KR20160127768A - 엑시머 레이저 어닐링 제어를 위한 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents

엑시머 레이저 어닐링 제어를 위한 모니터링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

엑시머 레이저로부터의 펄스로 조광함으로써 결정화되는 실리콘 층(22)을 평가하는 방법이 개시된다. 결정화는 층이 노출되는 펄스의 수와 펄스 내의 에너지 밀도(ED)에 종속적인 상기 결정화된 층 상의 주기적 피처들을 산출한다. 층의 영역은 광(29)으로 조광된다. 조광된 영역의 현미경 이미지는 상기 주기적 피처에 의해 상기 조광된 영역으로부터 회절된 광으로부터 만들어진다. 현미경 이미지는 대응하는 주기적 피처들을 포함한다. ED는 현미경 이미지 내의 주기적 피처들의 컨트라스트의 측정으로부터 판정된다.

Description

엑시머 레이저 어닐링 제어를 위한 모니터링 방법 및 장치{MONITORING METHOD AND APPARATUS FOR CONTROL OF EXCIMER LASER ANNEALING}
(관련 출원에 대한 상호 참조)
본 출원은 그 내용을 여기에 참조에 의해 통합한 2014년 3월 3일 출원된 미국특허출원번호 제14/195,656의 우선권의 효익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 펄스 레이저 조사에 의한 얇은 실리콘(Si) 층의 용융 및 재결정화에 관한 것이다. 본 방법은 특히 재결정화된 층의 평가 방법에 관한 것이다.
실리콘 결정화는 대개 박막형 트랜지스터(TFT) 능동 매트릭스 LCD, 및 유기 LED(AMOLED) 디스플레이의 제조에 사용되는 단계이다. 결정질 실리콘은 디스플레이의 전자 회로가 종래의 리소그래피 공정에 의해 형성되는 반도체 베이스를 형성한다. 일반적으로, 결정화는 길이 방향(장축)을 따라서 있는 균일한 강도 프로파일을 갖고, 또한 폭 방향(단축)으로 균일한 또는 "최상위(top-hat)" 강도 프로파일을 가진 긴 라인 형상의 펄스 레이저 빔을 이용하여 수행된다. 이 공정에서, 기판(및 그 위의 실리콘층)이 레이저 방사선 펄스의 전송 소스에 대해 이송되는(translate) 동안, 유리 기판 상에 비정질 실리콘의 얇은 층이 반복해서 레이저 방사선 펄스에 의해 용융된다. 원하는 결정질 미세구조가 막 내에서 얻어질 때까지 특정한 최적 에너지 밀도(OED)에서 반복된 펄스를 통해 용융 및 재응고(재결정화)가 발생한다.
광학 소자는 방사선의 라인으로 레이저 펄스를 형성하기 위해 사용되고, 결정화는 방사선 라인의 폭을 갖는 스트립으로 발생한다. 라인을 따라서 매우 균일하게 방사선 펄스의 강도를 유지하기 위한 모든 시도가 이루어진다. 이는 스트립을 따라 결정질 미세구조가 균일하게 유지하기 위해 필수적인 것이다. 광 펄스의 선호하는 소스는 전자기 스펙트럼 중 자외선 영역 내의 파장을 가지는 펄스를 전달하는 엑시머 레이저이다. 엑시머 레이저 펄스를 이용하는 상술한 결정화 공정을 대개 엑시머 레이저 어닐링(ELA: Excimer Laser Annealing)이라고 한다. 상기 공정은 정교한 공정이고, OED에 대한 오차 허용범위는 수 퍼센트 또는 ± 0.5% 만큼 작을 수 있다.
ELA의 두 가지 모드가 있다. 하나의 모드에서, 상기 레이저 빔에 대한 패널의 이송 속도는 빔 폭의 "최상위 부분"이 하나의 펄스에서 다음 펄스까지 95% 만큼 오버랩하여 임의의 미소 면적이 총 약 20 펄스를 수신하기에 충분히 느리다. 개선된 ELA 또는 AELA라고 하는 또다른 모드에서, 이송 속도는 휠씬 더 빠르고, 패널 상의 단일 패스에서 조사된 "라인들"은 최소한의 오버랩을 가지고 그들 사이에 비결정화된 공간을 남겨둘 수 있다. 다수의 패스는 전체 패널이 동일한 재료를 산출하도록 ELA 공정에서 보다 더 적은 총 수의 펄스로 조사되도록 이루어진다.
어느 ELA 모드가 사용될지라도, 생산 라인에서의 패널 상의 결정화 막의 평가는 현재 육안 검사에 의해 오프라인으로 수행된다. 이 검사는 전적으로 주관적이며 경험을 통해 결정화 빔의 에너지 밀도에서 예를 들면, 1% 이하의 아주 작은 변화를 가지고 패널의 관찰된 특징들을 상관시킬 수 있는 고도로 훈련된 검사원에 의존한다. 제조 환경에서, 시각 분석 및 공정의 에너지 밀도의 변화가 필수적인지 여부를 구축하는 공정은 결정화가 수행될 때 수용가능한 패널들의 생산 라인의 스루풋에 대한 대응하는 역효과를 가지고 약 한 시간 및 한 시간 반 사이의 시간이 걸린다.
ELA 공정에 대한 객관적인 평가 방법이 필요하다. 바람직하게는, 상기 방법은 생산 라인에서 구현되는 최소한의 것을 가능하게 해야한다. 보다 바람직하게는, 상기 방법은 평가에 의해 제공되는 데이터에 응답하여 공정 에너지 밀도를 자동으로 조정하기 위한 피드백 루프에서의 준 실시간 평가에 이용될 수 있어야 한다.
본 발명은 층 상에 에너지 밀도를 갖는 복수의 레이저 방사선 펄스에 노출함으로써 적어도 부분적으로 결정화된 반도체 층을 평가하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 결정화는 상기 반도체 층 상에 제1 방향으로 제1 그룹의 주기적 표면 피처들을, 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 제2 그룹의 주기적 피처들을 산출하고, 상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 피처의 형태는 상기 반도체 층이 노출된 레이저 방사선 펄스의 에너지 밀도에 따른다.
본 발명의 하나의 양태에서, 상기 반도체 층을 평가하는 방법은 상기 결정화된 반도체 층의 영역에 조광하는 단계 및 상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 피처들에 의해 상기 조광된 영역으로부터 회절된 광으로 상기 조광된 영역의 현미경 이미지를 기록하는 단계를 포함한다. 상기 기록된 이미지는 각각 상기 층의 조광된 영역 내의 상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 피처에 대응하는 수평 및 수직 그룹의 주기적 이미지 피처들을 포함한다. 상기 에너지 밀도는 상기 수평 및 수직 그룹의 주기적 이미지 피처들 중 적어도 하나의 컨트라스트의 측정치로부터 판정된다.
명세서에 포함되어 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 개략적으로 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고, 상술한 일반적인 설명 및 하기의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 한다.
도 1은 ELA 결정화된 실리콘층의 레이저 현미경 이미지를 스캐닝한 고속 푸리에 변환(FFT)에 대한 회전 방향(rolling direction) 및 횡단 방향(transverse direction)에서의 펄스 에너지 밀도의 함수로서 측정된 피크 진폭을 개략적으로 예시한 그래프이다.
도 2는 A-ELA 결정화된 실리콘층의 레이저 현미경 이미지를 스캐닝한 고속 푸리에 변환(FFT)에 대한 회전 방향 및 횡단 방향에서의 펄스 에너지 밀도의 함수로서 측정된 피크 진폭을 개략적으로 예시한 그래프이다.
도 3은 A-ELA 결정화된 실리콘층의 레이저 현미경 이미지를 스캐닝한 고속 푸리에 변환(FFT)에 대한 회전 방향 및 횡단 방향에서의 펄스 수의 함수로서 측정된 피크 진폭을 개략적으로 예시한 그래프이다.
도 4는 결정화 동안 상기 층의 회전 방향(RD)에 대해 횡단 방향 및 평행한 방향으로 형성된 리지를 예시하는 ELA 결정화된 실리콘층 영역의 편광 현미경 이미지이다.
도 5는 각각 횡단 방향 및 회전 방향의 리지로부터 회절된 광에 의해 형성된수평 및 수직 대역의 광을 도시하는 도 4의 것과 유사한 결정화된 층의 영역의 편광경(conoscopic) 현미경 이미지이다.
도 6은 ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 회전 방향 리지로부터 회절된 광에 대한 펄스 에너지 밀도의 함수로서 측정된 진폭을 개략적으로 예시하는 그래프이다.
도 7은 410, 415, 및 420 mJ/㎠의 EDS를 위한 A-ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 회전 방향 리지로부터의 회절된 광에 대한 펄스 수의 함수로서 측정된 진폭을 개략적으로 예시한 그래프이다.
도 8 및 8a는 ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 회전 방향 리지로부터의 회절된 광의 진폭을 개별적으로 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 하나의 바람직한 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 9는 ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 회전 방향 리지로부터의 회절된 광의 측정된 진폭에 응답하여 실리콘층 상의 펄스 에너지 밀도를 조정하는 가변 감쇠기와 함께 동작하는, 도 8의 장치를 포함하는 본 발명에 따른 ELA 장치의 하나의 바람직한 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 10은 도 9의 장치와 유사한 본 발명에 따른 ELA 장치의 또다른 바람직한 실시예를 예시하지만, 여기서, 도 8의 장치가 ELA 결정화된 층의 횡단 방향 및 회전 방향 리지로부터의 회절된 광의 진폭을 개별적으로 측정하는 본 발명에 따른 장치의 또다른 바람직한 실시예에 의해 대체된다.
도 11a는 최적 에너지 밀도(OED) 이하로 결정화된 실리콘층의 면적으로부터 회절된 광으로 기록된 투과형(transmission) 현미경 이미지의 재현이고, 상기 이미지는 상기 층에서의 회전 방향 및 횡단 방향 피처에 대응하는 수평 및 수직 주기적 피처를 포함한다.
도 11b는 도 11a의 이미지와 유사하지만, 최적 에너지 밀도 이상의 에너지 밀도로 결정화된 실리콘층의 투과형 현미경 이미지의 재현이다.
도 12는 도 11b의 이미지와 유사한 투과형 현미경 이미지 및 수평 및 수직 피처들의 컨트라스트가 그로부터 측정될 수 있는 수평 및 수직 거리의 함수로서의 광 진폭의 그래프의 재현이다.
도 13은 도 12의 이미지와 유사한 현미경의 수평 피처에서의 측정된 컨트라스트, 도 2의 그래프에서의 에너지 밀도의 함수로서 2개 그룹의 층의 피처들로부터 회절된 광의 기록된 진폭들, 및 에너지 밀도의 함수로서 측정된 진폭 중 하나의 연산된 기울기를 개략적으로 예시한 그래프이다.
도 14는 도 13의 그래프와 유사한 그래프이지만, 여기서 현미경 이미지는 마이크로 평탄화 기술을 포함하는 레이저 결정화 공정에 의해 결정화된 실리콘층으로부터 나온다.
박막 Si층의 ELA 처리는 경화시 Si의 팽창의 결과로서 형성된 표면의 거친 돌기(protrusion)의 형성을 가져온다. 돌기들은 특히 측면 성장 동안 부딪히는 3개 이상의 경화 프론트 사이에서 형성된다. 돌기들은 대개 랜덤하게 위치되지 않는다. 오히려, 돌기들은 레이저 유도 표면 주기적 구조(LIPSS: laser-induced periodic surface structures)라고 집합적으로 표기되는 파문(ripple)을 형성하는 프로세스에 기인하여 정렬된다. 파문은 따라서 일련의 잘 정렬된 돌기들로 구성된다. 파문의 형성은 박막의 국부 용융이 달성된 에너지 밀도 창(범위) 내에서만 관찰된다. 일반적으로, 파문의 주기성은 예를 들면 XeCl 엑시머 레이저에 대해 약 290-340nm과 같은 입사 광의 파장 내에 있다. 이러한 작은 디멘션때문에, 파문은 종래 광학 현미경 기술을 이용하여 분해능되지 못하거나 기껏야 거의 분해능되지 못한다.
일반적으로 광학 명시야 현미경 검사(optical bright field microscopy)에서 관찰되는 것은 ELA 처리된 필름의 표면들이 더 밝은 영역을 가지고 점재된(interspersed) 가늘고 기다란 형상의 더 어두운 색상의 영역들로 구성되는 것이다. 더 어두운 영역의 근접한 조사는 그것들이 더 높은 돌기를 가진 보다 강하게 파문을 일으키는(정연한(ordered)) 영역으로 구성되는 반면, 그 사이에서는 보다 덜 정연하고 및/또는 더 낮은 돌기를 가지는 영역들이 있는 것을 보여준다. 보다 정연한 영역들은 여기서 리지라고 칭하며, 그 사이의 영역들은 골(valley)이라고 한다. 리지의 형성은 리지의 일반적인 방향이 파문 방향에 직교하는 방향에 있는 파문의 형성에 상관되는 것으로 나타난다는 진보성있는 발견이었다. 본 발명의 방법 및 장치는 ELA 프로세스의 결과로서 형성된 박막 Si 필름(층) 내의 리지로부터의 광-회절 측정에 따른다. 본 방법은 거의 실시간으로 ELA 프로세스를 모니터링 또는 제어하는 데에 사용될 수 있는 리플링 정도의 간접 측정을 제공한다. 추가로, 비록 리지들로부터의 회적 측정에 이용되는 보다 일반적인 광학 현미경 검사 기술에 비해 상대적으로 느린 현미경 검사 기술을 이용할지라도 파문 자체에서 보다 직접적으로 보는 방법이 기술된다.
파문은 일반적으로 하나의 방향으로만 형성되지 않는다. 파문은 주로 스캔 방향에 평행한 방향으로 그리고, 또한 스캔 방향(라인 방향)에 직교하는 방향으로 형성된다. 파문은 주기적이고 본원에는 그것들의 주기성의 방향에 의해 야금학에서의 일반적인 용어를 이용하여 기술되고, 여기서, 회전 방향(RD)은 스캐닝 방향에 대응하고, 횡단 방향(TD)은 라인 방향으로 대응한다. 따라서, 스캔 방향의 방향을 가진 파문은 횡단 방향으로 주기적이기 때문에, 그것들을 TD 파문이라고 한다. 유사하게, 라인 방향의 파문들은 회전 방향에서 주기적이고 RD 파문이라고 한다.
LIPSS 이론에 따라서, TD 파문은 대략적으로 광의 파장과 같은 거리를 가지는 반면, RD 파문은 약
Figure pct00001
으로 간격을 두고 이격되고(
Figure pct00002
가 우세함), 여기서, θ는 ELA에서 일반적으로 약 5°이상인 층 상의 레이저 복사선의 입사 각도이다. 입자(grain) 구조가 표면의 주기성을 따라 흐르는 경향을 가지기 때문에, 파문 형성은 균일한 폴리-Si 필름을 얻는 데에 유익하다. 파문이 나타나면, 대략 λ x
Figure pct00003
의 크기의 장방형 입자로 구성된 매우 정연한 필름이 형성된다. 낮은 에너지 밀도(ED)에서, 입자는 더 작고, 더 높은 ED에서 입자는 더 커진다. 본원에서 수퍼 측면 성장(SLG: Super-Lateral Growth)이라고 하는 파문 도메인 크기보다 더 큰 입자가 성장할 때, 표면 리플로우는 돌기 높이 감소 및 필름에서의 오더의 점진적인 손실을 가져올 것이다.
레이저 펄스의 파문과 ED에 의해 야기된 표면 주기성 사이의 수치적 관계식을 판정하기 위한 제1 실험에서, 결정화된 필름의 레이저 스캐닝 현미경(LSM) 이미지는 RD 및 TD 방향으로 이루어진 변환으로 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 분석된다. FFT에서의 피크는 특정한 표면 주기성의 존재를 가리키고, 피크의 위치는 표면 주기성의 방향에 대응한다. TD 변환은 강한 TD 주기성을 나타내는 약
Figure pct00004
에서의 급격한 피크를 제공한다. RD 변환은 약
Figure pct00005
에서 보다 덜 급격한, 그리고 TD 변환보다 더 낮은 진폭, 즉, 약
Figure pct00006
간격을 가진 덜 현저한 RD 파문을 가진 피크를 나타낸다.
도 1은 ELA 프로세스에서 총 25개의 오버랩핑 펄스에 대한 펄스에서 평방센티미터 당 밀리주울(mJ/㎠) 단위의 에너지 밀도(ED)의 함수로서 대응하는 RD 및 TD 변환 피크의 진폭을 개략적으로 예시하는 그래프이다. TD 주기성이 가장 큰 ED 보다 조금 더 높은 ED에서 RD 주기성이 가장 크게 나타난 것을 볼 수 있다. 여기서, 더 높은 ED와 함께 (상대적으로) 급격하게 감소하는 RD 및 TD 방향 모두로 주기성을 가지는 약 420 mJ/㎠의 OED가 나타난다. 여기서, 본원에 정의된 바와 같은 ED는 광선에서의 파워를 측정하고 최상위 측 중 어느 하나 상의 그래디언트를 무시하면서 그것을 광선의 최상위 측(top-hat)의 폭으로 분할하는 것을 포함하는 산업계에서 일반적인 접근 방식을 이용하여 판정된다는 것에 유의해야 한다.
도 2는 도 1의 그래프와 유사하지만, 25 펄스의 A-ELA 프로세스에 의한 결정화에 관한 그래프이다. 여기서, RD 파문은 ELA에 대한 것 보다 더 강한 주기성을 보이고, 그것의 피크의 주기성은 ELA 프로세스의 경우에서 보다 더 잘 정의된다.
도 3은 실증적으로 판정된 OED보다 다소 더 적은 420 mJ/㎠의 ED에서의 펄스 수의 함수로서 RD 및 TD 피크 진폭을 개략적으로 예시하는 그래프이다. 주기성이 약 22의 펄스 수까지 TD 방향으로 점진적으로 증가하는 것을 볼 수 있다. RD 방향으로는, 약 15 펄스가 전달된 후 까지 매우 작은 주기성의 성장이 있다.
도 4는 반사 광에서의 편광 현미경 이미지이다. 횡단 방향의 방향을 가진 (RD 방향으로의 파문과 상관성이 있거나, 또는 즉, 주기성 기반 정의인, "TD-파문"에 후속한) 리지를 명확하게 볼 수 있다. 회전 방향의 방향을 가진 리지(및, "RD 파문"에 상호연관된)는 상술한 FFT 분석으로부터 예측할 수 있는 것과 같이 덜 현저하지만, 여전히 명확하다.
파문과는 달리, 리지는 엄격하게 주기적이지 않다. 그러나, 리지는 일반적으로 약 1.5㎛ 내지 약 3.0㎛ 사이의 범위, 또는 대략적으로 파문들 사이의 거리보다 더 큰 크기의 오더의 범위를 가질 수 있는 특징적인 거리를 가진다. 파문의 용어에 따라, 리지는 주기성의 방향을 가리키고, 즉, RD 리지는 횡단 방향의 방향을 가지고, TD 리지는 회전 방향의 방향을 가진다.
FFT 분석 그 자체는 결정화된 층을 평가하는 하나의 수단을 명확하게 제공한다. 그러나, 상술한 정보를 생성하기 위해 필요한 단계들은 전체적으로 느리고, ELA 또는 A-ELA에 의해 결정화된 층의 거의 실시간 온라인 모니터링을 위한 이러한 분석 또는 평가를 사용하는 것을 권장하지 않을 것이다. 따라서, 직접 파문들 자체를 평가하려고 시도하는 것보다는 RD 및 TD 파문에 연관된 직교 방향의 그룹의 리지들에 연관된 회절 현상 분석의 확률을 조사하는 것이 결정된다.
도 5는 도 4에 도시된 것과 같은 층의 편광경(conoscopic) 현미경 이미지이다. 이는 물체의 후초점면(back focal plane)의 이미지가 기록되도록 허용하기 위해 제거되는 접안렌즈(eyepiece)를 가진 상용 현미경을 이용하여 획득된다. 본 예시에서, 이미지는 간단한 이동 전화 카메라를 가지고 기록된다. 현미경은 전송된 광 구성에서 이용된다. 제1 편광기는 샘플 앞에 있는 조명 광 경로에 위치되고, 제2 편광기(분석기)는 제1 편광기의 각도에 대해 90°의 각도로 편광 방향을 가지고 샘플 다음에 위치된다.
편광경 이미지의 중심은 현미경 시스템의 광학 축에 대응하고, 광학 축(중심 점)으로부터의 거리는 광이 이동한 각도에 대응한다. 따라서, 편광경 이미지는 현미경에서의 광의 방향에 관한 정보를 제공한다.
콘덴서 막(condenser diaphragm)은 샘플 상의 입사광의 각도 분포를 제한하고 그 결과 편광경 이미지의 중심에 대해 어퍼처의 이미지를 한정하기 위해 최소 어퍼처에 근접하게 설정된다. 이미지의 잔여부는 결정화에 의해 형성된 TD 및 RD 리지 그룹으로부터 회절된 광에 의해 형성된다. 편광기 및 분석기는 함께 이미지의 잔여부에 대한 중심 점의 밝기를 최소화하도록 기능한다. 90°의 상대적 회전에서, 2개의 편광기는 편광경 이미지 내에서 이소가이어스(isogyres)로 알려진 한 쌍의 소멸(extinction)의 크로스 대역을 형성한다. 샘플에 대해 편광기와 분석기를 함께 회전시킴으로써, 이소가이어스가 회절 대역들로부터 멀어지는 방향으로 회전되어 대역들의 소멸을 최소화할 수 있다.
도 5에서 그레이스케일로 표시된 실제 이미지는 컬러 이미지이다. 수평 대역은 청색이고 수직 대역은 녹색이다. 대역들의 색상은 매우 균일하고 이들 파장에서는 높은 회절 효율을 나타내고 다른 파장들에서는 낮은 회절 효율을 나타낸다고 한다. 대역의 색상의 균일도는 리지의 다양한 간격의 결과이다. 수평 및 수직 대역의 스펙트럼 사이에는 일부 스펙트럼 오버랩이 있을 수 있다.
현미경 대물렌즈는 20X 대물렌즈이다. 강도 그래디언트가 높은 중심 점의 단편화된(fragmented) 에지는 이미지 픽셀 크기를 나타낸다. 암(dark) 사분면 에서의 더 큰 사각형은 JPEF 이미지-압축의 인공물(artifact)이다.
도면의 수평 방향에서, RD 리지(TD 파문에 연관된 것과 같이)에 의한 회절로부터 발생한 광의 강한 대역이 있다. 도면의 수직 방향에서, TD 리지(RD 파문에 연관된 것과 같이)에 의한 회절로부터 발생한 광의 더 약한 대역이 있다. 투과된 광은 이미지의 중심에서 밝은 점을 형성한다.
도 1 및 도 1의 그래프로 예측할 수 있는 바와 같이, 펄스 ED가 OED 아래로 떨어질 때, RD 리지 회절 대역의 밝기에 대한 TD 리지 회절 대역의 상대적 밝기는 ED 감소와 함께 급격하게 감소한다. 펄스 ED가 OED 이상으로 증가할 때, RD 리지 회절 대역의 밝기에 비교한 TD 리지 회절 대역의 상대적 밝기는 거의 같도록 유지되지만, 양측 모두는 ED 증가와 함께 급격하게 감소한다. 회절 대역의 밝기 측정은 따라서 ED가 OED 이상 또는 이하인지를 그리고 얼마나 많은지를 판정하는 강력한 방법을 제공한다.
도 6은 ELA 프로세스에서 25개의 오버랩핑 펄스에 의해 결정화된 실리콘 층 영역에 대한 펄스 ED의 함수로서 RD 리지 회절 강도(실선 곡선) 및 TD 리지 회절 강도(쇄선 곡선)를 개략적으로 예시하는 그래프이다. 리지의 강도는 직접 측정되지 않는다. 대신에, 회절 대역 강도에 대한 측정은 대역들이 상이한 컬러를 가지고 컬러 정보가 정상적인 현미경 이미지 내에 여전히 나타나는 관찰에 기초하여 마련된다.
상용 래스터 그래픽 편집기가 각각 RD 리지 및 TD 리지의 회절의 측정으로서 편광된 광 이미지의 청색 및 녹색 채널의 평균 밝기를 판정하는 데에 이용된다. 이러한 접근 방식의 단점은 이미지 컬러 채널이 대역 밝기를 보기 위한 최적의 필터링을 제공하지 못해서 2개의 신호 사이에 매우 현저한 누화(cross-talk)가 있게 된다는 것이다. 또한, 비회절된 중심 점의 신호가 이들 컬러 채널 상에서 중첩되어 그것들이 더 높은 노이즈 레벨을 갖도록 한다. 그렇다고 하더라도, 청색 채널 밝기에 대한 녹색 채널 밝기의 비율이 점선 곡선에 의해 도 6에서 도시된 바와 같이 최대치에 도달할 때 발견되는 OED를 가지고 차이는 명확하게 추세를 나타낸다.
대안으로, 도 5의 이미지와 유사한 CMOS 어레이 또는 CCD 어레이에 의해 기록된 편광경 이미지는 회절 대역으로부터만 측정치 데이터를 수집하도록 적절한 소프트웨어를 이용하여 전자적으로 처리될 수 있다. 이는 공간 정보가 이에 대해 필수적으로 독립적이기 때문에, 측정치가 실제 컬러 및 이미지 내의 회절 광 대역의 회절 효율에 무감각하다는 이점을 가진다. 실제 회절 효율은 필름 두께 및 증착 파라미터의 함수가 될 수 있다.
도 7은 결정화되는 층의 동일한 영역으로 순차적으로 전달되는 펄스의 수와 펄스들의 ED의 함수로서 RD 리지 회절 강도(실선) 및 TD 리지 회절 강도(쇄선)을 개략적으로 예시한 그래프이다. 여기서의 추세는 도 3의 그래프의 트렌드와 유사하다. 각각의 경우 3개의 ED 값은 410 mJ/㎠, 415 mJ/㎠, 및 420 mJ/㎠으로 즉, ED의 1%에 대한 작은 간격에서 선택된다. 15개의 펄스가 증착된 후에 ED에서 1%의 변경이 신호 진폭에서의 약 20%의 변화를 일으킨다는 것을 볼 수 있다. 약 22 펄스에서는, 회절된 신호 변화가 약 5% 또는 ED에서의 2% 변화에 대해 더 양호하다. 이는 본 발명의 방법의 감도를 명료하게 예시한다.
도 8은 결정화된 실리콘층을 평가하기 위한 본 발명에 따른 장치의 하나의 바람직한 실시예(20)를 개략적으로 예시한다. 여기서, 평가되는 결정화된 실리콘층(22)은 유리 패널(24) 상에서 지지된다. 쾰러 조명에 대해 설정된 현미경(25)은 백색 광의 빔(29)을 전달하는 램프 또는 광원(28)을 포함한다. 콘덴서 막(30)은 빔(29)의 광원뿔(light cone)의 개구수의 제어를 위해 제공된다.
부분 반사 및 부분 투과 광학 소자(32)(빔스플리터)는 빔(29)을 도 8에 도시된 바와 같이 층으로의 수직 입사하여 층(22) 상으로 지향시킨다. 광 빔의 일부(34)는 층(22)으로부터 반사되고 일부(36T)는 회절된다. 여기서 사용된 접미사 T는 광이 층의 결정화 동안 형성된 상술한 횡단 방향(TD)(리지)에 의해 회절된다는 것을 의미한다. 도 8a는 도 8의 평면에 대해 직교하는 평면에서의 장치(20)를 도시하고, 층의 결정화 동안 형성되는 상술한 회전-방향(RD) 리지에 의해 회절된 광(36R)을 예시한다.
반사 및 회절 광은 소자(32)를 통과하여 투과된다. 반사광은 조리개(38)에 의해 차단된다. 회절 광은 조리개(38)를 우회하고(by-pass) 검출기 유닛(50) 내의 광학 검출 소자(52) 상으로 입사한다. 전자 프로세서(54)는 검출기 유닛(50)에 제공되고, 검출기에 의해 수신된 회절 광의 진폭을 판정하도록 배열된다.
검출기 유닛(52)은, 상술한 바와 같은 CCD 어레이 또는 CMOS 어레이와 같은, 회절 광 강도가 공간 분석에 의해 프로세서(54)로 판정될 수 있는 회절 광(도 7 참조)의 편광경 이미지를 기록하는 화소로 나뉘어진(pixelated) 검출기가 될 수 있다. 대안으로, 검출기 소자는 총 회절 광을 기록하는 하나 이상의 광 다이오드 소자가 될 수 있다. 이러한 경우에, 상술한 바와 같이 TD 및 RD 회절 광의 특정 컬러에 대응하도록 선택된 통과 대역을 가진 선택적인 필터 엘리먼트(39 및 40)가 제공된다. 이것들은 도 8에서 화살표 A로 표시된 바와 같이 회절광 경로 내로 또는 회절광 경로 밖으로 이동될 수 있다.
어느 경우에서건, 또다른 스펙트럼 필터(도시되지 않음)가 광원(28)으로부터의 광의 대역폭을 회절된 그들 컬러로 제한하도록 제공될 수 있다. 이는, 조리개(38)를 우회하고 회절 광과 혼합할 수 있는, 층(22)으로부터 산란된 광(도시되지 않음)에 기인한 노이즈를 감소시킬 것이다.
도 8 및 8a에서, 광원(28)에 대한 컬렉터 렌즈 광학기기, (무한 집속(infinity-corrected)) 대물 광학기기, 및 튜브 렌즈 광학기기를 포함하는 현미경(26)의 광학 기기는 도시의 편의를 위해 도시되지 않는다. 추가로, 현미경은 편광경 이미지를 직접 관찰하는 버어트런드 렌즈(Bertrand lens) 및 "접안 렌즈(eye piece)"(또는 접안경)이 제공될 수 있다. 현미경 내의 이러한 광학기기의 형태와 기능은 광학 분야에 친숙한 사람들에게는 공지된 것이고 그의 상세한 설명은 본 발명의 원리를 이해하는 데에 불필요하다.
반사형 광 현미경에 대한 대안으로, 투과형 광 현미경이 사용될 수 있다. 이러한 현미경 설정은 빔스플리터를 가지지 않지만, 샘플 앞에 개별 콘덴서 렌즈를 필요로 한다. 가장 최상의 결과를 위해, 빔 조리개(38)가 대물 렌즈의 후초점면(back focal plane) 또는 샘플 뒤의 그의 공역 평면(conjugate plane)에 위치될 수 있다. 반사 광 현미경에 대해, 빔 조리개는 최상으로는 인입 광을 차단하지 않기 위해 빔 스플리터 다음에 위치된 대물 렌즈의 후초점면에 대한 공역 평면에 위치된다.
리지로부터의 회절은 또한 편광기 및/또는 빔 조리개 없이도 관찰된다는 것에 유의해야 한다. 회절 대역은 또한 대물 렌즈 및/또는 콘덴서 렌즈의 제거 후에도 관찰될 수 있다. 이러한 렌즈들은 따라서 검사되고 있는 필름 내의 영역의 밝기 및 감도에 관한 측정을 최적화하는 도구로서 보여져야 한다. 그것들은 본원에 기술된 장치 중 중요한 소자는 아니다.
도 9는 본 발명에 따른 엑시머 레이저 어닐링 장치의 하나의 바람직한 실시예(60)를 개략적으로 예시한다. 장치(60)는 레이저 빔(65)을 전달하는 엑시머 레이저(64)를 포함한다. 빔(65)은 가변 감쇠기(variable attenuator)(66)를 통과하여 성형된 빔(69)을 터닝 미러(70)를 통해 프로젝션 광학기기(72)로 전달하는 빔 성형 광학 기기(68)로 투과된다. 프로젝션 광학기기는 빔을 상술한 바와 같이 수직 입사에서 층(22) 상으로 투사한다. 층(22)을 포함하는 유리 패널(24)은 투사된 레이저 빔에 대해 RD 방향으로 층과 패널을 이동시키는 병진이동 스테이지(62) 상에 지지된다.
상술한 장치(20)는 층(22) 위에 위치된다. 처리 유닛(54)은 검출기 소자(52)에 의해 관찰된 TD 리지 회절 및 RD 리지 회절 광 컴포넌트의 진폭 및 도 6과 7의 곡선과 같은 실험 곡선으로부터 생성된 전자 룩업 테이블로부터 층이 OED 이상 또는 이하의 펄스를 가지고 결정화되었는지를 판정한다.
일반적으로, 투사된 레이저 빔에서의 에너지 밀도(펄스 에너지 또는 프로세스 ED)는 먼저 수직 OED에서 제어된다. 전달된 에너지 밀도는 그러나 시간 경과에 따라 부유하고, 이는 대개 OED의 명확한 드리프트로서 기록된다. OED가 정상보다 더 낮은 값으로 부유하는 것으로 나타내면, ED는 OED 이하가 될 것이고; 상술한 바와 같이 양 방향으로 더 낮은 밀도의 리지가 있을 것이며; 그리고, 따라서, 양 회절 신호들은 크기가 감소될 것이다. 신호는 그런다음 층으로 전달되는 펄스 에너지를 감소시키기 위해 처리 유닛(54)으로부터 감쇠기(66)로 전송된다. OED가 정상보다 더 높은 값으로 부유하는 것으로 나타나면, ED는 순간 OED 미만이고; 상술한 바와 같은 TD 리지에 대한 더 낮은 밀도의 RD 리지가 있을 것이며; 그리고, 따라서, 양 RD 리지 회절 크기는 TD 회절 크기가 동일하게 유지하는 동안 감소할 것이다. 신호는 그런 다음 층으로 전달되는 펄스 에너지를 적절하게 증가시키기 위해 처리 유닛(54)으로부터 감쇠기(66)로 전송된다.
상술한 상관 관계식 프로세스는 물론 도 9의 피드백 배열을 이용하여 자동으로 수행되어야 한다. 대안으로, 처리 유닛(54)은 모니터 상의 디스플레이에 대해 명확한 OED 드리프트에 관한 정보를 오퍼레이터에게 전달할 수 있고, 오퍼레이터는 층(22)으로 전달된 펄스-에너지를 수동으로 조정할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 엑세머 레이저 어닐링 장치의 또다른 바람직한 실시예(60A)를 예시한다. 장치(60A)는 그의 회절 측정 장치(20)가 레이저 빔(82)과 같은 방향성 광원(80)을 포함하는 대안의 회절 측정 장치(21)에 의해 대체되는 것을 제외하고는 도 9의 장치(60)와 유사하다. 레이저로부터의 광은 도 10에 도시된 바와 같이 직교하지 않는 입사에서 층(22)으로 입사하여, 반사 빔(82R) 및 회절 광(84)을 산출한다. 도 8 및 도 9의 장치(20)를 참조하여 상술한 바와 같이 TD 리지 및 RD 리지로부터 회절된 광 빔이 있을 것이다. 반사 빔(82R)은 선택적으로 조리개(38)에 의해 차단되고, 회절 광은 검출기 엘리먼트(52)에 의해 검출되고 검출기 엘리먼트(52)의 형태에 따라 상술한 바와 같이 처리 유닛(54)에 의해 처리될 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치는 따라서 예를 들면 개별적으로 ED 10, 5 또는 단지 2mJ/㎠의 상이한 ED에서 각각 다수의 스캔을 포함하는 패널로부터 OED를 찾는 데에 이용될 수 있다. 본 발명에 따른, 현미경은 레이저 어닐링 장치의 어닐링 챔버 내부에 장착될 수 있다. 현미경은 배율을 변경하기 위한 줌-렌즈 어셈블리를 포함할 수 있다. 패널은 현미경 아래에서 스캐닝되어 패널로 하여금 조건마다 하나 또는 다수의 위치에서 측정될 수 있도록 한다. 현미경은 추가로 횡단 방향으로 이동하는 스테이지가 설치될 수 있다. 자동 초점 배열이 추가될 수 있지만, 이는 이것이 ELA 프로세스보다 더 큰 초점 깊이를 가지기 때문에 편광경 이미지에 대해 필수적인 것은 아닐 것이다. 완전히 결정화된 패널은 또한 필요한 경우 추가적인 패널들의 결정화가 인터럽트될 수 있도록 프로세스의 품질을 검출하기 위해 하나 이상의 위치에서 측정될 수 있다(온라인 또는 오프라인 중 어느 하나에서). 충분한 측정이 이루어지면, 결함의 지도(무라(mura))가 획득될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에서, OED는 예를 들면 도 6에 도시된 바와 같은 서로 직교하는 2개의 방향 중 하나 또는 각각에서 샘플로부터 회절된 광의 측정 진폭으로부터 판정된다. 이러한 방법의 잠재적 문제는 측정된 진폭에서의 변화가 ED에서의 변화가 아닌 이유에 대해 발생할 수 있다는 것이다. 예를 들면, 검출 컴포넌트의 열화는 측정 진폭을 변화시킬 수 있다. 추가로, 명목상으로 동일한 ED의 결정화에 대해 측정된 회절 진폭에서의 공간적 변형을 제공할 수 있는 샘플에 대한 결정화의 공간적 변형이 있을 수 있다. 하기에 기술된 바와 같이, 도 11a 및 11b를 참조하여 시작하면, 모두 함께 제거하는 것이 아닌 경우 상술한 잠재적 문제를 감소시킬 수 있는 대안적인 데이터 획득 및 처리 방법의 설명이 있다.
도 11a 및 11b는 투과시 편광 현미경에 의해 만들어진 결정화된 샘플의 현미경 사진이다. 도 11a는 OED 이하의 ED에서 처리된(조광된) 실리콘층으로 만들어진다. 도 11b는 도 11의 그것과 같은 레이저 빔 세그먼트로 처리되지만 OED 이상의 ED에서 처리된 실리콘층으로 만들어진다. 현미경 대물 렌즈는 1.25X 대물 렌즈이다. 이 때문에, 도 11a 및 11b의 이미지는 도 4에서 도시된 것 보다 더 큰 영역을 도시하고, 그의 이미지는 10X 대물렌즈로 취해지거나 및 20X 대물렌즈로 취해진 도 6 및 7을 생성하는 데에 이용되는 이미지 보다 매우 더 큰 영역을 도시한다.
도 11a 및 11b의 이미지들의 수평 치수는 약 9mm이다. 이러한 큰 필드를 가지고, 이미지의 에지를 향해 가면서 밝기가 약하게 되면서 현저한 비네팅(vignetting)이 발생할 수 있다. 소프트웨어 기반 평평한 필드의 보정이 이를 보정하기 위해 적용된다. 이미지는 상용 래스터 그래픽스를 이용하여 녹색 채널을 획득하기 위해 필터링되지만, 청색 필터링 이미지 또는 필터링되지 않은 이미지조차도 유사한 외형을 가진다. 대안으로, 이미지들은 예를 들면 녹색 광만 또는 청색광만 필터링하는 컬러 필터가 제공된 현미경으로부터 획득될 수 있다. 현미경 조광에 콘덴서 막이 사용되지 않는다. 이미지들은 높은 밝기를 가지고, 카메라 셔터시간은 100밀리초(ms) 미만이다.
이미지들은 90°의 상대적 회전으로 편광기 및 분석기에 의해 차단된 영차(zero-ordered) 투과 광을 가진 회절 광에서 만들어진다. 샘플에 대한 편광기 및 분석기의 회전은 이소가이어들이 상술한 바와 같이 회절 대역으로부터 멀어지게 회전되도록 한다. 이는 광을 회절시키는 높은 밀도의 리지들을 가진 층에서의 영역들 및 또한 광을 회절시키는 낮은 밀도의 리지들을 가진 층에서의 영역들 사이에서 매우 높은 컨트라스트를 가진 현미경 이미지를 생성한다.
상술한 바와 같이, 리지 밀도 차이는 파문 밀도 차이에 대응하고, 입자 구조에서의 차이에 대응할 것이다. 따라서, 이들 이미지에서의 컨트라스트는 층에서의 비균질성을 나타낸다. 이러한 비균질성을 일반적으로 무라(mura)라고 한다. 이들 이미지에서의 수평 스트라이프들은 스캔(회전) 방향이고, 스캔 무라라고 한다. 스캔 무라는 대개 레이저 빔의 장축을 따라서 있는 작은 ED 변화의 결과로 나타난다. 이러한 ED 변화는 프로세스 창의 로컬 시프트 변화를 가져온다. 따라서, OED 이상 및 이하의 스캔 무라 컨트라스트는 서로에 대해 반전된다. 스캔 무라 스트라이프의 컨트라스트는 시간에 대해 매우 안정적인 것으로 알려져 있고, 대개 ELA 시스템의 빔 전달 시스템에서의 광학기기의 재배열, 오염, 또는 클리닝의 결과로서만 변화한다. 이미지 내의 수직 라인들은 라인 방향(레이저 빔의 장축)에 있고, 샷(shot) 무라라고 한다. OED 이하에서, 샷 무라는 대부분 폭 넓은 스트라이프로 구성되는 반면, OED 이상에서는, 추가로, 날카로운 스트라이프가 일반적으로 관찰된다.
수평 및 수직 라인들은 이러한 설명 및 첨부된 청구범위의 목적을 위해 주기적인 것으로 기술될 수 있지만, 이는 주기성이 규칙적이라는 것을 반드시 의미하지 않는다. 추가로, 수평 및 수직이라는 용어는 단지 서로 직교하는 라인들의 설명의 편의를 위해 사용되는 것이고, 실제에 있어서는 라인의 실제 방위를 나타내지 않는다.
도 12는 어떻게 이미지 픽셀의 행 및 열의 평균화된 밝기가 이미지에서 각각 샷 무라 및 스캔 무라의 측정치로서 취해질 수 있는지를 개략적으로 도시한다. 이는 도 11b의 이미지와 유사한 ED 범위 내에서 취해지는 이미지이다. 도 12의 그래프(G2 및 G1)는 각각 이미지 내의 픽셀의 모든 행과 픽셀의 모든 열의 측정된 진폭을 개략적으로 도시한다. 각각에 대한 컨트라스트 값은 예를 들면, 각각의 경우의 가장 높게 측정된 값으로부터 가장 낮은 측정 값을 제거하거나, 또는 평균 진폭에 근접한 진폭 변동의 표준 편차를 취함으로써 판정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이 경우의 이미지는 녹색의 소프트웨어 기반 필터를 이용하여 만들어진다. 이는 스캔 무라의 컨트라스트를 개선한다.
도 13은 도 12의 이미지와 같은 이미지로부터 도출된 ED의 함수로서 스캔 무라에 대해 측정된 컨트라스트를 개략적으로 예시한 그래프이다. 이 그래프는 녹색 채널만을 보이도록 필터링된 이미지로부터 측정된다. 또한, 도 6의 곡선들과 유사한 편광된 광 현미경 이미지의 녹색 채널 밝기(곡선 B) 및 청색 채널 밝기(곡선 C)에 대한 ED의 함수로서 측정된 회절 광 크기; 및 곡선 B의 연산된 기울기(곡선 D)의 절대값이 비교를 위해 개략적으로 도시된다. 측정된 컨트라스트(곡선 A)가 약 15mJ/㎠의 ED(OED)에서 매우 날카롭게 정의된 최소치를 보여준다는 것을 알 수 있다. 또한 스캔 무라 컨트라스트(곡선 A)가 곡선 A의 최소값과 같은 ED에서 날카롭게 정의된 최소값을 보이는 연산된 기울기(곡선 D)의 형태를 전체적으로 따른다는 것을 알 수 있다.
이는 스캔 무라 컨트라스트가 라인 빔에서의 장축 방향 에너지 밀도의 변화에 의해 크게 야기된다는 관찰과 부합된다. 이러한 에너지 밀도 변화는 밝기 곡선 B에 의해 도시된 관계식에 따른 밝기 변화를 제공하는 것으로 예측된다. 따라서, 스캔 무라 컨트라스트의 측정은 ED 곡선의 기울기에 관한 정보를 제공하고, 이러한 관계식을 통해, 원하는 ED 또는 OED에 대한 실제 처리 ED를 제공한다.
도 14는 도 13을 참조하여 상술한 동일한 측정 및 연산된 양들을 도시하는 도 13의 그래프와 유사한 그래프이지만, 마이크로 평탄화 기술을 사용하여 결정화된 층에 대한 그래프이다. 마이크로 평탄화는 스캔 무라 스트라이프의 컨트라스트를 감소시키는 데에 이용되는 기술이다. 이 기술의 상세한 설명은 본 발명의 원리를 이해하는 데에 필수적이지 않으며, 따라서 여기에 제시하지 않는다. 마이크로 평탄화 기술은 본 발명의 양수인에게 양도된 미국특허번호 제7,723,169에 상세히 기술되어 있으며, 그 전체 내용은 참조에 의해 본원에 통합되어있다.
도 13 및 도 14의 곡선 A을 비교함으로써 측정된 컨트라스트가 더 낮고, 마이크로 평탄화가 사용되지 않은 경우보다 컨트라스트의 최소치가 덜 명확하게 정의된다는 것을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 도 14의 곡선 A 및 D를 비교함으로써 볼 수 있는 바와 같이 밝기 곡선의 기울기를 가지고 신뢰성있게 크기 조정하는 스캔 무라 컨트라스트가 측정될 수 있다. 따라서, 이러한 관계식을 통해, 스캔 무라 컨트라스트가 상술한 결정화 프로세스의 모니터링 및 제어를 위해 원하는 ED 또는 OED에 대한 실제 처리 ED의 측정치로서 취해질 수 있다.
패널 상의 층이 ELA 처리되는 동안 컨트라스트 측정에 대한 상술한 편광 현미경 이미지가 취해질 수 있다는 것에 유의해야 한다. ELA 동안, 패널은 스캔 방향, 즉 스캔 무라 스트라이프와 정확하게 동일한 방향으로 이동한다. 따라서, 샷 무라 컨트라스트가 하나의 카메라 노출 동안 패널의 이동을 경험하더라도, 스캔 무라 컨트라스트는 영향을 받지 않을 것이다.
스캔 무라 컨트라스트는 매우 안정적이지만, 매우 취약할 수 있다. 스캔 무라 컨트라스트는 의도적으로 예를 들면 얇은 금속 와이어와 같은 빔 전달 시스템내의 광학 결함을 도입함으로써 개선될 수 있다. 이러한 광학 결함은 처리된 필름 내에 음영(shadow) 및 또는 회절 스트라이프를 가져다 준다. 이러한 광학 결함으로부터의 컨트라스트가 강하지 않은 한은, 그것은 다시 밝기 곡선의 기울기의 측정이고 그것으로서 ED 드리프트를 보상하는 데에 이용될 수 있다. 레이저 빔의 이러한 세그먼트로 스캐닝된 영역은 보다 덜 균일하고, 디스플레이 액티브 매트릭스에 사용되지 않는 패널 상의 위치에 그것을 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 패널의 에지 또는 디스플레이 패널이 추후에 새겨지고(scribed) 분리되는 위치에 그것이 위치될 수 있다. 대안으로, 스캔 무라 컨트라스트는 일시적으로 마이크로-평탄화를 셧 다운시킴으로써 개선된다. 다시, 디스플레이를 하기 위해 사용되는 영역 외부에 유효 영역을 배치하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명이 ELA 및 A-ELA 결정화된 실리콘 층 평가를 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 다른 반도체 재료의 결정화된 층을 평가하는 것에 적용가능하다는 것에 유의해야 한다. 예를 들면, 게르마늄(Ge) 또는 Ge 및 실리콘 합금의 층들이 평가될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 그의 바람직한 실시예를 참조하여 상술된다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에 기술 및 도시된 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 여기에 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (7)

  1. 반도체 층 상에 에너지 밀도를 갖는 복수의 레이저 방사선 펄스에 노출시킴으로써 적어도 부분적으로 결정화되는 상기 반도체 층을 평가하는 방법으로서, 상기 결정화는 상기 반도체 층 상에서 제1 방향으로 제1 그룹의 주기적 표면 피처들, 및 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 제2 그룹의 주기적 피처들을 산출하고, 상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 피처의 형태는 상기 반도체 층이 노출된 상기 레이저 방사선 펄스의 에너지 밀도에 따르는 상기 방법은:
    상기 결정화된 반도체 층의 영역을 조광하는 단계;
    상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 피처에 의해 상기 조광된 영역으로부터 회절된 광으로 상기 조광된 영역의 현미경 이미지를 기록하는 단계로서, 상기 기록된 이미지는 상기 반도체 층의 상기 조광된 영역 내의 상기 제1 및 제2 그룹의 주기적 피처에 대응하는 수평 및 수직 그룹의 주기적 이미지 피처를 포함하는 상기 기록하는 단계; 및
    상기 수평 및 수직 그룹의 주기적 이미지 피처 중 적어도 하나의 컨트라스트의 측정치로부터 상기 에너지 밀도를 판정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화된 반도체 층을 평가하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 현미경 이미지는 투과성 현미경 이미지인 것을 특징으로 하는 결정화된 반도체 층을 평가하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 현미경 이미지는 픽셀의 열 및 행으로 형성되고, 상기 컨트라스트는 상기 이미지에서의 픽셀의 모든 열과 행 중 하나의 진폭을 측정하고 상기 주기적 이미지 피처의 컨트라스트의 측정치로서 평균 진폭으로부터 표준 편차를 취함으로써 판정되는 것을 특징으로 하는 결정화된 반도체 층을 평가하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 현미경 이미지는 픽셀의 열과 행으로부터 형성된 투과성 현미경 이미지이고, 상기 컨트라스트는 상기 이미지에서의 픽셀의 모든 열과 행 중 하나의 진폭을 측정하고 상기 주기적 이미지 피처의 컨트라스트의 측정치로서 가장 높게 측정된 진폭과 가장 낮게 측정된 진폭 사이의 차이를 취함으로써 판정되는 것을 특징으로 하는 결정화된 반도체 층을 평가하는 방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지는 녹색 필터링된 이미지인 것을 특징으로 하는 결정화된 반도체 층을 평가하는 방법.
  6. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지는 청색 필터링된 이미지인 것을 특징으로 하는 결정화된 반도체 층을 평가하는 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정된 컨트라스트의 최소치는 상기 결정화를 위한 최적 에너지 밀도를 나타내는 것을 특징으로 하는 결정화된 반도체 층을 평가하는 방법.
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