KR20090028697A - 레이저빔 공간적 세기 프로파일의 최적화를 위한 시스템 및방법 - Google Patents

레이저빔 공간적 세기 프로파일의 최적화를 위한 시스템 및방법 Download PDF

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KR20090028697A
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브랜든 에이. 투르크
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티씨제트 피티이 리미티드
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Abstract

유리 기판 상의 실리콘 층을 어닐링하도록 배치된 얕은 빔 지향성 결정화 시스템에 있어서 하나의 모서리에서 최대세기 피크를 갖는 특정의 레이저 빔 프로파일이 사용된다. 상기 시스템은 실리콘 층의 공간적으로 제어된 일부를 완전히 용융하도록 배치되어 측방향의 결정 성장을 야기하도록 한다. 상기 기판 또는 레이저를 특정의 스텝 크기로 전진시키고 그리고 상기 실리콘 층을 상기 레이저로부터의 연속적인 "방사"에 적용시키는 것에 의하여, 상기 전체 실리콘 층이 결정화된다. 상기 측방향의 결정 성장은 용융 영역의 중심부 내에 돌출부를 생성한다. 이 돌출부는 반드시 재용융되어야 한다. 따라서, 상기 스텝 크기는 연속적인 방사들 사이에 충분한 중첩이 존재하도록 하는 즉 용융 영역들에서 상기 돌출부가 용해되는 것을 확실하게 하도록 하는 크기가 되어야 한다. 이는 상기 스텝 크기가 상기 빔의 폭의 절반 보다 더 작아지는 것을 요구한다. 보다 작은 스텝 크기는 생산성을 감소시키고 그리고 비용을 증가시킨다. 본 명세서에서 기술된 상기 시스템 및 방법들에 따라 사용되는 상기 특정의 레이저 프로파일은 상기 스텝 크기를 증가시키고 그리고 그에 의하여 생산성을 증가시키고 그리고 비용을 감소시킬 수 있다.
레이저, 돌출부, 재용융, 결정화, 스텝, 프로파일, 축방향, 액정디스플레이

Description

레이저빔 공간적 세기 프로파일의 최적화를 위한 시스템 및 방법 {SYSTEMS AND METHOD FOR OPTIMIZATION OF LASER BEAM SPATIAL INTENSITY PROFILE}
본 발명은 대체로 액정디스플레이(LCD ; Liquid Crystal Displays)에 관한 것으로서, 특히 액정디스플레이의 제조를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이미 액티브 매트릭스 액정디스플레이에 대한 잘 구축되고 그리고 성장하는 시장이 존재하고 있으며, 여기에서는 상기 디스플레이 내의 개개 화소(pixel)를 제어하는데 액티브 박막트랜지스터(active Thin film transistor)가 사용된다. 예를 들면, 액티브 매트릭스 액정디스플레이들은 컴퓨터 스크린용의 만연된 기술이다. 게다가, 최근, 액티브 매트릭스 액정디스플레이 솔루션(solutions)들은 또한 텔레비젼, 이동전화기(mobile phones), 개인휴대용정보단말기(PDAs), 비디오 리코더 등과 같은 시장 분할에 있어서 극적인 진출을 이루고 있다.
액티브 매트릭스 액정디스플레이들은 다음 5년에 걸쳐 35%의 뛰어난 연평균성장율로 디스플레이 산업의 가장 빠르게 성장하는 시장영역이 될 것으로 예견되고 있다. 대조적으로, 패시브 액정디스플레이(passive LCDs)들 및 통상의 음극선관(CRTs)들은 변화가 없거나 마이너스의 성장율을 가질 것으로 예견되고 있다. 유기발광다이오드(OLED ; Organic Light Emitting Diode) 디스플레이가 양의 성장을 할 수 있을 것으로 예견되는 유일한 다른 디스플레이 기술이며, 이는 특화된 응용예들에서 이제 출연하고 있으며, 2007년을 넘어서 매년 2배 이상 성장할 것으로 예견되고 있다.
빠른 전체 성장에 더해, 상기 액정디스플레이 시장의 속성은 변하고 있으며, 즉, 새로운 액정디스플레이 응용예들에는 보다 다양하고 그리고 보다 특화된 요구조건들이 포함된다. 예를 들면, 전화기들은 모든 액정디스플레이들의 약 50%를 차지하나, 전체 액정디스플레이 영역의 단지 2% 만을 차지하는 것으로 나타나고 있다. 대조적으로, 모니터들은 액정디스플레이들의 약 27%를 차지하나, 전체 액정디스플레이 영역의 50%를 차지하는 것으로 나타나고 있다. 텔레비젼 응용예들 및 대화면 크기들의 빠른 성장으로, 텔레비젼들은 2008년까지는 전체 액정디스플레이 영역의 30% 이상을 차지할 정도로 두각을 나타내고 있다. 이들 대화면 응용예들은 종전의 액정디스플레이 응용예들과 비교하여 많은 특화된 요구조건들을 갖는다.
기대되는 고 성장율을 지지하고 그리고 새로운 시장 기회들에 대하여 성공적으로 경쟁하기 위해서는, 액정디스플레이 제조업자들은 반드시 출현하는 디스플레이 제조 기술들을 극대화 할 수 있도록 하여 상기 액정디스플레이 제품(offerings)들의 특징들 및 성능을 개선시킬 수 있도록 하는 한편으로 동시적으로 그들의 생산단가 및 생산성을 개선시킬 수 있어야 한다.
상기 액정디스플레이 산업이 빠른 성장과 제품의 다양성의 차기 상태로 이동함에 따라, 성공을 위한 일부 인자들에는 보다 작은 화소 크기; 상기 박막트랜지스터들의 크기의 직접적인 함수인 높은 밀도; 및 비디오 요구조건들을 충족시키기 위 한 높은 박막트랜지스터 스위칭속도;들이 포함된다. 보다 밝은 디스플레이 성능(display capabilities)들, 화소 당 보다 밝은 빛을 위한 개선된 구경비 및 낮은 총 생산단가들 또한 성공을 위한 인자들이다. 낮은 생산단가들은 보다 빠른 가공 생산성 및 패널(panel) 당 양호한 디스플레이의 일정하게 높은 수율 둘 다로부터 야기되는 결과가 될 수 있다. 장기적인 성공을 위하여는, 액정디스플레이 제조업자들에게는 또한 유기발광다이오드 등과 같은 출현하는 고성장의 스크린 형태들의 효과적인 제조를 위해 비용효과적으로 적용될 수 있는 기술적 해결책들에 투자하는 것이 중요하게 될 수 있다.
액티브 매트릭스 액정디스플레이들을 위한 박막트랜지스터들의 제조를 지지할 수 있는 유리기판(glass substrate) 상에 전도층을 형성시키기 위해 현재 사용되고 있는 2가지 1차 방법들은 비정질 실리콘(a-Si) 및 저온 다결정질 실리콘(poly-Si(폴리실리콘) 또는 LTPS)들이다. 상기 비정질 실리콘 공정에 있어서는, 플라즈마화학기상증착장치(PECVD) 상에서 게이트층(gate layer)이 직접적으로 형성된다. 상기 폴리실리콘(poly-Si) 공정에 있어서는, 고성능의 박막트랜지스터들의 생산을 위하여 게이트 제조에 앞서 상기 PECVD 실리콘 필름이 결정화된다. 이들 공정들에 있어서, 온도는 낮게 유지되어 상기 유리기판의 용융을 피하도록 한다. 전자들의 운동은 원래 무정형 실리콘 트랜지스터들을 통하여 더 느리기 때문에, 비정질 실리콘 기반의 박막트랜지스터들은 소스(source)로부터 드레인(drain)으로의 충분한 전류 흐름을 제공하기 위해서는 물리적으로 더 큰 크기를 가져야 한다. 반면에, 폴리실리콘에 대하여 달성될 수 있는 명백하게 높은 전자 이동성으로 인하 여, 저온 다결정질 실리콘 기반의 박막트랜지스터들은 보다 작고 그리고 빨라질 수 있다. 폴리실리콘 트랜지스터들이 원래 보다 작기 때문에, 보다 많은 빛이 각 화소를 통하여 통과할 수 있다. 이는 설계 유연성(design flexibility)을 허용하여 개선된 구경비, 보다 높은 화소 밀도 또는 둘 다를 허용하도록 한다.
저온 다결정질 실리콘의 박막트랜지스터 크기 및 성능상의 잇점들에도 불구하고, 오늘날 대부분의 액정디스플레이들은 비정질 실리콘 공정을 사용하여 제조되고 있다. 이는 일차적으로는 보다 적은 공정 스텝들로부터 야기되는 비정질 실리콘의 상대적으로 낮은 가격 및 덜 성숙된 저온 다결정질 실리콘 장비들과 연관된 잠재적인 미지점들에 기인하고 있다. 대화면 액정디스플레이 내의 단일의 결점(defect)이 전체 장치의 폐기를 의미하기 때문에, 비정질 실리콘은 또한 비용을 최소화하기 위한 "안전한" 공정이었으나, 그러나, 비정질 실리콘 공정들이 상당히 잘 구축되어 있고 그리고 제어가 가능하다고는 하나, 지금에 와서는 보다 높은 화소 밀도, 보다 빠른 응답 및 보다 밝은 디스플레이들에 대한 돌출되고 있는 요구들에 맞추는 것과 관련하여 비정질 실리콘 기술이 그의 한계에 근접하고 있다는 것은 더 명백해지고 있다.
지금까지는, 폴리실리콘 기반의 박막트랜지스터들의 보다 작은 물리적 크기가 증가된 스크린 휘도, 보다 높은 화소 밀도 및 보다 낮은 전력소모를 허용하기 때문에 저온 다결정질 실리콘은 전형적으로 보다 작은, 고성능의 디스플레이들의 제조를 목표로 하고 있었다. 또한, 저온 다결정질 실리콘의 고유적으로 빠른 스위칭은 휴대용 전화기들 및 개인휴대용정보단말기들과 마찬가지로 비디오 레코더 등 과 같은 비디오 응용예들의 요구조건들을 만족시킨다.
디스플레이 제조업자들은 또한 2007년에 돌출하여 빠른 성장을 하는 디스플레이 시장에서의 명백한 일부가 될 수 있는 유기발광다이오드 기술의 출현에 대하여 미리 계획을 세울 필요가 있다. 일부 간단한 유기발광다이오드 장치들은 자동차용 기기들 및 디지털 카메라 등과 같은 소화면의, 높은 휘도의 디스플레이 등과 같은 특화된 응용예들에 대하여 이미 배치되고 있다. 몇몇 회사들은 상품화되는 경우 디스플레이 휘도 및 색상이 주요 차별화 인자(key differentiating factor)인 응용예들에 대한 명백한 시장 분할을 얻을 수 있는 대화면 유기발광다이오드 디스플레이들을 생산하고자 하는 그들의 의도를 발표하였다.
유기발광다이오드 기반 디스플레이들에 있어서, 분자상 구조는 백라이트(backlit) 광원에 대한 빛의 밸브(light valve)로서 작용하는 대신 실제로 빛을 방사하고, 따라서 보다 밝은 스크린을 가능하게 한다. 액정디스플레이들에서와 같이 전압-구동되는 대신에 유기발광다이오드에서는 빛을 방사하는 물질이 전류-구동 되기 때문에, 보다 높은 전자 이동성 및 보다 안정한 폴리실리콘의 전류 용량(current capacity)이 유기발광다이오드 실행을 위한 주요 인에이블러(key enabler)가 될 수 있다. 상기 고유의 높은 형광(luminescence)은 또한 설계자들이 동일한 휘도를 생성하기 위한 보다 작은 화소들을 선택하도록 하는 것을 허용할 수 있으며, 그에 의하여 보다 높은 해상도를 가능하게 할 수 있다. 따라서 유기발광다이오드 디스플레이들의 실행은 폴리실리콘을 통하여 달성가능한 보다 작은 크기로 보다 더 경쟁력이 있도록 할 수 있다.
앞으로 가면, 디스플레이 제조업자들은 현대의 다양한, 빠르게 성장하는 액정디스플레이 요구조건들을 만족시키는 한편으로 또한 장래 예를 들어 유기발광다이오드 시장의 확대를 위한 기초를 놓기 위한 폴리실리콘 제조에 대한 높은 생산성, 고수율을 제공할 수 있는 패널 제조 기술들을 배치할 필요가 있다. 액정디스플레이 또는 유기발광다이오드 제조 방법론은 3가지 영역들 즉 고성능 박막트랜지스터들의 제조; 전체 패널을 가로질러 균일한 물질 및 장치들의 생산; 그리고 높은 생산성과 낮은 작업비용의 조합을 통한 생산 효율의 최적화로 집중될 수 있다.
가장 광범위하게 사용된 저온 다결정질 실리콘 제조 기술들은 레이저를 사용하여 대체로 수 나노초(nanoseconds)로 측정되는 매우 짧은 시간 동안에 걸쳐 실리콘막을 액화점(liquid point)까지 가열하여 실리콘막을 용융시키고 그 후, 상기 실리콘막이 다결정질 실리콘으로 재결정화되도록 하는 표면처리를 포함한다. 저온 다결정질 실리콘 기술들에서의 1차적인 도전과제들에는 전체 패널을 가로질러 균일한 결정화를 확실하게 하는 한편으로 일정하게 유지되는 높은 수준의 공정 생산성 및 낮은 작업 비용들을 제공하기 위한 공정의 유효한 제어를 포함한다.
통상적으로, 엑시머 레이저 어닐링(ELA ; Excimer Laser Annealing) 또는 순차적 측면 고상화(SLS ; Sequential Lateral Solidification) 두 공정들 중의 하나는 저온 다결정질 실리콘 공정들에서 실리콘을 용융시키는 데 사용되고 있다. 상기 공정의 낮은 생산성 및 높은 작업 비용은 엑시머 레이저 어닐링의 광범위한 적용에 방해가 되었다. 엑시머 레이저 어닐링의 생산성은 단일의 점(single spot)을 가공하기 위한 50 내지 100개 정도의 많은 레이저 펄스들로 본래 낮다. 300와 트(W) 레이저를 사용하면, 현재 생산 엑시머 레이저 어닐링 시스템의 생산성은 4세대 액정디스플레이에 대해서는 대략 10패널/시간이고 그리고 5세대 액정디스플레이에 대해서는 단지 5 내지 6패널/시간이다.
성능 및 수율의 관점으로부터, 상기 엑시머 레이저 어닐링은 다른 명백한 단점들을 갖는다. 상기 엑시머 레이저 어닐링은 부분용융의 원리에 기초하고 있으며, 여기에서 바닥으로 향하는 물질의 일부는 고체상태로 잔류하게 되고 그리고 결정화가 수직방향으로 일어나도록 하는 원인이 되는 "시드(seeds)"로 작용한다. 이 공정은 그레인(grain)의 크기에 있어서 큰 변수를 생성하는 것으로 알려져 있으며 또한 작은 공정창(process window)을 갖는다. 게다가, 작은 그레인 크기로 인하여 전자 이동성은 상대적으로 낮아서 상기 엑시머 레이저 어닐링 공정은 시스템-온-글래스(SOG ; system on glass) 또는 유기발광다이오드에 대한 요구조건들을 만족시키는 데 어려움이 있다.
순차적 측면 고상화 시스템들은 생산성, 비용 및 수율에서 일부 개선점을 제공한다. 순차적 측면 고상화는 측면 결정 성장에 기초하고 있으며, 여기에서 결정화는 용융된 실리콘의 모서리로부터 수평방향으로 진행하여 개선된 전자 이동성을 갖는 보다 큰 결정 그레인들을 생성한다. 표준 순차적 측면 고상화 기술에 있어서는 각 레이저 "방사(shot)" 당 대략 4㎜*15㎜의 면적을 노출시키기 위하여 마스크(mask)가 사용되며, 기판은 전체 유리에 걸쳐 작은 노출들을 점진(stepping)시키는 것에 의하여 진행된다.
300와트(W) 엑시머 레이저를 사용하면, 순차적 측면 고상화 시스템은 시간 당 18개의 제4세대 패널들 또는 10개의 제5세대 패널들의 비율의 양으로 생산하는 것이 가능하다. 그러나, 상기 순차적 측면 고상화 마스크가 다중의 경로들에서 증분적으로 "점진"되어 상기 패널을 커버(cover)하기 때문에, 레이저 에너지에 있어서의 방사-대-방사 편차(shot-to-shot variation)가 상기 패널을 통한 폴리실리콘 내에서의 다양성(variability)을 야기시킬 수 있다. 점진은 또한 상기 스텝들 사이의 중첩으로 인한 접합부(seams)들을 형성하며, 이는 디스플레이에서 가시화될 수 있다. 더욱이, 상기 실리콘의 고상화 동안에 형성된 대규모의 수직방향의 돌출부(protrusions)들이 표준 순차적 측면 고상화 기술의 원치 않는 인공물이다. 순차적 측면 고상화 어닐링 후에 나타나는 이러한 형태의 돌출부들은 균일한 게이트 유전층(gate dielectric layer)의 퇴적을 어렵게 만들어서 상기 패널을 가로질러 박막트랜지스터 성능에 있어서의 불균일성을 야기할 수 있다.
빠르게 변하는 시장에서의 요구에 맞추기 위해서는, 장래의 디스플레이들은
보다 풍부하고, 보다 생생한 색상들을 갖는 보다 밝고, 빠른 비디오 성능, 보다 넓은 시야각, 옥내 또는 옥외에서의 균등하게 잘 이루어지는 작업성, 보다 내구적인 것 그리고 무엇보다도 더 낮은 가격이 되어야 할 필요가 있다.
유리기판 상의 실리콘층의 어닐링을 위해 배치된 얕은 빔(thin beam) 지향성의 결정화 시스템은 하나의 에지(edge)에서 세기 피크(intensity peak)를 포함하는 특정의 단축(short-axis) 레이저 빔 프로파일을 사용한다. 상기 시스템은 실리콘층의 일부를 용해시켜 측면상의 결정 성장을 야기하도록 배치된다. 상기 기판 또는 레이저의 펄스 스텝 크기 당 일정한 크기의 전진 및 상기 레이저로부터의 연속적인 "방사들"에의 상기 실리콘층의 적용에 의하여, 전체 실리콘층이 용융 및 결정 성장의 반복을 통하여 결정화된다. 매 방사로부터의 결과인 측면 결정 성장은 상기 용융된 영역의 중심부에서의 돌출부를 형성한다. 이 돌출부는 재-용융되어야 한다. 따라서, 상기 스텝 크기는 연속적인 방사들 사이에서 충분한 중첩 즉, 용융 영역들이 존재하도록 하여 상기 돌출부가 용융되도록 하는 크기가 되어야 한다. 이는 상기 스텝 크기가 임의의 단일의 레이저 펄스로부터의 측면 성장의 거리 이하이어야 할 것을 요구한다. 상기 측면 결정 성장 길이와 동일한 스텝 크기는 이론적인 최대 스텝 크기이다. 보다 작은 스텝 크기는 생산성을 감소시키고 그리고 비용을 증가시킨다. 본 명세서에서 기술된 시스템 및 방법에 따라 사용되는 상기 특정의 단축 레이저 프로파일은 상기 스텝 크기를 증가시키는 한편으로 여전히 상기 돌출부가 용융되는 것을 확실하게 하고 그리고 그에 의하여 생산성을 증가시키고 그리고 비용을 감소시킬 수 있도록 한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들, 관점들 및 구체예들이 이하의 "상세한 설명"이라는 제하의 절에서 기술된다.
본 발명의 특징들, 관점들 및 구체예들을 첨부된 도면들과 함께 기술한다.
도 1은 단일의 펄스 조사(pulse irradiation) 이후의 막 표면의 단면의 하나의 실시예를 나타내는 다이아그램이다.
도 2는 단일의 펄스 조사 이후의 막 표면의 단면의 다른 실시예를 나타내는 다이아그램이다.
도 3은 도 1의 막 표면의 단면의 제2조사 동안의 빔의 위치의 하나의 실시예를 나타내는 다이아그램이다.
도 4는 도 3에 나타낸 제2조사 동안의 입사 광자(incident photons)들의 예시적인 산란을 나타내는 다이아그램이다.
도 5a 내지 도 5c들은 예시적인 단축 공간적 세기 프로파일을 나타내는 다이아그램들이다.
도 6은 "n" 펄스들 이후의 빔의 예시적인 위치를 나타내는 다이아그램이다.
도 7은 "n+1" 펄스들 이후의 빔 공간적 세기 및 예시적인 위치를 나타내는 다이아그램이다.
도 8은 액정디스플레이의 제조를 위한 장치의 하나의 실시예이다.
얕은 빔 지향성의 결정화(Thin-beam Directional Crystallization 또는 Thin-beam Directional 'Xtallization(TDX)) 제조방법들은 폴리실리콘의 고유의 잇점들을 효과적인 용적-지향의 생산능력들과 결합할 수 있다. 그 종국의 결과는 우월한 전자 이동성, 편평한 표면 위상(surface topology), 보다 큰 가공창 및 보다 높은 생산성이 될 수 있다. 다른 형태들의 레이저들이 얕은 빔 지향성의 결정화에 사용될 수 있으며, 예를 들면, 하나의 구체예에 있어서, 고상 레이저(solid state laser)가 사용될 수 있다. 다른 구체예에 있어서 고출력 엑시머 레이저가 얕은 빔 지향성의 결정화 공정에서 사용될 수 있다. 본래 반도체의 마이크로리소그래 피(microlithography) 응용예들 용으로 개발된 주진동 파워증폭기(master oscillator power amplifier ; MOPA) 배치가 또한 사용될 수 있다. 상기 레이저는 351㎚에서 작동할 수 있으며, 예외적인 펄스 대 펄스(pulse-to-pulse) 안정성 및 높은 신뢰성을 갖는 900와트 이상의 출력을 제공할 수 있다. 다른 파장들 예를 들면 308㎚가 또한 사용될 수 있다. 일반적으로, 예를 들면 실리콘과 같이 용융될 수 있는 물질에 의해 강하게 흡수될 수 있는 임의의 파장이 사용될 수 있다. 얕은 빔 지향성의 결정화 시스템은 공동-계류중인 "매우 높은 에너지, 높은 안정성 가스 방전 레이저 표면처리 시스템(Very High Energy, High Stability Gas Discharge Laser Surface Treatment System)" 이라는 명칭으로 2004년 2월 18일자로 출원된 미합중국 특허출원 제10/781,251호; "레이저 박막 폴리실리콘 어닐링 광학 시스템(Laser Thin Film Poly-Silicon Annealing Optical System)" 이라는 명칭으로 2004년 7월 1일자로 출원된 미합중국 특허출원 제10/884,101호; "레이저 박막 폴리실리콘 어닐링 시스템" 이라는 명칭으로 2004년 7월 1일자로 출원된 미합중국 특허출원 제10/884,547호; 및 "레이저 박막 폴리실리콘 어닐링 광학 시스템" 이라는 명칭으로 2005년 8월 11일자로 출원된 미합중국 특허출원 제11/201,877호;들에 기술되어 있으며, 이들은 완전히 규정되는 바와 같이 참고로 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에서 기술된 장치 및 방법들과 함께 사용되는 상기 얕은 빔 지향성의 결정화 광학 시스템은 레이저광을 매우 길고, 얕고, 균일한 빔으로 전환시킬 수 있으며, 이를 실리콘 기판 상으로 공급할 수 있다. 게다가, 이는 상기 빔의 에너지 밀도 및 포인팅(pointing)을 안정화시키도록 배치될 수 있으며, 이들 모두는 얕 은 빔 지향성의 결정화 공정의 균일성을 개선시킬 수 있다. 하나의 구체예에 있어서, 각 펄스는 대략 5미크론의 폭과 720㎜의 길이의 면적을 노광시킬 수 있다. 상기 빔의 길이는 상기 기판의 폭에 일치되도록 하여 유리가 단일의 경로로 진행하도록 할 수 있다. 이는 높은 수준의 균일성 및 빠른 생산성을 확실하게 하는 데 도움이 될 수 있다. 노광 동안에, 상기 패널은 일정한 속도에서 주사될 수 있으며, 상기 레이저는 예를 들면 2미크론의 하나의 피치(pitch) 또는 스텝 크기에서 점화되도록 촉발될 수 있다. 상기 피치는 상기 용융 영역이 항상 앞서의 펄스의 높은 품질의 결정들로부터 식종(seeding)하도록 하여 길이 방향의 폴리실리콘 결정들을 형성하도록 선택될 수 있다. 각 펄스는 또한 앞서의 용융 영역의 중앙부에서 크기가 큰 융기(ridge) 또는 돌출부를 용융시켜 보다 편평한 표면이 되도록 한다.
상기 얕은 빔 지향성의 결정화 공정은 상기 용융 영역이 모서리들로부터 측방으로 그리고 중심쪽으로 재결정화되는 제어된 대형 측면 성장(super lateral growth)의 형태에 기초하고 있다. 결정 성장이 상기 실리콘층 내로부터 수직방향으로 진행하는 엑시머 레이저 어닐링과는 대조적으로, 측면 성장은 높은 전자 이동성을 갖는 길이 방향의 폴리실리콘 그레인들을 생성한다. 상기 얕은 빔 지향성의 결정화 공정은 이것이 실리콘막의 공간적으로 제어된 완전한 용융에 기초하고 있고 그리고 에너지 민감성 공간적 막 용융을 피할 수 있기 때문에 엑시머 레이저 어닐링 보다 훨씬 더 큰 공정창을 갖는다.
시스템-온-글래스 설계 접근법의 사용은 단지 폴리실리콘으로 가능한 다른 진화하는 영역이며, 이는 또한 저온 다결정질 실리콘 공정 효율에서의 새로운 얕은 빔 지향성의 결정화로부터 이로워질 수 있다. 저온 다결정질 실리콘에 대하여 달성가능한 더 높은 전자 이동성 및 더 작은 트랜지스터들의 크기는 구동 전자소자들이 직접적으로 상기 얇은 실리콘 코팅 내로 제조되는 것을 허용한다. 이는 탭 본드(tab bond) 연결의 필요성을 감소시키는 것에 의하여 패널 가격을 낮추고 그리고 또한 패널 견고성을 개선시키는 강력한 방법을 제공한다. 폴리실리콘의 훨씬 높은 전자 이동성은 상기 기판 상에의 디지털-아날로그 변환기(digital-to-analog converter ; DAC)의 집적화 및 예를 들면 보다 빠른 드라이버들을 사용하여 보다 많은 박막트랜지스터 스위치들을 제어하도록 하는 것에 의하여 드라이버들의 수를 감소시키는 것 등과 같이 구동 전자소자들의 부가적인 집적을 허용한다.
시스템-온-글래스에 대한 전체 비용 절약은 특히 많은 소형 액정디스플레이 스크린들로 이루어지는 대규모 패널들의 가공에 대해 매우 극적으로 될 수 있다. 매 스크린에 대해 분리된 탭 본드결합된 구동 전자소자들을 갖는 통상적인 비정질-실리콘 접근법의 사용에서, 구동 칩(drive chips)들은 고가의 부가의 조립 단계들과 마찬가지로 스크린 당 비용의 명백한 백분율을 포함할 수 있다. 대조적으로, 폴리실리콘에 대한 시스템-온-글래스는 백플레인(backplane) 제조 공정 동안에 상기 구동 전자소자들이 효과적으로 제조되도록 하는 것을 허용한다.
이러한 점을 염두에 두면서, 도 1은 본 명세서에서 기술된 시스템 및 방법들의 하나의 구체예에 따른 얕은 빔 지향성의 결정화 공정에서의 단일의 펄스 방사 이후의 막 표면(102)의 단면의 구체예를 나타내는 다이아그램이다. 예를 들면, 막 표면(102)은 비정질 실리콘이 될 수 있다. 상기 얇은 빔 방사는 레이저를 사용하 여 표면(102)의 일부를 용융시킨다. 상기 용융된 일부는 대체로 상기 용융된 영역의 측면들로부터 중간 쪽으로 내측으로 동결 또는 고화되어 2개의 측방의 고화된 영역(104, 106)들을 남긴다. 이는 실리콘막(102)의 각 용융되지 않은 모서리들이 그 위에서 상기 용융된 실리콘이 성장할 수 있는 "시드(seed)"로 작용하기 때문이다.
돌출부(108)들은 대체로 상기 조사된 표면의 중앙 또는 그 근처에서의 동결화의 마지막 지점에서 존재할 수 있다. 돌출부(108)는 2개의 모서리들이 서로에 대해 성장하는 경우에 야기될 수 있다. 각 모서리가 상기 용융된 영역의 대향하는 측면들로부터 "식종"되고 그리고 이들 측면들이 대체로 서로 일치하지 않기 때문에, 상기 2개의 모서리들이 서로 성장하는 상기 중앙 또는 그 근처에서 상기 결정화된 구조들은 대체로 일치하지 않을 것이다. 상기 일치하지 않는 구조들이 만나는 곳에서 상기 결정들은 서로를 밀어내고 그리고 상기 표면으로부터 밀어올리게 될 것이다. 이들 돌출부(108)들은 막 두께의 차수에 따를 수 있다. 상기 막 두께는 통상적으로 약 50 내지 100㎚이나, 다른 막 두께도 가능하다.
돌출부(108)는 상기 표면의 균일한 결정화된 구조를 파괴한다. 더욱이, 앞서 기술한 바와 같이, 어닐링 이후에 나타나는 돌출부(108)들의 패턴(pattern)은 또한 균일한 게이트 유전층을 퇴적시키는 것을 어렵게 만들어서 상기 패널을 가로질러 상기 박막트랜지스터 성능에서의 불균일성을 야기할 수 있다. 돌출부(108)를 제거하기 위하여는 다음 레이저 방사에서 재용융될 수 있다.
예를 들면, 막 표면(102)은 다음의 방사를 위하여 레이저 아래에서 특정의 스텝 크기로 이동될 수 있다. 그러나 상기 스텝 크기는 충분한 레이저 에너지가 돌출부(108)에 부여되도록 하여 돌출부(108)가 용융되도록 하는 것을 확실하게 하도록 설정되어야 한다. 따라서, 각 돌출부(108)의 재용융에 대한 요구는 달성되어야 하는 최대 스텝 크기를 제한한다. 상기 레이저가 돌출부(108)를 재용융시켜야 하기 때문에, 최대 이론적인 스텝 크기는 측방향 성장 거리(110)과 동일하다. 도 1의 구체예에 있어서, 상기 측방향 성장 거리는 상기 용융 영역의 폭의 약 1/2(one half)과 동일하다. 따라서, 사용될 수 있으면서도 여전히 돌출부(108)가 확실하게 용융되는 상기 이론적인 최대 스텝 크기는 대략 (상기 측방향 성장 거리) - (돌출부(108)의 폭)과 동일하다.
그러나, 일반적으로, 상기 스텝 크기는 상기 이론적인 최대값 보다 훨씬 작게 예를 들면 상기 레이저 펄스 폭이 약 5㎛인 경우에서 수백 나노미터로 유지되어야 한다. 이러한 감소는 생산성을 감소시킨다. 상기 돌출부(108)를 재용융시키는 데 더 큰 에너지가 요구되기 때문에 실제 스텝 크기는 최대 이론적인 스텝 크기 보다 더 작게 될 것이다. 이는 돌출부(108)가 막 표면(102)의 잔여부 보다 두껍기 때문이다. 더욱이, 돌출부(108)들은 상기 레이저광을 산란시킬 수 있다. 따라서, 그의 두께로 인하여 돌출부(108)를 재용융시키기 위하여 더 많은 에너지가 들게 될 뿐만 아니라 돌출부(108)에 의해 산란된 레이저 에너지를 보충하기 위해 더 많은 에너지가 요구될 수 있다.
도 4는 조사 동안에 입사되는 광자들의 산란의 예시를 나타내는 다이아그램이다. 입사되는 광자(408)들이 표면(102)을 조사함에 따라, 이들 광자(402)들 중 의 일부는 돌출부(108)에 의해 산란된다. 따라서, 돌출부(108)를 용융시키기 위하여 보다 많은 에너지가 요구될 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 돌출부(108)를 용융시키기 위하여 보다 많은 에너지가 요구되기 때문에, 이러한 산란 및 돌출부(108)의 여분의 두께는 달성가능한 스텝 거리를 낮추고 그리고 액정디스플레이들의 가공 시간을 증가시킬 수 있다. 따라서, 보다 많은 에너지를 돌출부(108)의 위치에로 지향시키는 공간적 세기의 단축 프로파일이 스텝 크기(304)를 극대화시키는 데 사용될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 유핵화된(nucleated) 그레인(204)의 형성을 회피하도록 상기 레이저 빔 폭이 제어되어야 한다는 것 또한 주목하여야 한다. 유핵화된 그레인들은 상기 측면들이 함께 성장하기 이전에 상기 중심부가 냉각되는 경우에 발생할 수 있다. 상기 측면들이 함께 성장하기 이전에 상기 중심부가 냉각되는 경우, 두 측면이 "식종"되지 않기 때문에 중심부의 구조는 대체로 두 측면의 결정 구조가 일치하지 않을 수 있다. 오히려, 상기 측면들이 함께 성장할 수 있는 것 보다 상기 중심부가 더 빠르게 냉각되는 경우, 내부로부터 수직방향으로 식종될 수 있다. 상기 용융된 영역이 너무 넓은 경우, 즉 상기 레이저 빔의 폭이 너무 넓은 경우, 이러한 점이 발생할 수 있다. 상기 용융된 영역이 너무 넓은 경우, 상기 중심부가 고화되기 이전에 상기 측면들이 함께 성장하지 않게 될 것이다.
상기 빔이 너무 넓은 경우, 측방향의 r화된 영역(206, 208)들이 상기 중심의 유핵화된 영역(204) 쪽으로 성장함에 따라 2개의 돌출부(210, 212)들이 발생할 수 있다. 상기 모서리들이 유핵화된 영역(204) 내로 성장하는 경우에 돌출부(210, 212)들이 야기될 수 있다. 각 모서리가 상기 용융된 영역의 대향하는 측면들로부터 "식종"되기 때문에, 각 측방향의 고화된 영역(206, 208)들의 결정화된 구조들은 일반적으로 유핵화된 영역(204)과 일치되지 않게 될 수 있다. 상기 불일치하는 구조들이 만나는 경우, 상기 결정들은 서로에 대해 밀어내고 그리고 상기 표면으로부터 밀어올리게 될 것이다. 앞서 논의한 바와 같이, 상기 막 표면(202)이 고화되는 경우에 형성되는 액정디스플레이의 결정화된 구조가 균일하게 되는 것이 일반적으로 바람직하다. 돌출부(210, 212)들은 상기 표면의 상기 불균일한 결정화된 구조를 파괴한다. 따라서, 유핵화된 영역(204)이 발생하지 않도록 상기 빔의 폭을 제한하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 하나의 구체예에 있어서, 상기 빔의 폭은 대략 5㎛이나, 상기 빔의 폭은 특정의 구체예에 의존적일 수 있음은 이해될 수 있을 것이다. 유핵화(nucleation)이 일어나기 이전에 각 측면이 함께 성장하는 한, 미세한 그레인의 유핵화된 영역(204)은 발생하지 않을 것이다.
앞서 논의한 바와 같이, 막 표면(102)은 상기 빔 아래에서 이동되거나 또는 스텝전진하여 돌출부(108)를 용융시킬 수 있도록 할 수 있다. 예를 들면 표면(102)은 상기 펄스 폭의 1/2 이하로 좌측으로 이동될 수 있다. 계속해서 측방향의 고화된 영역(104)의 일부, 측방향의 고화된 영역(106)의 전부 그리고 조사되지 않은 비정질 실리콘(114)의 일부를 따라 돌출부(108)가 재용융될 수 있다. 측방향의 고화된 영역이 좌측으로부터 우측으로 성장함에 따라, 측방향의 고화된 영역(104)으로부터 식종이 이루어져서 중앙에서의 만남이 새로운 돌출부를 형성할 때까지 측방향의 고화된 영역(104)의 결정 구조가 지속되게 될 것이다. 이는 도 3에 서 볼 수 있다.
도 3은 도 1의 막 표면의 단면의 제2의 조사 동안의 빔의 예시적인 위치를 나타내는 다이아그램이다. 제1의 조사 동안의 상기 빔의 위치는 위치(302)에 나타내었다. 앞서 논의한 바와 같이, 막 표면(102)이 상기 빔 아래에서 이동되어 표면(102)의 다음 영역(section)이 용융될 수 있다. 예를 들면, 표면(102)은 상기 펄스 폭의 절반 보다 약간 더 작게 될 수 있는 스텝 거리(304)로 좌측으로 이동될 수 있다. 계속해서 상기 빔은 입사되는 광자(308)들로 조사하게 될 제2의 방사 동안에 위치(306)에 위치될 수 있다. 광자(308)들은 측방향의 고화된 영역(104)의 작은 부분(310), 측방향의 고화된 영역(106)의 전부 그리고 조사되지 않은 비정질 실리콘(114)의 일부(312)를 따라 돌출부(108)를 재용융될 수 있다. 새로운 측방향의 고화된 영역이 좌측으로부터 우측으로 성장함에 따라, 측방향의 고화된 영역(104)으로부터 식종이 이루어져서 중앙에서의 만남이 새로운 돌출부를 형성할 때까지 측방향의 고화된 영역(104)의 결정 구조가 지속되게 될 것이다. 새로운 돌출부는 대략 위치(314)에서 형성될 것이다.
도 6은 "n" 펄스들 이후의 빔의 예시적인 위치를 나타내는 다이아그램이다. 막 표면(102)는 일정한 속도로 이동될 수 있다. 각 펄스는 상기 막 표면(102)이 하나의 명목상의 스텝 크기(604)로 이동함에 따라 발생하도록 시간조절이 될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 레이저가 상기 표면(102)을 따라 이동함에 따라 각각이 대략 빔의 폭(602)의 길이의 절반인 연속적인 측방향의 고화 영역(604)이 형성된다. 앞서 논의한 바와 같이, 상기 명목상의 스텝 크기(604)는 대체로 이론적인 최대 스텝 크기 보다 더 작으며, 상기 실제의 스텝 크기는 돌출부(108) 근처에서 최고세기 피크(intensity peak)를 갖는 것에 의해 극대화될 수 있다.
도 3을 참조하면, 돌출부(108)를 재용융시키기 위하여 여분의 에너지가 필요하며, 또한 광이 돌출부(108)에 의해 산란될 수 있기 때문에 스텝 거리(304)는 상기 이론적인 최대치보다 더 작아질 수 있다. 공정은 단지 각 영역이 냉각됨에 따라 진행될 수 있다. 보다 작은 스텝든은 공정 시간을 증가시키고 앞서 용융된 영역을 재용융시키는 데 시간을 낭비할 수 있다. 상기 빔으로부터의 광자(308)들에 의하여 측방향의 고화된 영역(104)의 작은 부분(310)이 재용융된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 상기 작은 영역(310)들이 더 많을수록 일반적으로 막 표면(102)을 가공하는 데 시간이 더 걸리게 될 것이다. 따라서, 작은 영역(310)을 최소화시킬 수 있는 경우, 즉, 보다 큰 스텝 크기가 달성되는 경우, 이는 대체로 제조 공정이 가속되어 보다 빠른 공정시간 및 보다 큰 생산용적을 야기하도록 할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c들은 돌출부(108)의 위치에 보다 많은 에너지를 지향시키는 데 사용될 수 있는 예시적인 단축 공간적 세기 프로파일을 나타내는 다이아그램들이다. 도 5a는 탑-햇(top-hat) 프로파일을 나타내고 있다. 대체로, 도 5a에 나타낸 바와 같이 가파른 측면(steep sides)들을 갖는 탑-햇 프로파일은 이것이 상기 표면(102)에 대한 에너지의 보다 균일한 적용이라는 결과를 가져오기 때문에 바람직하기는 하나, 언급한 바와 같이, 상기 스텝 크기를 증가시키기 위하여는 돌출부(108)에 보다 많은 에너지를 지향사키는 것이 바람직할 수 있다. 도 5a에 나타낸 바와 같은 탑-햇 프로파일을 갖는 빔의 에너지 밀도를 증가시키는 것에 의해 돌 출부(108)에로 보다 많은 에너지를 지향시킬 수 있다. 그러나 극단적으로는 상기 비정질 실리콘 막 위로 입사되는 상기 빔의 상기 측면에서의 막 손상 또는 응집(agglomeration)을 야기시킬 수 있기 때문에, 대체로 탑-햇의 공간적 프로파일을 갖는 상기 빔의 에너지 밀도를 단순히 증가시키는 것으로는 충분치 않다.
상기 막의 요구되는 용융온도에 대한 상기 빔의 세기 프로파일에 대략적으로 상관되는 레이저 빔 단축 프로파일이 대체로 바람직하다. 상기 프로파일은 손상의 문턱(damage threshold)를 넘어가지 않고 펄스 당 최대 스텝 거리를 가능하게 하도록 재단될 수 있다. 도 5b 및 도 5c들은 돌출부(108)의 위치에 상관되는 상기 빔의 모서리에서 일어나는 최고세기 피크를 갖는 2개의 단축 프로파일들을 나타내고 있다. 예를 들면, 공동계류중인 "레이저 박막 폴리-실리콘 어닐링 시스템"이라는 제목으로 2004년 7월 1일 출원되고, 이하에서 완전히 규정하는 경우에 참고로서 인용되는 미합중국 특허출원 제10/884,547호의 도 8 및 도 9들에 나타낸 바와 같은 빔 전달의 적절한 제어 및 빔 처리 시스템들이 상기 단축 공간적 세기 프로파일을 조작하는 데 사용될 수 있다.
도 7은 도 5b에서 도시된 것과 유사한 단축의, 공간적 세기 프로파일을 갖는 빔(712)의 사용을 나타내는 다이아그램이다. 앞서 논의한 바와 같이, 상기 막의 요구되는 용융온도에 대한 상기 빔의 세기 프로파일에 대략적으로 상관되는 단축 레이저 빔 프로파일이 대체로 바람직하다. 도 7에서 보여지는 바와 같이, 상기 세기는 돌출부(108) 근처에서 최대이다. 이러한 방법으로 앞서 논의한 바와 같이 증가된 두께 및 산란으로 인하여 돌출부(108)를 용융시키는 데 요구되는 부가의 에너 지를 제공하도록 보다 많은 에너지가 공급될 수 있다. 보다 많은 에너지가 상기 단축 프로파일의 왼쪽 측면 내에 포함되기 때문에, 상기 스텝 크기(704)가 증가되어 상기 이론적인 최대치에 더 가깝게 접근하도록 할 수 있으면서도 여전히 돌출부(108)의 적절한 용융이 가능하도록 할 수 있다.
환언하면, 도 5b 및 도 5c들에서 나타낸 바와 같은 단축의, 공간적인 세기 프로파일을 사용하는 것에 의하여 부분(310)이 감소되고 그리고 상기 스텝 크기가 증가될 수 있다. 크기에서의 증가가 실행에 의존적이기는 하나, 돌출부(108)의 위치에서의 상기 빔의 증가된 세기로 인하여 상기 스텝 크기가 이론적인 최대치에 근접하게 될 수 있다는 것은 이해될 수 있는 것이다. 예를 들면, 상기 스텝 크기는 빔의 폭의 총합에 대하여 수백 나노미터 이상까지 증가될 수 있다.
도 8은 본 명세서에서 기술된 시스템 및 방법들의 하나의 구체예에 따라 액정디스플레이를 제조하기 위한 예시적인 표면 처리 시스템(800)이다. 앞서 기술한 바와 같은 얕은 빔 지향성의 결정화가 높은 생산성, 개선된 폴리실리콘 균일성 및 실리콘 막을 용융시키는 데 요구되는 에너지에 대한 단축 공간상의 세기 프로파일을 갖는 측방향의 결정 성장의 잇점들과 결합된다. 표준의 엑시머 레이저 어닐링과는 대조적으로, 상기 얕은 빔 지향성의 결정화 공정은 보다 균일한 물질을 생산하는 한편으로 생산성을 증가시킨다.
특이적으로 설계된 레이저(802) 및 상용화된 빔 생성 광학기(804)를 사용하여, 기판(809)이 길이간 긴 얕은 빔(808)에 노출될 수 있다. 빔 생성 광학 시스템(804)은 예를 들면 도 5a 및 도 5b에 대하여 앞서 기술한 바와 같은 단축의, 공 간상 레이저 빔 프로파일을 생성할 수 있다. 하나의 구체예에 있어서, 길이가 긴 얕은 빔(808)은 5미크론의 폭 및 730㎜ 까지의 길이로 측정될 수 있다. 이러한 빔 배치는 단일의 레이저 펄스 동안에 유리기판(809)의 폭을 가로지르는 완전한 커버리지(coverage)를 허용할 수 있다. 5미크론의 폭의 영역이 완전한 용융을 부여하기 때문에, 상기 실리콘은 측방향의 성장 결정화에 의하여 고화되어 높은 이동성의 폴리실리콘이라는 결과를 낳는다. 상기 전체 기판(809)을 가공하기 위하여는, 상기 유리는 상기 빔(808) 아래에서 주사되어 상기 결정화가 단일의 통과 내에서 일어나도록 할 수 있다. 상기 유리는 일정한 속도로 움직일 수 있고, 그리고 상기 레이저는 대략 2㎛의 이동 후에 점화되도록 촉발될 수 있다. 앞서의 것 위로 개개 새로운 "띠(stripe)"를 중첩시키는 것에 의하여 새로운 띠가 앞서의 띠의 양호한 폴리실리콘으로부터 "식종"될 수 있으며, 상기 시스템은 상기 전체 기판(809)을 가로질러 길이가 긴, 균일한 결정 그레인들의 연속적인 성장을 달성할 수 있다.
앞서 기술한 바와 같은 단축의, 공간상 세기 프로파일을 갖는 얕은 빔 지향성 결정화는 엑시머 레이저 어닐링에서 사용된 20 내지 40펄스에 비하여 더 적은 펄스들로 각 영역을 노출하는 것으로, 엑시머 레이저 어닐링 보다 훨씬 더 효율적이 될 수 있다. 이는 보다 높은 패널 생산성을 제공할 수 있다. 게다가, 공간상의 용융에 의존하지 않기 때문에, 상기 공정창은 엑시머 레이저 어닐링 보다 훨씬 더 크게 될 수 있으며, 이는 수율을 개선하는 데 도움을 줄 수 있다. 상기 전체 패널이 단일의 통과 내에서 노출될 수 있기 때문에, 앞서 기술한 바와 같은 단축의 공간상 세기 프로파일 공정을 갖는 상기 얕은 빔 지향성의 결정화는 또한 순차적 측면 고상화 및 엑시머 레이저 어닐링 등과 같은 다중-통과 노출 기술들에서 볼 수 있는 중첩 영역들에 의해 야기되는 불균일성을 피할 수 있다.
상기 얕은 빔 지향성 결정화의 실제적인 실현에는 예를 들면 상기 시스템 내에 3개의 주요 구성요소 즉 레이저(802), 빔 생성 광학기(804) 및 스테이지(stage))(810)이 포함될 수 있다. 하나의 구체예에 있어서, 길이가 긴 빔 및 고속의 주사 속도를 지지할 수 있는 출력(power), 펄스 주파수 및 펄스 에너지의 주의깊게 선택된 조합을 갖는 특이적으로 설계된 고출력 레이저(802)가 사용될 수 있다. 이 레이저는 예를 들면 통상의 엑시머 레이저 어닐링 레이저 출력의 거의 3배인 900와트(W)의 출력을 제공하여 가장 높은 생산성을 제공하도록 할 수 있다. 하나의 구체예에 있어서, 원래 요구되는 반도체 리소그래피 응용예에 대하여 설계된 레이저(802)가 사용되어 상기 폴리실리콘의 양호한 균일성 및 상기 기판을 통한 상기 박막트랜지스터 성능을 확실하게 하도록 할 수 있다.
하나의 구체예에 있어서, 스테이지(810)는 스테퍼(stepper) 또는 이송기(translator)를 사용하여 길이가 긴 얕은 빔(808) 아래에서 움직일 수 있다. 이러한 방법으로, 빔(808) 아래에 있는 패널(809)의 일부가 패널(809)의 여러 부분들이 가공되도록 제어될 수 있다. 하나의 구체예에 있어서, 패널(809)은 비정질 실리콘 코팅 유리 패널이 될 수 있다. 따라서, 빔(808)은 패널(809) 상의 실리콘 막 표면을 용융시키는 데 사용될 수 있다.
최적의 빔 형상을 생성하기 위한 광학적 시스템이 개발되었다. 하나의 구체예에 있어서, 상기 최적의 빔 형상은 기판의 전체 폭을 커버하기에 충분하게 길고 그리고 상기 결정화 공정을 최적화하기에 충분하게 좁게 될 수 있다. 높은 출력의 부하 아래에서 열적 안정성 및 제어된 촛점심도(DOF ; Depth of Focus)를 확실하게 하고 그리고 상기 광학기의 수명을 극대화하도록 하기 위하여 상기 광학적 시스템 내에 포함된 투사 광학기(projection optics)들의 설계에 특별한 주의를 기울일 수 있다.
하나의 구체예에 있어서, 주사 방향 내에서의 신속한 움직임을 확실하게 하기 위하여, 상기 레이저는 높은 반복율(repetition rate) 예를 들면 예를 들면 6㎑에서 작동할 수 있어야 하며, 상기 스테이지 속도는 예를 들면 약 2미크론의 피치에 대하여 12㎜/초가 될 수 있다. 상기 기판은 단일의 통과 내에서 노출될 수 있으며, 이는 제4세대 기판을 노출시키기 위하여는 대략 150mJ/펄스를 필요로 한다. 하나의 구체예에 있어서, 6㎑, 900와트 레이저를 갖는 얕은 빔 결정화 시스템이 전체 제4세대 패널을 75초 정도로 짧은 시간 내에 가공할 수 있다.
본 명세서에서 기술된 시스템들 및 방법들에 따라 사용될 수 있는 표면 처리 시스템(800)의 예시적인 구체예의 보다 상세한 설명은 미합중국 특허출원 제10/781,251호, 동 제10/884,101호, 동 제10/884,547호 및 동 제11/201,877호들에 기술되어 있다.
비록 본 발명들의 특정의 구체예들이 이상에서 기술되기는 하였으나, 기술된 구체예들은 단지 예시적인 방법으로 기술된 것임은 이해될 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명들은 기술된 구체예들에 기초하여 제한되는 것은 아니다. 오히려, 본 명세서에서 기술된 본 발명들의 관점은 단지 앞서의 상세한 설명 및 첨부되는 도면 들과 함께 고려하는 경우에 이하의 특허청구범위들의 관점에서만이 제한되어야 한다.
본 발명은 액정디스플레이 등을 제조하는 산업에 이용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 레이저 빔 프로파일을 단축으로 형성하여 빔이 적용되는 실리콘 기판 내의 돌출부에 대응하는 프로파일의 하나의 모서리 근처에 보다 많은 에너지를 투입하도록 하는 단계; 및
    상기 레이저 빔의 적용에 대한 스텝 크기를 최대 이론적인 스텝 크기에 가까워지도록 증가시키는 단계;
    를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 장축을 길이가 긴 얕은 빔으로 생성하는 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    레이저 빔 프로파일이 단축 내에서 대략 5미크론의 폭인 것임을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    빔 프로파일이 730㎜의 길이임을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    빔 프로파일이 대략 유리 기판의 폭과 같은 것을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    유리기판이 상기 빔 프로파일 아래에서 일정한 속도로 움직이는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 빔 프로파일이 0.5 내지 4미크론의 이동 이후에 점화되도록 촉발되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 빔 프로파일이 대략 2.5미크론의 이동 이후에 점화되도록 촉발되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔이 351㎚의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔이 308㎚의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이의 가공방법.
  11. 레이저 빔 프로파일을 단축으로 형성하여 빔이 적용되는 실리콘 기판 내의 돌출부에 대응하는 프로파일의 하나의 모서리 근처에 보다 많은 에너지를 투입하도록 하는 단계; 및
    상기 레이저 빔의 적용에 대한 스텝 크기를 최대 이론적인 스텝 크기에 가까워지도록 증가시키는 단계;
    에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
  12. 레이저광을 주기적으로 생성하도록 배치되는 레이저;
    상기 레이저에 결합되고 그리고 상기 레이저로부터 방사된 상기 레이저광을 단축 및 장축을 갖는 길이가 길고 얕은 빔으로 전환시키도록 배치되며, 여기에서 상기 단축 내의 빔 프로파일이 상기 레이저광이 적용될 실리콘 기판 내의 돌출부에 대응하는 모서리 근처에 보다 많은 에너지를 갖도록 하는 빔 형성 광학기; 및
    상기 실리콘 기판을 지지하도록 배치되는 스테이지; 및
    상기 스테이지에 결합되며, 상기 실리콘 기판을 전진시켜 이론적인 최대의 스텝 크기 근처인 상기 레이저의 주기적인 점화에 결합되는 스텝 크기를 생성하도록 하는 이송기;
    를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저가 적어도 900와트 레이저임을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저가 351㎚에서 작동하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저가 308㎚에서 작동하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 빔 형성 광학기가 단축 내에서 대략 5미크론인 프로파일을 갖는 레이저 빔을 생성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 빔 형성 광학기가 장축 내에서 730㎜인 프로파일을 갖는 레이저 빔을 생성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 이송기가 상기 실리콘 기판을 일정한 속도로 움직이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 레이저가 대략 5미크론의 이송 후에 점화되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 스텝 크기가 대략 2.5미크론임을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 실리콘 기판이 유리 표면 상에 퇴적된 것임을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저가 2 챔버 레이저 시스템(two chamber laser system)인 것을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 챔버들 중의 하나가 주진동(master oscillator)로서 작용하고 그리고 다른 챔버가 출력 증폭기(power amplifier)로서 작용하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이를 제조하기 위한 장치.
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