KR20040080369A - 빔 균질기, 레이저 조사장치, 및 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents

빔 균질기, 레이저 조사장치, 및 반도체 장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대향 배치된 한 쌍의 반사면을 갖는 광 도파로를 구비한 빔 균질기를 제공하며, 상기 반사면은 빔 스폿을 형성하기 위한 광학계(optical system)에서 레이저빔이 입사되는 한 단부면과, 레이저빔이 방출되는 다른 단부면을 갖는다. 광 도파로는 특정 영역에 방사광을 유지시킬 수 있고, 에너지 흐름이 채널 축선에 평행하게 안내되는 방식으로 방사광을 전송할 수 있는 회로이다.

Description

빔 균질기, 레이저 조사장치, 및 반도체 장치의 제조방법{Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method of manufacturing a semiconductor device}
본 발명은 피조사면에서의 빔 스폿(beam spot)의 에너지 분포를 특정 영역에서 균일화하는 빔 균질기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 빔 스폿을 피조사면에 스캔하는 레이저 조사장치 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 글래스 기판(glass substrate)과 같은 절연 기판 상에 형성된 비정질(amorphous) 반도체막이나 결정성 반도체막(단결정이 아니고, 다결정, 미세결정 등의 결정성을 갖는 반도체막)에 대하여, 레이저 어닐링(laser annealing)을 수행하는 기술이 널리 연구되고 있다. 상기 반도체 막에는, 실리콘막이 잘 사용된다. 또한, 여기서 말하는 레이저 어닐링은 반도체 기판 또는 반도체막에 형성된 손상층이나 비정질층을 재결정화하는 기술이나, 기판상에 형성된 비정질 반도체막을 결정화시키는 기술을 가리키고, 또한, 반도체 기판 또는 기판 상의 반도체막의 표면의 평탄화나 표면개질(表面改質)에 적용되는 기술도 포함한다.
글래스 기판은 종래에 자주 사용되어 왔던 석영 기판에 비하여 저렴하고, 대면적 기판을 쉽게 제작할 수 있다. 이 때문에 상기 연구가 왕성하게 수행되었다.글래스 기판은 낮은 용융점을 갖기 때문에 결정화에 레이저빔이 일반적으로 사용된다. 레이저빔은 기판의 온도를 별로 변화시키지 않고 비-단결정 반도체막에만 고 에너지를 부여할 수 있다.
레이저 어닐링을 수행하여 형성된 결정성 실리콘막은 높은 이동도(mobility)를 갖는다. 그러므로, 이 결정성 실리콘막을 사용한 박막 트랜지스터(TFT)는 널리 이용된다. 예를 들어, 1 장의 글래스 기판 상에 화소(畵素)용과 구동회로용의 TFT를 제작하는, 모노리스(monolith)형의 액정 전기-광학장치, 발광 소자 등에 널리 이용되고 있다. 상기 결정성 실리콘막은 다수의 결정입자로 형성되기 때문에, 다결정 실리콘막, 또는 다결정 반도체막으로 불린다.
레이저 어닐링 공정에서, 엑시머 레이저(Excimer Laser)로부터 생성된 펄스형(pulsed) 레이저빔이 광학계를 통해 피조사면에, 한 변에서 수 cm인 정사각형 스폿으로, 또는 긴 변이 10cm이상인 직사각형 스폿으로 형성되고, 빔 스폿은 피조사면에 대하여 상대적으로 이동된다. 이러한 방법은 생산성을 향상시킬 수 있고 공업적으로 우수하기 때문에, 널리 사용된다. 직사각형 형상의 빔 스폿 중에, 특히 종횡비(aspect ratio)가 높은 것을 직선형(linear) 빔 스폿으로 부른다.
특히, 직선형 빔 스폿을 사용하면, 전후좌우의 주사가 필요한 점형(punctate) 빔 스폿을 사용하는 경우와는 다르게, 직선형 빔 스폿의 빔 폭이 긴 방향에 대해 직각인 일 방향만으로 직선형 빔 스폿을 스캔(scan)함으로써 대면적의 피조사면에 레이저빔을 조사할 수 있기 때문에, 높은 생산성을 제공한다. 직선형 빔 스폿의 빔 폭이 긴 방향에 대해 직각인 방향으로 주사하는 것은, 이것이가장 효율이 좋은 레이저빔 주사 방법이기 때문이다. 이러한 높은 생산성 때문에, 현재 레이저 어닐링 공정은 펄스형 엑시머 레이저의 빔 스폿을 적당한 광학계를 통해 형상화 함으로써 얻어진 직선형 빔 스폿을 주로 사용한다.
도 7a 및 도 7b는 피조사면에서의 빔 스폿의 단면 형상을 직선형으로 가공하기 위한 광학계를 도시한다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 광학계는 매우 일반적인 광학계이다. 광학계는 빔 스폿의 단면 형상을 직선형으로 가공하는 것만이 아니라, 동시에 피조사면에서의 빔 스폿의 에너지 분포를 균질화한다. 일반적으로, 빔 스폿의 에너지 분포를 균질화하기 위한 광학계는 빔 균질기로 불린다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 광학계도 빔 균질기이다.
XeCl 엑시머 레이저(파장: 308nm)가 광원으로 사용될 때, 모든 광학계의 광학소자(optical element)가 높은 투과율을 얻기 위해 석영으로 만들어지는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 엑시머 레이저의 파장에 대한 투과율이 99%이상이 되는 코팅을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 보다 짧은 파장을 갖는 다른 엑시머 레이저가 광원으로서 사용되면, 광학계의 재료로서 형석(fluorite) 또는 MgF2를 사용하여 높은 투과율을 얻을 수 있다. 그러나, 이들 재료가 결정이기 때문에, 절단면, 코팅 등을 선택하는데 주의를 기울여야 한다.
우선, 도 7a의 측면도에 대해 설명한다. 레이저 발진기(1201)로부터 방출된 레이저빔은 원통 렌즈 어레이(1202a, 1202b)를 통해 일방향으로 분할된다. 상기 방향을 본 명세서에서 종방향으로 부른다. 광학계에 미러(mirror)가 삽입되면, 종방향은 미러에 의해 굽혀진 레이저빔의 방향으로 굽혀진다. 이 구성에서는, 레이저빔이 4개의 빔으로 분할된다. 이들 분할된 빔은 원통 렌즈(1204)에서 하나의 빔 스폿으로 일단 합해진다. 다시 분리된 빔 스폿이 미러(1207)에 의해 반사된 다음, 이중 원통 렌즈(1208; doublet cylindrical lens)를 통해 피조사면에 다시 하나의 빔 스폿으로 집광된다. 이중 원통 렌즈는 2개의 원통 렌즈를 포함하는 하나의 렌즈이다. 이는 종방향에서의 직선형 빔 스폿의 에너지를 균질화하고, 또한 종방향의 길이를 정한다.
다음에, 도 7b의 평면도에 대해 설명한다. 레이저 발진기(1201)로부터 방출된 레이저빔은 원통 렌즈 어레이(1203)를 통해 종방향에 대해 수직 방향으로 분할된다. 종방향에 대해 직각 방향은 본 명세서에서 횡방향(lateral direction)으로 부른다. 미러가 광학계에 삽입되면, 횡방향은 미러에 의해 굽어진 빔의 방향으로 굽어진다. 이 구성에서는, 레이저빔은 7개의 빔으로 분할된다. 이들 분할된 빔은 피조사면(1209) 상에서 원통 렌즈(1205)로 하나의 빔 스폿으로 합해진다. 점선은 미러(1207)를 배치하지 않았을 경우의 정확한 광로(optical path), 렌즈와 피조사면의 정확한 위치를 도시한다. 이는 횡방향에서의 직선형 빔 스폿의 에너지를 균질화하고, 횡방향에서의 길이를 결정한다.
상술한 바와 같이, 원통 렌즈 어레이(1202a, 1202b, 1203)는 레이저빔의 빔 스폿을 분할하는 렌즈들이다. 직선형 빔 스폿의 에너지 분포에서 얻어지는 균질성은 분할된 빔 스폿의 개수에 의존한다.
각각의 렌즈는 XeCl 엑시머 레이저에 대응하도록 석영으로 만들어진다.또한, 렌즈들은 그 표면이 엑시머 레이저로부터 방출된 레이저빔이 렌즈들을 잘 투과하도록 코팅된다. 이는 엑시머 레이저빔의 투과율이 1개의 렌즈 당 99%이상이 되게 한다.
상기 구성을 통해 가공된 직선형 빔 스폿은 그 빔 스폿의 단축(minor axis) 방향에서 서서히 변위되는 방식으로 중첩되게 스캔된다. 이러한 스캔을 수행하면, 예를 들어 비-단결정 실리콘막 전면에 대해 레이저 어닐링을 수행하여 이를 결정화시키거나 결정성을 향상시킬 수 있다.
빔 균질기 중 몇몇은 반사 미러를 사용한다.(예를 들어, 일본 특개공 2001-291681호)
현재, 상술한 바와 같은 광학계를 통해 가공된 긴 직선형 빔은 대량 생산 공장에서 반도체막을 어닐링하는데 사용된다. 그러나, 레이저 어닐링이 수행될 때, 균질한 빔 스폿을 갖는 평면의 위치가 발진 엑시머 레이저의 주파수에 따라 변하고, 피조사면 상의 빔 스폿의 균질성이 엑시머 레이저의 레이저 매질(laser medium)인 가스를 외측으로부터 격리하는 윈도(window)의 세정(cleaning)으로 인해 악화되는 등의 몇 가지 문제점이 있다. 그러므로, 레이저 조사장치는 양산 장치로서의 완성도는 아직 높지 않다.
이러한 문제점들을 고려하여, 본 발명의 목적은 엑시머 레이저의 진동 조건의 변화 또는 메인티넌스(maintenance)로 인한 피조사면 상에서의 빔 스폿의 에너지 분포의 변화를 가능한 한 억제하는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따라 문제점을 해결하는 수단을 설명하는 도면.
도 2a 및 도 2b는 문제점이 본 발명에 따라 해결되는 것을 설명하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 레이저 조사장치의 일례를 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 레이저 조사장치의 일례를 도시하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 레이저 조사장치의 일례를 도시하는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 광 도파로에 의해 에너지 분포를 균일화하는 일례를 도시하는 도면.
도 7a 및 도 7b는 종래기술의 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 공개된 반도체 장치를 제조하는 방법을 도시하는 도면.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 공개된 반도체 장치를 제조하는 방법을 도시하는 도면.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
101, 102: 광선 103: 광 도파로
104, 114: 투영 렌즈(projection lens)
105, 115: 피조사면
111, 112: 광선 113: 광 도파로
133: 원통 렌즈 어레이 135a, 135b: 반사면
본 발명에서, 피조사면에서의 빔 스폿의 에너지 분포를 균일화하는데, 광 도파로(optical waveguide)를 사용한다. 광 도파로는 방사광을 일정 영역에 가두고, 그 에너지의 흐름을 채널의 축선에 평행하게 안내하여 전송하는 능력을 가진 회로이다.
본 발명은 대향 배치된 한 쌍의 반사면을 갖는 광 도파로를 포함하는 빔 균질기를 제공하고, 광 도파로는 일 단부면에서 레이저빔이 입사하고 다른 단부면으로부터 레이저빔이 방출되며, 상기 다른 단부면은 만곡되어 있다.
본 발명에 있어서 광 도파로가 레이저빔이 방출되는 측면의 단부면에서 곡면을 갖는 이유는 하기와 같이 설명된다. 본 발명자는 에너지 분포를 불균일하게 하는 이유 중의 하나는 광학계를 통해 직사각형이 되도록 매우 넓게 퍼진 레이저빔의 큰 발산각에 있다고 생각한다. 즉, 본 발명자는 광 도파로에서 방출된 레이저빔을 투과하는 렌즈의 초점(focal point) 위치가 장축(major axis) 방향에서 직사각형 빔의 대향 단부들 및 중심에서 다르다고 추측한다. 그러므로, 레이저빔이 방출되는 광 도파로의 단부면은 직사각형 빔의 장축 방향에서 길게 연장된 광선과 직사각형 빔의 중심에 도달하는 광선이 동일한 피조사면 상에 집속되도록 만곡된다. 달리 말해, 광 도파로의 출구로부터 피조사면까지의 거리는 직사각형 빔 스폿의 중앙과 대향 단부에서 다르게 된다. 이는 레이저빔이 그 장축 방향의 전체 길이에 있어서, 동일한 피조사면에 집속되어 에너지 분포가 균일화될 수 있게 한다.
즉, 본 발명은 광 도파로에서 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해 투영될때, 레이저빔의 중심과 대향 단부가 피조사면에 집속되도록 레이저빔이 방출되는 측면에서 만곡된 단부면을 갖는 빔 균질기를 제공한다.
또한, 본 발명은 단축 방향에서 피조사면 상의 빔 스폿의 에너지 분포를 균일화하기 위해 광 도파로 대신에 도광관(light pipe)을 포함하는 빔 균질기를 제공한다. 도광관은 전반사(total reflection)에 의해 일 단부로부터 다른 단부로 광을 전송하는 원추형, 피라미드형, 원주형 등으로 형성된 투명 부재이다. 광은 미러에 의한 반사를 통해 전송될 수 있다.
본 발명은 레이저 발진기, 빔 균질기, 및 빔 균질기로부터 방출된 레이저빔을 피조사면에 집광하기 위한 하나의 원통 렌즈 또는 다수의 원통 렌즈를 포함하는 광 조사장치를 제공하며, 빔 균질기는 대향하여 구비된 한 쌍의 반사면을 갖는 광 도파로를 구비하며, 광 도파로는 일 단부에서 레이저빔이 입사하고 다른 단부면으로부터 레이저빔이 방출되고, 상기 다른 단부면은 만곡되어 있다.
상기 구성에서, 빔 균질기는 광 도파로에서 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해 투영될 때 레이저빔의 대향 단부와 중심이 피조사면에 집속되도록 레이저빔이 방출되는 측면에서 만곡된 단부면을 갖는다.
상기 구성에서, 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 글래스 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, 및 Ar 레이저로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
또한, 본 발명은 단축 방향에서 피조사면 상에서의 빔 스폿의 에너지 분포를균일화하기 위해 광 도파로 대신에 도광관을 포함하는 빔 균질기를 제공한다.
본 발명은 기판 상에 비정질 반도체막을 형성하고, 상기 비정질 반도체막을 피조사면으로 하면서 레이저 발진기로 방출된 레이저빔을 빔 스폿의 위치를 이동시키면서 원통 렌즈 어레이 및 광 도파로를 사용하여 피조사면에 직사각형의 빔 스폿으로 형상화하여 비정질 반도체막을 레이저 어닐링하는 단계들을 포함하는 반도체 장치 제조 방법을 제공하며, 상기 원통 렌즈 어레이는 직사각형 빔 스폿의 장축 방향으로 작용하고, 빔 균질기는 직사각형 빔 스폿의 단축 방향으로 작용하고, 대향 배치된 한쌍의 반사면과 레이저빔이 입사되는 한 단부면과 레이저빔이 방출되는 다른 단부면을 가지며 다른 단부면이 굴곡지는 광 도파로를 장착하고 있는 빔 균질기를 통해 에너지 분포가 균질하게 되는 레이저빔에 의해 비정질 반도체막에 레이저 어닐링을 실시하는 반도체 장치의 제조방법을 제공한다.
상기 구성에서, 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 글래스 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, 및 Ar 레이저로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
또한, 본 발명은 단축 방향으로 피조사면상에서의 빔 스폿의 에너지 분포를 균일화하기 위해 광 도파로 대신에 빔 균질기에 사용되는 도광관을 갖는 반도체 장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 설명된 광 도파로를 사용하여 직사각형 빔 스폿을 형성하도록 빔 균질기가 사용될 때, 피조사면상에 단축 방향 및 장축 방향에서 균일한 에너지 분포를 갖는 직사각형 빔 스폿을 형성할 수 있다. 추가로, 피조사면상에 형성된 빔스폿의 위치 및 에너지 분포가 레이저 발진기의 발진 상태에 의해 용이하게 영향을 받지 않기 때문에, 레이저빔의 안정성을 강화시킬 수 있게 된다.
본 발명에서 설명된 광학계를 포함한 레이저 조사장치에서 방출된 직사각형 빔 스폿이 직사각형 빔의 단축 방향에서 반도체막에 스캔될 때, 기판 표면에 걸쳐 결정성의 균일성이 강화될 수 있도록 결정성이 빔 스폿의 에너지 분포의 비균일성으로 인하여 비균일하게 되는 것을 방지할 수 있다. 더구나, 본 발명은 레이저 조사장치의 높은 안정성이 유지될 수 있으며, 메인티넌스 특성의 향상으로 인하여 운전비용이 감소될 수 있다는 장점을 가진다. 본 발명이 저온 폴리-결정성 실리콘 TFT의 대량 생산에 적용될 때, 고작동 특성을 갖는 TFT를 효율적으로 생산할 수 있다.
[실시모드]
처음에, 광 도파로에 의해 빔 스폿의 에너지 분포를 균일화하는 방법은 도 6a 및 6b로서 설명하기로 한다. 먼저, 도 6a의 측면도를 설명한다. 대향하여 배치된 한 쌍의 반사면(602a, 602b)과 피조사면(603)을 갖는 광 도파로(602)가 준비된다. 다음에 도면의 좌측에서부터 광선이 입사된다. 광선은 광 도파로(602)가 있을 때에 실선(601a)으로 그려지고, 광 도파로(602)가 없을 때 점선(601b)으로 그려져 있다. 광 도파로(602)가 없을 때에, 도면의 좌측으로부터 입사되는 광선은 점선(601b)으로 도시된 바와 같이 피조사면(603)에서 영역(603a, 603b, 603c)에 도달한다.
한편, 광 도파로(602)가 있을 때, 광선은 실선(601a)으로 도시된 바와 같이광 도파로(602)의 반사면에 의해 반사되며, 모든 광선이 피조사면(603)에서 영역(603b)에 도달한다. 즉, 광 도파로(602)가 없을 때에 영역(603a, 603c)에 도달하는 모든 광선들이 광 도파로(602)가 있을 때에는 피조사면(603)의 영역(603b)에 도달한다. 따라서, 광선이 광 도파로(602)내에 입사될 때, 광선은 반복적으로 반사되어 출구로 안내된다. 즉, 광선은 입사 광선이 피조사면(603)의 영역(603b)에 겹치는 것처럼 중복되며, 피조사면은 광 도파로(602)의 출구와 동일한 위치에 있다. 이 실예에서, 광 도파로가 없을 때 피조사면(603)상의 광선(603a, 603b, 603c)의 모든 수렴은 A로서 정의되고, 광 도파로가 있을 때 피조사면(603)상의 광선(603b)의 수렴은 B로서 정의된다. 다음에 A/B는 균질기에 의해 분할된 광선들의 개수와 일치한다. 따라서, 입사광선이 분할되며 분할된 광선들 모두가 동일한 위치에 중복될 때 광선의 에너지 분포는 중복 위치에서 균일하게 된다.
보통, 균질기가 광선을 분할하면 할수록 에너지 분포는 분할된 광선들이 중복되는 위치에서 더욱 균일하게 된다. 광 도파로(602)에 의해 분할된 광선들의 개수는 광선이 광 도파로(602)에서 여러 번 반사될 때 증가될 수 있다. 다시 말하면, 광선이 입사되는 방향에서의 한 쌍의 반사면의 길이가 더 길어질 수 있다. 더구나, 분할된 광선의 개수는 대향 배치된 반사면들 사이의 공간을 좁게 함으로써, 또는 광 도파로내에 입사되는 광선의 NA(개구수)를 강화함으로써 증가될 수 있다.
직사각형 빔 스폿을 형성하기 위해 본 발명에서 설명된 광학계는 도 3a 및 3b로서 설명된다. 먼저, 도 3b의 측면도를 설명한다. 레이저 발진기(131)에서 방출된 레이저빔은 도 3a 및 3b의 화살표로 도시된 방향으로 전파된다. 먼저, 레이저빔은 구형 렌즈(132a, 132b)를 통해 확장된다. 그러한 구조는 레이저 발진기(131)가 충분히 큰 빔 스폿을 발생할 때에는 불필요하다.
레이저빔의 빔 스폿은 원통 렌즈(134)를 지나는 직사각형 빔의 단축 방향에서 좁으며, 원통 렌즈(134) 뒤에 대향 배치된 한 쌍의 반사면(135a, 135b)을 갖는 광 도파로(135)내로 입사된다. 직사각형 빔 스폿의 단축 방향에서 균일한 에너지 분포를 갖는 평면(plane)이 광 도파로(135)의 출구면에 형성된다.
빔이 입사되는 방향에서 광 도파로(135)의 길이가 길수록 또는 원통 렌즈(134)의 초점길이가 짧을수록 에너지 분포가 더욱 균일하게 된다. 그러나, 실제 시스템은 광학계의 치수를 고려하여 제작되어야 하며, 따라서 광 도파로의 길이와 원통 렌즈의 초점길이는 시스템의 치수에 따라 실제적으로 되어야 한다.
도 3a, 및 3b에서, 광 도파로(135) 뒤에 배치된 이중 원통 렌즈(136)는 광 도파로(135) 바로 뒤에 형성된 균일한 평면을 이중 원통 렌즈(136) 뒤에 배치된 피조사면으로 보이게 한다. 이중 원통 렌즈는 2개의 원통 렌즈(136, 136b)를 포함한 렌즈이다. 이것은 광 도파로(135)의 출구면에 형성된 균일한 평면을 다른 표면(피조사면)으로 보이게 할 수 있다. 즉, 균일한 평면과 피조사면(137)은 이중 원통 렌즈(136)에 대하여 결합되어 있다. 광 도파로(135) 및 이중 원통 렌즈(136)는 단축 방향에서 직사각형 빔의 에너지 분포를 균일하게 하며, 단축 길이를 결정한다. 주목해야 할 것은, 피조사면상의 빔 스폿의 균질성이 크게 요구되지 않을 때, 또는 이중 원통 렌즈의 F-수가 매우 높을 때에는 단일 원통 렌즈가 사용될 수 있다는 것이다.
다음에, 도 3a의 평면도를 설명한다. 레이저 발진기(131)로부터 방출된 레이저빔은 원통 렌즈 어레이(133)를 통해 직사각형 빔의 장축 방향에서 분할된다. 원통 렌즈 어레이(133)는 그 곡률 방향에 배치된 원통 렌즈들을 가진다. 이 실시예는 5개의 원통 렌즈들이 배치된 원통 렌즈 어레이를 사용한다. 이것은 그 장축 방향에서의 직사각형 빔의 에너지 분포를 균일하게 하며 그 장축 방향에서의 빔의 길이를 결정한다. 주목할 것은 원통 렌즈 어레이에 의해 분할된 레이저빔들을 조합하기 위한 원통 렌즈들은 원통 렌즈 어레이 뒤에 배치될 수 있다는 것이다.
원통 렌즈 어레이(133)에서 방출된 레이저빔은 원통 렌즈 어레이(133) 뒤에 배치된 광 도파로(135)내로 입사된다. 광 도파로(135)는 한 쌍의 반사면(135a, 135b)을 구비하며, 각각의 반사면은 레이저빔이 방출되는 측면의 단부면에서 곡률을 가진다. 도 1a 내지 도 2b는 광 도파로(135)가 레이저빔이 방출되는 측면의 단부면에서 곡률을 가지는 이유에 대해 설명한다. 도 2a 및 2b에서, 실선으로 도시된 광선(101)은 직사각형 빔의 중심을 형성하는 광선이다. 점선으로 도시된 광선(102)은 그 장축 방향에서 직사각형 빔 스폿의 대향 단부들을 형성하는 광선이다. 대향 배치된 한 쌍의 반사면을 갖는 광 도파로(103)로부터 방출된 광선들은 투영 렌즈(104)를 통해 피조사면(105)에서 직사각형 빔을 형성한다. 광선(101)은 피조사면(105)에 집속되는 반면, 광선(102)은 피조사면(105) 앞에서 집속된다.
한편, 도 1a 및 1b는 광 도파로(113)의 형상을 제외하면 도 2a 및 2b와 동일한 구조를 도시한다. 도 1a 및 1b에서, 광 도파로(113)는, 직사각형 빔의 장축 방향으로 길게 연장된 광선(112)과 직사각형 빔 스폿의 중심에 도달하는 광선(111)이동일한 피조사면에 집속되도록 광선들이 방출되는 측면에서 굴곡된 단부면을 가진다. 상기 굴곡된 단부면은 원통형이며, 직사각형 빔의 장축 방향에서만 곡률을 가진다.
도 1a 및 1b에 도시된 구조에 의해, 광선들이 대향 배치된 한 쌍의 반사면을 갖는 광 도파로(113)로부터 방출되는 위치는 직사각형 빔의 장축 방향에서의 중심 및 대향 단부들에서는 다르게 만들어질 수 있다. 이것은 직사각형 빔의 장축 방향에서의 중심 및 대향 단부들에서의 초점을 투영 렌즈(114)를 통해 피조사면(115)상에 합치시킬 수 있게 한다. 따라서, 장축 방향에서 전체 길이에 걸쳐 균일한 에너지 분포를 갖는 직사각형 빔 스폿을 형성할 수 있다.
광 도파로는 균일한 평면의 위치가 광학계에 의해 거의 완전하게 고정된다는 장점을 가진다. 즉, 균일한 평면이 광 도파로의 출구면에 형성되기 때문에, 레이저 발진기로부터 방출된 레이저빔의 특성이 모든 펄스에서 또는 메인티넌스 등에 의해 변하더라도 균일한 평면의 위치가 전혀 변하지 않는다. 즉, 레이저빔의 특성은 포인트 안정성(pointing stability)에 의해 용이하게 영향을 받지 않는다. 이것은 레이저 발진기의 상태의 변화에 의해 영향을 받지 않는 균일한 레이저빔을 얻을 수 있게 한다.
바람직하게, 본 발명의 빔 균질기와 조합된 레이저 발진기는 높은 출력과, 반도체막에서 충분하게 흡수되는 파장들을 갖는다. 실리콘막이 반도체막으로서 사용될 때, 흡수비를 고려하여 600nm 이하의 파장을 갖는 레이저빔을 발생하는 레이저 발진기를 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 레이저 발진기로서 엑시머 레이저,YAG 레이저(고조파(harmonic)), 및 글래스 레이저(고조파)가 있다.
주목할 것은 YVO4레이저(고조파), YLF 레이저(고조파) 및 Ar 레이저도 현재 기술에서 높은 출력이 달성되지 않을지라도 실리콘막을 결정화 하는데 적절한 파장을 발생하는 레이저 발진기로서 또한 사용될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 빔 균질기 및 레이저 조사장치를 사용하는 반도체 장치 제조방법을 설명한다. 먼저, 글래스 기판이 기판으로서 준비된다. 최대 600℃의 열에 충분히 견디는 글래스 기판이 사용된다. 실리콘 산화막이 베이스막으로서 글래스 기판상에 200nm 두께로 형성된다. 덧붙여 비정질 실리콘막이 그 위헤 형성된다. 이 막들은 스퍼터링에 의해 형성된다. 대안으로서 상기 막들은 플라즈마 CVD에 의해 형성될 수 있다.
다음에, 질소 분위기에서 상기 막들이 형성된 기판에 가열공정이 실시된다. 이 공정은 비정질 실리콘막에서 수소 농도를 감소시키는 것이다. 이 공정은 막이 너무 많은 수소를 함유할 때 막이 레이저 에너지에 저항할 수 없기 때문에 실시된다. 이 막에서의 수소 농도는 1020atoms/cm3의 정도가 적절하다. 여기서 1020atoms/cm3은 1 cm3에서 1020수소 원자가 존재한다는 것을 의미한다.
이 실시모드는 레이저 발진기로서 XeCl 엑시머 레이저를 사용한다. 엑시머 레이저(파장 308nm)는 펄스형 레이저이다. 펄스형 레이저빔의 에너지가 하나의 기판에 대해 실시되는 레이저 가공중에 각각의 펄스에서 ±5% 내에서 바람직하게는 ±2% 내에서 요동될 때, 균일한 결정성을 달성할 수 있다.
상술한 레이저 에너지의 요동은 아래와 같이 정의된다. 즉, 하나의 기판에 대해 스캔 주기에서 레이저 에너지의 평균값이 표준으로서 가정한다. 다음에, 레이저 에너지의 요동은 스캔 주기에서의 평균값과 최소값 사이의 차이 또는 백분율로서 스캔 주기에서의 평균값과 최소값 사이의 차이를 나타내는 값으로서 정의된다.
레이저빔은 도 3a 및 3b에 도시된 피조사면(137)이 장착된 스테이지가 직사각형 빔의 단축 방향으로 스캔되도록 스캔된다. 이 경우에, 작업자는 피조사면상의 빔 스폿의 에너지 밀도와 스캐닝 속도를 적절하게 결정할 수 있다. 에너지 밀도는 200 mJ/cm2과 1000 mJ/cm2사이가 적절하다. 단축에서의 직사각형 빔 스폿의 폭이 약 90 %이상으로 서로 중첩되는 범위에서 스캐닝 속도를 선태할 때 레이저 어닐링을 균일하게 실시하기가 용이하다. 최적의 스캐닝 속도는 레이저 발진기의 주파수에 의존하며, 그 주파수에 비례하도록 고려될 수 있다.
따라서, 레이저 어닐링 공정이 완료된다. 그러한 작업이 반복적으로 실시될 때 많은 기판들을 처리할 수 있다. 이렇게 처리된 기판은 공지된 방법에 따라, 능동 액티브 액정 디스플레이, 발광소자로서 유기 EL 소자를 사용하는 유기 EL 디스플레이 등을 제작하는데 사용될 수 있다.
상기 실예는 레이저 발진기로서 엑시머 레이저를 사용하였다. 엑시머 레이저가 수 마이크로미터인 매우 짧은 간섭 길이를 가지기 때문에 상기 광학계에 적합하다. 아래에 도시된 레이저들 몇 개가 긴 간섭 길이를 가질지라도, 간섭 길이를 정교하게 변화시키는 레이저가 사용될 수 있다. 또한, YAG 레이저의 고조파 또는 글래스 레이저의 고조파를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 엑시머 레이저의 출력 만큼 높은 출력이 얻어질 수 있고, 레이저빔의 에너지가 실리콘막에서 충분하게 흡수되기 때문이다. 실리콘막의 결정화에 적합한 레이저 발진기로서, YVO4레이저(고조파), YLF 레이저(고조파) 및 Ar 레이저 등이 있다. 상기 레이저빔들의 파장은 실리콘막에 충분히 흡수된다.
상기 실예는 비단결정(non-single crystal) 실리콘막으로서 비정질 실리콘막을 사용하였다. 그러나, 본 발명은 다른 비단결정 실리콘막에 적용될 수 있다는 것을 용이하게 생각해 낼 수 있다. 예를 들어, 비정질 실리콘 게르마늄막과 같은 비정질 구조를 갖는 복합 반도체막이 비단결정 실리콘막으로서 사용될 수 있다.
[비교예]
이 비교예는 레이저빔이 스캔되는 피조사체가 되는 반도체막을 제조하는 통상적인 방법을 보여준다. 먼저, 두께 0.7 mm 및 폭 127 mm인 코닝(Corning) 1737의 기판을 준비하였다. SiO2막(실리콘 산화막)이 플라즈마 CVD 장치에 의해 기판에 두께 200 nm로 형성되고, 다음에 비정질 실리콘막(이하 a-Si 막이라고 함)이 SiO2 막에 50 nm 두께로 형성되었다. 기판은 막내의 수소 농도를 감소시키기 위해 1시간동안 500 ℃의 온도에서 질소 분위기에 노출되었다. 수소 농도는 1020atoms/cm3정도가 적절하다. 여기서 1020atoms/cm3은 1 cm3에서 1020수소 원자가 존재한다는 것을 의미한다. 이것은 레이저빔에 대한 막의 저항을 크게 증가시켰다.
다음에, a-Si 막을 어닐링하는데 적절한 레이저 발진기의 실예를 보여준다. 예를 들어, 람다 피직 인코포레이티드(Lambda Physik, Inc.)에 의해 제작된 XeCl 엑시머 레이저 L4308(파장 308 nm, 펄스폭 30 ns)을 사용하는 것이 바람직하다. 레이저 발진기는 펄스형 레이저빔을 발생하며, 펄스당 670 mJ의 에너지를 출력할 수 있다. 레이저빔은 레이저빔 윈도(출구)에서 10 mm ×30 mm 의 스폿 사이즈를 가진다. 레이저빔 윈도(출구)는 레이저빔이 방출된 직후 레이저빔의 이동방향에 직각인 평면으로서 정의된다.
엑시머 레이저에서 방출된 레이저빔은 보통 직사각형이고, 종횡비로 표현될 때 직사각형 빔은 대략 1 내지 5의 범위에 있다. 레이저빔은 이 레이저빔의 강도가 중심을 향해 더욱 강해지는 가우스 분포를 가진다. 레이저빔의 빔 스폿은 균일한 에너지 분포 및 125 mm ×0.4 mm의 사이브를 갖는 직직선형 빔 스폿으로 변화된다.
본 발명의 실험에 따라, 레이저빔이 반도체막에 스캔될 때, 직직선형 빔 스폿의 짧은 폭(최대 폭의 절반)의 약 1/10이 레이저빔을 중첩하는데 가장 적절한 피치이었다. 이것은 반도체막에서 결정성의 균질성을 향상시켰다. 이 실예에서, 짧은 폭이 0.4 mm이기 때문에, 레이저빔은 펄스 주파수가 30Hz이었고 스캐닝 속도가 1.0 mm/s인 엑시머 레이저의 조건하에서 주사되었다. 이 경우에, 피조사면에서의 레이저빔의 에너지 밀도는 450 mJ/cm2으로 설정되었다. 상술한 방법은 직직선형 빔 스폿으로 반도체막을 결정화하는 매우 일반적인 방법이다.
[실시예 1]
도 4a 및 4b는 이 실시예에서 설명된 광학계의 실예를 도시한다. 먼저, 도 4b의 측면도를 설명한다. 레이저 발진기(151)에서 방출된 레이저빔은 도 4a 및 4b의 화살표로 지시된 방향으로 전파된다. 레이저빔은 구형 렌즈(152a, 152b)를 통해 확장된다. 이 구조는 레이저 발진기(151)에서 방출된 빔 스폿이 충분히 클 때에는 불필요하다.
제2 표면의 곡률 반경이 -194.25 mm이고 두께 20 mm인 원통 렌즈(155)가 직사각형 빔의 단축 방향에서의 빔 스폿을 좁게 하는데 사용된다. 상기 곡률 반경의 부호는 렌즈면에 대하여 빔이 방출되는 측면에 곡률의 중심이 있을 때 양(+)이다. 상기 부호는 렌즈면에 대하여 빔이 입사되는 측면에 곡률의 중심이 있을 때 음(-)이다. 또한, 주목할 것은, 레이저빔이 입사되는 렌즈면은 제1 표면으로서 정의되고, 레이저빔이 방출되는 렌즈면은 제2 표면으로서 정의된다. 대향 배치된 한 쌍의 반사면(156a, 156b)을 가지며 원통 렌즈(155) 뒤에서 428.8 mm 위치에 배치되는 광 도파로(156)는 피조사면상에 빔 스폿의 단축 방향에서 에너지 분포를 균일하게 한다. 따라서, 직사각형 빔의 단축방향에서 균일한 에너지 분포를 갖는 평면이 광 도파로(156)의 출구면에 형성된다. 광 도파로(156)는 레이저빔이 입사되는 방향에서 300 mm의 길이를 가지며, 반사면들 사이가 0.4 mm 의 거리를 가진다.
광 도파로(156) 뒤에서 400 mm 위치에 배치되며 원통 렌즈(157a, 157b)로 구성된 이중 원통 렌즈는 상기 이중 원통 렌즈 뒤에서 416.9 mm 위치에 배치되는 피조사면(158)상에 직사각형 빔의 단축 방향에서 광 도파로(156)로부터 방출된 광선을 수렴한다. 이중 원통 렌즈는 2개의 원통 렌즈를 포함하는 렌즈이다. 이중 원통렌즈를 구성하는 하나의 원통 렌즈는 곡률 반경이 +122.99 mm인 제1 표면과, 곡률 반경이 +90.12 mm인 제2 표면과, 두께 10 mm를 가진다. 다른 원통 렌즈는 곡률 반경이 +142.32 mm인 제1 표면과, 곡률 반경이 -165.54 mm인 제2 표면과, 두께 20 mm를 가진다. 상기 2개의 원통 렌즈는 그들 사이의 거리가 5 mm가 되도록 배치된다. 이것은 광 도파로(156)의 출구면에 형성된 균일한 평면이 피조사면(158)이 되도록 할 수 있다. 광 도파로(156) 및 이중 원통 렌즈(157)는 단축 방향에서의 직사각형 빔 스폿의 에너지 분포를 균일하게 하여 단축 방향에서의 그 길이를 결정한다.
다음에, 도 4a의 평면도를 설명한다. 레이저 발진기(151)에서 방출된 레이저빔은 원통 렌즈 어레이(153)를 통해 직사각형 빔의 장축 방향으로 분할된다. 상기 원통 렌즈 어레이(153)는 5개의 원통 렌즈를 가지며, 각각의 원통 렌즈는 곡률 반경이 +24.5 mm이고 두께 5mm이고 폭이 6.5mm이며 그 곡률 방향으로 배열된 제1 표면을 가진다.
원통 렌즈 어레이(153)에 의해 분할된 레이저빔들은 이 렌즈 어레이 뒤에서 500 mm 위치에 배치된 원통 렌즈(154)를 통해 피조사면(158)에 중첩된다. 이것은 장축 방향에서 직사각형 빔 스폿의 에너지 분포를 균일하게 한다. 원통 렌즈(154)는 이 실시예에서 사용되지 않는다. 이 렌즈는 장축 방향의 직사각형 빔 스폿의 대향 단부에서 에너지가 약화되는 영역을 감소시킬 수 있다. 그러나, 그런 구조를 갖는 장치에서 현재의 렌즈는 대단히 긴 초점길이를 가질 수도 있다. 그런 경우에, 현재의 렌즈가 거의 유리한 효과를 부여하지 않기 때문에 이 렌즈를 사용할 필요가 없다.
원통 렌즈(154)로부터 방출된 레이저빔은 이 원통 렌즈 뒤에서 1900.8 mm 위치에 배치된 광 도파로(156)내로 입사된다. 광 도파로(156)는 대향 배치된 한 쌍의 반사면(156a, 156b)을 가지며, 각각의 반사면이 +3751.5 mm의 곡률반경을 가지도록 굴곡된 후면을 가진다. 이것은 장축 방향에서 직사각형 빔의 중심과 대향 단부에 입사 위치의 차이를 제공할 수 있게 한다. 따라서, 직사각형 빔의 장축 방향에서의 중심과 대향 단부가 피조사면에 집속될 수 있으며, 이에 의해 또한 균일한 에너지 분포와 300 mm ×0.4 mm 의 사이즈를 갖는 직사각형 빔 스폿을 형성할 수 있다.
이 실시예의 광학계는 예를 들어 실시예에 도시된 방법에 따라 반도체막에 레이저 어닐링을 실시하는데 사용된다. 반도체막은 능동 매트릭스 디스플레이 또는 발광소자를 제작하는데 사용될 수 있다. 상기 디바이스들은 공지된 방법으로 작업자에 의해 제작될 수 있다.
[실시예 2]
이 실시예는 상기 실시모드에 설명된 광학계와는 다른 광학계를 예로 들어 설명한다. 도 5a 및 5b는 이 실시예에 설명된 광학계의 실예를 도시한다.
도 5a 및 5b에서, 레이저빔은 광 도파로(165)를 제외하면 도 3a 및 3b에 도시된 것과 동일한 광로를 통과한다. 광 도파로(165)는 광 도파로(135)와 마찬가지로 대향 배치된 한 쌍의 반사면을 가진다. 광 도파로(135)는 한 쌍의 반사면 사이에 중공 공간을 가진다. 다른 한편, 광 도파로(165)는 "n"의 굴절률을 갖는 매질(165c)로 채워진 공간을 가진다. 이것이 두 광 도파로 사이의 차이점이다. 매질(165c)이 반사면(165a, 165b)의 재료보다 높은 굴절률을 가지는 경우에, 레이저빔이 임계각보다 낮은 각도로 광 도파로(165)내로 입사될 때, 레이저빔은 반사면에서 모두 반사된다. 즉, 광 도파로에서의 레이저빔의 투과율은 레이저빔이 모두다 반사되지 않는 경우에 비해 높다. 따라서, 광원(161)에서 나온 레이저빔은 피조사면(167)에 보다 효과적으로 수렴될 수 있다.
도 5a 및 5b에 도시된 광학계는 균일한 에너지 분포와, 단축이 0.4 mm, 장축이 300 mm의 사이즈를 갖는 직사각형 빔 스폿을 형성할 수 있다. 호야 코포레이션(Hoya Corp.)에 의해 제작된 BSC7과 같은 매질을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 매질은 자외선에 대해 1.52의 굴절률을 가지며 높은 투과율을 가진다.
이 실시예에 도시된 광학계는 상기 실시예에 도시된 방법에 따라 반도체막에 레이저 어닐링을 실시하는데 사용된다. 반도체막은 능동 매트릭스 액정 디스플레이, 발광소자로서 유기 EL 소자를 사용하는 유기 EL 디스플레이를 제작하는데 사용될 수 있다. 작업자는 상기 디바이스들을 공지된 방법으로 제작하여도 된다.
[실시예 3]
이 실시예에서, 본 발명의 레이저 조사장치를 사용함으로써 결정성 반도체막으로 반도체 장치를 제작하기까지의 공정은 도 8a-8d 및 도 9a-9d를 참고하여 설명한다.
먼저, 베이스막(1101a, 1101b)이 기판(1100)에 형성된다. 기판(1100)으로서, 글래스 기판, 석영 기판과 같은 절연 기판, 또는 결정성 글래스 기판, 또는 세라믹 기판, 스테인레스 기판, 금속 기판(탄탈륨, 몰리브덴 등), 반도체 기판, 플라스틱 기판(폴리이미드, 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르 설폰 등)이 사용될 수 있다. 주목할 것은, 기판이 공정중에 발생되는 열에 저항할 수 있는 재료로 제조되어야 한다는 것이다. 이 실시예는 글래스 기판이 사용된다.
베이스막(1101a, 1101b)으로서, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산질화막(silicon oxynitride film)이 사용될 수 있고, 상기 절연막들은 단일층 구조 또는 2개 이상의 층을 갖는 적층 구조로 형성될 수 있다. 상기 막들은 스퍼터링법, 저압 CVD법, 또는 플라즈마 CVD법과 같은 공지된 방법에 의해 형성된다. 막들은 이 실시예에서는 2층을 갖는 적층 구조로서 적층되지만, 단일층 구조 또는 3개 이상의 층을 갖는 적층 구조라도 어떤 문제를 일으키지는 않는다. 이 실시예에서, 실리콘 질화 산화막(silicon nitride oxide film)은 절연막(1001a)의 제1층으로서 두께 50 nm로 형성되고, 실리콘 산질화막은 절연막(1001b)의 제2층으로서 두께 100 nm로 형성된다. 주목할 것은, 실리콘 질화 산화막과 실리콘 산질화막의 차이는 이 막들에 함유된 질소와 산소의 비가 다른 것으로서 정의되고, 실리콘 질화 산화막이 사노 보다 질소를 더 많이 함유한다.
다음에, 비정질 반도체막이 형성된다. 비정질 반도체막은 두께 25 nm 내지 80 nm로 실리콘 또는 실리콘기 재료(예를 들어 SixGe1-x등)로 구성될 수 있다. 그 형성수단으로서, 스퍼터링법, 저압법 또는 플라즈마 CVD법과 같은 공지된 방법이 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 비정질 실리콘막이 두께 66 nm로 형성된다(도 8a).
다음에, 비정질 실리콘의 결정화가 실시된다. 이 실시예에서, 레이저 어닐링을 실시하는 공정이 결정화 방법으로서 설명된다(도 8b).
본 발명의 레이저 조사장치가 레이저 어닐링을 실시하는데 사용된다. 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 글래스 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저, 및 Ar 레이저로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
레이저 어닐링은 본 발명의 레이저 조사장치에 의해 비정질 실리콘을 결정화하도록 실시된다. 더 구체적으로, 레이저 어닐링은 실시예 1 및 2에 설명된 바와 같은 방법으로 실시된다.
덧붙여, 결정화된 후의 반도체막이 TFT의 능동층으로서 사용될 때, 레이저광의 스캐닝 방향은 채널 형성영역에서 캐리어의 시프트방향에 평행하게 설정되는 것이 바람직하다.
다음에, 결정성 반도체막(1102)은 에칭에 의해 지점(1102d)을 통해 필요한 형상(1102a)으로 변환된다(도 8c). 그 후 게이트 절연막(1103)이 형성된다(도 8d). 막 두께는 약 115 nm로 설정되고, 실리콘을 함유한 절연막이 저압 CVD법, 플라즈마 CVD법, 스퍼터링법 등에 의해 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 실리콘 산화막이 형성된다. 이 경우, 실리콘 산화막은 플라즈마 CVD법에 의해 반응압력 40 Pa에서 TEOS(테트라에틸 오르소실리케이트)와 O2의 혼합물과, 300 ℃와 400 ℃사이의 기판온도에서, 0.5 W/cm2내지 0.8 W/cm2범위의 고주파수(13.56 MHz) 전력밀도에서 방전함으로써 형성된다. 이렇게 형성되는 실리콘 산화막은 이어서 400 ℃와 500 ℃사이의 가열공정을 실시함으로써 게이트 절연막으로서 양호한 특성을 부여한다.
본 발명의 레이저 조사장치를 사용하는 반도체막을 결정화함으로써, 양호하고 균일한 특성을 갖는 결정성 반도체가 얻어질 수 있다.
다음에, 질화 탄탈륨(TaN)이 게이트 절연막상에 제1 도전층으로서 두께 30 nm로 형성되고, 텅스텐(W)이 제1 도전층상에 제2 도전층으로서 두께 370 nm로서 형성된다. 질화 탄탈륨막과 텡스텐막은 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있으며, 질화 탄탈륨막은 질소 분위기에서 Ta의 타겟을 사용하여 스퍼터링함으로써 형성된다. 또한, 텅스텐막은 텅스텐의 타겟을 사용하여 스퍼터링함으로써 형성된다. 이 막을 게이트 전극으로서 사용하기 위해서 막을 저저항이 되도록 제조할 필요가 있으며, 텅스텐막의 저항이 20 μΩcm 이하로 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 이유 때문에, 텅스텐막을 위한 타겟은 고순도(99.9999%)인 것이 바람직하고, 막이 형성될 때 불순물 원소가 혼합되지 않도록 철저히 주의를 기울여야 한다. 이렇게 형성된 텅스텐막의 저항은 9 μΩcm 내지 20 μΩcm 으로 제조될 수 있다.
주목할 것은, 이 실시예에서 제1 도전층이 두께 30 nm를 갖는 TaN로 구성되고 제2 도전층이 두께 370 nm를 갖는 W으로 구성될지라도, 도전층들의 재료에는 특별한 제한을 두지 않는다는 것이다. 제1 도전층 및 제2 도전층은 둘다 Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu, Cr 및 Nd로서 구성되는 그룹에서 선택된 원소, 또는 합금재료 또는 주요 구성물로서 이들 원소중 하나를 갖는 화합물 컴파운드로 형성될 수 있다. 또한, 반도체막, 특히 인과 같은 불순물 원소가 도핑되는 다결정성 실리콘막이 AgPdCu 합금과 같이 사용될 수도 있다. 더구나, 이들의 조합이 적절하게 적용될 수 있다.제1 도전층은 두께 20 nm 내지 100 nm 로 형성되어도 좋다. 다른 한편, 제2 도전층은 두께 100 nm 내지 400 nm 로 형성될 수 있다. 덧붙여, 2층의 적층 구조가 이 실시예에서 사용되지만, 단일층 구조 또는 3층 이상의 적층 구조가 사용될 수도 있다.
다음에, 레지스트로 제조된 마스크는 도전층들을 에칭하여 전극 및 배선을 형성하도록 사진석판술에 의해 노광 공정을 통해 형성된다. 제1 에칭공정은 제1 및 제2 에칭조건에 따라 실시된다. 에칭공정은 레지스트로 제조된 마스크를 사용함으로써 실시되며, 게이트 전극들 및 배선들이 이렇게 형성된다. 에칭 조건이 적절하게 선택된다.
ICP(Inductively Coupled Plasma:유도결합 플라즈마) 에칭방법이 이 실시예에 사용된다. 에칭공정은 제1 에칭조건하에서 실시되며, 상기 제1 에칭조건에서 CF4, Cl2, 및 O2의 혼합가스가 가스유량이 각각 25:25:10(sccm)으로 하여 에칭가스로서 사용되며, 플라즈마가 압력 1.0 Pa에서 500 W RF(13.56 MHz) 전력을 코일형 전극에 인가함으로써 발생된다. 또한 500 W RF(13.56 MHz) 전력이 기판쪽(샘플 스테이지)에 인가되며, 이로써 실질적으로 음의 자가-바이어스 전압(negative self-bias voltage)이 가해진다. 텅스텐막이 제1 에칭조건하에서 에칭되고, 제1 도전막의 에지부가 테이퍼진 형상으로 제조된다. 제1 에칭조건에서, 텅스텐막에 대한 에칭속도는 200.39 nm/min이다. 한편, TaN 막에 대한 에칭속도는 80.32 nm/min이고, W 막 대 TaN 막의 선택된 비는 약 2.5이다. 그리고, 텅스텐막의 테이퍼진 부분의각도는 제1 에칭조건에 따라 26°이다.
다음에, 에칭공정은 레지스트로 제조된 마스크를 제거하지 않고 제2 에칭조건하에서 실시된다. 제2 에칭조건에서, CF4및 Cl2의 혼합가스가 가스유량이 각각 30:30(sccm)으로 하여 에칭가스로서 사용되며, 플라즈마가 압력 1.0 Pa에서 500 W RF(13.56 MHz) 전력을 코일형 전극에 인가함으로써 발생된다. 에칭공정은 약 15초 동안 실시된다. 또한, 500 W RF(13.56 MHz) 전력이 기판쪽(샘플 스테이지)에 인가되며, 이로써 실질적으로 음의 자가-바이어스 전압이 가해진다. CF4및 Cl2의 혼합가스를 사용하는 제2 에칭조건하에서 W 막과 TaN 막이 모두 동일한 정도로 에칭된다.
제2 에칭조건에서, 텅스텐막에 대한 에칭속도는 58.97 nm/min이며, 반면에 TaN 막에 대한 에칭속도는 66.43 nm/min이다. 주목할 것은, 게이트 절연막에 잔류물을 남기지 않고 에칭공정을 실시하기 위해서 에칭 시간은 10% 내지 20%로 증가된다. 제1 에칭공정을 통해 전극에 의해 덮이지 않는 게이트 절연막은 약 20 nm 내지 50 nm 만큼 에칭된다.
상술한 제1 에칭공정에서, 제1 및 제2 도전층의 단부는 기판쪽에 가해진 바이어스 전압으로 인하여 테이퍼진 형상으로 된다.
다음에 제2 에칭공정은 레지스트로 제조된 마스크를 제거하지 않고 실시된다. 제2 에칭공정은 SF6, Cl2, 및 O2의 혼합가스가 가스유량이 각각 24:12:24(sccm)으로 하여 에칭가스로서 사용되며, 플라즈마가 압력 1.3 Pa에서 700 W RF(13.56MHz) 전력을 코일형 전극에 인가함으로써 발생되는 조건하에서 실시된다. 에칭공정은 대략 25초 동안 실시된다. 또한, 10 W RF(13.56 MHz) 전력이 기판쪽(샘플 스테이지)에 인가되며, 이로써 실질적으로 음의 자가-바이어스 전압이 가해진다. 이러한 조건하에서 텅스텐막이 선택적으로 에칭되고, 제2 형상 도전층이 형성된다. 제1 및 제2 에칭공정을 통해, 제1 도전층(1104a 내지 1104d) 및 제2 도전층(1105a 내지 1105d)으로 구성되는 게이트 전극이 형성된다(도 9a).
다음에 제1 도핑공정이 레지스트로 제조된 마스크를 제거하지 않고 실시된다. n-형을 부여하는 불순물 원소가 이 공정중에 저농도로 결정성 반도체층에 도핑된다. 제1 도핑공정은 이온도핑법 또는 이온이식법에 의해 실시될 수 있다. 이온 도핑공정은 투여량(dosage)이 1×1013atoms/cm2내지 5×1014atoms/cm2로 설정되어 있고 가속 전압이 40 kV 내지 80 kV로 설정되어 있는 조건하에서 실시된다. 이 실시예에서, 가속 전압은 50 kV로 설정된다. 주기율표에서 15번째 원소에 속하는 원소, 통상 인(P) 또는 비소(As)가 n-형을 부여하는 불순물 원소로서 사용된다. 이 실시예에서 인(P)이 사용된다. 그 후, 저농도 불순물로 도핑된 제1 불순물 영역(N- -영역)이 제1 도전층을 마스크로 사용함으로써 자체정렬 방법으로 형성된다.
다음에, 레지스트로 제조된 마스크가 제거된다. 그 후 레지스트로 제조된 마스크가 새로 형성되고, 제2 도핑공정이 제1 도핑공정보다 더 높은 가속 전압에서 실시된다. 또한, n-형을 부여하는 불순물 원소가 제2 도핑공정을 통해 도핑된다.이온 도핑은 투여량(dosage)이 1×1013atoms/cm2내지 3×1015atoms/cm2로 설정되어 있고 가속 전압이 60 kV 내지 120 kV로 설정되어 있는 조건하에서 실시된다. 이 실시예에서, 투여량은 3×1015atoms/cm2로 설정되고 가속 전압이 650 kV로 설정된다. 제2 도전층은 제2 도핑공정중에 불순물 원소에 저항하는 마스크로서 사용되고, 도핑공정은 불순물 원소가 제1 도전층 아래에 제공된 반도체층에도 역시 도핑되도록 실시된다.
제2 도핑공정을 실시한 후, 제2 불순물 영역(N-영역, Lov 영역)은, 제2 도전층과 중첩되지 않는 부분 또는, 결정성 반도체층에서 제1 도전층과 중첩하는 부분들중에서 마스크에 의해 덮이지 않는 부분에 형성된다. n-형을 부여하는 불순물이 1×1018atoms/cm3내지 5×1019atoms/cm3범위의 농도에서 제2 불순물 영역에 도핑된다. 덧붙여, n-형을 부여하는 불순물이 제1 형상 도전층 및 마스크(제3 불순물 영역:N+영역) 양쪽에 의해 덮이지 않고 노출되는 부분에 1×1019atoms/cm3내지 5×1021atoms/cm3범위의 고농도로 도핑된다. 주목할 것은, N+영역이 반도체층에 존재하지만 마스크에 의해서만 덮이는 부분이라는 것이다. 이 부분에 n-형을 부여하는 불순물의 농도가 제1 도핑공정에서 도핑될 때와 동일한 농도로 유지되기 때문에 여전히 제1 불순물 영역(N- -영역)이라고 칭할 수 있다.
불순물 영역들은 이 실시예에서는 도핑공정을 2번 실시함으로써 형성되지만,실시 회수는 제한하지 않으며 조건에 의존한다. 조건들은 도핑공정을 한번 또는 여러 번 실시함으로써 필요한 농도에서 불순물 영역을 형성하도록 적절하게 설정된다.
다음에 레지스트로 제조된 마스크를 제거한 후, 레지스트로 제조된 마스크가 새로 형성되고, 제3 도핑공정이 실시된다. 제3 도핑공정을 통해, 제1 및 제2 도전형의 대향한 도전형을 부여하는 불순물 원소가 도핑되어 있는 제4 불순물 영역(P+영역) 및 제5 불순물 영역(P-영역)이, P-채널형 TFT가 되는 반도체층에 형성된다.
제3 도핑공정을 통해, 제4 불순물 영역(P+영역)이 레지스트로 제조된 마스크에 의해 덮이지 않으며 또한 제1 도전층과 중첩되지 않는 부분에 형성된다. 그리고, 제5 불순물 영역(P-영역)이 레지스트로 제조된 마스크에 의해 덮이지 않으며 또한 제1 도전층과 중첩되지만 제2 도전층과 중첩되지 않는 부분에 형성된다. 주기율표에서 13번째 원소에 속하는 원소, 통상 붕산(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 등이 p-형을 부여하는 불순물로서 알려져 있다.
이 실시예에서, 제4 불순물 영역 및 제5 불순물 영역은 붕산(B)을 p-형을 부여하는 불순물로 선택함으로써 디보란(B2H6)을 사용하는 이온 도핑법에 의해 형성된다. 이온 도핑법의 조건으로서 투여량은 1×1016atoms/cm2으로 설정되고, 가속 전압은 80 kV로 설정된다.
주목할 것은, N-채널 TFT를 형성하기 위한 반도체층은 제3 도핑공정을 통해레지스트로 제조된 마스크에 의해 덮이지 않는다는 것이다.
제1 및 제2 도핑공정을 통해, 인(P)이 제4 불순물 영역(P+영역) 및 제5 불순물 영역(P-영역)에 각각 다른 농도로 도핑된다. 하지만, 제4 불순물 영역(P+영역) 및 제5 불순물 영역(P-영역) 양쪽에서, 제3 도핑공정이 p-형을 부여하는 불순물 원소가 1×1019atoms/cm3내지 5×1021atoms/cm3범위의 농도로 도핑되도록 실시된다. 따라서, 제4 불순물 영역(P+영역) 및 제5 불순물 영역(P-영역)은 아무런 문제없이 소스영역 또는 드레인영역으로서 작용한다.
주목할 것은, 이 실시예에서 제4 불순물 영역(P+영역) 및 제5 불순물 영역(P-영역)이 제3 도핑공정을 한번 실시함으로써 형성되지만, 실시 회수는 제한하지 않는다는 것이다. 도핑공정은 제4 불순물 영역(P+영역) 및 제5 불순물 영역(P-영역)을 형성하기 위해 조건들에 따라 여러 번 적절하게 실시될 수 있다.
상기 도핑공정들을 실시함으로써, 제1 불순물 영역(N- -영역)(1112b), 제2 불순물 영역(N-영역, Lov 영역)(1111b), 제3 불순물 영역(N+영역)(1111a, 1112a), 제4 불순물 영역(P+영역)(1113a, 1114a) 및 제5 불순물 영역(P-영역)(1113b, 1114b)이 형성된다(도 9b).
다음에, 레지스트로 제조된 마스크를 제거한 후, 제1 패시베이션막(passivation film:1120)이 형성된다. 실리콘을 포함한 절연막이 제1 패시베이션막(1120)으로서 두께 100 nm 내지 200 nm 로 형성된다. 이 형성방법으로서 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법이 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 실리콘 산질화막이 플라즈마 CVD법에 의해 두께 100 nm로 형성된다. 실리콘 산질화막을 사용하는 경우에, SiH4, N2O 및 NH3로 구성되는 실리콘 산질화막 또는 SiH4및 N2O로 구성되는 실리콘 산질화막이 플라즈마 CVD법에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 막들은 20 Pa 내지 200 Pa의 반응압력과, 300 ℃와 400 ℃사이에 설정된 기판 온도를 갖는 조건하에서, 0.1 W/cm2내지 1.0 W/cm2범위의 고주파수(13.56 MHz) 전력밀도에서 방전함으로써 형성된다. 추가로, SiH4, N2O 및 H2로 구성되는 실리콘 산질화 히드리드막(silicon oxynitride hydride film)이 제1 패시베이션막(1120)으로서 적용될 수 있다. 당연히, 제1 패시베이션막(1120)은 이 실시예에 도시된 바와 같이 실리콘 산질화막의 단일층 구조로 제한하지 않는다. 실리콘을 포함한 절연막은 제1 패시베이션막(1120)으로서 단일층 구조 또는 적층 구조에 사용될 수 있다.
그 후에, 가열공정이 실시되어 반도체층의 결정성을 회복하며 반도체층에 도핑된 불순물 원소를 활성화시킨다. 주목할 것은, 가열공정에 추가하여 레이저 어닐링법 또는 급속 열 어닐링법(RTA 법)도 역시 적용될 수 있다.
게다가, 제1 패시베이션막(1120)을 형성한 후 가열공정을 실시함으로써, 반도체막의 수소첨가(hydrogenation)가 활성공정과 동시에 실시될 수 있다는 것이다.수소첨가는 제1 패시베이션막(1120)에 포함된 수소에 의해 반도체층의 댕글링 결합(dangling bond)를 종결하기 위해 실시된다.
더구나, 가열공정은 제1 패시베이션막(1120)을 형성하기 전에 실시될 수 있다. 하지만, 주목할 것은, 제1 도전층(1104a 내지 1104d) 및 제2 도전층(1105a 내지 1105d)에 사용된 재료가 열에 대해 저저항인 경우에는 이 실시예에 도시된 바와 같이 배선 등을 보호하기 위해 제1 패시베이션막(1120)을 형성한 후 실시되는 것이 바람직하다는 것이다. 또한, 이 경우 제1 패시베이션막(1120)에 포함된 수소를 적용함에 의한 수소첨가는 제1 패시베이션막(1120)이 없기 때문에 실시될 수 없다.
이 경우, 플라즈마에 의해 여기된 수소를 적용함에 의한 수소첨가(플라즈마 수소첨가), 또는 1시간 내지 12시간 동안 300 ℃와 450 ℃ 사이의 온도에서 3% 내지 100%의 수소를 포함하는 분위기에서 가열공정에 의한 수소첨가가 실시되어도 좋다.
다음에, 제1 층간 절연막(1121)이 제1 패시베이션막(1120)상에 형성된다. 무기 절연막 또는 유기 절연막이 제1 층간 절연막(1121)으로서 사용될 수 있다(도 9c). 무기 절연막으로서, CVD법에 의해 형성된 실리콘 산화막, SOG(Spin On Glass)법 등에 의해 형성된 실리콘 산화막이 사용되어도 좋다. 유기 절연막으로서, 폴리이미드, 폴리아미드, BCB(benzocyclobutene), 아크릴, 또는 포지티브형 감광성 유기수지, 네거티브형 감광성 유기수지 등이 사용될 수 있다. 추가로, 아크릴막 및 실리콘 산질화막의 적층 구조를 사용하여도 좋다.
더구나, 층간 절연막은 치환분(substituent)내에 적어도 수소를 포함하는 재료로 형성되며, 실리콘(Si) 및 산소(O)가 결합되는 구조로 형성될 수 있다. 또한, 층간 절연막은 치환분에서 불소, 알킬족 및 방향성 탄화수소로 구성되는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 구비한 재료로 형성될 수 있다. 대표적인 예로서 실록산성 폴리머(siloxanic polymer)이다.
실록산 폴리머는 그 구조에 따라 실리카유리, 알킬 실록산성 폴리머, 알킬 실세스키옥산성 폴리머(alkyl silceschioxanic polymer), 실세스키옥산성 폴리머 히드리드(silceschioxanic polymer hydride), 알킬 실세스키옥산성 폴리머 히드리드 등으로 분류될 수 있다.
추가로, 층간 절연막은 Si-N 결합(폴리실라잔(polysilazane))을 갖는 폴리머를 포함하는 재료로 형성되어도 좋다.
상기 재료를 사용함으로써, 층간 절연막이 더욱 얇게 제조되더라도, 충분한 절연성 및 균일성을 갖는 층간 절연막이 구해질 수 있다. 또한, 상기 재료가 열에 대해 고저항을 나타내기 때문에, 다층 배선에서 리플로우공정을 통해 견딜 수 있는 층간 절연막이 구해질 수 있다. 또한, 재료의 흡습성이 낮기 때문에 탈수량(dehydration amount)이 작은 층간 절연막이 형성될 수 있다.
이 실시예에서, 두께 1.6 ㎛인 비감광성 아크릴막이 형성된다. 기판상에 형성된 TFT에 의한 불균일성은 제1 층간 절연막에 의해 수정되어 균일하게 될 수 있다. 특히, 제1 층간 절연막이 평탄화를 위해 주로 제공되기 때문에, 용이하게 평탄하게 되는 재료로 형성된 절연막이 바람직하다.
그 후에, 실리콘 질화 산화막 등으로 구성되는 제2 패시베이션막(도시 안됨)이 대략 10 nm 내지 200 nm 의 두께로 제1 층간 절연막상에 형성된다. 제2 패시베이션막은 제1 층간 절연막으로 출입하는 습기의 이동을 억제할 수 있다. 제2 패시베이션막은 마찬가지로, 실리콘 질화막, 알루미늄 질화막, 알루미늄 산질화막, 다이아몬드형 탄소(DLC) 막, 또는 탄소 질화(CN)막으로 형성될 수 있다.
추가로, RF 스퍼터링법에 의해 형성된 막은 매우 정밀하며, 그 장벽성이 우수하다. 예를 들어 실리콘 산질화막을 형성할 때, 이 막은, Si가 타겟으로서 사용되고, N2, Ar 및 N2O의 혼합가스가 각각 가스 유량이 31:5:4 로서 설정되고 압력이 0.4 Pa이고 전력이 3000 W인 RF 스퍼터링을 위한 조건하에서 형성된다. 더구나, 실리콘 질화막을 형성할 때, 이 막은, Si가 타겟으로서 사용되고, N2, 및 Ar의 혼합가스가 각각 가스 유량이 20:20 으로서 설정되고 압력이 0.8 Pa이고 전력이 3000 W이고 막 형성시의 온도가 215℃인 조건하에서 형성된다. 이 실시예에서, 실리콘 산질화막은 RF 스퍼터링법에 의해 두께 70 nm 로 형성된다.
다음에, 제2 패시베이션막, 제1 층간 절연막 및 제1 패시베이션막이 에칭되어(에칭공정을 실시함으로써) 제3 및 제4 불순물 영역에 도달하는 컨택트 구멍을 형성한다.
그 후, 각각의 불순물 영역을 전기적으로 접속하는 배선들 및 전극들(1122 내지 1129)이 형성된다. 주목할 것은, 상기 배선들이 두께 50 nm인 Ti 막과 두께 500 nm인 합금막(Al 및 Ti)으로 구성되는 적층막(laminated-layer film)을 패턴화 함으로써 형성된다. 당연히, 2층의 적층 구조를 제한하지 않으며, 단일층 구조 또는 3층 이상의 적층 구조가 적용될 수 있다. 더구나, 배선용 재료는 Al 및 Ti로 제한하지 않는다. 예를 들어, 배선들은, Al막 또는 Cu막이 TaN막상에 형성되고 그 위헤 Ti막이 추가로 형성되는 적층막을 패턴화 함으로써 형성된다.
상술한 바와 같이, 반도체 장치가 본 발명의 레이저 조사장치를 사용함으로써 제작될 때, 반도체 장치는 양호하고 균일한 특성을 나타내며, 따라서 여러 가지 전기장치 특히 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 더구나, 그러한 장치들의 신뢰성이 크게 향상될 수 있다.
또한, 본 실시예는 실시모드, 비교예, 및 실시예 1 및 2를 자유로이 조합할 수 있다.

Claims (49)

  1. 대향 배치된 한쌍의 반사면, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 광 도파로를 포함하며,
    다른 단부면이 굴곡지는 빔 균질기.
  2. 대향 배치된 한쌍의 반사면, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 광 도파로와;
    투영 렌즈를 포함하며,
    다른 단부면이 굴곡지는 빔 균질기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광 도파로는 단축 방향으로 레이저빔의 에너지 분포를 균질하게 하는 빔 균질기.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 광 도파로로부터 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 레이저빔의 대향 단부 및 중심이 피조사면 상에 집속되도록 굴곡지는 빔 균질기.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 광 도파로로부터 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 장축 방향으로 직사각형 레이저빔의 대향 단부 및중심이 피조사면 상에 집속되도록 굴곡지는 빔 균질기.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 광 도파로는 단축 방향으로 직사각형 레이저빔의 에너지 분포를 균질하게 하는 빔 균질기.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 10 이상의 종횡비를 가지는 빔 균질기.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 100 이상의 종횡비를 가지는 빔 균질기.
  9. 대향 배치된 한쌍의 반사면, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 도광관을 포함하며,
    다른 단부면이 굴곡지는 빔 균질기.
  10. 대향 배치된 한쌍의 반사면, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 도광관과;
    투영 렌즈를 포함하며,
    다른 단부면이 굴곡지는 빔 균질기.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 도광관은 단축 방향으로 레이저빔의 에너지 분포를 균질하게 하는 빔 균질기.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 도광관으로부터 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 레이저빔의 대향 단부 및 중심이 피조사면 상에 집속되도록 굴곡지는 빔 균질기.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 도광관으로부터 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 장축 방향으로 직사각형 레이저빔의 대향 단부 및 중심이 피조사면 상에 집속되도록 굴곡지는 빔 균질기.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 도광관은 단축 방향으로 직사각형 레이저빔의 에너지 분포를 균질하게 하는 빔 균질기.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 10 이상의 종횡비를 가지는 빔 균질기.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 100 이상의 종횡비를 가지는 빔 균질기.
  17. 레이저 발진기와;
    빔 균질기와;
    한 원통 렌즈 또는 다수의 원통 렌즈를 포함하는 레이저 조사장치에 있어서,
    상기 빔 균질기는 대향 배치된 한쌍의 반사면, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 광 도파로를 포함하며,
    상기 제 2 단부면은 굴곡지는 레이저 조사장치.
  18. 레이저 발진기와;
    레이저 발진기로부터 단일 축방향으로 방출된 레이저빔의 에너지 분포를 균질하게 하는 수단과;
    빔 균질기와;
    한 원통 렌즈 또는 다수의 원통 렌즈를 포함하는 레이저 조사장치에 있어서,
    상기 빔 균질기는 대향 배치된 한쌍의 반사면, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 광 도파로를 포함하며,
    상기 제 2 단부면은 굴곡지는 레이저 조사장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 단일 축방향의 레이저빔의 에너지 분포를 균질하게 하는 수단은 적어도 하나의 원통 렌즈 어레이를 포함하는 레이저 조사장치.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 광 도파로로부터 방출된 레이저빔이투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 직사각형 레이저빔의 대향 단부 및 중심이 피조사면 상에 집속되도록 굴곡지는 레이저 조사장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 광 도파로로부터 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 직사각형 레이저빔의 대향 단부 및 중심이 피조사면 상에 집속되도록 굴곡지는 레이저 조사장치.
  22. 레이저 발진기와;
    빔 균질기와;
    한 원통 렌즈 또는 다수의 원통 렌즈를 포함하는 레이저 조사장치에 있어서,
    상기 빔 균질기는 대향 배치된 한쌍의 반사면, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 도광관을 포함하며,
    상기 제 2 단부면은 굴곡지는 레이저 조사장치.
  23. 레이저 발진기와;
    레이저 발진기로부터 단일 축방향으로 방출된 레이저빔의 에너지 분포를 균질하게 하는 수단과;
    빔 균질기와;
    한 원통 렌즈 또는 다수의 원통 렌즈를 포함하는 레이저 조사장치에 있어서,
    상기 빔 균질기는 대향 배치된 한쌍의 반사면, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 도광관을 포함하며,
    상기 제 2 단부면은 굴곡지는 레이저 조사장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 단일 축방향의 레이저빔의 에너지 분포를 균질하게 하는 수단은 적어도 하나의 원통 렌즈 어레이를 포함하는 레이저 조사장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 도광관으로부터 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 레이저빔의 대향 단부 및 중심이 피조사면 상에 집속되도록 굴곡지는 레이저 조사장치.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 도광관으로부터 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 레이저빔의 대향 단부 및 중심이 피조사면 상에 집속되록 굴곡지는 레이저 조사장치.
  27. 제 17 항에 있어서, 상기 레이저빔은 직사각형인 레이저 조사장치.
  28. 제 18 항에 있어서, 상기 레이저빔은 직사각형인 레이저 조사장치.
  29. 제 22 항에 있어서, 상기 레이저빔은 직사각형인 레이저 조사장치.
  30. 제 23 항에 있어서, 상기 레이저빔은 직사각형인 레이저 조사장치.
  31. 제 25 항에 있어서, 상기 빔 균질기는 단축 방향의 직사각형 레이저빔의 에너지 분포를 균질하게 하는 레이저 조사장치.
  32. 제 25 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 10 이상의 종횡비를 가지는 레이저 조사장치.
  33. 제 26 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 10 이상의 종횡비를 가지는 레이저 조사장치.
  34. 제 25 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 100 이상의 종횡비를 가지는 레이저 조사장치.
  35. 제 26 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 100 이상의 종횡비를 가지는 레이저 조사장치.
  36. 제 17 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 글래스 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저 및 Ar 레이저로 구성되는 그룹에서 선택되는레이저 조사장치.
  37. 제 18 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 글래스 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저 및 Ar 레이저로 구성되는 그룹에서 선택되는 레이저 조사장치.
  38. 제 22 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 글래스 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저 및 Ar 레이저로 구성되는 그룹에서 선택되는 레이저 조사장치.
  39. 제 23 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 글래스 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저 및 Ar 레이저로 구성되는 그룹에서 선택되는 레이저 조사장치.
  40. 비정질 반도체막을 기판에 형성하는 공정과;
    직사각형 빔의 위치를 이동시키면서, 피조사면 상에 빔 균질기와 원통 렌즈 어레이를 통해서 레이저 발진기로부터 발진하는 레이저빔을 형상화함으로써, 얻어진 직사각형 빔으로 비정질 반도체막을 가열하는 공정을 포함하며,
    상기 빔 균질기는 대향 배치된 한쌍의 반사면과, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 광 도파로를 포함하며,
    상기 제 2 단부면은 굴곡지는 반도체 장치의 제조 방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 광도파로로부터 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 직사각형 레이저빔의 대향 단부 및 중심이 피조사면 상에 집속되도록 굴곡지는 반도체 장치의 제조 방법.
  42. 비정질 반도체막을 기판에 대해 형성하는 공정과;
    빔 스폿의 위치를 이동시키면서, 피조사면 상에 빔 균질기와 원통 렌즈 어레이를 통해서 레이저 발진기로부터 발진하는 레이저빔을 형상화함으로써, 얻어진 직사각형 빔 스폿으로 비정질 반도체막을 가열하는 공정을 포함하며,
    상기 빔 균질기는 대향 배치된 한쌍의 반사면과, 제 1 단부면 및 제 2 단부면을 구비한 도광관을 포함하며,
    상기 제 2 단부면은 굴곡지는 반도체 장치의 제조 방법.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 제 2 단부면은 광도파로로부터 방출된 레이저빔이 투영 렌즈를 통해서 투사될 때, 직사각형 레이저빔의 대향 단부 및 중심이 피조사면 상에 집속되도록 굴곡지는 반도체 장치의 제조 방법.
  44. 제 40 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 글래스 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저 및 Ar 레이저로 구성되는 그룹에서 선택되는 반도체 장치의 제조 방법.
  45. 제 42 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 글래스 레이저, YVO4레이저, YLF 레이저 및 Ar 레이저로 구성되는 그룹에서 선택되는 반도체 장치의 제조 방법.
  46. 제 40 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 10 이상의 종횡비를 가지는 반도체 장치의 제조 방법.
  47. 제 42 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 10 이상의 종횡비를 가지는 반도체 장치의 제조 방법.
  48. 제 40 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 100 이상의 종횡비를 가지는 반도체 장치의 제조 방법.
  49. 제 42 항에 있어서, 상기 직사각형 레이저빔은 100 이상의 종횡비를 가지는 반도체 장치의 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100723935B1 (ko) * 2005-10-18 2007-05-31 주식회사 한광옵토 레이저 패턴 가공 장치

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI332682B (en) * 2002-09-19 2010-11-01 Semiconductor Energy Lab Beam homogenizer and laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device
SG137674A1 (en) * 2003-04-24 2007-12-28 Semiconductor Energy Lab Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
US7245802B2 (en) * 2003-08-04 2007-07-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
US7169630B2 (en) * 2003-09-30 2007-01-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
JP4660746B2 (ja) * 2004-08-03 2011-03-30 ソニー株式会社 レーザー照射装置
US7387954B2 (en) * 2004-10-04 2008-06-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
WO2006046495A1 (en) 2004-10-27 2006-05-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, and laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and laser annealing method of non-single crystalline semiconductor film using the same
US7438468B2 (en) * 2004-11-12 2008-10-21 Applied Materials, Inc. Multiple band pass filtering for pyrometry in laser based annealing systems
US7129440B2 (en) * 2004-11-12 2006-10-31 Applied Materials, Inc. Single axis light pipe for homogenizing slow axis of illumination systems based on laser diodes
US7422988B2 (en) * 2004-11-12 2008-09-09 Applied Materials, Inc. Rapid detection of imminent failure in laser thermal processing of a substrate
US7910499B2 (en) * 2004-11-12 2011-03-22 Applied Materials, Inc. Autofocus for high power laser diode based annealing system
KR101280293B1 (ko) * 2004-12-06 2013-07-01 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 표시장치 및 그 표시장치를 사용한 전자기기
US20070153392A1 (en) * 2005-01-21 2007-07-05 Meritt Reynolds Apparatus and method for illumination of light valves
US7355800B2 (en) 2005-02-07 2008-04-08 Coherent, Inc. Apparatus for projecting a line of light from a diode-laser array
US7433568B2 (en) * 2005-03-31 2008-10-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Optical element and light irradiation apparatus
US7135392B1 (en) 2005-07-20 2006-11-14 Applied Materials, Inc. Thermal flux laser annealing for ion implantation of semiconductor P-N junctions
WO2007072837A1 (en) * 2005-12-20 2007-06-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
JP2007214527A (ja) * 2006-01-13 2007-08-23 Ihi Corp レーザアニール方法およびレーザアニール装置
US7674999B2 (en) * 2006-08-23 2010-03-09 Applied Materials, Inc. Fast axis beam profile shaping by collimation lenslets for high power laser diode based annealing system
DE102007001639A1 (de) * 2006-09-19 2008-04-03 Rofin-Sinar Laser Gmbh Laseranordnung für die Bearbeitung eines Werkstückes
US7659187B2 (en) * 2006-11-03 2010-02-09 Applied Materials, Inc. Method of forming PN junctions including a post-ion implant dynamic surface anneal process with minimum interface trap density at the gate insulator-silicon interface
US8237085B2 (en) * 2006-11-17 2012-08-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and laser irradiation method
DE102007009318B4 (de) * 2007-02-22 2010-04-15 Coherent Gmbh Laseranordnung mit einem Laser zur Erzeugung eines hochenergetischen Laserstrahls
NL1035986A1 (nl) * 2007-09-28 2009-03-31 Asml Holding Nv Controlling fluctuations in pointing, positioning, size or divergence errors of a beam of light for an optical apparatus.
EP2856094B1 (en) * 2012-05-31 2018-03-07 Corning Incorporated Optical imaging system that incorporates an uni-axial optical homogenizer
CN102817079B (zh) * 2012-08-10 2015-08-26 四川大学 激光辐照制备稀土离子掺杂石榴石结构纳米晶体的方法
US10012769B2 (en) * 2013-03-06 2018-07-03 Element Six Technologies Limited Synthetic diamond optical elements
DE102018211409B4 (de) * 2018-07-10 2021-02-18 Laserline GmbH Strahlformende Laseroptik und Lasersystem

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US582551A (en) * 1897-05-11 Sulky-plow
GB2044948B (en) 1979-02-27 1983-10-05 Boc Ltd Power density of a laser beam heater
US4744615A (en) * 1986-01-29 1988-05-17 International Business Machines Corporation Laser beam homogenizer
US4793694A (en) 1986-04-23 1988-12-27 Quantronix Corporation Method and apparatus for laser beam homogenization
US4830447A (en) * 1987-02-13 1989-05-16 Fuji Photo Film Co., Ltd. Optical wavelength conversion device
DK160357C (da) * 1987-12-08 1991-08-12 Flemming Olsen Optiksystem til lasermaerkning
JPH02175090A (ja) * 1988-12-27 1990-07-06 Isamu Miyamoto レーザビーム成形装置
US5303084A (en) * 1991-08-27 1994-04-12 Kaman Aerospace Corporation Laser light beam homogenizer and imaging lidar system incorporating same
US5224200A (en) * 1991-11-27 1993-06-29 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Coherence delay augmented laser beam homogenizer
US5416881A (en) 1992-08-20 1995-05-16 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Optical fiber and optical waveguide connecting device
JPH0667060A (ja) 1992-08-20 1994-03-11 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光導波路と光ファイバの接続構造
US5285509A (en) * 1992-12-18 1994-02-08 Hughes Aircraft Company Coupler for waveguides of differing cross section
GB9324589D0 (en) 1993-11-30 1994-01-19 Univ Southampton Beam shaping device
DE4429913C1 (de) * 1994-08-23 1996-03-21 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zum Plattieren
JPH08238585A (ja) 1995-03-01 1996-09-17 Toshiba Corp レーザ加工装置
FR2732094A1 (fr) 1995-03-22 1996-09-27 Philips Eclairage Generateur de lumiere pour fibres optiques
JPH08338962A (ja) 1995-06-13 1996-12-24 Toshiba Corp ビームホモジナイザ及びレーザ加工装置
US6078652A (en) * 1995-07-21 2000-06-20 Call Manage, Ltd. Least cost routing system
JP3917231B2 (ja) * 1996-02-06 2007-05-23 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザー照射装置およびレーザー照射方法
JPH09234579A (ja) * 1996-02-28 1997-09-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザー照射装置
JPH10253916A (ja) * 1997-03-10 1998-09-25 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザー光学装置
JPH10258383A (ja) 1997-03-14 1998-09-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 線状レーザビーム光学系
JP4059952B2 (ja) * 1997-03-27 2008-03-12 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザー光照射方法
JP4086932B2 (ja) * 1997-04-17 2008-05-14 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザー照射装置及びレーザー処理方法
JP3770999B2 (ja) * 1997-04-21 2006-04-26 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザー照射装置及びレーザー照射方法
JP3462053B2 (ja) * 1997-09-30 2003-11-05 株式会社半導体エネルギー研究所 ビームホモジェナイザーおよびレーザー照射装置およびレーザー照射方法および半導体デバイス
JPH11186189A (ja) * 1997-12-17 1999-07-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザー照射装置
KR100433901B1 (ko) 1998-02-21 2004-11-06 삼성전자주식회사 이동통신시스템의시간스위칭송신다이버시티장치
US6393042B1 (en) * 1999-03-08 2002-05-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer and laser irradiation apparatus
JP3562389B2 (ja) 1999-06-25 2004-09-08 三菱電機株式会社 レーザ熱処理装置
DE60045653D1 (de) * 1999-08-13 2011-04-07 Semiconductor Energy Lab Laserbestrahlungsgerät
JP4514861B2 (ja) * 1999-11-29 2010-07-28 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ照射装置およびレーザ照射方法および半導体装置の作製方法
US6573162B2 (en) * 1999-12-24 2003-06-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and method of fabricating a semiconductor device
US6856630B2 (en) * 2000-02-02 2005-02-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, semiconductor device, and method of fabricating the semiconductor device
JP4637376B2 (ja) 2000-02-02 2011-02-23 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ照射装置及び半導体装置の作製方法
JP2002174767A (ja) 2000-12-08 2002-06-21 Mitsubishi Electric Corp レーザ処理用のレーザ光学系
JP4059623B2 (ja) 2000-12-15 2008-03-12 株式会社リコー 照明装置、及び均一照明装置
US6856727B2 (en) * 2001-03-02 2005-02-15 Wavien, Inc. Coupling of light from a non-circular light source
US6785304B2 (en) * 2001-07-24 2004-08-31 Gsi Lumonics, Inc. Waveguide device with mode control and pump light confinement and method of using same
US6738396B2 (en) * 2001-07-24 2004-05-18 Gsi Lumonics Ltd. Laser based material processing methods and scalable architecture for material processing
TW589667B (en) * 2001-09-25 2004-06-01 Sharp Kk Crystalline semiconductor film and production method thereof, and semiconductor device and production method thereof
JP3903761B2 (ja) * 2001-10-10 2007-04-11 株式会社日立製作所 レ−ザアニ−ル方法およびレ−ザアニ−ル装置
TWI332682B (en) 2002-09-19 2010-11-01 Semiconductor Energy Lab Beam homogenizer and laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device
SG137674A1 (en) * 2003-04-24 2007-12-28 Semiconductor Energy Lab Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
US7245802B2 (en) * 2003-08-04 2007-07-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
US7169630B2 (en) * 2003-09-30 2007-01-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100723935B1 (ko) * 2005-10-18 2007-05-31 주식회사 한광옵토 레이저 패턴 가공 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR100998162B1 (ko) 2010-12-06
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