KR20080045205A - 고주파 레이저를 사용하는 박막의 균일한 후속적 측면고상화를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

고주파 레이저를 사용하는 박막의 균일한 후속적 측면고상화를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

일측면에서, 박막을 가공하기 위한 방법은 제1 레이저 빔 펄스로부터 제1 세트의 형상화된 빔렛(beamlet)을 생성하는 단계로서, 상기 제1 세트의 빔렛의 빔렛 각각은 y-방향을 규정하는 길이, x-방향을 규정하는 폭, 및 조사된 막 영역 내의 두께 전체에 걸쳐 막을 실질적으로 용해시키기에 충분하고, 또한 일정 간극을 두고 제1 세트의 빔렛 중 인접하는 빔렛으로부터 x-방향으로 이격되는 에너지 밀도를 갖는, 상기 제1 세트의 형상화된 빔렛 생성 단계와; x-방향에 실질적으로 평행한 결정 입자를 포함하고, 형상화된 빔렛 각각의 길이 및 폭과 실질적으로 동일한 길이 및 폭을 가지며, 상기 형상화된 빔렛을 분리하는 간극과 실질적으로 동일한 간극으로 인접한 결정화된 영역으로부터 분리되는 제1 세트의 결정화 영역을 형성하도록 냉각시 측면 결정화하는 제1 세트의 용융 구역을 형성하기 위해 상기 제1 세트의 형상화된 빔렛으로 막의 제1 영역을 조사하는 단계와; 제2 레이저 빔 펄스로부터 제2 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 단계로서, 제2 세트의 빔렛의 각각의 빔렛은 제1 세트의 빔렛의 각각의 빔렛의 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격과 실질적으로 동일한 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격을 갖는, 상기 제2 세트의 형상화된 빔렛 생성 단계와; 제1 세트의 결정화된 영역으로부터 x-방향으로 변위된 제2 세트의 용융 구역을 형성하기 위해, 제2 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제2 영역을 조사하도록 상기 막을 연속적으로 주사하는 단계로서, 상기 제2 용융 구역의 적어도 하나의 용융 구역은 제1 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으 로 중첩하고, 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 결정의 성장을 형성하도록 냉각시 결정화하는 것인 연속적인 주사 단계를 포함한다.

Description

고주파 레이저를 사용하는 박막의 균일한 후속적 측면 고상화를 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR UNIFORM SEQUENTIAL LATERAL SOLIDIFICATION OF THIN FILMS USING HIGH FREQUENCY LASERS}
개시된 주요 요지는 일반적으로 박막의 레이저 결정화에 관한 것이다.
반도체 가공의 분야에서, 비결정질의 실리콘 박막을 다결정 막으로 변환시키기 위해 많은 기술이 개시되어 있다. 이러한 기술 중 하나로서 후속적 측면 고상화(sequential lateral solidification; SLS)가 있다. SLS는 이에 한정되는 것은 아니나, 열에 취약한 기판(예를 들어, 유리 및 플라스틱)과 같은 기판상에 신장된 결정 입자를 갖는 다결정 막을 생성할 수 있는 펄스 레이저 다결정화 가공법이다. SLS 시스템 및 가공 방법의 예가, 전체 내용이 본원에 참조되는 공동 소유의 미국 특허 제 6,322,625 호 및 제 6,368,945 호에 개시된다.
SLS는 기판 상의 비결정질 또는 다결정 박막의 영역을 용해하기 위해 제어된 레이저 펄스를 사용한다. 그 후, 상기 막의 용해된 영역은 방향성을 갖고 고상화된 측면 종렬식 미세 구조(directionally solidified lateral columnar microstructure) 또는 복수의 위치-제어식 대형 단일 결정 영역으로 측면 결정화한다. 일반적으로, 용해/결정화 처리는 박막의 표면 상에서 후속적으로 반복된다. 그 후, 이미지 센서 및 능동 매트릭스형 액정 표시 장치(AMLCD)와 같은 하나 이상의 장치가 결정화된 막으로 제조될 수 있다. AMLCD에 있어서, 박막 트랜지스터(TFTs)의 규칙적인 배열은 투과성 기판상에 제조되며, 각각의 트랜지스터는 화소 제어기로서의 역할을 한다.
다결정 물질이 TFTs를 갖는 장치를 제조하기 위해 사용될 때, TFT 채널 내의 캐리어 이동에 대한 전체 저항은 캐리어가 소정의 포텐셜의 영향하에서 이동함에 따라, 상기 캐리어가 지나야할 배리어의 결합에 의해 영향을 받는다. SLS에 의해 가공된 물질 내에서, 만약 캐리어가 다결정 물질의 입자 장축에 대해 수직 방향으로 이동하는 경우, 상기 캐리어는 훨씬 많은 입자 경계를 지나게 되며, 이에 따라, 입자 장축에 대해 평행하게 이동하는 경우에 비해 보다 큰 저항을 받게 된다. 따라서, 일반적으로, SLS 가공된 다결정 막 상에 제조되는 TFT 장치의 성능은 막의 입자 장축에 대해, 채널 내의 막의 미세 구조에 종속한다.
일측면에서, 박막을 가공하기 위한 방법은 제1 레이저 빔 펄스로부터 제1 세트의 형상화된 빔렛(beamlet)을 생성하는 단계로서, 상기 제1 세트의 빔렛의 빔렛 각각은 y-방향을 규정하는 길이, x-방향을 규정하는 폭, 및 조사된 막 영역 내의 두께 전체에 걸쳐 막을 실질적으로 용해시키기에 충분하고, 또한 일정 간극을 두고 제1 세트의 빔렛 중 인접하는 빔렛으로부터 x-방향으로 이격되는 에너지 밀도를 갖는, 상기 제1 세트의 형상화된 빔렛 생성 단계와; x-방향에 실질적으로 평행한 결정 입자를 포함하고, 형상화된 빔렛 각각의 길이 및 폭과 실질적으로 동일한 길이 및 폭을 가지며, 상기 형상화된 빔렛을 분리하는 간극과 실질적으로 동일한 간극으로 인접한 결정화된 영역으로부터 분리되는 제1 세트의 결정화 영역을 형성하도록 냉각시 측면 결정화하는 제1 세트의 용융 구역을 형성하기 위해 상기 제1 세트의 형상화된 빔렛으로 막의 제1 영역을 조사하는 단계와; 제2 레이저 빔 펄스로부터 제2 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 단계로서, 제2 세트의 빔렛의 각각의 빔렛은 제1 세트의 빔렛의 각각의 빔렛의 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격과 실질적으로 동일한 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격을 갖는, 상기 제2 세트의 형상화된 빔렛 생성 단계와; 제1 세트의 결정화된 영역으로부터 x-방향으로 변위된 제2 세트의 용융 구역을 형성하기 위해, 제2 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제2 영역을 조사하도록 상기 막을 연속적으로 주사하는 단계로서, 상기 제2 용융 구역의 적어도 하나의 용융 구역은 제1 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 결정의 성장을 형성하도록 냉각시 결정화하는 것인 연속적인 주사 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예는 다음의 특징 중 하나 이상을 포함한다. 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역은 제1 세트의 결정화 영역의 2개의 인접한 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 2개의 인접한 결정화 영역 내의 결정의 성장을 형성하도록 냉각시 결정화한다. 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역과 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 2개의 인접한 결정화 영역 사이의 중첩 범위는 x-방향으로 실질적으로 평행한 결정 입자를 갖는 실질적으로 균일한 결정 미세 구조를 경계 짓는 인접하는 범위를 형성한다. 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛의 빔렛 각각은 적어도 하나의 테이퍼진 말단부를 포함한다. 상기 테이퍼진 말단부는 사다리꼴을 포함한다. 테이퍼진 말단부는 삼각형을 포함한다. 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛의 빔렛 각각의 형상화는 1:5 내지 1:5000의 폭 대 길이 종횡비를 갖는다. 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛의 빔렛 각각의 형상화는 약 4 내지 10㎛의 폭을 갖는다. 간극은 빔렛 폭보다 작은 크기를 갖는다. 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛의 간극은 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛의 빔렛의 폭의 약 절반 또는 그 이하인 폭을 갖는다. 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역은 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 성장 길이보다 크고, 상기 측면 성장 길이의 2배보다 작은 거리만큼 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역을 중첩한다. 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역은 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 성장 길이의 약 10% 내지 약 90%인 거리만큼 상기 제1 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 중첩한다. 제2 세트의 용융 구역의 적어도 하나의 용융 구역은 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 성장 길이의 약 50%만큼 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역을 중첩한다. 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역은 적어도 상기 중첩 영역에 일련의 소정의 결정 특성을 제공하기 위해 선택된 양만큼 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역을 중첩한다. 일련의 소정의 결정 특성은 화소 TFT의 채널 영역에 접합하다. 상기 막의 소정의 조사 영역은 2개 이하의 펄스에 의해 조사된다. 상기 간극은 비결정 막을 포함한다. 단계 (a), (b), (c) 및 (d)를 통합하기 위한 컴퓨터 제어가 제공된다. 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 것은 상기 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 마스크를 통해 투과하는 공정을 포함한다. 마스크는 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 투과하는 단일 열의 슬릿을 포함한다.
약 1kHz보다 큰 주파수로 상기 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 생성한다. 약 6kHz보다 큰 주파수로 상기 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 생성한다. 상기 막은 실리콘을 포함한다. 제3 레이저 빔 펄스로부터 제3 세트의 형상화된 빔렛을 생성하며, 상기 제3 세트의 형상화된 빔렛의 각각의 빔렛은 제1 및 제2 세트의 빔렛의 각각의 빔렛의 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격과 실질적으로 동일한 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격을 가지며, 제1 및 제2 세트의 결정화된 영역으로부터 x-방향으로 변위된 제3 세트의 용융 구역을 형성하기 위해, 제3 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제3 영역을 조사하도록 상기 막을 연속적으로 주사하는 것으로서, 상기 제3 용융 구역의 적어도 하나의 용융 구역은 제2 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 제2 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 결정의 성장을 형성하도록 냉각시 결정화한다. 또한, 상기 제3 용융 구역의 적어도 하나의 용융 구역은 제1 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 결정의 성장을 형성하도록 냉각시 결정화된다. 제3 세트의 용융 구역의 어떠한 용융 구역도 제1 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 중첩하지 않는다. 제1 또는 제2 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역 내에서 박막 트랜지스터를 제조하며, 상기 박막 트랜지스터는 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 결정 입자의 배향성에 대해 상대적으로 소정의 각도로 경사진다. 상기 각도는 약 1 내지 20°이다. 상기 각도는 약 1 내지 5°이다.
다른 측면에서, 막을 가공하는 시스템은 연속적인 레이저 빔 펄스를 제공하는 레이저 공급원; 각 레이저 펄스를 일련의 형상화된 빔렛으로 형상화하는 레이저 광학기로서, 상기 빔렛 각각은 y-방향을 규정하는 길이, x-방향을 규정하는 폭 및 조사 영역에 있어서 그 두께에 걸쳐 막을 실질적으로 용융하기에, 또한 일정 간극만큼 인접한 빔렛으로부터 x-방향으로 이격되기에 충분한 에너지 밀도를 가지는, 상기 레이저 광학기; 상기 막을 지지하고 적어도 x-방향으로 병진 운동할 수 있는 스테이지; 및 일련의 명령을 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 상기 명령은 제1 레이저 빔 펄스로부터 제1 일련의 형상화된 빔렛을 생성하는 명령; x-방향에 실질적으로 평행한 결정 입자를 포함하고, 형상화된 빔렛 각각의 길이 및 폭과 실질적으로 동일한 길이 및 폭을 가지며, 상기 형상화된 빔렛을 분리하는 간극과 실질적으로 동일한 간극만큼 인접한 결정화 영역으로부터 분리되는 제1 세트의 결정화 영역을 형성하기 위해, 냉각시 측면 방향으로 결정화하는 제1 세트의 용융 구역을 형성하도록 제1 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제1 영역을 조사하는 명령; 제2 레이저 빔 펄스로부터 제2 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 명령; 및 제1 세트의 결정화된 영역으로부터 x-방향으로 변위된 제2 세트의 용융 구역을 형성하기 위해, 제2 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제2 영역을 조사하도록 상기 막을 연속적으로 주사하는 명령으로서, 상기 제2 용융 구역의 적어도 하나의 용융 구역은 제1 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 결정의 성장을 형성하도록 냉각시 결정화하는 것을 포함한다.
하나 이상의 실시예는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함한다. 메모리는 2개의 인접하는 결정화 영역 내의 결정의 성장을 형성하기 위해 냉각시 결정화되는 제1 세트의 결정화 영역의 상기 2개의 인접하는 결정화 영역으로 제2 세트의 용융 구역의 적어도 하나의 용융 구역을 부분적으로 중첩하기 위한 명령을 더 포함한다. 메모리는 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역과 x-방향에 실질적으로 평행하는 결정 입자를 갖는 실질적으로 균일한 결정 미세 구조를 경계 짓는 연속적인 영역을 형성하는 제1 세트의 결정화 영역의 상기 2개의 인접하는 결정화 영역 사이의 중첩 영역 제공하기 위한 명령을 더 포함한다. 레이저 광학기는 적어도 하나의 테어퍼진 말단부를 포함하기 위해 각각의 빔렛을 형상화한다. 레이저 광학기는 상기 테이퍼진 말단부가 삼각형을 포함하도록 각각의 빔렛을 형상화한다. 레이저 광학기는 1:5 내지 1:5000의 폭 대 길이 종횡비를 갖도록 각각의 빔렛을 형상화한다. 레이저 광학기는 약 4 내지 10㎛의 폭을 갖도록 각각의 빔렛을 형상화한다. 레이저 광학기는 상기 빔렛 폭보다 작은 폭의 간극을 갖도록 상기 세트의 빔렛을 형상화한다. 레이저 광학기는 상기 빔렛의 폭의 대략 절반 또는 그 이하인 폭의 간극을 갖도록 상기 세트의 빔렛을 형상화한다. 메모리는 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 방향 성장 길이보다 크고 상기 성장 길이의 2배보다 작은 거리만큼 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 중첩하기 위한 명령을 더 포함한다. 메모리는 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 방향 성장 길이의 약 10% 초과 약 90% 미만의 거리만큼 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 중첩하기 위한 명령을 더 포함한다. 메모리는 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 방향 성장 길이의 약 50%만큼 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 중첩하기 위한 명령을 더 포함한다. 메모리는 적어도 하나의 중첩 영역에 일련의 미리 결정된 결정 특성을 제공하기 위해 선택된 양만큼 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 중첩하기 위한 명령을 더 포함한다. 상기 미리 결정된 결정 특성 세트는 화소 TFT의 채널 영역에 적합하다. 메모리는 제2 세트의 형상화된 빔렛으로 막의 제2 영역을 조사하기 위해, 제1 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제1 영역을 조사한 후, x-방향으로 상기 막을 병진 이동시키기 위한 명령을 더 포함한다. 레이저 광학기는 마스크를 포함한다. 상기 마스크는 단일 열의 슬릿을 포함한다. 레이저 공급원은 약 1kHz보다 큰 주파수로 연속적인 레이저 펄스를 제공한다. 레이저 공급원은 약 6kHz보다 큰 주파수로 연속적인 레이저 펄스를 제공한다. 상기 막은 실리콘을 포함한다. 메모리는 제3 레이저 빔 펄스로부터 제3 세트의 형상화된 빔렛을 생성하기 위한 명령; 제1 및 제2 세트의 결정화 영역으로부터 x-방향으로 변위되는 제3 세트의 용융 구역을 형성하기 위해 제3 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제3 영역을 조사하도록, 상기 막을 연속적으로 주사하는 것으로서, 상기 제3 용융 구역의 적어도 하나의 용융 구역은 제2 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 제2 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 결정의 성장을 형성하도록 냉각시 결정화하는 명령을 더 포함한다. 메모리는 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 결정의 성장을 형성하기 위해 냉각시 결정화하는 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 제3 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 부분적으로 중첩하기 위한 명령을 더 포함한다. 메모리는 제1 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역으로 제3 세트의 용융 구역의 어떠한 구역도 중첩하지 않도록 하는 명령을 더 포함한다.
도 1은 균일한 SLS를 실행하기 위한 시스템의 도표,
도 2A는 균일한 SLS를 실행하기 위한 마스크의 개략도,
도 2B는 도 2A의 마스크에 의해 형상화된 레이저 빔에 의해 조사되는 막에 대한 도면,
도 3A는 균일한 SLS를 실행하기 위한 마스크의 개략도,
도 3B는 도 3A의 마스크에 의해 형상화된 레이저 빔에 의해 조사되는 막에 대한 도면,
도 4A는 소정의 실시예에 따른, 고주파수 레이저로 균일한 SLS를 실행하기 위한 마스크의 개략도,
도 4B는 소정의 실시예에 따른, 도 4A의 마스크에 의해 형상화된 다중 레이저 빔 펄스로부터 막 상의 조사 패턴에 대한 개략도,
도 4C는 소정의 실시예에 따른, 도 4A의 마스크에 의해 형상화된 다중 레이저 빔 펄스로부터 막 상의 조사 패턴에 대한 개략도,
도 4D는 도 4A의 마스크에 의해 형상화되는 레이저 빔에 의해 조사된 막의 도면,
도 5는 다중 레이저 빔 펄스로부터 막 상의 조사 패턴에 대한 개략도.
본 발명은 TFTs가 제조될 영역에 존재하는 에지 영역의 수를 감소시키면서, 박막의 균일한 후속적 측면 고상화를 실행하기 위해 고주파 펄스 레이저를 사용하기 위한 시스템 및 방법을 개시한다. 상기 시스템 및 방법은 실질적으로 균일한 결정 배향성을 갖는 결정화 영역을 제공한다. SLS는 예를 들어, 1kHz 미만의 저주파 레이저를 사용하여 설명되었다. 종래 SLS 시스템 및 방법의 상세는 전체 내용이 본원에 참조되는 미국 특허 제 6,573,531 호에 언급되어 있다. 고주파 레이저는 본원에 개시된 실시예에서와 같이, SLS 공정에 선택적으로 사용될 수도 있다. 고주파 레이저는 저주파 레이저보다 실질적으로 고 전력으로 이용 가능하며(예를 들어, 6000Hz에서 1200W인 반면, 300Hz에서 500W), 선-주사(line-scan) SLS와 같은 다른 종류의 SLS 공정을 위해 사용될 수 있다.
도 1은 SLS 공정을 위해 사용될 수 있는 시스템의 일예를 도시한다. 예를 들어, 엑시머 레이저(110)와 같은 광원은 거울(130, 140, 160), 망원경(135), 균질화기기(145), 광속 분할기(155) 및 렌즈(165)와 같은 광학 요소를 통과하기 전에, 펄스 지속시간 확장기(120) 및 감쇠기 플레이트(125)를 통과하는 펄스 레이저 빔을 발생시킨다. 이 후, 레이저 빔 펄스는 전이 스테이지(도시되지 않음) 상에 있을 수 있는 마스크(170) 및 투사 광학기(195)를 통과한다. 상기 투사 광학기는 레이저 빔의 크기를 감소시키는 동시에, 요구되는 위치(들)에 광학 에너지 충돌 기판(199)의 강도를 증가시킨다. 기판(199)은 상기 기판(100)을 빔 아래에 정확하게 위치 설정할 수 있는 정밀 x-y-z 스테이지(200) 상에 제공되고, 상기 기판 상의 요구되는 위치에 레이저 빔에 의해 생성되는 마스크(170)의 이미지를 초점화(focusing) 또는 비초점화(decocusing)하는 것을 조력한다.
높은 균질성을 갖는 결정질 막에 이르게 하는 SLS 체계에 있어서, 상기 박막의 소정 영역은 대략 2개의 레이저 펄스로 조사되며, 이는 다 결정질 반도체 막을 생산하기 위한 비교적 신속한 방법을 제공한다. 균일한 입자 구조 SLS 방법 및 시스템에 대한 추가적인 상세 설명은 그 전체 내용이 본원에 참조되는 "단일 주사형 연속 모션 후속적 측면 고상화를 제공하기 위한 방법 및 시스템(Method and System for Providing a Single-Scan, Continuous Motion Sequential Lateral Solidification)"이라는 발명의 명칭의 PCT 국제출원 공개 번호 제 WO 2002/086954 호에 개시되어 있다. 도 2는 도 1의 시스템을 사용하여 균일한 입자 구조 SLS 체계에 사용될 수 있는 PCT 국제출원 공개 번호 제 WO 2002/086954 호에 개시된 것과 같은 마스크를 도시한다. 상기 마스크는 상기 박막을 조사하는 복수의 빔렛을 생성하기 위해 레이저 빔을 투과 및 형상화하는 복수의 직사각형 슬릿(210, 215)을 포함한다. 마스크의 다른 부분(비-슬릿부)은 불투명하다. 제1 세트의 슬릿(210)은 제2 세트의 슬릿(215)으로부터 x 및 y 축으로 오프셋된다. 마스크의 도해는 단지 개략적으로 도시되는 것이고, 또한 슬릿의 치수 및 종횡비는, 광범위하게 변경될 수 있고, 요구되는 처리 속도, 조사 영역에서 상기 막을 융해시키는데 요구되는 에너지 밀도 및 펄스 당 이용 가능한 에너지에 관련된다. 일반적으로, 소정 슬릿에 대한 폭 대 길이의 종횡비는 예를 들어, 1:5 내지 1:200과 같이 변경될 수 있다.
작동시, 스테이지는 도 2A에 도시된 마스크 내의 슬릿의 장축이 주사 방향에 실질적으로 평행하게 놓이도록, x방향으로 상기 막을 연속적으로 이동시킨다. 상기 막이 이동함에 따라, 레이저는 마스크에 의해 형상화되는, 소정의 주파수 예를 들어 300Hz로 펄스를 발생시킨다. 막 속도는 상기 막이 이동함에 따라 연속적인 레이저 펄스가 막의 중첩 영역을 조사하도록 선택된다. 따라서, 상기 막이 연속적으로 진행함에 따라, 막의 전체 표면은 결정화된다. 도 2B는 2개의 연속적인 레이저 펄스에 의해 조사된 막의 예시적인 도면을 도시한다. 막은 도 2A의 마스크에 의해 제1 세트의 빔렛으로 형상화된 제1 펄스로 조사된 제1 세트의 결정 영역(245)과, 도 2A의 마스크에 의해 형상화된 제2 펄스에 의해 조사된 각각의 제2 및 제3 세트의 결정 영역(240, 240')을 포함한다. 특히, 슬릿(210)에 의해 생성된 빔렛의 세트는 제2 세트의 결정 영역(240)을 형성하고, 슬릿(215)에 의해 생성된 빔렛의 세트는 제3 세트의 결정 영역(240')을 형성한다. 샘플을 주사할 때, 제2 레이저 펄스에 의해 생성되는 제2 세트의 결정 영역(240)의 말단부 결정 입자(270)는 제1 레이저 펄스에 의해 생성되는 제1 세트의 결정 영역(245)의 전단부 결정 입자(265)를 부분적으로 중첩한다. 역시 제2 레이저 펄스에 의해 생성되는 제3 세트의 결정 영역(240')의 결정은 제1 세트의 결정 영역(245)의 개별 영역(280) 사이의 공간을 부분적으로 충전하면서 제1 세트의 결정 영역(245)의 측면을 부분적으로 중첩한다. 상기 막이 x방향으로 주사됨에 따라, 막의 전체 표면은 결정화될 수 있다.
빔렛이 조사되고, 이에 따라 소정의 열 내의 개별 조사 영역(280)을 융해시키는 경우, 냉각시 그 영역 내의 결정은 상기 영역의 에지로부터 중앙부를 향해 성장하게 된다. 따라서, 조사 영역의 중앙부(250)에서, 빔렛의 에지가 x방향(주사방향에 평행)으로 정렬되는 경우, 결정 입자는 실질적으로 y방향(주사방향에 수직)으로 연장된다. 빔렛은 비교적 길기 때문에, 대부분의 결정 영역은 y방향으로 지향되는 결정 입자를 갖는다. 이와 달리, 각각 전단 및 말단 영역(260, 270)에서, 일부 결정은 상기 영역의 최말단으로부터 성장하며, 이로써 실질적으로 x방향(주사방향에 평행)으로 연장되고, 다른 일부는 주사 방향에 소정의 각도로 성장한다. 이러한 영역은 "에지 영역"으로 언급된다. 여기서, 융해부에서 재생되는 빔의 에지가 측방 성장의 요구되는 방향에 대해 기울어진 각도의 에지로부터 연장되는 입자의 측방 성장을 야기하기 때문에, 인공물이 발생될 수 있다.
전술된 바와 같이, 후에 상기 막 상에 제조되는 TFT의 성능은 TFT의 방향성에 대한 상기 막의 결정 방향성에 관련된다. 즉, TFT의 채널 영역에서 전자가 가 로질러야 하는 입자 경계의 수에 관련된다. 따라서, 일반적으로 성장된 막의 결정 입자 전부가 실질적으로 동일한 방향, 예를 들어 y방향으로 연장되어, 후에 상기 막 상에 제조되는 장치가 채널 영역 내에 유사한( 및 낮은) 수의 입자 경계를 갖게 되는 것이 요구된다. 전방 및 말단부 결정 입자(260, 270)는 바람직한 방향과 다른 방향으로 연장되는 결정 방향성을 갖기 때문에, 이러한 영역에 제조되는 장치는 그 성능이 감소하게 될 것이다.
이러한 문제를 다루는 하나의 방법은 그 전체 내용이 본원에 참조되는 것으로 "인공물의 감소 또는 제거를 위한 연속 모션 순차 측면 방향 고상화를 제공하는 방법 및 시스템, 이러한 인공물 감소/제거를 용이하게 하는 마스크"라는 명칭하의 PCT 국제출원 공개번호 제 WO 2005/029546 호에 개시되어 있다. 상기 마스크는 도 3A에 도시된 바와 같이, 보다 많은 평행 성장을 보장하기 위해 마스크에 의해 생성되는 레이저 빔렛 상의 테이퍼진 에지를 가공함으로써 변형될 수 있다. 마스크 내의 각각의 슬릿(410)의 양 말단부(412, 413)는 멀어지게 수렴하는 삼각형 형상의 단면을 갖는다. 도 2A와 관련하여 전술된 바와 같이, 박막을 조사하는 복수의 빔렛을 제공하기 위해 레이저 빔을 투과하고 형상화한다. 마스크의 다른 부분(비-슬릿부)은 불투명하다.
직사각형 빔렛에 대해 전술된 바와 같이, 샘플은 x방향으로 연속적으로 이동한다. 도 3B는 도 3A의 마스크에 의해 발생된 레이저 빔렛으로 여러 번 조사된 막의 예시를 도시한다. 각각의 개별 조사 영역(380)은 주사 방향에 실질적으로 수직 방향(y방향)으로 연장되는 중앙부 결정 입자(450) 및 대부분이 주사 방향에 실질적 으로 수직하게 연장되고 일부는 주사 방향에 실질적으로 평행하게 연장되는 각각 전방 및 말단부 결정 입자(460, 470)를 포함한다. 여기서, 각각의 빔렛의 말단부가 테이퍼져 있기 때문에, 조사 영역의 전방 및 말단부 내의 결정 입자는 주사 방향에 직교하는 방향성을 나타내면서 테이퍼에 대해 상대적인 각도로 성장한다. 이는 결정 영역의 나머지 부분에 대해 “에지 영역” 내의 결정 입자의 정렬을 개선할 수 있다.
샘플을 주사할 때, 제1 펄스에 의해 발생되는 말단부 결정 입자(470)는 앞선 펄스에 의해 발생된 중앙부 결정 입자(450)뿐 아니라 전단부 결정 입자(460)와도 부분적으로 중첩한다. 이러한 중첩 영역에서, 앞선 펄스로부터의 적합하게 배향된 입자(450)는 제2 펄스로부터의 말단부 결정 입자를 위한 시드 결정(seed crystal)로서 작용하여, 말단부 결정 입자(470)를 실질적으로 주사 방향에 수직인 요구되는 y방향으로 배향한다.
균일 결정 구조 SLS는 통상적으로 펄스 당 비교적 고 에너지 및 낮은 반복율(예를 들어, 펄스 당 0.5 내지 2J의 에너지, 100 내지 500W의 전력, 100 내지 300Hz의 주파수)를 갖는 엑시머 레이저를 사용한다. 펄스 에너지가 비교적 높기 때문에, 전체 빔 영역은 비교적 넓게, 예를 들어 15 내지 50mm2로 형성될 수 있다. 이러한 방식은 높은 펄스 에너지를 이용하여 넓은 표면 영역이 동시에 처리될 수 있다. 또한, 스테이지가 보다 높은 정밀도를 나타내며 이동될 수 있도록 스테이지 주사 속도를 감소시켜 빔이 보다 긴 빔렛에 걸쳐 에너지를 전파하도록 큰 종횡비, 예를 들어, 단축에 있어 1 내지 2mm, 장축에 있어 15 내지 25mm를 갖는 것이 바람직하다.
비교적 고 주파수(예를 들어, 3 내지 6kHz)의 엑시머 레이저 역시 균일한 입자 구조 SLS 체계를 위해 사용될 수 있다. 동일한 전체 빔 파워를 위해, 고주파수 레이저에 대한 펄스 당 에너지는 저주파수에 대한 것보다 낮을 것이다. 감소된 펄스 당 에너지로 인해, 그 영역 역시 완전 용융을 위해 충분한 고에너지 밀도를 유지하기 위해 감소될 필요가 있다(예를 들어, 10 내지 20배 작음). 예를 들어, 소정의 전력 및 스테이지 속도에 대해, 만약 300Hz 레이저가 1J/펄스를 갖고, 1mm의 폭으로 집중된다면, 3kHz 레이저는 단지 100mJ/펄스가 될 것이고, 이에 따라 100㎛의 폭으로 집중될 것이 요구될 것이다. 그러나, 결과적으로 '에지 영역'의 상대적인 부분은 10배만큼 증가할 것이다. 이는 만약, 다수의 장치가 이러한 에지 영역에서 고장이 나는 경우 문제가 될 것이다.
도 4A는 균일한 입자 구조 SLS를 실행하기 위해 고주파수 레이저의 사용을 가능하도록 도 1의 시스템 내에 사용될 수 있는 마스크의 일 실시예를 도시한다. 마스크(499)는 일련의 빔렛으로 고주파수(예를 들어, 3 내지 6kHz 또는 그 이상)에 의해 생성되는 레이저 빔을 형상화한다. 마스크(499)는 레이저 빔을 투과하는 복수의 슬릿(420)을 포함하고, 마스크의 다른 부분(비-슬릿부)은 불투명하고, 레이저 빔의 투과를 허용하지 않는다. 각각의 슬릿은 도 3A과 관련하여 전술되고, PCT 국제 공개 공보 제 WO 2005/029546 호에 추가로 개시되는 바와 같이 테이퍼진 말단부(421, 422)를 갖는다. 슬릿(420)의 길이는 y방향으로 배향되고, 슬릿의 폭은 x 방향으로 배향된다. 도 2A 및 도 3A와 관련하여 전술된 마스크에 있어서, 슬릿에 대한 길이 대 폭의 종횡비는 예를 들어, 1:5 내지 1:5000에 이르기까지 변경될 수 있다. 샘플에 있어서 예시적인 빔렛의 폭은 예를 들어, 4 내지 10㎛일 수 있다. 슬릿 사이의 간극은 이러한 값보다 작은 것으로 선택된다. 보다 균일한 재료에 대해, 빔 사이의 보다 큰 중첩부가 보다 균일한 입자 폭을 제공하기 때문에, 현저하게 보다 작은 것이 선택된다. 예를 들어, 간극은 약 1 내지 4㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 간극은 약 1.5㎛ 폭이고, 슬릿은 약 5.5㎛이다.
비록, 슬릿(4A)이 삼각형의 테이퍼진 에지를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 형상을 갖는 슬릿 역시 사용될 수 있다. 예를 들어, 사다리꼴 테이퍼부 및/또는 라운드형 에지를 갖는 슬릿이 사용될 수도 있다. 직사각형 슬릿 역시 사용될 수 있다. 다른 예시적인 슬릿 형상뿐 아니라, 빔렛 및 간극 폭을 선택함에 있어서의 보다 상세한 설명을 위해서는 국제출원 번호 제 WO 2005/029546 호 및 WO 2002/086954 호를 참조할 수 있다. 비록 대부분의 실시예가 마스크를 따라 소정의 공간적 주기성을 갖는 슬릿을 구비하지만, 일반적으로 슬릿 및/또는 간극에 대한 모든 치수 및/또는 형상이 동일할 필요는 없다.
작동시, 스테이지는 x방향으로 상기 막을 이동시켜, 빔렛의 장축이 주사 방향에 실질적으로 직교하도록 놓인다. 도 4B는 2개의 후속적인 레이저 펄스에 의해 조사된 막의 개략도를 도시한다. 상기 막은 제1 세트의 빔렛 내로 도 4A의 마스크에 의해 형상화된 제1 펄스로 조사된 제1 세트의 결정화 영역(487) 및 제2 세트의 빔렛 내로 도 4A의 마스크에 의해 형상화된 제2 펄스로 조사된 제2 세트의 결정화 영역(488)을 포함한다. 제1 및 제2 세트의 결정화 영역(487, 488)은 상기 제2 세트가 예를 들어, 약 50%만큼 제1 세트를 부분적으로 중첩할 수 있도록 하는 거리만큼 x방향으로 서로로부터 오프셋된다. 구체적으로, 제2 세트의 결정화 영역(488)의 서브 세트의 각각의 조사 영역(480)은 제1 세트의 결정화 영역(487)의 각각의 조사 영역(480) 사이의 서브 세트의 간극을 중첩한다. 제2 세트의 조사 영역(488)의 다른 서브 세트의 각각의 조사 영역(480)은 x방향으로 제1 세트의 결정화 영역(487) 밖으로 연장된다. 이러한 서브 세트는 아직 조사되지 않은 간극을 포함한다.
상기 막의 결정화 영역의 미세 구조의 상세한 설명은 명료화를 위해 생략하였다. 그러나, 막의 결정화 영역의 미세 구조는 특히, 각각의 빔렛의 폭 및 에너지 밀도, 슬릿의 주기성 및 인접한 조사 영역 사이의 중첩에 관련된다. 예를 들어, 제1 조사 영역에 있어서, 결정 성장은 통상적으로 조사 영역의 에지에서 개시하여 내측으로 성장한다. 이러한 유형의 성장의 일예는 예를 들어, 도 2B의 영역(240)에서 볼 수 있다. 따라서, 인접하고 중첩하는 제2 영역에서, 결정 성장은 제1 영역 내의 중첩된 존재 결정 입자로부터 개시하여 신장된 결정 입자를 생성한다. 이러한 유형의 성장의 일예는 예를 들어, 일련의 영역(240', 245) 내의 각각의 영역(280)이 도 2B에 중첩하는 경우에 볼 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 영역은 제1 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 방향 성장 길이의 약 10%보다 크고 약 90%보다 작은 거리만큼 제1 영역을 중첩할 수 있다. 간극 길이는 요구되는 중첩 길이를 제공하여, 중첩 영역을 포함하여, 결정화 영역에 대한 일련의 예정된 결정 화 특성을 제공하도록 빔렛 크기에 대해 상대적으로 선택된다. 일련의 예정된 결정화 특성은 예를 들어, 화소 TFT 영역 내의 장치의 사후 제조에 적합할 수 있다. 일반적으로, 처리 매개변수와 결과적인 막 미세 구조 사이의 관계는 당업계에 잘 공지되어 있다. 추가적인 상세한 설명은 본원에 참조되는 특허 문헌에서 찾을 수 있을 것이다.
도 4C는 제3 레이저 펄스에 의한 조사 후에, 도 4B의 막에 대한 개략도이다. 상기 막은 제3 세트의 빔렛으로 도 4A의 마스크에 의해 형상화된 제3 펄스로 조사된 제3 세트의 결정화 영역(489)을 더 포함한다. 제3 세트의 결정화 영역(489)는 제2 세트의 결정화 영역(488)을 부분적으로 중첩하지만, 제1 세트의 결정화 영역(487)을 중첩하지는 않는다. 구체적으로, 제3 세트의 결정화 영역의 각각의 조사 영역(480)의 서브 세트는 제2 세트의 결정화 영역의 각각의 조사 영역(480) 사이의 미조사 간극, 즉 x방향으로 제1 세트의 결정화 영역(487) 밖으로 연장되는 제2 세트의 결정화 영역(488)의 서브 세트 내의 간극을 중첩한다. 대부분의 실시예에서, 제1 및 제2 조사 사이의 변위는 제2 및 제3 조사 사이의 변위와 실질적으로 동일하며, 이로써 레이저 반복율은 실질적으로 일정하고, 상기 막은 실질적으로 일정한 속도로 주사될 수 있는 것으로 간주됨을 주목하여야 한다. 요약하면, 막이 x방향으로 추가로 주사됨에 따라, 조사 영역의 에지는 앞서 주사된 영역에 중첩하거나, 후속하는 주사 영역에 의해 중첩되어 상기 막을 균일하게 결정화하게 된다.
도 4D는 3개의 레이저 펄스에 의한 조사 후의 도 4C의 막의 미세 구조에 대한 예시를 도시한다. 상기 막은 실질적으로 균일하게 결정화된 중앙 영역(490)과, 균일하게 결정화되지 않아 통상적으로 TFTs의 제조에는 바람직하지 않지만, 상기 균일하게 결정화된 중앙 영역(490)으로부터 공간적으로 이격되어 최종 장치를 제조함에 있어서 용이하게 회피되거나 조절될 수 있는 "에지 영역"(491)을 포함한다.
비록, 도면이 본원에 개시된 예시적인 방법 및 시스템을 사용하여 균일하게 결정화되는 단일 영역(490)만을 도시하고 있지만, 개시된 방법 및 시스템은 상기 영역(490) 위 및/또는 아래[예를 들어, 상기 영역(490)에 대해 +y 또는 -y 방향]의 중첩 영역 내의 동일 기판의 다른 영역에 적용될 수 있다. 이에 있어, 후속 영역 내에 형성되는 테이퍼진 말단부가 도 3B에서 말단부가 중첩된 방식과 동일하게 앞선 영역의 테이퍼진 말단부로 중첩될 것이다. 비록, 이러한 영역에서 결정의 질이 완벽하지는 않겠지만, 만족할 정도일 것이며, 이는 예를 들어 이하 보다 상세하게 설명하는 방법에 의해 회피될 수 있다.
개시된 시스템 및 방법에 대한 대부분의 실시예에 있어서, 상대적으로 협소한 각각의 조사 영역은 다른 조사 영역 사이의 협소한 간극과 실질적으로 중첩되어, 상기 간극이 실질적으로 결정화된다. 만일, 이러한 간극이 실질적으로 결정화되지 않는다면, 비결정질 또는 다결정질 막 영역은 간극에 유지될 것이고, 후에 상기 간극 상에 또는 상기 간극과 부분적으로 중첩하여 제조되는 장치는 적절한 기능을 수행하지 못할 것이다. 대부분의 실시예는, 상기 막의 결정 품질이 상기 막의 표면 전반에 걸쳐 일정하도록, 조사 영역 사이에 일정한 중첩량을 제공한다. 이에 있어, 레이저 빔에 대한 상기 막의 상대적인 위치는 결정 성장의 만족스런 제어를 제공하는 소정의 양내에서 정확하게 조절된다. 일부 실시예에서, 레이저 빔에 대 한 상기 막의 상대적인 위치는 0.5㎛, 0.2 내지 0.3㎛ 또는 심지어 0.1㎛ 내에서 정확하게 조절된다. 일 실시예에서, 컴퓨터 제어(도시되지 않음)는 상기 막의 거동을 레이저 발사와 통합하고, 이에 따라 레이저 빔에 의한 조사에 대해 상대적으로 정확한 막 위치 설정을 제공한다. 이러한 통합에 대해서는 전체 내용이 본원에 참조되는 미국 특허출원 공개 제 US 2006/0102901 호에 개시되어 있다. 레이저의 주파수는 정확하게 고정될 필요는 없으며, 그 대신에, 상기 스테이지는 상기 막이 레이저 펄스로 조사하기에 정확한 위치에 있을 때, 이러한 제어가 레이저로 하여금 펄스를 발사하도록 명령을 내릴 수 있도록 막 위치에 관한 피드백을 컴퓨터 제어로 제공한다. 빔 크기, 레이저 주파수 및 스테이지 속도와 같은 가공 조건 또한 막 위치의 정확성을 개선할 수 있다. 최근에, 레이저 빔에 대한 스테이지의 상대적인 위치는 약 0.5㎛ 내로 제어될 수 있으며, 기술 및 실험 조건의 개선으로 0.1㎛ 또는 그 보다 더 우수한 제어를 달성하는 것이 가능할 것이다.
도 2A-2B 및 도 3A-3B에 도시된 체계에 있어서, 일정 영역은 2개의 펄스에 의해 조사되고, 다른 영역은 2개보다 많은 수의 펄스에 의해 조사된다. 예를 들어, 도 2B에서, 영역(265, 270)은 중첩되는데, 이는 2개의 펄스가 중첩 영역을 조사함을 의미한다. 따라서, 다음 펄스가 중첩 영역과 상기 중첩 영역 아래(y방향으로)의 중첩 영역 사이의 간극을 조사할 때, 양 중첩 영역은 다음 펄스에 의해 다시 조사될 것이다. 이는 총 3개의 펄스가 중첩 영역의 일부를 조사하고, 2개의 펄스가 중첩 영역의 나머지 부분을 조사하며, 하나의 펄스가 각 조사 영역(280)의 중앙 영역을 조사함을 의미한다. 일반적으로, x방향 및 y방향으로 조사 영역 사이의 중 첩 정도에 따라, 소정의 영역에 다수의 펄스가 조사될 수 있으며, 그에 반해 다른 영역에서는 소수의 펄스 또는 단 하나의 펄스만이 조사된다. 보다 많은 펄스가 일정 영역을 조사하고, 막의 표면은 물리적으로 변경된다. 예를 들어, 초기에 편평한 표면을 갖는 막이 결정화됨에 따라, 막 미세 구조를 따라 막 표면 내의 파동을 유발하는 질량 유동이 존재한다. 다수의 조사 펄스가 있는 경우, 막의 거칠기는 소수의 조사 펄스가 사용되는 영역보다 악화될 것이다.
대부분의 실시예에서, 에지 영역에서의 비균일성은 각각의 주사 영역의 상부 및 하부에서 나타난다. 따라서, 상기 막의 비교적 큰 영역은 에지 영역으로부터 자유롭고, 실질적으로 균일한 품질의 TFTs의 제조를 위해 사용될 수 있다. 에지 영역의 주기성은 빔의 단축의 치수와 무관하다. 전술된 바와 같이, 대부분의 실시예에 있어서, 스테이지가 보다 높은 정밀도를 갖고 이동될 수 있도록 스테이지 주사 속도를 감소시키고, 또한 높은 펄스 에너지를 이용하기 위해 빔의 단축은 빔의 장축에 비해 현저하게 작다.
일부 실시예에서, TFTs의 배열체가 후에 상기 막 상에 제조될 때, "에지 영역"이 상기 배열체와 동일 선상에 있지 않고, 이에 따라 눈으로 용이하게 관측할 수 없도록, 패널은 상기 배열체의 배향에 대해 약간 경사질 수 있다. 대신에, 에지 영역은 눈에 대한 효과가 훨씬 적도록, 이웃하지 않게 일부 장치에 걸쳐 진행할 수 있다. 하나 이상의 실시예에 있어서, 1 내지 20° 또는 1 내지 5°와 같은 작은 경사 각도가 사용된다. 전체 내용이 본원에 참조되는 "미세 구조 오정렬에 따른 다결정 TFT 균일성"이라는 명칭의 미국 특허공개 공보 제 US 2005/0034653 호에 서는 긴 입자 경계에 대해 실리콘 기판 상의 TFTs의 위치설정에 대한 일부 예를 제공한다.
비록, 전술된 실시예가 대체로 최대 2개의 레이저 펄스로 막의 소정 영역을 조사하는 것, 즉 "2-샷"SLS에 관해 개시되어 있지만, 다른 실시예는 막의 소정의 영역이 "n" 레이저 펄스, 예를 들어, 3, 4 또는 그 이상의 레이저 펄스로 조사되는 "n-샷"SLS에 대한 시스템 및 방법을 제공한다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 각각의 조사 사이의 x방향으로의 변위량뿐 아니라, 마스크 내의 슬릿 및/또는 간극의 폭, 형상, 주기성 및 개수는 요구되는 결정 구조에 요구되는 수의 레이저 펄스를 제공하도록 선택된다. 일부 실시예에 있어서, 제2 형상화된 레이저 펄스는 제1 형상화된 펄스에 의해 생성되는 결정화 영역 사이의 간극을 완전히 중첩할 필요는 없으나, 그 대신에, 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 결정화 영역에 인접한 간극을 부분적으로 중첩할 수 있다. 따라서, 후속하는 형상화된 레이저 펄스는 간극의 일부 또는 간극의 나머지 부분을 조사할 수 있으며, 또한 제1 및 제2 형상화된 레이저 펄스에 의해 형상화된 결정화 영역을 중첩할 수 있다. 도 5는 신장된 결정 구조를 생성하기 위해 3개의 레이저 펄스가 사용된 예시적인 조사 시퀀스를 도시한다.

Claims (53)

  1. 박막 가공 방법에 있어서,
    (a) 제1 레이저 빔 펄스로부터 제1 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 단계로서, 상기 제1 세트의 빔렛의 각각의 빔렛은 y방향을 규정하는 길이와, x방향을 규정하는 폭과, 조사된 막 영역에 있어서 그 전체 두께에 걸쳐 상기 막을 실질적으로 융해하기에 충분한 에너지 밀도(fluence)를 가지며, 또한 상기 제1 세트의 빔렛의 인접한 빔렛과 간극을 두고 x방향으로 이격되는, 상기 제1 세트의 형상화된 빔렛 생성 단계와,
    (b) 상기 x방향에 실질적으로 평행한 결정 입자를 포함하고, 상기 형상화된 빔렛 각각의 길이 및 폭과 실질적으로 동일한 길이 및 폭을 가지며, 상기 형상화된 빔렛을 분리하는 간극과 실질적으로 동일한 간극만큼 인접한 결정화 영역으로부터 분리되는 제1 세트의 결정화 영역을 형성하도록, 냉각시 측면 방향으로 결정화하는 제1 세트의 용융 구역을 형성하기 위해 상기 제1 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제1 영역을 조사하는 단계와,
    (c) 제2 레이저 빔 펄스로부터 제2 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 단계로서, 상기 제2 세트의 빔렛의 각각의 빔렛은 상기 제1 세트의 빔렛의 각각의 빔렛의 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격과 실질적으로 동일한 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격을 갖는, 상기 제2 세트의 빔렛의 형상화된 빔렛 생성 단계와,
    (d) 상기 제1 세트의 결정화 영역으로부터 x방향으로 변위되는 제2 세트의 용융 구역을 생성하기 위해 상기 제2 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제2 영역을 조사하도록 상기 막을 연속적으로 주사하는 단계로서, 상기 제2 세트의 용융 구역 중 적어도 하나의 용융 구역은 상기 제1 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내에서 결정의 신장부를 형성하도록 냉각시 결정화하는 것인 연속 주사 단계
    를 포함하는 박막 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 세트의 용융 구역 중 상기 적어도 하나의 용융 구역은 상기 제1 세트의 결정화 영역 중 2개의 인접한 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 2개의 인접한 결정화 영역 내에서 결정의 신장부를 형성하도록 냉각시 결정화되는 것인 박막 가공 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 세트의 용융 구역 중 상기 적어도 하나의 용융 구역과 상기 제1 세트의 결정화 영역 중 상기 2개의 인접한 결정화 영역 사이의 중첩 부분은 상기 x방향에 실질적으로 평행하는 결정 입자를 갖는 실질적으로 균일한 결정 미세 구조의 경계가 되는 인접 부분을 형성하는 것인 박막 가공 방법.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 테이퍼진 말단부를 포함하도록, 상기 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛의 각각의 빔렛을 형상화하는 단계를 더 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 테이퍼진 말단부는 사다리꼴을 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 테이퍼진 말단부는 삼각형을 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  7. 제1항에 있어서, 1:5 내지 1:5000의 폭 대 길이 종횡비를 갖도록, 상기 제1 및 제2 세트의 빔렛의 각각의 빔렛을 형상화하는 단계를 더 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  8. 제1항에 있어서, 약 4 내지 10㎛의 폭을 갖도록, 상기 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛의 각각의 빔렛을 형상화하는 단계를 더 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 간극은 상기 빔렛 폭 미만인 크기를 갖는 것인 박막 가공 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛의 간극은 상기 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛의 빔렛 폭의 약 1/2 이하인 폭을 갖는 것인 박막 가 공 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 세트의 용융 구역 중 상기 적어도 하나의 용융 구역은 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 방향 성장 길이보다 크고 상기 측면 성장 길이의 2배보다 작은 거리만큼 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역을 중첩하는 것인 박막 가공 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 세트의 용융 구역 중 상기 적어도 하나의 용융 구역은 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 방향 성장 길이의 약 90%보다 작고 상기 측면 방향 성장 길이의 약 10%보다 큰 거리만큼 상기 제1 세트의 결정화 영역 중 상기 적어도 하나의 결정화 영역을 중첩하는 것인 박막 가공 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2 세트의 용융 구역 중 상기 적어도 하나의 용융 구역은 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 방향 성장 길이의 약 50%만큼 상기 제1 세트의 결정화 영역 중 상기 적어도 하나의 결정화 영역을 중첩하는 것인 박막 가공 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2 세트의 용융 구역 중 상기 적어도 하나의 용융 구역은 적어도 상기 중첩 영역에 일련의 예정된 결정화 특성을 제공하기 위해 선택된 양만큼 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역을 중첩하는 것인 박막 가공 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 일련의 예정된 결정화 특성은 화소 TFT의 채널 영역에 적합한 것인 박막 가공 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 막의 소정의 조사 영역은 2개 이하의 펄스에 의해 조사되는 것인 박막 가공 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 간극은 비결정화 막을 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a), (b), (c) 및 (d)를 통합하기 위해 컴퓨터 제어를 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 단계는 마스크를 통해 상기 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 투과하는 단계를 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 마스크는 상기 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 투과하는 일렬의 슬릿을 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 약 1kHz보다 큰 주파수로 생성하는 단계를 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 약 6kHz보다 큰 주파수로 생성하는 단계를 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 막은 실리콘을 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  24. 제1항에 있어서, 제3 레이저 빔 펄스로부터 제3 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 단계로서, 상기 제3 세트의 빔렛의 각각의 빔렛은 상기 제1 및 제2 세트의 빔렛의 각각의 빔렛의 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격과 실질적으로 동일한 길이, 폭, 에너지 밀도 및 간격을 갖는 것인 제3 세트의 형상화된 빔렛 생성 단계와,
    상기 제1 및 제2 세트의 결정화 영역으로부터 x방향으로 변위되는 제3 세트의 용융 구역을 생성하기 위해 상기 제3 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제3 영역을 조사하도록 상기 막을 연속적으로 주사하는 단계로서, 상기 제3 세트의 용융 구역 중 적어도 하나의 용융 구역은 상기 제2 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 제2 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내에서 결정의 신장부를 형성하도록 냉각시 결정화하는 것인 연속 주사 단계
    를 더 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제3 세트의 용융 구역 중 상기 적어도 하나의 용융 구역은 상기 제1 세트의 결정화 영역 중 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 제1 세트의 결정화 영역 중 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내에서 결정의 신장부를 형성하도록 냉각시 결정화하는 것인 박막 가공 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제3 세트의 용융 구역 중 어떠한 용융 구역도 상기 제1 세트의 결정화 영역 중 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하지 않는 것인 박막 가공 방법.
  27. 제1항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 세트의 결정화 영역 중 적어도 하나의 결정화 영역 내에 박막 트랜지스터를 제조하는 단계로서, 상기 박막 트랜지스터가 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내에서 결정 입자의 배향에 대해 소정의 각도로 경사지는 것인 박막 트랜지스터 제조 단계를 더 포함하는 것인 박막 가공 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 각도는 약 1° 내지 20°인 것인 박막 가공 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 각도는 약 1° 내지 5°인 것인 박막 가공 방법.
  30. 막 가공 시스템에 있어서,
    후속적인 레이저 빔 펄스를 제공하는 레이저 공급원과,
    각각의 레이저 빔 펄스를 일련의 형상화된 빔렛으로 형상화하는 레이저 광학기로서, 상기 빔렛 각각은 y방향을 규정하는 길이, x방향을 규정하는 폭 및 조사 영역 내의 두께 전반에 걸쳐 막을 실질적으로 용융하기에 충분한 에너지 밀도를 가지며, 또한 인접한 빔렛과 소정 간극만큼 x방향으로 이격되는 것인 레이저 광학기와,
    상기 막을 지지하고, 적어도 상기 x방향으로 병진 이동할 수 있는 스테이지와,
    일련의 명령을 저장하기 위한 메모리로서, 이 명령은,
    (a) 제1 레이저 빔 펄스로부터 제1 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 명령과,
    (b) 상기 x방향에 실질적으로 평행한 결정 입자를 포함하고, 상기 형상화된 빔렛 각각의 길이 및 폭과 실질적으로 동일한 길이 및 폭을 가지며, 상기 형상화된 빔렛을 분리하는 간극과 실질적으로 동일한 간극만큼 인접한 결정화 영역으로부터 분리되는 제1 세트의 결정화 영역을 형성하도록, 냉각시 측면 방향으로 결정화하는 제1 세트의 용융 구역을 형성하기 위해 상기 제1 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제1 영역을 조사하는 명령과,
    (c) 제2 레이저 빔 펄스로부터 제2 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 명령과,
    (d) 상기 제1 세트의 결정화 영역으로부터 x방향으로 변위되는 제2 세트의 용융 구역을 생성하기 위해 상기 제2 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제2 영역을 조사하도록 상기 막을 연속적으로 주사하는 명령으로서, 상기 제2 세트의 용융 구역 중 적어도 하나의 용융 구역은 상기 제1 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내에서 결정의 신장부를 형성하도록 냉각시 결정화하는 것인 연속 주사 명령
    을 포함하는 것인 메모리
    를 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 메모리는, 2개의 인접 결정화 영역 내에서 결정의 신장부를 형성하도록 냉각시 결정화하는 상기 제1 세트의 결정화 영역의 2개의 상기 인접 결정화 영역으로 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 부분적으로 중첩하기 위한 명령을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 메모리는, 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역과 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 2개의 인접한 결정화 영역 사이의 중첩 부분으로서, x방향에 실질적으로 평행한 결정 입자를 갖는 실질적으로 균일한 결정 미세 구조를 경계 짓는 인접 부분을 형성하는 것인 중첩 부분을 제공하기 위한 명 령을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  33. 제31항에 있어서, 상기 레이저 광학기는 적어도 하나의 테이퍼진 말단부를 포함하도록 각각의 빔렛을 형상화하는 것인 막 가공 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 상기 레이저 광학기는 상기 테이퍼진 말단부가 사다리꼴을 포함하도록 각각의 빔렛을 형상화하는 것인 막 가공 시스템.
  35. 제33항에 있어서, 상기 레이저 광학기는 상기 테이퍼진 말단부가 삼각형을 포함하도록 각각의 빔렛을 형상화하는 것인 막 가공 시스템.
  36. 제30항에 있어서, 상기 레이저 광학기는 1:5 내지 1:5000의 폭 대 길이 종횡비를 갖도록 각각의 빔렛을 형상화하는 것인 막 가공 시스템.
  37. 제30항에 있어서, 상기 레이저 광학기는 약 4 내지 10㎛의 폭을 갖도록 각각의 빔렛을 형상화하는 것인 막 가공 시스템.
  38. 제30항에 있어서, 상기 레이저 광학기는 상기 빔렛 폭보다 작은 폭의 간극을 갖도록 상기 일련의 빔렛을 형상화하는 것인 막 가공 시스템.
  39. 제30항에 있어서, 상기 레이저 광학기는 상기 빔렛의 폭의 약 절반 이하인 폭의 간극을 갖도록 상기 일련의 빔렛을 형상화하는 것인 막 가공 시스템.
  40. 제30항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 측면 방향 성장 길이보다 크고 상기 측면 방향 성장 길이의 2배보다 작은 거리만큼, 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 중첩하기 위한 명령을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  41. 제30항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 방향 성장 길이의 약 10%보다 크고 약 90%보다 작은 거리만큼, 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 중첩하기 위한 명령을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  42. 제30항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 하나 이상의 결정의 측면 방향 성장 길이의 약 50%만큼, 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 중첩하기 위한 명령을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  43. 제30항에 있어서, 상기 메모리는, 적어도 상기 중첩 영역에 대한 일련의 예정된 결정화 특성을 제공하도록 선택된 양만큼, 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 상기 제2 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 중첩하기 위한 명령을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  44. 제43항에 있어서, 상기 일련의 예정된 결정화 특성은 화소 TFT의 채널 영역에 적합한 것인 막 가공 시스템.
  45. 제30항에 있어서, 상기 메모리는 상기 제2 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제2 영역을 조사하도록, 상기 제1 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제1 영역을 조사한 후에, x방향으로 상기 막을 병진 이동시키기 위한 명령을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  46. 제30항에 있어서, 상기 레이저 광학기는 마스크를 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  47. 제46항에 있어서, 상기 마스크는 단일 열의 슬릿을 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  48. 제30항에 있어서, 상기 레이저 공급원은 약 1kHz보다 큰 주파수로 후속적인 레이저 펄스를 제공하는 것인 막 가공 시스템.
  49. 제30항에 있어서, 상기 레이저 공급원은 약 6kHz보다 큰 주파수로 후속적인 레이저 펄스를 제공하는 것인 막 가공 시스템.
  50. 제30항에 있어서, 상기 막은 실리콘을 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  51. 제30항에 있어서, 상기 메모리는,
    제3 레이저 빔 펄스로부터 제3 세트의 형상화된 빔렛을 생성하는 명령과,
    상기 제1 및 제2 세트의 결정화 영역으로부터 x방향으로 변위되는 제3 세트의 용융 구역을 형성하기 위해 상기 제3 세트의 형상화된 빔렛으로 상기 막의 제3 영역을 조사하도록 상기 막을 연속적으로 주사하는 명령으로서, 상기 제3 세트의 용융 구역 중 적어도 하나의 용융 구역은 상기 제2 세트의 결정화 영역의 적어도 하나의 결정화 영역을 부분적으로 중첩하고, 상기 제2 세트의 결정화 영역 중 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내에서 결정의 신장부를 형성하도록 냉각시 결정화하는 것인 연속 주사 명령
    을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 메모리는, 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역 내의 결정의 신장부를 형성하기 위해 냉각시 결정화하는 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 상기 제3 세트의 용융 구역의 상기 적어도 하나의 용융 구역을 부분적으로 중첩하기 위한 명령을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
  53. 제51항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 제1 세트의 결정화 영역의 상기 적어도 하나의 결정화 영역으로 상기 제3 세트의 용융 구역의 어떠한 용융 구역도 중첩하지 않기 위한 명령을 더 포함하는 것인 막 가공 시스템.
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