KR20060047214A - 레이저 조사장치 및 반도체장치 제작방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

광학계를 복잡화시키지 않고, 균일한 에너지 밀도의 레이저광을 피조사체에 조사할 수 있는 레이저 조사장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명의 레이저 조사장치는 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 방출된 레이저광의 빔 스폿을 피조사체의 표면 위에서 일축 방향으로 반복적으로 주사하기 위한 광학계와, 상기 일축 방향에 수직인 방향으로 상기 레이저광에 대한 상기 피조사체의 상대적인 위치를 이동시키기 위한 위치 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
레이저 조사장치, 반도체장치, 레이저 발진기, 음향 광학 소자, 위치 제어 수단

Description

레이저 조사장치 및 반도체장치 제작방법{Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device}
도 1(A)∼도 1(C)는 빔 스폿을 일축 방향으로 주사함으로써 의사(擬似) 선형 빔 스폿을 형성하는 단계를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 레이저 조사장치의 예를 나타내는 도면.
도 3(A)∼도 3(C)는 음향 광학 소자에서 편향된 레이저광에 의해 의사 선형 빔 스폿을 형성하는 단계를 나타내는 도면.
도 4(A)∼도 4(C)는 빔 스폿을 일축 방향으로 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿을 형성하는 단계를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 레이저 조사장치의 예를 나타내는 도면.
도 6(A)∼도 6(C)는 다각형 미러(mirror)에서 편향된 레이저광에 의해 의사 선형 빔 스폿을 형성하는 단계를 나타내는 도면.
도 7(A)∼도 7(C)는 본 발명의 반도체장치 제작방법을 나타내는 도면.
도 8(A)∼도 8(D)는 본 발명의 반도체장치 제작방법을 나타내는 도면.
도 9(A)∼도 9(D)는 본 발명의 반도체장치 제작방법을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 레이저 조사장치를 이용하여 형성되는 반도체장치들 중 하나인 발광장치의 화소의 구성을 나타내는 도면.
도 11(A)∼도 11(C)는 빔 스폿을 일축 방향으로 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿을 형성하는 단계를 나타내는 도면.
도 12(A)∼도 12(C)는 빔 스폿을 일축 방향으로 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿을 형성하는 단계를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 레이저 조사장치의 예를 나타내는 도면.
도 14(A)∼도 14(E)는 빔 스폿을 일축 방향으로 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿을 형성하는 단계를 나타내는 도면.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
100: 의사 선형 빔 스폿 101: 빔 스폿
102: 반도체막 201: 레이저 발진기
202: 집광용 광학계 203: 미러(mirror)
204: 음향 광학 소자 205: fθ 렌즈
206: 스테이지 207: 기판
208: 반도체막 209: X축 방향 위치 제어 수단
210: Y축 방향 위치 제어 수단 211: 의사 선형 빔 스폿
본 발명은 반도체막의 결정화에 사용되는 레이저 조사(照射)장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 반도체장치를 제작하는 방법에 관한 것이다.
다결정 반도체막을 사용하여 형성된 박막트랜지스터(TFT)는 비정질 반도체막을 사용하여 형성된 TFT보다 이동도가 2 자릿수 이상 높고, 반도체 표시장치의 화소부와 주변 구동회로를 동일 기판 상에 일체로 형성할 수 있다는 이점(利點)을 가지고 있다. 다결정 반도체막은 레이저 어닐법을 이용함으로써 저렴한 유리 기판 위에 형성될 수 있다.
레이저 어닐법에 사용되는 레이저 발진기로서는, 발진 방법에 따라 펄스 발진형 레이저 발진기와 연속 발진형 레이저 발진기가 있다. 엑시머 레이저로 대표되는 펄스 발진형 레이저 발진기는 연속 발진형 레이저 발진기의 것보다 대략 3∼6 자릿수 더 높은 단위 시간 당 출력 파워를 가진다. 따라서, 광학계를 사용하여 빔 스폿(피조사체의 표면에서 실제로 레이저 빔이 조사되는 조사 영역)을 일 변의 길이가 수 cm인 직사각형 스폿이나 길이 100 mm 이상의 선형 스폿으로 성형함으로써 레이저 조사의 스루풋(throughput)을 높일 수 있다. 이 이유로, 반도체막의 결정화에는 펄스 발진형 레이저 발진기를 이용하는 것이 주류가 되고 있다.
여기에서 말하는 "선형"이란 용어는 엄밀한 의미로 "선"을 의미하는 것이 아니고, 어스펙트(aspect)비가 큰 장방형(혹은 긴 타원형)을 의미한다. 예를 들어, 어스펙트비가 2 이상(바람직하게는 10∼10000)의 장방형 빔을 선형 빔이라고 부르지만, 선형이 직사각형에 포함되는 것은 변함이 없다.
이렇게 펄스 발진형 레이저 빔에 의해 결정화된 반도체막은 위치와 크기가 불규칙(랜덤)한 다수의 결정립을 포함한다. 결정립 내부와 달리, 결정립들 사이의 계면(결정 입계)에는 비정질 구조나 결정 결함 등에 기인하는 재결합 중심이나 포 획(트랩) 중심이 무수히 존재하고 있다. 이 포획 중심에 캐리어가 트랩되면, 결정 입계의 포텐셜(potential)이 상승하고, 캐리어에 대하여 장벽이 되기 때문에, 캐리어의 수송 특성이 저하된다는 문제가 있다.
상기 문제의 관점에서, 연속 발진 레이저를 이용한 반도체막의 결정화에 관한 기술이 최근에 주목받고 있다. 연속 발진 레이저의 경우, 종래의 펄스 발진 레이저와는 달리, 레이저 빔을 한 방향으로 주사하면서 반도체막에 조사하면, 결정을 주사 방향으로 연속적으로 성장시키고, 이 주사 방향으로 길게 연장하는 단결정으로 이루어지는 결정립의 집합을 형성할 수 있다.
레이저 어닐의 스루풋을 높이기 위해서는, 연속 발진 레이저 빔을 광학계에 의해 선형으로 성형할 필요가 있다. 레이저 빔을 성형하는데 있어서의 중요한 점은 장축(長軸) 방향(긴 쪽 방향이라고도 함)에서의 빔 스폿의 에너지 밀도 분포의 균일성이다. 장축 방향에서의 빔 스폿의 에너지 밀도 분포는 레이저 어닐에 의해 결정화된 반도체막의 결정성에 영향을 주고, 또한, 이렇게 결정화된 반도체막을 이용하여 형성된 반도체 소자의 특성에도 영향을 준다. 예를 들어, 빔 스폿이 장축 방향에서 가우스형의 에너지 밀도 분포를 가지는 경우, 그러한 빔 스폿을 이용하여 형성된 반도체 소자의 특성도 가우스형으로 분포하게 된다. 따라서, 반도체 소자의 특성의 균일성을 확보하기 위해서는, 장축 방향에서의 빔 스폿의 에너지 밀도 분포를 보다 균일하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 장축 방향에서의 에너지 밀도 분포가 균일한 빔 스폿은 장축 방향으로 보다 더 길게 될 수 있기 때문에 높은 스루풋을 가진다는 이점을 가진다.
장축 방향에서의 선형 빔 스폿의 에너지 밀도를 군일화하기 위해서는, 원주(실린드리컬) 렌즈나 회절 광학 소자 등의 광학 소자를 사용할 필요가 있다. 그러나, 에너지 밀도를 균일화하기 위한 이들 광학 소자는, 빔 스폿의 파면(波面)과 형상을 고려한 고도의 광학 설계가 필요하게 되므로, 조정이 복잡하다는 문제가 있다.
또한, 반도체막은 반도체막에 대한 레이저 빔의 흡수 계수가 클수록 보다 효과적으로 결정화될 수 있다. YAG 레이저나 YVO4 레이저의 경우, 반도체장치에 통상 사용되는 막 두께 수 십 내지 수 백 nm의 규소막에 대한 흡수계수는 기본파보다도 제2 고조파에서 훨씬 더 높다. 따라서, 통상, 반도체장치를 제작하기 위한 레이저 결정화에서는 기본파보다 파장이 짧은 고조파를 사용하고, 기본파는 거의 사용하지 않는다. 고조파는 비선형 광학 소자에 의해 기본파를 변환함으로써 얻어질 수 있다.
그러나, 연속 발진 레이저는 펄스 발진 레이저에 비하여 단위 시간당 출력 파워가 낮기 때문에, 시간에 대한 광자(光子)의 밀도도 낮고, 따라서 비선형 광학 소자에 의한 고조파로의 변환 효율도 낮다. 구체적으로는, 대략 10∼30%의 변환 효율을 가지는 펄스 발진 레이저와 대조적으로, 연속 발진 레이저는 대략 0.2∼0.3%의 변환 효율을 가진다. 또한, 연속 발진 레이저는, 연속 발진 레이저가 비선형 광학 소자에 부하를 연속적으로 주기 때문에, 비선형 광학 소자의 레이저 빔에 대한 내성이 펄스 발진 레이저에 비하여 현저히 낮다는 문제도 가진다.
따라서, 단위 시간 당 연속 발진 레이저로부터 방출되는 고조파를 가지는 레이저 빔은 펄스 발진 레이저에 비하여 낮은 파워를 가지고, 빔 스폿의 면적을 넓혀 스루풋을 높이는 것이 어렵다. 예를 들어, 연속 발진 YAG 레이저는 기본파의 출력 파워를 10 kW로 높게 할 수 있으나, 제2 고조파에 대해서는 10 W로 낮은 출력 파워밖에 얻을 수 없다. 이 경우, 반도체막의 결정화에 필요한 에너지 밀도를 얻기 위해서는, 빔 스폿의 면적을 10-3 mm2 정도로 작게 해야 한다. 이상과 같이, 연속 발진 레이저는 펄스 발진 엑시머 레이저에 비하여 스루풋이 열등하고, 이것이 대량 생산 시에 경제성을 떨어뜨리는 하나의 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기한 문제들을 감안하여, 광학계를 복잡화시키지 않고, 장축 방향에서 균일한 에너지 밀도를 가지는 레이저 빔 스폿을 피조사체에 조사할 수 있는 레이저 조사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 결정립을 연속적으로 성장시킬 수 있는 레이저 조사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다, 또한, 본 발명은 피조사체에 대한 레이저 조사의 스루풋을 향상시킬 수 있는 레이저 조사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기한 문제를 감안하여, 광학계를 복잡화시키지 않고, 장축 방향에서 균일한 에너지 밀도를 가지는 레이저 빔 스폿을 반도체막에 조사할 수 있는 반도체장치 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 결정립을 연속적으로 성장시킬 수 있는 반도체 장치 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 반도체막에 대한 레이저 조사의 스루풋을 향상시킬 수 있는 반도체장치 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔이 의사(擬似) 선형(quasi-linear) 빔 스폿을 형성하도록 광학계에 의해 일축 방향으로 고속으로 주사된다. 본 명세서에서, 의사 선형 빔 스폿은 제1 지점과 제2 지점을 연결하는 선을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 빔 스폿이다. 더 구체적으로는, 의사 선형 빔 스폿은 제1 지점에 레이저 빔을 조사함으로써 용융된 영역이 고화(固化)되기 전에 제2 지점에 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 빔 스폿이다. 따라서, 의사 선형 빔이 조사되는 영역은 선형 빔이 조사되는 것처럼 소정 기간 용융된다.
레이저 빔은, 레이저 빔이 균일한 간격으로 배열된 다수의 직선들 각각을 따라 주사되도록 광학계 및 레이저 빔에 대한 피조사체의 위치를 이동시키기 위한 광학계 또는 이동 수단에 의해 주사된다. 다수의 직선들 중 인접한 직선들을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제1 의사 선형 빔 스폿과 제2 의사 선형 빔 스폿은 그들 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 서로 부분적으로 겹쳐 있다. 또한, 제2 의사 선형 빔 스폿은 제1 의사 선형 빔 스폿이 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 레이저 빔을 주사함으로써 형성된다. 따라서, 피조사체의 결정립이 의사 선형 빔의 장축에 수직인 방향으로 연장할 수 있다.
본 발명은, 레이저 발진기, 직선을 따라 전후로 이동하도록 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿을 형성하기 위한 광학계, 및 의사 선형 빔 스폿의 장축에 교차하는 방향으로 레이저 빔에 대한 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 포함하는 레이저 조사장치를 개시한다. 이 레이저 조사장치에서, 피조사체는, 의사 선형 빔 스폿이 조사되는 제1 조사 영역이 그 제1 조사 영역의 조사 후에 의사 선형 빔 스폿이 조사되는 제2 조사 영역과 부분적으로 겹치도록 상기 이동 수단에 의해 이동된다. 또한, 이 레이저 조사장치에서, 의사 선형 빔 스폿에 의해 용융된 제1 조사 영역이 의사 선형 빔 스폿의 일부로 전달된 레이저 빔을 흡수함으로써 고화되기 전에, 의사 선형 빔 스폿의 조사 위치가 상기 이동 수단에 의해 제1 조사 영역으로부터 제2 조사 영역으로 이동된다.
본 발명은, 레이저 발진기, 직선을 따라 전후로 이동하도록 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계, 및 레이저 빔의 주사 방향에 수직인 방향으로 레이저 빔에 대한 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 포함하는 레이저 조사장치를 개시한다. 이 레이저 조사장치에서, 레이저 빔은 피조사체상에서 파형(wave-like) 선 또는 톱니형(saw-like) 선을 따라 주사된다. 레이저 빔이 제1 방향전환 점으로부터 제2 방향전환 점을 거쳐 제3 방향전환 점으로 파형 선 또는 톱니형 선을 따라 주사될 때, 제1 방향전환 점을 레이저 빔으로 조사함으로써 형성되는 제1 빔 스폿이 제3 방향전환 점을 레이저 빔으로 조사함으로써 형성되는 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹친다. 또한, 레이저 빔은, 제1 빔 스폿이 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 제1 방향전환 점으로부터 제3 방향전환 점으 로 주사된다.
본 발명은, 레이저 발진기와, 균일한 간격으로 배열된 다수의 직선 각각을 따라 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계를 포함하는 레이저 조사장치를 개시한다. 이 레이저 조사장치에서, 상기 직선들 중 제1 직선을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제1 의사 선형 빔 스폿은 제1 직선에 인접한 제2 직선을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제2 의사 선형 빔 스폿과 부분적으로 겹친다. 또한, 제2 의사 선형 빔 스폿은 제1 의사 선형 빔 스폿이 조사된 조사 영역의 부분이 고화되기 전에 레이저 빔을 주사함으로써 형성된다.
본 발명은, 레이저 발진기와, 파형 선 또는 톱니형 선을 따라 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계를 포함하는 레이저 조사장치를 개시한다. 이 레이저 조사장치에서, 레이저 빔이 제1 방향전환 점으로부터 제2 방향전환 점을 거쳐 제3 방향전환 점으로 파형 선 또는 톱니형 선을 따라 주사될 때, 제1 방향전환 점에 중심을 둔 제1 빔 스폿이 제3 방향전환 점에 중심을 둔 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹친다. 또한, 레이저 빔은, 제1 빔 스폿이 조사된 조사 영역의 부분이 고화되기 전에 제1 방향전환 점으로부터 제3 방향전환 점으로 주사된다.
본 발명은, 레이저 빔이 균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라 반도체막에 주사되고, 상기 직선들 중 제1 직선을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제1 의사 선형 빔 스폿은 제1 직선에 인접한 제2 직선을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제2 의사 선형 빔 스폿과 부분적으로 겹치고, 제2 의사 선형 빔 스폿은 제1 의사 선형 빔 스폿이 조사된 반도체막의 부분이 고화되기 전에 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법을 개시한다.
본 발명은, 레이저 빔이 파형 선 또는 톱니형 선을 따라 반도체막에 주사되고, 레이저 빔이 제1 방향전환 점으로부터 제2 방향전환 점을 거쳐 제3 방향전환 점으로 파형 선 또는 톱니형 선을 따라 주사될 때, 제1 방향전환 점에 중심을 둔 제1 빔 스폿이 제3 방향전환 점에 중심을 둔 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹치고, 제2 빔 스폿은 제1 빔 스폿이 주사된 반도체막의 부분이 고화되기 전에 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법을 개시한다.
본 발명은, 레이저 빔이 빗(comb) 형상 선을 따라 반도체막에 주사되고, 레이저 빔이 제1 각도로부터 제2 각도 및 제3 각도를 거쳐 제4 각도로 상기 빗형 선을 따라 주사될 때, 제1 각도에 중심을 둔 제1 빔 스폿이 제4 각도에 중심을 둔 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹치고, 제2 빔 스폿은 제1 빔 스폿이 주사된 반도체막의 부분이 고화되기 전에 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법을 개시한다.
상기한 바와 같은 레이저 조사장치 및 반도체장치 제작방법을 사용함으로써, 피조사체에서 고상과 액상 사이의 계면이 일 방향으로 연속적으로 이동될 수 있다.
예를 들어, 연속 발진 레이저 빔의 경우, Surface Science, Vol. 24, No. 6, 375-382 페이지, 2003년의 문헌에 따르면, 레이저 빔의 조사에 의해 반도체막이 용융하고 나서 완전히 고화할 때까지 대략 100 nsec 걸린다. 이 경우, 레이저 빔의 반복 주파수를 10 MHz 이상으로 함으로써 의사 선형 빔 스폿이 형성될 수 있다. 상기 구성에서, 의사 선형 빔 스폿에 의해 용융된 반도체막 내의 영역이 고화되기 전에, 이 반도체막의 용융된 영역과 부분적으로 겹치는 영역에 다음의 의사 선형 빔 스폿을 조사할 때, 고상과 액상 사이의 계면이 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 연속적으로 이동될 수 있다. 그리고, 고상과 액상 사이의 계면을 연속적으로 이동시킨 결과, 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로는 10∼30 ㎛의 폭을 그리고 장축 방향으로는 1∼5 ㎛의 폭을 가지는 결정립들의 집합을 형성하는 것이 가능하다. 그리고, 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 길게 연장하는 단결정의 결정립을 형성함으로써, 캐리어가 이동하는 방향과 교차하는 결정 입계가 거의 존재하지 않는 TFT를 형성하는 것이 가능하게 된다.
의사 선형 빔 스폿을 형성할 일축 방향에서의 레이저 빔의 펄스 반복 주파수의 상한은 임의의 일 지점에 조사되는 레이저 빔의 총 에너지가 반도체막을 용융시킬 수 있는 정도로 결정될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 레이저 빔은 연속 발진 레이저 빔에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 통상 사용되는 것(수 십 내지 수 백 Hz)보다 현저하게 높은 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 빔이 레이저 결정화를 행하기 위해 사용될 수도 있다. 펄스 발진 레이저 빔을 반도체막에 조사하고 나서 반도체막이 완전히 고화할 때까지의 시간은 수 십 nsec∼수 백 nsec라고 알려져 있다. 따라서, 레이저 빔의 펄스 반복 주파수를 수 십 내지 수 백 MHz로 함으로써, 의사 선형 빔 스폿에 의해 용융된 반도체막 내의 영역이 고화되기 전에, 반도체막 내의 용융된 영역과 부분적으로 겹치는 영역에 다음 번 의사 선형 빔 스폿를 조사할 수 있다. 따라서, 고상과 액상 사이의 계면이 반도체막 중에서 연속적으로 이 동될 수 있으므로, 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 연속적으로 성장한 결정립을 가지는 반도체막이 형성될 수 있다. 구체적으로는, 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로는 10∼30 ㎛의 폭을 그리고 장축 방향으로는 1∼5 ㎛의 폭을 가지는 결정립들의 집합을 형성하는 것이 가능하다. 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 길게 연장하는 단결정의 결정립을 형성함으로써, 캐리어가 이동하는 방향과 교차하는 결정 입계가 거의 존재하지 않는 TFT를 형성하는 것이 가능하게 된다.
반복 주파수가 상기한 바와 같이 현저하게 높은 경우, 필연적으로 펄스 폭도 그 반복 주파수에 맞추어 psec 정도 또는 그 이하로 짧게 되고, 그 결과, 레이저 조사가 기판에 대하여 수직 방향으로 행해질 때라도 기판의 뒷면에서의 반사에 기인한 간섭이 억제될 수 있다는 부차적인 효과도 얻어질 수 있다. 그 간섭이 억제될 수 있다는 것은, 두께 1 mm 정도의 유리 기판의 뒷면에서 반사한 후 반도체막으로 복귀한 광이 반도체막에 새로이 입사하는 광과 혼재되어 있는 시간이 psec 정도의 펄스 폭일 때 현저하게 짧게 될 수 있기 때문이다. 통상, 펄스 발진 레이저는 10 nsec∼수 백 nsec의 펄스 폭을 가지고, 이 기간에 광이 진행하는 거리는 3 m∼100 m이다. 그러나, 펄스 반복 주파수가 현저하게 높은 경우, 펄스 폭은 psec 정도이다. 예를 들어, 10 psec의 펄스 폭에서 광이 진행하는 거리는 대략 3 mm이고, 이 진행 거리는 통상의 펄스 발진 레이저를 사용하는 경우에 비하여 현저하게 짧다. 이 때문에, 유리 기판의 뒷면에서 반사한 후 반도체막으로 복귀하는 광과 반도체막에 새로이 입사하는 광의 간섭이 쉽게 억제될 수 있다. 따라서, 간섭을 고 려하여 레이저 빔을 반도체막에 비스듬하게 조사할 필요가 없고, 레이저 조사가 기판에 대하여 수직인 방향으로 행해질 수 있다. 이것은 광학 설계를 용이하게 하고, 얻어지는 빔 스폿의 에너지 분포가 보다 균일하게 될 수 있다. 또한, 레이저 조사가 비스듬하게 행해지는 경우, 레이저 조사 조건이 피조사체의 주사 방향에 따라 변화하기 때문에, 균일한 레이저 어닐이 어렵다. 이 경우, 스루풋의 감소에도 불구하고, 균일한 레이저 어닐을 행하기 위해서는 한 방향으로만 레이저 조사를 함으로써 레이저 어닐을 행할 필요가 있다. 그러나, 현저하게 높은 반복 주파수를 사용하여 수직 방향으로 레이저 조사를 행할 수 있으므로, 주사 방향에 따라 레이저 조사 조건이 변화하는 일이 없다. 따라서, 피조사체를 왕복 이동시키도록 주사하여도 균일한 레이저 어닐이 행해질 수 있다.
종래의 펄스 발진 레이저를 이용하여 결정화를 행하는 경우, 산소, 질소, 탄소 등의 불순물이 결정 입계에 편석하는 경향이 있다. 특히, 레이저 빔을 이용한 결정화와 촉매원소를 이용한 결정화를 조합시킨 경우에는, 게터링되지 않은 촉매원소가 편석하는 일도 있다. 본 발명에서는, 고상과 액상 사이의 계면이 연속적으로 이동될 수 있으므로, 대역 용융법과 같이, 정(正)의 편석계수를 가지는 불순물이 편석하는 것을 방지하고, 반도체막을 순화하고, 용질 농도를 균일화하는 것이 가능하다. 따라서, 이 반도체막을 이용하여 형성된 반도체 소자의 특성이 향상될 수 있고, 또한 반도체 소자간의 특성 편차가 억제될 수 있다.
본 발명에서는, 연속 발진 기체 레이저 혹은 고체 레이저가 사용될 수 있다. 기체 레이저로서는, Ar 레이저, Kr 레이저 등이 있고, 고체 레이저로서는, YAG 레 어저, YVO4 레이저, YLF 레이저, YAlO3 레이저, Y2O3 레어저, 유리 레어저, 루비 레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 등이 있다.
또한, 본 발명에서는, 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기가 사용될 수 있다. 100 MHz 이상의 반복 주파수가 가능하다면, Ar 레이저, Kr 레이저, 엑시머 레이저, CO2 레이저, YAG 레이저, Y2O3 레이저, YVO4 레이저, YLF 레이저, YAlO3 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저, 구리 증기 레이저 또는 금 증기 레이저가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체장치 제작방법은 집적회로나 반도체 표시장치의 제작방법에 적용될 수 있다. 반도체 표시장치는, 예를 들어, 액정 표시장치, 유기 발광 소자로 대표되는 발광 소자를 각 화소에 구비한 발광 장치, DMD(Digital Micromirror Device), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display) 등이다.
[실시형태]
이하, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 양태로 실시될 수 있으므로, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어나지 않고 그의 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명이 실시형태 및 실시예의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 아래의 실시형태 및 실시예에서의 빔 스폿의 형상은 원형에 한정되는 것은 아니고, 타원형 또는 사각형 일 수도 있다.
[실시형태 1]
먼저, 도 1(A)∼도 1(C)를 이용하여, 본 발명에서 이용하는 의사 선형 빔 스폿의 형성에 대하여 설명한다. 도 1(A)에 실선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 레이저 빔의 빔 스폿(101)을 일축 방향으로 또는 직선을 따라 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿(100)이 형성된다.
도 1(A)에서, 왕복 이동시키도록 빔 스폿(101)을 주사함으로써, 의사 선형 빔 스폿(100)을 형성하고 있다. 그러나, 본 발명이 이 구성에 한정되는 것은 아니고, 빔 스폿(101)을 한 방향으로만 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿(100)이 형성될 수 있다. 또한, 도 1(A)에서는 빔 스폿(101)을 도 1(A)의 왼쪽부터 오른쪽으로 주사한 후, 다시 오른쪽에서 왼쪽으로 주사하는 방식으로 형성되는 의사 선형 빔 스폿(100)을 나타내고 있지만, 본 발명이 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서는, 빔 스폿(101)이 의사 선형 빔 스폿(100) 내의 임의의 일 지점에서 적어도 1회 주사되면 된다.
피조사체로서 반도체막을 사용하는 경우, 빔 스폿(101)의 주사 속도는, 레이저 빔에 의해 용융된 반도체막의 임의의 일 지점이 완전히 고화되기 전에 그 일 지점에 레이저 빔이 다시 조사되도록 하는 정도로 한다. 즉, 도 1(A)의 경우, 레이저 빔이 오른쪽에서 왼쪽으로 주사될 때, 빔 스폿(101)의 주사 속도는, 빔 스폿(101)에 의해 용융된 의사 선형 빔 스폿(100)의 일축 방향의 오른쪽 끝이 완전히 고화되기 전에 빔 스폿(101)이 일축 방향의 왼쪽 끝으로 주사되도록 설정하면 좋 다. 그리하여, 의사 선형 빔 스폿이 피조사체를 어떤 일정 기간 용융된 채 유지할 수 있다.
또한, 펄스 발진 레이저 빔에 의해 의사 선형 빔 스폿을 형성하는 경우, 인접한 펄스 발진 빔이 서로 겹치도록 펄스 발진 레이저 빔을 주사한다.
일축 방향으로의 레이저 빔의 주사 속도는 임의의 일 지점에 조사되는 레이저 빔의 총 에너지가 반도체막을 용융시킬 수 있는 정도로 한다.
본 실시형태에서는 빔 스폿(101)을 일축 방향으로만 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿(100)을 형성하는 예를 설명하고 있지만, 본 발명이 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 결과적으로 의사 선형 빔 스폿(100)을 형성할 수 있다면, 2 이상의 방향으로 빔 스폿(101)을 주사하여도 좋다.
그리고, 본 발명에서는, 일축 방향에 수직인 방향, 즉, 의사 선형 빔 스폿(100)의 장축에 수직인 방향으로 의사 선형 빔 스폿(100)을 더 주사한다. 도 1(B)는, 도 1(A)에 도시한 의사 선형 빔 스폿(100)을 점선의 화살표로 나타낸 방향(의사 선형 빔 스폿(100)의 장축에 수직인 방향)으로 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿(100)을 형성하는 양태를 나타낸다.
의사 선형 빔 스폿(100) 내에서, 반도체막은 완전히 용융된 상태에 있지 않다. 따라서, 의사 선형 빔 스폿(100)이 조사된 반도체막이 고화되기 전에 의사 선형 빔 스폿(100)과 부분적으로 겹치는 의사 선형 빔 스폿(103)을 반도체막에 조사함으로써, 고상과 액상 사이의 계면이 연속적으로 이동될 수 있다.
도 1(C)는 상기 동작을 반복함으로써 반도체막을 결정화하는 양태를 나타낸 다. 도 1(C)에서, 피조사체인 반도체막(102)이 화살표로 나타낸 바와 같이 균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라 빔 스폿(101)을 주사함으로써 결정화된다. 이 경우, 직선을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 의사 선형 빔 스폿(100)과, 다음의 직선을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 의사 선형 빔 스폿(103)은 도 1(B)에 나타낸 바와 같이 부분적으로 겹치도록 주사된다. 이것은 점선 화살표로 나타낸 주사 방향으로 길게 연장하는 단결정의 결정립을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 의사 선형 빔 스폿(100)과 의사 선형 빔 스폿(103)은 이들 빔 스폿내에 그들의 장축을 따라 있는 영역들이 서로 겹치도록 하는 방식으로 겹친다.
레이저 빔의 주사 속도는, 의사 선형 빔 스폿(100)가 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 의사 선형 빔 스폿(103)이 형성될 수 있도록 하는 정도로 한다. 더 구체적으로는, 의사 선형 빔 스폿(100)을 구성하는 다수의 빔 스폿들 중 어느 하나에 의해 용융된 피조사체의 영역이 고화되기 전에, 의사 선형 빔 스폿(103)을 구성하는 다수의 빔 스폿들 중 하나가 상시 용융된 영역과 겹치도록 조사되는 방식으로 레이저 조사가 행해진다. 그리하여, 피조사체의 결정립이 일 방향으로 연속적으로 성장할 수 있고, 큰 결정립이 형성될 수 있다.
레이저 빔의 조사 후 규소가 고화하기까지 대략 100 ns 걸린다. 따라서, 본 실시형태에서 피조사체가 규소인 경우, 의사 선형 빔 스폿(100)이 형성되기 시작한 후 100 ns 내에 의사 선형 빔 스폿(103)이 형성될 수 있다.
다음에, 본 발명의 레이저 조사장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 레이저 조사장치의 예를 나타낸다. 도 2에 도시된 레이저 조사장치는 레이 저 발진기(201), 집광용 광학계(202), 미러(203), 음향 광학 소자(204), fθ 렌즈(205), 스테이지(206), X축 방향 위치 제어 수단(209), 및 Y축 방향 위치 제어 수단(210)을 포함한다.
레이저 발진기(201)는, 에를 들어, 연속 발진형 레이저 발진기이거나, 또는 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기이다. 본 실시형태에서는, 레이저 발진기(201)가, 10 W의 출력을 제공하고 직경 1 mm의 원형 단면의 레이저 빔을 방출하는 연속 발진 YVO4 레이저이다.
레이저 발진기(201)로부터 방출된 레이저 빔은 집광용 광학계(202)에 입사한다. 집광용 광학계(202)는 레이저 빔을 집광할 수 있는 광학계라면 어떤 종류라도 좋고, 예를 들어, 구면(球面) 렌즈 또는 플레넬(Flesnel) 렌즈일 수 있다. 본 실시형태에서는, 원형 단면을 가지는 레이저 빔이 집광용 광학계(202)에 의해 1 mm의 직경으로부터 0.1 mm의 직경으로 축소된다. 집광용 광학계(202)에 의해 집광된 레이저 빔은 미러(203)에서 반사되어 음향 광학 소자(204)에 입사한다.
음향 광학 소자(204)에 고주파수를 가지는 초음파 등의 음파가 가해지는 경우, 음향 광학 소자(204)의 굴절율이 주기적으로 변조된다. 따라서, 음향 광학 소자(204)에 입사한 레이저 빔은 GHz 단위의 고주파수로 편향될 수 있다. 따라서, 음향 광학 소자(204)를 이용함으로써, 빔 스폿을 일축 방향으로 고주파수로 반복하여 주사할 수 있다. 본 실시형태에서는 빔 스폿을 일축 방향으로 반복하여 주사하기 위한 광학계로서 음향 광학 소자를 이용하고 있지만, 본 발명이 이 구성에 한정 되는 것은 아니다. 빔 스폿을 일축 방향으로 고주파수로 반복하여 주사할 수 있는 다각형 미러 또는 공진 스캐너(resonant scanner)와 같은 광학계가 사용될 수 있다.
음향 광학 소자(204)에 의해 편향된 레이저 빔은 fθ 렌즈(205)에 입사된다. 그 편향된 레이저 빔은 레이저 빔이 피조사체에서 항상 초점을 맺도록 fθ 렌즈(205)에 의해 집광된다. 스테이지(206)는 피조사체를 탑재할 수 있다. 도 2는 피조사체가 기판(207) 위에 형성된 반도체막(208)인 예를 나타낸다. fθ 렌즈(205)에 의해 스테이지(206) 상에 탑재된 반도체막(208)에 레이저 빔이 초점을 맺음으로써, 일축 방향으로 주기적으로 주사되는 빔 스폿이 형성될 수 있다. 일축 방향으로 주기적으로 주사되는 빔 스폿의 궤적이 도 2에서는 의사 선형 빔 스폿(211)으로서 나타내어져 있다.
도 3(A)∼도 3(C)를 이용하여, 음향 광학 소자(204)에서 편향된 레이저 빔에 의해 의사 선형 빔 스폿(211)이 형성되는 과정을 설명한다. 도 3(A)∼도 3(C)에서, 도 2에 도시한 음향 광학 소자(204) 및 fθ 렌즈(205)에 의해 편향된 레이저 빔이 반도체막(208)에 주사된다. 도 3(A)∼도 3(C)에 도시된 바와 같이, 실선 화살표로 나타내는 레이저 빔이 음향 광학 소자(204)에 의해 편향된 후, fθ 렌즈(205)에 의해 집광되어, 반도체막(208)에서 초점을 맺는다.
그 다음, 음향 광학 소자(204)의 굴절률이 도 3(A), 도 3(B), 도 3(C)의 순으로 변조되는 경우, 레이저 빔이 흰색 화살표로 나타낸 방향으로 편향된다. 그리고, 레이저 빔의 편향에 따라, 레이저 빔이 초점을 맺고 있는 반도체막(208)의 영 역, 즉, 빔 스폿이 일축 방향으로 주사된다.
또한, 의사 선형 빔 스폿(211) 내에서는 반도체막(208)이 완전히 고화되지 않은 상태인 것이 필요하기 때문에, 상기 조건을 만족시키는 속도로 빔 스폿을 일축 방향으로 주사하는 것이 필요하다. 도 2에 나타낸 레이저 조사장치의 경우, 일축 방향으로의 빔 스폿의 주사 속도는 음향 광학 소자(204)에 가해지는 음파의 주파수에 의해 제어될 수 있다.
본 실시형태에서는 음향 광학 소자(204)의 굴절률이 80 MHz의 주파수로 변조되는 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에서는 fθ 렌즈(205)에 의해 반도체막(208)에 초점을 맺는 빔 스폿이 5 ㎛의 직경을 가지는 것으로 한다. 상기 조건 하에 의사 선형 빔 스폿(211)이 형성되는 경우, 의사 선형 빔 스폿(211)은 단축 방향으로 5 ㎛의 폭을 가지고, 일축 방향, 즉, 장축 방향으로 대략 400 ㎛의 폭을 가진다.
도 2에 도시된 레이저 조사장치에서는, 스테이지(206)를 X축 방향으로 이동시킬 수 있는 X축 방향 위치 제어 수단(209)에 의해 의사 선형 빔 스폿(211)이 일축 방향에 수직인 방향(의사 선형 빔 스폿(211)의 장축에 수직인 방향)으로 주사될 수 있다. 즉, 레이저 빔에 대한 피조사체의 위치가 도 1(C)에 점선 화살표로 나타낸 방향으로 이동될 수 있다. X축 방향 위치 제어 수단(209)을 이동시키는 속도는 일축 방향으로의 빔 스폿(101)의 주사 속도보다 훨씬 더 낮다. 이것은 도 1(C)에 나타낸 주사를 달성할 수 있다. X축 방향 위치 제어 수단(209)은 스테이지(206)를 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 일정한 속도로 이동시킨다. 또한, 도 2에 도시된 레이저 조사장치는, X축 방향에 수직인 Y축 방향으로 스테이지(206) 를 이동시킬 수 있는 Y축 방향 위치 제어 수단(210)을 가지고 있다.
도 2에서는 X축 방향 위치 제어 수단(209)과 Y축 방향 위치 제어 수단(210)의 2개의 위치 제어 수단을 이용하여, 스테이지(206)에 대한 의사 선형 빔 스폿(211)의 상대적인 위치를 제어하고 있지만, 본 발명이 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 레이저 조사장치는 적어도 X축 방향 위치 제어 수단(209)을 이용하면 된다. X축 방향 위치 제어 수단(209)에 추가하여, 스테이지(206)를 포함하는 면에서 스테이지(206)를 회전시킬 수 있는 위치 제어 수단을 가지고 있어도 좋다.
본 실시형태에서는, 음향 광학 소자(204)와 적어도 X축 방향 위치 제어 수단(209)을 사용하여 도 1(C)에 도시된 바와 같이 균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라 레이저 빔을 주사함으로써 반도체막(208)을 결정화한다.
본 실시형태에서는, 스테이지(206)가 X축 방향 위치 제어 수단(209)에 의해 100 mm/sec 이상의 속도로 X축 방향으로 주사된다. 반도체막(208)의 전면(全面)에 레이저 빔이 조사되는 경우, 레이저 조사가 다음의 방식으로 행해질 수 있다. Y축 방향 위치 제어 수단(210)에 의해 의사 선형 빔 스폿(211)을 장축 방향으로 주사한 후, 다시 X축 방향 위치 제어 수단(209)에 의해 의사 선형 빔 스폿(211)을 X축 방향으로 주사하고, 이 작업을 반복한다. 또한, 스테이지(206)에 대한 의사 선형 빔 스폿(211)의 상대적 위치는 광학계 자체를 이동시킴으로써 제어될 수 있다. 그러한 경우, 스테이지는 이동될 필요가 없고, 도 2에 부호 201∼205로 나타낸 광학계를 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키면 된다.
또한, 레이저 발진기(201)가 펄스 발진형 레이저 발진기인 경우, 장축 방향 으로의 의사 선형 빔 스폿(211)의 길이가 펄스 발진의 반복 주파수에 의해 제한된다. 따라서, 펄스 발진의 반복 주파수를 고려하여 의사 선형 빔 스폿(211)을 설계할 필요가 있다. 구체적으로는, 펄스 반복 주파수 F [MHz]는 아래의 부등식 1을 만족시키면 좋다. 이 부등식에서, d는 일축 방향으로의 빔 스폿의 길이 [㎛]이고, L은 일축 방향으로의 의사 선형 빔 스폿(211)의 폭 [㎛]이고, f는 음향 광학 소자(204)에 의한 편향의 주파수 [MHz]이다.
[부등식 1]
F ≥ 2Lf/d
예를 들어, 빔 스폿이 일축 방향으로 10 ㎛의 길이(d)를 가지고, 의사 선형 빔 스폿(211)이 일축 방향으로 200 ㎛의 폭(L)을 가지고, 음향 광학 소자(204)에 의한 편향의 주파수(f)가 10 MHz인 경우, 상기 부등식 1으로부터, 펄스 반복 주파수(F)는 400 MHz 이상일 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 2에 도시한 레이저 조사장치에서, 집광용 광학계(202)는 반드시 필요한 것은 아니다. 그러나, 집광용 광학계(202)를 사용함으로써, 음향 광학 소자(204)에 입사하는 레이저 빔의 단면의 크기를 억제할 수 있으므로, 보다 작은 음향 광학 소자(204)를 사용할 수 있다. 또한, 레이저 빔의 광로를 변경하기 위한 미러(203)와 같은 광학계는 반드시 필요한 것은 아니고, 필요에 따라 적절히 설치하면 된다. 또한, fθ 렌즈(205)는 반드시 필요한 것은 아니지만, fθ 렌즈(205)를 사용함으로써, 의사 선형 빔 스폿(211) 내에서 일축 방향으로 주사되는 빔 스폿의 속도 및 크기를 일정하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 조사장치에 사용되는 광학계는 도 2에 도시한 것에 한정되지 않고, 설계자가 필요에 따라 적절한 광학계를 추가하여 사용하여도 좋다.
[실시형태 2]
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 나타낸 주사 방법과 다른 레이저 빔 주사 방법에 대하여 도 11(A)∼도 11(C)를 이용하여 설명한다. 레이저 빔 주사 방법을 제외하고 본 실시형태의 다른 부분들은 실시형태 1에서와 동일하다. 본 실시형태에서는 도 2에 나타낸 레이저 조사장치를 이용한다.
도 11(A)∼도 11(C)에서, 부호 1101, 1102는 의사 선형 빔 스폿을 나타내고, 부호 1103, 1104는 빔 스폿을 나타내고, 부호 1105는 피조사체인 반도체막을 나타낸다. 도 11(A)∼도 11(C)에 나타낸 빔 스폿을 주사함으로써, 의사 선형 빔 스폿이 실시형태 1에서와 동일한 빙식으로 형성된다. 의사 선형 빔 스폿(1101)과, 이 의사 선형 빔 스폿(1101) 후에 계속해서 형성되는 의사 선형 빔 스폿(1102)은 이들 빔 스폿의 장축에 평행한 이들 빔 스폿 내의 영역들이 서로 겹치도록 주사된다.
레이저 빔은 도 11(A)에서는 톱니형(saw-like) 선을 따라 그리고 도 11(B)에서는 파형(wave-like) 선을 따라 그리고 도 11(C)에서는 빗형(comb-like) 선을 따라 주사된다. 레이저 빔이 도 11(A) 및 도 11(B)에 나타낸 바와 같은 톱니형 선 또는 파형 선을 따라 주사되는 경우, 이후, 의사 선형 빔 스폿의 양 끝 부분을 방향전환(direction-turning) 점이라 칭한다. 도 11(A) 및 도 11(B)에서 의사 선형 빔 스폿(1101, 1102)을 부분적으로 겹치는 경우, 의사 선형 빔 스폿(1101, 1102)은 어떤 한 방향전환 점에 중심을 둔 빔 스폿(1103)과 다음 방향전환 점 뒤의 방향전 환 점에 중심을 둔 빔 스폿(1104)을 겹침으로써 자동적으로 부분적으로 겹친다. 도 11(B)에서, 화살표는 파형 선상의 방형전환 점에 있지 않고, 그 방형전환 점 직전에 위치하여 있다. 그러나, 실제로는, 의사 선형 빔 스폿은 레이저 빔을 한 방향전환 점과 다음 방향전환 점 사이에서 파형 선상에서 왕복 이동시킴으로써 형성된다.
도 11(C)는 실시형태 1의 도 1(C)에 나타낸 주사 방법을 변형한 주사 방법이다. 도 1(C)에서는, 의사 선형 빔 스폿(100)을 형성한 후, 의사 선형 빔 스폿(103)이 형성될 때까지 레이저 빔(101)이 피조사체상에서 주사되지 않는다. 한편, 도 11(C)는, 의사 선형 빔 스폿(1101)을 형성한 후와 의사 선형 빔 스폿(1102)을 형성하기 전에도 피조사체에 대한 레이저 조사를 유지하는 예를 나타낸다. 도 11(C)에 나타낸 주사 방법에 의해 반도체막(1105)에 조사되는 레이저 빔의 에너지 밀도 분포를 균일화하기 위해, 의사 선형 빔 스폿의 양 끝에서 주사 속도를 증가시키거나 또는 레이저 빔의 출력을 낮춘다. 그리하여, 의사 선형 빔 스폿의 양 끝에서 흡수되는 레이저 빔의 총 에너지가 다른 레이저 스폿이 조사되는 영역에서와 실질적으로 동일하게 될 수 있다.
도 11(A) 및 도 11(B)에 나타낸 주사 방법의 경우, 레이저 빔은, 빔 스폿(1103)의 중심인 방향전환 점으로부터 하나의 방향전환 점을 거쳐, 빔 스폿(1104)의 중심인 방향전환 점까지 적어도 한번 주사된다. 이 때문에, 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 연속적으로 결정립을 성장시키기 위해, 빔 스폿(1103)이 조사된 반도체막(1105)의 부분이 고화되기 전에 도면의 빔 스폿(1104)의 위치까 지 레이저 빔이 주사될 수 있다. 따라서, 의사 선형 빔 스폿(1101)이 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 의사 선형 빔 스폿(1102)이 형성될 수 있고, 고상과 액상 사이의 계면이 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 이동될 수 있다. 그리하여, 큰 결정립이 형성될 수 있다.
도 11(C)에서는, 레이저 빔이 빔 스폿(1103)의 중심인 빗형 선의 제1 각도로부터 제2 및 제3 각도를 거쳐, 빔 스폿(1104)의 중심인 제4 각도로 주사된다. 따라서, 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 결정립을 연속적으로 성장시키기 위해, 빔 스폿(1103)이 조사된 반도체막(1105)의 부분이 고화되기 전에 도면의 빔 스폿(1104)의 위치까지 레이저 빔이 주사될 수 있다. 그 결과, 의사 선형 빔 스폿(1101)이 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 의사 선형 빔 스폿(1102)이 형성될 수 있고, 고상과 액상 사이의 계면이 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 이동될 수 있다. 그리하여, 큰 결정립이 형성될 수 있다.
의사 선형 빔 스폿(1101)에서는, 빔 스폿(1103)이 먼저 피조사체에 조사된다. 한편, 의사 선형 빔 스폿(1102)에서는, 빔 스폿(1104)이 마지막으로 피조사체에 조사된다. 따라서, 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 결정립을 연속적으로 성장시키기 위해, 빔 스폿(1103)이 조사된 반도체막(1105)의 부분이 고화되기 전에 도면의 빔 스폿(1104)의 위치까지 레이저 빔이 주사될 수 있다. 따라서, 의사 선형 빔 스폿(1101)이 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 의사 선형 빔 스폿(1102)이 형성될 수 있고, 고상과 액상 사이의 계면이 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 이동될 수 있다. 그리하여, 큰 결정립이 형성될 수 있다.
도 11(A)∼도 11(C)에 나타낸 주사 방법은 도 2의 음향 광학 소자(204)와 X축 방향 위치 제어 수단(209) 모두를 알맞게 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 음향 광학 소자(204)는 어떤 주파수로 레이저 빔을 편향시킨다. 음향 광학 소자(204)의 어떤 주파수에 따라 X축 방향 위치 제어 수단을 이동시킴으로써, 도 11(A)∼도 11(C)에 나타낸 각종 주사 방법이 달성된다. 도 11(A) 및 도 11(B)에 나타낸 주사 방법에서는, 음향 광학 소자에 의해 레이저 빔을 주사하면서 X축 방향 위치 제어 수단에 의해 스테이지를 이동시킨다. 또한, 도 11(C)에 나타낸 주사 방법에서는, 레이저 빔이 의사 선형 빔 스폿의 끝 부분에 있을 때 X축 방향 위치 제어 수단에 의해 스테이지가 이동된다.
[실시형태 3]
본 발명의 또 다른 실시형태를 설명한다.
먼저, 본 발명에서 사용하는 의사 선형 빔 스폿을 형성하는 과정에 대하여 도 4(A)∼도 4(C)를 이용하여 설명한다. 도 4(A)는, 일 방향으로, 즉, 실선 화살표로 나타내는 바와 같은 직선을 따라 레이저 빔의 빔 스폿(301)을 주사함으로써 형성되는 의사 선형 빔 스폿(300)을 나타낸다.
도 4(A)에서는, 실시형태 1의 경우와 달리, 빔 스폿(301)을 한 방향으로만 주사하여 의사 선형 빔 스폿(300)을 형성하고 있는 양태를 나타내고 있다. 도 4(A)에 도시된 바와 같이, 한 방향으로만 빔 스폿(301)을 주사함으로써, 의사 선형 빔 스폿(300) 내의 임의의 일 지점에서의 레이저 조사의 총 시간을 균일하게 할 수 있다. 또한, 도 4(A)에서는 빔 스폿(301)을 왼쪽에서 오른쪽으로 주사하고 있는 양태를 나타내고 있지만, 본 발명이 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서는, 빔 스폿(301)이 의사 선형 빔 스폿(300) 내의 임의의 일 지점에서 적어도 한번 주사되면 된다.
또한, 도 4(A)의 경우, 빔 스폿(301)의 주사 속도는, 빔 스폿(301)에 의해 용융된, 일축 방향으로 왼쪽 엣지(edge)의 영역이 고화되기 전에, 빔 스폿(301)이 의사 선형 빔 스폿(300) 내에서 일축 방향으로 오른쪽 엣지로 주사되도록 설정되면 좋다.
본 실시형태에서도, 실시형태 1과 마찬가지로, 일축 방향으로의 레이저 빔의 주사 속도는 임의의 일 지점에 조사되는 레이저 빔의 총 에너지가 반도체막을 용융시킬 수 있는 정도로 설정한다.
본 실시형태에서는 빔 스폿(301)을 일 방향으로만 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿(300)을 형성하고 있는 예에 대하여 설명하고 있지만, 본 발명이 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 결과적으로 의사 선형 빔 스폿(300)을 형성할 수 있다면, 2 이상의 방향으로 빔 스폿을 주사하여도 좋다.
그리고, 상기 일 방향에 수직인 방향, 즉, 의사 선형 빔 스폿(300)의 장축에 수직인 방향으로 의사 선형 빔 스폿(300)을 더 주사한다. 도 4(B)는 도 4(A)에 도시한 의사 선형 빔 스폿(300)을 점선 화살표로 나타내는 바와 같이 의사 선형 빔 스폿(300)의 장축에 수직인 방향으로 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿(303)을 형성하고 있는 양태를 나타낸다.
의사 선형 빔 스폿(300) 내에서, 반도체막은 완전히 고화되지 않고 여전히 용융된 상태에 있다. 따라서, 의사 선형 빔 스폿(300)이 조사된 반도체막의 부분이 고화되기 전에 의사 선형 빔 스폿(303)을 반도체막에 조사함으로써, 고상과 액상 사이의 계면을 반도체막 내에서 연속적으로 이동시킬 수 있다. 이때, 의사 선형 빔 스폿(300, 303)이 부분적으로 서로 겹친다.
도 4(C) 및 도 12(A)∼도12(C)는 상기 동작을 반복함으로써 반도체막을 결정화하고 있는 양태를 나타낸다. 균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라 의사 선형 빔 스폿(301)을 주사하는 동안 피조사체인 반도체막(302)이 레이저 빔으로 결정화된다. 이 경우, 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 의사 선형 빔 스폿(300)이 계속하여 형성되는 의사 선형 빔 스폿(303)과 부분적으로 겹치고, 의사 선형 빔 스폿(303)은 의사 선형 빔 스폿(300)이 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 형성된다. 그리하여, 화살표로 나타낸 주사 방향으로 길게 연장하는 단결정의 결정립이 형성될 수 있다. 구체적으로는, 인접한 의사 선형 빔 스폿들은 이들 빔 스폿 내에 그들의 장축을 따라 있는 영역들이 서로 겹치도록 하는 방식으로 겹친다. 또한, 피조사체로서 규소를 사용하는 경우, 규소를 고화시키기까지 대략 100 ns 걸리기 때문에, 의사 선형 빔 스폿(300)이 형성되기 시작한 후 100 ns 내에 의사 선형 빔 스폿(303)이 형성된다.
도 12(A)∼도12(C)는 각종 레이저 빔 주사 방법을 나타낸다. 레이저 빔은 도 12(A)에서는 톱니형 선 또는 지그재그 선을 따라 그리고 도 12(B)에서는 파형 선을 따라 그리고 도 12(C)에서는 빗형 선을 따라 주사된다. 도 4(C)와 마찬가지 로, 의사 선형 빔 스폿(1201)은 다음의 의사 선형 빔 스폿(1202)와 부분적으로 겹치고, 의사 선형 빔 스폿(1202)는 의사 선형 빔 스폿(1201)이 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 형성된다.
도 12(A) 및 도 12(B)에 나타낸 주사 방법에서는, 의사 선형 빔 스폿(1201, 1202)은, 어떤 한 방향전환 점에 중심을 둔 빔 스폿(1203)과 다음 방향전환 점 뒤의 방향전환 점에 중심을 둔 빔 스폿(1204)이 부분적으로 겹치도록 의사 선형 빔 스폿(1201, 1202)이 형성될 때 자동적으로 부분적으로 겹친다.
도 12(C)는 도 4(C)의 변형이고, 의사 선형 빔 스폿(1201)의 형성 후와 의사 선형 빔 스폿(1202)의 형성 전에도 피조사체에 대한 레이저 조사를 유지하는 예를 나타낸다. 도 12(C)에 나타낸 주사 방법에 의해 반도체막(1205)에 조사되는 레이저 빔의 에너지 밀도 분포를 균일화하기 위해, 의사 선형 빔 스폿의 양 끝에서 주사 속도를 증가시키거나 또는 레이저 빔의 출력을 낮춘다. 그리하여, 의사 선형 빔 스폿의 양 끝에서 흡수되는 레이저 에너지가 다른 조사 영역에서와 거의 동일하게 될 수 있다.
또한, 의사 선형 빔 스폿(1201)에서는 빔 스폿(1203)이 먼저 피조사체에 조사된다. 한편, 의사 선형 빔 스폿(1202)에서는, 빔 스폿(1204)이 마지막으로 피조사체에 조사된다. 구체적으로는, 도 12(A) 및 도 12(B)에서, 레이저 빔은, 빔 스폿(1203)의 중심인 다른 방향전환 점으로부터 다른 방향전환 점을 거쳐, 빔 스폿(1204)의 중심인 방향전환 점으로 주사된다. 도 12(C)의 경우에는, 레이저 빔은, 빔 스폿(1203)의 중심인 한 각도로부터 다른 2개의 각도를 거쳐, 빔 스폿(1204)의 중심인 다른 각도로 빗형 선을 따라 주사된다. 따라서, 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 연속적으로 결정립을 성장시키기 위해, 빔 스폿(1203)이 조사된 반도체막(1205)의 부분이 고화되기 전에 도면의 빔 스폿(1204)의 위치까지 레이저 빔이 주사될 수 있다. 그 결과, 의사 선형 빔 스폿(1201)이 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 의사 선형 빔 스폿(1202)이 형성될 수 있고, 큰 결정립이 형성될 수 있다.
레이저 빔이 조사된 후 규소를 고화시키기까지 대략 100 ns 걸린다. 따라서, 피조사체인 반도체막(1205)이 규소인 경우, 빔 스폿(1203)이 반도체막(1205)에 조사된 후 100 ns 내에 도면의 빔 스폿(1204)의 위치까지 레이저 빔이 주사될 수 있다.
다음에, 본 실시형태에서의 레이저 조사장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 5는 본 실시형태의 레이저 조사장치의 예를 나타낸다. 도 5에 도시된 레이저 조사장치는 레이저 발진기(401), 집광용 광학계(402), 다각형(폴리곤) 미러(403), fθ 렌즈(404), 스테이지(405), X축 방향 위치 제어 수단(408), 및 Y축 방향 위치 제어 수단(409)을 포함한다.
레이저 발진기(401)는 실시형태 1의 경우와 마찬가지로, 예를 들어, 연속 발진형 레이저 발진기, 또는 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기일 수 있다. 레이저 발진기(401)로부터 방출된 레이저 빔은 집광용 광학계(402)에 입사한다. 집광용 광학계(402)는 실시형태 1의 경우와 마찬가지로, 레이저 빔을 집광할 수 있는 광학계라면 어느 것이라도 좋고, 예를 들어, 구면 렌즈 또는 플레넬 렌즈일 수 있다. 집광용 광학계(402)에 의해 집광된 레이저 빔은 다각형 미러(403)에 입사한다.
다각형 미러(403)는 주위에 일련의 평면 반사면이 연속적으로 제공되어 있는 회전체이다. 다각형 미러(403)에 레이저 빔이 입사한 때, 다각형 미러(403)는 동일한 방향으로 반복적으로 레이저 빔을 편향시킬 수 있다. 따라서, 다각형 미러(403)를 이용함으로써, 빔 스폿이 고주파수로 일축 방향으로 반복적으로 주사될 수 있다.
다각형 미러(403)에 의해 편향된 레이저 빔은 fθ 렌즈(404)에 입사한다. 이 fθ 렌즈(404)는 피조사체에 항상 초점을 맺도록 상기 편향된 레이저 빔을 집광할 수 있다. 스테이지(405)는 피조사체를 탑재할 수 있다. 도 5에서는, 피조사체가 기판(406)상에 형성된 반도체막(407)이다. fθ 렌즈(404)에 의해 스테이지(405)상에 탑재된 반도체막(407)에 레이저 빔이 초점을 맺은 때, 일축 방향으로 주기적으로 주사되는 의사 선형 빔 스폿이 형성될 수 있다. 이 일축 방향으로 주기적으로 주사되는 빔 스폿의 궤적이 도 5에서는 의사 선형 빔 스폿(410)으로서 나타내어져 있다.
도 6(A)∼도 6(C)는 다각형 미러(403)에 의해 편향된 레이저 빔에 의해 의사 선형 빔 스폿(410)이 형성되는 과정을 나타낸다. 도 6(A)∼도 6(C)는 도 5에 도시한 다각형 미러(403)와 fθ 렌즈(404)에 의해 편향된 레이저 빔이 반도체막(407)에 주사되는 것을 나타내는 단면도이다. 도 6(A)∼도 6(C)에 도시된 바와 같이, 실선 화살표로 나타내는 레이저 빔이 다각형 미러(403)에 의해 편향된 후, fθ 렌즈 (404)이 그 레이저 빔을 집광하여 반도체막(407)에 초점을 맺는다.
다각형 미러(403)가 도 6(A), 도 6(B), 도 6(C)의 순서로 회전되면, 다각형 미러(403)의 반사면(411)들 중 하나의 각도가 변하여, 레이저 빔을 흰색 화살표로 나타내는 방향으로 편향시킨다. 그리고, 레이저 빔의 편향에 따라, 레이저 빔이 초점을 맺고 있는 영역, 즉, 빔 스폿이 일축 방향으로 이동된다. 그리고, 다각형 미러(403)의 회전이 진행되면, 반사면(411)에 인접하는 다음 반사면에 의해 레이저 빔이 편향되게 되기 때문에, 빔 스폿이 동일 방향으로 반복적으로 주사될 수 있게 된다.
의사 선형 빔 스폿(410) 내의 반도체막(407)의 부분이 완전히 고화되지 않는 상태인 것이 필요하기 때문에, 상기 조건을 만족시키는 속도로 빔 스폿을 일축 방향으로 주사할 필요가 있다. 도 5에 도시된 레이저 조사장치의 경우, 일축 방향으로의 빔 스폿의 주사 속도는 다각형 미러(403)를 회전시키는 빈도수에 의해 제어될 수 있다. 또한, 의사 선형 빔 스폿(410)의 장축 방향으로의 길이는 다각형 미러(403)의 반사면(411)의 회전 방향으로의 폭에 의해 제어될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 레이저 조사장치에서는, 스테이지(405)의 위치를 X축 방향으로 이동시킬 수 있는 X축 방향 위치 제어 수단(408)에 의해 의사 선형 빔 스폿(410)이 일축 방향에 수직인 방향(의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향)으로 주사될 수 있다. X축 방향 위치 제어 수단(408)은 레이저 빔을 주사하는 일축 방향으로보다는 X축 방향으로 훨씬 더 빠르게 스테이지(405)를 이동시킨다. 그러한 작동에 의해, 도 4(C)에 나타낸 주사가 달성될 수 있다. X축 방향 위치 제어 수단 (408)은 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 스테이지(405)를 일정한 속도로 이동시킨다. 그리하여, 큰 결정립 크기를 가지는 결정이 형성될 수 있다. 또한, 의사 선형 빔 스폿을 형성하는 동안에도 스테이지를 X축 방향으로 이동시킴으로써, 도 12(B) 및 도 12(C)에 나타낸 주사가 달성될 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 레이저 조사장치는 X축 방향에 수직인 Y축 방향으로 스테이지(405)를 이동시킬 수 있는 Y축 방향 위치 제어 수단(409)도 가지고 있다.
또한, 도 5에서는 X축 방향 위치 제어 수단(408)과 Y축 방향 위치 제어 수단(409)에 의해 스테이지(405)에 대한 의사 선형 빔 스폿(410)의 상대적인 위치를 제어하고 있지만, 본 발명이 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 레이저 조사장치는 적어도 X축 방향 위치 제어 수단(408)을 가지고 있으면 된다. X축 방향 위치 제어 수단(408)에 추가하여, 스테이지(405)를 포함하는 면 내에서 스테이지(405)를 제어할 수 있는 위치 제어 수단을 가지고 있어도 좋다.
반도체막(407)의 전면에 레이저 빔을 조사할 때, 레이저 조사를 다음의 방식으로 행할 수 있다. 즉, X축 방향 위치 제어 수단(408)에 의해 의사 선형 빔 스폿(410)을 X축 방향으로 주사한 후, Y축 방향 위치 제어 수단(409)에 의해 의사 선형 빔 스폿(410)을 장축 방향으로 주사하고, 이 작업을 반복적으로 행한다. 스테이지(405)에 대한 의사 선형 빔 스폿(410)의 상대적 위치는 광학계 자체를 이동시킴으로써 제어될 수도 있다. 그러한 경우, 스테이지는 이동될 필요가 없고, 부호 401∼405로 나타낸 광학계를 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키면 된다.
레이저 발진기(401)가 펄스 발진형 레이저 발진기인 경우, 의사 선형 빔 스 폿(410)의 장축 방향으로의 길이가 펄스 발진형 레이저 발진기의 반복 주파수에 의해 제한된다. 따라서, 펄스 발진의 반복 주파수를 고려하여 의사 선형 빔 스폿(410)을 설계할 필요가 있다. 구체적으로는, 실시형태 1의 경우와 마찬가지로, 펄스 발진의 반복 주파수가 상술한 부등식 1을 만족시키면 좋다. 부등식 1에서, f가 실시형태 1에서는 음향 광학 소자(204)의 편향 빈도수이지만, 본 실시형태에서는 다각형 미러의 회전 빈도수이다.
또한, 도 5에 도시된 레이저 조사장치는 집광용 광학계(402)를 반드시 필요로 하지는 않는다. 그러나, 집광용 광학계(402)를 이용함으로써, 의사 선형 빔 스폿(410)이 단축 방향으로는 짧은 폭을 가지고, 장축 방향으로는 긴 폭을 가질 수 있으므로, 스루풋이 향상될 수 있다. 또한, 레이저 빔의 광로를 변경할 수 있는 미러와 같은 광학계가 항상 필요하지는 않고, 필요에 따라 적절히 설치되면 된다. 또한, fθ 렌즈(404)는 반드시 필요한 것은 아니지만, fθ 렌즈(404)를 이용함으로써, 의사 선형 빔 스폿(410) 내에서 일축 방향으로 주사되는 빔 스폿의 속도나 크기를 일정하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 조사장치에 사용되는 광학계는 도 5에 도시한 것에 한정되지 않고, 설계자가 필요에 따라 적절한 광학계를 추가하여 사용하여도 좋다.
본 실시형태는 가능한 범위 내에서 실시형태 1 또는 2와 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시형태 4]
실시형태 1∼3에서는, 광학계를 사용하여 직선을 따라 레이저 빔을 주사하고 레이저 빔의 주사 방향에 수직인 방향으로 스테이지를 이동시켜 2차원적으로 피조사체에 대하여 레이저 조사를 행하는 예를 설명하였다. 본 실시형태에서는, 스테이지를 이동시키는 수단을 사용하지 않고 광학계만으로 2차원적으로 피조사체에 대하여 레이저 조사를 행하는 예를 설명한다.
도 13은 본 실시형태의 레이저 조사장치를 나타낸다. 이 레이저 조사장치는 레이저 발진기(1301), 집광용 광학계(1302), 제1 편향 광학계(1311), 제2 편향 광학계(1303), 및 fθ 렌즈(1304)를 포함한다. 제1 및 제2 편향 광학계 각각은 고주파수로 알축 방향으로 반복적으로 레이저 빔을 주사할 수 있으면 어떠한 광학계라도 좋다. 예를 들어, 다각형 미러, 공진 스캐너, 또는 음향 광학 소자가 사용될 수 있다. 도 13에서는, 제1 편향 광학계(1311)가 음향 광학 소자이고, 제2 편향 광학계(1303)은 다각형 미러이다. 부호 1305는 스테이지를 나타내고, 반도체막(1307)이 위에 형성된 기판(1306)이 스테이지(1305) 위에 탑재될 수 있다.
제1 및 제2 편향 광학계(1311, 1303)를 조합하여 사용함으로써 레이저 빔이 일축 방향 및 그 일축 방향에 수직인 방향으로 주사될 수 있다. 먼저, 레이저 빔이 제1 편향 광학계에 의해 일축 방향으로 주사된다. 제2 편향 광학계(1303)는 제1 편향 광학계(1311)에 의해 이미 편향된 레이저 빔을 일축 방향에 수직인 방향으로 추가로 편향시키도록 제공되어 있다. 이렇게 하여 형성된 빔 스폿(1310)은 하나의 편향 광학계만으로 형성된 의사 선형 빔 스폿보다 더 크다.
레이저 빔이 제1 편향 광학계에 의해 일축 방향으로 M의 폭만큼 그리고 제2 편향 광학계에 의해 일축 방향에 수직인 방향으로 N의 폭만큼 주사된 때, 변들의 길이가 M 및 N인 사각형 빔 스폿(1310)이 형성될 수 있다.
빔 스폿(1310)을 형성하는데 각종 주사 방법이 가능하다. 도 14(A)는 반도체막(1307)상에 형성된 빔 스폿(1310)을 나타내는 상면도이다. 도 14(B)∼도 14(E) 각각은 빔 스폿(1310)을 형성하기 위한 레이저 빔 주사 방법의 예를 나타낸다. 이들 주사 방법은 실시형태 1∼3에 나타낸 것과 동일하다. 레이저 빔이 도 14(B)에서는 균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라, 도 14(C)에서는 톱니형 선 또는 지그재그 선을 따라, 도 14(D)에서는 파형 선을 따라, 그리고 도 14(E)에서는 빗형 선을 따라 주사된다. 본 실시형태에서는, 제1 및 제2 편향 광학계를 조합하여 사용함으로써 레이저 빔이 2차원적으로 주사될 수 있다. 이들 2개의 편향 광학계를 적절히 제어함으로써, 도 14(B)∼도 14(E)에 도시된 것에 추가하여 각종 방식으로 레이저 빔을 주사할 수 있다. 의사 선형 빔 스폿(1401)과 다음 의사 선형 빔 스폿(1402)이 실시형태 1 및 2에서와 같은 방식으로 형성된다. 구체적으로는, 의사 선형 빔 스폿(1401, 1402)이 부분적으로 겹치고, 의사 선형 빔 스폿(1401)이 조사된 피조사체의 부분이 고화되기 전에 의사 선형 빔 스폿(1402)이 형성된다. 그리하여, 빔 스폿(1310)에서 의사 선형 빔 스폿의 장축에 수직인 방향으로 결정이 성장할 수 있고, 큰 결정립 크기를 가지는 결정이 얻어질 수 있다.
제1 및 제2 편향 광학계가 사용되는 경우, 반도체막(1307)의 일부만이 결정화될 수 있기 때문에, 반도체막의 전면을 결정화하도록 피조사체를 이동시키기 위해 X축 방향 위치 제어 수단(1308)과 Y축 방향 위치 제어 수단(1309)이 사용될 수 있다. 또는, 반도체막의 전면을 조사하기 위해 피조사체 대신 부호 1301∼1304 및 1311로 나타낸 광학계가 이동될 수도 있다.
본 실시형태에서는, 빔 스폿(1301)의 범위 내의 반도체막의 부분이 X축 방향 위치 제어 수단 및 Y축 방향 위치 제어 수단을 사용하지 않고 확실히 결정화될 수 있다. 또한, 결정립이 일 방향으로 성장한 결정성 반도체막이 얻어질 수 있다. 따라서, 본 실시형태는, 기판 위에 다수의 반도체 소자를 형성한 후 그 반도체 소자들이 다수의 IC 칩을 제조하는 개개의 반도체 소자로 분할되는 제작방법에 적당하다.
도 13에 도시된 레이저 조사장치는 집광용 광학계(1302)를 반드시 필요로 하지는 않는다. 그러나, 집광용 광학계(1302)가 제1 편향 광학계(1311)에 입사한 레이저 빔의 단면의 확산을 억제할 수 있기 때문에, 제1 편향 광학계(1311)가 작게 될 수 있다. 또한, fθ 렌즈(1304)는 반드시 필요한 것은 아니지만, fθ 렌즈(1304)를 이용함으로써, 빔 스폿(1310) 내에 주사되는 빔 스폿의 속도나 크기를 일정하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 조사장치에 사용되는 광학계는 도 13에 도시한 것에 한정되지 않고, 설계자가 필요에 따라 적절한 광학계를 추가하여 사용하여도 좋다.
본 실시형태는 실시형태 1∼3 중 어느 하나와 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 1]
다음에, 본 발명의 반도체장치 제작방법에 대하여 도 7(A)∼도 7(C)를 이용하여 설명한다.
먼저, 도 7(A)에 도시된 바와 같이, 기판(500) 위에 하지막(501)을 형성한 다. 기판(500)에는, 예를 들어, 바륨 붕규산 유리나 알루미노 붕규산 유리 등의 유리 기판, 석영 기판, 스테인리스 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, PET, PES, PEN 등으로 대표되는 플라스틱이나, 아크릴 등의 가요성 합성 수지로 된 기판은 일반적으로 상기 기판과 비교하여 내열 온도가 낮은 경향이 있지만, 제작공정에서 발생하는 열에 견딜 수 있는 것이라면, 가요성 합성 수지로 된 기판이 사용될 수도 있다.
하지막(501)은 기판(500) 중에 포함되는 Na 등의 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속이 반도체막 내로 확산하는 것을 방지하기 위해 마련된다. 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속은 반도체 내에 있을 때 반도체 소자의 특성에 악영향을 준다. 따라서, 하지막은 반도체막 내로의 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속의 확산을 억제할 수 있는 산화규소나 질화규소, 질화산화규소 등의 절연 재료로 형성된다. 본 실시예에서는, 플라즈마 CVD법에 의해 질화산화규소막을 10 nm∼400 nm(바람직하게는 50 nm∼300 nm)의 두께로 형성한다.
또한, 하지막(501)은 단층의 절연막이어도 다수의 절연막을 적층한 것이라도 좋다. 또한, 유리 기판, SUS 기판 또는 플라스틱 기판과 같이 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속을 다소라도 함유하고 있는 기판을 이용하는 경우, 불순물의 확산을 방지한다는 관점에서 하지막을 마련하는 것은 효과적이지만, 석영 기판 등, 불순물의 확산이 그다지 문제가 되지 않는 기판을 이용하는 경우에는, 하지막을 반드시 마련할 필요는 없다.
다음에, 하지막(501) 위에 반도체막(502)을 25 nm∼100 nm(바람직하게는 30 nm∼60 nm)의 두께로 형성한다. 이 반도체막(502)은 비정질 반도체이어도 좋고, 또는 다결정 반도체이어도 좋다. 반도체막(502)이 다결정 반도체막인 경우, 다결정 반도체막이 본 발명에 따른 레이저 조사에 의해 재결정화될 수 있고, 큰 결정립을 가지는 결정성 반도체막이 얻어질 수 있다. 또한, 반도체로는 규소뿐만 아니라 실리콘 게르마늄도 사용될 수 있다. 실리콘 게르마늄을 사용하는 경우, 게르마늄의 농도는 0.01∼4.5 원자% 정도인 것이 바람직하다.
다음에, 도 7(B)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 조사장치를 이용하여 반도체막(502)에 레이저 빔을 조사하여 결정화한다.
레이저 결정화를 행하는 경우, 레이저 결정화 전에 레이저 빔에 대한 반도체막(502)의 내성을 높이기 위해, 이 반도체막에 550℃, 4시간의 가열처리를 가하는 것이 바람직하다. 이 레이저 결정화에서는, 연속 발진형 레이저 발진기 또는 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기가 사용될 수 있다.
구체적으로는, 공지의 연속 발진의 기체 레이저 혹은 고체 레이저를 사용할 수 있다. 기체 레이저로서는, 예를 들어, Ar 레이저, Kr 레이저 등이 있고, 고체 레이저로서는, 예를 들어, YAG 레이저, YVO4 레이저, YLF 레이저, YAlO3 레이저, Y2O3 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저 등이 있다.
또한, 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 레이저로서는. 얘를 들어, Ar 레이저, Kr 레이저, 엑시머 레이저, CO2 레이저, YAG 레이저, Y2O3 레이저, YVO4 레이저, YLF 레이저, YAlO3 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저, 구리 증기 레이저 또는 금 증기 레이저를 들 수 있다.
예를 들어, 연속 발진 고체 레이저를 이용하는 경우, 그의 제2 고조파, 제3 고조파, 또는 제4 고조파를 이용함으로써, 대입경의 결정을 얻을 수 있다. 대표적으로는, YAG 레이저로부터 방출된 기본파(1064 nm)의 제2 고조파(532 nm) 또는 제3 고조파(355 nm)를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 연속 발진 YAG 레이저로부터 방출된 레이저 빔을 비선형 광학 소자에 의해 4∼8 W의 출력을 갖는 고조파로 변환한다. 그 다음, 빔 스폿을 일축 방향으로 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿을 형성하고, 그 의사 선형 빔 스폿을 반도체막(502)에서 이동시킨다. 에너지 밀도는 0.01∼100 MW/cm2(바람직하게는 0.1∼10 MW/cm2)의 범위로 하면 좋다. 그리고, 의사 선형 빔 스폿을 형성하기 위한 레이저 빔의 주사 속도는 1 ×106∼1 ×107 cm/s의 범위로 한다. 장축에 수직인 방향으로의 의사 선형 빔 스폿의 주사 속도는 10∼2000 cm/s의 범위로 한다. 본 실시예에서는, 에너지가 5 W이고, 의사 선형 빔 스폿의 사이즈가 장축에서 400 ㎛, 단축에서 10∼20 ㎛이고, 장축에 수직인 방향으로의 주사 속도가 35 cm/sec인 조건에서 결정화를 행한다.
도 7(B)에 도시된 바와 같이 흰색 화살표로 나타낸 방향으로 의사 선형 빔 스폿을 주사함으로써, 고상과 액상 사이의 계면이 흰색 화살표 방향으로 연속적으로 이동될 수 있다. 따라서, 의사 선형 빔 스폿의 주사 방향으로 연속적으로 성장한 결정립이 형성된다. 이 주사 방향으로 길게 연장하는 단결정의 결정립을 형성 함으로써, 캐리어가 이동하는 방향과 교차하는 결정 입계가 거의 존재하지 않는 TFT를 형성할 수 있다.
또한, 레이저 조사를 희가스나 질소 등의 불활성 분위기에서 행할 수도 있다. 이것에 의해, 레이저 조사에 의해 반도체의 표면이 거칠어지는 것을 억제할 수 있고, 계면 준위 밀도의 편차에 기인한 스레시홀드 전압의 편차를 억제할 수 있다.
반도체막(502)에의 레이저 빔의 조사에 의해, 결정성이 더욱 높아진 반도체막(503)이 형성될 수 있다.
다음에, 도 7(C)에 도시된 바와 같이, 반도체막(503)을 패터닝하여 섬 형상의 반도체막(507∼509)을 형성하고, 이 섬 형상의 반도체막(507∼509)을 이용하여 TFT로 대표되는 각종 반도체 소자가 형성된다.
예를 들어, TFT를 제조하는 경우, 섬 형상의 반도체막(507∼509)을 덮도록 게이트 절연막(도시되지 않음)을 성막한다. 이 게이트 절연막은, 예를 들어, 산화규소, 질화규소 또는 질화산화규소로 형성될 수 있다. 성막 방법은 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법을 이용할 수 있다.
다음에, 게이트 절연막 위에 도전막을 성막한 후, 이 도전막을 패터닝함으로써, 게이트 전극을 형성한다. 그리고, 게이트 전극이나 또는 패터닝된 레지스트를 마스크로 사용하여 섬 형상의 반도체막(507∼509)에 n형 또는 p형의 도전성을 부여하는 불순물을 첨가함으로써, 소스 영역, 드레인 영역, LDD 영역 등을 형성한다.
상기 일련의 공정에 의해 TFT를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 반도체장 치 제조방법은 상기한 TFT 제조방법에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 레이저 조사장치를 이용하여 결정화된 반도체막을 TFT의 활성층으로서 이용함으로써, TFT들간의 이동도, 스레시홀드 전압 및 온(on) 전류의 편차를 억제할 수 있다.
또한, 레이저 결정화 공정 전에 촉매원소를 이용한 결정화 공정을 마련하여도 좋다. 촉매원소로서는, 예를 들어, 니켈(Ni), 게르마늄(Ge), 철(Fe), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 납(Pb), 코발트(Co), 백금(Pt), 구리(Cu), 금(Au)과 같은 원소를 이용할 수 있다. 촉매원소를 이용한 결정화 공정 후에 레이저 빔에 의한 결정화 공정을 행하면, 레이저 조사에 의해 반도체막의 상부 부분이 용융하지만 반도체막의 하부 부분은 용융되지 않는다. 따라서, 반도체막의 하부 부분에 용융되지 않고 잔존한 결정이 결정핵이 되고, 그 하부 부분으로부터 반도체막의 상부 부분 쪽으로 결정화가 진행한다. 그 결과, 레이저 빔의 조사에 의한 결정화는 기판 측으로부터 반도체막의 표면으로 향하여 균일하게 진행되고, 레이저 빔에 의한 결정화 공정만의 경우에 비하여 반도체막의 결정성을 더욱 높일 수 있다. 따라서, 레이저 빔에 의한 결정화 후의 반도체막 표면이 거칠어짐이 억제될 수 있다. 따라서, 후에 형성되는 반도체 소자, 대표적으로는 TFT들 사이의 특성 편차가 더욱 억제되고, 오프 전류가 억제될 수 있다.
촉매원소를 첨가한 후에 가열처리를 행하여 결정화를 촉진시키고, 레이저 빔의 조사에 의해 결정성을 더욱 높이도록 결정화를 행할 수 있다. 또는, 가열처리의 공정은 생략될 수도 있다. 구체적으로는, 촉매원소를 첨가한 후 가열처리 대신에 레이저 빔을 반도체막에 조사하여, 결정성을 높이도록 하여도 좋다.
본 실시예에서는 반도체막의 결정화에 본 발명의 레이저 조사방법을 이용한 예를 설명하였지만, 반도체막에 도핑된 불순물 원소의 활성화를 행하는데 본 발명의 레이저 조사방법이 적용될 수도 있다.
본 실시예는 가능한 범위 내에서 실시형태 1∼4중 어느 하나와 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 실시예 1과는 달리, 레이저 결정화와 촉매원소에 의한 결정화를 조합시킨 예에 대하여 설명한다.
먼저, 반도체막(502)을 성막하는 공정까지는 실시예 1의 도 7(A)를 참조하여 행한다. 다음에, 도 8(A)에 도시된 바와 같이, 반도체막(502)의 표면에 중량 환산으로 1∼100 ppm의 Ni를 포함하는 초산 니켈염 용액을 스핀 코팅법으로 도포한다. 또한, 촉매의 첨가는 상기 방법에 한정되지 않고, 스퍼터링법, 증착법, 플라즈마 처리 등을 이용하여 첨가하여도 좋다. 그리고, 500∼650℃에서 4∼24시간, 예를 들어, 570℃에서 14시간의 가열처리를 행한다. 이 가열처리에 의해, 초산 니켈염이 도포된 표면으로부터 기판(500)쪽으로 수직 방향으로 결정화가 촉진된 반도체막(520)이 형성된다.(도 8(A))
가열처리는, 예를 들어, 램프의 복사를 열원으로 한 RTA(Rapid Thermal Anneal) 또는 가열된 기체를 이용하는 RTA(가스 RTA)에 의해 740℃의 설정 온도로 180초간 행한다. 이 설정 온도는 고온계로 측정한 기판의 온도이고, 여기서는 그 측정 온도를 가열처리 시의 설정 온도로 정의한다. 다른 방법으로서는, 어닐 노를 이용한 550℃, 4시간의 열처리도 이용될 수 있다. 결정화 온도의 저온화 및 단시간화는 촉매 작용이 있는 금속원소의 작용에 의한 것이다.
본 실시예에서는, 촉매원소로서 니켈(Ni)을 이용하고 있지만, 그 이외에도, 게르마늄(Ge), 철(Fe), 파라듐(Pd), 주석(Sn), 납(Pd), 코발트(Co), 백금(Pt), 구리(Cu), 금(Au)과 같은 원소를 이용하여도 좋다.
다음에, 도 8(B)에 도시된 바와 같이, 반도체막(520)을 본 발명의 레이저 조사장치를 이용하여 결정화한다. 레이저 결정화는 실시예 1에서 설명된 조건으로 행한다.
상기한 바와 같은 반도체막(520)에의 레이저 빔의 조사에 의해, 결정성이 더욱 높아진 반도체막(521)이 형성된다. 또한, 촉매원소를 이용하여 결정화된 반도체막(521) 내에는 촉매원소(여기에서는 Ni)가 대략 1 ×1019 원자/cm3 정도의 농도로 포함되어 있다고 생각된다. 따라서, 다음에, 반도체막(521) 내에 존재하는 촉매원소의 게터링을 행한다.
먼저, 도 8(C)에 도시된 바와 같이 반도체막(521)의 표면에 산화막(522)을 형성한다. 1 nm∼10 nm 정도의 막 두께로 산화막(522)을 형성함으로써, 후의 에칭 공정에서 반도체막(521)의 표면이 에칭에 의해 거칠어지는 것을 방지할 수 있다. 산화막(522)은 공지의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 산화막(522)은, 예를 들어, 황산, 염산, 질산 등과 과산화수소 용액을 혼합한 수용액이나 오존수를 사용하여 반도체막(521)의 표면을 산화함으로써 형성될 수 있다. 또는, 산소를 포함하는 분위기에서의 플라즈마 처리나, 가열처리, 자외선 조사 등에 의해 산화막(522)을 형성하여도 좋다. 또한, 산화막(522)을 별도로 플라즈마 CVD법이나 스퍼터링법, 증착법 등으로 형성하여도 좋다.
다음에, 희가스 원소를 1 ×1020 원자/cm3 이상의 농도로 포함하는 게터링용의 반도체막(523)을 산화막(522) 위에 스퍼터링법을 이용하여 25∼250 nm의 두께로 형성한다. 게터링용의 반도체막(523)의 질량 밀도는 에칭 시의 반도체막(521)과의 선택비를 크게 하기 위해 반도체막(521)보다 낮은 것이 바람직하다. 희가스 원소로서는, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 다수 종류의 원소가 사용된다.
다음에, 노 어닐법이나 RTA법에 따른 가열처리에 의해 게터링을 행한다. 노 어닐법이 이용되는 경우에는, 질소 분위기에서 450∼600℃로 0.5∼12시간 가열처리를 행한다. 또한, RTA법을 이용하는 경우에는, 가열용의 램프 광원을 1∼60초, 바람직하게는 30∼60초 점등시키고, 이것을 1∼10회, 바람직하게는 2∼6회 반복한다. 램프 광원의 발광 강도는 임의의 것이지만, 반도체막이 순간적으로 600∼1000℃, 바람직하게는 700∼750℃ 정도까지 가열되도록 설정한다.
가열처리에 의해 반도체막(521) 내의 촉매원소가 확산에 의해 화살표로 나타내는 바와 같이 게터링용의 반도체막(523)으로 이동하여 게터링된다.
다음에, 게터링용의 반도체막(523)을 선택적으로 에칭하여 제거한다. 이 에칭은, 플라즈마를 이용하지 않고 ClF3를 사용한 건식 에칭이나, 또는 히드라진 또는 테트라에틸암모늄 하이드로옥사이드(화학식: (CH3)4NOH)를 포함하는 용액과 같은 알칼리 용액을 사용한 습식 에칭에 의해 행해질 수 있다. 이때, 산화막(522)에 의해, 반도체막(521)이 에칭되는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 불화 수소산에 의해 산화막(522)을 제거한 후, 반도체막(521)을 패터닝하여 섬 형상의 반도체막(524∼526)을 형성한다(도 8(D)). 이들 섬 형상의 반도체막(524∼526)을 이용하여 TFT로 대표되는 각종 반도체 소자를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에서, 게터링 공정은 본 실시예에 설명한 방법에 한정되는 것은 아니다. 그 외의 방법을 이용하여 반도체막 내의 촉매원소를 저감시키도록 하여도 좋다.
본 실시예에서는, 레이저 조사가 반도체막의 상부 부분을 용융시키지만, 반도체막의 하부 부분은 용융시키지 않는다. 따라서, 반도체막의 하부 부분에 용융되지 않고 잔존한 결정이 결정핵이 되고, 그 하부 부분으로부터 반도체막의 상부 부분 쪽으로 결정화가 진행한다. 그 결과, 레이저 빔의 조사에 의한 결정화는 기판 측으로부터 반도체막의 표면으로 균일하게 진행되고, 또한 그 결정 방위가 용이하게 정렬되기 때문에, 실시예 1의 경우에 비하여, 표면이 거칠어지는 것을 억제할 수 있다. 또한, 후에 형성되는 반도체 소자, 대표적으로는 TFT들간의 특성 편차가 더욱 억제될 수 있다.
본 실시예에서는, 촉매원소를 첨가하고 나서 가열처리를 행하여 결정화를 촉진시킨 후, 레이저 빔의 조사에 의해 결정성을 더욱 높이는 구성에 대하여 설명하 였지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니고, 가열처리의 공정을 생략하여도 좋다. 구체적으로는, 촉매원소를 첨가한 후, 가열처리 대신에 레이저 빔을 조사하여 결정성을 높이도록 하여도 좋다.
본 실시예는 가능한 범위 내에서 실시형태 1∼4 및 실시예 1중 어느 하나와 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 본 발명의 레이저 조사장치에 의한 결정화 방법과 촉매원소에 의한 결정화 방법을 조합시킨, 실시예 2와는 다른 예에 대하여 설명한다.
먼저, 반도체막(502)을 성막하는 공정까지는 실시예 1의 도 7(A)을 참조하여 행한다. 다음에, 개구부를 가지는 마스크(540)를 반도체막(502) 위에 형성한다. 그리고, 도 9(A)에 도시된 바와 같이, 반도체막(502)의 표면에 중량 환산으로 1∼100 ppm의 Ni를 포함하는 초산 니켈염 용액을 스핀 코팅법으로 도포한다. 촉매의 첨가는 상기 방법에만 한정되지 않고, 스퍼터링법, 증착법, 플라즈마 처리 등을 이용하여도 좋다. 도포된 초산 니켈염 용액은 마스크(540)의 개구부에서 반도체막(502)과 접한다.(도 9(A))
다음에, 500∼650℃에서 4∼24시간, 예를 들어, 570℃, 14시간의 가열처리를 행한다. 이 가열처리에 의해, 초산 니켈염 용액이 도포된 표면으로부터 실선의 화살표로 나타내는 바와 같이 결정화가 촉진된 반도체막(530)이 형성된다(도 9(A)). 가열처리의 방법은 상기 방법에 한정되지 않고, 실시예 2에서 나타낸 방법과 같은 그 외의 방법으로 행하여도 좋다. 촉매원소로서는, 실시예 2에 예시한 원소를 이 용할 수도 있다.
다음에, 마스크(540)를 제거한 후, 도 9(B)에 도시된 바와 같이 반도체막(530)을 본 발명의 레이저 조사장치를 이용하여 결정화한다. 레이저 결정화는 실시예 1에 설명된 조건 하에 행해질 수 있다. 반도체막(530)에의 레이저 조사에 의해, 결정성이 더욱 높아진 반도체막(531)이 형성된다.
또한, 도 9(B)에 도시된 바와 같이 촉매원소를 이용하여 결정화된 반도체막(531) 내에는 촉매원소(여기에서는 Ni)가 대략 1 ×1019 원자/cm3 정도의 농도로 포함되어 있다고 생각된다. 따라서, 다음에, 반도체막(531) 내에 존재하는 촉매원소의 게터링을 행한다.
먼저, 도 9(C)에 도시된 바와 같이, 반도체막(531)을 덮도록 마스크용의 산화규소막(532)을 150 nm의 두께로 형성하고, 이 산화규소막(532)을 패터닝하여 개구부를 마련하여, 반도체막(531)의 일부를 노출시킨다. 그리고, 반도체막(531)의 노출된 부분에 인을 첨가하여, 인이 첨가된 게터링 영역(533)을 형성한다. 이 상태로 질소 분위기에서 550∼800℃로 5∼24시간, 예를 들어, 600℃로 12시간 열처리를 행하면, 인이 첨가된 게터링 영역(533)이 게터링 사이트(site)로서 기능하고, 반도체막(531)에 잔존해 있던 촉매원소가 인이 첨가된 게터링 영역(533)으로 이동한다.
그리고, 인이 첨가된 게터링 영역(533)을 에칭으로 제거함으로써, 반도체막(531)의 나머지 영역에서 촉매원소의 농도가 1 ×1017 원자/cm3 이하로 저감될 수 있다. 다음에, 마스크용의 산화규소막(532)을 제거한 후, 반도체막(531)을 패터닝하여 섬 형상의 반도체막(534∼536)을 형성한다(도 9(D)). 이들 섬 형상의 반도체막(534∼536)을 이용하여 TFT로 대표되는 각종 반도체 소자를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에서 게터링 방법은 본 실시예에 설명한 방법에 한정되는 것은 아니다. 그 외의 방법을 이용하여 반도체막 내의 촉매원소를 저감하도록 하여도 좋다.
본 실시예에서는, 레이저 조사가 반도체막의 상부 부분을 용융시키지만, 반도체막의 하부 부분은 용융시키지 않는다. 따라서, 반도체막의 하부 부분에 용융되지 않고 잔존한 결정이 결정핵이 되고, 그 하부 부분으로부터 반도체막의 상부 부분 쪽으로 결정화가 진행한다. 그 결과, 레이저 빔의 조사에 의한 결정화는 기판 측으로부터 반도체막의 표면으로 균일하게 진행되고, 또한 그 결정 방위가 용이하게 정렬되기 때문에, 실시예 1의 경우에 비하여, 표면이 거칠어지는 것을 억제할 수 있다. 또한, 후에 형성되는 반도체 소자, 대표적으로는 TFT들간의 특성 편차가 더욱 억제될 수 있다.
본 실시예는 가능한 범위 내에서 실시형태 1∼4 및 실시예 1과 2중 어느 하나와 자유롭게 조합될 수 있다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, 본 발명의 레이저 조사장치를 이용하여 제작될 수 있는 반도체 표시장치들 중 하나인 발광장치의 화소 구성에 대하여 도 10을 이용하여 설명한다.
도 10에서, 기판(6000) 위에 하지막(6001)이 형성되어 있고, 이 하지막 (6001) 위에 트랜지스터(6002)가 형성되어 있다. 트랜지스터(6002)는 섬 형상의 반도체막(6003)과, 게이트 전극(6005)과, 섬 형상의 반도체막(6003)과 게이트 전극(6005) 사이에 끼워진 게이트 절연막(6004)을 가지고 있다.
섬 형상의 반도체막(6003)은 본 발명의 레이저 조사장치를 이용함으로써 결정화된 다결정 반도체막으로 형성되어 있다. 이 섬 형상의 반도체막은 규소뿐만 아니라 실리콘 게르마늄을 사용하여 형성되어도 좋다. 실리콘 게르마늄을 이용하는 경우, 게르마늄의 농도는 0.01∼4.5 원자% 정도인 것이 바람직하다. 또한, 질화탄소가 첨가된 규소를 이용하여도 좋다.
게이트 절연막(6004)으로서는, 산화규소, 질화규소 또는 산화질화규소를 이용할 수 있다. 또한, 게이트 절연막(6004)은 이들을 적층한 막, 예를 들어, SiO2 상에 SiN을 적층한 막으로 형성하여도 좋다. 또한, 게이트 전극(6005)은 Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu로 이루어진 군에서 선택된 원소, 또는 상기 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 혹은 화합물 재료로 형성된다. 또한, 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 규소막으로 대표되는 반도체막을 이용하여도 좋다. 또한, 단층의 도전막뿐만 아니라 다수의 층으로 된 도전막도 게이트 전극(6005)으로서 사용될 수 있다.
트랜지스터(6002)는 제1 층간절연막(6006)으로 덮여 있고, 이 제1 층간절연막(6006) 위에는 제2 층간절연막(6007)과 제3 층간절연막(6008)이 적층되어 있다. 제1 층간절연막(6006)은 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법을 이용하여 산화규소, 질화규소 또는 산화질화규소막을 단층으로 또는 적층하여 형성될 수 있다.
제2 층간절연막(6007)은 유기 수지막, 무기 절연막, 실록산계 수지막 등으로 형성될 수 있다. 실록산계 수지란, Si-O-Si 결합을 포함하는 수지로서 정의된다. 실록산계 수지는 치환기로서 적어도 수소를 함유하는 유기 기(예를 들어, 알킬기 또는 방향족 탄화수소)을 포함한다. 또는, 치환기로서 불소 기가 포함될 수도 있다. 또한, 적어도 수소를 함유하는 유기 기와 불소 기가 치환기로서 포함될 수도 있다. 본 실시예에서는, 비감광성의 아크릴을 이용한다. 제3 층간절연막(6008)은 수분이나 산소 등의 발광 소자의 열화를 촉진시키는 원인이 되는 물질을 다른 절연막에 비하여 투과시키기 어려운 막으로 형성된다. 대표적으로는, 예를 들어, DLC막, 질화탄소막, RF 스퍼터링법 등으로 형성한 질화규소막 등을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 도 10에서, 부호 6010은 제1 전극, 부호 6011은 전계발광(EL) 층, 부호 6012는 제2 전극을 나타내고, 제1 전극(6010)과 전계발광 층(6011)과 제2 전극(6012)이 겹쳐 있는 부분이 발광 소자(6013)에 상당한다. 트랜지스터(6002)들 중 하나는 발광 소자(6013)에 공급되는 전류를 제어하는 구동용 트랜지스터이고, 발광 소자(6013)에 직접 또는 다른 회로 소자를 통하여 직렬로 접속되어 있다. 전계발광 층(6011)은 단일의 발광층이거나 혹은 발광층을 포함하는 다수의 층이 적층된 구성을 가지고 있다.
제1 전극(6010)은 제3 층간절연막(6008) 위에 형성되어 있다. 또한, 제3 층간절연막(6008) 상에는 격벽으로서 유기 수지막(6014)이 형성되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 격벽으로서 유기 수지막을 이용하고 있지만, 무기 절연막, 실록산계 수지 등이 격벽으로서 이용될 수도 있다. 유기 수지막(6014)은 개구부(6015)를 가지고 있고, 이 개구부(6015)에서, 제1 전극(6010)과 전계발광 층(6011)과 제2 전극(6012)이 겹침으로써 발광 소자(6013)가 형성되어 있다.
그리고, 유기 수지막(6014) 및 제2 전극(6012) 위에 보호막(6016)이 형성되어 있다. 이 보호막(6016)은 제3 층간절연막(6008)과 마찬가지로, 수분이나 산소 등의 발광 소자의 열화를 촉진시키는 원인이 되는 물질을 다른 절연막에 비하여 투과시키기 어려운 막이고, 예를 들어, DLC막, 질화탄소막, RF 스퍼터링법으로 형성된 질화규소막 등이 보호막(6016)으로서 이용된다.
또한, 유기 절연막(6014)의 개구부(6015)의 엣지부는 유기 수지막(6014)과 부분적으로 겹치는 전계 발광층(6011)에 구멍이 생기지 않도록 둥그스름하게 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 개구부의 엣지부에서의 유기 수지막의 단면이 대략 0.2∼2 ㎛의 곡률반경을 가지는 것이 바람직하다. 상기 구성에 의해, 후에 형성되는 전계 발광층 및 제2 전극의 커버리지를 양호하게 할 수 있고, 제1 전극(6010)과 제2 전극(6012)에 형성된 구멍에서 전계발광 층(6011)이 쇼트하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전계발광 층(6011)의 응력을 완화시킴으로써, 발광 영역이 감소하는 수축(shrink)이라 불리는 불량을 저감시킬 수 있고, 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 도 10은 유기 수지막(6014)으로서 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 이용한 예를 나타내고 있다. 감광성 유기 수지에는, 광, 전자, 이온 등의 에너지선이 노광된 영역이 제거되는 포지티브형과, 노광된 영역이 제거되지 않는 네가티 브형이 있다. 본 발명에서는 네가티브형 유기 수지막을 이용하여도 좋다. 또한, 감광성 폴리이미드를 사용하여 유기 수지막(6014)을 형성하여도 좋다. 네가티브형 아크릴을 사용하여 유기 수지막(6014)을 형성한 경우, 개구부(6015)의 엣지부가 S자 형상의 단면 형상을 가진다. 이때, 개구부의 상부 및 하부에서의 곡률 반경은 0.2∼2 ㎛로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 전극(6010)과 제2 전극(6012)중 어느 한쪽이 양극, 다른쪽이 음극에 상당한다.
양극은 산화인듐주석(ITO), 산화아연(ZnO), 산화인듐아연(IZO), 갈륨을 첨가한 산화아연(GZO) 등의 투광성의 도전 산화물 재료로 형성될 수 있다. 또한, ITO 및 산화규소를 포함하는 산화인듐주석(이하, ITSO라 칭함), 또는 산화규소를 포함한 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 것을 이용하여도 좋다. 또한, 양극은 상기 투광성의 도전 산화물 재료 이외에, 예를 들어, TiN, ZrN, Ti, W, Ni, Pt, Cr, Ag, Al 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 다수로 된 단층 막; 질화티탄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층으로 된 2층 막; 질화티탄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화티탄막과의 적층으로 된 3층 막 등으로 형성될 수도 있다. 양극이 투광성의 도전 산화물 재료 이외의 재료로 형성되고 양극측으로부터 광이 방출되는 경우, 양극은 광이 투과하는 정도의 막 두께(바람직하게는 5∼30 nm)로 형성된다.
음극은 일함수가 작은 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등으로 형성될 수 있다. 구체적으로는, Li 또는 Cs 등의 알칼리 금속; Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속; 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li, Mg:In 등); 및 이들의 화합물(CaF2 또는 CaN); 또는 Yb나 Er 등의 희토류 금속이 음극으로서 사용될 수 있다. 또한, 전계발광 층(6011) 중에 전자 주입층이 제공되는 경우, Al 등의 다른 도전층을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 음극측으로부터 광을 방출하는 경우에는 음극이 산화인듐주석(ITO), 산화아연(ZnO), 산화인듐아연(IZO), 갈륨을 첨가한 산화아연(GZO) 등의 투광성의 도전 산화물 재료로 형성될 수 있다. 또한, ITO 및 산화규소를 포함하는 산화인듐주석(이하, ITSO라 칭함), 또는 산화규소 등을 포함한 산화인듐에 2∼20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 것으로 음극을 형성할 수도 있다. 투광성의 도전 산화물 재료를 이용하는 경우, 후에 형성되는 전계발광 층(6011)에 전자 주입층을 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 투광성의 도전 산화물 재료를 이용하지 않고도 음극을 광이 투과하는 정도의 막 두께(바람직하게는 5∼30 nm 정도)로 형성함으로써, 음극측으로부터 광을 꺼낼 수 있다. 이 경우, 이 음극의 상부 또는 하부에 접하도록 투광성의 도전 산화물 재료로 투광성의 도전층을 형성함으로써, 음극의 시트 저항을 억제할 수도 있다.
또한, 도 10은 발광 소자로부터 방출된 광이 기판(6000) 측으로 조사되는 구성을 나타내고 있지만, 광이 기판과는 반대측으로 조사되는 구조의 발광 소자로 하여도 좋다.
도 10에 나타낸 발광장치가 얻어진 후, 기밀성이 높고 탈가스가 적은 보호 필름(열과 압력을 가한 때 용융할 수 잇는 층을 포함하는 필름, 자외선 경화 수지 필름 등)이나 투광성의 커버재로 발광장치를 패키징(봉입)하는 것이 바람직하다. 이때, 커버재의 내부를 불활성 분위기로 하거나, 내부에 흡습성 재료(예를 들어, 산화 바륨)를 배치하면, 발광 소자의 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 실시예에서는 반도체 표시장치의 일례로서 발광장치를 나타내고 있지만, 본 발명의 제조방법을 이용하여 형성되는 반도체 표시장치는 이것에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예는 가능한 범위 내에서 실시형태 1∼4 및 실시예 1∼3중 어느 하나와 자유롭게 조합될 수 있다.
종래와 같이 광학계만을 사용하여 선형 빔 스폿을 형성하는 경우에는, 장축 방향에서의 빔 스폿의 에너지 분포를 균일화하는데 한계가 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 인접한 빔 스폿들이 사로 겹치도록 빔 스폿을 일축 방향으로 고속으로 주사함으로써 의사 선형 빔 스폿이 형성된다. 따라서, 종래의 선형 빔 스폿에 비하여 광학계를 복잡하게 함이 없이 장축 방향에서의 의사 선형 빔 스폿의 에너지 분포를 보다 균일하게 할 수 있다. 따라서, 의사 선형 빔 스폿의 장축 방향에서의 반도체막의 결정성이 보다 균일하게 될 수 있고, 또한 이 반도체막을 사용하여 형성된 반도체 소자간의 특성 편차가 억제될 수 있다.
또한, 종래의 방법과 같이 장축 방향에서의 에너지 분포를 균일화하는데 한계가 있는 경우, 선형 빔 스폿을 장축 방향으로 더 길게 연장시키는 것이 어렵기 때문에, 스루풋의 향상에 방해가 된다. 본 발명에서는, 임의의 일 지점에 조사되 는 레이저 빔의 총 에너지를 유지하면서 장축 방향으로의 레이저 빔의 주사 속도를 높임으로써, 의사 선형 빔 스폿의 장축 방향에서의 폭을 연장시킬 수 있다. 이 때문에, 광학계를 복잡화시키는 일 없이, 레이저 조사의 스루풋을 더욱 증가시킬 수 있다.
또한, 종래에는, 선형 빔 스폿을 형성하기 위해 레이저 빔을 집광하기 위한 광학계로서 원주(실린드리컬) 렌즈가 사용되었다. 본 발명에서는, 의사 선형 빔 스폿을 형성하기 위한 빔 스폿이 원형일 수 있기 때문에, 레이저 빔을 집광하기 위한 광학계로서, 구면 렌즈가 사용될 수도 있다. 구면 렌즈는 일반적으로 원주 렌즈보다도 정밀도가 높기 때문에, 더 높은 에너지 밀도와 보다 짧은 직경을 가지는 빔 스폿을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 종래의 선형 빔 스폿의 경우에 비하여, 단축 방향에서의 의사 선형 빔 스폿의 폭을 짧게 할 수 있고, 장축 방향에서의 폭을 보다 길게 할 수 있으므로, 스루풋이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 고상과 액상 사이의 계면을 의사 선형 빔 스폿의 장축 방향에 수직인 방향으로 연속적으로 이동시킴으로써, 크기가 큰 결정립이 형성될 수 있다. 따라서, 하나의 결정립 내에 적어도 하나의 섬 형성 반도체막을 형성할 수 있다. 그리하여, 캐리어가 결정 입계에서 트랩되지 않고, 캐리어 수송 특성이 감소하지 않는 반도체장치가 제공될 수 있다.

Claims (67)

  1. 레이저 발진기;
    직선을 따라 왕복 이동하도록 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사함으로써 의사(擬似) 선형 빔 스폿을 형성하기 위한 광학계; 및
    상기 의사 선형 빔 스폿의 장축에 교차하는 방향으로 상기 레이저 빔에 대한 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 포함하고;
    상기 피조사체는, 상기 의사 선형 빔 스폿이 조사되는 제1 조사 영역이 그 제1 조사 영역의 조사 후에 상기 의사 선형 빔 스폿이 조사되는 제2 조사 영역과 부분적으로 겹치도록 상기 이동 수단에 의해 이동되고,
    상기 의사 선형 빔 스폿의 위치는 상기 제1 조사 영역이 완전히 고화(固化)되기 전에 상기 제1 조사 영역으로부터 상기 제2 조사 영역으로 상기 이동 수단에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학계가 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔이, 상기 피조사체가 상기 이동 수단에 의해 이동되는 것보다 빠르게 상기 광학계에 의해 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  6. 레이저 발진기;
    직선을 따라 왕복 이동하도록 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계; 및
    상기 레이저 빔의 주사 방향에 교차하는 방향으로 상기 레이저 빔에 대한 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 포함하고;
    상기 레이저 빔은 상기 광학계와 상기 이동 수단에 의해 상기 피조사체 위에 파형 선 또는 톱니형 선을 따라 주사되고,
    상기 레이저 빔이 제1 방향전환 점으로부터 제2 방향전환 점을 거쳐 제3 방향전환 점으로 상기 파형 선 또는 상기 톱니형 선을 따라 주사될 때, 상기 제1 방향전환 점을 조사하는 제1 빔 스폿이 상기 제3 방향전환 점을 조사하는 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹치고,
    상기 레이저 빔은 상기 제1 빔 스폿이 조사된 상기 피조사체가 완전히 고화되기 전에 상기 제1 방향전환 점으로부터 상기 제3 방향전환 점으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광학계가 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 레이저 빔이, 상기 피조사체가 상기 이동 수단에 의해 이동되는 것보다 빠르게 상기 광학계에 의해 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  11. 레이저 발진기;
    직선을 따라 왕복 이동하도록 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계; 및
    상기 레이저 빔의 주사 방향에 교차하는 방향으로 상기 레이저 빔에 대한 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 포함하고;
    상기 레이저 빔은 상기 광학계와 상기 이동 수단에 의해 균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라 주사되고,
    상기 직선들 중 제1 직선을 따라 상기 레이저 빔이 조사되는 제1 조사 영역이 상기 제1 직선에 인접한 제2 직선을 따라 상기 레이저 빔이 조사되는 제2 조사 영역과 부분적으로 겹치고,
    상기 제2 조사 영역에는, 상기 제1 조사 영역이 완전히 고화되기 전에 상기 레이저 빔이 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광학계가 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 레이저 빔이, 상기 피조사체가 상기 이동 수단에 의해 이동되는 것보다 빠르게 상기 광학계에 의해 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  16. 레이저 발진기;
    직선을 따라 왕복 이동하도록 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계; 및
    상기 레이저 빔의 주사 방향에 교차하는 방향으로 상기 레이저 빔에 대한 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 포함하고;
    상기 레이저 빔은 상기 광학계와 상기 이동 수단에 의해 상기 피조사체 위에서 파형 선 또는 톱니형 선을 따라 주사되고,
    상기 레이저 빔이 제1 방향전환 점으로부터 제2 방향전환 점을 거쳐 제3 방향전환 점으로 상기 파형 선 또는 상기 톱니형 선을 따라 주사될 때, 상기 제1 방향전환 점을 조사하는 제1 빔 스폿이 상기 제3 방향전환 점을 조사하는 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹치고,
    상기 레이저 빔은 100 ns 내에 상기 제1 방향전환 점으로부터 상기 제3 방향전환 점으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 광학계가 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 레이저 빔이, 상기 피조사체가 상기 이동 수단에 의해 이동되는 것보다 빠르게 상기 광학계에 의해 주사되는 것을 특징으로 하는 레 이저 조사장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  21. 레이저 발진기;
    직선을 따라 왕복 이동하도록 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계; 및
    상기 레이저 빔의 주사 방향에 교차하는 방향으로 상기 레이저 빔에 대한 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 포함하고;
    상기 레이저 빔은 상기 광학계와 상기 이동 수단에 의해 균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라 주사되고,
    상기 직선들 중 제1 직선을 따라 상기 레이저 빔으로 상기 피조사체를 주사함으로써 형성되는 제1 조사 영역이 상기 제1 직선에 인접한 제2 직선을 따라 상기 레이저 빔으로 상기 피조사체를 주사함으로써 형성되는 제2 조사 영역과 부분적으로 겹치고,
    상기 레이저 빔은 100 ns 내에 상기 제1 조사 영역으로부터 상기 제2 조사 영역으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 광학계가 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 레이저 빔이, 상기 피조사체가 상기 이동 수단에 의해 이동되는 것보다 빠르게 상기 광학계에 의해 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  26. 레이저 발진기와;
    균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계를 포함하고;
    상기 직선들 중 제1 직선을 따라 상기 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제1 의사 선형 빔 스폿이 상기 제1 직선에 인접한 제2 직선을 따라 상기 레이저 빔 을 주사함으로써 형성되는 제2 의사 선형 빔 스폿과 부분적으로 겹치고,
    상기 제2 의사 선형 빔 스폿은 상기 제1 의사 선형 빔 스폿이 조사된 조사 영역이 완전히 고화되기 전에 상기 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 광학계가, 상기 레이저 빔을 제1 방향으로 주사하기 위한 제1 광학계와, 상기 레이저 빔을 상기 제1 방향에 교차하는 방향으로 주사하기 위한 제2 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학계 각각이 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 레이저 빔에 대한 상기 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  30. 제 26 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  31. 제 26 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  32. 레이저 발진기와;
    균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계를 포함하고;
    상기 직선들 중 제1 직선을 따라 상기 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제1 의사 선형 빔 스폿이 상기 제1 직선에 인접한 제2 직선을 따라 상기 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제2 의사 선형 빔 스폿과 부분적으로 겹치고,
    상기 제2 의사 선형 빔 스폿은 상기 제1 의사 선형 빔 스폿이 조사된 조사 영역이 완전히 고화되기 전에 상기 레이저 빔을 주사함으로써 형성되기 시작하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 광학계가, 상기 레이저 빔을 제1 방향으로 주사하기 위한 제1 광학계와, 상기 레이저 빔을 상기 제1 방향에 교차하는 방향으로 주사하기 위한 제2 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학계 각각이 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 레이저 빔에 대한 상기 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  36. 제 32 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  37. 제 32 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  38. 레이저 발진기와;
    균일한 간격으로 배열된 다수의 직선을 따라 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계를 포함하고;
    상기 직선들 중 제1 직선을 따라 상기 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제1 의사 선형 빔 스폿이 상기 제1 직선에 인접한 제2 직선을 따라 상기 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 제2 의사 선형 빔 스폿과 부분적으로 겹치고,
    상기 제2 의사 선형 빔 스폿은 상기 제1 의사 선형 빔 스폿의 형성 후 100 ns 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 광학계가, 상기 레이저 빔을 제1 방향으로 주사하기 위한 제1 광학계와, 상기 레이저 빔을 상기 제1 방향에 교차하는 방향으로 주사하기 위한 제2 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학계 각각이 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  41. 제 38 항에 있어서, 상기 레이저 빔에 대한 상기 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  42. 제 38 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  43. 제 38 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  44. 레이저 발진기와;
    파형 선 또는 톱니형 선을 따라 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계를 포함하고;
    상기 레이저 빔이 제1 방향전환 점으로부터 제2 방향전환 점을 거쳐 제3 방향전환 점으로 상기 파형 선 또는 상기 톱니형 선을 따라 주사될 때, 상기 제1 방향전환 점에 중심을 둔 제1 빔 스폿이 상기 제3 방향전환 점에 중심을 둔 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹치고,
    상기 레이저 빔은 상기 제1 빔 스폿이 조사된 조사 영역이 완전히 고화되기 전에 상기 제1 방향전환 점으로부터 상기 제3 방향전환 점으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 광학계가, 상기 레이저 빔을 제1 방향으로 주사하기 위한 제1 광학계와, 상기 레이저 빔을 상기 제1 방향에 교차하는 방향으로 주사하기 위한 제2 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학계 각각이 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  47. 제 44 항에 있어서, 상기 레이저 빔에 대한 상기 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  48. 제 44 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  49. 제 44 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  50. 레이저 발진기와;
    파형 선 또는 톱니형 선을 따라 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저 빔을 주사하기 위한 광학계를 포함하고;
    상기 레이저 빔이 제1 방향전환 점으로부터 제2 방향전환 점을 거쳐 제3 방향전환 점으로 상기 파형 선 또는 상기 톱니형 선을 따라 주사될 때, 상기 제1 방향전환 점에 중심을 둔 제1 빔 스폿이 상기 제3 방향전환 점에 중심을 둔 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹치고,
    상기 레이저 빔이 100 ns 내에 상기 제1 방향전환 점으로부터 상기 제3 방향전환 점으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 광학계가, 상기 레이저 빔을 제1 방향으로 주사하기 위한 제1 광학계와, 상기 레이저 빔을 상기 제1 방향에 교차하는 방향으로 주사하기 위한 제2 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  52. 제 51 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학계 각각이 음향 광학 소자, 다각형 미러, 또는 공진 스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  53. 제 50 항에 있어서, 상기 레이저 빔에 대한 상기 피조사체의 위치를 이동시키는 이동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  54. 제 50 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가 지는 펄스 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  55. 제 50 항에 있어서, 상기 레이저 발진기가 연속 발진형 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 조사장치.
  56. 반도체막의 제1 영역을 용융시키도록 제1 방향을 따라 레이저 빔으로 상기 제1 영역을 첫번째 주사하는 단계와;
    상기 제1 영역을 주사한 후, 상기 반도체막의 제2 영역을 용융시키도록 제2 방향을 따라 상기 레이저 빔으로 상기 제2 영역을 두번째 주사하는 단계를 포함하고;
    상기 제1 영역이 상기 제2 영역과 부분적으로 겹치고, 상기 레이저 빔으로 상기 제2 영역을 주사하는 동안 상기 제1 영역의 적어도 일부가 용융 상태에 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  57. 제 56 항에 있어서, 결정이 상기 제1 영역으로부터 상기 제1 영역이 상기 제2 영역과 겹치는 영역을 거쳐 상기 제2 영역으로 연속적으로 성장하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  58. 제 56 항에 있어서, 상기 제2 영역의 일부에 상기 레이저 빔이 조사될 때, 상기 제2 영역과 겹치는 상기 제1 영역의 부분은 적어도 부분적으로는 상기 레이저 빔으로의 상기 제1 영역의 첫번째 주사에 기인하여 용융 상태에 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  59. 제 56 항에 있어서, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 선 형상을 가지고, 상기 제1 방향이 상기 제2 방향과 동일하며, 상기 제1 영역이 상기 제1 방향을 따라 상기 제2 영역과 부분적으로 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  60. 제 56 항에 있어서, 상기 레이저 빔이 연속 발진형 레이저 발진기로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  61. 제 56 항에 있어서, 상기 레이저 빔이 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  62. 반도체막에 레이저 빔을 조사하여 그 반도체막을 결정화하는 것을 포함하는 반도체장치 제작방법에 있어서,
    상기 반도체막이 파형 선 또는 톱니형 선을 따라 상기 레이저 빔으로 주사되고,
    상기 레이저 빔이 제1 방향전환 점으로부터 제2 방향전환 점을 거쳐 제3 방향전환 점으로 상기 파형 선 또는 상기 톱니형 선을 따라 주사될 때, 상기 제1 방 향전환 점에 중심을 둔 제1 빔 스폿이 상기 제3 방향전환 점에 중심을 둔 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹치고,
    상기 제2 빔 스폿은 상기 제1 빔 스폿이 주사된 상기 반도체막이 완전히 고화되기 전에 상기 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  63. 제 62 항에 있어서, 상기 레이저 빔이 연속 발진형 레이저 발진기로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  64. 제 62 항에 있어서, 상기 레이저 빔이 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  65. 반도체막에 레이저 빔을 조사하여 그 반도체막을 결정화하는 것을 포함하는 반도체장치 제작방법에 있어서,
    상기 반도체막이 빗형(comb-like) 선을 따라 상기 레이저 빔으로 주사되고,
    상기 레이저 빔이 제1 각도로부터 제2 각도 및 제3 각도를 거쳐 제4 각도로 상기 빗형 선을 따라 주사될 때, 상기 제1 각도에 중심을 둔 제1 빔 스폿이 상기 제4 각도에 중심을 둔 제2 빔 스폿과 부분적으로 겹치고,
    상기 제2 빔 스폿은 상기 제1 빔 스폿이 주사된 상기 반도체막이 완전히 고 화되기 전에 상기 레이저 빔을 주사함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  66. 제 65 항에 있어서, 상기 레이저 빔이 연속 발진형 레이저 발진기로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
  67. 제 65 항에 있어서, 상기 레이저 빔이 100 MHz 이상의 반복 주파수를 가지는 펄스 발진형 레이저 발진기로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제작방법.
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