KR20010039813A - 반도체 박막 제조 장치 - Google Patents

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KR20010039813A
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다까오까히로미찌
아까시도모유끼
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가네꼬 히사시
닛본 덴기 가부시끼가이샤
오자와 미토시
스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

마스크에 형성된 개구 패턴을 통해 레이저 빔을 반도체 박막에 조사하여 반도체 박막을 개질하는 반도체 박막 제조 장치에 있어서, 마스크가 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 반사율을 갖는 반사면을 갖는다. 레이저 빔이 마스크 상에 조사되기 전에 소정의 위치에 흡수 기판이 배치된다. 흡수 기판은, 레이저 빔이 마스크의 반사면 상에 조사될 때, 레이저 빔을 부분적으로 흡수하고, 마스크의 반사면에 의해 반사된 반사 빔을 흡수한다.

Description

반도체 박막 제조 장치{APPARATUS FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR THIN FILM}
본 발명은 반도체 재료를 결정화하는 결정화 공정에서 사용되는 반도체 박막 제조 장치에 관한 것으로, 특히 액정 표시 장치 또는 접촉 화상 센서의 제조 공정에서 사용되는 레이저 어닐링 장치에 관한 것이다.
기판 (예를 들면, 유리 기판) 상에 퇴적된 비정질 실리콘막을 결정화하는 결정화 공정에서는, 엑시머 레이저를 이용하는 레이저 어닐링 기술을 널리 사용해오고 있다. 이는 엑시머 레이저를 사용함으로서, 비교적 낮은 온도로 유지된 기판으로 결정화 공정을 행할 수 있기 때문이다. 엑시머 레이저는 비정질 실리콘을 녹여서 결정화할만큼 충분히 높은 에너지의 레이저 빔을 생성한다. 엑시머 레이저에 의해 생성된 레이저 빔은 펄스폭이 수십 나노세컨드 정도로 매우 작아서, 100 나노세컨드 정도의 시간 내에 결정화가 신속하게 완료된다. 따라서, 레이저 빔에 의해 생성된 열이 기판에 전달되지 않는다. 따라서, 기판을 고온에 노출시키지 않고도 결정화 공정을 행할 수 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 레이저 어닐링 기술은 도면에 도시된 빔 파일을 갖는 레이저 빔 LO를 사용한다. 레이저 빔 LO를 롱 빔(long beam) 또는 라인 빔(line beam)으로 부른다. 주사 방향 S로 연속하여 조사되는 레이저 빔 LO를 사용하여, 절연 기판(102) 상에 퇴적된 비정질 실리콘막(101)이 다결정 실리콘막(103)으로 결정화된다. 그러나, 상술한 방식으로 생성된 다결정 실리콘막(103)은 입자 크기가 최대 수백 나노미터 정도로 매우 작은 결정 입자로 구성된다. 따라서, 다결정 실리콘막(103)에 다량의 입자 경계가 존재한다. 이러한 입자 경계는 전자 캐리어의 전도를 방해하기 때문에, 이러한 다량의 입자 경계의 존재로 인해 박막 트랜지스터(TFT)의 이동도가 감소된다. 그 결과, 빠른 응답 속도의 액티브 매트릭스 액정 표시(AMLCD)를 제조하는 것이 불가능하게된다.
상기한 관점에서, 입자 경계 수가 적고 입자 크기가 큰 결정 입자로 구성된 다결정 실리콘막을 생성하는 것이 요구된다. 결국, 프로젝션 마스크를 이용하는 결정화 공정이 James S. lm 외 다수에 의한 Applied Physics Letters 69(19), 4 Nov. 1996, P. 2864에 제안되었다.
도 2를 참조하여, lm 외 다수에 의한 결정화 공정을 설명한다.
레이저 어닐링 기술을 이용하는 lm 외 다수의 결정화 공정은 도 2에 도시된 장치에 의해 실현된다. 레이저 발진기(10)는 레이저 빔 LO를 방출한다. 레이저 빔 LO는 감쇠기(110)에 의해 감쇠되고 제1 및 제2 토탈 반사 미러(11-1 및 11-2)에 의해 반사된다. 필드 렌즈(111)를 통과한 후에, 레이저 빔 LO는 프로젝션 마스크(18)에 의해 프로젝션 마스크(18) 상에 형성된 마스크 패턴에 따라 빔 폭이 5㎛ 정도인 좁은 빔 LN으로 정형된다. 좁은 빔 LN은 이미지 형성 렌즈(112)를 통과하여 제3 토탈 반사 렌즈(11-3)에 의해 반사되어 기판 스테이지(17) 상에 지지되어 있는 기판(16)으로 조사된다. 기판(16) 상에는, 비정질 실리콘막(도시되지 않음)이 미리 퇴적되어 있다. 한번의 조사 단계 이후에, 기판(16)은 기판 스테이지(17)를 이동시켜 위치를 바꾸고, 또 다른 조사 단계가 행해진다. 상술한 동작을 반복함으로써, 기판(16)이 그 전면에 걸쳐 주사되고 기판(16) 상에 퇴적된 비정질 실리콘막에서 결정 성장이 시작된다. 여기서, 기판(16)은 0.75㎛ 정도의 피치로 주사된다.
상술한 lm 외 다수에 의한 결정화 공정에서는, 레이저 조사의 각 싱글 단계에서의 결정 성장 거리가 너무 짧아서 기판을 좁은 피치로 주사해야만 한다. 기판을 주사할 때마다, 비정질 실리콘을 녹이기에 충분한 에너지로 레이저 빔을 조사한다. 이는 프로젝션 마스크에 과중한 부하를 부과하는 것이다. 레이저 빔의 조사시에, 프로젝션 마스크는 레이저 빔의 에너지를 흡수하여 과도하게 높은 온도로 가열된다. 그 결과, 마스크 패턴의 왜곡 및 막의 박리가 발생한다. 결국, 프로젝션 마스크를 더이상 사용할 수 없게되는 것이다. 상술한 문제를 회피하기 위해서는, 프로젝션 마스크를 레이저 빔의 에너지를 실질적으로 흡수하지 않도록 반사율이 높은 재료로 구성하여야 한다.
대규모 집적 회로(LSI)를 생성하는 현재의 리소그래피 공정에서는, KrF 및 ArF 등을 광원으로 하는 엑시머 레이저를 포함한 노광 장치 또는 스텝퍼를 자주 사용한다. 일반적으로, 스텝퍼는 마스크 재료로서 Cr로 이루어진 렉티클을 사용한다. Cr의 자외선에 대한 반사율은 약 60% 정도로 낮다. 따라서, 레이저 빔이 펄스당 낮은 에너지를 갖는 한 어떠한 단점도 없이 이러한 렉티클을 스텝퍼에 사용할 수 있다. 그러나, 고에너지 레이저 빔을 사용하는 상술한 결정화 공정에서는, 에너지 흡수에 기인한 열 발생이 심각해지기 때문에 이러한 렉티클을 사용할 수가 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 마스크에 형성된 개구 패턴에 대응하는 레이저 빔을 반도체 박막에 조사하여 반도체 박막을 개질하는 반도체 박막 제조 장치로서, 마스크의 내구성이 향상되고 수명이 연장되어 한개의 마스크에서 다른 마스크로의 교환 빈도가 줄어 고생산성을 얻을 수 있는 반도체 박막 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 마스크의 내구성이 향상되고 수명이 연장되어, 많은 회수의 고에너지 엑시머 레이저 빔의 조사에 의해 반도체 박막을 개질하는 공정에서, 한 마스크에서 다른 마스크로 교환 빈도가 줄어든 마스크를 얻는다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 마스크에 형성된 개구 패턴을 통해 레이저 빔을 반도체 박막에 조사하여 반도체 박막을 개질하는 반도체 박막 제조 장치로서, 마스크가 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 반사율을 갖는 반사면을 갖는 반도체 박막 제조 장치가 제공된다.
따라서, 고에너지 엑시머 레이저 빔에 대하여 높은 내구성을 갖는 마스크를 얻을 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 장치는 마스크를 냉각시키기 위한 냉각 기구를 더 포함한다.
마스크를 물이나 액화 질소로 냉각함으로써, 마스크의 온도 증가를 억제하여 마스크의 내구성이 더욱 향상된다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 마스크는 기판 재료 및 기판 재료 상에 형성된 마스크 재료를 포함한다. 마스크 재료는 개구 패턴 및 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 반사율을 갖는 반사면을 갖는다. 기판 재료는 마스크 재료에 형성된 개구 패턴을 통해 투과된 레이저 빔을 반도체 박막에 투과시킨다.
레이저 빔을 투과시키는 기판 재료 상에 박막으로서 마스크 재료를 퇴적함으로써, 마스크에 형성된 개구 패턴으로서 미세 구조를 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 마스크는 기판 재료 상에, 상기 마스크 재료를 개재하여 형성된 투과막을 더 포함한다.
투과막은 마스크 재료의 산화 및 박리를 억제함으로써 마스크를 보호하는 역할을 한다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 반도체 박막 제조 장치는 상기 마스크 상에 상기 레이저 빔이 조사되기 전에 소정의 위치에 배치된 적어도 하나의 흡수 기판을 더 포함한다. 상술한 적어도 하나의 흡수 기판은 레이저 빔을 부분적으로 흡수하기 위한 것이다.
본 발명의 제6 측면에 따르면, 상술한 적어도 하나의 흡수 기판은, 마스크의 반사면 상에 레이저 빔이 조사되었을 때, 마스크의 반사면에 의해 반사된 반사 빔을 또한 흡수한다.
레이저 빔을 흡수하기 위한 흡수 기판을 제공함으로써, 예를 들면, 균질기를 포함한 광학계에 대하여 마스크에 의해 반사된 반사빔에 의해 야기되는 손상을 억제할 수 있다.
레이저 빔을 흡수하기 위한 복수의 흡수 기판을 제공하면, 각 흡수 기판에 의해 흡수된 레이저 빔의 에너지와 각 흡수 기판에서의 열발생이 감소되어 흡수 기판의 내구성이 향상된다.
본 발명의 제7측면에 따르면, 반도체 박막 제조 장치는 마스크 상에 레이저 빔이 조사되기 전에 상기 마스크와 평행하지 않도록 소정의 위치에 배치된 반사 기판을 더 포함한다. 반사 기판은, 상기 반사 기판의 반사면 상에 상기 레이저 빔이 조사되었을 때, 상기 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 반사율을 갖는 반사면을 갖고, 상기 레이저 빔을 반사빔으로서 부분적으로 반사한다.
반사 기판의 제공에 의해, 예를 들면, 균질기를 포함한 광학계에 대한 마스크에 의해 반사된 반사광 빔에 의해 야기된 손상을 억제할 수 있다.
본 발명의 제8 측면에 따르면, 반도체 박막 제조 장치는 레이저 빔의 광 경로에 반사 빔을 복귀시키는 기구를 더 포함한다.
이러한 구성에 의해, 복수의 레이저 발진기를 이용하지 않고, 반복 조사를 시간 간격으로 행할 수 있다.
본 발명의 제9 측면에 따르면, 반도체 박막 제조 장치는 반사 빔이 광 경로로 복귀되는 복귀 경로에 배치된 광학계를 더 포함한다.
이러한 구성에 의해, 반사광 빔의 프로파일을 트리밍할 수 있다.
본 발명의 제10 측면에 따르면, 반도체 박막 제조 장치는 반사 빔이 광 경로로 복귀하는 복귀 경로의 길이를 자유롭게 변경하기 위한 기구를 더 포함한다.
이러한 구성에 의해, 반사광 빔이 기판 상에 조사되기 전에 이동하는 거리를 자유롭게 변경하고 반사광 빔이 기판 상에 조사되기 전에 필요한 시간을 자유롭게 선택할 수 있다.
표 1은 자외선에 대한 Al 막 및 Cr 막 각각의 반사율(%)을 도시한다.
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, Al 막은 80% 이상의 반사율을 갖고, Cr막은 70% 이하의 반사율을 갖는다. 고반사율로 인해 흡수도가 낮아진다. 즉, 온도가 덜 증가한다. 따라서, Al은 내구성이 Cr보다 높은 것으로 여겨진다. 여기서, 각 금속막은 스퍼터링에 의해 200nm의 두께로 퇴적되었다.
Ar막 및 Cr 막이, 이 막들이 XeCl 엑시머 레이저로부터 방출된 파장이 308nm인 레이저 빔에 의해 연속한 조사에 의해 내구성 테스트 되었다. 그 결과가 표 2a 및 2b도에 도시되어 있다.
표 2a 및 2b에서, 기호 ○, □, △ 및 ×는 "외형 변화 없음", "약간 변색", "확실한 변색이 관찰되나 완전히 박리되지 않음 (투명하게 보이지 않음), 및 "확실하게 변색이 관찰되고 완전히 박리됨 (투명하게 보임)"을 각각 나타낸다.
표 2a 및 2b는 막이 100회 및 600,000회로 각각 조사된 조사 내구성 테스트의 결과를 도시한다.
주어진 결과로부터, Cr막에 비해, Al 막이 거의 변색되거나 박리되지 않고, 100mJ/㎠D의 에너지를 600,000회 까지 조사해도 견딜 수 있다. 감소 프로젝션 렌즈를 이용하여 레이저 빔을 집속함으로써, 반도체 막이 표 2a 및 2b에 도시된 레이저 빔 조사로도 충분히 개질될 수 있다.
도 1은 기존의 기술에서 사용되는 롱 빔을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 종래의 반도체 박막 제조 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 박막 제조 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 도 3에 도시된 장치에서 사용되는 프로젝션 마스크의 단면도.
도 5는 보호막을 갖는 변형된 프로젝션 마스크의 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 박막 제조 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 7은 도 6에 도시된 장치에서 사용되는 프로젝션 마스크 및 흡수 마스크의 단면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 박막 제조 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 9는 도 8에 도시된 장치에서 사용되는 프로젝션 마스크 및 반사 마스크의 단면도.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 박막 제조 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 레이저 발진기
11 : 토탈 반사 미러
12 : 광학계
13 : 프로젝션 렌즈
14 : 윈도우
15 : 처리실
16 : 기판
17 : 기판 스테이지
18 : 프로젝션 마스크
먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 박막 제조 장치를 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 장치는 엑시머 레이저 발진기(10), 토탈 반사 미러(11), 광학계(12), 프로젝션 렌즈(13), 윈도우(14), 및 처리실(15)을 포함한다. 처리실(15)에서는, 기판 스테이지(17) 상에 기판(16)이 지지된다. 광학계(12)와 프로젝션 렌즈(13) 사이에 프로젝션 마스크(18)가 배치된다.
레이저 발진기(10)는 레이저 빔 Lo를 방출한다. 레이저 빔 Lo는 토탈 반사 미러(11) 및 광학계(12)를 통과하여 프로젝션 마스크(18)에 도달한다. 프로젝션 마스크(18)에 형성된 마스크 패턴 또는 개구 패턴에 따라서, 레이저 빔 Lo가 좁은 빔 LN으로 정형된다. 좁은 빔 LN은 프로젝션 렌즈(13)에 의해 감소 투사되어 윈도우(14)를 통해 처리실(15)에 있는 기판(16) 상에 조사된다. 기판 스테이지(17)가 그 위치를 제어적으로 변경하여 그 상부에 지지되어 있는 기판(16)의 조사 영역을 자유롭게 결정한다.
도 4를 참조하면, 프로젝션 마스크(18)는 석영 기판(30) 및 그 상부에 형성된 금속막(31)을 포함한다. 금속막(31)은 사용된 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 표면 반사율을 갖는다. 금속막(31)에는 상술한 마스크 패턴이 제공된다. 대안적으로, 패턴된 금속 기판을 사용할 수도 있다. 주목해야할 것은 금속막(31) 상에 형성된 마스크 패턴은 선형 패턴 뿐만 아니라 임의의 다른 형태를 가질 수도 있다는 것이다. 크기나 형태는 다를 수 있다.
도 5를 참조하면, 프로젝션 마스크(18)는 적어도 하나의 보호막(32)을 더 포함할 수 있다. 프로젝션 마스크(18)에는 물이나 액화 질소등을 사용하여 온도 증가를 억제하는 기구가 제공될 수 있다.
제2 실시예
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하여, 제2 실시예에 따른 반도체 박막 제조 장치에 대해 설명한다. 이 실시예는, 광학계(12)와 프로젝션 마스크(18) 사이에 흡수 마스크(19)가 개재되어 있다는 것을 제외하고는 기본적으로 제1 실시예와 유사하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 엑시머 레이저 발진기(10)로부터 방출된 레이저 빔 Lo가 토탈 반사 미러(11) 및 광학계(12)를 통과하여 프로젝션 마스크(18)에 도달한다. 프로젝션 마스크(18) 상에 형성된 마스크 패턴에 따라, 레이저 빔 Lo가 좁은 빔 LN으로 정형된다. 좁은 빔 LN은 프로젝션 렌즈(13)에 의해 감소 투사되어, 윈도우(14)를 통해, 처리실(15)에 있는 기판(16) 상에 조사된다. 따라서, 동작은 도 3에 도시된 제1 실시예와 거의 유사하다. 이 실시예에서는, 광학계(12)와 프로젝션 마스크(18) 사이에 개재된 흡수 마스크(19)가 프로젝션 마스크(18)에 의해 반사된 반사광 빔의 생성을 억제하고 광학계(12)로 복귀시키는 역할을 한다.
도 7을 참조하면, 흡수 마스크(19)는 마스크 기판(34) 및 그 상부에 퇴적된 흡수막(35)을 포함한다. 마스크 기판(34)은 레이저 빔을 투과시키는 석영 유리 등의 재료로 이루어진다. 흡수막은 레이저 빔을 흡수하는 재료로 이루어진다. 흡수막(35)은 패터닝되어 복수의 개구(36)를 형성한다. 대안적으로, 흡수 마스크(19)는 레이저 빔을 흡수하는 재료로 이루어진 패터닝된 마스크 기판을 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 프로젝션 마스크(18) 및 흡수 마스크(19)는 서로 평행하게 배치되어 있다. 레이저 빔 Lo가 흡수 마스크(19)에 입사하면, 레이저 빔 Lo의 일부는 흡수 마스크(19)의 개구(36)를 투과하여, 투과 레이저 빔(41)으로서 프로젝션 마스크(18)를 향해 투과되고, 레이저 빔 Lo의 다른 일부는 흡수 레이저 빔(42)으로서 흡수 마스크(19)의 흡수막(35)에 의해 흡수된다. 투과 레이저 빔(41)은 프로젝션 마스크(18)의 개구(33)를 통해, 통과 레이저 빔(41-1)으로서 프로젝션 렌즈(13)를 향해 투과되고, 한편으로는 반사 레이저 빔(41-2)으로서 프로젝션 마스크(18)의 금속막(31)에 의해 반사되어 광학계(12)로 복귀한다. 흡수 마스크(19)의 각 개구(36)는 통과 레이저 빔(41-1)이 흡수막(35)의 단부에서의 스캐터링이나 반사에 의해 실질적으로 영향을 받지 않고, 반사 광 빔(41-2)의 생성이 최소화될 수 있는 크기를 갖는다.
여기서 주목해야할 것은 복수의 흡수 마스크를 사용할 수도 있다는 것이다. 흡수 마스크(19)는 물이나 액화 질소를 사용하여 흡수 마스크(19)의 온도 증가를 억제하는 기구를 포함할 수도 있다.
제3 실시예
다음으로, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 박막 제조 장치를 설명한다. 이 실시예의 장치는 흡수 마스크(19)를 반사 마스크(20)로 대체한다는 것을 제외하고는 제2 실시예와 그 구조가 유사하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 엑시머 레이저 발진기(10)로부터 방출된 레이저 빔 Lo는 반사 미러(11)와 광학계를 통과하여 프로젝션 마스크(18)에 도달한다. 프로젝션 마스크(18) 상에 형성된 마스크 패턴에 따르면, 레이저 빔 Lo은 좁은 빔 LN으로 정형된다. 좁은 빔 LN은 프로젝션 렌즈(13)에 의해 감소 투과되어 윈도우(14)를 통해 처리실(15)에 있는 기판(16) 상에 조사된다. 따라서, 동작은 도 3에 도시된 제1 실시예와 거의 유사하다. 이 실시예에서는, 광학계(12)와 프로젝션 마스크(18) 사이에 개재된 반사 마스크(20)가 프로젝션 마스크(18)에 의해 반사되어 광학계(12)로 복귀하는 반사 광 빔의 생성을 억제하는 역할을 한다.
도 9를 참조하면, 반사 마스크(20)는 마스크 기판(37)과 그 상부에 퇴적된 반사막(38)을 포함한다. 마스크 기판(37)은 레이저 빔을 투과시키는 재료로 이루어진다. 반사막(38)은 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 반사율을 갖는 재료로 이루어진다. 반사막(38)은 복수의 개구(39)를 갖도록 패터닝된다. 대안적으로, 반사 마스크(20)는 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 반사율을 갖는 재료로 이루어진 패터닝된 기판을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 또한 반사 마스크(20)는 프로젝션 마스크(18)에 평행하지 않게 배치되어, 반사 마스크(20)에 의해 반사된 반사 광 빔이 광학계(12)로 복귀하지 않는다.
레이저 빔 Lo가 반사 마스크(20)에 입사하는 경우, 레이저 빔 Lo의 일부는 반사 마스크(20)의 개구(39)를 통해 투과 레이저 빔(41)으로서 프로젝션 마스크(18)를 향해 투과되고, 레이저 빔 Lo의 다른 일부는 반사 레이저 빔(43)으로서 반사 마스크(20)의 반사막(38)에 의해 반사된다. 반사 레이저 빔(41)은 프로젝션 마스크(18)의 개구(33)를 통해 통과 레이저 빔(41-1)으로서 프로젝션 렌즈(13)를 향해 투과되고, 다른 한편으로는 반사 레이저 빔(41-2)으로서 프로젝션 마스크(18)의 금속막(31)에 의해 반사되어 광학계(12)로 복귀한다. 반사 마스크(20)의 각 개구(39)는 통과 레이저 빔(41-1)이 반사막(38)의 단부에서 스캐터링이나 반사에 의해 거의 영향을 받지 않고, 프로젝션 마스크(18)에 의해 반사된 반사 광 빔(41-2)의 생성이 최소화되어 반사 광 빔(41-2)에 의해 야기된 손상이 광학계(12)에 미치지 않도록 억제한다.
반사 마스크(20)는 물 또는 액화 질소를 사용하여 반사 마스크(20)의 온도 증가를 억제하는 기구를 포함할 수 있다.
제4 실시예
도 10을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 박막 제조 장치를 설명한다. 이 실시예의 장치는 반사 마스크(20)에 의해 반사된 반사 광 빔(43)이 기판(16)에 재차 조사된다는 것을 제외하고는 제3 실시예의 구조와 유사하다. 구체적으로는, 장치는 하프톤 미러(51)와 추가의 토탈 반사 미러(11a)를 더 포함한다. 토탈 반사 미러(11), 하프톤 미러(51), 반사 미러(20) 및 추가의 토탈 반사 미러(11a)를 도 10에 도시된 위치 관계로 배치함으로써, 반사 마스크(20)에 의해 반사된 반사광 빔(43)이 기판(16)으로의 레이저 조사에 사용되는 광 경로로 복귀한다. 장치는 토탈 반사 미러(11)의 위치를 화살표 A로 표시된 방향으로 바꿔서, 기판(16) 상에 다시 조사되기 전에 반사된 광 빔(43)이 이동하는 거리를 조정하는 이동부(52)를 더 포함한다. 반사 광 빔(43)의 빔 프로파일을 트리밍하기 위해, 또 다른 광학계(도시되지 않음)가 반사 광 빔(43)이 광 경로로 복귀하기 전에 삽입될 수 있다.
지금부터, 몇가지 특정 예를 설명한다.
제1 예
제1 예에서는, 도 6에 도시된 장치 (제2 실시예)를 사용하였다. 레이저 발진기는 XeCl 레이저였고, 레이저 빔은 308nm의 파장을 가졌다. 토탈 반사 미러(11)에 의해 반사된 레이저 빔 Lo은 균질기를 포함하는 광학계(12)에 의해 50×50㎟의 크기로 정형되었다. 레이저 빔 Lo는 흡수 마스크(19)를 통과한 다음 프로젝션 마스크(18) 상에 조사되었다. 프로젝션 마스크(18)에는 1mm의 간격으로 배치된 50개 정도의 복수의 슬릿을 포함하는 마스크 패턴이 제공되었다. 각 슬릿은 5㎛의 폭과 50mm의 길이를 가졌다. 레이저 빔 Lo는 , 상술한 마스크 패턴에 따라, 프로젝션 마스크(18)를 통해 좁은 빔 LN으로 정형되었다. 좁은 빔 LN은 프로젝션 렌즈(13)에 의폭과 길이가 절반으로 감소 투사되어 기판(16) 상에 조사된다. 그 결과, 2.5㎛의 폭과 25㎜의 길이를 각각 갖는 50개의 복수의 레이저 빔이 500㎛ 간격으로 조사되었다. 레이저 조사는 기판(16) 상의 400mJ/㎠의 에너지로 행해졌다. 프로젝션 마스크(18) 상에서는, 에너지가 100mJ/㎠였다. 이는 레이저 빔이 프로젝션 마스크(18)를 통해 단면적이 1/4로 줄어들었기 때문이다. 기판(16)은 300×350㎟의 유리 기판 상에 실리콘 산화막 및 비정질 실리콘막을 퇴적함으로써 형성되었다. 기판(16)에서는, 동시에 조사될 수 있는 조사 면적이 50×50㎟의 1/4에 대응하는 25×25㎟였다. 지금부터, 한 불럭으로서 25×25㎟의 조사 면적에 대해 설명한다. 기판(16) 전면을 조사하기 위해, 블럭을 168회 바꾸었다. 기판(16) 상에 결정 실리콘을 슬릿의 간격에 대응하는 500㎛의 길이로 횡방향으로 성장시키기 위해, 기판 스테이지(17)를 1㎛만큼 단계적으로 500회 쉬프트시켰다. 그 결과, 레이저 빔에 의해 기판(16) 전면을 조사하기 위해서, 레이저 조사를 84000(=168×500)회 행하였다. 이렇게 여러번 조사를 행한 후에는, 프로젝션 마스크(18)에서 비정상적인 변화가 보이지 않았다.
흡수 마스크(19)를 패터닝하여 폭이 100㎛이고 간격이 1㎜인 복수의 슬릿이 프로젝션 마스크(18)에 형성된 패턴을 중첩하도록 하였다. 흡수 마스크(19)가 없는 경우에는, 대부분의 레이저 빔, 즉, 프로젝션 마스크(18)를 투과한 일부를 제외한 99.5%가 반사광 빔으로서 균질기를 포함한 광학계(12)로 복귀한다. 한편, 상술한 바와 같이 흡수 마스크(19)를 삽입함으로써, 광학계(12)로 복귀하는 레이저 빔을 9.5%로 억제할 수 있다. 그 결과, 광학계(12)를, 프로젝션 마스크(18)를 통과하는 레이저 빔의 해상도를 떨어트리지 않고도, 보호할 수 있다.
제2 예
제2 예에서는, 도 8에 도시된 장치 (제3 실시예)를 사용하였다. 제2 예는 흡수 마스크(19)를 프로젝션 마스크(18)에 대하여 3°정도 경사진 반사 마스크(20)로 대체하였다는 것을 제외하고는 제1 예와 유사하였다. 이 구성에서는, 반사광 빔이 광학계(12)로부터 이탈된 방향으로 복귀하여, 광학계(12)가 손상되는 것이 방지되었다. 반사광 빔은 흡수기 (도시되지 않음)에 의해 흡수되었다.
제3 예
제3 예에서는, 도 10에 도시된 장치 (제4 실시예)를 사용하였다. 반사 마스크(20)는 프로젝션 마스크(18)에 대하여 45°경사져있다. 반사 마스크(20)와 추가의 토탈 반사 미러(11') 간의 거리는 3m였다. 토탈 반사 미러(!1)와 (11') 간의 거리는 1.5m였다. 따라서, 반사 마스크(20)에 의해 반사된 레이저 빔(43)이 반사 마스크(20)로 복귀하기 전에 이동하는 거리는 9m였다. 레이저 빔이 3×108m/s의 이동 속도를 갖기 때문에, 1회의 순회에 요구되는 시간은 30ns이다. 따라서, 기판(16) 상으로의 제1 레이저의 조사 후 30ns가 경과한 후에, 제2 빔이 기판(16) 상으로 조사된다. 따라서, 레이저 조사는 레이저 발진기의 펄스 주파수보다 작은 짧은 사이클로 반복해서 행해졌다. 또한, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 마스크에 형성된 마스크 또는 개구 패턴에 대응하는 레이저 빔을 반도체 박막에 조사하여 반도체 박막을 개질하는 반도체 박막 제조 장치에서는, 마스크가 레이저 빔에 대하여 반사율이 70% 이상인 재료로 이루어 진다. 이러한 구조로, 레이저 빔에 대한 마스크의 내구성을 향상시키고 마스크를 손상시키지 않고도 많은 회수의 레이저 조사를 행하는 것이 가능하다. 마스크 재료로서 고반사 재료를 사용하여 반사광 빔이 생성된다고 해도, 광학계가 흡수 마스크나 반사 마스크의 사용에 의한 반사 광빔에 의해 손상되는 것이 방지된다. 또한, 반사 마스크에 의해 반사된 반사광 빔을 리사이클링함으로써, 시간 간격으로의 반복 조사를 행할 수 있다. 이는 효과적인 결정화에 기여한다. 그 결과, 레이저 에너지의 사용 효율이 향상된다.

Claims (11)

  1. 마스크에 형성된 개구 패턴을 통해 레이저 빔을 반도체 박막에 조사하여 상기 반도체 박막을 개질(reform)하는 반도체 박막 제조 장치에 있어서, 상기 마스크는 상기 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 반사율을 갖는 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마스크를 냉각하기 위한 냉각 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 기판 재료와 상기 기판 재료 상에 형성된 마스크 재료를 포함하며, 상기 마스크 재료는 개구 패턴, 및 상기 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 상기 반사율을 갖는 반사면을 갖고, 상기 기판 재료는 상기 마스크 재료에 형성된 개구 패턴을 통해 투과된 레이저 빔을 상기 반도체 박막에 투과시키는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마스크를 냉각시키기 위한 냉각 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 마스크는 상기 기판 재료 상에, 상기 마스크 재료를 개재하여 형성된 투과막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마스크 상에 상기 레이저 빔을 조사하기 전에 소정의 위치에 배치되어, 상기 레이저 빔을 부분적으로 흡수하는 적어도 하나의 흡수 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 흡수 기판은 상기 레이저 빔이 상기 마스크의 반사면 상에 조사되었을 때 상기 마스크의 반사면에 의해 반사된 반사 빔을 또한 흡수하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 마스크 상에 상기 레이저 빔이 조사되기 전에, 상기 마스크와는 평행하지 않도록 소정의 위치에 배치된 반사 기판을 더 포함하며, 상기 반사 기판은 상기 반사 기판의 반사면 상에 상기 레이저 빔이 조사되었을 때, 상기 레이저 빔에 대하여 70% 이상의 반사율을 갖는 반사면을 갖고, 상기 레이저 빔을 반사빔으로서 부분적으로 반사하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사 빔을 상기 레이저 빔의 광 경로로 복귀시키는 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반사 빔이 상기 광 경로로 복귀하는 복귀 경로에 배치된 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 반사 빔이 상기광 경로로 복귀하는 복귀 경로의 길이를 자유롭게 변경시키는 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 박막 제조 장치.
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