KR20030051438A - 단일 스캔 연속 운동 순차적 측면 고화를 제공하는 방법및 시스템 - Google Patents

단일 스캔 연속 운동 순차적 측면 고화를 제공하는 방법및 시스템 Download PDF

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KR20030051438A
KR20030051438A KR1020027017303A KR20027017303A KR20030051438A KR 20030051438 A KR20030051438 A KR 20030051438A KR 1020027017303 A KR1020027017303 A KR 1020027017303A KR 20027017303 A KR20027017303 A KR 20027017303A KR 20030051438 A KR20030051438 A KR 20030051438A
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스포실리로버트에스.
임제임스에스.
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더 트러스티스 오브 콜롬비아 유니버시티 인 더 시티 오브 뉴욕
엔비크 코포레이션
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    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation

Abstract

본 발명은 기판 상에 실리콘 박막 시료를 처리하는 방법 및 시스템을 제공한다. 기판은 실리콘 박막 내의 결정 성장을 시딩하지 않는 표면부를 갖는다. 박막 시료는 제1 에지 및 제2 에지를 갖는다. 조사 빔 발생기는 소정의 반복률로 연속적 조사 빔 펄스를 방출하도록 제어된다. 조사 빔 펄스 각각은 제1 복수의 빔렛 및 제2 복수의 빔렛을 정의하도록 마스킹되고, 조사 빔 펄스 각각의 제1 및 제2 복수의 빔렛은 박막 시료에 충돌하도록 제공되고 박막 시료의 조사된 부분을 그 두께 전체에 걸쳐 용융하기에 충분한 강도를 갖는다. 조사 펄스의 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 제1 에지와 제2 에지 사이에서 박막 시료의 스캐닝 방향으로 일어나도록, 박막 시료는 일정한 소정의 속도로 연속적으로 스캐닝된다. 연속 스캐닝이 진행되는 동안, 조사 펄스 각각의 제1 빔렛을 이용하여 조사된 제1 구역 각각은 재고화되고 결정화되도록 허용된다. 제1 구역의 재고화 및 결정화가 진행되는 동안, 박막 시료의 복수의 제2 구역은 구 두께 전체가 용융되도록 조사 빔 펄스의 제2 빔렛을 이용하여 연속적으로 조사된다. 제2 구역 각각은 재고화되고 결정화된 제1 구역 각각의 쌍 및 이들 사이의 비조사 영역 각각과 부분적으로 중첩된다.

Description

단일 스캔 연속 운동 순차적 측면 고화를 제공하는 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SINGLE-SCAN, CONTINUOUS MOTION SEQUENTIAL LATERAL SOLIDIFICATION}
반도체 처리 분야에서, 얇은 비정질 실리콘막을 다결정막으로 전환시키기 위해 레이저를 이용하고자 하는 많은 시도가 있었다. 예를 들면, James Im 외에 의한 "Crystalline Si Films for Integrated Active-Matrix Liquid Crystal Displays," 11 MRS Bulletin 39(1996)에 종래의 엑시머 레이저 어닐링 기술에 대한 개요가 기재되어 있다. 그러한 종래 시스템에서는 엑시머 레이저 빔의 형상이 일반적으로 길이가 30cm 이하이고 폭이 500㎛ 이상인 긴 단면을 가진 빔으로 된다. 상기 형상을 갖는 빔은 비정질 실리콘 시료에 건너와서(즉, 시료를 평행이동시킴으로써) 시료의 용융을 촉진하고 시료의 재고화(re-solidification) 시에 결정립-형상 및 결정립 바운더리가 제어된 다결정 실리콘의 형성을 실현한다.
종래의 레이저 어닐링 기술을 아용하여 다결정 실리콘을 생성하는 것은 여러 가지 이유에서 문제가 있다. 첫째, 상기 공정에서 생성된 다결정 실리콘은 일반적으로 결정립 크기가 작고 랜덤 마이크로 구조(즉, 결정립 형상 및 결정립 바운더리 위치의 제어가 불량함)이며, 결정립 크기가 불균일하므로 소자의 불량 및 불균일을 초래하고, 따라서 제조 수율의 저하를 초래한다. 둘째, 허용가능한 품질의 결정립 형상 및 결정립-바운더리-위치 제어된 다결정 박막을 얻기 위해서는 그러한 박막을 생산하기 위한 제조 생산량(throughput)을 낮게 유지해야 한다. 또한, 상기 공정은 일반적으로 제어된 분위기 및 비정질 실리콘 시료의 예열을 필요로 하고, 이것은 생산성의 감소로 이어진다. 따라서 고품질의 다결정 또는 단결정 반도체 실리콘막을 높은 생산성으로 생산하기 위한 비정질 또는 다결정 반도체 박막을 성장시키는 방법 및 시스템에 대한 이 분야에서의 요구가 있다. 마찬가지로, 액정 패널 디스플레이용 박막 트랜지스터 어레이와 같은 고품질 소자의 제조에 사용하기 위한 보다 크고 보다 균일한 미세구조를 가진 다결정 실리콘 박막을 생성할 수 있는 제조 기술에 대한 요구가 있다.
본 발명은 박막 반도체 재료의 처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저 조사 및 레이저 조사를 받는 반도체막을 갖는 기판의 연속 운동을 이용하여 기판 상에 비정질(amorphous) 또는 다결정(polycrystalline) 박막으로부터 큰 결정립(grain)을 구비하고 결정립 형상 및 결정립-바운더리(boundary)-위치(location)가 제어된 반도체 박막의 형성에 관한 것이다.
본 발명의 실시예를 하기와 같이 첨부된 도면을 참고하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 스캔 연속 운동 순차적 측면 고화("SLS")를 실행하기 위한 시스템의 일 실시예의 개요도로서, 실리콘 박막 내에 효과적인 큰 결정립의 성장을 위해 시료의 미소평행이동을 필요로 하지 않는 실시예를 나타내고;
도 2는 개념적으로 분할되고 표면에 실리콘 박막을 가진 시료의 일 실시예의 확대도이고;
도 3은 본 발명의 방법 및 시스템에 의해 활용되는 마스크의 제1 실시예로 정의되며, 기판 상의 실리콘 박막에 충돌 시에 단일 스캔, 연속 운동 SLS를 촉진하는 조사 빔 펄스의 강도 패턴(intensity pattern)에 대한 확대도이고;
도 4는 단일 스켄, 연속 운동 SLS를 제공하는 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예를 이용하여, 시료가 도 1의 시스템에 의해 이동될 때 시료에 충돌하는 빔 펄스의 조사 경로의 예를 나타내는 도면이고;
도 5a-5g는 도 4에 예시된 본 발명의 방법의 제1 실시예에 따른 SLS 처리의 여러 가지 순차적 단계에서 표면에 실리콘 박막을 가진 시료의 예시적 제1 개념상(conceptual) 칼럼 상의 방사 빔 펄스 강도 패턴 및 결정립 구조의 일부로서, 도 3의 조사 빔 펄스의 강도 패턴이 시료의 제1 개념상 칼럼을 조사하는 데 이용되는 것을 나타내는 도면이고;
도 6a 및 6b는 도 4에 예시된 본 발명의 방법의 제1 실시예에 따라, 도 5a-5g에 예시된 시료의 개념상 칼럼 전체의 실리콘 박막이 완전히 용융되고 재고화되어 결정화된 후 시료의 제2 개념상 칼럼을 따라 실행되는 SLS 처리의 2개의 순차적 단계에서 표면에 실리콘 박막을 가진 시료의 예시적 제2 개념상 칼럼 상의 방사 빔 펄스 강도 패턴 및 결정립 구조의 일부를 나타내는 도면이고;
도 7은 시료의 모든 개념상 칼럼에서 실리콘 박막이 완전히 용융되고 재고화되어 결정화된 후, 시료의 결정화된 실리콘박을 예시하는 도면이고;
도 8은 기판 상의 실리콘 박막에 충돌 시에 본 발명의 방법 및 시스템에 의해 활용되는 추가의 마스크에 의해 정의되며, 실리콘 박막 내의 보다 큰 결정립의 성장을 촉진하는 조사 빔 펄스의 강도 패턴에 대한 제2 실시예의 확대도이고;
도 9는 실리콘 박막 내에 보다 긴 결정립을 성장시키기 위해 도 8에 예시된 마스크를 활용하는 본 발명의 방법의 제2 실시예에 따른 SLS 처리의 예시적 단계에서 표면에 실리콘 박막을 가진 시료의 예시적 제1 개념상 칼럼의 방사 빔 펄스 강도 패턴 및 결정립 구조의 일부를 나타내는 도면이고;
도 10은 빔 펄스가 시료의 제1 개념상 칼럼의 특정 부위를 완전히 조사한 후 이어서 결정화시키는 시료의 실리콘 박막에 대한 도 9의 SLS 처리의 추가 진행을 예시적으로 나타내는 도면이고;
도 11은 기판 상의 실리콘 박막에 충돌 시에 본 발명의 방법 및 시스템에 의해 활용되는 또 다른 마스크에 의해 정의되는 조사 빔 펄스의 강도 패턴에 대한 제3 실시예의 확대도로서, 조사 빔 펄스의 슬릿형(slit-shaped) 빔렛의 하나의 섹션에 인접하게 제공된 단일 저에너지 부위를 포함하는 것을 나타내는 도면이고;
도 12는 기판 상의 실리콘 박막에 충돌 시에 본 발명의 방법 및 시스템에 의해 활용되는 또 다른 마스크에 의해 정의되는 조사 빔 펄스의 강도 패턴에 대한 제4 실시예의 확대도로서, 조사 빔 펄스의 슬릿형 빔렛의 각각의 상이한 섹션에 인접하고 서로 마주보게 제공된 2개의 저에너지 부위를 포함하는 것을 나타내는 도면이고;
도 13a-13d는 시료를 시계 방향으로 90°회전시킨 후 도 5a-5g에 예시된 방법의 제1 실시예 기술을 이용하는 본 발명의 방법의 제3 실시예에 따른 SLS 처리의 여러 가지 순차적 단계에서 시료 표면에 제공된 실리콘 박막의 예시적 제1 개념상 칼럼의 방사 빔 펄스 강도 패턴 및 결정립 구조의 일부를 나타내는 도면이고;
도 14는 도 13a-13d에 예시된 기술을 이용하여, 회전된 시료의 모든 개념상 칼럼 내의 실리콘 박막이 완전히 용융되고, 재고화되어 결정화된 후, 시료의 결정화된 실리콘막의 예시적 도면이고;
도 15a 및 15b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 시스템 및 도 5a-5g 및 도 6a-6b에 예시된 방법에 의해 구현된 단계를 예시하는 흐름도이다.
본 발명의 목적은 순차적 측면 고화(sequential lateral solidification; SLS) 기술을 이용하여 결정립이 크고 결정립 형상, 결정립 바운더리, 및 위치가 제어된 다결정 박막 반도체를 제조하는 기술을 제공하는 것, 그리고 가속화된 방식으로 그러한 실리콘 박막을 생성하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른목적은 "박막을 미소평행이동(microtranslating)"시킬 필요 없이 시료를 연속적으로 이동시키면서 박막을 최초에 조사한 방향과 동일한 방향으로 앞서 조사된 영역을 재조사(re-irradiating)하여 시료 상에 제공된 다결정 박막 반도체의 그러한 가속화된 순차적 측면 고화 및 반도체막의 연속적 이동을 실현하는 것이다.
상기 목적 중 적어도 일부는 기판 상의 반도체 박막 시료를 처리하는 방법 및 시스템으로 달성된다. 기판은 실리콘 박막에 결정 성장을 시딩(seeding)하지 않는 표면부를 갖는다. 박막 시료는 제1 에지(edge) 및 제2 에지를 갖는다. 조사 빔 발생기(generator)는 소정의 반복률(repitition rate)로 연속적 조사 빔 펄스를 방출하도록 제어된다. 조사 빔 펄스 각각은 복수의 제1 빔렛(beamlet) 및 복수의 제2 빔렛을 정의하도록 마스킹되는데, 상기 조사 빔 펄스 각각의 복수의 제1 및 제2 빔렛은 박막 시료에 충돌(impinging)하도록 제공되며 박막 시료의 조사된 부분을 그 두께 전체에 걸쳐 용융하기에 충분한 강도(intensity)를 갖는다. 박막 시료는 조사 빔 펄스의 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 제1 에지와 제2 에지 사이에서 박막 시료 상에 스캐닝 방향으로 이루어지도록 일정한 소정의 속도로 연속적으로 스캐닝된다. 박막 시료를 연속적으로 스캐닝하는 동안, 박막 시료의 복수의 제1 구역(area)은 제1 구역이 그 두께 전체가 용융되고 제1 구역의 인접한 구역들 사이에 비조사 영역(unirradiated region)을 남기도록 조사 빔 펄스의 제1 빔렛을 이용하여 연속적으로 조사된다. 또한 연속적 스캐닝이 이루어지는 동안, 조사 빔 펄스의 제1 빔렛을 이용하여 조사되는 제1 구역 각각은 재고화되고 결정화되도록 허용된다. 제1 구역이 재고화되고 결정화되는 동안, 박막 시료의 복수의 제2 구역은 그 제2 구역을 두께 전체에 걸쳐 용융하도록 조사 빔 펄스의 제2 빔렛을 이용하여 연속적으로 조사된다. 제2 구역 각각은 재고화되고 결정화된 제1 구역의 각 쌍 및 그 사이의 비조사 영역 각각과 부분적으로 중첩된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제2 빔렛에 의한 제2 구역의 연속적 조사가 이루어지는 동안, 제3 구역을 그 두께 전체에 걸쳐 완전히 용융하도록 박막 시료의 제3 구역은 제1 빔렛에 의해 연속적으로 조사되며, 제3 구역 각각은 재고화되고 결정화된 제1 구역 각각과 부분적으로 중첩되고 제3 구역의 인접한 구역들 사이에 추가의 비조사 영역을 남긴다. 제1 구역 중 하나와 제3 구역 중 하나는 스캐닝 방향과 평행인 제1 선(line) 상에 놓일 수 있으며, 제2 구역 중 하나는 스캐닝 방향과 평행인 제2 선 상에 놓일 수 있다. 제1 선은 제2 선으로부터 벗어난 위치에서 연장되는 것이 바람직하다. 제1 빔렛에 의해 제3 구역이 연속적으로 조사되면, 조사 빔 펄스 각각의 제1 빔렛에 의해 조사된 제2 구역 각각은 재고화되고 결정화되도록 허용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 박막 시료가 연속적으로 스캐닝되면, 조사 빔 펄스 각각의 제1 빔렛에 의해 조사된 제3 구역 각각은 재고화되고 결정화되도록 허용된다. 제2 구역 및 제3 구역의 조사가 완료된 후, 박막 시료의 복수의 제4 구역은 제4 구역이 그 두께 전체에 걸쳐 용융되도록 조사 빔 펄스의 제2 빔렛에 의해 연속적으로 조사되고, 제4 구역 각각은 재고화되고 결정화된 제3 구역의 각 쌍 및 그 사이에 있는 추가의 비조사 영역 각각과 부분적으로 중첩된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 에지는 제2 에지가 위치한 박막 시료의측면과 마주 대한 박막 시료의 측면 상에 배치된다. 또한, 박막 시료를 따른 제1 및 제2 충돌은 박막 시료에 대한 제1 세트의 패터닝된(patterned) 빔렛에 의한 제1 충돌 및 박막 시료에 대한 제2 세트의 패터닝된 빔렛에 의한 제2 충돌이 박막 시료의 제2 에지를 지나갈 때까지 계속된다. 그 후, 박막 시료는 자신에 대해 자신의 바운더리 외부의 제1 위치에 제1 및 제2 세트의 패터닝된 빔렛이 충돌하도록 배치될 수 있고, 이어서 제1 및 제2 세트의 패터닝된 빔렛의 충돌이 제1 위치로부터 박막 시료의 바운더리 외부인 제2 위치로 이동하도록 박막 시료를 이동시킬 수 있다. 마지막으로, 박막 시료의 모든 진동이 감쇠될 때까지 패터닝된 빔렛이 제2 위치에 충돌하도록 박막 시료를 유지시킬 수 있다. 이 실시예로써, 소정의 폭을 갖는 박막 시료의 완결 부위가 바람직하게 조사되고 재고화되었으며, 박막 시료는 완결 부위 전체에서 제어된 결정립 성장을 가졌다.
또 다른 실시예에서, 제1 경로를 따라 특정 방향이 연장되고, 박막 시료는 제1 경로에 직교하는 제2 경로를 따라 이동된다. 박막 시료에 대한 조사 빔 펄스의 제1 및 제2 빔렛에 의한 연속 충돌은 박막 시료의 제2 에지를 지나갈 수 있다. 제1 및 제2 구역에 대한 연속 조사가 완료된 후, 조사 빔 펄스의 제1 및 제2 빔렛이 박막 시료에 대해 박막 시료의 바운더리 외부의 제1 위치에 충돌하도록 박막 시료가 위치하게 된다. 그 후, 조사가 이루어지고 그 두께 전체에 걸쳐 용융되고 재고화된 소정의 폭을 갖는 박막 시료의 완결 부위는 박막 시료가 완결 부위 전체에서 제어된 결정립 성장을 가진 상태로 정의될 수 있다. 제1 경로를 따라 특정 방향이 연장될 수 있고, 박막 시료는 제2 경로를 따라 이동될 수 있으며, 제1 축은제1 경로에 직각을 이룬다. 제1 위치로부터 소정의 폭과 대략 동일한 거리에 제2 위치가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 조사 빔 펄스의 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 제2 에지와 제1 에지 사이의 박막 시료 상에 스캐닝 방향과 반대인 추가 방향으로 일어나도록 박막 시료는 일정한 소정의 속도로 연속적으로 스캐닝될 수 있다. 이 때, 제5 구역이 그 두께 전체에 걸쳐 용융되고 제5 구역의 인접한 구역들 사이에 추가의 비조사 영역을 남기도록 박막 시료의 복수의 제5 구역은 조사 빔 펄스의 제2 빔렛을 이용하여 연속적으로 조사될 수 있다. 또한, 조사 빔 펄스 각각의 제2 빔렛에 의해 조사된 제5 구역 각각은 재고화되고 결정화되도록 허용될 수 있다. 또한, 제6 구역이 그 두께 전체에 걸쳐 용융되도록 조사 빔 펄스의 제1 빔렛에 의해 박막 시료의 복수의 제6 구역이 연속적으로 조사될 수 있고, 이 때 제6 구역 각각은 재고화되고 결정화된 제5 구역의 각 쌍 및 그 사이의 비조사 영역 각각과 부분적으로 중첩된다.
또 다른 실시예에서, 조사 빔 펄스의 일부는 연속적인 부분 강도의 조사 펄스가 박막 시료의 특정 영역을 조사하면 특정 영역은 박막 시료의 두께 미만에 대해 용해되도록 감소된 강도를 갖는 연속적 부분 강도 조사 펄스를 방출하기 위해 마스킹될 수 있다. 이어서, 재고화되고 결정화된 제2 구역 각각은 연속적 부분 강도 조사 펄스 각각에 의해 연속적으로 조사될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 기판 상의 반도체 박막 시료를 처리하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 기판은 반도체 박막 내의 결정 성장을 시딩하지않는 표면부를 갖는다. 박막 시료는 제1 에지 및 제2 에지를 갖는다. 조사 빔 발생기는 소정의 반복률로 연속적 조사 빔 펄스를 방출하도록 제어된다. 조사 빔 펄스 각각은 제1 복수의 빔렛과 제2 복수의 빔렛을 정의하도록 마스킹되고, 조사 펄스 각각의 제1 및 제2 복수의 빔렛은 박막 시료에 충돌하도록 제공되며 박막 시료의 조사된 부분을 그 두께 전체에 걸쳐 용융하기에 충분한 강도를 갖는다. 조사 빔 펄스의 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 박막 시료 상에 제1 에지 및 제2 에지 사이에서 스캐닝 방향으로 일어나도록, 박막 시료는 일정한 소정의 속도로 연속적으로 스캐닝된다. 박막 시료의 연속 스캐닝이 진행되는 동안, 박막 시료의 복수의 제1 구역은 그 두께 전체가 용융되고 그 구역에 인접하여 비조사 영역을 남기도록 조사 빔 펄스의 제1 빔렛을 이용하여 연속적으로 조사된다. 제1 구역 각각은 스캐닝 방향과 직각을 이루는 제1 선을 따라 연장되며 제1 선폭의 제1 테두리(border)를 가진다. 또한 연속 스캐닝이 진행되는 동안, 조사 빔 펄스 각각의 제1 빔렛을 이용하여 조사되는 제1 구역 각각은 재고화되고 결정화되도록 허용된다. 제1 구역의 재고화 및 결정화 단계에 이어서, 박막 시료의 복수의 제2 구역이 그 두께 전체가 용융되도록 조사 빔 펄스의 제2 빔렛을 이용하여 연속적으로 조사된다. 제2 구역 각각의 제1 영역(region)은 재고화되고 결정화된 제1 구역 중 최소한 하나에 완전히 중첩되고, 제2 구역 각각의 제2 영역은 재고화되고 결정화된 제1 구역에 인접하게 제공된 비조사 영역 각각에 중첩된다. 제1 영역은 제1 선폭의 1/2보다 큰 제2 선폭의 제2 테두리를 가지며, 제2 테두리는 제1 선에 평행하고 제1 선으로부터 벗어난 제2 선을 따라 연장된다.
연속 운동 SLS를 제공하기 위한 특정 시스템 및 방법이 미국 특허 출원번호 09/526,585(이하, "'585 출원이라 함)에 기재되어 있으며, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다. '585 출원은 이들 시스템 및 방법의 구체적 사항 및 시료의 미소평행이동(microtranslation)의 활용에 대해 명시적으로 설명하고 예시하는데, 여기서 시료는 박막 상에 순차적 측면 고화를 촉진하기 위해 조사 빔 펄스가 조사되는 비정질 실리콘 박막을 표면에 가지고 있다. '585 출원에 기재된 시스템과 유사한 것으로, 본 발명에 따른 비정질 실리콘 박막의 연속 운동 SLS 처리를 수행하기 위한 시스템의 실시예가 도 1에 예시되어 있다. 상기 예시적 시스템은 조사 빔(예를 들면 레이저 빔)을 방출하는 Lambda Physik moldel LPX-3151 XeCl 펄스된 엑시머 레이저(110), 레이저 빔의 에너지 밀도를 변경하기 위한 제어형 빔 에너지 밀도 변조기(120), MicroLas 2 플레이트 가변 감쇠기(130), 빔 스티어링 거울(140, 143, 147, 160, 162), 빔 확장 및 시준(collimating) 렌즈(141, 142), 빔 균질화기(homogenizer)(144), 집광 렌즈(145), 시야 렌즈(148), 이동 스테이지(도시되지 않음) 내에 장착될 수 있는 프로젝션 마스크(150), 4x∼6x 접안 렌즈(161), 제어형 셔터(152), 시료 이동 스테이지(180) 상에 장착된 SLS 처리 대상 실리콘 박막(52)을 가진 시료 상에 입사되는 방사 빔 펄스(164)를 포커싱하기 위한 다중요소 대물 렌즈(163), 진동 분리 및 자동 레벨 시스탬(191, 192, 193, 194) 위에 지지되는 화강암 광학 벤치(190), 그리고 상기 펄스된 엑시머 레이저(110), 상기 빔 에너지 밀도 변조기(120), 상기 가변 감쇠기(130), 상기 셔터(152) 및 상기 시료 이동 스테이지(180)를 제어하도록 연결된 컴퓨터(106)(예를 들면 프로그램 실행용 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터)를 포함한다.
시료 이동 스테이지(180)는 시료를 평면상 X-Y 방향 및 Z 방향으로 이동시키기 위해 컴퓨터(106)에 의해 제어된다. 이 방식으로, 컴퓨터(106)는 조사 빔 펄스(164)에 대해 시료(40)의 상대적 위치를 제어한다. 또한 조사 빔 펄스(164)의 반복성 및 에너지 밀도고 컴퓨터(106)에 의해 제어된다. 당업자는 펄스 발생 엑시머 레이저(110) 대신에 이하에 설명하는 방식으로 반도체(또는 실리콘) 박막(52)을 용융하기에 적합한 짧은 에너지 펄스의 공지된 다른 소스에 의해 조사 빔 펄스가 생성될 수 있음을 이해할 것이다. 그러한 공지된 소스는 소스(110)로부터 시료(40)에 이르는 조사 빔 경로의 적절한 변경과 병행한, 펄스 발생 고체 상태 레이저, 초핑된 연속형 웨이브 레이저, 펄스 발생 전자 빔, 펄스 발생 이온 빔 등일 수 있다. 도 1에 도시된 시스템의 실시예에서는 컴퓨터(106)가 본 발명에 따른 실리콘 박막(52)의 단일 스캔, 연속 운동 SLS 처리를 수행하기 위한 시료(40)의 이동을 제어하지만, 컴퓨터(106)는 또한 제어된 빔 경로를 따라 실리콘 박막(52)에 대하여 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴을 변위시키기 위해 적절한 마스크/레이저 빔 이동 스테이지(도면의 단순화를 위해 도시되지 않음)에 장착된 마스크(150) 및/또는 엑시머 레이저(110)의 이동을 제어하기에 적합하게 되어 있을 수 있다. 조사 빔 펄스의 강도 패턴을 변위시키는 가능한 방법 중 다른 한 가지는 컴퓨터(106)로 하여금 빔 스티어링 거울을 제어하도록 하는 것이다. 도 1의 예시적 시스템은 이하에 보다 구체적으로 설명되는 방식으로 시료(40) 상 실리콘 박막(52)의 단일 스캔, 연속 운동 SLS 처리를 수행하는 데 이용될 수 있다.
'585 출원에 구체적으로 기재된 바와 같이, 비정질 실리콘 박막 시료는 소정 플루언스(fluence)의 복수의 엑시머 레이저 펄스를 생성하고, 엑시머 레이저 펄스의 플루언스를 제어가능하게 변조하고, 레이저 펄스 평면의 강도 프로파일을 균질화하고, 빔렛이 조사된 부분을 용융시키도록 비정질 실리콘 박막에 빔렛을 조사하고, 패턴 형성된 빔렛에 대해 시료를 제어가능하고 연속적으로 이동함으로써 처리되어 단결정 또는 다결정 실리콘 박막으로 된다. 빔렛의 출력은 '585 출원에 제시된 바와 같이, 제어 가능하게 변조됨으로써 빔렛에 상대적으로 시료의 연속 운동 순차 이동, 및 대응하는 순차적 위치에서의 변동하는 플루언스의 마스크된 조사 펄스의 빔렛에 의한 시료 조사에 의해, 시료에 제공된 비정질 실리콘 박막이 처리되어 단결정 또는 결정립 형상의 결정립-바운더리-위치 제어된 다결정 실리콘 박막으로 된다. 본 발명에 따른 시스템 및 방법의 유리한 개선점 중 하나는 실행시키고자 하는 시료의 미소평행이동(즉, '585 출원에 기재된 바와 같은 미소평행이동)이 전혀 필요없이 시료(40)의 한 섹션에 대한 조사를 완결함으로써 시료의 실리콘 박막 상에 조사하여 SLS를 촉진하기 위한 처리 시간이 현저히 절감되는 점이다.
도 2는 비정질 실리콘 박막(52)을 표면에 구비한 시료(40)의 실시예에 대한 확대도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 이 예시적 시료(40)는 Y 방향으로 40cm이고 X 방향으로 30cm인 직사각형이다. 시료(40)는 개념적으로 여러 개의 칼럼(예를 들면 제1 칼럼(210), 제2 칼럼(220) 등)으로 분할된다. 각 칼럼의 위치/크기는 컴퓨터(106)의 저장 장치에 저장되고, 컴퓨터(106)는 이를 이용하여 추후 시료(40)의 이동을 제어한다. 각각의 칼럼(210, 220, 등)의 치수는 예를 들면 X 방향으로 2cm, Y 방향으로 40cm로 설정된다. 따라서, 시료(40)의 크기가 X 방향으로 30cm일 경우에 시료(40)는 개념적으로 15개의 칼럼으로 분할될 수 있다. 이하에 논의되는 시스템의 제약 조건 내에서, 시료(40)는 상이한 치수를 갖는 칼럼으로 분할될 수 있다(예를 들면 1cmx40cm 칼럼, 3cmx40cm 칼럼, 4cmx40cm 칼럼 등). 시료(40)를 개념적으로 칼럼으로 분할할 때, 칼럼의 전장에 대해 연장되는 칼럼 각각의 최소한일부는 실리콘 박막(52)의 조사되지 않는 영역이 조금이라도 발생될 가능성을 회피하기 위해 이웃한 칼럼, 즉 중첩부(overlapped portion)(230)에 의해 겹쳐질 수 있다. 중첩부(230)는 모든 이웃한 칼럼 사이에 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 중첩 영역은 1㎛의 폭을 가질 수 있다. 2㎛와 같이 중첩부의 다른 폭도 가능하며 이는 본 발명의 범위에 포함됨을 이해해야 할 것이다.
도 3은 조사 빔 펄스가 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)에 충돌할 때 마스크(150)에 의해 정의되는 마스크 통과 조사 빔 펄스(masked irradiation beam pulse)(164)의 강도 패턴(235)의 제1 실시예에 대한 확대도이다. 강도 패턴(235)은 투명 영역 및 불투명 영역의 특수 패턴을 가진 마스크(150)를 균질화된 조사 빔(149)의 경로에 배치시킴으로써 생성되고, 얻어지는 마스크(150) 통과 빔렛은 원하는 강도 패턴(235)을 갖는 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)를 생성하도록 대물 렌즈에 의해 포커싱된다. 그러한 강도 패턴(235)을 이용하여 본 발명의 시스템 및 방법은 실리콘 박막(52)의 단일 스캔, 연속 운동 SLS를 달성할 수 있다. 도 1에 제시된 제1예의 강도 패턴(235)은 소정의 방식으로 서로 분리된 슬릿형 빔렛을 각 섹션에 구비한 2개의 빔렛 섹션(250, 260)을 포함한다. 제1 섹션(250)의 슬릿형 빔렛(255)의 위치는 제2 섹션(260)의 슬릿형 빔렛(260)의 위치에 관해 X 방향으로 어긋나게 제공된다. 도 3에 제시된 예시적 강도 패턴(235)을 이하에서 구체적으로 설명한다.
위에서 설명한 바와 같이, 강도 패턴(235)은 2개의 섹션, 즉 제1 빔렛 섹션(250) 및 제2 빔렛 섹션(260)을 포함한다. 제1 빔렛 섹션(250)은 제1 슬릿형빔렛(255)을 가지며, 그 각각은 X 방향으로 약 3㎛의 폭과 Y 방향으로 약 1/2mm의 길이를 갖는다. 제1 슬릿형 빔렛(255)은 제1 섀도우(shadow) 영역(257)에 의해 서로 등간격을 이루고 떨어져 있다[즉, 제1 슬릿형 빔렛(255)은 이들 제1 섀도우 영역(257) 만큼 서로 떨어져 있다]. 제1 섀도우 영역(257)은 예를 들면 1½㎛의 폭을 가질 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제2 빔렛 섹션(260)은 제1 빔렛 섹션(250)과 Y 방향으로 실질적으로 인접하게 배치되며, 제1 슬릿형 빔렛(265)을 가진다. 제2 빔렛 섹션(260)은 제2 슬릿형 빔렛(265)을 서로 분리시키는 제2 섀도우 영역(267)을 포함한다. 제2 슬릿형 빔렛(265) 및 제2 섀도우 영역(267)은 개재(介在)하는 섀도우 영역(240)에 의해 제1 슬릿형 빔렛(255) 및 제1 섀도우 영역(257)으로부터 분리된다. 제2 슬릿형 빔렛(265) 및 제2 섀도우 영역(267)의 치수는 각각 제2 슬릿형 빔렛(265) 및 제2 섀도우 영역(267)의 치수와 실질적으로 유사하다. Y 방향으로 연장되는 제1 슬릿형 빔렛(255) 각각의 에지(258)는 각각 하나의 제2 슬릿형 빔렛(265)의 영역 속으로 연장되는 선분 M과 일치하고, 제1 슬릿형 빔렛(255) 각각의 다른 에지(259)는 선분 M이 연장되어 통과하는 제2 슬릿형 빔렛에 인접한 제2 슬릿형 빔렛(265)의 영역 속으로 연장되는 선분 N과 일치하는 것이 바람직하다. 제1 빔렛 섹션(250)은 5㎛의 폭을 갖는 개재하는 섀도우 영역(240)에 의해 제2 빔렛 섹션(260)으로부터 분리된다. 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)는 일체의 빔 에너지를 섀도우 영역(257, 267, 240)으로 투사하지 않고, 빔렛의 레이저 펄스 강도 전체를 실리콘 박막(52) 표면에 제공하는 것을 유의해야 한다.
따라서, 강도 패턴(235)의 Y 방향에서의 치수는 제1 슬릿형 빔렛(255)의 길이(1/2mm) 및 제2 슬릿형 빔렛(265)의 길이(1/2mm) 플러스 개재하는 섀도우 영역(240) 몫의 5㎛를 합계하면 약 1.005mm가 된다. 강도 패턴(235)의 X 방향에서의 치수는 개념상 칼럼(210, 220)의 폭과 동일해야 한다. 따라서, 도 3에 제시된 예시적 강도 패턴(235)의 대략적 치수는 X 방향으로 2cm이고 Y 방향으로 1,005mm이다. 또한, 균질회 조사 빔(149)의 단면은 최소한 강도 패턴(235)을 구획하는 마스크(150)를 빠져 나가는 부분을 포괄할 만큼 커야 한다. 마스크(150)를 빠져 나간 다음 대물 렌즈에 의해 포커싱되는 빔렛(151)의 어레이는 시료(40)의 개념상 칼럼(210, 220) 각각의 폭에 실질적으로 일치하는 X 방향 치수를 갖는 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)로 귀착된다. 마스크 통과 조사 빔 펄스(164) 단면의 X 방향 폭[따라서 강도 패턴(235)의 폭]은 개념상 칼럼(210, 220) 각각의 폭보다 약간 큰 것이 바람직하다. 그러한 치수가 갖는 이점은 이하에 보다 구체적으로 논의되는 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예에 대한 설명으로부터 이해될 것이다.
제1 및 제2 슬릿형 빔렛(255, 265)의 폭은 여러 가지 요인, 예를 들면, 입사 레이저 펄스의 에너지 밀도, 입사 조사 빔 펄스의 지속시간, 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)의 두께, 기판의 온도 및 열전도도 등에 좌우될 수 있다. 처리 효율이라는 관점에서 보면, 시료(40)의 보다 큰 폭을 포괄하기 위해서는 X 방향의 폭이 큰 슬릿형 빔렛(255, 265)을 활용하는 것이 바람직하지만, 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)의 일부가 조사되어 그 두께 전체가 완전히 용융되었을 때 그것이 재고화되어 결정화될 때 상기 용융 부분 내에 핵생성(nucleation)이 일어나지않도록 제1 및 제2 슬릿형 빔렛(255, 265)의 폭을 선택하는 것이 중요하다. 특히, 슬릿형 빔렛(255, 265)의 폭이 너무 크면, 완전히 용융된 부위 내의 특정 구역은 제어된 측면 결정립 성장이 이 구역에 도달하기 전에 재고화될 수 있다. 이 현상이 발생되면 조사된 구역에서의 결정립 성장의 제어가 나빠질 것이다.
제1 슬릿형 빔렛(255), 제1 섀도우 영역(257), 제2 슬릿형 빔렛(265), 제2 섀도우 영역(267) 및/또는 섀도우 영역(240)의 다른 치수 및 형상이 도모되고, 그것은 본 발명의 범위 내에 포함된다. 예를 들면, 제1 및 제2 슬릿형 빔렛(255, 265) 각각의 신장 또는 길이가 약 1mm이면(즉 1/2mm 대신에) 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(235)의 Y 방향 치수는 2mm가 될 것이다.
본 발명에 따른 강도 패턴(235)의 중요한 양태 중 하나는 제1 빔렛 섹션(250)에 의해 앞서서 조사된(또한 재고화되고 결정화된) 실리콘 박막 구역의 부분이 제2 빔렛 섹션(260)에 의해 조사되도록 시료(40)를 이동시키면, 슬릿형 제2 빔렛 각각은 제1 빔렛 섹션(250)의 제1 슬릿형 빔렛(255)에 의해 앞서서 조사된 영역의 쌍 각각에 부분적으로 중첩되고, 또한 그것들 사이의 비조사 영역[즉, 각각의 섀도우 영역(257)에 의해 중첩된 영역]을 중첩시키는 것이다. 이것은 시료(40)가 시료 이동 스테이지(180)에 의해 Y 방향으로 이동될 때, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 제2 슬릿형 빔렛(265)이 앞서서 용융되고[마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 제1 슬릿형 빔렛(255)에 의해] 냉각되고 재고화되고 결정화된 실리콘 박막(52)의 일부를 완전히 용융시켜야 하기 때문이다. 본 발명에 따른 그러한 바람직한 기술은 실리콘 박막(52)의 냉각 영역에서의 측면 제어형 결정립 성장을 촉진하여, 제1 슬릿형 빔렛(255)에 의해 완전히 용융되고 냉각되고 재고화된(나중에 재용융되는 것이 아님) 구역으로부터 앞서서 고화되고 재용융된 구역으로 그러한 결정립 성장이 연장되도록 하고, 나아가서 새로 용융된 구역(원래 용융된 구역에 인접한 구역)으로 측면 결정이 연장되도록 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이러한 기술 및 방법의 상세 사항을 이하에서 더욱 구체적으로 설명한다.
도 2에 제시하여 앞에서 설명한 예시적 시료(40)에 대해, 또한 이후의 목적을 위해 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(235)은 X 방향으로 2cm이고 Y 방향으로 1/2cm로 정의될 수 있다(예를 들면 직사각형). 그러나, 앞에서 설명한 바와 같이, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(235)은 어느 특별한 형태나 크기에 한정되지 않는다. 실제로, 본 명세서에 제공된 교시에 기초하여 이 분야에 통상을 가진 자가 명백히 알 수 있는 바와 같이, 강도 패턴(235)의 다른 형상 및/또는 크기를 이용할 수 있다(예를 들면 정사각형, 원형 등). 상이한 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(235)이 소망되는 경우, 마스크(150) 및 가능하게는 균질화 조사 빔(149)은 대물 렌즈(163)에 의해 포커싱된 후 강도 패턴(235)를 정의하도록 변형되어야 할 것임을 이해해야 한다.
마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 단면[즉, 빔 펄스 구역(BA)]은 하기 식과 같이 결정될 수 있다:
상기 식에서 EPULSE는 레이저 또는 펄스된 조사 빔의 펄스당 에너지이고, KOPTICS은 시스템의 광학부를 통과하는 조사 빔 에너지의 분획(fraction)이고, EDPROCESS는 프로세스의 에너지 밀도(예를 들면, 500Å 실리콘 박막 및 30나노초의 펄스 지속시간에 대한 500mJ/㎠)이다. EDPROCESS는 실험적으로 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 제1 실시예를 구체적으로 설명하기 위해 도 4, 도 5a-5g 및 도 6a-6b를 참고하면, 도 4는 시료(40)가 컴퓨터(106)의 제어 하에 도 1의 시료 이동 스테이지(180)에 의해 이동되는 동안 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)의 부분에 충돌하는 빔 펄스의 조사 경로를 예시하는 것이다. 도 4에서, 본 발명에 따른 단일 스캔, 연속 운동 SLS를 실행하는 방법의 제1 실시예가 활용된다. 도 5a-5g는 본 발명의 방법의 제1 실시예에 따른 연속 운동 SLS 처리의 여러 가지 순차적 단계에서의 조사 빔 펄스(64)의 강도 패턴 및 시료(40) 상의 실리콘 박막의 예시적 제1 개념상 칼럼(210) 상의 결정립 구조를 나타내며, 이것을 이하에서 도 4를 참고하여 설명한다. 이 부분의 방법에서, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)는 도 3에 예시되어 있는 강도 패턴(235)를 제공하기 위해 마스크(150)에 의해 정의되는 강도 패턴을 갖는다. 도 6a-6b는 도 4에 예시된 본 발명의 방법의 제1 실시예에 따른 SLS 처리의 두 순차적 단계에서의 실리콘 박막(52)을 가진 시료(40)의 예시적인 제2 개념상 칼럼(220) 내의 마스크 통과 조사 빔 펄스 강도 패턴 및 결정립 구조의 부분을 나타낸다. 이 부분의 방법은 도 5a-5g에 예시된 시료(40)의 개념적 제1 칼럼(210) 전체의 실리콘 박막(52)이 완전히 용융되고 냉각되고 재고화되고 결정화된 후 실행된다.
먼저, 도 4로 되돌아 가면, 시료(40)는 컴퓨터(106)에 의해 제어되는 시료 이동 스테이지(180) 상에 놓인다. 시료(40)는 위치 고정된 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)(마스크(150)에 의해 정의되는 강도 패턴(235)를 가짐)가 시료(40)로부터 떨어진 위치(300)에 충돌하도록 놓인다. 그 후, 시료(40)는 Y 방향으로 이동되고 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 도달하여 위치(310)에서 시료(40)의 에지(45)에 충돌하기 전에 소정의 속도에 도달하기 위한 운동량(momentum)을 얻는다. 이것은 도 4에서 시료(40)가 Y 방향으로 이동되는 동안 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 경로를 예시하는 경로(305)로 도시되어 있다. 시료(40)의 운동을 X 및 Y 방향으로 제어함으로써 컴퓨터(106)는 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)을 조사하는 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)에 대한 시료(40)의 상대적 위치를 제어한다. 또한, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 펄스 각각의 펄스 지속시간, 펄스 반복률 및 그 에너지도 컴퓨터(106)에 의해 제어된다.
도 4에 예시된 본 발명의 제1 실시예에서, 제어된 결정립 크기와 형상, 그리고 제어된 결정립 바운더리 위치 및 실리콘 박막(52)에서의 배향을 갖는 큰 결정립의 측면 성장을 얻도록 소정의 조사 경로를 따라 실리콘 박막(52)의 연속 부분을 순차적으로 조사하기 위해 시료(40)를 고정 상태의 조사 빔 펄스(164)에 대해 이동시킨다. 특히, 시료가 Y 방향으로 이동되면서, 고정 상태의 조사 빔 펄스(164)는 위치(310)에서 출발하여 조사 빔 펄스(164)가 위치(320)에서 저면에지(47)(에지(45)에 대향하는 동시에 평행임)에 도달할 때까지 경로(315)를 따라 제1 칼럼(210) 전체의 연속 부분에 충돌하여 용융시킨다. 마스크 통과 조사 빔 펄스(164) 각각의 강도 패턴(235)의 빔렛 각각이 실리콘 박막(52)의 전 두께에 걸쳐 조사하는 실리콘 박막(52)의 영역을 용융하기에 충분한 에너지를 가진 한, 또한 실리콘 박막(52)의 용융되는 영역 각각이 그 영역 내부에 핵생성 없이 용융 영역 내에 결정립의 측면 성장을 가능하게 하는 충분한 치수를 가지는 한, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)는 마스크(150)에 의해 정의되는 강도 패턴(235)에만 한정된다.
반복해서 언급하면, 실리콘 박막(52)의 조사 경로는 고정 상태의 조사 빔 펄스(164)(도 1에 도시됨)가 고정 시료(40)를 왕복하는 것으로 묘사되도록 도 4에서 이동 시료(40)의 기준 프레임 내에 도시된다.
도 4에 예시된 바와 같이, 컴퓨터(106)는 조사 빔 펄스(164)를 방출시키고 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40)의 기준 프레임 내의 제1 위치(300)에 충돌하도록 시료(40)를 위치시킨다. 이어서 컴퓨터(106)의 제어 하에 시료(40)를 +Y 방향으로 가속시킴으로써 시료(40) 상이 아니라 제1 경로(305)를 추종하는 고정 상태의 조사 빔 펄스(164)에 대해 소정의 속도에 도달하도록 한다. 또한, 상기 경로(305)는 고정 상태의 마스크 통과 조사 빔 펄스(164) 운동의 결과가 아니고 고정 상태의 조사 빔 펄스(164)에 상대적인 시료(40)의 운동을 나타냄을 알 수 있다.
시료(40)의 상부 에지(45)가 위치(310)에서 조사 빔 펄스(164)의 충돌 위치에 도달하면, 시료(40)는 고정 상태 조사 빔 펄스(164)에 대해 소정의 속도로 이동한다. 소정의 속도 V는 하기 식에 따라 정의될 수 있다:
상기 식에서 f는 고정 상태 조사 빔 펄스(164)의 주파수(펄스 반복률)이고, WB는 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 Y 방향 치수이다. 앞에서 논의된 바와 같이, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 Y 방향 치수는 2cm일 수 있다. 고정 상태 조사 빔 펄스(164)의 주파수는 100 헤르츠 내지 500 헤르츠(바람직하게는 250 헤르츠)의 펄스 반복률을 가질 수 있다. 본 발명의 이 실시예에서, 소정의 속도는 예를 들면 250cm/초이다. 이용하는 엑시머 레이저(110)의 형상 및 형태에 따라 다른 주파수 범위를 활용할 수도 있다. 이후, 시료(40)는 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40)의 -Y 방향 길이를 왕복하는 제2 조사 경로(315)를 따라 소정의 펄스 반복률로 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)의 연속 부분을 조사하는 동안 소정의 속도로 +Y 방향으로 연속적으로 이동된다.
도 5a-5g는 시료(40)의 제1 칼럼(210) 내의 실리콘 박막(52)의 연속 부분이 제2 조사 경로(315)를 따라 조사되도록 시료(40)가 +Y 방향으로 이동될 때, 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)의 제1 칼럼(210)의 조사[즉, 조사 빔 펄스(164)에 의한] 및 재고화의 순차적 단계를 예시한다.
특히, 도 5a는 시료(40)가 고정 상태 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(235)의 제1 빔렛 섹션(250)에 의해서만 중첩되고, 제1 슬릿형 빔렛(255)이 시료의 구역(410) 내에 실리콘 박막(52)을 조사하여 완전히 용융시키는, 시료(40)의 최상부 에지(45)에 인접한 제1 개념상 칼럼(210) 내에서 실리콘 박막(52)의 제1 구역(410)이 조사되어 완전히 용융되는 것을 나타낸다. 시료(40) 상 실리콘 박막(52)의 영역(415)은 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(235)의 제1 섀도우 영역(257)에 의해 중첩되는 결과로서, 조사되지 않고 용융된다.
시료(40)가 위치(310)(도 4에 예시됨)를 지나 이동되면, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)는 강도 프로파일(235)의 제1 슬릿형 빔렛(255)(또는 제1 마스크 통과 조사 빔 펄스)을 방출시키고 제1 개념상 칼럼(210) 상 실리콘 박막(52)의 제1 구역(410) 각각을 조사한다. 이 방식으로, 제1 구역(410)에 제공된 실리콘 박막 부위는 그 두께 전체가 용융된다. 강도 프로파일(235)의 제1 섀도우 영역(257) 각각에 의해 중첩되는 시료(40)의 제1 칼럼(210)의 영역(415) 각각은 용융되지 않은 채로 유지됨을 알아야 한다.
이제 도 5b를 참조하면, 제2 조사 빔 펄스가 조사되기 전에, 소정의 펄스 반복률에 따라, 제1 조사 빔 펄스에 의해 용융된 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210) 내의 실리콘 박막(52)의 구역(410) 각각은 냉각하고 재고화하고 결정화하여 인접한 미용융 영역(415) 각각으로부터 마주보는 방향으로 성장한 결정립(420, 425)의 두 칼럼을 형성한다.
용융된 제1 구역(410)의 재고화 및 결정화가 진행되는 동안, 용융된 제1 구역(410)과 바운더리를 이루는 미용융 영역(415)은 각각의 인접한 용융된 제1 구역(410)에서 결정립의 측면 성장을 시딩한다. 두 칼럼(420, 425)은 인접한 결정립이 약 1.5㎛의 특징적 성장 간격으로 성장한 후 복수의 결정립 인접바운더리(430) 중 각각을 따라 상호 접한다. 재고화의 제1 구역(410) 각각에서의 결정립(420, 425)의 칼럼은 모두 결정립 바운더리가 조사 경로(315)에 대해 큰 각도(예를 들면 약 90°)를 형성하는 각각의 중앙부를 갖는다.
용융된 구역(410)의 냉각, 재고화 및 결정화가 일어나는 동안, 시료(40)는 조사 경로(315)를 따라 Y 방향으로 고정 상태 조사 빔 펄스(164)에 대해 연속적으로 이동된다. 이것은 제1 칼럼(210) 상 실리콘 박막(52)의 또 다른 구역이 제2 조사 빔 펄스에 의해 조사될 때, 고정 상태 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(235)의 제2 빔렛(265)이 재고화 및 결정화 구역(410)의 인접한 각각의 쌍과 그 사이에 비조사 영역을 부분적으로만 중첩시키도록 실리콘 박막(52)의 각 부위에 충돌하기 때문이다. 예를 들면, 시료(40)의 이동 거리가 제1 슬릿형 빔렛(255)의 길이(예를 들면 1/2mm) 미만이 되도록 제2 조사 빔 펄스의 방출 타이밍이 제어된다.
도 5c를 참조하면, 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210)에서의 실리콘 박막(52)은 강도 프로파일(235)의 제1 및 제2 빔렛 섹션(250, 260)을 이용하여 조사된다. 강도 프로파일(235)의 제1 슬릿형 빔렛(255)가 재고화된 구역(410)의 특정 부위를 중첩시키는 제1 칼럼(210) 상 위치에 도달하면, 컴퓨터(106)는 엑시머 레이저(110)를 제어하여 제1 개념상 칼럼(210)에서의 실리콘 박막(52) 부위의 특정 구역을 조사하도록 마스크(150)를 통해 또 다른 조사 빔 펄스(즉, 제2 방사 빔 펄스)를 발생시킨다. 컴퓨터(106)는 이하에서 논의하는 바와 같이 제2 방사 빔 펄스가 실리콘 박막(52)의 적절한 구역을 조사하도록 펄스의 타이밍을 맞추고 시료(40)의 이동을 제어한다.
도 5c에 도시한 바와 같이, 제2 방사 레이저 펄스는 제1 슬릿형 빔렛(255)이 제1 개념상 칼럼(210) 내의 실리콘 박막(52)의 제2 구역(435)에 조사하여 완전히 용융시키고, 제2 슬릿형 빔렛(265)이 제1 개념상 칼럼(210) 내의 실리콘 박막(52)의 제3 구역(445)을 완전히 용융시키도록 생성된다. 제2 구역(435)은 도 5b에 도시된 제1 구역(410)과 동일한 제1 칼럼(210) 내의 스캐닝 경로를 따라 연장되는 것이 바람직하다. 그러나, 제2 구역(435)은 어긋나게 제공되고, 그 거리는 -Y 방향으로 제1 구역(410)의 길이(즉, 1/2mm)보다 약간 짧다. 도 5c에 나타낸 바와 같이, 제1 구역(410)과 제2 구역(435) 사이에는 중첩된 구역(440)이 제공되는데, 이것은 재고화되었으나 강도 프로파일(255)의 제1 슬릿형 빔렛(255)에 의해 다시 완전히 용융된 제1 구역(410)의 작은 섹션이다. 컴퓨터(106)는 실리콘 박막(52) 상에 비조사 구역이 생길 가능성을 피하기 위해 상기 중첩된 구역(440)의 존재를 허용하도록 펄스의 타이밍 및 시료(40)의 이동을 제어한다. 중첩된 구역(440)의 폭은 예를 들면 1㎛일 수 있다. 중첩된 구역(440)의 다른 폭을 이용할 수도 있다(예를 들면, 0.5㎛, 1.5㎛, 2㎛ 등).
제3 구역(445)은 제1 구역(410) 및 제2 구역(435)이 연장되고 그로부터 약 0.75㎛ 만큼 벗어나는 중앙선(P)에 평행한 선(Q)을 따라(Y 방향으로) 연장되는 것이 바람직하다. 또한, 제2 구역(435) 각각의 바닥 에지(436)은 제3 구역(445) 각각의 바닥 에지(446)로부터 Y 방향에 대해 505㎛ 만큼 벗어나 있다. 제2 구역(435) 각각의 최상부 에지(437)는 제3 구역(445) 각각의 바닥 에지(446)로부터 Y 방향으로 5㎛ 만큼 벗어나 있다. 제2 구역(435) 및 제3 구역(445)의 이러한 형상으로 인해, 제3 구역(445)은 제1의 마스크 통과 조사 빔 펄스에 의해 용융된 재고화된 제1 구역(410)의 특정 부위(450)와 중첩된다. 따라서, 제3 구역(445)에 의해 중첩된 이들 부위(450)에서의 실리콘 박막(52)은 이전에 용융되지 않은 영역을 따라 두께 전체가 다시 완전히 용융된다.
도 5d는 제2 및 제3 구역(435, 445), 중첩된 구역(440) 및 부위(450), 및 이전에 용융된 영역에 제공된 완전 용융된 실리콘 박막(52)의 냉각, 재고화, 결정립 성장 및 결정화를 나타낸다. 제2 구역(435)을 기준으로, 이들 구역(410) 각각은 재고화되고 결정화되어 인접한 미용융 영역(455)으로부터 시딩되어 상호 마주보는 방향으로 성장된 결정립의 두 칼럼(460, 465)을 형성한다. 두 칼럼(460, 465)은 인접한 결정립이 약 1.5㎛의 특징적 성장 거리 만큼 결정립이 성장한 후 복수의 결정립 인접 바운더리(468) 각각을 따라 서로 접한다. 제2의 재고화 구역(435) 각각에서의 칼럼(460, 465)은 모두 결정립 바운더리가 제2 조사 경로(315)에 대해 큰 각도(예를 들면 약 90°)를 형성하는 개별적 중앙부를 가진다.
앞서서 조사되고 재고화된 제1 구역(410)의 각각의 중첩되지 않은 부분을 연결하는 용융된 제3 구역(445)에서, 제1 구역(410)의 그러한 비중첩부에서의 결정립은 제3 구역(445)에서 반대 방향으로 성장하는 결정립이 결정립 인접 바운더리(470)에서 서로 접할 때까지 제3 구역(445)의 연결 영역에서의 결정립 성장을 시딩한다. 이 방식으로, 제1 구역에서의 실리콘 박막(52)의 결정립(420, 425)의 제1 구역(410)의 결정립은 결정립의 길이가 증가되도록 제3 구역(445) 내부로 연장된다.
도 5b를 참고로 앞에서 논의한 바와 마찬가지로, 제2 및 제3 용융 구역(435, 445)의 재고화가 일어나는 동안, 시료(40)는 제1 조사 경로(315)를 따라 고정 상태 조사 빔 펄스(164)에 대해 연속적으로 이동된다. 특히, 시료(40)는 실리콘 박막(52)의 또 다른 구역이 도 3에 도시한 강도 패턴(2350을 갖는 제3 조사 빔 펄스에 의해 조사되도록 이동되고, 또한 시료(40)는 제3 조사 빔 펄스에 의해 재고화된 제2 및 제3 구역(435, 445)의 특정 영역과 부분적으로만 중첩하도록 이동된다. 제3 조사 빔 펄스의 생성 타이밍은 앞에서 설명한 제2 펄스의 생성에 대한 제어와 동일한 방식으로 제어된다.
도 5e를 참조하면, 제3 조사 레이저 펄스는 제1 슬릿형 빔렛(255)이 제1 칼럼(210)에서의 실리콘 박막(52)의 제4 구역(475)을 조사하여 완전히 용융시키고, 제2 슬릿형 빔렛(265)이 제1 칼럼(210)에서의 실리콘 박막(52)의 제5 구역(485)을 완전히 용융시키도록 생성된다. 제4 구역(475)은 도 5b에 예시한 제1 구역(410)과 동일한 방향으로 연장되는 것이 바람직하다. 도 5c의 제2 구역(435)과 동일하게, 제4 구역(475)은 -Y 방향으로 제2 구역(435)으로부터 제2 구역(435)의 길이보다 약간 짧은 거리(예를 들면 1/2mm보다 약간 짧은 거리)로 떨어진 위치에 제공된다. 제2 구역(435)와 제4 구역(475) 사이에 제공된 중첩 구역(490) 및 제3 구역(445)와 제5 구역(485) 사이에 제공된 중첩 구역(495)은 재고화되었지만 각각 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 추가적 강도 프로파일(405)의 제1 및 제2 슬릿형 빔렛(255, 265)에 의해 다시 완전히 용융된 각각 제1 및 제2 구역의 작은 섹션이다. 컴퓨터(106)는 실리콘 박막(52) 상에 조사되지 않는 영역이 발생될 가능성을 회피하기 위해 그러한 중첩 구역(490, 495)이 생성될 수 있도록 펄스의 타이밍과 시료(40)의 이동을 제어한다. 중첩 구역(490, 495)의 폭은 중첩 구역(440)의 폭과 유사하다.
제4 및 제5 구역(475, 485)간의 위치 관계는 제2 및 제3 구역(435, 445)간의 위치 관계와 실질적으로 동일하며, 그 구체 사항은 앞에서 설명되었다. 그러한 형상으로 인해, 제5 구역(485)은 제3의 재고화 구역(445)의 특정 부위(497)과 중첩된다. 따라서, 이들 부위(497)(제5 구역(485)에 의해 중첩된 부위)에서의 실리콘 박막(52)은 다시 완전히 용융된다.
도 5f는 앞서서 완전히 용융된 제4 및 제5 구역(475, 485) 및 중첩 구역(490, 497)에서의 재고화 및 결정립 성장을 나타낸다. 도 5d를 참고하여 앞에서 제시한 재고화 및 측면 성장에 대한 설명은 여기서도 동일하게 적용된다. 특히, 제4 구역(475)이 재고화되고, 에지로부터 시딩되는 그 내부에서 제어된 결정립 측면 성장이 일어나면, 2개의 결정립 형성 칼럼(500, 505)이 형성되고 그에 따라 칼럼(460, 465)이 각각 효과적으로 연장된다. 제5 구역(485)에 관하여, 또한 2개의 결정립 형성 칼럼(510, 515)도 동일한 방식으로 형성된다. 따라서, 실리콘 박막(52)의 제어된 측면 결정립 성장은 제4 및 제5 구역(475, 485)에 제공된 앞서서 완전히 용융된 실리콘 박막(52)을 포함하도록 제1 칼럼(210)을 따라 더욱 연장된다.
시료(40)가 연속적으로 이동되고 실리콘 박막(52)의 제1 칼럼(210)이 제2 경로(315)를 따라 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)에 의해 조사됨에 따라 제1칼럼(210) 상 실리콘 박막(52)의 추가 구역들이 구역(435, 445) 및 구역(475)의 용융 형상에 일치하여 용융되고, 제1 칼럼(210)의 그러한 모든 추가 구역에서의 제어된 순차적 측면 고화 및 결정립 성장이 이루어진다. 따라서, 시료(40)의 최상부 에지(45) 및 바닥 에지(47) 사이에서 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210) 전체에서의 실리콘 박막(52)의 모든 부위가 연속 운동 SLS 처리된다. 제1 칼럼(210)의 전구역이 조사되고 SLS 처리되었기 때문에 그 내부에 제공된 실리콘 박막(52)의 어느 부위도 추가로 재조사할 필요가 없다. 특히, 제1 칼럼(210)에 대한 그러한 연속 운동 SLS의 최종 산물이 도 5g에 예시되는데, 도 5g는 모든 용융된 구역(410, 435, 445, 475, 485 등)의 냉각 및 재고화가 완결되면 일반적으로 X 방향을 따라 배향된 결정립 바운더리를 따라 비교적 긴 결정립의 연속되는 칼럼(510)을 갖는 재고화 영역(520)이 형성되는 것을 나타낸다. 이것은 시료의 각각의 칼럼을 방사 빔 펄스를 이용하여 조사하는 동안 실행 목적물인 시료의 미소평행이동을 필요로 하는 종래의 SLS 방법에 대한 개선된 방법이다. 그러한 미소평행이동은 시료의 연속적 이동을 느리게 하여 정지 상태가 되어야 하고, 시료를 미소평행이동시켜야 하며, 이어서 시료 이동 스테이지를 통해 시료의 이동 속도를 증가시켜 소정의 속도에 도달하게 하고, 실리콘 박막의 특정 칼럼에 조사하면서 시료의 이동을 계속해야 한다.
도 4로 되돌아가면, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 고정된 충돌 위치가 시료(40)의 위치에 대해 한 위치(320)에서 시료(40)의 바닥 에지(47)에 도달하도록 시료(40)가 이동되면, 방사 빔 펄스(164)의 고정된 충돌 위치가 시료(40)의 위치에 대해 한 위치(330)에 있을 때 시료(40)가 완전히 정치하게 될 때까지 시료(40)의이동은 제3 경로(325)를 따라 느려진다. 이 실시예에서, 소정의 펄스 반복률은 예를 들면 250-300 펄스/초(여기서 사용되는 엑시머 레이저(110)의 경우에 바람직한 반복률)이고, 각각의 펄스는 약 500 mJ/㎠의 빔렛 강도와 약 30 나노초의 펄스 지속시간을 제공한다.
이동하는 시료(40)의 기준 프레임에서 고정 상태 조사 빔 펄스(164)가 위치(330)에서 정지하게 된 후, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 위치(340)에서 시료(40)에 충돌할 때까지 펄스 발생 조사 빔 펄스(164)가 제4 경로(335)를 추종하도록 컴퓨터(106)의 제어 하에 시료(40)는 X 방향으로 이동된다. 이어서, 시료(40)는 펄스 발생 조사 빔이 제5 경로(345)를 왕복하도록 Y 방향으로 가속됨으로써 시료(40)의 바닥 에지(47)가 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 충돌 위치(347)에 도달하는 시간까지는 시료(40)는 소정의 이동 속도에 도달한다. 그 후, 시료(40)는 제6 조사 경로(350)의 전장에 대해 -Y 방향으로 소정의 속도로 연속 이동되고, 한편 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)는 시료(40)의 제2 칼럼(220) 상의 금속층(52)을 소정의 펄스 발생 반복률로 순차적으로 조사한다.
도 6a를 참고하면, 제6 경로(250)를 따라 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)에 의해 충돌되도록 시료(40)의 이동 후, 시료(40)의 하부 에지(47) 바로 위에 제2 개념상 칼럼(220) 내에 위치한 실리콘 박막(52)의 부분(540)이 제시되어 있다. 제2 칼럼(220) 내의 실리콘 박막(52)의 부분(540)은 먼저 제2 슬릿형 빔렛(265)으로 조사되어 그 부분(540)의 구역(550)은 전 두께를 통해 완전히 용융된다. 이것은 상기 구역(550)에 조사되어 완전히 용융시키는 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 프로파일의 부분이 앞에서 설명되었던 형상으로 제공된 제2 슬릿형 빔렛(265)을 가진 제2 빔렛 섹션(260)을 이용하기 때문이다. 공정의 이 단계에서, 제1 슬릿형 빔렛(255)은 시료(40)의 바운더리 외부[즉, 바닥 에지(47) 하부]에 조사되기 때문에 시료(40)의 제2 칼럼(220)을 조사하지 않는다. 제1 개념상 칼럼(210)의 재고화 영역(520)에 인접한 특정 구역(550)의 작은 스트립(550)이 그 구역(550)의 길이(예를 들면 1/2mm에 대한)를 따라 재고화 영역(520)의 작은 부분(555)과 중첩되는 것을 유의해야 한다. 제2 슬릿형 빔렛(265)에 의한 조사에 앞서, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 제6 경로(350)를 따라 시료(40)에 충돌하면, 상기 작은 부분(555)에 대해 시료의 제1 칼럼(210)에서 조사 및 SLS 처리가 이루어진다. 작은 부분(555)은 도 4에 도시한 중첩부(230)의 초기 섹션에 대응한다. 조사되어 용융된 구역(550)의 실리콘 박막(52)은 섀도우 구역(560)에 의해 분리된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 이들 구역(560)이 조사되지 않는 이유는 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(235)의 제1 섀도우 영역(267)이 조사하지 않고 상기 구역(560)을 용융하였기 때문이다.
구역(550)에 제공된 실리콘 박막(52)은 냉각되고 재고화되어 그 각각의 에지로부터 측면 결정립 성장이 시작되게 한다. 특히, 각각의 구역(550)은 그 구역(550)의 전장을 따라 연장되는 2개의 인접한 결정립의 칼럼(570, 575)(도 6b에 도시됨)을 갖는다. 제1 칼럼(210)의 SLS에 관해 앞에서 설명한 바와 같이, 결정립 성장은 섀도우 구역(560)으로부터 각각의 구역(550)의 중앙을 향하여 시작되고 시딩된다. 작은 중첩 구역(555)을 갖는 특정 구역(550)에 관해 이웃한 완성된부분(565)의 결정립은 시딩되어 그 특정 구역(550) 내부에 측면으로 성장한다.
도 6b에서, 상기 구역(550)이 냉각되고 재고화됨에 따라, 새료(40)는 제6 경로(350)를 따라 소정의 속도로 -Y 방향으로 연속적으로 이동되고, 제2 개념상 칼럼(220)의 실리콘 박막(52)의 또 다른 부분이 조사된다. 시료(40)가 앞에서 설명한 바와 같이 컴퓨터(106)에 의해 이동되는 동안 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)는 제6 경로(350)를 따라 실리콘 박막(52)에 충돌되므로 제2 슬릿형 빔렛(265)는 구역(580) 내의 실리콘 박막(52)을 조사하여 완전히 용융시킨다. 도 5c 및 도 6a을 참고하여 앞에서 논의한 바와 같이, 구역(580) 각각은 이전에 조사되어 재고화된 각각의 구역(550)의 일부분에 중첩되는 작은 구역(582)을 갖는다. 추가하여 도 6a를 참고로 앞에서 설명한 바와 같이, 재고화 영역(520)과 바운더리를 이루는 특정 구역(580)은 중첩되어 그 일부분(584)을 용융시키는 작은 구역(583)을 갖는다. 또한, 제1 슬릿형 빔렛(255)은 구역(585)에서 실리콘 박막(52)을 조사하여 완전히 용융시킨다. 작은 구역(583)은 도 6a에 예시된 작은 구역(555)에 후속하는 도 4에 제시된 중첩 부분(230)의 일부분에 대응한다.
또한 도 6b에 제시된 바와 같이, 상기 구역(585)은 구역(580)의 전장보다 약간 큰 구역(580)으로부터(-Y 방향으로) 소정 간격에 제공된다. 구역(580, 585)의 형상은 서로에 관해 앞에서 설명하고 도 5c에 제시된 구역(435, 445)의 형상과 실질적으로 유사하다. 그 후, 구역(580, 585)은 도 5c를 참고하여 앞에서 설명한 실질적으로 동일한 방식으로 냉각되고 재고화되며, 단, 시료의 제2 칼럼(220)에 실리콘 박막(52)에 대한 SLS가 제1 칼럼(210)을 위해 제공된 최상부 에지(45)로부터 실행되는 대신에 시료(40)의 바닥 에지(47)로부터 실행된다.
다시 도 4로 되돌아가서, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 고정된 충돌 위치가 시료(40)의 최상부 에지(45)에 도달하도록 시료(40)가 -Y 방향으로 이동되면, 시료(40)의 이동은 제7 경로(355)를 따라 느려져서, 마침내 시료(40)에 대한 방사 빔 펄스(164)의 고정된 충돌 위치가 시료(40)에 관한 위치(360)이 될 때 시료(40)가 완전히 정지하게 된다. 이동시키는 시료(40)의 기준 프레임에서의 고정 상태 조사 빔 펄스(164)가 제4 위치(360)에서 정지하게 된 후[즉, 시료(40)의 이동이 정지됨], 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40)의 바운더리 외부에 있는 위치(370)에 충돌할 때까지 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 제8 경로(365)를 추종하도록 컴퓨터(106)의 제어 하에 시료(40)는 -X 방향으로 이동된다. 다음에, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 제2 조사 경로(315)에 실질적으로 평행한[즉, 시료(40)는 다시 Y 방향으로 이동됨] 다른 경로를 왕복하도록 시료(40)는 Y 방향으로 가속된다. 이 과정은 시료(40)의 모든 개념상 칼럼에 제공된 실리콘 박막(52)이 조사될 때까지 계속되어, SLS는 거기에서 성공적으로 이루어진다.
앞에서 설명한 바와 같이, 그와 같은 시료(40)의 이동 및 조사는 각각 시료(40)의 모든 개념상 칼럼에 대해 실행된다. 따라서, 시료를 15개의 칼럼으로 개념적으로 분할할 경우, 시료(40)는 Y 방향, 또는 -Y 방향으로 15회 연속적으로 이동된다. 본 발명에 따른 1 단계 연속 운동 SLS의 결과를 도 7에 예시한다. 도 7은 시료(40)의 둘레 전체를 따라 연장되는 실리콘 박막(52)의 모든 구역이 제어된 SLS 및 그 위의 결정립 성장을 촉진하도록 조사되어 있는 시료(40)의 최종 제품을예시한다.
애스펙트(aspect)가 높고 균질화된 조사 빔, 즉 시료(40)의 이동 방향으로 넓고 얇은 강도 프로파일을 갖는 빔을 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 그러한 강도를 활용하면 시료(40)의 모든 칼럼을 조사하는 데 적은 단계가 소요된다. 또한, 전술한 본 발명에 따른 방법의 실시예를 활용하는 것은 타이밍 이점이 있다. 일반적으로 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)을 조사하고 처리하기 위한 총 처리 시간 TPROCESS는 하기 식과 같이 계산된다:
상기 식에서,
이고, ATOTAL은 시료(40)의 총면적(예를 들면, 40cm×30cm=1200㎠)이고, ABEAM은 빔 면적(예를 들면, 2cm×1mm=20㎟)이고, n은 특정 위치에 발사된 쇼트(shot) 수(예를 들면, 도 5a-5g 및 6a-6b에 예시된 2쇼트 공정에서는 n=2)이다. 본 발명의 실시예에서, 각 칼럼에 대한 결정화 시간은 약 1초이다. 따라서, 15개의 칼럼을 갖는 시료에 대한 결정화의 총시간은 15초이다.
다음에, 낭비되는 시간을 평가해야 할 것이다. 예를 들면,
상기 식에서, nSTEP은 시료가 다음 칼럼까지 밟게 되는 단계의 수(예를 들면 15 칼럼의 경우 시료는 14회 단계를 밟게됨)이고, TSTEP은 그러한 각각의 단계에 소요되는 시간(예, 0.3초)이다. 고로, 시료(40)에 대해 TWASTED는 14×0.3초=4.2초이다. 이 결과를 '585 출원에 기재된 방법 및 시스템에 대한 낭비 시간과 비교하면, 시료(40)의 각 칼럼의 결정화 시간이 본 발명의 시스템 및 방법의 경우와 '585 출원의 경우가 동일하지만(본 발명에서의 시료 속도가 '585 출원에 기재된 시료의 속도에 비해 절반으로 감소된 것에 기인함), '585 출원의 시스템 및 방법에서의 낭비 시간은 본 발명의 시스템 및 방법의 낭비 시간보다 많다. 이것은 본 발명의 시스템 및 방법의 경우 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40)의 둘레의 외부 위치에 충돌할 때, 시료를 미소평행이동시킬('585 출원에서 설명한 바와 같이) 필요가 없기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따르면, 시료(40)를 미소평행이동시키지 않기 때문에 미소평행이동 시간은 문제가 되지 않는다. 고로, '585 출원의 시료가 칼럼당 하나의 미소평행이동 처리된다면, 시료 상에 실리콘 박막을 결정화시키지 않는 낭비 시간은 미소평행이동에 대해 14칼럼×0.3초=4.2초이고 시료 전체의 정규 이동에 대해 4.2초이다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 방법을 이용하여 각각의 시료를 결정화하는 데 소요되는 시간은 '585 출원의 시스템 및 방법에 비교할 때 4.2초 만큼 감소된다.
도 8은 기판 상 실리콘 박막에 충돌할 때 본 발명의 시스템 및 방법이 활용하는 추가의 마스크(150)에 의해 정의되는 조사 빔 펄스의 강도 패턴의 제2 실시예의 확대도로서, 실리콘 박막 상에서 보다 큰 결정립의 성장을 촉진하는 예를 나타낸다. 이 예시적 강도 패턴(600)은 계단식으로 제공된 슬릿형 빔렛(601, 603, 605, 607, 609, 611, 613, 615, 617, 619 등)을 포함한다. 슬릿형 빔렛(601, 603, 605, 607, 609, 611, 613, 615, 617, 619)의 폭은 X 방향을 따라 강도 패턴(235)의 제1 슬릿형 빔렛(255)의 폭(예, 3㎛)과 동일할 수 있고, 이들 슬릿형 빔렛의 길이는 예를 들면 0.2㎛일 수 있다. 슬릿형 빔렛(601, 603, 605, 607, 609, 611, 613, 615, 617, 619 등)의 다른 크기와 형상을 생각할 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 포함된다.
특히, 슬릿형 빔렛(601)은 강도 패턴(600)의 우측 최상단 코너에 제공된다. 슬릿형 빔렛(603)은 상기 슬릿형 빔렛(601)으로부터 X 방향으로 벗어나서 제공된다. 특히, 슬릿형 빔렛(603)의 최상부 에지(630)는 슬릿형 빔렛(601)의 중심(602)이 연장되는 선분(A)보다 약간 위로 연장된다. 마찬가지로, 슬릿형 빔렛(605)는 슬릿형 빔렛(605)의 최상부 에지(631)가 슬릿형 빔렛(603)의 중심(604)이 연장되는 선분(B)보다 약간 위로 연장되도록 슬릿형 빔렛(603)으로부터 벗어난 위치(X 방향으로)에 제공된다. 슬릿형 빔렛(605)에 대한 슬릿형 빔렛(607)의 위치, 그리고 슬릿형 빔렛(607)에 대한 슬릿형 빔렛(609)의 위치의 경우도 이와 동일하게 적용된다. 슬릿형 빔렛(611, 613, 615, 617, 619)는 슬릿형 빔렛(611)의 출발 위치가 Y 방향을 따라 슬릿형 빔렛(601)의 출발 위치와 동일하지만 슬릿형 빔렛(611)은 X 방향을 따라 특정 길이(635) 만큼 벗어나 있는 것을 제외하고, 슬릿형 빔렛(601, 603, 605, 607, 609)와 실질적으로 동일한 형상으로 배열된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 슬릿형 빔렛(611)의 최상부 에지(634)는 릿형 빔렛(609)의 바닥 에지(633)이 연장되는 선분(C)보다 약간 위에 제공된다. 강도 패턴(600)의 형상은 강도 패턴(600)의 제1 열(row)(640)[슬릿형 빔렛(601, 603, 605, 607, 609)으로 이루어짐]이 X 방향을 따라 강도 패턴(600)의 제2열(641)[슬릿형 빔렛(611, 613, 615, 617, 619)으로 이루어짐] 위에 제공되고 이어서 제3열(642) 등이 제공되도록 이루어진다. 강도 패턴(600)은 마스크(150)에 충돌하는 조사 레이저 빔(149)의 폭과 마스크(150)의 슬릿 및 불투명 영역의 형상에 따라 100개, 1000개, 등 다수의 슬릿형 빔렛의 열을 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 방법의 제2 실시예에 따른 SLS 처리의 예시적 단계에서, 도 8의 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(600)이 실리콘 박막(52)의 각 부분에 충돌할 때의 실리콘 박막(52)을 내부에 가진 시료(40)의 예시적 제1 개념상 칼럼(210)의 일부의 결정립 구조를 나타낸다. 도 9에 도시된 방법의 실시예를 이용하여 실리콘 박막(52) 상에 보다 긴 결정립을 성장시킬 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 이 실시예는 강도 패턴(235) 대신에 강도 패턴(600)을 조사하도록 활용하고 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210)에서의 실리콘 박막(52)을 완전히 용융시키면서 도 4, 도 5a-5g 및 도 6a-6b를 참고하여 앞에서 설명한 실시예와 실질적으로 동일한 방식으로 구현될 수 있다.
특히, 도 9는 시료(40)를 연속적으로 Y 방향으로 이동시키면서 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210)에서의 실리콘 박막(52)을 강도 패턴(600)으로 조사할 때의 실시예를 예시한다. 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210)의 구역(650, 652, 654, 656,658, 660, 662, 664, 666, 668, 등)에 있는 실리콘 박막(52)은 그 두께 전체를 통해 완전히 용융된다. 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(600)의 슬릿형 빔렛(601, 603, 605, 607, 609, 611, 613, 615, 617, 619 등)이 상기 구역(650, 652, 654, 656, 658, 660, 662, 664, 666, 등)에 충돌하여 그 안에 제공된 실리콘 박막(52)을 완전히 용융하였기 때문에[즉, 실리콘 박막(52)의 전 두께를 통하여], 이들 특정 구역이 조사된다는 것을 이해해야 할 것이다.
대부분의 구역(650)에 제공된 실리콘 박막(52)은 사전 측면 고화 처리되지 않았다. 구역(652)에 관하여, 이 구역(652)에 제공된 실리콘 박막(52)에 충돌하는 슬릿형 빔(603)이 그 위치에 대응하는 재고화 섹션[앞서서 슬릿형 빔렛(601)에 의해 조사된]의 절반 이상을 용융시킨다. 특히 구역(652)의 최상부 에지는 이전에 행해진 조사 및 슬릿형 빔렛(601)에 의한 결정립 성장에 의해 형성된 바운더리(644)가 M축을 따라 연장되는 선분 M보다 약간 위에 제공된다. 상기 구역(652)의 그러한 위치로 인해 그 중심(653)은 구역(650)의 하부 에지가 연장되는 선분 N 위에 제공됨을 이해해야 할 것이다. 마찬가지로, 구역(654)의 중심(655)은 구역(652)의 하부 에지가 연장되는 축보다 약간 위에 위치하고, 구역(656)의 중심(657)은 구역(654)의 하부 에지가 연장되는 축보다 약간 위에 위치하며, 구역(658)의 중심(659)은 구역(656)의 하부 에지가 연장되는 축보다 약간 위에 위치한다. 따라서, 구역(650, 652, 654, 656, 658)은 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(600)의 제1 열(640)의 슬릿형 빔렛(601, 603, 605, 607, 609)의 형상에 실질적으로 대응하는 형상으로 제공된다.
실리콘 박막(52)이 그 두께 전체를 통해 완전히 용융되어 있는 구역(660, 662, 664, 666, 668)은, 도 8을 참고로 앞에서 설명한 바와 같이 슬릿형 빔렛(601)과 슬릿형 빔렛(611) 사이의 거리와 대략 동일한 오프셋 거리를 가지고 구역(660)이 구역(650)으로부터 X 방향을 따라 벗어난 위치에 제공되는 것을 제외하고는 구역(650, 652, 654, 656, 658)과 실질적으로 동일한 형상으로 배열된다. 또한, 구역(658)은 슬릿형 빔렛(611)에 의해 이전에 조사된 실리콘 박막(52)의 영역과 중첩하는 작은 부분(670)을 갖는다. 실리콘 박막(52)의 재고화 구역의 에지에 제공되는 작은 결정립 영역이 최소화되거나 심지어는 배제되도록 이 작은 부분(670)을 활용하는 것이 바람직하다.
도 10은 시료(40)가 Y 방향을 따라 연속적으로 이동되는 동안 도 8의 마스크를 사용한 제1 칼럼(210)의 SLS가 진행되는 상태를 나타낸다. 이러한 방식으로, 제1 개념상 칼럼(210)에 있는 실리콘 박막(52)의 다수의 열(710, 720, 730 등)이 생성된다. 이들 열(710, 720, 730 등)의 숫자는 도 8에 예시된 강도 패턴(600)의 열(640, 641, 642 등)의 숫자에 대응한다. 도 4의 방법과 마찬가지로, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40)의 하부 에지(47)에 도달하고, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)에 더이상 충돌하지 않도록 시료(40)가 이동되면, 조사 빔(164)이 시료(40)의 제2 개념상 칼럼(220)에 있는 실리콘 박막(52)에 충돌할 수 있도록 시료(40)를 추가 이동시키기 위해 위치시키는 특정 위치에 도달하도록 시료는 X 방향으로 이동된다. 그 후, 시료(40)는 Y 방향으로 이동되고, 시료(40)의 제2 개념상 칼럼(220)에 있는 실리콘 박막(52)은 도 9및 도 10을 참고하여 앞에서 제공된 바와 실질적으로 동일한 방식으로 조사된다. 그러나, 슬릿형 빔렛(609, 619)[슬릿형 빔렛(601, 611)은 아님]은 먼저 하부 에지(47)에서 시작하여 제2 개념상 칼럼(220)에 있는 실리콘 박막(52)을 조사하여 장상 에지(47)에서 시료(40)의 제2 칼럼의 조사를 완결한다. 이 방식으로 시료(40)의 모든 개념상 칼럼에 있는 실리콘 박막(52)은 보다 긴 결정립이 성장되는 상태로 효과적으로 연속 운동 SLS 처리될 수 있다.
도 8에 예시된 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 프로파일(600)을 이용하여 시료(40)를 이동시키고 조사하기 위한 속도(V)의 예는 다음 식과 같이 제공된다:
상기 식에서, LB는 도 8에 재시된 강도 패턴(600)의 슬릿형 빔렛(601, 603, 605, 607, 609, 611, 613, 615, 617, 619 등) 중 하나의 폭이고, fLASER는 예를 들면 엑시머 레이저(110)에 의해 방출되는 조사 빔(149)의 주파수이다. 도 8에 예시된 실시예에서, LB는 0.2mm이고 fLASER는 300 헤르츠와 같을 수 있다. 따라서 시료이동의 예시적 속도(V)는 강도 패턴(600)의 열(640, 641, 642 등) 각각에 제공된 5개의 빔렛에 대해 60mm/초일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 열당 강도 패턴(600)의 슬릿형 빔렛의 수가 예를 들면 10 슬릿으로 증가하면, 슬릿형 빔렛 각각의 길이는 절반으로, 예를 들면 0.1mm로 감소되는 것이 바람직하다. 따라서, 강도 패턴(600)의 칼럼당 10개의 슬릿형 빔렛을 사용하고 상기 계산을 이용하면, 시료 이동의 속도는 30mm/초가 된다. 그러나 강도 패턴(600)의 단일 열에 더 많은 수의 슬릿형 빔렛을 사용하면 시료(40)의 개념상 칼럼 각각의 실리콘 박막(52) 상에 보다 긴 결정립을 얻을 수 있다.
도 11은 기판 상의 킬리콘 박막에 충돌할 때, 본 발명의 시스템 및 방법이 활용하는 또 다른 마스크(150)에 의해 정의되는 조사 빔 펄스의 강도 패턴(800)의 제3 실시예의 확대도를 나타낸다. 도 3의 강도 패턴(235)과 유사하게, 상기 강도 패턴(800)은 제1 빔렛 섹션(250) 및 제2 빔렛 섹션(260)을 포함한다. 또한, 강도 패턴(800)은 제2 빔렛 섹션(260)과 경계를 이루는 하나의 축소된 강도 섹션(intensity section)(810)을 포함한다. 축소된 강도 부위(810)는 균질화된 조사 빔(149)의 강도의 단지 70%만을 가지며, 마스크(150)의 그레이-스케일(gray-scale) 부위를 통해 균질화된 조사 빔(149)를 조사함으로써 마스크(150)의 그레이 스케일 부위에 의해 생성될 수 있다. 이 축소된 강도 부위(810)는 실리콘 박막(52)의 전 두께를 통해 충돌하는 실리콘 박막(52)의 구역을 용융하지 않는데, 실제로 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 이 축소된 강도 부위(810)는 조사되는 실리콘 박막(52)의 구역을 부분적으로만 용융한다.
도 11에 제시된 강도 패턴(800)은 도 5a-5g 및 도 6a-6b에 예시된 본 발명에 따른 방법의 실시예를 통해 시료(40)를 조사하는 데 이용될 수 있다. 강도 패턴(800) 내에 축소된 강도 부위(810)가 존재함으로써, 축소된 강도 부위(810)를 포함하는 강도 패턴(800)의 전면을 활용하도록 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 단면의 폭은 약 1.5mm일 수 있다(도 3의 강도 패턴(235)에 대해 제공되는 마스크통과 조사 빔 펄스(164)의 폭이 1mm인 것과 대조됨). 그러나, 마스크 통과 조사 빔 펄스(1645)의 폭은 증가되지만, 시료(40)는 도 4, 도5a-5g 및 도 6a-6b에 도시된 바와 같은 강도 패턴(235)을 사용한 속도와 동일한 소정의 속도로 이동될 수 있다.
강도 패턴(800)을 이용한 본 발명에 따른 연속 운동 SLS의 예는 도 5a-5d를 참고로 앞에서 제공된 바와 같은 실리콘 박막(152)에 충돌하는 최초 2개의 조사 빔 펄스를 위한 강도 패턴(235)에 대한 것과 실질적으로 동일하다. 그러나, 도 5e에 제시된 제3 조사 빔 펄스의 경우에, (820)으로 표기된 구역은 강도 패턴(800)의 축소된 강도 부위(810)를 이용하여 완전히 조사될 것이다. 구역(820)은 강도 패턴(820)의 축소된 강도 부위(810)에 의해 조사되지만, 부분적으로만 용융된다. 그 후, 구역(820)은 내부에 결정립 성장의 일체성을 유지하면서 재고화된다. 이러한 부분적 용융은 구역(820)이 재고화되면, 그 표면은 평탄화되고 따라서 이 표면의 요철 부분이 최소화되기 때문에 바람직하다. 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210)에 대해 이 과정은 시료(40)가 연속적으로 이동되어 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40)의 바닥 에지(47)를 통과한 직후까지 계속된다.
도 4를 참고하여 앞에서 설명한 과정은 강도 패턴(235)을 활용하는 전술한 바와 실질적으로 동일한 방식으로 계속된다. 그러나, 시료(40)에 제공된 실리콘 박막(52)을 조사하기 위해 강도 패턴(800)을 활용하는 본 발명에 따른 방법의 실시예에 따라, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40)의 제1 칼럼(210)의 모든 구역에 대한 충돌을 정지한 후, 시료(40)의 제2 칼럼(220)에 충돌을 시작하기 전에,강도 패턴(800)의 축소된 강도 부위(810)는 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40)의 제2 개념상 칼럼(220)을 조사하기 시작할 때 이루어지도록 놓여진다. 따라서, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(800)의 축소된 강도 부위(810)는 강도 패턴(800)의 2개의 빔렛 섹션(250, 260)의 뒤에 제공된다. 이것은 예를 들면 마스크(150)를 180°회전시킴으로써 이루어질 수 있다. 이 방식으로, 축소된 강도 부위(810)는 이전에 조사되고 재고화된 제2 칼럼(220)의 구역[즉, 강도 패턴(800)의 제1 및 제2 빔렛 섹션(250, 260)의 빔렛을 통해 이미 SLS 처리된 구역]을 부분적으로 조사할 수 있다. 시료의 장상 에지(45)에 도달하면, 강도 패턴(800)의 축소된 강도 부위(810)는 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210)에 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 조사하고 있을 때[즉, 마스크(150)의 그레이-스케일 부위를 180°회전함으로써] 활용되었던 형상과 동일한 형상으로 다시 놓일 수 있다. 이 방식으로, 시료의 둘레 전체에 조사되고 재고화되고 결정화된 실리콘 박막(52)의 표면을 평탄화하면서, 시료(40) 전체의 실리콘 박막(52)을 효과적으로 연속 운동 SLS 처리할 수 있다.
도 12는 기판 상의 실리콘 박막에 충돌할 때 본 발명의 시스템 및 방법에서 활용되는 또 다른 마스크에 의해 개념적으로 정의되는 조사 빔 펄스의 강도 패턴(830)의 제4 실시예에 대한 확대도를 예시한다. 도 3의 강도 패턴(800)과 유사하게, 강도 패턴(830)은 제1 빔렛 섹션(250), 제2 빔렛 섹션(260) 및 제2 빔렛 섹션(260)과 경계를 이루는 제1 축도된 강도 섹션(810)을 포함한다. 또한, 강도 패턴(830)은 제1 빔렛 섹션(250)과 경계를 이루는 제2 축소된 강도 섹션(810)을 포함한다. 제1 축소된 강도 부위(810)와 같이, 제2 축소된 강도 부위(840)는 균질화된 조사 빔(140)의 강도의 단지 70%를 가지며, 그것을 통해 균질화된 조사 빔(149)을 조사함으로써 마스크(150)의 또 하나 그레이-스케일 부위에 의해 생성될 수 있다.
도 12에 예시된 강도 패턴은 제1 및 제2 축소된 강도 부위(810, 840) 모두가 시료(40) 상에 제공된 실리콘 박막(52)을 조사하는 데 사용되는 것처럼 나타나 있음을 이해해야 할 것이다. 그러나, 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 강도 패턴(830)의 이들 축소된 강도 부위(810, 840) 중 1개만 그러한 조사에 이용되도록 되어 있다.
도 12에 제시된 강도 패턴(830)은 도 11의 강도 패턴(800)의 이용을 참고하여 앞에서 설명한 바와 유사한 방식으로 본 발명에 따른 방법으로 실리콘 박막(52)을 조사하는 데 사용될 수 있다. 또한, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 단면의 폭도 약 1.5mm이다. 특히 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 제1 개념상 칼럼(210)을 조사하도록 시료(40)가 연속적으로 이동될 때, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(830)의 제1 빔렛 섹션(250), 제2 빔렛 섹션(260) 및 제1 축소된 강도 부위(810)만 시료(40) 상 실리콘 박막(52)에 조사되어 충돌하고, 제2 축소된 강도 부위(840)는 활용되지 않는다. 다음에, 제1 개념상 칼럼(210)의 SLS를 위한 과정이 강도 패턴(800)을 이용하는 제1 개념상 칼럼(210)에 대해 앞에서 설명한 과정과 실질적으로 동일한 방식으로 계속된다.
다음에, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 제1 칼럼(210)의 모든 구역에 대한 충돌을 정지한 후, 시료(40)의 제2 칼럼(220)에 충돌을 시작하기 전에, 마스크(150)는 시료의 제2 개념상 칼럼(220) 내의 실리콘 박막(52)의 조사를 위해 제1 축소된 강도 부위(810)는 활용하지 않고 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료의 제2 개념상 칼럼(220)을 조사하기 시작할 때, 강도 패턴(830)의 제2 축소된 강도 부위(840)가 활용되도록 위치 결정 또는 변위된다. 이러한 방식으로, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(830)의 제2 축소된 강도 부위(840)는 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)의 강도 패턴(830)의 제1 및 제2 섹션(250, 260)의 후단에 제공되어 시료(40)의 제2 개념상 칼럼(220) 내의 실리콘 박막(52)을 조사한다. 시료(40)의 최상부 에지(45)에 도달하면, 마스크(150)는 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210)이 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)에 의해 조사되었을 때 활용된 것과 동일한 형상으로 강도 패턴(830)이 제공되도록 마스크 이동 스테이지에 의해 -Y 방향으로 위치 결정 또는 변위된다.
본 발명의 방법의 또 다른 실시예에 따른 SLS 처리의 여러 가지 순차 단계에서의 시료(40) 상 실리콘 박막(52)의 제1 개념상 칼럼 일부에 대한 조사 빔 펄스 강도 패턴 및 결정립 구조를 나타낸다. 이 실시예에서, 시료(40) 전체의 실리콘 박막(52)은 이미 연속 운동 SLS 처리가 이루어졌고, 이어서 시료 이동 스테이지(180)에 의해 시계 방향으로 90°회전되었다[즉, 컴퓨터(106)에 의해 제어됨]. 상기 회전 후, 시료(40)는 다시 예를 들면 15개 칼럼으로 개념적으로 분할되고, 도 4, 도 5a-5g 및 도 6a-6b를 참고하여 앞에서 설명한 바와 동일한 방식으로 이동된다.
특히, 도 13a는 시료(40)가 Y 방향으로 연속적으로 이동됨에 따라, 도 3에 예시된 강도 패턴(2350의 제1 빔렛 섹션(250)의 빔렛(255)에 의해 조사된 제1 개념상 칼럼(850)의 용융된 구역(860)을 나타낸다. 도 5a를 참고로 구역(210)에 대해 앞에서 논의한 바와 같이, 상기 구역(860)은 그 두께 전체에 걸쳐 용융된다. 구역(210)과는 달리, 제1 칼럼(850)의 구역(860)은 용융되기 이전에 이미 SLS 처리가 행해졌다. 이어서, 도 13b에 도시된 바와 같이, 구역(860)은 냉각되고 재고화되고 재결정화된다. 결정립의 시딩 및 성장은 구역(860)의 경계로부터 시작되어 일어난다. 이 실시예에서, 시료(40)의 실리콘 박막(52)은 이미 SLS 처리가 행해졌기 때문에 구역(860)(제어된 방식으로 성장된)의 에지에 제공된 결정립은 구역(860)을 시딩하고 재고화 구역(860) 속으로 성장하기 시작하여 단일 결정립 성장의 더 많은 구역을 갖는 구역(865)을 형성한다. 상기 과정은 도 13c에 나타낸 바와 같이 도 5c를 참고하여 앞에서 설명한 바와 실질적으로 유사한 방식으로 시료(40)가 Y 방향으로 이동되고 조사되도록 계속된다. 구역(435, 455)과 마찬가지로, 제1 개념상 칼럼(850)에 있는 실리콘 박막(52)의 일정 구역(870, 875)이 용융된다. 구역(435, 445)와 같이, 구역(870, 875)의 특정 부위가 도 13b의 이미 조사되고 재고화된 구역(865)의 일정 부위에 중첩된다. 도 13d에 나타낸 바와 같이, 구역(870)을 냉각하고 재고화시키면, 도 5a-5g를 참고하여 앞에서 설명한 공정을 이용한 결정립 성장을 이용하여 측면 결정립 성장이 시딩되고 경계부로부터 촉진되어 결과적 구역(885)을 형성한다. 구역(875)의 냉각, 재고화 및 재결정화에 관해서, 결과적 구역(880)에서의 결정립 성장은 구역(875)의 경계부에 제공된 재고화구역(865)의 결정립을 이용하여 촉진된다. 도 5a-5g 및 도 6a-6b를 참고하여 앞에서 설명한 기술에 관련되는 바와 같이 도 13a-13d를 참고하여 앞에서 설명한 과정에 따라, 도 14에 예시된 바와 같이 시료(40)의 실리콘 박막(52) 상의 단일 결정립의 보다 큰 영역(900)을 제공하는 SLS를 실현할 수 있다.
다음으로 도 15를 참고하면, 본 발명에 따른 단일 단계 연속 운동 SLS 처리를 위해 컴퓨터(106)(또는 다른 제어 장치)의 보조 하에 시료(40)의 실리콘 박막(52) 내의 결정립의 형상과 크기 및 결정립 바운더리의 위치와 배향을 제어하기 위해 실행되는 예시적 단계의 흐름도가 제시된다. 도 15의 흐름도에 제시된 바와 같이, 단계(1000)에서, 엑시머 레이저(110), 빔 에너지 밀도 변조기(120), 빔 감쇠기(130) 및 셔터(152)와 같은 도 1의 시스템의 하드웨어 부재가 적어도 부분적으로는 컴퓨터(106)에 의해 가장 먼저 초기화된다. 시료(40)는 단계 (1005)에서 시료 이동 스테이지(180) 상에 장전된다. 시료의 장전은 수동으로 또는 컴퓨터(106)의 제어 하에 공지의 시료 장전 기구를 이용하여 자동적으로 실행될 수 있음을 알아야 한다. 다음에, 단계 (1010)에서 시료 이동 스테이지(180)는 바람직하게는 컴퓨터(106)의 제어 하에 초기 위치로 이동된다. 필요할 경우, 단계(1015)에서 적합한 포커스 및 정렬을 위해 시스템의 여러 가지 다른 광학 부재가 수동적으로 또는 컴퓨터(106)의 제어 하에 조절된다. 이어서 단계(1020)에서 조사 빔 펄스(164)를 원하는 강도, 펄스 지속시간 및 펄스 반복률로 안정화시킨다. 단계(1021)에서, 이전의 조사 빔 펄스에 의한 조사에 이어 각각의 용융된 영역이 완전히 재고화된 후 다음 번 조사 빔 펄스를 실리콘 박막(52)에 조사할 것인지 여부를 결정한다. 조사하지 않을 경우, 단계(1022)에서 엑시머 레이저(110)의 펄스 반복률을 조절한다. 단계(1024)에서, 조사 빔 펄스 각각의 강도 패턴의 각각의 빔렛이 강도 패턴의 섀도우 영역에 의해 중첩된 인접 영역을 용융하지 않고 두께 전체를 통해 각각의 실리콘 박막(52)을 용융하기에 충분한 강도를 가지고 있는지를 여부를 결정한다. 불완전 용융 또는 과도한 용융이 발생되면 단계(1025)에서, 비조사 인접 영역을 과도하게 용융하지 않고 조사된 구역의 금속층을 충분히 용융하는 데 충분한 에너지를 각각의 조사 빔 펄스가 갖도록 감쇠기(130)를 조절한다.
단계(1027)에서, 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 시료(40)의 제1 개념상 칼럼(210)을 향하도록 시료(40)를 위치시킨다. 단계(1030)에서, 마스크(150, 700, 800, 830)에 의해 제어된 강도 패턴을 갖는 조사 빔 펄스(164)를 이용하여 시료(40)의 현재 칼럼을 조사한다. 단계(1035)에서, 소정의 방향으로 시료(40)의 현재 칼럼을 따라 마스크 통과 조사 빔 펄스(164)가 실리콘 박막(52)을 조사하도록 시료(60)를 연속적으로 이동시킨다.
단계(1045)에서, 표면상에 실리콘 박막(52)을 구비한 시료(40)의 모든 개념상 칼럼이 SLS 처리되었는지 여부를 결정한다. 처리되지 않았을 경우에는, 시료(40)를 비조사 다음 번 개념상 칼럼으로 이동시키고 공정을 소정의 방향(예를 들면 반대 방향)을 따라 추가 이동을 위한 단계(1030)로 되돌리고, 조사 빔 펄스(164)에 의해 시료(40)의 다음 번 개념상 칼럼의 조사를 실행한다. 시료(40)의 모든 칼럼에 대해 SLS 처리가 완결되었을 경우는 도 1에 도시된 시스템의 하드웨어 부재 및 빔을 닫고[단계(1055)] 공정을 끝낸다.
이상 기재한 실시예는 단지 본 발명의 원리를 예시하는 것이다. 제시된 실시예에 대한 여러 가지 변형 및 변경은 첨부하는 청구의 범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에게 본 명세서에 제시된 내용을 통해 명백할 것이다.

Claims (26)

  1. 실리콘 박막 내에 결정 성장을 시딩(seeding)하지 않는 표면부를 가진 기판 상에 제1 에지(edge) 및 제2 에지를 가진 실리콘 박막 시료를 처리하기 위한 방법으로서,
    (a) 소정의 반복률(repetition rate)로 연속적인 조사 빔 펄스(irradiation beam pulse)를 방출하도록 조사 빔 발생기(generator)를 제어하는 단계;
    (b) 복수의 제1 빔렛(beamlet) 및 복수의 제2 빔렛을 정의하도록 상기 조사 빔 펄스 각각을 마스킹(masking)하는 단계;
    (c) 상기 제1 및 제2 에지 사이에서 상기 실리콘 박막 시료 상에 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 스캐닝 방향으로 일어나도록 소정의 일정한 속도로 상기 실리콘 박막 시료를 연속적으로 스캐닝하는 단계;
    (d) 상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제1 구역(area)은 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제1 구역을 연속적으로 조사하고, 상기 제1 구역의 인접 구역들 사이에 비조사 영역(unirradiated region)을 남기는 단계;
    (e) 상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 상기 제1 구역 각각이 재고화(re-solidify)되고 결정화되도록 하는 단계; 및
    (f) 상기 단계(e)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제2 구역이 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제2 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제2 구역을 연속적으로 조사하는 단계
    를 포함하고,
    상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 복수의 제1 및 제2 빔렛은 상기 실리콘 박막 시료에 충돌하도록 제공되고 상기 실리콘 박막 시료의 조사된 부분을 전 두께를 통해 용융하기에 충분한 강도(intensity)를 가지며,
    상기 제2 구역 각각은 상기 재고화되고 결정화된 상기 제1 구역의 각 쌍 및 이들 사이의 비조사 각각의 영역과 부분적으로 중첩되는
    실리콘 박막 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (g) 상기 단계(f)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 제3 구역을 그 두께 전체가 완전히 용융되도록 상기 제1 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 제3 구역을 연속적으로 조사하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제3 구역 각각은 재고화되고 결정화된 상기 제1 구역 각각에 부분적으로 중첩되고 상기 제3 구역의 인접한 구역들 사이에 추가의 비조사 영역을 남기는 실리콘 박막 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구역 중 하나 및 상기 제3 구역 중 하나는 스캐닝 방향과 평행인 제1 선(line) 상에 놓이고,
    상기 제2 구역 중 하나는 상기 스캐닝 방향과 평행인 제2 선 상에 놓이며,
    상기 제1 선은 상기 제2 선으로부터 벗어난(offset) 위치에서 연장되는
    실리콘 박막 처리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    (h) 상기 단계(g)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 상기 제2 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 단계를 추가로 포함하는 실리콘 박막 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    (i) 상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 상기 제3 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 단계; 및
    (j) 상기 단계(h) 및 단계(i)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제4 구역은 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제2 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제4 구역을 연속적으로 조사하는 단계
    를 추가로 포함하고, 상기 제4 구역 각각은 재고화되고 결정화된 상기 제3 구역의 각 쌍에 부분적으로 중첩되고 상기 제3 구역들 사이에 추가의 비조사 영역을 남기는 실리콘 박막 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 에지가 상기 제2 에지가 배치된 상기 실리콘 박막 시료의 일 측면과 대향하는 상기 실리콘 박막 시료의 일 측면에 배치되는 실리콘 박막 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계(c) 내지 단계(f)는 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛에 의한 상기 박막 시료 상의 연속적 충돌이 상기 실리콘 박막 시료의 제2 에지를 지나갈 때까지 계속되고,
    (k) 상기 단계(c) 내지 단계(f)가 완료된 후, 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛이 상기 실리콘 박막 시료에 대해 상기 실리콘 박막 시료의 바운더리(boundaries) 외부의 제1 위치(location) 상에서 충돌하도록 상기 실리콘 박막 시료를 위치시키는 단계; 및
    (l) 상기 단계(k)가 완료된 후, 상기 실리콘 박막 시료에 대해 상기 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 상기 제1 위치로부터 상기 실리콘 박막 시료의 바운더리 외부에 있는 제2 위치로 이동하도록 상기 실리콘 박막 시료를 위치시키는 단계
    를 추가로 포함하는 실리콘 박막 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단계(c) 내지 단계(f)가 완료된 후 상기 단계(k)를 시작하기 전에, 소정의 폭을 갖는 상기 실리콘 박막 시료의 완결된 부분을 조사하고 그 두께 전체를 용융시키고 재고화시켜, 상기 실리콘 박막 시료가 상기 완결된 부분의 단면(斷面)전체에서 제어된 결정립(crystalline grain) 성장을 갖는 실리콘 박막 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 축을 따라 특정 방향(particular direction)이 연장되고,
    상기 단계(l)에서, 상기 실리콘 박막 시료는 제2 축을 따라 평행이동되고, 상기 제1 축은 상기 제1 축과 직각을 이루며,
    상기 제2 위치는 상기 제1 위치로부터 상기 소정의 폭과 대략 동일한 거리에 제공되는 실리콘 박막 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    (m) 상기 단계(l)가 완료된 후, 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 상기 제2 에지 및 제1 에지 사이에서 상기 실리콘 박막 시료 상에서 상기 스캐닝 방향과 반대인 추가 방향으로 이루어지도록 일정한 소정의 속도로 상기 실리콘 박막 시료를 연속적으로 스캐닝하는 단계;
    (n) 상기 단계(m)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제5 구역이 상기 조사 빔 펄스의 상기 제2 빔렛으로 그 두께 전체가 용융되도록 상기 제5 구역을 연속적으로 조사하고, 상기 제5 구역들의 각 인접한 구역은 사이에 추가의 비조사 영역을 남기는 단계;
    (o) 상기 단계(m)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제2 빔렛에 의해 조사된 상기 제5 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 단계; 및
    (p) 상기 단계(o)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제6 구역이 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 빔렛으로 상기 제6 구역을 연속적으로 조사하는 단계
    를 추가로 포함하고,
    상기 제6 구역 각각은 상기 재고화되고 결정화된 제5 구역의 각 쌍 및 각각의 상기 추가의 비조사 영역과 부분적으로 중첩되는
    실리콘 박막 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단계(a) 내지 단계(f)가 상기 실리콘 박막 시료에 대해 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛의 충돌을 미소평행이동(microtranslation)시키지 않고 실행되는 실리콘 박막 처리 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    (q) 상기 단계(g)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 상기 제2 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 단계;
    (r) 연속적 부분 강도(partial intensity) 조사 펄스가 상기 실리콘 박막 시료의 특정 영역을 조사할 때, 상기 특정 영역이 상기 실리콘 박막 시료의 두께 전체 미만으로 용융되도록 감소된 강도를 갖는 상기 연속적 부분 강도 조사 펄스를 방출하기 위해 상기 조사 빔 펄스의 일부분을 마스킹하는 단계; 및
    (s) 상기 단계(q) 및 단계(r)가 완료된 후, 상기 연속적 부분 강도 조사 펄스 각각으로 재고화되고 결정화된 상기 제2 구역 각각을 연속적으로 조사하는 단계
    를 추가로 포함하는 실리콘 박막 처리 방법.
  13. 실리콘 박막 내에 결정 성장을 시딩하지 않는 표면부를 가진 기판 상에 제1 에지 및 제2 에지를 갖는 실리콘 박막 시료를 처리하기 위한 시스템으로서,
    컴퓨터 프로그램을 저장하는 메모리; 및
    (a) 소정의 반복률로 연속적인 조사 빔 펄스를 방출하도록 조사 빔 발생기를 제어하는 단계;
    (b) 복수의 제1 빔렛 및 복수의 제2 빔렛을 정의하도록 상기 조사 빔 펄스 각각을 마스킹하는 단계;
    (c) 상기 제1 및 제2 에지 사이에서 상기 실리콘 박막 시료 상에 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 스캐닝 방향으로 일어나도록 소정의 일정한 속도로 상기 실리콘 박막 시료를 연속적으로 스캐닝하는 단계;
    (d) 상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제1 구역은 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제1 구역을 연속적으로 조사하고, 상기 제1 구역의 인접 구역들 사이에 비조사 영역을 남기는 단계;
    (e) 상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 상기 제1 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 단계; 및
    (f) 상기 단계(e)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제2 구역이 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제2 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제2 구역을 연속적으로 조사하는 단계
    를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 실행하는 처리 장치(processing arrangement)를 포함하고,
    상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 복수의 제1 및 제2 빔렛은 상기 실리콘 박막 시료에 충돌하도록 제공되고 상기 실리콘 박막 시료의 조사된 부분을 전 두께를 통해 용융하기에 충분한 강도를 가지며,
    상기 제2 구역 각각은 상기 재고화되고 결정화된 상기 제1 구역의 각 쌍 및 이들 사이의 비조사 각각의 영역과 부분적으로 중첩되는
    실리콘 박막 처리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단계(f)를 실행하는 동안, 상기 처리 장치는 상기 실리콘 박막 시료의 제3 구역을 그 두께 전체가 완전히 용융되도록 상기 제1 빔렛을 이용하여 상기 실리콘 박막 시료의 제3 구역을 연속적으로 조사하고, 상기 제3 구역 각각은 재고화되고 결정화된 상기 제1 구역 각각에 부분적으로 중첩되고 상기 제3 구역의 인접한 구역들 사이에 추가의 비조사 영역을 남기는 실리콘 박막 처리 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 구역 중 하나 및 상기 제3 구역 중 하나는 스캐닝 방향과 평행인 제1 선 상에 놓이고,
    상기 제2 구역 중 하나는 상기 스캐닝 방향과 평행인 제2 선 상에 놓이며,
    상기 제1 선은 상기 제2 선으로부터 벗어난 위치에서 연장되는
    실리콘 박막 처리 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제3 구역이 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 후, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛을 이용하여 조사된 상기 제2 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 실리콘 박막 처리 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 상기 제3 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하고,
    상기 제2 및 제3 구역이 재고화되고 결정화된 후, 상기 처리 장치가 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제4 구역을 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제2 빔렛을 이용하여 상기 실리콘 박막 시료의 제4 구역을 연속적으로 조사하되, 상기 제4 구역 각각은 재고화되고 결정화된 상기 제3 구역의 각 쌍 및 상기 제3 구역들 사이의 각 추가 비조사 영역과 부분적으로 중첩되는 실리콘 박막 처리 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 에지가 상기 제2 에지가 배치된 상기 실리콘 박막 시료의 일 측면과 대향하는 상기 실리콘 박막 시료의 일 측면에 배치되는 실리콘 박막 처리 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 처리 장치는 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛에 의한 상기 박막 시료 상의 연속적 충돌이 상기 실리콘 박막 시료의 제2 에지를 지나갈 때까지 상기 단계(c) 내지 단계(f)를 실행하고,
    상기 단계(c) 내지 단계(f)가 완료된 후, 상기 처리 장치는 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛이 상기 실리콘 박막 시료에 대해 상기 실리콘 박막시료의 바운더리 외부의 제1 위치 상에서 충돌하도록 상기 실리콘 박막 시료를 위치시키고,
    상기 조사 빔 펄스가 상기 제1 위치에 충돌한 후, 상기 처리 장치는 상기 실리콘 박막 시료에 대해 상기 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 상기 제1 위치로부터 상기 실리콘 박막 시료의 바운더리 외부에 있는 제2 위치로 이동하도록 상기 실리콘 박막 시료를 위치시키는
    실리콘 박막 처리 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단계(c) 내지 단계(f)가 완료된 후 및 상기 조사 빔 펄스의 연속적 충돌이 상기 실리콘 박막 시료의 상기 제2 에지를 지나간 후, 소정의 폭을 갖는 상기 실리콘 박막 시료의 완결된 부분을 조사하고 그 두께 전체를 용융시키고 재고화시켜, 상기 실리콘 박막 시료가 상기 완결된 부분의 단면 전체에서 제어된 결정립 성장을 갖는 실리콘 박막 처리 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    제1 축을 따라 특정 방향이 연장되고,
    상기 처리 장치는 제2 축을 따라 상기 실리콘 박막 시료에 대해 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 상기 연속적 충돌을 평행이동시키고, 상기 제1 축은 상기 제1 축과 직각을 이루며,
    상기 제2 위치는 상기 제1 위치로부터 상기 소정의 폭과 대략 동일한 거리에 제공되는 실리콘 박막 처리 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 처리 장치가
    (g) 상기 연속적 충돌이 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 평행이동된 후, 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 상기 제2 에지 및 제1 에지 사이의 상기 실리콘 박막 시료 상에서 스캐닝 방향과 반대인 추가 방향으로 이루어지도록 일정한 소정의 속도로 상기 실리콘 박막 시료를 연속적으로 스캐닝하는 단계;
    (h) 상기 단계(g)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제5 구역이 상기 조사 빔 펄스의 상기 제2 빔렛으로 그 두께 전체가 용융되도록 상기 제5 구역을 연속적으로 조사하고, 상기 제5 구역들의 각 인접한 구역은 사이에 추가의 비조사 영역을 남기는 단계;
    (i) 상기 단계(g)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제2 빔렛에 의해 조사된 상기 제5 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 단계; 및
    (j) 상기 단계(i)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제6 구역이 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 빔렛으로 상기 제6 구역을 연속적으로 조사하는 단계
    를 추가로 실행하고,
    상기 제6 구역 각각은 상기 재고화되고 결정화된 제5 구역의 각 쌍 및 각각의 상기 추가의 비조사 영역과 부분적으로 중첩되는
    실리콘 박막 처리 시스템.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 처리 장치가 상기 실리콘 박막 시료에 대해 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛의 충돌의 미소평행이동을 행하지 않고 상기 단계(a) 내지 단계(f)를 실행하는 실리콘 박막 처리 시스템.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 처리 장치가 추가로
    (k) 상기 제1 빔렛이 상기 제3 구역을 연속적으로 조사한 후, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 상기 제2 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 단계;
    (l) 연속적 부분 강도 조사 펄스가 상기 실리콘 박막 시료의 특정 영역을 조사할 때, 상기 특정 영역이 상기 실리콘 박막 시료의 두께 전체 미만으로 용융되도록 감소된 강도를 갖는 상기 연속적 부분 강도 조사 펄스를 방출하기 위해 상기 조사 빔 펄스의 일부분을 마스킹하는 단계; 및
    (m) 상기 단계(k) 및 단계(l)가 완료된 후, 상기 연속적 부분 강도 조사 펄스 각각으로 재고화되고 결정화된 상기 제2 구역 각각을 연속적으로 조사하는 단계
    를 실행하는 실리콘 박막 처리 시스템.
  25. 실리콘 박막 내에 결정 성장을 시딩하지 않는 표면부를 가진 기판 상에 제1 에지 및 제2 에지를 가진 실리콘 박막 시료를 처리하기 위한 방법으로서,
    (a) 소정의 반복률로 연속적인 조사 빔 펄스를 방출하도록 조사 빔 발생기를 제어하는 단계;
    (b) 복수의 제1 빔렛 및 복수의 제2 빔렛을 정의하도록 상기 조사 빔 펄스 각각을 마스킹하는 단계;
    (c) 상기 제1 및 제2 에지 사이에서 상기 실리콘 박막 시료 상에 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 스캐닝 방향으로 일어나도록 소정의 일정한 속도로 상기 실리콘 박막 시료를 연속적으로 스캐닝하는 단계;
    (d) 상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제1 구역은 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제1 구역을 연속적으로 조사하고, 상기 제1 구역의 인접한 비조사 영역을 남기는 단계;
    (e) 상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 상기 제1 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 단계; 및
    (f) 상기 단계(e)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제2 구역이 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제2 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제2 구역을 연속적으로 조사하는 단계
    를 포함하고,
    상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 복수의 제1 및 제2 빔렛은 상기 실리콘 박막 시료에 충돌하도록 제공되고 상기 실리콘 박막 시료의 조사된 부분을 전 두께를 통해 용융하기에 충분한 강도를 가지며,
    상기 제1 구역 각각은 상기 스캐닝 방향과 직각을 이루는 제1 선을 따라 연장되는 제1 선폭의 테두리(border)를 가지며,
    상기 제2 구역 각각의 제1 영역은 상기 재고화되고 결정화된 제1 구역 중 최소한 하나와 완전히 중첩되고, 상기 제2 구역 각각의 제2 영역은 상기 재고화되고결정화된 제1 구역 중 최소한 하나에 인접하여 제공되는 비조사 영역과 중첩되고, 상기 제1 영역은 상기 제1 선과 평행한 동시에 제1 선으로부터 벗어나 있는 제2 선을 따라 연장되는 제2 테두리를 가지며, 제2 선폭은 상기 제1 선폭의 1/2보다 큰
    실리콘 박막 처리 방법.
  26. 실리콘 박막 내에 결정 성장을 시딩하지 않는 표면부를 가진 기판 상에 제1 에지 및 제2 에지를 가진 실리콘 박막 시료를 처리하기 위한 시스템으로서,
    컴퓨터 프로그램을 저장하는 메모리; 및
    (a) 소정의 반복률로 연속적인 조사 빔 펄스를 방출하도록 조사 빔 발생기를 제어하는 단계;
    (b) 복수의 제1 빔렛 및 복수의 제2 빔렛을 정의하도록 상기 조사 빔 펄스 각각을 마스킹하는 단계;
    (c) 상기 제1 및 제2 에지 사이에서 상기 실리콘 박막 시료 상에 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 및 제2 빔렛의 연속적 충돌이 스캐닝 방향으로 일어나도록 소정의 일정한 속도로 상기 실리콘 박막 시료를 연속적으로 스캐닝하는 단계;
    (d) 상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제1 구역은 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제1 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제1 구역을 연속적으로 조사하고, 상기 제1 구역의 인접한 비조사 영역을 남기는 단계;
    (e) 상기 단계(c)를 실행하는 동안, 상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 제1 빔렛에 의해 조사된 상기 제1 구역 각각이 재고화되고 결정화되도록 하는 단계; 및
    (f) 상기 단계(e)를 실행하는 동안, 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제2 구역이 그 두께 전체가 용융되도록 상기 조사 빔 펄스의 상기 제2 빔렛으로 상기 실리콘 박막 시료의 복수의 제2 구역을 연속적으로 조사하는 단계
    를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 실행하는 처리 장치를 포함하고,
    상기 조사 빔 펄스 각각의 상기 복수의 제1 및 제2 빔렛은 상기 실리콘 박막 시료에 충돌하도록 제공되고 상기 실리콘 박막 시료의 조사된 부분을 전 두께를 통해 용융하기에 충분한 강도를 가지며,
    상기 제1 구역 각각은 상기 스캐닝 방향과 직각을 이루는 제1 선을 따라 연장되는 제1 선폭의 테두리를 가지며,
    상기 제2 구역 각각의 제1 영역은 상기 재고화되고 결정화된 제1 구역 중 최소한 하나와 완전히 중첩되고, 상기 제2 구역 각각의 제2 영역은 상기 재고화되고 결정화된 제1 구역 중 최소한 하나에 인접하여 제공되는 비조사 영역과 중첩되고, 상기 제1 영역은 상기 제1 선과 평행한 동시에 제1 선으로부터 벗어나 있는 제2 선을 따라 연장되는 제2 테두리를 가지며, 제2 선폭은 상기 제1 선폭의 1/2보다 큰
    실리콘 박막 처리 시스템.
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