KR20150034186A - 엑시머 레이저 소결 공정을 위한 감시 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

엑시머 레이저로부터의 펄스에 의해 조사함으로써 결정화된 실리콘층을 평가하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 결정화에 의해, 실리콘층이 노출된 펄스의 수 및 에너지 밀도에 의존된 결정화된 층 상의 주기적 특징부가 생성된다. 이러한 층의 영역은 광으로 조광된다. 상기 조광된 영역으로부터 회절된 광을 검출하고 이러한 층이 노출된 펄스의 에너지 밀도를 상기 검출된 회절된 광으로부터 판정하기 위한 검출기가 배열된다.

Description

엑시머 레이저 소결 공정을 위한 감시 방법 및 장치{MONITORING METHOD AND APPARATUS FOR EXCIMER LASER ANNEALING PROCESS}
본 발명은 일반적으로 펄싱된 레이저 조사에 의한 박막 실리콘(Si) 층의 용융 및 재결정화에 관한 것이다. 본 방법은 특히 재결정화된 층을 평가하는 방법에 관한 것이다.
실리콘 결정화는 박막 트랜지스터(TFT) 액티브 매트리스형 LCD, 및 유기 LED(AMOLED) 디스플레이의 제조에 자주 사용된다. 결정질 실리콘은 이러한 디스플레이의 전자 회로가 종래의 리소그래픽 공정에 의해 형성되는 반도체 베이스를 형성한다. 일반적으로 결정화는 길이 방향(장축)을 따른 균일한 강도 프로필 및 폭방향(단축)으로 균일하거나 "최고 위의(top-hat)" 강도 프로필을 갖는 긴 라인으로 형상화된 펄싱된 레이저 광선을 사용하여 실행된다. 이러한 공정에서, 유리 기판 위의 박층의 비정질 실리콘은 기판(그리고 그 위의 실리콘층)이 레이저 방사선 펄스의 전달 소스에 대해 이송되는 동안 레이저 방사선의 펄스에 반복적으로 용융된다. 반복된 펄스를 통한 용융 및 재응고(재결정화)는 희망의 결정질 미세구조가 이러한 필름에서 얻어질 때까지 특정 최적 에너지 밀도(OED)에서 일어난다.
광학 소자가 레이저 펄스를 방사선으로 형성하는데 사용되고, 방사선의 폭을 갖는 스트립으로 결정화된다. 이러한 라인을 따라 방사선 펄스의 강도를 매우 균일하게 유지하도록 모든 시도가 이루어진다. 이것은 스트립을 따라 결정질 미세구조를 균일하게 유지하기 위해 필요하다. 광학 펄스의 인기 있는 소스는 전자기 스펙트럼의 자외선 영역의 파장을 갖는 펄스를 전달하는 엑시머 레이저이다. 엑시머-레이저 펄스를 사용하는 상술된 결정화 공정은 보통 엑시머-레이저 소결(ELA)로 부른다. 이러한 공정은 정교하고, OED에 대한 오차 범위는 수 퍼센트 또는 심지어 ±0.5% 만큼 작을 수 있다.
2개의 모드의 ELA가 존재한다. 하나의 모드에서, 레이저 광선에 대한 패널의 이송 속도는 충분히 작아서 빔폭의 "최고 위의 부분"은 하나의 펄스로부터 다음 펄스로 95% 만큼 중첩되어서 임의의 국소의 영역이 총 약 20개의 펄스를 받는다. 고급 ELA 또는 AELA로 부르는 다른 모드에서, 이송 속도는 훨씬 더 빠르고 패널에 대한 단일 패스에서, 이러한 조사된 "라인"은 최소 중첩을 갖고 심지어 그 사이에 결정화되지 않은 공간을 남길 수 있다. 대응하는 재료를 생성하기 위해 ELA 공정에서 보다 적을 수 있는 전체 수의 펄스에 의해 전체 패널이 조사되도록 다수의 패스가 이루어질 수 있다.
어느 ELA 모드가 채용되건 간에, 생산 라인에서 패널 위의 결정화된 필름의 평가는 현재 외관 검사에 의해 오프라인으로 이루어진다. 이러한 검사는 전적으로 주관적이고, 예를 들어, 결정화 빔의 에너지 밀도에서 1% 미만의 매우 작은 변화로 관찰된 패널의 특징부를 경험에 의해 상관시킬 수 있는 고도의 훈련된 숙력된 검사자에 의존한다. 제조 환경에서, 외관 분석 및 공정 에너지 밀도의 변화가 필요한지를 정하는 공정은 보통 결정화가 수행된 시점으로부터 약 한 시간과 한시간 반 걸리고, 이것에 상응하여, 수용가능한 패널의 생산 라인 수율에 악영향을 끼친다.
ELA 공정의 객관적인 평가 방법이 필요하다. 바람직하게는, 이러한 방법은 적어도 생산 라인에서 구현될 수 있어야 한다. 보다 바람직하게는, 이러한 방법이 평가에 의해 제공된 데이터에 응답하여 공정 에너지 밀도를 자동으로 조정하기 위한 피드백 루프로 근 실시간 평가를 위해 사용될 수 있어야 한다.
본 발명은 에너지 밀도를 갖는 복수의 레이저 방사선 펄스를 반도체층 위에 노출함으로써 적어도 국부적으로 결정화된 반도체층의 결정화 공정을 평가하는 것에 관한 것이다. 이러한 결정화에 의해, 서로 수직인 제1 방향 및 제2 방향 각각으로 상기 반도체층 위에 제1 및 제2 그룹의 주기적 표면 특피쳐 생성되고, 상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 표면 피쳐의 형태는 상기 반도체층이 노출된 상기 레이저 방사선 펄스의 에너지 밀도에 의존한다.
본 발명의 하나의 특징에서, 평가 방법은 상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 표면 피쳐 의해 각각 광의 제1 및 제2 부분이 회절되도록 상기 결정화된 반도체층의 영역에 광을 전달하는 단계를 포함한다. 상기 제1 및 제2 회절된 광 부분의 진폭은 개별적으로 측정된다. 상기 측정된 제1 및 제2 회절된 광 부분으로부터 상기 레이저 방사선 펄스의 상기 반도체층 위의 에너지 밀도가 결정된다.
명세서에 통합되어 있고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시하고, 상기 주어진 일반적인 설명과 하술된 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하고 있다.
도 1은 ELA 결정화된 실리콘 층의 주사레이저현미경 이미지의 고속 푸리에 변환(FFT)을 위한 롤링 방향 및 횡단 방향으로의 펄스 에너지 밀도의 함수로서 측정 피크 진폭을 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 2는 A-ELA 결정화된 실리콘 층의 주사레이저현미경 이미지의 FFT를 위한 롤링 방향 및 횡단 방향으로의 펄스 에너지 밀도의 함수로서 측정 피크 진폭을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 A-ELA 결정화된 실리콘 층의 주사레이저현미경 이미지의 FFT를 위한 롤링 방향 및 횡단 방향으로의 펄스 수의 함수로서 측정 피크 진폭을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 결정화 동안 층의 롤링 방향(RD)에 대한 횡단 방향으로 그리고 병렬로 형성된 리지를 도시하는 ELA 결정화된 실리콘 층의 영역의 편광 현미경 이미지이다.
도 5는 횡단 방향 및 롤링 방향 리지 각각으로부터의 회절광에 의해 형성된 광의 수평 및 수직 대역을 도시하는 도 4의 것과 유사한 결정화된 층의 영역의 편광 현미경 이미지이다.
도 6는 ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 롤링 방향 리지로부터의 회절광에 대한 펄스-에너지 밀도의 함수로서 측정 진폭을 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 7은 410, 415 및 420 mJ/cm2의 ED에 대한 A-ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 롤링 방향 리지로부터의 회절광에 대한 펄스 수의 함수로서 측정 진폭을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 8 및 도 8a는 ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 롤링 방향으로부터의 회절광의 진폭을 개별적으로 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 하나의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 롤링 방향 리지로부터의 회절광의 측정 진폭에 응답하여 실리콘 층에 대한 펄스 에너지 밀도를 조정하기 위한 가변 감쇠기와 협동하는 도 8의 장치를 포함하는 본 발명에 따른 ELA 장치의 하나의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 장치와 유사하지만, ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 롤링 방향으로부터의 회절광의 진폭을 개별적으로 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에 의해 도 8의 장치가 대체된 본 발명에 따른 ELA 장치의 다른 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
박막 Si 필름의 ELA 공정에 의해 표면 거칠기를 형성하는데, 응고시에 Si의 팽창의 결과로서 돌출부가 형성되고, 이러한 돌출부는 특별히 측방향 성장 동안 충돌하는 3개 이상의 응고 정면 사이에 형성된다. 이러한 돌출부는 대개, 무작위로 위치되지 않는다. 오히려, 이들은 레이저 유도 주기적 표면 구조(LIPSS: laser-induced periodic surface structures)로서 문헌에 집합적으로 언급된 리플 형성 공정으로 인해 정렬되어 있다. 따라서, 이러한 리플은 일련의 잘 정렬된 돌출부로 구성되어 있다. 이러한 리플 형성은 박막 Si 필름이 부분 용융되는 에너지 밀도 창(범위) 안에서만 관찰된다. 보통 이러한 리플 주기는 대략 입사광의 파장이고, 예를 들어, XeCl 엑시머 레이저에 대해 대략 290-340 nm이다. 이러한 작은 치수 때문에, 리플은 종래의 광학 현미경 기술을 사용하여 분해될 수 없거나 거의 분해될 수 없다.
보통 광학 명시야(bright field) 현미경에서 관찰되는 것은 ELA 처리된 필름의 표면이 보다 밝은 영역이 산재된 가늘고 긴 보다 어두운 색의 영역으로 구성되어 있다는 것이다. 보다 어두운 영역을 가까이서 조사해보면 이들은 보다 높은 돌출부를 갖는 보다 강하게 파문을 일으키는(배열된(ordered)) 영역으로 구성되어 있고, 그 사이에는 보다 적은 배열(order) 및/또는 보다 낮은 돌출부를 갖는 영역이 존재한다. 여기에서 보다 많이 배열된 영역을 리지(ridge)로 부르고, 그 사이의 영역은 밸리(valley)로 부른다. 리지의 형성은 리지의 전형적인 방위가 리플 방향과 수직인 방향으로 리플의 형성과 상관되어 나타난다는 것이 발견되었다. 본 발명의 방법 및 장치는 ELA 공정의 결과로서 형성된 박막 Si 필름(층)의 리지로부터 회절광을 측정하는 것에 의존한다. 이러한 방법에 의해 근 실시간으로 ELA 공정을 감시하거나 제어하기 위해 사용될 수 있는 리플링의 정도가 간접적으로 측정된다. 또한, 비록 리지로부터 회절을 측정하는데 사용된 보다 많은 종래의 광학 현미경 기술과 비교하여 상대적으로 느린 현미경 기술을 사용하지만 리플 자체를 보다 직접 보는 방법이 기술되어 있다.
리플은 보통 한 방향으로만 형성되지 않는다. 리플은 대개 주사 방향과 병렬인 방향으로, 또한 주사 방향에 수직인 방향(라인 방향)으로 형성된다. 이러한 리플은 주기성을 갖고 있고, 롤링 방향(RD)이 주사 방향과 일치하고 횡단 방향(TD)이 라인 방향과 일치하는 금속야금학에서 일반적인 용어를 사용하여, 이들 리플의 주기성 방향에 의해 여기에 기술되어 있다. 따라서, 주사 방향의 방위를 갖는 리플이 횡단 방향으로 주기성을 갖기 때문에, TD 리플로 부른다. 마찬가지로, 라인 방향의 방위를 갖는 리플은 롤링 방향으로 주기성을 갖고 있고 RD 리플로 부른다.
LIPSS 이론에 따라, TD 리플은 광의 파장과 거의 동일한 간격을 갖고 있고, RD 리플은 대략 λ/(l±sinθ) 이격되어 있는데, λ/(1-sinθ) 간격이 지배적이다. 여기에서, θ는 층에 대한 레이저 방사선의 입사각이고, 이것은 ELA에서 보통 약 5 도 이상이다. 리플 형성은 균일한 폴리 Si 필름을 얻는데 중요한데, 그 이유는 그레인 구조가 표면 주기성을 따르는 경향이 있기 때문이다. 리플이 존재할 때, 이상적으로, 대개, 대략 λ와 λ/(1-sinθ) 크기의 직방형 그레인으로 구성된 매우 잘 배열된(ordered) 필름이 형성된다. 보다 낮은 에너지 밀도(ED)에서, 그레인은 보다 작고 보다 높은 ED에서, 그레인은 보다 크다. 리플 도메인 크기 보다 큰 그레인이 성장할 때(여기에서 수퍼 측방향 성장(SLG: super-lateral growth)으로 부른다), 표면 리플로에 의해 돌출부 높이가 감소되고 필름의 배열성(order)이 점진적으로 손실된다.
레이저 펄스의 ED와 리플에 의해 유발된 표면 주기성 사이의 수치적 관계를 알아내는 제1 실험에서, 결정화된 필름의 레이저 주사 현미경(LSM) 이미지가 RD 및 TD 방향으로 행해진 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 분석되었다. FFT의 피크는 특정 표면 주기성의 존재를 나타내고 이러한 피크의 위치는 표면 주기성의 방향에 상응한다. 이러한 TD-변환은 강한 TD 주기성을 나타내는 약 1/λ에서 뚜렷한 피크를 제공하였다. RD 변환은 약 (1-sinθ)/λ에서의, TD 변환 보다 낮은 진폭을 갖는 덜 뚜렷한 피크를 나타내었다. 즉, 약 (1-sinθ)/λ 간격을 갖는 RD 리플을 보다 적게 나타내었다.
도 1은 ELA 공정에서 전체 25개의 중첩 펄스에 다한 펄스의 제곱센티미터당 밀리줄(mJ/cm2) 단위로 에너지 밀도(ED)의 함수로서 상응하는 RD 및 TD 변환 피크의 진폭을 개략적으로 도시한 그래프이다. RD 주기성은 TD 주기성이 가장 큰 것 보다 경미하게 큰 ED에서 가장 큰 것으로 나타난다는 것을 알 수 있다. 여기에서, 약 420 (mJ/cm2)의 OED는 보다 높은 ED로 (비교적) 가파르게 감소하는 RD 및 TD 방향으로 주기성을 갖는 것을 나타낸다. 여기에서 규정된 ED는 빔의 파워를 측정하는 단계 및 이러한 파워를 빔의 최고 위의 폭에 의해 나누는 단계, 이러한 최고 위의 어느 한 측의 임의의 경사도(gradient)를 무시하는 단계를 포함하는 산업계에 일반적인 방법을 사용하여 결정된다는 것을 유념해야 한다.
도 2는 도 1의 그래프와 유사하지만 25개의 펄스의 A-ELA 공정에 의한 결정화를 위한 그래프이다. 여기에서, RD 리플은 ELA에 대한 것 보다 강한 주기성을 보여주고 그 피크 주기성은 ELA 공정의 경우에서 보다 잘 규정된다.
도 3은 실험적으로 결정되는 OED 보다 다소 적은 420 (mJ/cm2)의 ED에서의 펄스 수의 함수로서 RD 및 TD 피크 진폭을 개략적으로 도시하는 그래프이다. 약 22의 펄스 수에 이르는 TD 방향으로 꾸준히 주기성이 증가한다는 것을 알 수 있다. RD 방향으로, 약 15개의 펄스가 전달된 후까지 주기성의 성장이 거의 없다.
도 4는 반사광의 편광 현미경 이미지이다. 횡단 방향 방위를 갖는 리지(리지는 RD 방향으로의 리플과 상관되어 있거나, 다시 말해서, 주기성에 기초한 규정을 따른, "TD-리플")를 뚜렷이 볼 수 있다. 롤링 방향의 방위를 갖는 리지("RD 리플"과 상관되어 있다)는 상술된 FFT 분석으로부터 예측되는 바와 같이, 덜 두드러지지만 여전히 분명하다.
리플과 달리, 리지는 엄밀하게 주기성을 갖고 있지 않다. 그러나, 리지는 보통 약 1.5㎛와 약 3.0㎛ 사이의 범위를 갖거나, 대략 리플 사이의 간격 보다 큰 크기를 가질 수 있는 특성 간격을 가질 수 있다. 리플의 용어에 따라 리지는 주기성의 방향으로 불린다. 즉, RD 리지는 횡단 방향의 방위를 갖고 TD 리지는 롤링 방향의 방위를 갖는다.
FFT 분석은 자체로, 결정화된 층을 평가하는 하나의 수단을 분명히 제공한다. 그러나, 상술된 정보를 생성하는데 필요한 단계는 일반적으로 느리고 ELA 또는 A-ELA에 의해 결정화된 층의 근 실시간 온라인 감시 또는 평가를 위해 이러한 분석을 사용하는 것을 장려하지 않는다. 따라서, 리플 자체를 직접 측정하는 시도 보다는, RD 및 TD 리플과 연관된 리지의 수직 방위의 그룹과 연관된 회절 현상을 분석하는 기능을 조사하도록 결정되었다.
도 5는 도 4에 도시된 것과 같은 층의 편광 현미경 이미지이다. 이것은 대물의 후초점의 이미지가 기록될 수 있도록 접안렌즈가 제거된 구입가능한 현미경을 사용하여 얻어졌다. 이러한 예에서, 이러한 이미지는 단순한 휴대 전화 카메라에 의해 기록되었다. 이러한 현미경은 투과광 구성으로 사용되었다. 제1 편광기는 시료 앞의 조명광 경로에 위치되었고 제2 편광기(분석기)는 편광 방향이 제1 편광기의 것에 90도인 상태에서 시료 뒤에 위치되었다.
편광 이미지의 중심은 현미경 시스템의 광축에 상응하고 광축(중심점)으로부터의 거리는 광이 이동하는 각도에 상응한다. 따라서, 편광 이미지는 현미경에서 광의 방향에 대한 정보를 제공한다.
콘덴서 다이어프램은 시료에 대한 입사광의 각도 분포를 제한하고, 그에 따라서 편광 이미지의 중심으로의 어퍼처의 이미지를 제한하도록 최소 어퍼처에 가깝게 설정되었다. 이러한 이미지의 나머지는 결정화에 의해 형성된 TD 및 RD 리지 그룹으로부터 회절된 광에 의해 형성된다. 편광기 및 분석기는 함께, 이미지의 나머지에 대해 중심점의 휘도를 최소화하도록 기능한다. 90도 상대 회전에서 2개의 편광기는 편광 이미지에서 등나선상으로 알려진 한 쌍의 크로싱 대역의 소멸을 형성한다. 편광기 및 분석기를 시료에 대해 함께 회전시킴으로써, 등나선상은 이러한 대역의 소멸을 최소화하기 위해 회절 대역으로부터 멀리 회전될 수 있다.
도 5의 회색 스케일로 표시된 실제 이미지는 컬러 이미지이다. 수평 대역은 푸르스름한 색이고 수직 대역은 녹색을 띤 색이다. 이러한 대역의 컬러링은 매우 균일할 수 있고 이러한 파장에서의 높은 회절 효율 및 다른 파장에서의 보다 낮은 회절 효율을 나타내는 것으로 생각되어진다. 이러한 대역의 컬러링의 균일화는 이러한 리지의 가변 간격의 결과로 생각된다. 수평 대역과 수직 대역의 스펙트럼 사이에 일부 스펙트럼 중첩이 존재할 수 있다.
현미경 대물렌즈는 20X 대물렌즈였다. 강도 경사도가 높은 중심점의 단편화된 에지는 이미지 화소 크기를 나타낸다. 어두운 사분면의 보다 큰 정사각형은 JPEG 이미지-압축의 인공물이다.
도면의 수평 방향으로 (TD 리플과 관련된) RD 리지에 의한 회절로부터 나온 광의 강한 대역이 존재한다. 이러한 도면의 수직 방향에서, (RD 리플과 관련된) TD 리지에 의한 회절로부터 나온 광의 보다 약한 대역이 존재한다. 투과광은 이미지의 중심에서 밝은 점을 형성한다.
도 1 및 도 2의 그래프로부터 예측되는 바와 같이, 펄스 ED가 OED 아래로 떨어짐에 따라, RD-리지 회절 대역의 휘도에 대한 TD-리지 회절 대역의 상대 휘도는 ED가 감소함에 따라 가파르게 감소된다. 펄스 ED가 OED 위로 상승할 때, RD-리지 회절 대역의 휘도에 비교되는 TD-리지 회절 대역의 상대 휘도는 대략 동일한 것으로 남아 있지만, 양측 모두 ED가 증가함에 따라 가파르게 떨어진다. 따라서, 회절 대역의 휘도를 측정하면 ED가 OED 위 또는 아래에 있는지 그리고 얼마나 많이 위 또는 아래에 있는지를 알수 있는 강력한 방법을 제공한다.
도 6은 ELA 공정에서 25개의 중첩 펄스에 의해 결정화된 실리콘층 영역에 대한 펄스 ED의 함수로서 RD 리지 회절 강도(실선 곡선) 및 TD 리지 회절 강도(파선 곡선)를 개략적으로 도시한 그래프이다. 이러한 리지의 강도는 직접 측정되지 않았다. 대신에, 회절 대역 강도에 대한 측정값은 대역이 상이한 색을 갖고 색 정보가 여전히 규칙적인 현미경 이미지에 존재한다는 관찰에 기초하여 안출되었다.
구입가능한 래스터 그래픽스 에디터가 RD 리지 및 TD 리지 각각의 회절의 측정값으로서 편광 이미지의 블루 및 그린 채널의 평균 휘도를 알아내도록 사용되었다. 이러한 방식의 단점은 이미지 색 채널이 대역 휘도를 보도록, 최적화된 필터링을 제공하지 않아서 2개의 신호 사이에 상당한 크로스토크가 존재한다는 것이다. 또한, 비회절된 중심점의 신호는 이러한 색 채널에 겹쳐져서 이러한 채널은 보다 높은 잡음 레벨을 갖는다. 그럴지라도, 이러한 차이는 점선 곡선으로 도 6에 도시된 바와 같이, 블루 채널 휘도에 대한 그린 채널 휘도의 비가 최대에 도달할 때 OED가 발견되는 추세를 분명히 보여주고 있다.
대안으로, 도 5의 이미지와 유사한 CMOS 어레이 또는 CCD 어레이에 의해 기록된 편광 이미지는 오직 회절 대역으로부터 측정 데이터를 수집하기 위해 적절한 소프트웨어를 사용하여 전자적으로 처리될 수 있다. 이것은 이미지의 회절광 대역의 실제 색 및 회절 효율에 대해 측정값이 민감하지 않다는 장점이 있는데, 그 이유는 공간 정보가 이것에 독립적이기 때문이다. 실제 회절 효율은 필름 두께 및 증착 파라미터의 함수일 수 있다.
도 7은 결정화되는 층의 동일한 영역에 연속으로 전달되는 펄스에 대한 펄스 수와 ED의 함수로서 RD-리지 회절-강도(실선 곡선) 및 TD-리지 회절-강도(파선 곡선)를 개략적으로 도시하는 그래프이다. 이러한 추세는 여기에서 도 3의 그래프의 것과 유사하다. 각 경우의 3개의 ED 값은 410 mJ/cm2, 415 mJ/cm2 및 420 mJ/cm2 이다. 즉, ED의 1%를 조금 넘는 간격으로 선택되었다. 15개의 펄스가 증착 후에 1%의 ED 변화가 약 20%의 신호 진폭의 크기 변화를 유발한다는 것을 알 수 있다. 대략 22개의 펄스에서, 회절 신호 변화는 약 5% 또는 2% 정도 더 양질의 ED 변화로 나타난다. 이것은 본 발명의 감도를 분명히 보여준다.
도 8은 결정화된 실리콘층을 평가하기 위한 본 발명에 따른 장치의 하나의 바람직한 실시예(20)를 개략적으로 도시하고 있다. 여기에서, 평가되는 결정화된 실리콘층(22)은 유리 패널(24) 위에 지지되어 있다. 쾰러 조명을 위해 설정된 현미경(26)은 백색광의 빔(29)을 전달하는 램프 또는 광원(28)을 포함하고 있다. 콘덴서 다이어프램(30)은 빔(29)의 광원뿔의 개구수(numerical aperture)를 제어한다.
부분 반사 및 부분 투과 광학 소자(32)(빔스플리터)는 빔(29)을 도 8에 도시된 바와 같이 층에 법선 입사각으로 층(22)에 지향시킨다. 광선의 일부(34)는 층(22)으로부터 반사되고 일부(36T)는 회절된다. 여기에 사용된 바와 같이, 접미사 T는 광이 층의 결정화 동안 형성된 상술된 횡단 방향(TD) 리지에 의해 회절되는 것을 의미한다. 도 8a는 도 8의 평면에 수직인 평면에 장치(20)를 도시하고 있고 층의 결정화 동안 형성된 상술된 롤링 방향(RD) 리지에 의해 회절되는 광(36R)을 도시하고 있다.
반사되고 회절된 광은 소자(32)를 관통하여 투과된다. 반사광은 정지부(38)에 의해 차단된다. 회절광은 정지부(38)를 우회하고 검출기 유닛(50)내의 광학 검출기 소자(52)에 입사된다. 전자 프로세서(54)가 검출기(50)에 제공되어 있고 검출기에 의해 수신된 회절광의 진폭을 알아내기 위해 배열되어 있다.
검출기 소자(52)는 회절광 강도를 공간 분석에 의해 프로세서(54)에 의해 판정할 수 있는 회절광(도 7 참조)의 편광 이미지를 기록하는, 상술된 바와 같은 CCD 어레이 또는 CMOS 어레이와 같은 화소로 나누어진 검출기일 수 있다. 대안으로, 검출기 소자는 총 회절광을 기록하는 하나 이상의 광다이오드 소자일 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 상술된 바와 같이, TD 및 RD 회절광의 특정 색에 상응하도록 선택된 통과대역을 갖는 선택적인 필터 소자(39, 40)가 제공된다. 이것은 화살표 A에 의해 도 8에 표시된 바와 같은 회절광 경로내에서 또는 벗어나서 이동될 수 있다.
각각의 경우에, 다른 스펙트럼 필터(도시되지 않음)가 회절되는 이러한 색으로 소스(28)로부터의 광의 대역폭을 제한하기 위해 제공될 수 있다. 이것은 정지부(28)를 우회하고 회절광과 혼합되는, 층(22)으로부터의 산란광(도시되지 않음)으로 인한 잡음을 감소시킬 것이다.
광원(28)에 대한 콜렉터 렌즈 광학부를 포함하는 도 8 및 도 8a의 현미경(26) 광학부에서, (무한 보정) 대물 광학부, 및 튜브 렌즈 광학부는 설명의 편의를 위해 도시되어 있지 않다. 또한, 이러한 현미경에는 편광 이미지 및 "접안렌즈"(또는 대안렌즈)를 직접 관찰하기 위해 버어트런드(Bertrand) 렌즈가 제공될 수 있다. 현미경의 이러한 광학부의 형태 및 기능은 광학계 당업자에게 주지되어 있고 그 상세한 설명은 본 발명의 원리를 이해하는데 필요하지 않다.
반사광 현미경의 대안으로, 투과광 현미경이 사용될 수 있다. 이러한 현미경 설정은 빔 스플리터를 갖고 있지 않지만 시료 앞의 별개의 콘덴서 렌즈를 필요로 한다. 최상의 결과를 위해, 빔 정지부(38)는 시료 뒤의 임의의 켤레면에 또는 대물렌즈의 후초점면에 배치될 수 있다. 반사광 현미경을 위해, 빔 정지부는 인입광을 차단하지 않도록 빔 스플리터 뒤에 위치된 대물렌즈의 후초점면의 켤레면에 가장 잘 배치되어 있다.
리지로부터의 회절은 또한 편광기 및/또는 빔 정지부의 부재에도 관찰되었다는 것을 유념해야 한다. 회절 대역은 또한 여전히 대물렌즈 및/또는 콘덴서 렌즈의 제거 후에 관찰될 수도 있다. 따라서, 이러한 렌즈는 검사되고 있는 필름 내의 영역의 휘도 및 선택도에 있어서 측정을 최적화하는 툴로서 보아야 한다. 이러한 렌즈는 여기에 기술된 장치의 핵심 소자가 아니다.
도 9는 본 발명에 따른 엑시머 레이저 소결 장치의 하나의 바람직한 실시예(60)를 개략적으로 도시하고 있다. 장치(60)는 레이저 빔(65)을 전달하는 엑시머 레이저(64)를 포함하고 있다. 빔(65)은 형상화된 빔(69)을 터닝 미러(70)를 통해 투사 광학부(72)로 전달하는 빔 형상화 광학부(68)에 가변 감쇠기(66)를 통해 투사된다. 이러한 투사 광학부는 상술된 바와 같이 비법선 입사각에서 빔을 층(22)에 투사한다. 층(22)을 포함하는 유리 패널(24)은 투사된 레이저 빔에 대해 방향 RD로 층 및 패널을 이동시키는 이송 스테이지(62) 위에 지지되어 있다.
상술된 장치(20)는 층(22) 위에 위치되어 있다. 처리 유닛(54)은 검출기 소자(52)에 의해 관찰된 TD 리지 회절 및 RD 리지 회절된 광성분의 진폭과 도 6 및 도 7의 곡선과 같은 실험적 곡선으로부터 생성된 전자 룩업 테이블로부터 층(22)이 OED 위 또는 아래의 펄스에 의해 결정화되었는지를 판정한다.
보통, 투사된 레이저 빔의 에너지 밀도(펄스 에너지 또는 공정 ED)는 처음에 공칭 OED에서 제어된다. 그러나, 전달된 에너지 밀도는 시간에 따라 표류할 수 있고, 이것은 OED의 명백한 표류로서 보통 기록된다. OED가 공칭값 보다 낮은 값으로 표류된 것으로 나타나면, ED는 OED 아래에 있을 것이고, 상술된 바와 같이 양 방향으로 보다 낮은 밀도의 리지가 존재할 것이고, 이에 따라, 양 회절 신호의 크기는 감소될 것이다. 그다음, 층에 전달된 펄스 에너지를 감소시키기 위해 처리 유닛(54)로부터 감쇠기(66)로 신호가 전송된다. OED가 공칭값 보다 높은 값으로 표류된 것으로 나타나면, ED는 순간 OED 아래에 있을 것이고, 상술된 TD 리지에 비해 보다 낮은 밀도의 RD 리지가 존재할 것이고, 이에 따라 양측 RD 리지 회절 크기는 감소될 것이고 TD 회절 크기는 동일한 상태로 남을 것이다. 그다음, 층에 전달된 펄스 에너지를 적절하게 증가시키기 위해 처리 유닛(54)으로부터 감쇠기(66)로 신호가 전송된다.
물론, 상술된 보정 공정은 도 9의 피드백 배열을 사용하여 자동으로 이루어질 필요가 없다. 대안으로, 처리 유닛(54)은 모니터에 표시하기 위한 명백한 OED 표류에 관한 정보를 운영자에게 전달할 수 있고, 운영자는 층(22)에 전달되는 펄스 에너지를 수동으로 조정할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 엑시머 레이저 소결 장치의 다른 바람직한 실시예(60A)를 개략적으로 설명한다. 장치(60A)는 회절 측정 장치(20)가 레이저 빔(82)과 같은 지향성 광원(80)을 포함하는 대안의 회절 측정 장치(21)로 대체된 것을 제외하면, 도 9의 장치(60)와 유사하다. 레이저로부터의 광은 도 10에 도시된 바와 같이 비법선 입사각으로 층(22)에 입사되어 반사 빔(82R) 및 회절광(84)을 생성한다. 도 8 및 도 9의 장치(20)에 대해 상술된 바와 같이 TD-리지 및 RD-리지로부터 회절된 광선이 존재할 것이다. 이러한 반사 빔(82R)은 정지부(38)에 선택적으로 차단되고 회절광은 검출기 소자(52)에 의해 검출되고 검출기 소자(52)의 형태에 따라 상술된 바와 같이 처리 유닛(54)에 의해 처리될 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 각각 예를 들어, ED가 10, 5, 또는 심지어 단지 2 mJ/cm2 떨어진 상이한 ED에서 다수의 스캔을 포함하는 패널로부터 OED를 발견하도록 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 현미경은 레이저 소결 장치의 소결실 안에 장착될 수 있다. 이러한 현미경은 크기를 변경하기 위해 줌-렌즈 어셈블리를 포함할 수 있다. 이러한 패널은 조건 마다 하나 또는 다수의 위치에서 패널이 측정될 수 있도록 현미경 아래에서 주사될 수 있다. 이러한 현미경에는 또한 횡방향으로 이동하기 위해 스테이지가 제공될 수 있다. 자동 초점 배열부가 추가될 수 있지만 이것은 ELA 공정 보다 보다 큰 초점 심도를 갖기 때문에 편광 이미지에 필요하지 않을 것이다. 온전히 결정화된 패널은 또한 공정의 품질을 검출하기 위해 하나 이상의 위치에서 (온라인 또는 오프라인으로) 측정될 수 있어서 추가 패널의 결정화가 필요하다면 차단될 수 있다. 충분한 측정이 수행되면, 결함(무라(mura))의 지도를 얻을 수 있다.
여기에서, 본 발명이 ELA 및 A-ELA 결정화된 실리콘 층을 평가하는 것에 대해 기술되었지만, 본 발명은 다른 반도체 재료의 결정화된 층을 평가하는 것에 적용될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 예로서, 게르마늄(Ge) 또는 Ge과 실리콘 합금의 층이 평가될 수 있다.
요컨데, 본 발명이 바람직하고 다른 실시예에 대해 상술되었지만, 본 발명은 기술되고 도시된 실시예에 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 여기에 첨부된 청구범위에서만 제한된다.

Claims (12)

  1. 에너지 밀도를 갖는 복수의 레이저 방사선 펄스를 반도체층 위에 노출시킴으로써 적어도 일부 결정화된 반도체층을 평가하기 위한 광학 장치로서, 상기 결정화에 의해 제1 방향으로 상기 반도체층 위에 제1 그룹의 주기적 표면 피쳐가 생성되고, 상기 제1 그룹의 주기적 표면 피쳐의 형태는 상기 반도체층이 노출된 상기 레이저 방사선 펄스의 에너지 밀도에 의존하고, 상기 장치는,
    상기 제1 그룹의 주기적 표면 피쳐에 의해 광의 제1 부분이 회절되도록 상기 결정화된 반도체층의 영역에 광을 전달하도록 배열된 광원; 및
    상기 조광된 영역으로부터 회절된 제1 광 부분을 검출하고 상기 반도체층이 노출된 상기 펄스의 상기 반도체 층 상의 에너지 밀도를 상기 검출된 회절된 제1 광 부분으로부터 판정하도록 배열된 검출기 및 처리 전자 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광의 제2 부분이 제2 그룹의 주기적 표면 피쳐에 의해 회절되고 상기 광의 제2 부분이 상기 검출기 및 처리 전자 장치에 의해 검출되도록 상기 제1 방향과 일정한 각도에서 제2 방향으로 상기 반도체층 위에 상기 제2 그룹의 주기적 표면 피쳐를 더 갖는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 방향 및 제2 방향 사이의 각도는 약 90도인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반도체층은 실리콘층인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 기판 위에 반도체층을 적어도 일부 결정화하기 위한 광학 장치로서,
    상기 결정화를 하도록 하기위해 상기 기판 상의 반도체 층에 복수의 레이저 방사선 펄스를 전달하기 위한 레이저 및 투사 광학부;
    상기 반도체층의 결정화의 정도를 제어하기 위해 상기 반도체층에 입사되는 레이저 방사선 펄스의 에너지 밀도를 선택적으로 변경하기 위한 가변 감쇠기;
    상기 입사 레이저 방사선 펄스에 대해 이송 방향으로 상기 기판 및 상기 기판 위의 반도체층을 이송하기 위한 이송 스테이지로서, 상기 반도체층의 결정화 및 이송에 의해 제1 방향으로 상기 반도체층 위에 제1 그룹의 주기적 표면 피쳐가 생성되고, 상기 제1 그룹의 주기적 표면 피쳐의 형태는 상기 반도체층이 노출된 상기 레이저 방사선 펄스의 에너지 밀도에 의존하는 이송 스테이지;
    상기 제1 그룹의 주기적 표면 피쳐에 의해 광의 제1 부분이 회절되도록 상기 결정화된 반도체층의 영역에 광을 전달하도록 배열된 광원; 및
    상기 조광된 영역으로부터 회절된 상기 제1 광 부분을 검출하고 상기 반도체층이 노출된 상기 펄스의 상기 반도체 층 상의 에너지 밀도를 상기 검출된 회절된 제1 광 부분으로부터 판정하도록 배열되어 있고, 상기 판정된 에너지 밀도가 상기 결정화를 위한 최적 에너지 밀도(OED) 위 또는 아래에 있는 경우에, 상기 펄스의 반도체층 위의 에너지 밀도가 대략 OED가 되도록 상기 가변 감쇠기를 선택적으로 조정하도록 배열된 검출기 및 처리 전자 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광의 제2 부분이 제2 그룹의 주기적 표면 피쳐에 의해 회절되도록, 상기 반도체층의 결정화 및 이송이 상기 제1 방향과 일정한 각도로 되어있는 제2 방향으로 상기 반도체층 위에 제2 그룹의 주기적 표면 피쳐를 더 생성하고, 상기 검출기 및 처리 전자 장치는 상기 조광된 영역으로부터 회절된 제1 광 부분 및 제2 광 부분을 검출하고 상기 반도체층이 노출된 상기 펄스의 상기 반도체 층 상의 에너지 밀도를 상기 검출된 회절된 제1 광 부분 및 제2 광부분으로부터 판정하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 방향과 제2 방향 사이의 각도는 대략 90도인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 방향은 상기 반도체층의 이송 방향인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 반도체층은 실리콘인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 광원은 상기 반도체층에 법선 입사각으로 광을 전달하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 광원은 상기 반도체층에 비법선 입사각으로 광을 전달하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  12. 에너지 밀도를 갖는 복수의 레이저 방사선 펄스를 반도체층 위에 노출시킴으로써 적어도 일부 결정화된 반도체층을 평가하는 방법으로서, 상기 결정화에 의해, 서로 수직인 제1 방향 및 제2 방향 각각으로 상기 반도체층 위에 제1 및 제2 그룹의 주기적 표면 피쳐가 생성되고, 상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 표면 피쳐의 형태는 상기 반도체층이 노출된 상기 레이저 방사선 펄스의 에너지 밀도에 의존하고, 상기 방법은,
    상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 표면 피쳐 각각에 의해 광의 제1 및 제2 부분이 회절되도록 상기 결정화된 반도체층의 영역에 광을 전달하는 단계;
    상기 제1 및 제2 회절된 광 부분의 진폭을 개별적으로 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 제1 및 제2 회절된 광 부분의 진폭으로부터 상기 레이저 방사선 펄스의 상기 반도체층 위의 에너지 밀도를 판정하는 단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체층 평가 방법.
KR1020157001511A 2012-06-22 2013-06-20 엑시머 레이저 소결 공정을 위한 감시 방법 및 장치 KR102111050B1 (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101877274B1 (ko) * 2015-05-29 2018-07-12 에이피시스템 주식회사 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013120936A (ja) 2011-12-07 2013-06-17 Ultratech Inc パターン効果を低減したＧａＮＬＥＤのレーザーアニール
JP5338890B2 (ja) * 2011-12-15 2013-11-13 Ｊｆｅスチール株式会社 レーザ溶接の溶接位置検出装置および溶接位置検出方法
CN103745947B (zh) * 2014-01-29 2016-03-23 上海华力微电子有限公司 用于激光退火机的监控方法
US9335276B2 (en) * 2014-03-03 2016-05-10 Coherent Lasersystems Gmbh & Co. Kg Monitoring method and apparatus for control of excimer laser annealing
JP6378974B2 (ja) * 2014-08-20 2018-08-22 城戸　淳二 レーザアニール装置及びレーザアニール方法
KR102245780B1 (ko) * 2014-11-03 2021-04-29 삼성디스플레이 주식회사 레이저 결정화 시스템, 레이저 결정화방법 및 표시장치의 제조방법
CN106198568B (zh) * 2015-05-24 2019-03-12 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种具有透明基底的薄膜的测量装置及测量方法
WO2017196737A1 (en) * 2016-05-11 2017-11-16 Ipg Photonics Corporation Process and system for measuring morphological characteristics of fiber laser annealed polycrystalline silicon films for flat panel display
CN109791896B (zh) * 2016-10-04 2023-06-20 科磊股份有限公司 加快在半导体装置制作中的光谱测量
US9976969B1 (en) 2016-10-28 2018-05-22 Coherent Lasersystems Gmbh & Co. Kg Monitoring method and apparatus for excimer-laser annealing process
TWI612293B (zh) 2016-11-18 2018-01-21 財團法人工業技術研究院 Ｌｔｐｓ背板結晶品質檢測裝置及其方法
US10069273B1 (en) 2017-03-02 2018-09-04 Coherent Lasersystems Gmbh & Co. Kg Lasing-gas mixture for excimer laser
US10234765B2 (en) * 2017-06-05 2019-03-19 Coherent Lasersystems Gmbh & Co. Kg Energy controller for excimer-laser silicon crystallization
CN107395929B (zh) * 2017-08-15 2020-02-18 宜科(天津)电子有限公司 基于面阵ccd/cmos的360°检测传感器及检测方法
CN107677686B (zh) * 2017-09-28 2021-01-26 京东方科技集团股份有限公司 光线透过窗集成装置及采用该装置的设备
CN108048913A (zh) * 2017-12-14 2018-05-18 友达光电（昆山）有限公司 一种非晶硅转变为多晶硅的结晶激光装置及方法
GB2587691B (en) * 2018-03-16 2022-02-09 X Fab Texas Inc Use of wafer brightness to monitor laser anneal process and laser anneal tool
GB2571997B (en) * 2018-03-16 2021-10-27 X Fab Texas Inc Use of wafer brightness to monitor laser anneal process and laser anneal tool
CN108878274B (zh) * 2018-06-26 2020-12-04 上海华力微电子有限公司 快速热退火工艺能力的监控方法
JP7542350B2 (ja) * 2020-07-21 2024-08-30 Ｊｓｗアクティナシステム株式会社 レーザアニール装置、レーザアニール方法、及び半導体装置の製造方法
US20220359197A1 (en) 2021-05-06 2022-11-10 Coherent Lasersystems Gmbh & Co. Kg Method and apparatus for laser annealing

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004172424A (ja) * 2002-11-21 2004-06-17 Japan Steel Works Ltd:The 結晶の周期性構造の形成方法及びその装置並びに結晶の周期性構造
US20050002016A1 (en) * 2003-07-01 2005-01-06 Au Optronics Corp. Inspection method and apparatus of laser crystallized silicons
US20070173039A1 (en) * 2004-03-04 2007-07-26 Sharp Kabushiki Kaisha Method for fabricating a semiconductor device and apparatus for inspecting a semiconductor

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4810047A (en) * 1988-02-16 1989-03-07 Grumman Aerospace Corporation In-line holographic lens arrangement
US5432607A (en) * 1993-02-22 1995-07-11 International Business Machines Corporation Method and apparatus for inspecting patterned thin films using diffracted beam ellipsometry
US5473426A (en) * 1993-03-05 1995-12-05 Nikon Corporation Defect inspection apparatus
JP3342387B2 (ja) * 1997-02-28 2002-11-05 三洋電機株式会社 半導体膜の評価方法、評価装置及び形成方法
JP2001110861A (ja) * 1999-10-06 2001-04-20 Seiko Epson Corp 半導体膜の検査方法、薄膜トランジスタの製造方法、および半導体膜の検査装置
US6429943B1 (en) * 2000-03-29 2002-08-06 Therma-Wave, Inc. Critical dimension analysis with simultaneous multiple angle of incidence measurements
US6864971B2 (en) * 2001-03-27 2005-03-08 Isoa, Inc. System and method for performing optical inspection utilizing diffracted light
US6639201B2 (en) * 2001-11-07 2003-10-28 Applied Materials, Inc. Spot grid array imaging system
JP3794482B2 (ja) * 2002-04-19 2006-07-05 株式会社日本製鋼所 結晶化Ｓｉ膜の評価方法及びその装置
US7359045B2 (en) * 2002-05-06 2008-04-15 Applied Materials, Israel, Ltd. High speed laser scanning inspection system
US7300858B2 (en) * 2002-08-19 2007-11-27 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Laser crystallization and selective patterning using multiple beamlets
US7006224B2 (en) * 2002-12-30 2006-02-28 Applied Materials, Israel, Ltd. Method and system for optical inspection of an object
JP2005191173A (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Hitachi Ltd 表示装置及びその製造方法
JP2006040949A (ja) * 2004-07-22 2006-02-09 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd レーザー結晶化装置及びレーザー結晶化方法
US7247813B2 (en) * 2004-10-13 2007-07-24 Advanced Lcd Technologies Development Center Co., Ltd. Crystallization apparatus using pulsed laser beam
US7515253B2 (en) * 2005-01-12 2009-04-07 Kla-Tencor Technologies Corporation System for measuring a sample with a layer containing a periodic diffracting structure
US7723169B2 (en) * 2006-02-22 2010-05-25 Coherent, Inc. Laser beam micro-smoothing
JP4876019B2 (ja) * 2007-04-25 2012-02-15 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査装置およびその方法
US7659989B2 (en) * 2007-06-29 2010-02-09 Coherent, Inc. Focus determination for laser-mask imaging systems
FR2921012A1 (fr) * 2007-09-13 2009-03-20 Advanced Track And Trace Sa Procede et dispositif de marquage d'une surface par nanostructures periodiques controlees
JP4618360B2 (ja) * 2008-10-10 2011-01-26 ソニー株式会社 レーザアニール方法およびレーザアニール装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004172424A (ja) * 2002-11-21 2004-06-17 Japan Steel Works Ltd:The 結晶の周期性構造の形成方法及びその装置並びに結晶の周期性構造
US20050002016A1 (en) * 2003-07-01 2005-01-06 Au Optronics Corp. Inspection method and apparatus of laser crystallized silicons
US20070173039A1 (en) * 2004-03-04 2007-07-26 Sharp Kabushiki Kaisha Method for fabricating a semiconductor device and apparatus for inspecting a semiconductor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101877274B1 (ko) * 2015-05-29 2018-07-12 에이피시스템 주식회사 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법

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