(1404) 내에서 큰 결정립을 갖는 해당 영역들과 중첩되도록 섀도우 영역(1401)의 폭과 적어도 동일한 거리만큼 X방향으로 미세 병진 이동된다. 각각의 이동된 섀도우 영역(1408)은 각각의 재응고 영역(1404)에서 제1 맞닿음 입계(1407)의 어느 한 쪽의 영역과 중첩할 수 있다. 유리하게는, 이동된 섀도우 영역(1408)은 각각의 재응고 영역(1404)에서 제1 맞닿음 입계(1407)에 비교적 근접하여야 하지만 제1 맞닿음 입계(1407)와 중첩하지 않아야 한다.
도8c를 다시 참조하면, 강도 패턴을 이동시킨 후에, 금속층(52)(도1a에 도시됨)은 제2 조사 펄스에 의해 조사되는데, 이는 이동된 각각의 빔릿(1409)에 의해 중첩된 금속층(52)의 각각의 영역(1410)(도8c에 도시됨)이 전체 두께에 걸쳐 용융되게 하며, 각각의 이동된 각각의 섀도우 영역(1408)에 의해 중첩된 금속층(52)의 각각의 영역(1411)은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 적어도 부분적인 미용융 영역(1411)들의 각각은 해당하는 인접하는 용융 영역(1410)과 인접한다.
도8d를 참조하면, 용융 영역(1410)의 냉각 및 재응고시, 각각의 결정립은 각각의 인접한 용융 영역(1412)에서 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1411)으로부터 성장한다. 각각의 용융 영역(1410)에서, 결정립(1412)들은 각각의 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역(1411)으로부터 서로를 향해 대향 방향들로 성장하여, 맞닿은 결정립들이 맞닿음 결정립 성장 거리(d)만큼 성장된 후에 제2 맞닿음 입계(1413)들 중 해당 입계를 따라 서로 맞닿는다. 각각의 제2 맞닿음 입계(1413)는 대체로 각각의 용융 영역(1410)의 수직(±Y방향) 중심선을 따라 위치된다. 적어도 부분적인 미용융 영역(1411)은 대체로 수평방향(즉, ±X방향)을 따라 연장되는 횡방향 입계들을 갖는 비교적 큰 결정립들을 포함하기 때문에, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1411)으로부터 수평 대향 방향들로 성장하는 결정립(1412)들은 그 영역에 포함된 이러한 비교적 큰 결정립들에 의해 성장 유도될 것이다. 도8d에 도시된 바와 같이, 생성된 결정립(1412)은 폭과 길이가 크며, 각각의 인접한 제2 맞닿음 입계(1413)들 사이에서 연장된다.
본 예시 실시예의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제1 및 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 이후의 용융 영역(1402, 1410)의 폭(빔릿(1400, 1409)의 폭에 의해 결정됨)은 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역(1403, 1411)으로부터 성장한 결정립들이 용융 영역(1402, 1410)에서 새로운 결정립의 핵생성이 발생하기 전에 제1 및 제2 맞닿음 입계(1407, 1413)에 도달하게 하는 폭보다 커서는 안된다. 통상적으로, 제1 및 제2 조사 빔 펄스 각각은 10 내지 103 nsec 범위의 펄스 지속시간 및 10 내지 103 Hz 범위의 펄스 반복율을 가지고 10 내지 104 mJ/㎠ 범위의 빔릿 강도를 제공한다. 당해 기술 분야의 숙련자는 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴을 X방향으로 이동시킴으로써 동일한 결과가 얻어질 수 있음을 알 것이다. 섀도우 영역 및 빔릿의 이동을 제외하고는, 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일하다.
집적 회로 장치용 상호 연결 라인은 전자 이동을 최소화하기 위하여 LS 가공된 금속층의 입계의 수평 방향에 대하여 대각선 방향으로 배향(예컨대, X축에 대하여 ±45°로 배향)되도록 상호 연결 라인의 세그먼트들을 패터닝함으로써 도8d에 도시된 결정립 구조를 갖는 금속층으로부터 유리하게 형성될 수 있음을 알아야 한다.
도9a 및 도9b를 참조하면, 전술한 LS 가공은 마스크(150)(도1a에 도시됨)에 의해 한정되는 바와 같이, 섀도우 영역(1901) 및 빔릿(1902)이 도9a에 도시된 바와 같이 X 및 Y방향에 대하여 대각선 방향으로 배향된 강도 패턴을 갖는 펄스형 조사 빔을 사용하여 수행된다. 이때, LS 가공은 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴이 대각선 방향으로 배향된 섀도우 영역(1901) 및 빔릿(1902)에 직각인 방향으로 이동된 것을 제외하고는 수직(즉, ±Y방향) 배향된 섀도우 영역 및 빔릿에 대해 전술된 것과 동일한 절차를 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 대각선 방향으로 배향된 제2 맞닿음 입계(1904)들 중 각각의 인접한 입계들 사이에서 연장되는 비교적 넓고 긴 결정립들이 형성된다.
이제, 도10a 내지 도10e를 참조하면, 본 발명의 방법의 제6 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 스테이지들에서의 조사 빔 펄스 강도 패턴 및 금속층 결정립 구조가 도시되어 있다. 본 발명의 예시 실시예는 양호하게는 도8a 내지 도8d를 참조하여 전술된 제5 예시 실시예의 연장이다. 도8d에 도시된 결정립 구조를 얻기 위한 제5 예시 실시예에 따른 LS 가공의 완료 후에, 금속층(52)(도1에 도시됨)을 갖는 샘플(40)은 도10a에 도시된 결정립 구조를 얻기 위하여 제2 맞닿음 입계(1413)에 대하여 90°만큼 회전된다. 90°회전 이후에, 도8d에 도시된 비교적 길고 넓은 결정립(1412)의 인접하는 열들은 도10a에 도시된 비교적 길고 넓은 결정립(1413)의 인접하는 행들이 되며, 도8d에서 수직으로 연장되는 제2 맞닿음 입계(1413)는 도10a에서의 수평으로 연장되는 제2 맞닿음 입계(1413)가 된다. 도10a에 도시된 각각의 결정립 행은 대략 2 내지 103㎛의 범위에 있는 높이(λ)를 갖는다.
도10a를 참고하면, 90°회전 이후에, 샘플(40)(도1a에 도시됨)의 금속층(52)은 도8a에 도시된 제5 예시 실시예의 제1 조사 빔 펄스와 동일한 것으로서 도9a에서 점선으로 나타낸 바와 같이 규칙적으로 이격되며 비교적 좁은 직선 스트라이프형 빔릿(1400) 및 규칙적으로 이격되며 비교적 좁은 직선 스트라이프형 섀도우 영역(1401)을 구비하는 강도 패턴을 갖는 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 도10b에 도시된 바와 같이, 90°회전 이후의 제1 조사 빔 펄스에 의한 샘플(40)의 금속층(52)의 조사는 각각의 빔릿(1400)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 각각의 영역(1500)이 전체 두께에 걸쳐 용융되게 하는 반면에, 각각의 섀도우 영역(1401)에 의해 중첩되는 각각의 영역(1501)은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1501)은 부근의 용융 영역(1500)에 인접한다.
90°회전 후의 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 이후에, 금속층(52)의 각각의 용융 영역은 냉각 및 재응고된다. 금속층(52)의 각각의 용융 영역(1500)의 재응고 동안에, 상이한 단일 결정립은 각각의 인접한 용융 영역(1500)에서 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1501)으로부터 성장한다. 도10c를 참조하면, 각각의 용융 영역(1500)에서, 단일 결정립들은 맞닿는 결정립들이 빔릿의 폭의 대략 절반인 제2 맞닿음 결정립 성장 거리(d)만큼 성장한 후에 결정립들이 제3 맞닿음 입계(1510)들 중 해당 입계를 따라 서로 맞닿을 때까지 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역(1501)들로부터 서로를 향해 대향 방향들로 성장한다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고 완료 이후의 금속층(52)의 결정립 구조는 도10c에 도시되어 있다. 각각의 섀도우 영역(1401)의 폭은 도10a에 도시된 결정립(1412)의 각각의 행 내의 2개의 결정립들과 중첩하기에 충분하므로, 도10c에 도시된 결정립 구조는 수평 맞닿음 입계(1503)에 의해 분리된 큰 결정립들의 인접하는 행(1502)들로 구성된다. 각각의 행(1502) 내에서, 결정립들은 각각의 입계(1511) 및 각각의 수직 맞닿음 입계(1510)에 의해 분리된다.
90°회전후의 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고 완료 이후에, 샘플(40) 또는 마스크(150)(도1a에 도시됨)는 예컨대 +X방향으로의 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 수평 이동을 발생시키도록 미세 병진 이동된다. 이동된 강도 패턴은 도10c에 점선으로 나타낸 바와 같이, 이동된 빔릿(1504) 및 이동된 섀도우 영역(1505)을 갖는다. 도10d에 도시된 바와 같이, 각각의 이동된 빔릿(1504)에 의해 중첩된 금속층(52)(도1a에 도시됨)의 각각의 영역(1506)은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 각각의 이동된 섀도우 영역(1505)에 의해 중첩된 각각의 영역(1507)은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 부근의 용융 영역들에 인접한다. 도10c에 도시된 바와 같이, 적어도 부분적인 미용융 영역(1507)은 각각의 행(1502) 내에서 단일 결정립을 포함한다. 따라서, 도10e에 도시된 바와 같이, 용융 영역(1506)(도10d에 도시됨)이 재응고할 때, 각각의 행(1502) 내의 단일 결정립은 각각의 인접한 용융 영역(1506)에서 적어도 부분적인 미용융 영역(1507)으로부터 횡방향으로 성장하며, 각각의 용융 영역에서 각각의 행(1502) 내의 각각의 단일 결정립 쌍은 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역들로부터 서로를 향해 대향 방향들로 성장하여 맞닿음 결정립들이 특성 성장 거리(d)만큼 성장된 후에 제4 수직 맞닿음 입계(1512)들 중 해당 입계를 따라 서로 맞닿는다. 90°회전에 이은 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 이후의 재응고가 완료된 때의 금속층(52)의 결정립 구조가 도10e에 도시되어 있다. 도10e에 도시된 바와 같이, 생성된 결정립 구조는 λ×λ의 치수를 갖는 정사각형 단일 결정립 영역의 행(1508)으로 구성되는데, 각각의 단일 결정립 영역은 각각의 수평 맞닿음 입계(1503) 및 각각의 제2 수직 맞닿음 입계(1512)에 의해 경계가 이루어지며, 여기서 λ는 도10a에 도시된 제2 맞닿음 입계(1413)들 중 인접한 입계들 사이의 거리이다. 대표적인 조사 빔 펄스 강도, 펄스 지속시간 및 펄스 반복율 간격은 제5 예시 실시예와 동일하다.
이제, 도11a 내지 도11d를 참조하면, 본 발명의 방법의 제7 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 스테이지들에서의 조사 빔 펄스 강도 패턴 및 금속층 결정립 구조가 도시되어 있다. 도11a를 참조하면, 샘플(40)은 예컨대 0.1 내지 10㎛의 범위의 폭을 갖는 비교적 좁은 스트립으로 예비 패터닝된 금속층(52) 상에 배치된다. 예컨대 구리(Cu)로 형성되고 맨해튼 형상과 일치하는 미리 한정된 형상을 갖 는 금속층 스트립(52)은 미리 한정된 형상을 따라 규칙적으로 이격된 간격으로 금속층 스트립(52)과 중첩하도록 위치된 비교적 좁은 직선 스트라이프형인 복수개의 섀도우 영역(1600)을 포함하는 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 또한, 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 각각의 섀도우 영역(1600)에 의해 중첩되지 않는 금속층 스트립(52)의 모든 영역들과 중첩하는 빔릿을 포함한다. 양호하게는, 후술하는 바와 같이, 섀도우 영역(1600)은 조사 빔 펄스의 강도 패턴이 이동된 후에 금속층 스트립(52)의 폭과 완전히 중첩하기에 충분한 2 내지 100㎛의 범위의 길이 및 1 내지 10㎛ 미만의 범위의 폭을 갖는다.
금속층 스트립(52)이 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 빔릿에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 각각의 섀도우 영역(1600)에 의해 중첩되는 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 부근의 용융 영역들에 인접하고, 최초에 형성된 바와 같이 금속층 스트립의 임의로 배향된 입계들을 갖는 작은 결정립들을 포함한다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 이후에, 각각의 용융 영역은 냉각 및 재응고된다. 도11b를 참조하면, 각각의 용융 영역의 재응고 동안에, 결정립(1601)들은 부근의 용융 영역에서 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 횡방향으로 성장한다. 여기서, 금속층 스트립(52)이 좁기 때문에, 단일 결정립(1601)만이 금속층 스트립(52)에서 성장할 수 있다. 따라서, 단일 결정립(1601)은 각각의 인접한 용융 영역에서 금속층 스트립(52)의 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1602)으로부터 성장하며, 각각의 용융 영역에서 각각의 결정 립(1601)은 인접한 용융 영역들로부터 서로를 향해 대향 방향들로 성장하여 복수개의 제1 맞닿음 입계(1603)들의 각각에서 서로 맞닿는다.
제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고의 완료 이후의 금속층 스트립(52)의 결정립 구조가 도11b에 도시되어 있다. 도11b에 도시된 바와 같이, 금속층 스트립(52)의 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1602)의 결정립 구조는 임의로 배향된 입계를 갖는 작은 결정립들의 그룹을 가지는 반면에, 각각의 재응고 영역의 결정립 구조는 맞닿는 결정립들이 금속층 스트립(52)의 형상을 따라 인접한 섀도우 영역(1600)들 사이의 거리의 대략 절반인 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장된 후에 복수개의 제1 맞닿음 입계(1603)들 각각에서 맞닿도록 인접하는 적어도 부분적인 미용융 영역(1602)으로부터 서로를 향해 대향 방향들로 성장된 비교적 긴 결정립(1601)들을 갖는다.
이제 도11c를 참조하면, 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고의 완료 이후에, 금속층 스트립(52)은 제1 조사 빔 펄스와 동일한 강도 패턴을 갖는 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사되지만, 이 경우 제2 조사 빔 펄스의 섀도우 영역(1604)은 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역들에 대해 이동되어 각각의 이동된 섀도우 영역은 금속층 스트립(52)의 각각의 단일 결정립 영역(1601)과 중첩한다. 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿도 이동되지만, 각각의 이동된 섀도우 영역(1604)에 의해 중첩되지 않은 금속층 스트립(52)의 모든 영역들과 여전히 중첩한다. 본 예시 실시예에서, 금속층 스트립(52)에 대한 섀도우 영역(1604) 및 빔릿의 이동은 금속층 스트립(52)의 세그먼트들에 대하여 대각선 방향(예컨대, X축에 대하여 45°배향된 A방향)으로 샘플(40)(도1a에 도시됨)을 미세 병진 이동시킴으로써 성취된다. 다르게는, 섀도우 영역(1604)의 이동은 샘플(40)을 미세 병진 이동시키는 대신에 마스크(150)(도1a에 도시됨)를 미세 병진 이동시킴으로써 성취될 수도 있다.
금속층 스트립(52)이 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 이동된 빔릿에 의해 중첩된 각각의 금속층 스트립(152)의 각각의 구역은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 각각의 섀도우 영역(1604)에 의해 중첩된 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 부근의 각각의 용융 영역들과 인접하고 단일 결정립을 포함한다. 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 이후에, 금속층 스트립(52)의 각각의 용융 영역은 냉각 및 재응고된다. 재응고 동안에, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역 내의 각각의 단일 결정립은 각각의 인접 용융 영역에서 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립은 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역들로부터 서로를 향해 대향 방향들로 성장하여 맞닿음 결정립이 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 제2 맞닿음 입계(1606)들 중 해당 입계에서 서로 맞닿는다.
제2 조사 빔 펄스에 이은 재응고의 완료 후의 금속층 스트립(52)의 결정립 구조가 도11d에 도시되어 있다. 결정립 구조는 각각의 제2 맞닿음 입계(1606)에서 맞닿는 단일 결정립 영역(1605)을 포함하는데, 제2 결정립 맞닿음 영역(1606)은 입계(1606)의 해당 위치에서 금속층 스트립(52)에 대해 실질적으로 직각이다. 유리 하게는, 전술한 예시 실시예에서, 조사 빔 펄스는 10 내지 103 nsec 범위의 펄스 지속시간 및 10 내지 103 Hz 범위의 펄스 반복율을 가지고 10 내지 104 mJ/㎠ 범위의 빔릿 강도를 제공한다. 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역 및 빔릿에 대한 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역 및 빔릿의 이동을 제외하고는, 제1 및 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 동일하다.
도12a 내지 도12d를 참조하면, 본 발명의 방법의 제8 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 스테이지들에서의 조사 빔 펄스의 강도 패턴 및 금속층 결정립 구조가 도시되어 있다. 도12a에는, 예컨대 구리로 형성되고 직각 절곡부를 갖는 스트립으로 패터닝된 금속층(52)을 구비하는 기판(40)의 일부분이 도시되어 있다. 유리하게는, 금속층 스트립(52)은 10㎛ 이하의 폭을 가지며, 현대의 집적 회로 소자들의 금속층 상호 연결 라인을 나타내는데, 이러한 금속층 상호 연결 라인은 맨해튼 형상을 갖도록 배열되어 있다.
금속층 스트립(52)은 마스크(150)(도1a에 도시됨)에 의해 한정되는 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사되는데, 이 강도 패턴은 규칙적으로 이격되며 비교적 넓은 직선 스트라이프형인 복수개의 빔릿(1700)과, 규칙적으로 이격되며 비교적 좁은 직선 스트라이프형인 복수개의 섀도우 영역(1701)을 포함하며, 이때 섀도우 영역(1701) 및 빔릿(1700)은 Y방향을 따라 연장된다. 각각의 빔릿(1700)은 각각의 인접한 섀도우 영역(1701)들 사이에서 이들에 인접하여 위치된다. 금속층 스트립(52)의 각각의 직각 세그먼트는 섀도우 영역(1701) 및 빔릿(1700)에 대하여 대각선 방향으로 배향된다. 바람직하게는, 금속층 스트립(52)의 각각의 직각 세그먼트는 A방향(즉, X축에 대해 45°) 또는 B방향(즉, X축에 대해 -45°)으로 배향된다. 유리하게는, 각각의 빔릿(1700)의 폭은 1 내지 100㎛ 미만의 범위 내에 있으며, 각각의 섀도우 영역(1701)의 폭은 1 내지 10㎛ 미만의 범위 내에 있다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사시, 각각의 빔릿(1700)에 의해 중첩되는 금속층 스트립(52)의 각각의 영역(1703)은 두께 전체에 걸쳐 용융되는 반면에, 각각의 섀도우 영역(1701)에 의해 중첩되는 금속층 스트립(52)의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 부근의 용융 영역에 인접하며, 최초에 형성된 바와 같이 금속층 스트립(52)의 임의로 배향된 입계를 갖는 비교적 작은 결정립들을 포함한다.
제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이어, 금속층 스트립(52)의 각각의 용융 영역(1703)은 냉각 및 재응고된다. 이러한 재응고 동안에, 단일 결정립들은 각각의 인접한 용융 영역(1703)에서 금속층 스트립(52)의 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 각각의 용융 영역에서 단일 결정립들은 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 서로를 향해 대향 방향들로 성장하여 맞닿음 결정립이 금속층 스트립(52)을 따라 인접한 섀도우 영역(1701)들 사이의 거리의 대략 절반인 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 제1 맞닿음 입계(1706)들 중 해당 입계에서 서로 맞닿는다. 금속층 스트립(52)이 좁기 때문에, 단일 결정립만이 스트립에서 성장할 수 있다.
제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고의 완료 이후의 금속층 스트립(52)의 결정립 구조가 도12b에 도시되어 있다. 도12b를 참조하면, 결정립 구조는 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1704)에서의 임의로 배향된 입계를 갖는 작은 결정립들의 그룹과, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(1704)에 인접한 용융 영역(1703)에서 성장된 단일 결정립 영역(1705)과, 용융 영역에서 대향 방향들로 성장하는 각각의 단일 결정립(1705)들이 서로 맞닿는 제1 맞닿음 입계(1706)를 포함한다.
이제 도12c를 참조하면, 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고의 완료 이후에, 금속층 스트립(52)은 제1 조사 빔 펄스와 동일한 강도 패턴을 갖는 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사되지만, 이 경우 빔릿(1707) 및 섀도우 영역(1708)은 섀도우 영역(1701, 1708)의 폭과 적어도 동일한 거리 그러나 섀도우 영역(1708)이 제1 맞닿음 입계(1706)와 중첩하게 하는 거리보다 작은 거리만큼 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 빔릿 및 섀도우 영역들에 대해 빔릿 및 섀도우 영역에 직각인 방향으로 이동되어 있다. 이러한 방식으로, 각각의 이동된 섀도우 영역(1708)은 각각의 단일 결정립 영역(1705)(도12b에 도시됨)과 중첩한다. 본 예시 실시예에서, 강도 패턴의 이동은 X방향이고, 샘플(40)을 -X방향으로 미세 병진 이동시킴으로써 얻어진다. 다르게는, 강도 패턴(즉, 빔릿(1707) 및 섀도우 영역(1708))은 샘플(40)을 +X방향으로 병진 이동시킴으로써 -X방향으로 이동될 수 있다. 또 다르게는, 마스크(150)(도1a에 도시됨)는 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴을 X방향 또는 -X방향으로 이동시키도록 샘플 대신에 미세 병진 이동될 수 있다.
제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 시, 각각의 이동된 빔릿(1707)에 의해 중첩되 는 금속층 스트립(52)의 각각의 영역은 두께 전체에 걸쳐 용융되는 반면에, 각각의 섀도우 영역(1708)에 의해 중첩되는 금속층 스트립(52)의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 부근의 용융 영역에 인접하며, 각각의 단일 결정립 영역을 포함한다. 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 이후에, 금속층 스트립(52)의 각각의 용융 영역은 냉각 및 재응고된다. 이러한 용융 영역(1709)의 재응고 동안에, 도12d에 도시된 바와 같이, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역 내의 단일 결정립은 각각의 인접한 용융 영역(1709)에서 성장하며, 각각의 용융 영역에서 단일 결정립들은 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 서로를 향해 대향 방향들로 성장하여 복수개의 제2 맞닿음 입계(1711)들 중 해당 입계에서 서로 맞닿는다.
제2 조사 빔 펄스를 이은 재응고의 완료 후의 금속층 스트립(52)의 결정립 구조가 도12d에 도시되어 있다. 도시된 결정립 구조는 각각의 인접한 제2 맞닿음 입계(1711)들 사이에서 연장되는 단일 결정립 영역(1710)을 포함하는데, 각각의 제2 맞닿음 입계(1711)는 입계(1711)의 위치에서 금속층 스트립(52)에 대하여 대략 45°로 대각선 방향으로 배향된다. 유리하게는, 전술한 예시 실시예에서, 각각의 조사 빔 펄스는 10 내지 103 nsec 범위의 펄스 지속시간 및 10 내지 103 Hz 범위의 펄스 반복율을 가지고 10 내지 104 mJ/㎠ 범위의 빔릿 강도를 제공한다.
도12a 내지 도12d에 도시된 예시 실시예는 전체 웨이퍼 상의 부분적으로 제조된 복수개의 집적 회로 소자 또는 부분적으로 제조된 모든 집적 회로 소자의 맨 해튼 형상을 갖는 복수개의 예비 패터닝된 금속층 스트립, 예컨대 부분적으로 제조된 집적 회로 소자의 상호 연결 라인에 적용될 수 있다.
도13a 내지 도13c를 참조하면, 본 발명의 방법의 제9 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 스테이지들에서의 조사 빔 펄스의 강도 패턴 및 금속층 결정립 구조가 도시되어 있다. 본 예시 실시예에서, 예컨대 금속층 스트립의 방향에 대하여 큰 각도를 형성하는 입계 및 단일 결정립 구역을 가지며 구리로 형성된 금속층 스트립은 형성될 금속층 스트립과 동일한 형상과 일치하지만 금속층 스트립보다 넓은 빔릿을 포함하는 강도 패턴을 구비하는 조사 빔 펄스로 샘플(40) 상의 금속층(52)(도1a에 도시됨)을 조사함으로써 형성된다. 도13a에 도시된 바와 같이, 금속층(52)의 일부분은 빔릿(1800)에 의해 중첩되지 않는 금속층의 모든 영역과 중첩하는 섀도우 영역 및 직각 절곡부를 갖는 스트라이프형 빔릿(1800)을 포함하는 강도 패턴을 구비하는 조사 빔 펄스에 의해 조사된다. 빔릿(1800)에 의해 중첩된 금속층(52)의 영역(1801)은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 섀도우 영역에 의해 중첩된 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 영역으로 남는다. 용융 영역(1801)은 2개의 모서리(1802, 1803)를 따라 부근의 적어도 부분적인 미용융 영역들에 인접한다. 유리하게는, 빔릿(1800)의 폭은 0.1 내지 10㎛ 범위의 폭을 갖는 금속층 스트립을 형성하도록 1 내지 10㎛의 범위 내에 있다.
조사 빔 펄스에 의한 조사 이후에, 금속층(52)의 용융 영역(1801)은 냉각 및 재응고된다. 용융 영역(1801)의 재응고 동안에, 결정립은 2개의 적어도 부분적인 미용융 모서리(1802, 1803)로부터 용융 영역(1801)에서 횡방향으로 성장한다. 도13b에 도시된 바와 같이, 대향한 모서리(1802, 1803)로부터 서로를 향해 횡방향으로 성장하는 2개의 결정립 행(1805, 1806)은 용융 영역(1801)의 중심선과 대략 일치하는 맞닿음 입계를 따라 서로 맞닿아 재응고 영역(1804)을 형성한다.
금속층(52)의 용융 영역(1801)이 완전히 재응고된 후에, 도13b에 도시된 바와 같이 생성된 재응고 영역(1804)의 결정립 구조는 맞닿음 입계(1807)를 따라 맞닿는 2개의 결정립 행(1805, 1806)을 갖는다. 비교적 좁은 금속층 스트립은 재응고 영역(1804)을 갖는 금속층(52)을 패터닝함으로써 형성된다. 본 예시 실시예에서, 맞닿음 입계에 인접하지만 이와는 중첩하지 않는 하부 결정립 행(1806) 내의 스트립형 영역(1807)(도13b에서 점선으로 도시됨)은 금속층(52)의 종래의 포토리소그래프 및 에칭에 의해 형성된다.
금속층(52)의 패터닝 이후에 얻어진 금속층 스트립(1809)이 도13c에 도시되어 있다. 도13c에 도시된 바와 같이, 금속층 스트립(1809)은 입계(1811)들의 위치에서 금속층 스트립(1809)에 대하여 대체로 큰 각도(즉, 90°에 근사)를 형성하는 입계(1811)들에 의해 서로로부터 분리된 단일 결정립 구역(1810)들을 포함한다. 전술한 예시 실시예에서, 조사 빔 펄스는 10 내지 103 nsec 범위의 펄스 지속시간을 가지고 10 내지 104 mJ/㎠ 범위의 빔릿 강도를 제공한다.
본 예시 실시예가 하부 결정립 행(1806) 내의 스트립형 영역(1808)으로부터 금속층 스트립(1809)을 형성하지만, 유사한 금속층 스트립이 다른 결정립 행(1805) 내의 스트립형 영역으로부터 형성될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 본 예시 실시 예에서 빔릿의 폭이 재응고 영역(1804)의 2개의 결정립 행(1805, 1806)이 맞닿음 입계(1807)에서 맞닿도록 충분히 좁지만, 용융 영역이 완전히 재응고되기 전에 결정립 행(1805, 1806)의 성장이 서로 맞닿지 않도록 금속층(52)의 넓은 영역(1801)을 용융시키기 위해 넓은 빔릿(1800)이 사용될 수 있음을 알아야 한다. 이러한 경우에, 2개의 결정립 행(1805, 1806)은 재응고 영역의 중심부를 따라 연장되는 핵생성(도시 안됨)에 의해 형성된 미세 결정립 금속층 영역에 의해 분리되며, 금속층 스트립(1809)은 맞닿지 않은 2개의 결정립 행(1805, 1806) 중 어느 하나에서 스트립형 영역으로부터 형성될 수 있다. 맞닿지 않는 2개의 결정립 행(1805, 1806) 각각의 특성 성장 거리는 용융 금속 영역(1801)의 열적 변동에 주로 의존한다. 유리하게는, 금속층 스트립(1809)이 형성되게 하는 스트립형 영역은 2개의 결정립 행(1805, 1806)을 분리시키는 미세 결정립 영역(도시 안됨)에 인접 위치하지만 중첩하지는 않는다.
도14 및 도15a 내지 도15g를 참조하면, 본 발명의 방법의 제10 예시 실시예에 따른 LS 가공의 상이한 스테이지들에서의 조사 빔 펄스의 강도 패턴 및 금속층 결정립 구조가 도시되어 있다. 먼저, 도14를 참조하면, 예컨대 구리로 형성된 금속층(52)이 상부에 배치된 샘플(40)이 도시되어 있다. 도1a에 도시된 장치를 다시 참조하면, 샘플(40)은 컴퓨터(106)에 의해 제어되는 샘플 병진 이동 스테이지(180) 상에 배치된다. 마스크(150)에 의해 한정된 강도 패턴을 갖는 고정 위치 펄스형 조사 빔(164)은 샘플(40) 상의 금속층(52)과 충돌한다. 샘플 병진 이동 스테이지(180)의 X 및 Y방향으로의 운동을 제어함으로써, 컴퓨터(106)는 샘플(40) 상의 금속층(52)을 조사하는 고정 펄스형 조사 빔에 대하여 샘플(40)의 상대 위치를 제어한다. 펄스형 조사 빔(164)의 각각의 펄스의 펄스 지속시간, 펄스 반복율 및 에너지도 컴퓨터(106)에 의해 제어된다.
본 실시예에서, 샘플(40)(도1a에 도시됨)은 금속층(52) 내에서 제어되는 결정립 크기 및 형상과 제어되는 입계 위치 및 배향을 갖는 큰 결정립들의 횡방향 성장을 얻도록 미리 한정된 조사 경로를 따라 금속층(52)(도1a에 도시됨)의 연속적인 부분들을 순차적으로 조사하기 위하여 고정 펄스형 조사 빔(164)(도1a에 도시됨)에 대하여 병진 이동된다. 펄스형 조사 빔(164)의 펄스는, 각각의 펄스형 조사 빔의 강도 패턴의 각각의 빔릿이 빔릿에 의해 중첩된 금속층(52)의 영역을 전체 두께에 걸쳐 용융시키기에 충분한 에너지를 갖고 금속층(52)의 각각의 용융 영역이 용융 영역에서의 결정립의 횡방향 성장을 허용하기에 충분히 작은 치수를 갖는 한, 임의의 특정 강도 패턴으로 제한되지 않는다.
도시를 간단히 하기 위해, 도14에서 조사 경로는 고정 펄스형 조사 빔(164)이 정지된 샘플 상에서 이동하는 것으로서 나타나도록 병진 이동하는 샘플(40)의 기준 프레임에 도시되어 있다.
도14를 다시 참조하면, 본 예시 실시예에서, 샘플(40) 상의 금속층(52)은 가공을 위하여 Y방향으로 연장되는 많은 열(예컨대, 제1 열(205), 제2 열(206) 등)로 세분된다. 세분된 금속층(52)의 열의 위치 및 치수는 컴퓨터(106)(도1a에 도시됨) 내에 저장되어, 샘플(40) 상의 금속층(52)의 가공을 제어하기 위해 컴퓨터에 의해 이용된다. 각각의 열의 예시적인 치수는 샘플(40) 상의 금속층(52)을 예컨대 15열 로 세분하도록 X방향으로 2㎝ 그리고 Y방향으로 40㎝일 수 있다. 금속층(52)의 임의의 조사되지 않은 영역을 가질 가능성을 피하도록 인접한 열들의 조사가 작은 면적만큼 서로 중첩시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 중첩 면적은 50㎛의 폭을 가질 수 있다.
도1a를 다시 참조하면, 컴퓨터(106)는 펄스형 조사 빔(164)이 샘플(40)의 기준 프레임에서 제1 위치(220)에 충돌하도록 펄스형 조사 빔(164)이 방출되게 하고 샘플(40)이 위치되게 한다. 그리고 나서, 샘플(40)은 샘플(40) 상에 있지 않는 제1 경로(225)를 따르는 고정 펄스형 조사 빔(164)에 대하여 소정 속도에 도달하도록 컴퓨터(106)의 제어 하에 Y방향으로 가속된다. 경로(225)는 정지되어 있는 펄스형 조사 빔(164)의 이동의 결과가 아니라, 고정 펄스형 조사 빔을 향한 샘플(40)의 이동을 나타냄을 알아야 한다.
샘플(40)의 상부 모서리(210)가 펄스형 조사 빔(164)의 충돌 위치에 도달한 때, 샘플은 고정 펄스형 조사 빔(164)에 대하여 소정 속도로 이동하고 있다. 이후에, 샘플(40)은 소정 속도로 +Y방향으로 병진 이동되어, 펄스형 조사 빔(164)은 Y방향으로 샘플(40)의 길이를 가로지르는 제2 조사 경로(230)를 따라 소정 펄스 반복율로 샘플(40) 상의 금속층(52)의 연속적인 부분들을 조사한다. 샘플(40)의 하부 모서리(211)가 펄스형 조사 빔(164)의 고정 충돌 위치에 도달한 때, 샘플(40)의 병진 이동은 펄스형 조사 빔(164)의 고정 충돌 위치가 샘플(40)에 대하여 제2 위치(240)에 있게 되는 완전 정지까지 제3 경로(235)를 따라 감속된다. 본 실시예 에서, 소정 펄스 반복율은 예컨대 50 내지 103 Hz 펄스/초의 범위 내에 있고, 각각의 펄스는 10 내지 103 nsec 범위의 펄스 지속시간을 가지고 10 내지 104 mJ/㎠ 범위의 빔릿 강도를 제공한다.
펄스형 조사 빔(164)이 조사 경로(230)를 따라 이동하는 동안에 예시적인 강도 패턴을 갖는 조사 빔 펄스에 의한 금속층의 연속적이고 순차적인 조사 중의 금속층(52)의 예시적인 결정립 구조가 도15a 내지 도15d에 도시되어 있다. 도15a를 참조하면, 본 예시 실시예에서, 펄스형 조사 빔(164)의 강도 패턴(300)은 규칙적으로 이격되며 비교적 좁은 직선 스트라이프형 섀도우 영역(301)들과, 규칙적으로 이격되며 비교적 넓은 직선 스트라이프형 빔릿(302)들을 구비하는데, 각각의 빔릿은 각각의 부근의 섀도우 영역들 사이에서 이들에 인접하여 위치된다. 섀도우 영역(301) 및 빔릿(302)은 Y방향을 따라 연장된다. 강도 패턴(300)의 치수는 0.1㎝ × 1.5㎝이다. 각각의 섀도우 영역(301)의 치수는 2㎛ × 1㎝이며, 각각의 빔릿(302)의 치수는 4㎛ × 1㎝이다. 샘플(40)의 상부 모서리(210) 직후의 금속층(52)의 일부분이 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 각각의 빔릿(302)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 조사된 부분의 각각의 영역(303)은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 각각의 섀도우 영역(301)에 의해 중첩되는 조사된 부분의 각각의 영역(323)은 적어도 부분적으로 미용융 상태로 남는다.
이제, 도15b를 참조하면, 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 이전에, 소정 펄스 반복율에 따라, 제1 조사 빔 펄스에 의해 용융된 금속층(52)의 각각의 영역(303)이 재응고하여, 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역(323)(도15a에 도시됨)으로부터 서로를 향해 성장되어 맞닿은 결정립들이 약 2㎛의 맞닿음 결정립 성장 거리만큼 성장한 후에 복수개의 맞닿음 입계(306)들 중 해당 입계를 따라 서로를 향해 맞닿는 2개의 결정립 열(304, 305)을 형성하도록 한다. 각각의 재응고 영역(307)의 2개의 결정립 열(304, 305)은 입계들이 조사 경로(230)에 대하여 큰 각도(즉, 90°에 근사)를 형성하는 각각의 중심부를 갖는다. 도15b에 도시된 바와 같이, 용융 영역(303)의 재응고가 발생하는 동안에, 샘플은 조사 경로(230)를 따라 고정 펄스형 조사 빔(164)에 대하여 병진 이동되어, 금속층(52)이 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때 도15b에서 점선으로 나타낸 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴(308)은 재응고 영역(307)과 부분적으로만 중첩하도록 병진 이동하여 있다.
도15c에 도시된 바와 같이, 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴(308)의 각각의 빔릿(305)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 영역(309)은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴(308)의 각각의 섀도우 영역(324)에 의해 중첩되는 금속층(52)의 영역(326)은 적어도 부분적으로 미용융 상태로 남는다. 게다가, 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴(308)의 빔릿(325)에 의해 중첩되지 않는 재응고 영역(307)의 부분도 적어도 부분적으로 미용융 상태로 남는다. 도15d에 도시된 바와 같이, 연속적인 조사 빔 펄스들 사이의 용융 영역(309)의 재응고 동안에, 각각의 재응고 영역(310) 내의 결정립 열(311, 312)은 그 길이가 증가하고, 입계들이 조사 경로(230)에 대하여 큰 각도(즉, 90°에 근사)를 형성하는 각각의 중심부를 갖는다. 용융 영역(309)의 재응고가 이루어지는 고정 펄스형 조사 빔(164)에 대한 샘플(40)의 연속적인 병진 이동이 연속적인 조사 빔 펄스들 사이에서 발생하기 때문에, 금속층(52)이 제3 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 제3 조사 빔 펄스의 강도 패턴(313)(도15d에서 점선으로 나타냄)은 재응고 영역(310)에 대하여 병진 이동되어 제3 조사 빔 펄스의 강도 패턴(313)의 빔릿(328)이 재응고 영역(310)과 부분적으로만 중첩하게 한다. 이러한 방식으로, 소정 펄스 반복율로의 연속적인 조사 빔 펄스에 의한 조사와 더불어 소정 속도로의 열(205)의 제1 패스에서 조사 경로(230)를 따른 샘플의 연속적인 병진 이동은 제2 조사 경로(230)의 전체 길이를 따라 연장되는 재응고 영역이 형성되게 하는데, 각각의 재응고 영역은 입계들이 조사 경로(230)에 대하여 큰 각도를 형성하는 부분을 재응고 영역의 중심에서 갖는 2개의 맞닿은 결정립 열을 구비한다.
도14를 다시 참조하면, 병진 이동하는 샘플(40)의 기준 프레임에서 고정 펄스형 조사 빔(164)이 위치(240)에서 정지한 후에, 샘플(40)은 빔이 위치(247)에 충돌할 때까지 펄스형 조사 빔이 제4 경로(245)를 따르도록 컴퓨터(106)의 제어 하에 X방향으로 미세 병진 이동된다. 그리고 나서, 샘플(40)은 -Y방향으로 가속되어, 샘플(40)의 하부 모서리(211)가 빔의 충돌 위치에 도달하는 시간까지 샘플(40)이 소정 병진 이동 속도에 도달할 때까지 펄스형 조사 빔은 제5 경로(250)를 따라 이동하게 된다. 이후에, 샘플(40)은 제6 조사 경로(255)의 전체 길이에 대해 -Y방향으로 소정 속도로 병진 이동됨과 동시에, 펄스형 조사 빔은 소정 펄스 반복율로 샘플(40) 상의 금속층(52)을 순차적으로 조사한다.
도15e를 참조하면, 경로(245)를 따른 미세 병진 이동 및 경로(250)의 횡단 이후의 샘플(40)의 하부 모서리(211)의 바로 위에 있는 열(205) 내의 금속층의 부분(317)이 도시되어 있다. 펄스형 조사 빔에 의한 제1 패스에서 조사 경로(230)의 횡단의 완료 후의 상태로 도시된 열(205) 내의 금속층(52)의 부분(317)은 열(205)의 전체 길이를 따라 연장되는 2개의 맞닿은 결정립 열(314, 315)을 각각 갖는 복수개의 재응고 영역(316)을 구비한다. 각각의 재응고 영역(316)은 열(205)의 전체 길이를 따라 연장되는 2개의 미조사 영역(318)에 의해 양측에서 경계가 이루어진다. 열(205) 내의 금속층(52)을 조사하는 제2 패스의 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴(319)이 도15e에서 점선으로 나타나 있다. 이동된 강도 패턴(319)은 각각의 재응고 영역(316)의 중심부에서 2개의 결정립 열(314, 315)과 부분적으로 중첩하는 복수개의 섀도우 영역(329)과, 각각의 미조사 영역(318)과 중첩하고 각각의 인접한 재응고 영역(316)의 모서리에서 결정립 열(314, 315)의 부분과 중첩하는 빔릿(330)을 구비한다. 도15f에 도시된 바와 같이, 금속층(52)의 부분(317)이 강도 패턴(319)을 갖는 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 각각의 빔릿(330)에 의해 중첩되는 금속층의 영역(320)은 전체 두께에 걸쳐 용융되는 반면에, 섀도우 영역(329)에 의해 중첩되는 금속층의 영역(323)은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남는다. 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역(323)은 부근의 용융 영역(320)에 인접한다. 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 이후에 용융 영역(320)은 냉각 및 재응고된다. 용융 영역(320)의 재응고 동안에, 각각의 재응고 영역(316)의 중심인 결정립 열(314, 315)의 적어도 부분적인 미용융 부분(321, 322)은 각각의 인접 용융 영 역(320)들에서 결정립의 횡방향 성장을 유도한다. 도15g에 도시된 바와 같이, 용융 영역(320)의 재응고가 완료된 때, 대체로 X방향을 따라 배향된 입계들을 갖는 비교적 긴 결정립의 인접한 열(332)들을 갖는 재응고 영역(333)이 형성된다.
용융 영역(320)의 재응고가 발생하는 동안에, 펄스형 조사 빔(164)(도1a에 도시됨)에 대한 샘플(40)의 연속적인 병진 이동은 다음 조사 빔 펄스(도15g에서 점선으로 나타냄)의 강도 패턴(331)이 재응고 영역(333)에 대하여 병진 이동되게 하여 재응고 영역(333)과 부분적으로 중첩하도록 한다. 이러한 방식으로, 제2 패스에서 소정의 펄스형 반복율로 조사 빔에 의해 금속층(52)의 제1 열(205)을 조사하는 것과 더불어 펄스형 조사 빔(164)이 소정 속도로 조사 경로(255)를 따라 이동하도록 하는 샘플의 연속적인 병진 이동은 제1 열(205)의 전체 길이를 따라 형성되도록 대체로 X방향으로 배향된 입계를 갖는 비교적 긴 결정립의 인접한 열들을 초래한다.
펄스형 조사 빔(164)이 전술된 방식으로 제6 조사 경로(255)를 따라 이동한 후에, 제1 열(205)의 연속적인 LS 가공이 완료된다. 도14를 다시 참조하면, 펄스형 조사 빔(164)이 샘플(40)의 상부 모서리(210)와 충돌하도록 샘플(40)이 컴퓨터(106)(도1a에 도시됨)의 제어 하에 병진 이동된 때, 샘플(40)의 속도는 펄스형 조사 빔(164)에 대하여 다시 감속됨과 동시에, 펄스형 조사 빔(164)이 샘플(40)의 기준 프레임의 위치(265)에 충돌할 시간까지 샘플(40)이 완전 정지하도록 빔은 제7 조사 경로(260)를 따라 이동한다. 그리고 나서, 샘플(40)은 펄스형 조사 빔(164)이 샘플(40)의 기준 프레임에서 제8 경로(270)를 따라 이동한 후에 제5 위 치(272)와 충돌하도록 다음 열(206)로 병진 이동된다. 이후에, 하나의 열로부터 다른 열까지의 샘플(40)의 비교적 긴 병진 이동에 의해 야기되는 임의의 진동이 해결되도록 샘플(40)이 컴퓨터(106)의 제어 하에 소정 시간 동안 정지 상태로 유지된다. 특히, 펄스형 조사 빔(164)이 제2 열(206)에서 조사 경로를 따라 충돌할 수 있도록 위치되는 샘플(40)에 대하여, 샘플은 X방향으로 2㎝의 폭을 갖는 열을 위해 X방향으로 2㎝만큼 병진 이동된다. 그리고 나서, 제1 열(205)에 대해 전술된 연속적인 LS 절차는 제2 열(206)에 대해 그리고 그 이후에 샘플(40)의 나머지 열들 각각에 대해 반복된다. 이러한 방식으로, 샘플(40)의 모든 열들은 단지 최소한의 총 안정화 시간만이 요구되는 상태로 연속적으로 LS 가공될 수 있다.
샘플(40)의 진동을 해결하게 하는 지연은 샘플(40)의 하나의 열(예컨대, 제1 열(205)) 전체에 대해 연속적인 LS 가공이 완료된 때에만 요구되며, 샘플(40)은 펄스형 조사 빔이 제1 패스에서 샘플(40)의 다음 열(예컨대, 제2 열(260)) 내의 조사 경로를 스캐닝하기 위한 위치에 있도록 병진 이동된다. 샘플(40)의 예시적인 치수(예컨대, 30㎝ × 40㎝)를 사용하면, 이러한 예시적인 샘플에서 연속적으로 LS 가공될 15개의 열들만이 있다. 따라서, 이러한 예시적인 샘플의 연속적인 LS 가동 동안에 직면하게 될 "병진 이동 및 안정화" 지연의 회수는 샘플(40)이 제1 열의 연속적인 LS 가공을 위해 위치될 때 안정화 지연이 요구되는지의 여부에 따라 14 또는 15이다.
본 발명에 따르면, 큰 금속층(52)의 LS 가공은 도16a 내지 도16e에 도시된 바와 같이, 가공 목적으로 금속층(52)을 인접한 구역들로 세분하고 각각의 구역에 서 LS 가공을 한 번에 하나씩 수행함으로써 수행될 수 있다. 도16a에 도시된 바와 같이, 샘플(40)은 금속층(52)의 제1 구역(410) 내에 LS 가공을 위해 초기에 위치된다. 제1 구역(410)이 금속층(52)의 좌측 모서리에 접함을 알아야 한다. 본 발명에 따른 LS 가공이 제1 구역(410)을 나타내는 블록에서 횡선으로 나타낸 바와 같이 구역(410)에서 완료된 후에, 샘플(40)은 다음 인접 구역(420)의 LS 가공을 위해 위치하도록 -X방향으로 병진 이동된다.
도16b를 참조하면, 구역을 나타내는 블록 내에서 횡선으로 나타낸 바와 같이 구역(420)의 LS 가공의 완료 이후에, 샘플은 다음의 인접 구역(430)의 LS 가공을 위해 위치되도록 -X방향으로 다시 병진 이동된다. 유리하게는, 주어진 구역에서 LS 가공을 수행하는 데 있어서, 구역을 조사하는 조사 빔 펄스는 인접한 LS 가공된 구역들 사이에서 공통 경계를 나타내는 두꺼운 선으로 나타낸 바와 같이 작은 양(예컨대, 50㎛)만큼 이전에 가공된 인접 구역과 중첩한다. 도16c에 도시된 바와 같이, 다음 인접 구역의 LS 가공을 위해 샘플을 위치시키도록 샘플(40)의 -X방향으로의 병진 이동과, 금속층(52)의 구역에서의 본 발명에 따른 LS 가공을 완료하는 절차는 금속층(52)의 우측 모서리에 인접하는 구역(450)의 본 발명에 따른 LS 가공을 위해 위치될 때까지 반복된다.
도16d를 참조하면, 구역(450)에서의 본 발명에 따른 LS 가공의 완료 이후에, 샘플(40)은 다음의 인접 구역(460)의 LS 가공을 위해 위치될 때까지 -Y방향으로 병진 이동된다. 도16e를 참조하면, 구역(460)에서의 본 발명에 따른 LS 가공의 완료 이후에, 샘플(40)은 다음의 인접 구역(470)의 LS 가공을 위해 위치될 때까지 +X방 향으로 병진 이동된다. 이후에, 한 구역에서 LS 가공을 완료하고 샘플이 다음의 인접 구역의 LS 가공을 위한 위치에 있을 때까지 샘플을 +X방향으로 병진 이동시키는 단계는 샘플(40)이 금속층(52)의 좌측 모서리에 인접하는 구역(490)의 LS 가공을 위해 위치할 때까지 반복된다. 도16g에 도시된 바와 같이, 구역(490)에서의 본 발명에 따른 LS 가공의 완료 이후에, 샘플(40)은 다음의 인접 구역(500)의 LS 가공을 위해 위치될 때까지 +Y방향으로 병진 이동된다. 이후에, 한 구역에서 본 발명에 따른 LS 가공을 완료하고 샘플이 다음의 인접 구역의 LS 가공을 위해 위치될 때까지 샘플을 -X방향으로 병진 이동시키는 단계는 샘플(40)이 금속층(52)의 우측 모서리에 인접하는 구역(도시 안됨)의 LS 가공을 위해 위치할 때까지 반복된다. 전술한 예시적인 절차는 금속층(52)의 모든 구역이 예컨대 전술된 제3, 제4 또는 제5 예시 실시예에 따라서 본 발명에 따른 LS 가공이 될 때까지 수행된다. 행 대신에 열 단위로 구역들을 횡단하는 것처럼 하나의 구역으로부터 다른 구역으로의 연속적인 병진 이동에 의해 금속층의 구역들을 횡단하는 것에 대하여 여러 다른 방법이 당해 기술 분야의 숙련자에게 명백하게 됨을 알아야 한다.
다르게는, 다음의 인접 구역의 LS 가공을 위해 샘플(40)을 병진 이동시키기 전에 금속층(52)의 하나의 구역에서의 본 발명에 따른 LS 가공을 완료하는 것 대신에, 가공 단계가 한번에 하나의 구역에서 그리고 각각의 구역에서 한번에 하나의 단계씩 수행될 수 있다. 전술된 제3, 제4 또는 제5 예시 실시예에 의해 예를 든 본 발명에 따른 LS 가공 각각은 요구되는 입경, 입형 그리고 입계 위치 및 배향이 얻어질 때까지 소정 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스로 금속층(52)을 조사하는 단계, 제1 조사 빔 펄스에 의해 용융된 영역들이 재응고되게 하는 단계, 이동된 강도 패턴을 갖는 제2 조사 빔 펄스로 금속층을 조사하는 단계 등을 요구하므로, 구역별 단위의 금속층의 LS 가공은 도16a 내지 도16g도 나타낸 예시적인 샘플 병진 이동 방법을 사용하여 제1 조사 빔 펄스에 의해 금속층(52)의 각각의 구역을 조사함으로서 수행될 수 있다. 금속층(52)의 모든 구역들이 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된 때, 샘플(40)은 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사될 각각의 구역에서 제1 조사 빔 펄스에 의해 용융된 영역들이 완전히 재응고된 후에 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴에 대하여 이동된 강도 패턴을 갖는 제2 조사 빔 펄스에 의한 구역별 단위의 조사를 위한 위치에 있도록 요구 거리 및 요구 방향으로 병진 이동된다. 이러한 방식으로, 금속층(52)의 구역들은 금속층(52)에서 요구되는 입경, 입형 그리고 입계 위치 및 배향이 얻어질 때까지 구역별 단위의 각각의 조사 빔 펄스에 의한 조사 이후에 이동된 강도 패턴을 갖는 조사 빔 펄스에 의한 추가 조사 및 재응고를 받을 수 있다.
전술한 예시 실시예들은 본 발명의 원리를 단지 예시하는 것이다. 당해 기술 분야의 숙련자에게는 전술한 실시예들에 대한 다양한 수정 및 변경이 첨부의 청구의 범위에 의해 한정된 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 본 명세서의 기재의 관점에서 이루어질 수 있음이 명백할 것이다.

Claims (88)

  1. 기판 상에 배치된 얇은 금속층을 가공하는 방법이며,
    (a) 적어도 하나의 빔릿과 적어도 하나의 섀도우 영역을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스로 금속층의 적어도 일부를 조사할 때, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 적어도 하나의 인접한 용융 영역에 인접하게 하는 단계와;
    (b) 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된 금속층의 적어도 일부의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 결정립이 각각의 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 내부에서 성장하게 하는 단계와,
    (c) 제1 조사 빔 펄스와 동일한 강도 패턴을 갖지만 적어도 하나의 빔릿과 적어도 하나의 섀도우 영역이 금속층의 적어도 일부에 대해 이동된 상태의 제2 조사 빔 펄스로 금속층의 적어도 일부를 조사할 때, 각각의 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 적어도 하나의 용융 영역에 인접하게 하는 단계와; (d) 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사된 금속층의 적어도 일부의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 결정립이 각각의 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 내부에서 성장하고, 제2 조사 빔 펄스가 추가 가공을 위한 제1 조사 빔 펄스가 되게 하는 단계와; (e) 원하는 결정립 구조가 금속층의 적어도 일부에서 얻어질 때까지 각각의 단계의 제2 조사 빔 펄스가 다음 단계의 제1 조사 빔 펄스가 되는 상태로 단계 (c) 및 (d)를 조합하여 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 조사 빔 펄스는 레이저 빔 펄스인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 금속층은 확산 장벽층을 갖는 기판 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 각각의 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 조사 빔 펄스가 통과하는 마스크에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 금속층은 각각의 소정 형상을 갖는 적어도 하나의 금속층 스트립을 포함하고, 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 다중이며 비교적 작고 규칙적으로 이격된 도트형 섀도우 영역의 적어도 하나의 스트링을 갖고, 섀도우 영역의 각각의 스트링은 각각의 소정 형상에 따르며 동일한 소정 형상을 갖는 각각의 금속층 스트립에 중첩하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 금속층 스트립의 원하는 결정립 구조는 각각의 입계에 의해 분리되는 복수개의 단일 결정립 영역을 포함하고, 각각의 입계는 이 입계의 위치에서 금속층 스트립에 직각인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 금속층은 각각의 소정 형상을 갖는 적어도 하나의 금속층 스트립을 포함하고, 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 적어도 하나의 비교적 협소한 스트립형 섀도우 영역을 가지며, 각각의 스트립형 섀도우 영역은 각각의 금속층 스트립의 각각의 소정 형상을 갖고, 동일한 소정 형상을 갖는 각각의 금속층 스트립에 중첩하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 각각의 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 규칙적인 배열로 배치된 다수개의 비교적 작은 도트형 섀도우 영역을 구비하고, 인접한 섀도우 영역들 사이의 간격은 금속층의 적어도 일부의 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하는 결정립이 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하는 결정립에 맞닿도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 각각의 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 복수개의 규칙적으로 이격되고 긴 섀도우 영역과 복수개의 규칙적으로 이격되고 긴 빔릿을 구비하고, 각각의 빔릿은 각각의 인접한 섀도우 영역들 사이에서 인접하여 위치되며, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하고, 제2 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 긴 섀도우 영역 및 빔릿에 직각 방향으로 금속층의 적어도 일부에 대해 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 기판 상에 배치된 얇은 금속층을 가공하는 방법이며,
    (a) 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 각각의 인접한 섀도우 영역들 사이에서 인접하여 위치된 상태의 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 넓은 선형의 스트라이프형 빔릿을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스로 금속층의 적어도 일부를 조사할 때, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하게 하는 단계와;
    (b) 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 금속층의 적어도 일부의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 내부에서 성장하고, 복수개의 제1 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 하는 단계와;
    (c) 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일한 강도 패턴을 갖지만 섀도우 영역 및 빔릿이 강도 패턴의 섀도우 영역의 폭과 적어도 동일한 거리만큼 빔릿 및 섀도우 영역에 직각인 방향으로 금속층의 적어도 일부에 대해 이동된 상태의 제2 조사 빔 펄스로 금속층의 적어도 일부를 조사할 때, 각각의 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하게 하는 단계와;
    (d) 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 금속층의 적어도 일부의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 내부에서 성장하게 하고, 복수개의 제2 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 되며, 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후의 각각의 용융 영역의 재응고의 완료 시, 금속층의 적어도 일부는 각각의 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이에서 연장되는 비교적 긴 단일 결정립을 구비하고 제2 맞닿음 입계에 직각인 측방향 입계를 구비한 결정립 구조를 갖게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, (a) 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 금속층의 적어도 일부의 용융 영역의 재응고 후, 제2 맞닿음 입계에 대해 90°만큼 기판 상의 금속층을 회전시키는 단계와; (b) 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 각각의 인접한 섀도우 영역들 사이에서 인접하여 위치된 상태의 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 넓은 선형의 스트라이프형 빔릿을 구비하며 각각의 섀도우 영역 및 빔릿은 제2 맞닿음 입계에 직각인 강도 패턴을 갖는 제3 조사 빔 펄스로 금속층의 적어도 일부를 조사할 때, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하게 하는 단계와; (c) 제3 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 금속층의 적어도 일부의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 상이한 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 복수개의 제3 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 되고, 각각의 맞닿은 단일 결정립이 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이의 거리와 동일한 제3 맞닿음 입계에 평행한 방향으로 소정 치수를 갖게 하는 단계와; (d) 제3 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일한 강도 패턴을 갖지만 각각의 섀도우 영역 및 빔릿이 강도 패턴의 섀도우 영역의 폭과 적어도 동일한 거리만큼 제3 맞닿음 입계에 직각인 방향으로 금속층의 적어도 일부에 대해 이동된 상태의 제4 조사 빔 펄스로 금속층의 적어도 일부를 조사할 때, 각각의 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하게 하는 단계와; (e) 제4 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 금속층의 적어도 일부의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 각각의 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서, 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 복수개의 제4 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 되고, 용융 영역의 재응고의 완료 시, 금속층의 적어도 일부가 각각의 행 및 열로 대체로 직사각형 형상의 단일 결정립 영역의 배열을 구비하는 결정립 구조를 가지며, 각각의 대체로 직사각형 형상의 단일 결정립 영역은 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이의 거리와 실질적으로 동일한 2개의 대향측 상의 소정 거리와, 인접한 제4 맞닿음 입계들 사이의 거리와 실질적으로 동일한 다른 2개의 대향측 상의 소정 치수를 갖게 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 맨해튼 형상에 따른 각각의 소정 형상을 갖는 적어도 하나의 비교적 협소한 금속 스트립을 구비하는, 기판 상에 배치된 얇은 금속층을 가공하는 방법이며,
    (a) 각각의 소정 형상을 따라 규칙적인 간격으로 각각의 금속층 스트립에 중첩하는 복수개의 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 섀도우 영역들 중 하나에 의해 중첩되지 않는 적어도 하나의 금속층 스트립의 모든 영역에 중첩하는 빔릿을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스로 금속층을 조사할 때, 빔릿에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하게 하는 단계와;
    (b) 제1 조사 빔 펄스에 의해 조사된 후에 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 상이한 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 복수개의 제1 맞닿음 입계의 각각의 입계를 따라 서로 맞닿게 하는 단계와;
    (c) 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일한 강도 패턴을 갖지만 섀도우 영역 및 빔릿이 섀도우 영역이 이동된 섀도우 영역을 제1 맞닿음 입계에 중첩시키는 거리보다 작은 강도 패턴의 섀도우 영역의 폭보다 큰 거리만큼 각각의 금속층 스트립을 따라 이동되도록 이동된 상태의 제2 조사 빔 펄스로 적어도 하나의 금속층을 조사할 때, 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하게 하는 단계와;
    (d) 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사된 후에 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 각각의 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 복수개의 제2 맞닿음 입계의 각각의 입계에서 서로 맞닿게 되고, 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고의 완료 후, 각각의 금속층 스트립은 각각의 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이에서 연장되는 단일 결정립 영역을 구비한 결정립 구조를 가지며, 각각의 제2 맞닿음 입계는 이 제2 맞닿음 입계의 위치에서 각각의 금속층 스트립에 직각이 되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 적어도 하나의 세그먼트와 맨해튼 형상에 따른 각각의 소정 형상을 갖는 적어도 하나의 비교적 협소한 금속 스트립을 구비한 얇은 금속층을 가공하는 방법이며,
    (a) 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 각각의 인접한 섀도우 영역들 사이에서 인접하여 위치된 상태의 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 넓은 선형의 스트라이프형 빔릿을 구비한 강도 패턴을 갖는 제1 조사 빔 펄스로 적어도 하나의 금속층 스트립을 조사할 때, 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 세그먼트가 섀도우 영역 및 빔릿에 대해 대각선으로 배향되고, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되며, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남고, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하게 하는 단계와;
    (b) 제1 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 상이한 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 복수개의 제1 맞닿음 입계의 각각의 입계에서 서로 맞닿게 되고, 각각의 제1 맞닿음 입계는 이 제1 맞닿음 입계의 위치에서 각각의 금속층 스트립에 직각이 되게 하는 단계와;
    (c) 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴과 동일한 강도 패턴을 갖지만 섀도우 영역 및 빔릿이 이동된 섀도우 영역을 제1 맞닿음 입계에 중첩시키는 거리보다 작은 강도 패턴의 섀도우 영역의 폭보다 큰 거리만큼 제1 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역 및 빔릿에 직각인 방향으로 적어도 하나의 금속층 스트립에 대해 이동된 상태의 제2 조사 빔 펄스에 의해 적어도 하나의 금속층 스트립을 조사할 때, 각각의 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하게 하는 단계와;
    (d) 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 적어도 하나의 금속층 스트립의 각각의 용융 영역을 재응고시킬 때, 각각의 용융 영역의 재응고 중, 각각의 단일 결정립이 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 각각의 인접한 용융 영역 내로 성장하고, 각각의 용융 영역에서 각각의 단일 결정립이 서로를 향해 대향 방향으로 인접한 적어도 부분적인 미용융 영역으로부터 성장하며, 복수개의 제2 맞닿음 입계의 각각의 입계에서 서로 맞닿게 되고, 각각의 제2 맞닿음 입계는 이 제2 맞닿음 입계의 위치에서 각각의 금속층 스트립에 직각이며, 제2 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이은 재응고의 완료 후, 각각의 적어도 하나의 금속층 스트립은 각각의 인접한 제2 맞닿음 입계들 사이에서 연장되는 단일 결정립 영역을 구비한 결정립 구조를 갖게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 각각의 제1 및 제2 조사 빔 펄스는 레이저 빔 펄스인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 기판 상에 배치된 얇은 금속층을 가공하는 방법이며,
    (a) 소정 형상을 갖는 스트라이프 형상의 빔릿과, 이 빔릿에 의해 중첩되지 않는 금속층의 적어도 일부의 모든 영역에 중첩하는 섀도우 영역을 구비한 강도 패턴을 갖는 조사 빔 펄스로 금속층의 적어도 일부를 조사할 때, 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 영역이 소정 형상을 갖는 용융 영역을 형성하도록 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 용융 영역은 이 용융 영역의 제1 및 제2 대향 모서리를 따라 용융 영역에 인접한 미용융 영역에 의해 둘러싸이게 하는 단계와;
    (b) 소정 형상을 갖는 재응고 영역을 형성하도록 조사 빔 펄스에 의한 조사 후에 용융 영역을 재응고시킬 때, 재응고 영역을 형성하는 용융 영역의 재응고 중, 결정립의 제1 및 제2 행이 서로를 향해 대향 방향으로 각각 용융 영역의 제1 및 제2 대향 모서리로부터 성장하게 하는 단계와;
    (c) 용융 영역이 완전히 재응고된 후, 재응고 영역의 결정립의 제1 및 제2 행 중 하나에서 소정 형상을 갖는 스트립 형상의 영역으로부터 형성된 적어도 하나의 비교적 협소한 금속층 스트립을 형성하도록 금속층을 패터닝할 때, 금속층 스트립은 소정 형상과 각각의 입계에 의해 분리되는 단일 결정립 영역을 갖고, 각각의 입계는 이 입계의 위치에서 금속층 스트립에 대해 비교적 큰 각도를 형성하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 용융 영역의 재응고 중, 결정립의 제1 및 제2 행은 재응고 영역을 통해 중심으로 연장되고 소정 형상을 갖는 맞닿음 입계를 따라 서로 맞닿을 때까지 서로를 향해 대향 방향으로 성장하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 조사 빔 펄스는 레이저 빔 펄스인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 조사 빔 펄스의 강도 패턴은 조사 빔 펄스가 통과하는 마스크에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 기판 상에 배치된 얇은 금속층을 가공하는 방법이며,
    (a) 가공을 위해 금속층의 적어도 일부를 소정 폭을 갖는 복수개의 열로 분할하는 단계와;
    (b) 제1 조사 경로를 따라 제1 열의 전체 길이를 스캐닝하도록 충돌 위치를 지나 소정 병진 이동 속도로 금속층을 갖는 기판을 병진 이동시킴으로써 소정 펄스 반복율을 갖고 각각의 펄스는 복수개의 섀도우 영역 및 복수개의 빔릿을 구비한 강도 패턴을 가지며 각각의 펄스의 강도 패턴은 열의 소정 폭과 적어도 동일한 폭을 가는, 펄스형 조사 빔으로 제1 패스에서 제1 열을 조사할 때, 펄스형 조사 빔의 각각의 펄스 중에, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하고, 금속층의 소정 병진 이동 속도와 펄스형 조사 빔의 소정 펄스 반복율은 이전 부분에 부분적으로 중첩하는 다음 부분이 펄스형 조사 빔의 다음 펄스에 의해 조사되기 전에 펄스형 조사 빔의 이전 펄스에 의해 조사된 금속층의 적어도 일부의 이전 부분의 용융 영역이 완전히 재응고되도록 선택되며, 추가 가공을 위해 제1 패스는 이전 패스가 되고 제1 조사 경로는 이전 조사 경로가 되게 하는 단계와;
    (c) 열에 직각인 방향으로 비교적 작은 거리만큼 금속층을 갖는 기판을 이동시켜 금속층의 적어도 일부에 대해 펄스형 조사 빔의 각각의 펄스의 강도 패턴의 섀도우 영역 및 빔릿을 이동시키는 단계와;
    (d) 다음 조사 경로를 따라 다음 패스에서 제1 열의 전체 길이를 스캐닝하도록 충돌 위치를 지나 소정 병진 이동 속도로 금속층을 갖는 기판을 병진 이동시킴으로써 소정 펄스 반복율과 이동된 조사 빔 펄스 강도 패턴을 갖는 펄스형 조사 빔으로 다음 패스에서 제1 열을 조사할 때, 펄스형 조사 빔의 각각의 펄스 중, 각각의 이동된 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 이동된 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남으며, 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역은 각각의 인접한 용융 영역에 인접하고, 금속층의 소정 병진 이동 속도와 펄스형 조사 빔의 소정 펄스 반복율은 이전 부분에 부분적으로 중첩하는 다음 부분이 펄스형 조사 빔의 다음 펄스에 의해 조사되기 전에 펄스형 조사 빔의 이전 펄스에 의해 조사된 금속층의 적어도 일부의 이전 부분의 용융 영역이 완전히 재응고되도록 선택되게 하는 단계와;
    (e) 원하는 결정립 구조가 제1 열에서 얻어질 때까지 추가 가공을 위해 다음 패스가 이전 패스가 되고 다음 조사 경로가 이전 조사 경로가 되는 상태로 단계 (c) 및 (d)를 조합하여 반복하는 단계와;
    (f) 금속층이 제1 패스에서 금속층의 적어도 일부의 다음 열의 조사를 위해 펄스형 조사 빔에 대해 위치되도록 금속층을 갖는 기판을 병진 이동시키는 단계와;
    (g) 원하는 결정립 구조가 다음 열에서 얻어질 때까지 제1 열이 추가 가공을 위한 다음 열이 되는 상태로 단계 (b), (c), (d) 및 (e)를 조합하여 반복하는 단계와;
    (h) 원하는 결정립 구조가 금속층의 적어도 일부의 각각의 열에서 얻어질 때까지 다음 열이 추가 가공을 위한 추가 열이 되는 상태로 단계 (f) 및 (g)를 조합하여 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 펄스형 조사 빔의 각각의 펄스의 강도 패턴은 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 협소한 선형의 스트라이프형 섀도우 영역과, 복수개의 규칙적으로 이격되고 비교적 넓은 선형의 스트라이프형 빔릿을 가지며, 각각의 빔릿은 각각의 인접한 섀도우 영역들 사이에서 인접하여 위치되고, 섀도우 영역 및 빔릿은 금속층의 적어도 일부의 열에 평행하며, 금속층의 이동은 각각의 빔릿을 제1 패스에서 각각의 적어도 부분적인 미용융 영역에 중첩시키고 제1 패스에서 용융되어 재응고된 각각의 인접한 영역의 결정립의 열에 부분적으로 중첩시키는 거리만큼 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 펄스형 조사 빔은 펄스형 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제10항, 제12항, 제13항, 제15항 또는 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 금속층은 확산 장벽층을 갖는 기판 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제1항에 있어서, 금속층의 적어도 일부는 복수개의 구역으로 세분되고, 단계 (a), (b), (c), (d) 및 (e)는 한 구역씩 각각의 구역에서 조합하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 금속층의 적어도 일부는 인접 구역으로 세분되고, 단계 (a), (b), (c), (d) 및 (e)는 한 구역씩 연속적인 인접 구역으로 조합하여 수행되며, 단계 (a) 및 (c)의 각각의 조사는 비교적 작은 영역에 의해 이전 인접 구역에 중첩하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제10항에 있어서, 금속층의 적어도 일부는 복수개의 구역으로 세분되고, 단계 (a), (b), (c) 및 (d)는 한 구역씩 각각의 구역에서 조합하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 금속층의 적어도 일부는 인접 구역으로 세분되고, 단계 (a), (b), (c) 및 (d)는 한 구역씩 연속적인 인접 구역에서 조합하여 수행되며, 단계 (a) 및 (b)의 각각의 조사는 비교적 작은 영역에 의해 이전 인접 구역에 중첩하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 기판 상에 배치된 얇은 금속층을 가공하는 장치이며,
    (a) 조사 빔 펄스를 제공하는 펄스형 조사 빔 소스와;
    (b) 조사 빔 펄스가 금속층의 적어도 일부를 조사하기 위해 적어도 하나의 섀도우 영역과 적어도 하나의 빔릿을 갖는 각각의 조사 빔 펄스의 각각의 강도 패턴을 한정하도록 통과하게 하여, 조사 빔 펄스에 의한 조사 중, 각각의 빔릿에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 전체 두께에 걸쳐 용융되고, 각각의 섀도우 영역에 의해 중첩되는 금속층의 적어도 일부의 각각의 영역은 적어도 부분적인 미용융 상태로 남게 하는 빔 마스크와;
    (c) 금속층의 적어도 일부가 조사 빔 펄스에 의해 조사되는 동안에 기판 상에 금속층을 유지하고 조사 빔 펄스에 대해 측방향으로 기판 상의 금속층을 병진 이동시키는 샘플 병진 이동 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제27항에 있어서, 펄스형 조사 빔 소스는 펄스형 레이저인 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제27항에 있어서, 펄스형 레이저로부터 빔 마스크로 조사 빔 펄스가 이동하는 제1 광 경로를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제29항에 있어서, 제1 광 경로는 빔 호모제나이저 및 콘덴서 렌즈를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제29항에 있어서, 제1 광 경로는 제어 가능한 빔 감쇠기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
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