KR20220007139A - MEHTOD AND OPTICAL SYSTEM FOR PROCESSING A SEMICONDUCTOR MATERIAL - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 재료층을 처리하기 위한, 특히 결정질 반도체층을 제조하기 위한 방법 및 광학 시스템에 관한 것이다. 상기 방법은 - 제 1 레이저 펄스(76)를 갖는 제 1 레이저 빔(74) 및 제 2 레이저 펄스(86)를 갖는 제 2 레이저 빔(84)을 제공하는 단계, - 빔 성형 장치(32)를 이용하여 상기 제 1 레이저 펄스(76) 및 상기 제 2 레이저 펄스(86)를 라인 형태의 단축 및 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성하는 단계, - 이렇게 형성된 라인 형태의 레이저 펄스를 이미징 장치(34)를 이용하여 반도체 재료층(12) 상에 단축 및 장축을 갖는 조명 라인(36)으로서 이미징하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 - 제 1 레이저 펄스(76)의 편광 방향을 조명 라인(36)의 단축 방향으로 조정하는 단계, - 제 2 레이저 펄스(86)의 편광 방향을 조명 라인(36)의 장축 방향으로 조정하는 단계, - 반도체 재료층(12)에 이미징된 조명 라인(36)이 제 1 최대값(M1) 및 제 2 최대값(M2)을 갖는 펄스 형태의 시간에 따른 결합 강도 프로파일(96)을 갖도록 선택된 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 상기 제 1 레이저 펄스(76)에 대해 상기 제 2 레이저 펄스(86)를 시간 지연시키는 단계를 더 포함한다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and an optical system for processing a layer of semiconductor material, in particular for producing a crystalline semiconductor layer. The method comprises the steps of: providing a first laser beam 74 with a first laser pulse 76 and a second laser beam 84 with a second laser pulse 86; reshaping the first laser pulse 76 and the second laser pulse 86 into a laser pulse having a short axis and a long axis in the form of a line by using the laser pulse in the form of a line by an imaging device 34 Imaging as an illumination line (36) having a short axis and a long axis on the semiconductor material layer (12) using adjusting the short axis direction, - adjusting the polarization direction of the second laser pulse 86 in the long axis direction of the illumination line 36 , - the illumination line 36 imaged in the semiconductor material layer 12 having a first the first laser pulse 76 for a predetermined time interval Δt selected to have a time-dependent joint strength profile 96 in the form of a pulse having a maximum value M1 and a second maximum value M2. time delaying the two laser pulses (86).
Description
본 발명은 반도체 재료를 처리하기 위한, 특히 결정질 반도체층을 제조하기 위한 방법, 및 반도체 재료를 처리하기 위한, 특히 결정질 반도체층을 제조하기 위한 광학 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for processing a semiconductor material, in particular for producing a crystalline semiconductor layer, and an optical system for processing a semiconductor material, in particular for producing a crystalline semiconductor layer.
레이저는 예를 들어 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 약어: TFT)의 제조를 위한 박막층의 결정화에 사용된다. 실리콘(약어: Si), 더 정확하게는 비정질 실리콘(약어: a-Si)은 처리될 반도체로서 사용된다. 반도체층의 두께는 예를 들어 50 nm이며, 반도체층은 전형적으로 기판, 예를 들어 유리 기판 또는 그밖의 캐리어 상에 위치한다.Lasers are used, for example, for crystallization of thin film layers for the manufacture of thin film transistors (Thin Film Transistors, abbreviations: TFT). Silicon (abbreviation: Si), more precisely amorphous silicon (abbreviation: a-Si), is used as the semiconductor to be processed. The thickness of the semiconductor layer is, for example, 50 nm, and the semiconductor layer is typically placed on a substrate, for example a glass substrate or other carrier.
상기 층은 펄스 고체 레이저와 같은 레이저의 광으로 조명된다. 이 경우, 예를 들면 343nm 파장의 광이 조명 라인으로 형성되어 반도체 재료의 이미지 평면에 이미징된다. 조명 라인은 단축(좁은 축)과 균일한 긴 빔 축을 갖는다. 단축 또는 좁은 축은 가우스 또는 평평한 강도 분포를 갖는다.The layer is illuminated with light of a laser, such as a pulsed solid-state laser. In this case, for example, light with a wavelength of 343 nm is formed into an illumination line and imaged on the image plane of the semiconductor material. The illumination line has a short axis (narrow axis) and a uniform long beam axis. The uniaxial or narrow axis has a Gaussian or flat intensity distribution.
조명 라인은 반도체층 위로 단축 방향으로 일반적으로 약 5~50mm/s의 진행 속도로 이동된다. 광빔의 출력 밀도(연속파 레이저의 경우) 또는 펄스 에너지 밀도(펄스 레이저의 경우)는 예를 들어 비정질 실리콘의 경우 이 실리콘이 부분적으로 용융된 다음, 용융된 실리콘이 유리 기판 상의 용융되지 않은 고체 실리콘을 기반으로 하는 다결정 구조로 고화되도록 조정된다. 용융 및 고화는 일반적으로 10 내지 100ns의 시간 스케일로 발생하며 이후에 필름을 실온으로 냉각하는데 일반적으로 수 100㎲가 걸린다.The illumination line is moved in the uniaxial direction over the semiconductor layer, typically at a traveling speed of about 5-50 mm/s. The power density (in the case of a continuous wave laser) or pulse energy density (in the case of a pulsed laser) of the light beam is, for example, in the case of amorphous silicon, this silicon is partially melted, and then the molten silicon is transferred to unmelted solid silicon on a glass substrate. It is tuned to solidify into a polycrystalline structure based on it. Melting and solidification generally occur on a time scale of 10 to 100 ns, and then cooling the film to room temperature typically takes several 100 μs.
비정질 실리콘 층이 조사되어 다결정 실리콘 층으로 변환될 때 조명 라인의 균일한 강도, 즉 단축 및/또는 장축을 따라 통합된 공간적 강도 분포의 균일성이 특히 중요하다. 조명 라인의 강도 분포가 더 균일할수록 박막 층의 결정 구조(예를 들어, 다결정 층의 입자 크기)가 더 균일해지며, 예를 들어 박막 층으로 형성된 최종 제품, 예를 들어 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 더 좋아진다. 균일한 결정 구조는 예를 들어 전자와 포지티브 정공의 높은 이동도로 인해 높은 전도도를 생성한다.The uniform intensity of the illumination line, ie the uniformity of the integrated spatial intensity distribution along the minor and/or major axes, is particularly important when the amorphous silicon layer is irradiated and converted into a polycrystalline silicon layer. The more uniform the intensity distribution of the illumination line, the more uniform the crystal structure of the thin film layer (eg, the grain size of the polycrystalline layer), and the electrical properties of, for example, the final product formed of the thin film layer, for example, the thin film transistor. it gets better A uniform crystal structure produces a high conductivity, for example due to the high mobility of electrons and positive holes.
불균일성은 특히 빔의 장축을 따라 그리고 조명 라인이 단축 방향으로 반도체층 위로 이동할 때 그에 수직으로 빔의 단축을 따라 발생할 수 있다. 이러한 불균일성을 "무라(Mura)"라고 한다. 소위 "스캔 무라(Scan Mura)"는 빔 축을 따라 불균일하게 발생하며 스캔 방향 또는 진행 방향으로 연장하는 스트립 모양 불균일성으로 나타난다. 이에 수직으로, 펄스마다 강도 및 에너지 밀도의 변동에 기인하는 소위 "샷 무라(Shot Mura)"가 발생한다.Non-uniformities can occur along the minor axis of the beam in particular along the major axis of the beam and perpendicular thereto as the illumination line moves over the semiconductor layer in the minor axis direction. This non-uniformity is called "Mura". The so-called "Scan Mura" occurs non-uniformly along the beam axis and appears as a strip-like non-uniformity extending in the scan or travel direction. Vertically to this, a so-called "Shot Mura" occurs due to fluctuations in intensity and energy density from pulse to pulse.
"샷 무라"를 가능한 한 작게 만들기 위해 레이저 펄스마다 에너지 밀도 및 시간에 따른 강도 프로파일의 변동은 예를 들어 펄스 안정성이 매우 우수한 레이저의 사용에 의해 그리고 다수의 레이저 소스의 레이저 빔들의 중첩에 의해 가능한 작아야 한다. "스캔 무라"를 가능한 한 작게 만들기 위해 조명 라인의 강도는 장 축을 따라 가능한 한 균일해야 한다. 장축을 따른 불균일성을 "지우기" 위해, 10Hz 내지 200Hz의 주파수로 회전축을 중심으로 진동하는 거울을 사용하여 스캔하는 동안 조명 라인이 장축의 방향으로 1㎜ 내지 2㎜정도 왕복 이동됨으로써 "스캔 무라"를 감소시키는 것도 알려져 있다.In order to make the “shot mura” as small as possible, the energy density per laser pulse and the variation of the intensity profile with time are possible, for example, by the use of a laser with very good pulse stability and by superimposing laser beams of multiple laser sources. should be small To make the "scan mura" as small as possible, the intensity of the light lines should be as uniform as possible along the long axis. To “clear” non-uniformities along the long axis, a “scan mura” is created by using a mirror that vibrates about its axis of rotation at a frequency of 10 Hz to 200 Hz, whereby the illumination line is reciprocated by 1 mm to 2 mm in the direction of the long axis during scanning. It is also known to reduce
또한, 산소 농도를 10ppm 내지 20ppm의 값으로 줄여서 실리콘과 같은 재료의 산화를 방지하기 위해, 조사 동안 기판 노출 면, 즉 처리될 재료 층의 표면, 예를 들어 반도체층의 표면이 질소로 플러싱되는 것에 기인하는 소위 "질소 무라"가 알려져 있다. 이를 위해 질소 층류가 노출될 재료 층 바로 위를 통과한다. 이 경우, 층류의 불균일성은 소위 "질소 무라"라고 하는 결정 구조의 불균일성을 초래할 수 있다.In addition, in order to prevent oxidation of materials such as silicon by reducing the oxygen concentration to a value of 10 ppm to 20 ppm, during irradiation, the exposed surface of the substrate, i.e. the surface of the material layer to be treated, for example the surface of the semiconductor layer, is not flushed with nitrogen. The resulting so-called "nitrogen mura" is known. For this purpose, a laminar flow of nitrogen is passed directly over the layer of material to be exposed. In this case, the non-uniformity of the laminar flow can lead to the non-uniformity of the crystal structure, so-called "nitrogen mura".
결정화 과정에서 규칙적인 다결정 입자 구조를 생성하기 위해, 노출 동안 변조된 강도 분포가 발생하여 진행 중 여러 번의 노출에 의해 대략 광의 파장 크기를 갖는 입자 구조가 강화되게 하는, 표면 간섭 효과를 사용하는 것은 알려져 있다. 이 효과를 "레이저 유도 주기적 패턴 구조(Laser Induced Periodical Pattern Structure, 약어: "LIPPS")"라고 한다. 예를 들어 343nm의 파장에서, 약 0.3㎛ 내지 0.4㎛의 입자 구조가 생성된다. 선형 편광의 경우, 변조된 강도 분포는 편광 방향, 즉 E-필드 벡터 방향에서만 형성될 수 있다. 실험적 조사에 따르면, 광이 장축에서 편광될 때 빔 장축을 따라 규칙적인 구조가 형성되고, 따라서 광이 진행 방향으로 편광되면 진행 방향에서 상기 효과가 관찰될 수 있다는 것으로 나타났다.It is known to use the surface interference effect to create a regular polycrystalline grain structure during the crystallization process, whereby a modulated intensity distribution occurs during exposure such that several exposures during the course of the course enhance the grain structure with a wavelength size of approximately the wavelength of light. have. This effect is referred to as "Laser Induced Periodical Pattern Structure (abbreviated as "LIPPS"). For example, at a wavelength of 343 nm, a particle structure of about 0.3 μm to 0.4 μm is produced. In the case of linear polarization, a modulated intensity distribution can be formed only in the polarization direction, ie in the E-field vector direction. Experimental investigations have shown that when light is polarized in the long axis, a regular structure is formed along the beam long axis, and thus, when the light is polarized in the traveling direction, the above effect can be observed in the traveling direction.
본 발명은 반도체 재료를 처리하기 위한 개선된 방법, 특히 균일하게 결정화된 반도체층을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 반도체 재료를 처리하기 위한 개선된 장치, 특히 균일하게 결정화된 반도체층을 제조하기 위한 장치를 제공한다. 이 경우, 균일하게 결정화된 반도체층은 특히 균일한 결정 입자 크기를 갖는 반도체층이다.The present invention provides an improved method for processing a semiconductor material, in particular a method for producing a uniformly crystallized semiconductor layer. The present invention also provides an improved apparatus for processing semiconductor materials, in particular apparatus for producing uniformly crystallized semiconductor layers. In this case, the uniformly crystallized semiconductor layer is particularly a semiconductor layer having a uniform crystal grain size.
청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 방법 및 청구항 제 11 항의 특징들을 갖는 광학 시스템이 제공된다.A method having the features of
반도체 재료층을 처리하는 방법, 특히 결정질 반도체층을 제조하는 방법이 개시되며, 이 방법은 다음 단계들을 포함한다:A method for processing a layer of semiconductor material, in particular for producing a crystalline semiconductor layer, is disclosed, the method comprising the steps of:
- 제 1 레이저 펄스를 갖는 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 펄스를 갖는 제 2 레이저 빔을 제공하는 단계,- providing a first laser beam with a first laser pulse and a second laser beam with a second laser pulse;
- 빔 성형 장치를 이용하여 제 1 레이저 펄스 및 제 2 레이저 펄스를 라인 형태의 단축 및 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성하는 단계,- Reshaping the first laser pulse and the second laser pulse into a laser pulse having a short axis and a long axis in the form of a line using a beam forming apparatus;
- 이렇게 형성된 라인 형태의 레이저 펄스를 이미징 장치를 이용하여 반도체 재료층 상에 단축 및 장축을 갖는 조명 라인으로서 이미징하는 단계,- Imaging the laser pulse in the form of a line thus formed as an illumination line having a short axis and a long axis on the semiconductor material layer using an imaging device;
- 제 1 레이저 펄스의 편광 방향을 조명 라인의 단축 방향으로 조정하는 단계,- adjusting the polarization direction of the first laser pulse to the minor axis direction of the illumination line;
- 제 2 레이저 펄스의 편광 방향을 조명 라인의 장축 방향으로 조정하는 단계, 및- adjusting the polarization direction of the second laser pulse in the direction of the long axis of the illumination line, and
- 반도체 재료층에 이미징된 조명 라인이 제 1 및 제 2 최대값을 갖는 펄스 형태의 시간에 따른 결합 강도 프로파일을 갖도록 선택된 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 제 1 레이저 펄스(76)에 대해 제 2 레이저 펄스를 시간 지연시키는 단계.- a second for a
상기 방법 단계들의 상기 순서는 단계들이 수행되는 시간 순서를 나타내지 않는다. 일반적으로, 예를 들어 빔 경로에서 편광 방향의 조정은 개별 빔들, 즉 제 1 및 제 2 레이저 빔이 분리되는 곳에서 발생한다. 개별 빔들의 재형성, 균일화 및 중첩은 반드시 제 1 및 제 2 레이저 빔이 제공된 후에 발생한다. 시간 지연 단계는 제 1 및 제 2 레이저 빔의 편광의 정렬 전 또는 후에 수행될 수 있다. 상기 단계들의 시간 순서는 원칙적으로 다를 수 있다.The order of the method steps does not indicate the chronological order in which the steps are performed. In general, the adjustment of the direction of polarization, for example in the beam path, takes place where the individual beams, ie the first and second laser beams, are separated. Reshaping, equalization and superposition of the individual beams necessarily occur after the first and second laser beams have been provided. The time delay step may be performed before or after alignment of the polarizations of the first and second laser beams. The time order of the steps may in principle be different.
처리될 반도체 재료는 예를 들어 두께가 약 50nm인, 비정질 실리콘으로 이루어진 얇은 층일 수 있고, 상기 층은 유리 기판과 같은 캐리어에 적용된다.The semiconductor material to be treated may be a thin layer made of amorphous silicon, for example about 50 nm thick, said layer being applied to a carrier such as a glass substrate.
제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔은 나중에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 적어도 하나의 레이저에 의해 제공된다. 레이저는 예를 들어 343nm의 파장을 갖는 광을 방출하는 UV 고체 레이저일 수 있다. 제 1 및 제 2 레이저 펄스의 일반적인 시간적 반치전폭(FWHM, "Full Width at Half Maximum")은 15ns 내지 20ns이다. 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔은 전형적으로 선형 편광된다.The first laser beam and the second laser beam are provided by at least one laser, as will be described in more detail later. The laser may be, for example, a UV solid-state laser emitting light having a wavelength of 343 nm. A typical temporal full width at half maximum (FWHM) of the first and second laser pulses is 15 ns to 20 ns. The first laser beam and the second laser beam are typically linearly polarized.
다른 방법 단계에서, 제 1 및 제 2 펄스의 편광은 각각, 예를 들어 편광 장치를 사용하여 미리 정의된 특정 방향으로 조정된다. 제 1 레이저 펄스는 조명 라인의 단축 방향으로 선형 편광되고, 제 2 레이저 펄스는 조명 라인의 장축 방향으로 선형 편광된다. 고체 레이저에서 방출되는 펄스는 일반적으로 선형 편광된다. 방출된 펄스가 선형 편광되면, 본 방법에 따라, 방출된 제 1 및 제 2 펄스의 편광 방향은 각각 미리 정해진, 정의된 방향으로 회전된다. 이것은 λ/2 플레이트에 충돌하는 빔 또는 펄스에 대해 해당 방향을 갖는 λ/2 플레이트와 같은 편광 장치에 의해 수행될 수 있다. 특히, 제 1 펄스의 편광 방향은 나중에 더 자세히 설명되는 바와 같이 단축 방향으로 회전된다. 따라서 제 1 펄스의 편광은 단축 방향으로 정렬되고, 특히 편광은 단축 방향으로 거의 독점적으로 정렬되고, 예를 들어 단축에 수직인 방향으로 선형 편광된 광의 비율이 1%이거나(편광 비율 100:1), 또는 예를 들어 편광 비율이 95:5이도록 정렬된다. 제 2 펄스의 편광 방향은 나중에 더 자세히 설명되는 바와 같이 장축 방향으로 회전되며, 단축의 방향에 수직이다. 따라서 제 2 펄스의 편광은 장축 방향으로 정렬되고, 특히 편광은 장축 방향으로 거의 독점적으로 정렬되고, 예를 들어 장축에 수직인 방향으로 선형 편광된 광의 비율이 1%이거나(편광 비율 100:1), 또는 예를 들어 편광 비율이 95:5이도록 정렬된다.In another method step, the polarizations of the first and second pulses are each adjusted to a specific predefined direction, for example using a polarizing device. The first laser pulse is linearly polarized in the short axis direction of the illumination line, and the second laser pulse is linearly polarized in the long axis direction of the illumination line. Pulses emitted from solid state lasers are generally linearly polarized. When the emitted pulses are linearly polarized, according to the present method, the polarization directions of the emitted first and second pulses are respectively rotated in predetermined, defined directions. This can be done by a polarizing device, such as a λ/2 plate, which has a corresponding direction for a beam or pulse impinging on the λ/2 plate. In particular, the polarization direction of the first pulse is rotated in the uniaxial direction as will be explained in more detail later. Thus the polarization of the first pulse is aligned in the uniaxial direction, in particular the polarized light is aligned almost exclusively in the uniaxial direction, for example a ratio of linearly polarized light in a direction perpendicular to the uniaxial direction is 1% (polarization ratio 100:1) , or, for example, arranged so that the polarization ratio is 95:5. The polarization direction of the second pulse is rotated in the long axis direction, as will be explained in more detail later, and is perpendicular to the direction of the minor axis. Thus, the polarization of the second pulse is aligned in the long-axis direction, in particular the polarization is almost exclusively aligned in the long-axis direction, for example, if the proportion of linearly polarized light in the direction perpendicular to the long axis is 1% (polarization ratio 100:1) , or, for example, arranged so that the polarization ratio is 95:5.
또한, 제 2 펄스는 제 1 펄스에 대해 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 시간 지연된다. 일반적인 시간 지연 시간은 5ns 내지 20ns이다. 일반적으로 시간 간격(Δt)은 후술할 조명 라인을 반도체 재료층에 이미징할 때 두 펄스가 시간 중첩되어 단일 펄스를 형성하도록 선택된다. 시간 중첩은 제 1 최대값과 제 2 최대값을 갖는 시간에 따른 결합 강도 프로파일을 생성한다.In addition, the second pulse is time-delayed with respect to the first pulse by a predetermined time interval Δt. Typical time delays are 5 ns to 20 ns. In general, the time interval Δt is selected such that two pulses overlap in time to form a single pulse when imaging an illumination line, which will be described later, on the semiconductor material layer. The temporal overlap produces a bond strength profile over time having a first maximum and a second maximum.
추가 방법 단계에서, 제 1 및 제 2 펄스는 빔 성형 장치에 의해 레이저 라인, 즉 라인 형태의 레이저 펄스로 재형성된다. 빔 성형 장치는 아나모픽 광학 장치를 형성할 수 있다. 이것은 예를 들어, 입사 레이저 빔(들)이 여러 부분 빔으로 분할된 다음 공간적으로 중첩되는 원리에 기반한 렌즈 어레이 균일화기를 포함할 수 있다. 레이저 라인은 단축과 장축을 갖는다.In a further method step, the first and second pulses are reformed into laser lines, ie laser pulses in the form of lines, by means of a beam shaping device. The beam shaping apparatus may form anamorphic optics. This may include, for example, a lens array homogenizer based on the principle that the incident laser beam(s) is split into several partial beams and then spatially overlapped. The laser line has a short axis and a long axis.
이렇게 형성된 레이저 라인은 이미징 장치에 의해 반도체 재료의 이미지 평면 상에 조명 라인으로서 이미징된다. 조명 라인도 단축과 장축을 가지며, 그 방향은 제 1 및 제 2 펄스의 편광을 정의한다. 통상적으로 조명 라인의 단축 및 장축의 방향은 라인 형태의 레이저 펄스의 단축 및 장축의 방향과 일치한다. 조명 라인의 길이, 즉 장축 방향의 기하학적 연장은 일반적으로 100mm 내지 1000mm, 예를 들어 100mm, 250mm, 750mm 또는 1000mm이다. 이것은 빔 성형 장치 및/또는 이미징 장치가 적절하게 설계되면 더 길어질 수도 있다. 조명 라인의 너비, 즉 단축 방향의 기하학적 연장은 가우스 분포일 때 반치전폭(FWHM)으로 표시되며 일반적으로 20㎛ 내지 200㎛이다. 평평한 분포에서, 상기 너비는 강도가 90%("전폭 90%")인 지점에서 측정되고 일반적으로 20㎛ 내지 200㎛이다.The laser line thus formed is imaged as an illumination line on the image plane of the semiconductor material by the imaging device. The illumination line also has a minor axis and a major axis, the directions of which define the polarizations of the first and second pulses. In general, the direction of the short axis and the long axis of the illumination line coincides with the direction of the short axis and the long axis of the laser pulse in the form of a line. The length of the illumination line, ie the geometrical extension in the major axis direction, is generally between 100 mm and 1000 mm, for example 100 mm, 250 mm, 750 mm or 1000 mm. This may be longer if the beam shaping apparatus and/or imaging apparatus are properly designed. The width of the illumination line, that is, the geometrical extension in the minor axis direction, is expressed as the full width at half maximum (FWHM) when the Gaussian distribution is 20 μm to 200 μm. In a flat distribution, the width is measured at the point where the strength is 90% (“90% full width”) and is typically between 20 μm and 200 μm.
추가 방법 단계에서, 조명 라인은 반도체 재료층에 대해 진행 방향으로 이동될 수 있다. 이 경우 진행 방향이 단축 방향과 일치하기 때문에 제 1 펄스는 진행 방향으로 선형 편광된다. 조명 라인으로 반도체 재료층을 스윕함으로써, 전체 반도체 재료층 또는 적어도 반도체 재료층의 더 넓은 영역이 노출되어 처리될 수 있다. 반도체 재료를 갖는 캐리어는 예를 들어 진행 방향으로 이동가능한 테이블 상에 배치될 수 있고 따라서 조명 라인에 대해 이동될 수 있다. 일반적인 진행 속도 범위는 5mm/s 내지 50mm/s이다.In a further method step, the illumination line may be moved in a traveling direction relative to the semiconductor material layer. In this case, the first pulse is linearly polarized in the traveling direction because the traveling direction coincides with the minor axis direction. By sweeping the layer of semiconductor material with an illumination line, the entire layer of semiconductor material or at least a larger area of the layer of semiconductor material can be exposed and processed. The carrier with the semiconductor material can for example be arranged on a table movable in the direction of travel and thus can be moved relative to the illumination line. Typical travel speed ranges from 5 mm/s to 50 mm/s.
추가 양태에 따르면, 제 1 레이저 펄스 및 제 2 레이저 펄스의 상대 강도는 시간에 따른 결합 강도 프로파일에서 제 1 최대값 대 제 2 최대값의 비가 0.8 내지 1.4의 범위, 특히 0.9 내지 1.2의 범위에 있도록, 특히 1.0이도록 선택될 수 있다. 시간에 따른 결합 강도 프로파일이 제 1 및 제 2 펄스의, 시간에 따른 강도 프로파일을 중첩한 결과이므로, 제 1 및 제 2 펄스의 강도에 의해, 시간 간격(Δt)을 고려하여, 시간에 따른 결합 강도 프로파일에서 제 1 최대값 대 제 2 최대값의 비율이 조정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 펄스의 정의된 편광 방향과 결합하여, 제 1 최대값 대 제 2 최대값의 비율의 제시된 범위에 대해, 형성된 (다)결정질 반도체층 내에 특히 균일한 입자 구조가 형성된 것으로 밝혀졌다.According to a further aspect, the relative intensities of the first laser pulse and the second laser pulse are such that the ratio of the first maximum to the second maximum in the combined intensity profile over time is in the range of 0.8 to 1.4, in particular in the range of 0.9 to 1.2. , in particular 1.0. Since the time-dependent bonding strength profile is a result of superimposing the strength profiles of the first and second pulses over time, by the strength of the first and second pulses, considering the time interval Δt, the time-dependent bonding The ratio of the first maximum to the second maximum in the intensity profile may be adjusted. As described above, for a given range of the ratio of the first maximum to the second maximum, in combination with the defined polarization directions of the first and second pulses, a particularly uniform grain structure within the formed (poly)crystalline semiconductor layer. was found to be formed.
조명 라인의 시간에 따른 결합 강도 프로파일은 시간에 따른 결합 강도 프로파일의 제 1 최대값에 대해 40ns 내지 50ns의 시간적 반치전폭을 가질 수 있다. 상대적으로 긴 펄스 지속 시간으로 인해 수 10ns에 걸쳐 결정화 프로세스가 영향을 받고 균일한 입자 구조의 형성이 촉진된다.The bond strength profile over time of the illumination line may have a temporal full width at half maximum of 40 ns to 50 ns for a first maximum value of the bond strength profile over time. The relatively long pulse duration affects the crystallization process over several 10 ns and promotes the formation of a uniform grain structure.
추가 양태에 따르면, 제 1 레이저 및 제 2 레이저는 각각 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔을 방출하도록 설계되고, 제 2 레이저 펄스가 제 1 레이저 펄스에 대해 시간 간격(Δt)만큼 지연되어 방출되도록 제어된다. 지연은 예를 들어 제 1 레이저의 트리거 신호에 대해 제 2 레이저의 트리거 신호를 전자적으로 지연시킴으로써 달성될 수 있다.According to a further aspect, the first laser and the second laser are designed to emit the first laser beam and the second laser beam, respectively, such that the second laser pulse is emitted with a delay relative to the first laser pulse by a time interval Δt. Controlled. The delay can be achieved, for example, by electronically delaying the trigger signal of the second laser relative to the trigger signal of the first laser.
대안으로서, 레이저 빔에 펄스를 제공하도록 설계된 제 1 레이저가 제공되고, 제 1 레이저의 레이저 빔은 제 1 레이저 빔 성분 및 제 2 레이저 빔 성분으로 분할되고, 제 1 레이저 빔 성분은 제 1 레이저 펄스를 갖는 제 1 레이저 빔을 형성하고, 제 2 레이저 빔 성분은 제 2 레이저 펄스를 갖는 제 2 레이저 빔을 형성한다. 이 대안에서, 펄스 모드로 작동되는 레이저가 제공되고, 그의 방출된 레이저 빔이 빔 스플리터에 의해 제 1 레이저 빔과 제 2 레이저 빔으로 분할된다.As an alternative, there is provided a first laser designed to provide a pulse to the laser beam, the laser beam of the first laser being split into a first laser beam component and a second laser beam component, the first laser beam component being the first laser pulse to form a first laser beam having a , and the second laser beam component forms a second laser beam having a second laser pulse. In this alternative, a laser operated in a pulsed mode is provided, the emitted laser beam of which is split into a first laser beam and a second laser beam by means of a beam splitter.
이 대안에서, 제 1 펄스에 대한 제 2 펄스의 시간 지연은 빔 분할 위치로부터 반도체 재료의 이미지 평면까지의 제 2 레이저 빔의 광학 경로 길이가 빔 분할 위치로부터 반도체 재료의 이미지 평면까지의 제 1 레이저 빔의 광학 경로 길이보다 더 길어서, 제 2 펄스에 대한 제 1 펄스의 위상 시프트가 발생함으로써 달성될 수 있다. In this alternative, the time delay of the second pulse with respect to the first pulse is such that the optical path length of the second laser beam from the beam splitting position to the image plane of the semiconductor material is such that the optical path length of the second laser beam from the beam splitting position to the image plane of the semiconductor material is the first laser longer than the optical path length of the beam, which can be achieved by generating a phase shift of the first pulse relative to the second pulse.
제 1 펄스에 대한 제 2 펄스의 시간 지연이 제 2 펄스의 더 긴 광학 경로 길이에 의해 제공되는 것은 2개의 레이저를 갖는 변형예에서도 가능하다.It is also possible in the variant with two lasers that the time delay of the second pulse with respect to the first pulse is provided by the longer optical path length of the second pulse.
추가 양태에 따르면, 제 1 레이저 펄스는 제 1 레이저 빔의 다수의 제 1 레이저 펄스 중 하나의 레이저 펄스일 수 있고, 제 2 레이저 펄스는 제 2 레이저 빔의 다수의 제 2 레이저 펄스 중 하나의 레이저 펄스일 수 있으며, 제 2 펄스 레이저 빔의 다수의 레이저 펄스의 각각은 제 1 펄스 레이저 빔의 다수의 레이저 펄스 중 다른 하나에 대해 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 시간 지연된다. 레이저(들)는 펄스 방식으로 작동되며 특정 펄스 반복율로, 예를 들어 10kHz로 다수의 레이저 펄스를 방출한다. 제 2 레이저 빔의 레이저 펄스는 제 1 레이저 펄스에 대해 시간 지연되어 항상 제 1 레이저 펄스와 제 2 레이저 펄스가 중첩되어 반도체 재료에 제 1 및 제 2 최대값을 갖는 펄스 형태의 조명 라인으로서 이미징된다. 다시 말해서, 반도체 재료는 레이저(들)의 펄스 반복율로 조명 라인에 의해 펄스 방식으로 노출된다.According to a further aspect, the first laser pulse may be one of a plurality of first laser pulses of a first laser beam, wherein the second laser pulse is a laser of one of a plurality of second laser pulses of a second laser beam and each of the plurality of laser pulses of the second pulsed laser beam is time delayed relative to the other of the plurality of laser pulses of the first pulsed laser beam by a predetermined time interval Δt. The laser(s) are pulsed and emit multiple laser pulses at a specific pulse repetition rate, for example 10 kHz. The laser pulse of the second laser beam is time delayed relative to the first laser pulse so that the first laser pulse and the second laser pulse are always superimposed to be imaged as an illumination line in the form of a pulse having first and second maxima in the semiconductor material. . In other words, the semiconductor material is pulsed exposed by an illumination line at the pulse repetition rate of the laser(s).
진행 속도, 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔의 펄스 반복율, 및 단축 방향의 조명 라인의 기하학적 반치전폭은 반도체 재료의 한 지점이 조명 라인에 의해 여러 번 노출되도록 선택될 수 있다. 다시 말해, 반도체 재료는 조명 라인에 대해 매우 느리게 이동하고 단축 방향으로 조명 라인의 기하학적 반치전폭이 커서, 레이저 빔의 펄스 반복율 또는 펄스 반복율의 배수에 해당하는 지속 시간 후에 반도체 재료는 이전에 노출된 지점이 다시 한번 또는 여러 번 노출될 정도로 작은 거리를 이동했다.The traveling speed, the pulse repetition rate of the first and second laser beams, and the geometric full width at half maximum of the illumination line in the uniaxial direction can be selected such that a point of the semiconductor material is exposed by the illumination line several times. In other words, the semiconductor material moves very slowly with respect to the illumination line and the geometric full width at half maximum of the illumination line in the uniaxial direction is large, so that after a duration corresponding to the pulse repetition rate of the laser beam or a multiple of the pulse repetition rate, the semiconductor material moves to the point where it was previously exposed. It has moved a small distance enough to be exposed once again or several times.
개시된 방법의 또 다른 양태에 따르면, 제 3 레이저 펄스를 갖는 제 3 레이저 빔 및 제 4 레이저 펄스를 갖는 제 4 레이저 빔이 제공되며, 제 1 레이저 펄스, 제 2 레이저 펄스, 제 3 레이저 펄스 및 제 4 레이저 펄스가 빔 성형 장치에 의해 라인 형태의, 단축과 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성되고, 이렇게 형성된, 라인 형태의 레이저 펄스가 이미징 장치에 의해 반도체 재료층의 이미지 평면 상에 조명 라인으로서 이미징된다. 또한, 제 3 레이저 펄스의 편광 방향은 조명 라인의 단축 방향으로 조정되고, 제 4 레이저 펄스의 편광 방향은 조명 라인의 장축 방향으로 조정되며, 제 4 레이저 펄스는 제 3 레이저 펄스에 대해 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 시간 지연되고, 상기 미리 정해진 시간 간격(Δt)은 반도체 재료층에 이미징된 조명 라인이 제 1 및 제 2 최대값을 갖는 펄스 형태의 시간에 따른 결합 강도 프로파일을 갖도록 선택된다.According to another aspect of the disclosed method, there is provided a third laser beam having a third laser pulse and a fourth laser beam having a fourth laser pulse, the first laser pulse, the second laser pulse, the third laser pulse and the second 4 The laser pulse is reshaped by a beam shaping device into a laser pulse having a short axis and a long axis in the form of a line, and the laser pulse in the form of a line, thus formed, is imaged as an illumination line on the image plane of the semiconductor material layer by the imaging device do. Further, the polarization direction of the third laser pulse is adjusted to the short axis direction of the illumination line, the polarization direction of the fourth laser pulse is adjusted to the long axis direction of the illumination line, and the fourth laser pulse is a predetermined time with respect to the third laser pulse Delayed in time by an interval Δt, the predetermined time interval Δt is selected such that an illumination line imaged in the semiconductor material layer has a bond strength profile over time in the form of a pulse having first and second maxima.
본 방법의 이 양태에 따르면, 4개의 레이저 빔이 균일하게 중첩되며 이미징되고, 4개의 레이저 빔 중 2개의 레이저 빔은 각각 조명 라인의 단축 방향으로 선형 편광된 펄스를 가지며 시간적으로 동기화되고, 4개의 레이저 빔 중 다른 2개는 각각 조명 라인의 장축 방향으로 선형 편광된 펄스를 가지며, 이 펄스는 처음 2개의 레이저 빔의 펄스에 대해 시간이 지연된다.According to this aspect of the method, four laser beams are uniformly superimposed and imaged, two of the four laser beams each have a linearly polarized pulse in the uniaxial direction of the illumination line and are temporally synchronized, The other two of the laser beams each have pulses that are linearly polarized in the long axis direction of the illumination line, which are delayed in time with respect to the pulses of the first two laser beams.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 반도체 재료층을 처리하기 위한, 특히 결정질 반도체층을 제조하기 위한 광학 시스템이 제공되며, 이 광학 시스템은According to another aspect of the invention, there is provided an optical system for processing a layer of semiconductor material, in particular for producing a crystalline semiconductor layer, the optical system comprising:
- 제 1 레이저 빔의 제 1 레이저 펄스와 제 2 레이저 빔의 제 2 레이저 펄스를 라인 형태의 단축과 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성하도록 설계된 빔 성형 장치,- a beam shaping device designed to reshape the first laser pulse of the first laser beam and the second laser pulse of the second laser beam into laser pulses having a short axis and a long axis in the form of a line;
- 이렇게 형성된, 라인 형태의 레이저 펄스를 반도체 재료층 상에 조명 라인으로서 이미징하도록 설계된 이미징 장치,- an imaging device designed to image laser pulses in the form of lines, thus formed, as illumination lines on the layer of semiconductor material;
- 제 1 레이저 펄스의 편광 방향을 조명 라인의 단축 방향으로 정렬하고, 제 2 레이저 펄스의 편광 방향을 조명 라인의 장축 방향으로 정렬하도록 설계된 편광 장치, 및 - a polarizing device designed to align the polarization direction of the first laser pulse to the minor axis direction of the illumination line, and to align the polarization direction of the second laser pulse to the long axis direction of the illumination line, and
- 반도체 재료층에 이미징된 조명 라인이 제 1 및 제 2 최대값을 갖는 펄스 형태의, 시간에 따른 결합 강도 프로파일을 갖도록 선택된, 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 제 1 레이저 펄스에 대해 제 2 레이저 펄스를 지연시키도록 설계된 지연 장치를 포함한다.- a second laser for a first laser pulse by a predetermined time interval Δt, selected such that the illumination line imaged in the semiconductor material layer has a time-dependent coupling intensity profile in the form of a pulse having first and second maxima It includes a delay device designed to delay the pulse.
편광 장치는 제 1 레이저 펄스가 조명 라인의 단축 방향으로 편광 성분을 거의 독점적으로 포함하고(편광 비율은 예를 들어 1:100), 제 2 레이저 펄스가 조명 라인의 장축 방향으로 편광 성분을 거의 독점적으로 포함하도록(편광 비율은 예를 들어 1:100) 설계되고 배치된다. 편광 장치는 제 1 레이저 펄스를 갖는 제 1 레이저 빔에 대한 제 1 편광 장치, 및 제 2 레이저 펄스를 갖는 제 2 레이저 빔에 대한 제 2 편광 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 1 편광 장치는 특히 제 1 레이저 빔의 빔 경로에 배치되고 제 2 편광 장치는 특히 제 2 레이저 빔의 빔 경로에 배치된다.The polarizing device is such that the first laser pulse almost exclusively contains the polarization component in the short axis direction of the illumination line (polarization ratio is, for example 1:100), and the second laser pulse almost exclusively contains the polarization component in the long axis direction of the illumination line. It is designed and arranged to include The polarizer may include a first polarizer for a first laser beam with a first laser pulse, and a second polarizer for a second laser beam with a second laser pulse. In this case, the first polarizer is in particular arranged in the beam path of the first laser beam and the second polarizer is in particular arranged in the beam path of the second laser beam.
빔 성형 장치는 아나모픽 광학 장치를 형성할 수 있다. 이것은 예를 들어 입사 레이저 빔(들)이 여러 부분 빔들로 분할된 다음 공간적으로 중첩되는 원리에 기반한 렌즈 어레이 균일화기를 가질 수 있다. 레이저 라인은 단축과 장축을 갖는다.The beam shaping apparatus may form anamorphic optics. It may for example have a lens array homogenizer based on the principle that the incident laser beam(s) is split into several partial beams and then spatially overlapped. The laser line has a short axis and a long axis.
이렇게 형성된 레이저 라인은 이미징 장치에 의해 반도체 재료의 이미지 평면 상에 조명 라인으로서 이미징된다. 조명 라인은 또한 단축과 장축을 가지며, 그 방향은 제 1 및 제 2 펄스의 편광을 정의한다. 통상적으로 조명 라인의 단축 및 장축의 방향은 라인 형태의 레이저 펄스의 단축 및 장축의 방향과 일치한다.The laser line thus formed is imaged as an illumination line on the image plane of the semiconductor material by the imaging device. The illumination line also has a minor axis and a major axis, the directions of which define the polarizations of the first and second pulses. In general, the direction of the short axis and the long axis of the illumination line coincides with the direction of the short axis and the long axis of the laser pulse in the form of a line.
광학 시스템의 편광 장치는 특히 제 1 λ/2 플레이트 및 제 2 λ/2 플레이트를 포함할 수 있고, 상기 제 1 λ/2 플레이트는 제 1 레이저 빔의 빔 경로에, 특히 빔 성형 장치 전방에 배치되며 λ/2 플레이트에 충돌하는 제 1 레이저 펄스에 대해, 제 1 레이저 펄스가 상기 λ/2 플레이트를 통과한 후에 단축 방향으로 선형 편광되도록 배향되고, 상기 제 2 λ/2 플레이트는 제 2 레이저 빔의 빔 경로에, 특히 빔 성형 장치 전방에 배치되며 λ/2 플레이트에 충돌하는 제 1 레이저 펄스에 대해, 제 2 레이저 펄스가 상기 λ/2 플레이트를 통과한 후에 장축 방향으로 선형 편광되도록 배향된다.The polarizer of the optical system can in particular comprise a first λ/2 plate and a second λ/2 plate, said first λ/2 plate being arranged in the beam path of the first laser beam, in particular in front of the beam shaping device and for a first laser pulse impinging on a λ/2 plate, the first laser pulse is oriented to be linearly polarized in a uniaxial direction after passing through the λ/2 plate, and the second λ/2 plate is a second laser beam In the beam path of , in particular for a first laser pulse which is disposed in front of the beam shaping device and impinges on the λ/2 plate, the second laser pulse is oriented to be linearly polarized in the long axis direction after passing through the λ/2 plate.
제 1 λ/2 플레이트는 제 1 레이저 펄스를 갖는 선형 편광된 제 1 레이저 빔의 편광 방향을 단축 방향으로 회전시키는 방식으로 배향된다. 제 2 λ/2 플레이트는 제 2 레이저 펄스를 갖는 선형 편광된 제 2 레이저 빔의 편광 방향을 장축 방향으로 회전시키는 방식으로 배향된다.The first λ/2 plate is oriented in such a way that the polarization direction of the first linearly polarized laser beam with the first laser pulse is rotated in the uniaxial direction. The second λ/2 plate is oriented in such a way that the polarization direction of the linearly polarized second laser beam with the second laser pulse is rotated in the major axis direction.
변형예에 따르면, 지연 장치는 제 2 레이저 펄스를 갖는 제 2 레이저 빔을 방출하도록 설계된 제 2 레이저의 트리거 신호를 제 1 레이저의 트리거 신호에 대해 시간 간격(Δt)만큼 지연시키는 지연 회로를 포함할 수 있고, 상기 제 1 레이저는 제 1 레이저 펄스를 갖는 제 1 레이저 빔을 방출하도록 설계된다. 즉, 제 2 트리거 신호는 제 1 트리거 신호에 대해 전자적으로 지연될 수 있다.According to a variant, the delay device may comprise a delay circuit for delaying the trigger signal of the second laser designed to emit a second laser beam having a second laser pulse by a time interval Δt with respect to the trigger signal of the first laser. wherein the first laser is designed to emit a first laser beam having a first laser pulse. That is, the second trigger signal may be electronically delayed with respect to the first trigger signal.
대안적인 변형예에 따르면, 지연 장치는, 반도체 재료층의 이미지 평면까지의 제 2 레이저 빔의 광학 경로 길이가 반도체 재료층의 이미지 평면까지의 제 1 레이저 빔의 광학 경로 길이보다 더 길게 하는 빔 우회로를 포함할 수 있다. 이 변형예에 따르면, 시간 지연은 경로 차이에 의해, 제 2 레이저 펄스가 제 1 펄스보다 중첩까지 더 긴 광학 경로 길이를 통과함으로써 야기된다.According to an alternative variant, the delay device is a beam bypass such that the optical path length of the second laser beam to the image plane of the semiconductor material layer is longer than the optical path length of the first laser beam to the image plane of the semiconductor material layer. may include According to this variant, the time delay is caused by the path difference, whereby the second laser pulse passes through a longer optical path length to overlap than the first pulse.
광학 시스템의 제 1 및 제 2 레이저 빔은 제 1 및 제 2 레이저 소스에 의해 제공되거나 또는 대안으로서 하나의 레이저 소스에 의해 제공되며 상기 레이저 소스에서 방출된 레이저 빔이 빔 스플리터에 의해 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔으로 분할된다.The first and second laser beams of the optical system are provided by the first and second laser sources or alternatively provided by one laser source and the laser beam emitted from the laser source is provided by means of a beam splitter to the first laser beam and a second laser beam.
추가 양태에 따르면, 빔 성형 장치는 제 1 레이저 빔의 제 1 레이저 펄스, 제 2 레이저 빔의 제 2 레이저 펄스, 제 3 레이저 빔의 제 3 레이저 펄스 및 제 4 레이저 빔의 제 4 레이저 펄스를 라인 형태의 단축 및 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성하도록 설계될 수 있고, 이미징 장치는 그렇게 형성된 라인 형태의 레이저 펄스를 반도체 재료층 상에 조명 라인으로서 이미징하도록 설계될 수 있으며, 편광 장치는 제 3 레이저 펄스를 조명 라인의 단축 방향으로 선형 편광하고 제 4 레이저 펄스를 조명 라인의 장축 방향으로 선형 편광하도록 설계될 수 있고, 지연 장치는 반도체 재료층에 이미징된 조명 라인이 제 1 및 제 2 최대값을 갖는 펄스 형태의, 시간에 따른 결합 강도 프로파일을 갖도록 선택된 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 제 3 레이저 펄스에 대해 제 4 레이저 펄스를 지연시키도록 설계될 수 있다.According to a further aspect, the beam shaping apparatus lines the first laser pulse of the first laser beam, the second laser pulse of the second laser beam, the third laser pulse of the third laser beam and the fourth laser pulse of the fourth laser beam. and the imaging device may be designed to image the laser pulse in the form of a line so formed as an illumination line on the layer of semiconductor material, the polarizing device being the third laser and the delay device may be designed to linearly polarize the pulse in the short axis direction of the illumination line and linearly polarize the fourth laser pulse in the long axis direction of the illumination line, wherein the delay device causes the illumination line imaged in the semiconductor material layer to achieve first and second maximum values. It can be designed to delay the fourth laser pulse with respect to the third laser pulse by a predetermined time interval Δt selected to have a bond strength profile over time in the form of a pulse with
이 양태에 따르면, 광학 시스템은 4개의 레이저 빔이 균일하게 중첩되며 반도체 재료층에 조명 라인으로서 이미징되는 4 빔 장치를 포함하며, 편광 장치는 4개의 레이저 빔 중 2개의 레이저 빔이 각각 조명 라인의 단축 방향으로 선형 편광된 펄스를 가지며 시간적으로 동기화되고 4개의 레이저 빔 중 다른 2개가 각각 조명 라인의 장축 방향으로 선형 편광된 펄스를 가지며 이 펄스는 처음 2개의 레이저 빔의 펄스에 대해 시간 지연되도록 배치되고 설계된다.According to this aspect, the optical system includes a four-beam device in which four laser beams are uniformly superimposed and imaged as an illumination line on the semiconductor material layer, and the polarizer is configured such that two laser beams of the four laser beams are each of the illumination line. having linearly polarized pulses in the short-axis direction, synchronized in time, the other two of the four laser beams each have pulses linearly polarized in the long-axis direction of the illumination line, these pulses arranged to be time-delayed with respect to the pulses of the first two laser beams and designed
본 발명은 또한 반도체 재료층을 처리하기 위한, 특히 결정질 반도체층을 제조하기 위한 시스템을 포함하며, 이 시스템은 위에서 설명된 양태에 따른 광학 시스템을 포함하고 조명 라인에 대해 반도체 재료층을 진행 방향으로 이동시키도록 설계되며, 상기 진행 방향은 조명 라인의 단축 방향에 해당한다. 반도체 재료층은 예를 들어 반도체 재료층을 갖는 캐리어가 배치되어 있는, 진행 방향으로 이동 가능한 테이블과 같은 진행 장치에 의해 노출 라인에 대해 이동될 수 있으므로, 반도체층 전체에 이르는 넓은 영역이 조명 라인에 의해 노출되어 처리될 수 있다. 이 경우, 진행 방향은 단축의 방향에 해당하므로 제 1 펄스 및/또는 제 3 펄스의 편광 방향은 진행 방향에 해당한다.The present invention also comprises a system for processing a layer of semiconductor material, in particular for producing a crystalline semiconductor layer, comprising an optical system according to the aspect described above and for directing the layer of semiconductor material with respect to an illumination line in a traveling direction. It is designed to move, and the traveling direction corresponds to the minor axis direction of the illumination line. The layer of semiconductor material can be moved relative to the exposure line by means of a traveling device, for example a table movable in the traveling direction, on which a carrier having the layer of semiconductor material is arranged, so that a large area spanning the entire semiconductor layer is covered by the illumination line. can be exposed and processed. In this case, since the traveling direction corresponds to the direction of the minor axis, the polarization direction of the first pulse and/or the third pulse corresponds to the traveling direction.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is described in detail below with reference to the accompanying drawings.
도 1은 반도체 재료층을 처리하기 위해 반도체 재료층에 대해 진행 방향으로 이동된 조명 라인에 의해 노출된 반도체 재료층의 개략도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 이미징된 조명 라인의 라인 기하학을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 조명 라인을 형성하여 반도체 재료 상에 이미징할 수 있는 반도체층 처리 시스템용 광학 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4는 제 1 및 제 2 레이저 빔이 레이저 빔의 빔 분할에 의해 제공되는 광학 시스템의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 5는 4개의 레이저 빔이 4개의 레이저 소스에 의해 제공되고, 2개의 레이저 빔의 펄스들이 각각 다른 2개의 레이저 빔의 펄스에 대해 시간 지연되어 방출되는, 실시예의 개략도를 도시한다.
도 6은 2개의 레이저 빔이 2개의 레이저 소스에 의해 제공되고, 하나의 레이저 빔의 펄스들이 다른 레이저 빔의 펄스들에 대해 시간 지연되는, 실시예의 개략도를 도시한다.
도 7은 개별 펄스의 균일한 중첩으로 인한 결과인, 조명 라인의 시간에 따른 결합 강도 프로파일을 개략적으로 도시한다.
도 8a는 개시된 방법에 따라 제조된 결정질 실리콘 층의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 8b는 비교 방법에 따라 처리된 결정질 실리콘 층의 주사 전자 현미경 사진이다.1 shows a schematic diagram of a semiconductor material layer exposed by an illumination line moved in a travel direction with respect to the semiconductor material layer for processing the semiconductor material layer.
2A-2C show the line geometry of an imaged illumination line.
3A and 3B show schematic diagrams of an optical system for a semiconductor layer processing system capable of forming an illumination line to image on a semiconductor material.
4 shows a schematic diagram of an embodiment of an optical system in which first and second laser beams are provided by beam splitting of a laser beam;
Figure 5 shows a schematic diagram of an embodiment, in which four laser beams are provided by four laser sources, and the pulses of the two laser beams are respectively emitted with a time delay relative to the pulses of the other two laser beams.
6 shows a schematic diagram of an embodiment, in which two laser beams are provided by two laser sources, the pulses of one laser beam being delayed in time with respect to the pulses of the other laser beam;
7 schematically depicts the bond strength profile over time of an illumination line, resulting from the uniform superposition of individual pulses.
8A is a scanning electron micrograph of a crystalline silicon layer prepared according to the disclosed method.
8B is a scanning electron micrograph of a crystalline silicon layer treated according to a comparative method.
도 1은 개시된 방법에 따라 반도체 재료에 레이저 빔을 조사하여 균일하게 결정화된 층을 생성하는 방법을 개략적으로 도시한다. 캐리어(10), 예를 들어 유리 기판은 처리될 반도체 재료의 층(12)으로 코팅된다. 본 예에서, 처리될 반도체 재료는 비정질 실리콘이다. 반도체 재료층(12)의 두께는 일반적으로 약 50nm이다.1 schematically illustrates a method for generating a uniformly crystallized layer by irradiating a laser beam on a semiconductor material according to the disclosed method. A
라인 형태의 레이저 빔(14)은 반도체 재료 상에 이미징되고 상기 반도체 재료에 대해 진행 방향(X)으로 이동되어, 레이저 라인(14)이 반도체 재료층(12)의 적어도 일부 영역을 스윕하고 조명한다. 여기에 도시된 예에서, 반도체 재료층(12)을 갖는 캐리어(10)는 공간에서 변위되고, 따라서 고정되어 있는 레이저 빔(14)에 대해 변위된다. 레이저 라인(14)은 전체 반도체 재료층(12)이 레이저 라인(14)에 의해 조사되도록 반도체 재료층(12)에 대해 이동될 수 있다. 레이저 라인(14)은 일반적으로, 특정 영역이 레이저 라인(14)에 의해 여러 번 조사되도록 반도체 재료층(12)에 대해 이동된다. 일반적인 진행 속도는 5mm/s 내지 50mm/s의 범위 내에 있다.A
여기에 도시된 실시예에서, 레이저 빔(14)의 전파 방향은 반도체 재료층(12)의 표면에 수직이다. 즉, 레이저 빔(14)은 여기서 반도체 재료층(12)의 표면에 수직으로, 0°의 입사각으로 충돌한다.In the embodiment shown here, the direction of propagation of the
레이저 빔(14)의 라인 기하학은 도 2a 내지 도 2c에 도시되어 있다. 도 2a 내지 도 2c에서 강도는 특정 방향에 따라 도시되어 있다.The line geometry of the
도 2a는 장축 방향의 레이저 라인의 강도, 즉 단축(x-축)을 따라 통합된 강도 분포(16)를 도시하고, 그렇게 통합된 강도 분포(16)는 장축(y-축)을 따라 도시되어 있다. 일반적으로 도면에서 단축은 x-축에 평행하고 장축은 y-축에 평행하다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 분포(16)는 대략 직사각형으로, 즉 장축을 따라 이상적으로는 균일하게 형성된다. y 방향으로 조명 라인의 길이는 일반적으로 100mm 내지 1000mm, 예를 들어 100mm, 250mm, 750mm 또는 1000mm, 또는 1000mm 초과일 수 있다.Figure 2a shows the intensity of the laser line in the major axis direction, i.e. the
도 2b 및 도 2c는 각각 단축 방향의 레이저 라인의 강도, 즉 장축(y-축)을 따라 통합된 강도 분포(18, 20)를 도시하고, 그렇게 통합된 강도 분포는 단축(x-축)을 따라 도시되어 있다. 도 2b에서 강도는 가우스 프로파일(Gaussian profile)(18)을 갖는다. 이에 대한 대안으로서, 도 2c에 도시된 바와 같은 강도는 평평한 프로파일(20)("플랫-탑"), 즉 대략 직사각형 프로파일을 가질 수 있다.2b and 2c respectively show the intensity of the laser line in the minor axis direction, i.e. the
x-방향의 강도에 대한 일반적인 너비는 20㎛ 내지 200㎛이다. 도 2b의 가우스 프로파일(18)의 경우 너비는 도 2c의 평평한 프로파일(20)에서 최대 강도의 90%(FW 90%: 90%에서 전폭)에 해당하는 강도에서 곡선이 갖는 너비로서, 반치전폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)으로 표시된다.Typical widths for intensity in the x-direction range from 20 μm to 200 μm. In the case of the
조명 라인(14)이 a-Si와 같은 처리될 반도체 재료층(12) 위로 안내되면, 이는 반도체 재료층(12)이 잠시 용융되어 개선된 전기적 특성을 갖는 결정질 층으로서 고화되게 한다.When the
도 3a 및 도 3b는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 조명 라인(14)을 형성하여 반도체 재료에 이미징할 수 있는, 반도체층 처리 시스템용 광학 시스템(30)을 개략적으로 도시한다.3A and 3B schematically show an
나중에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 광학 시스템(30)은 레이저 빔의 빔 프로파일이 장축 및 단축을 갖는 방식으로 레이저 빔을 형성하도록 설계된 빔 성형 장치(32), 및 레이저 빔의 빔 경로에서 빔 성형 장치(32) 하류에 배치되어 그렇게 형성된 레이저 빔을 조명 라인(36)으로서 이미징하도록 설계된 이미징 장치(34)를 포함한다. 여기에 도시된 실시예에서, 4개의 레이저 빔, 즉 제 1 레이저 빔(38), 제 2 레이저 빔(40), 제 3 레이저 빔(42) 및 제 4 레이저 빔(44)이 빔 성형 장치(32)에 충돌한다. 그러나 본 발명에 따라 2개의 레이저 빔이 나중에 일 실시예를 참고로 설명되는 바와 같이 빔 성형 장치(32)에 충돌할 수 있다. 원칙적으로, 레이저 빔들의 수는 4개 또는 2개로 제한되지 않고, 임의의 다른 수가 가능하고 본 발명에 포함된다.As will be described in more detail later, the
여기에 도시된 실시예에서 레이저 방사선은 다수의 UV 고체 레이저에서 방출되는 343nm의 파장을 갖는 레이저 방사선이다. 그러나 원칙적으로 다른 레이저 소스, 특히 다른 고체 레이저 소스, 예를 들어 녹색 스펙트럼 범위에서 방출하는 고체 레이저를 사용하는 것도 가능하다.The laser radiation in the embodiment shown here is laser radiation with a wavelength of 343 nm emitted by a plurality of UV solid lasers. However, in principle it is also possible to use other laser sources, in particular other solid-state laser sources, for example solid-state lasers emitting in the green spectral range.
도 1 및 도 2에서와 같이 도 3a 및 도 3b에서, 단축은 x-축에 평행하게 도시되어 있고 장축은 y-축에 평행하게 도시되어 있다. 광학 시스템의 광축은 z-축에 평행하다.In FIGS. 3A and 3B as in FIGS. 1 and 2 , the minor axis is shown parallel to the x-axis and the major axis is shown parallel to the y-axis. The optical axis of the optical system is parallel to the z-axis.
도 3a는 y-방향의, 즉 재형성된 레이저 빔 및 조명 라인의 장축을 따른 광학 시스템(30)의 이미징 특성을 도시하고, 도 3b는 x-방향의, 즉 재형성된 레이저 빔 및 조명 라인의 단축을 따른 광학 시스템(30)의 이미징 특성을 도시한다.Fig. 3a shows the imaging characteristics of the
도 3a 및 도 3b의 광학 시스템(30)의 빔 성형 장치(32)는 y축 방향의 입사 레이저 빔의 강도를 균일화하는 아나모픽(anamorphic) 균일화 광학계(46)를 갖는다. 아나모픽 균일화 광학계(46)는 예를 들어 서로 평행하게 배치된 2개의 실린더 렌즈 어레이를 포함한다. 실린더 렌즈 어레이는 입사 방사선을 개별 부분 번들로 나누고 이를 전체 면에서 중첩하여 상기 레이저 방사선이 크게 균일화되게 한다. 다수의 입사 레이저 빔의 경우, 각각의 레이저 빔은 개별 부분 번들로 분할되고 균일화된 방식으로 중첩된다. 이러한 균일화 광학계는 예를 들어 본 발명에 포함된 DE 42 20 705 A1, DE 38 29 728 A1 또는 DE 102 25 674 A1에 따른 종래 기술에 더 자세히 설명되어 있다.The
광학 시스템(30)의 빔 성형 장치(32)는 아나모픽 균일화 광학계(46) 후방의 빔 경로에서 콘덴서 실린더 렌즈(48)를 갖고, 상기 콘덴서 실린더 렌즈(48)는 아나모픽 균일화 광학계(46)에 의해 재분배되고 균일화된 레이저 빔을 조명 라인(36)으로 텔레센트릭하게 방향 전환하고 거기서 장축에 대해, 즉 y-방향으로 중첩하도록 설계된다. 따라서 아나모픽 균일화 광학계(46)와 콘덴서 실린더 렌즈(48)의 조합은 입사 레이저 방사선이 조명 라인(36)으로서 이미지 평면에서 균일화된 방식으로 이미징되는 효과를 갖는다.The
콘덴서 실린더 렌즈(48) 후방의 빔 경로에서 이미징 장치(34)가 배치되고, 상기 이미징 장치는 레이저 빔을 단축에 대해, 즉 x-방향으로 조명 라인(36)에 포커싱하도록 설계된다. 다시 말해서, 이미징 장치(34)는 레이저 빔을 조명 라인(36)으로서 이미징하고, 빔 프로파일의 균일화된 장축이 아니라 빔 프로파일의 단축만이 균일화된다. 이미징 장치(34)는 예를 들어 포커싱 실린더 렌즈 광학계일 수 있다.An
아나모픽 균일화 광학계(46)와 콘덴서 실린더 렌즈(48)의 조합은 아나모픽 광학계이거나 그러한 광학계의 일부일 수 있다. 이들은 특히 본 발명에 포함된 문서 DE 10 2012 007 601 A1의 도 4 내지 도 6에서 아나모픽 광학계(42)와 관련하여 설명된 바와 같은 아나모픽 광학계의 일부일 수 있다.The combination of
따라서, 빔 성형 장치(32)는 다음의 광학 요소들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다:Accordingly, the
- x-축에 대해 방출된 레이저 빔의 시준을 위한 DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 부호 54로 표시된 제 1 시준 실린더 렌즈,- a first collimating cylinder lens denoted by
- y-축에 대해 방출된 레이저 빔의 시준을 위한 DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 부호 56으로 표시된 제 2 시준 실린더 렌즈,- a second collimating cylinder lens denoted by
- DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 부호 60으로 표시된 중간 이미지에 x-축에 대해 광빔을 포커싱하기 위한, 제 1 시준 실린더 렌즈 후방의 빔 경로에 배치된, DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 부호 58로 표시된 실린더 렌즈, - 58 in
- 제 1 중간 이미지의 광빔을 시준하기 위한, 제 1 시준 실린더 렌즈(54) 후방의 빔 경로에 배치된, DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 부호 58'로 표시된 중간 시준 실린더 렌즈, 및/또는- an intermediate collimating cylinder lens, designated 58' in
- DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 부호 64로 표시된, 제 2 중간 이미지에 x-축에 대해 광빔을 포커싱하기 위해, 제 1 중간 이미지 후방의 빔 경로에, 특히 중간 시준 실린더 렌즈 후방에 배치된, DE 10 2012 007 601 A1에서 도면 부호 62로 표시된 추가 실린더 렌즈.- arranged in the beam path behind the first intermediate image, in particular behind the intermediate collimating cylinder lens, for focusing the light beam with respect to the x-axis on a second intermediate image, denoted by
위에서 설명된 아나모픽 균일화 광학계(46)는 예를 들어 DE 10 2012 007 601 A1의 도 4 내지 도 6에 도시된 구성 요소(68)를 나타내거나 포함할 수 있다.The
전술한 콘덴서 실린더 렌즈(48)는, 예를 들어 DE 10 2012 007 601 A1의 도 4 내지 도 6에 도시된 콘덴서 실린더 렌즈(74)를 나타내거나 포함할 수 있다.The aforementioned
마지막으로, 전술한 이미징 장치(34)는 예를 들어 DE 10 2012 007 601 A1의 도 4 내지 도 6에 도시된 구성 요소(66)를 나타내거나 포함할 수 있다.Finally, the
광학 시스템은 또한 아나모픽 광학계에 입사하는 레이저 빔(38, 40, 42, 44) 각각에 대한 편광 장치(50)를 갖는다. 편광 장치는 여기에서 편광 방향(50)을 조정하기 위한 광학 장치(50), 예를 들어 입사 레이저 빔(38, 40, 42, 44) 각각의 빔 경로에 있는 λ/2 플레이트이다. 상기 광학 장치(50)는 아나모픽 광학계 또는 아나모픽 균일화 광학계(46) 전방의 빔 경로에 배치된다. 각각의 입사 레이저 빔은 광학 장치(50)를 통과하므로, 광학 장치(50)를 통과한 레이저 빔(38, 40, 42, 44)이 정의된 방향으로 선형 편광된다. 더 정확하게는, 레이저에 의해 방출된 레이저 빔은 예를 들어 여기에 도시된 UV 고체 레이저의 예에서와 같이 이미 선형으로 편광되고 편광의 방향은 광학 장치(50)에 의해 정의된 방향으로 회전된다. 광학 장치(50), 예를 들어 λ/2 플레이트는 입사 선형 편광의 편광 방향에 대해, 4개의 레이저 빔 중 2개가 장축 방향으로 광학 장치(50)를 통과한 후 선형 편광되며 4개의 레이저 빔 중 나머지 2개는 단축 방향으로 광학 장치(50)를 통과한 후 선형 편광되도록 배향된다. 이 경우, 진행 방향은 단축의 방향에 해당하므로, 4개의 레이저 빔 중 나머지 2개는 진행 방향으로 선형 편광된다. 더 정확하게는, 본 발명에 따르면, 제 1 및 제 2 레이저 빔(38, 40)의 빔 경로에 배치된 광학 장치(50), 예를 들어 λ/2 플레이트는 제 1 및 제 2 레이저 빔(38, 40)이 각각 단축 방향으로, 즉 x-방향으로, 진행 방향으로 편광되도록 배향되고, 제 3 및 제 4 레이저 빔(42, 44)의 빔 경로에 배치된 광학 장치(50), 예를 들어 λ/2 플레이트는 제 3 및 제 4 레이저 빔(42, 44)이 각각 장축 방향으로, 즉 y-방향으로 편광되도록 각각 배향된다. 본 예에서, 레이저는 또한 펄스 방식으로 작동되므로, 각각의 레이저 빔의 개별 펄스들이 각각의 레이저 빔의 전술한 편광 방향을 갖는다.The optical system also has a
4개의 레이저 빔(38, 40, 42, 44)은 4개의 레이저 소스에서 방출된 레이저 방사선일 수 있다. 즉, 각각의 레이저 빔은 별도의 레이저 소스에 할당된다.The four
대안으로서, 레이저 빔들(38, 40, 42, 44)은 레이저 소스에서 방출된 레이저 빔을 빔 스플리터에 의해 제 1 부분 빔 및 제 2 부분 빔으로 분할함으로써 생성될 수 있다. 빔 스플리터는 예를 들어 각각 약 50%인, 제 1 부분 빔, 투과된 빔과 제 2 부분 빔, 투과된 빔으로 분할하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 편광 광학 장치, 예를 들어 소위 박막 편광자가 사용될 수 있다. 박막 편광자는 p-편광(입사 빔의 평면과 기판 표면의 법선에 평행한 전기 벡터의 진동 평면)을 갖는 광을 통과시키고 s-편광(입사 빔의 평면과 기판 표면의 법선에 수직인 전기 벡터의 진동 평면)을 갖는 광을 반사시키는 특수 코팅을 갖는 광학 기판이다. 박막 편광자 전방의 빔 경로에 있는 λ/2 플레이트에 의해, 레이저 소스에서 방출된 레이저 빔의 편광 방향은 박막 편광자 전방의 빔 경로에서 동일한 비율의 p-편광과 s-편광이 발생하여 약 50%의 분할이 달성되도록 회전될 수 있다. 그러나 박막 편광자 전방의 λ/2 플레이트는 다른 비율의 p-편광과 s-편광이 발생하여 50%와는 다른 분할이 달성되도록 회전될 수 있다. 원칙적으로, 제 2 부분 빔에 대한 제 1 부분 빔의 상대 강도는 λ/2 플레이트의 배향을 통해 조정될 수 있다.Alternatively, the
이러한 장치는 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 레이저 소스에서 방출된 선형 편광된 레이저 빔(52)은 빔 스플리터(56)(여기서는 박막 편광자) 전방의 빔 경로에 배치된 λ/2 플레이트(54)에 충돌한다. λ/2 플레이트(54)는 전술한 바와 같이 λ/2 플레이트 이후의 레이저 빔의 s-편광 및 p-편광의 상대 비율이 빔 스플리터(56) 이후의 두 부분 빔(58, 60)의 원하는 상대 강도에 상응하도록 배향된다. 그러면, 제 1 부분 빔(58)은 예를 들어 도 3a 및 도 3b의 장치의 제 1 레이저 빔(38)일 수 있고, 제 2 부분 빔(60)은 예를 들어, 도 3a 및 도 3b의 제 3 레이저 빔(42)일 수 있다. 제 2 부분 빔(60)은 반사 요소(62)에 의해, 제 1 부분 빔(58)에 평행하도록 편향된다. 또한, 제 1 레이저 빔(38) 및 제 3 레이저 빔(42)의 빔 경로에서 도 3a 및 도 3b의 λ/2 플레이트(50)에 해당하는 λ/2 플레이트(64)가 빔 스플리터(56) 후방의 빔 경로에서 제 1 부분 빔 및 제 2 부분 빔의 빔 경로에 각각 배치된다. 즉, 제 1 부분 빔(58)의 빔 경로에서 하류 λ/2 플레이트(64)는 단축 방향의 편광을 위해 사용된다. 제 2 부분 빔(60)의 빔 경로에서 하류 λ/2 플레이트(64)는 장축 방향의 편광을 위해 사용된다.Such a device is schematically illustrated in FIG. 4 . A linearly polarized
제 2 및 제 4 레이저 빔(40, 44)은 빔 스플리터(56)를 갖는, 도 4의 장치에 상응하는 추가 장치에 의해 빔 분할되어 제공될 수 있다. 이 경우, 하류 λ/2 플레이트들(64)은 제 3 및 제 4 부분 빔을 각각 단축 방향 및 장축 방향으로 편광시키는 방식으로 배향된다. 대안으로서, 도 3a 및 도 3b의 4개의 레이저 빔은 2개의 레이저 소스에 의해 제공될 수 있고, 상기 레이저 소스들에서 방출된 레이저 빔들은 각각 빔 분할에 의해 제 1 및 제 2 부분 빔(58, 60)으로 또는 제 3 및 제 4 부분 빔으로 분할된다.The second and
도 3a 및 도 3b의 광학계(30)는 이미 위에서 설명된 바와 같이 4 이외의 수의 레이저 빔, 예를 들어 2개의 레이저 빔을 중첩하기 위해 사용될 수 있다. 2개의 레이저 빔은 4개의 레이저 빔에 해당하는 2개의 레이저 소스에 의해 제공될 수 있거나, 또는 하나의 레이저 소스에 의해 제공될 수 있으며, 상기 레이저 소스에서 방출된 레이저 빔은 도 4에 상응하거나 동일한 장치에 의한 빔 분할에 의해 제 1 부분 빔과 제 2 부분 빔으로 분할된다.The
도 3a 및 도 3b의 광학 시스템(30)은 또한 상이한 편광의 펄스들이 미리 정해진 시간 간격(Δt)으로 서로에 대해 시간 오프셋되는 방식으로 설계된다. 각각의 레이저 빔에 대해 별도의 레이저 소스를 사용하는 경우, 이는 레이저 소스들의 트리거 신호들을 전자적으로 지연시킴으로써 달성될 수 있다. 레이저 빔들이 부분 빔들로 제공되는 경우 빔 우회에 의해 시간 지연이 달성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 부분 빔(60)은 제 1 부분 빔(58)보다 경로(Δs)만큼 더 긴 경로를 커버한다. 경로(Δs)는, 제 1 부분 빔(58)에 대해 제 2 부분 빔(60)의 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼의 시간 지연이 발생하도록 선택될 수 있다. 상기 미리 정해진 시간 간격은 바람직하게는 10ns 내지 20ns이다.The
전술한 광학 시스템(30)에 의해, 단축 방향으로 편광된 적어도 하나의 레이저 펄스와 장축 방향으로 편광된 레이저 펄스가 조명 라인에 균일화된 방식으로 중첩되어 이미징되고, 장축 방향으로 편광된 펄스는 단축 방향으로 편광된 펄스에 대해 시간 간격(Δt)만큼 지연된다. 4개의 레이저 빔을 중첩하면, 2개의 레이저 빔은 단축 방향으로 편광되고 2개의 레이저 빔은 장축 방향으로 편광되며, 단축 방향으로 편광된 레이저 빔들은 동시에 동기화되고 장축 방향으로 편광된 레이저 빔들은 단축 방향으로 편광된 레이저 빔들에 대해 동일한 시간 간격(Δt)만큼 시간 지연된다. 2개(또는 그 이상)의 상이한 레이저 소스들의 2개(또는 그 이상)의 동시에 동기화된 레이저 빔들을 중첩함으로써, 펄스마다 에너지 밀도의 변동이 줄어들 수 있다. 상기 에너지 밀도의 변동은 조명 라인이 펄스마다 단축 방향으로 이동될 때 상이한 결정화 결과를 야기하며 이동 방향을 따라 결정 구조의 불균일성을 야기할 수 있다("샷 무라"). 이 경우, 2개(또는 그 이상)의 중첩된 레이저 빔(레이저 펄스)의 결합 강도 분포가 기존의 시간 지터에 의해, 즉 이상적인 값과의 강도의 단시간의 시간 편차에 의해 시간의 흐름에 따라 (결합 강도 분포마다) 다를 수 있으므로 결정 구조의 불균일성을 초래할 수 있다는 것에 주의해야 한다. 특히, 불균일성은 2개(또는 그 이상)의 레이저 소스가 결합될 때 각각의 레이저 소스가 서로 독립적인 시간 지터를 갖는다는 사실에 기인한다. 따라서 ns 범위의 가능한 작은 시간 지터를 갖는 (펄스) 레이저 소스를 사용하는 것이 바람직하다.With the
아나모픽 균일화 광학계(46)는 각각의 입사 광빔이 부분 빔들로 분할되고 장축 방향으로 균일화된 방식으로 중첩되도록 설계된다. 즉, 각각의 개별 빔은 균일한 라인을 형성한다. 2개의 레이저 빔을 갖는 전술한 펄스 장치에서, 단축 방향으로 편광되고 시간적으로 앞서는 레이저 펄스뿐만 아니라 장축 방향으로 편광되며 제 1 펄스에 대해 시간 지연된 레이저 펄스도 균일한 라인으로서 중첩되어 이미징된다. 4개의 레이저 빔을 갖는 장치에서, 단축 방향으로 편광되고 시간적으로 앞서는 레이저 펄스들의 각각뿐만 아니라 장축 방향으로 편광되고 제 1 펄스에 대해 시간 지연된 레이저 펄스들의 각각은 균일한 라인으로서 중첩되어 이미징된다.The anamorphic equalization
이것은 개시된 방법을 사용하여 더 상세히 설명된다.This is explained in more detail using the disclosed method.
도 5에서, 개시된 방법은 4개의 레이저 소스, 즉 제 1 레이저 소스(66), 제 2 레이저 소스(68), 제 3 레이저 소스(70) 및 제 4 레이저 소스(72)를 갖는 장치를 사용하여 예시적으로 설명된다. 제 1 레이저 소스(66) 및 제 2 레이저 소스(68)는 각각 제 1 레이저 펄스(76)를 갖는 제 1 레이저 빔(74) 및 제 2 레이저 펄스(80)를 갖는 제 2 레이저 빔(78)을 제공하기 위해 제공되며, 제 1 및 제 2 레이저 펄스(76, 80)는 제 1 및 제 2 레이저 소스(66, 68)의 동기화된 트리거 신호들(82)에 의해 동시에 방출된다. 제 3 및 제 4 레이저 소스(70, 72)는 각각 제 3 레이저 펄스(86)를 갖는 제 3 레이저 빔(84) 및 제 4 레이저 펄스(90)를 갖는 제 4 레이저 빔(88)을 제공하기 위해 제공되며, 제 3 및 제 4 레이저 소스(70, 72)의 트리거 신호들(92)은 각각 시간 간격(Δt)만큼 예를 들어 전자 지연 회로(94)에 의해 전자적으로 지연되므로, 제 3 및 제 4 레이저 펄스(86, 90)는 각각 제 1 레이저 펄스(76) 및 제 2 레이저 펄스(80)에 대해 시간 간격(Δt)만큼 시간 지연으로 방출되어 시간 지연으로 전파된다. 개시된 방법에 따르면, 제 1 레이저 펄스(76) 및 제 2 레이저 펄스(80)는 진행 방향으로, 즉 x-축 방향으로 선형 편광되고, 즉 편광은 진행 방향으로 정렬되며, 제 3 레이저 펄스(86) 및 제 4 레이저 펄스(90)는 장축 방향으로 선형 편광되고, 즉 편광은 예를 들어 도 3a 및 도 3b와 관련하여 설명된 λ/2 플레이트(50)에 의해 장축 방향으로 정렬된다. 제 1 내지 제 4 레이저 펄스(76, 80, 86, 90)는 일반적으로 15ns 내지 20ns 범위에 있는 시간적 반치전폭(FWHM)을 갖는다. 시간 간격(Δt)의 일반적인 시간은 10ns 내지 20ns이다.In FIG. 5 , the disclosed method uses an apparatus having four laser sources: a
4개의 레이저 펄스(76, 80, 86, 90)를 갖는 4개의 레이저 빔(74, 78, 84, 88)은 예를 들어 도 3a 및 도 3b을 참조하여 설명된 빔 성형 장치(32)에 의해 라인 형태의 단축 및 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성된다. 이렇게 형성된 레이저 펄스는 후속해서 예를 들어 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된 이미징 장치(34)에 의해 반도체 재료의 이미지 평면 상에 조명 라인(36)으로서 이미징된다.The four
도 6에서, 개시된 방법은 2개의 레이저 소스를 갖는 장치를 사용하여 예로서 설명된다. 제 1 레이저 소스(66)는 도 5의 제 1 레이저 소스에 대응하고, 제 2 레이저 소스(70)는 도 5의 제 3 레이저 소스에 대응한다. 따라서, 제 2 레이저 소스(70)의 트리거 신호(92)는 제 1 레이저 소스(66)의 트리거 신호(82)에 대해 시간 간격(Δt)만큼 전자적으로 지연되므로, 제 2 레이저 펄스(86)는 제 1 레이저 펄스(76)에 대해 시간 간격(Δt)만큼 지연되어 전파된다. 또한, 제 1 레이저 펄스(76)는 나중에 형성되는 레이저 펄스 또는 라인 형태의 조명 라인의 단축 방향으로 선형 편광되고, 제 2 레이저 펄스(86)는 예를 들어 도 3a 및 도 3를 참조하여 설명된 λ/2 플레이트(80)에 의해, 이것에 수직으로 장축 방향으로 선형 편광된다. 단축 방향은 나중에 형성되는 조명 라인(36)이 처리될 반도체 재료층(12)에 대해 이동하는 진행 방향에 해당한다. 도 5의 방법과 유사하게, 2개의 레이저 펄스(76, 86)를 갖는 2개의 레이저 빔(74, 84)은 예를 들어 도 3a 및 도 3를 참조하여 설명된 빔 성형 장치(32)에 의해, 라인 형태의 단축 및 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성된다. 이렇게 형성된 레이저 펄스는 후속해서 예를 들어 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된 이미징 장치(34)에 의해, 반도체 재료층(12)의 이미지 평면 상에 조명 라인(36)으로서 이미징된다.6 , the disclosed method is illustrated by way of example using an apparatus having two laser sources. The
이렇게 형성된 조명 라인(36)의 라인 기하학은 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명되었다. 이렇게 형성된 조명 라인의 시간에 따른 결합 강도 프로파일, 즉 시간에 따른 중첩되고 서로 시간 지연된 펄스의 강도가 이제 도 7를 참조하여 설명될 것이다. 도 7에서, 시간에 따른 결합 강도 프로파일(96)은 도 6에 개시된, 2개의 레이저 빔을 갖는 방법에 대한 예로서 도시되어 있다. 도 7은 또한 시간에 따라 2개의 레이저 빔(74, 84)의 결합 강도 및 각각의 개별 레이저 빔에 대한 펄스의 강도를 도시한다.The line geometry of the
도 7에서, 도면 부호 98로 표시된 강도 프로파일은 제 1 레이저 빔(74)의 제 1 레이저 펄스(76)의 강도 프로파일에 대응하고, 도면 부호 100으로 표시된 강도 프로파일은 제 2 레이저 빔(84)의 제 2 레이저 펄스(86)의 강도 프로파일에 대응하며, 도면 부호 96으로 표시된 강도 프로파일은 제 1 및 제 2 펄스(76, 86)의 시간에 따른 결합 강도 프로파일에 대응한다. 제 1 및 제 2 레이저 펄스(76, 86)는 각각 15ns 내지 20ns의 시간적 반치전폭(FWHM)을 갖는다. 또한, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 레이저 펄스(86)는 제 1 레이저 펄스(76)에 대해 구체적으로 대략 10ns 내지 20ns의 지속 시간만큼 시간 지연된다. 도 7에서 상기 지속 시간은 약 20ns이다. 이는 시간에 따른 결합 강도 프로파일(96)에서, 제 1 최대값(M1) 및 제 2 최대값(M2)를 갖고 개별 펄스 지속시간에 대해 확장된 펄스 지속시간(102), 즉 40ns 내지 50ns의 총 펄스 길이를 갖는 펄스 프로파일을 생성한다. 총 펄스 길이(102)는 시간적 반치전폭, 특히 제 1 최대값에 대한 시간적 반치전폭("Full Width at Half Maximum of First Maximum"), 즉 제 1 펄스의 강도가 최대값(M1)의 절반인 지점에서 펄스의 폭에 해당한다.In FIG. 7 , the intensity profile denoted by
도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 레이저 펄스(76)의 최대 강도(M1)는 시간 지연된 제 2 레이저 펄스(86)의 최대 강도(M2)보다 크다. 구체적으로, 제 2 레이저 펄스(86)의 강도에 대한 제 1 레이저 펄스(76)의 강도는, 시간에 따른 결합 강도 프로파일(96)의 제 1 최대값(M1) 대 제 2 최대값(M2)의 비율, 즉 M1/M2 비율이 1/1.2와 1/0.7 사이, 즉 0.8과 1.4 사이에 놓이도록 조정된다. 각각의 레이저 빔이 별도의 레이저 소스에 의해 제공되는 실시예에서, 이것은 개별 레이저 빔의 강도가 서로 매칭됨으로써 달성될 수 있다. 2개의 레이저 빔이 하나의 레이저 빔의 분할에 의해 제공되는, 도 4에 개략적으로 도시된 장치에서, λ/2 플레이트(54)를 회전시켜 박막 편광자(56) 전방에서 광빔의 s-성분 및 p-성분을 변경함으로써 상대 강도가 달성될 수 있다.As shown in FIG. 7 , the maximum intensity M1 of the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제 1 레이저 펄스(76)는 단축 방향, 즉 진행 방향으로 선형 편광되고, 제 2 레이저 펄스(86)는 장축 방향으로 선형 편광된다.As described above, according to the present invention, the
본 발명에 기초가 되는 지식은 제 1 및 제 2 펄스(76, 86)의 전술한 선형 편광이 레이저 라인으로 처리된 반도체 재료층(12)의 균일성에 긍정적인 영향을 미친다는 것이다. 시간적으로 제 1 펄스가 진행 방향으로 편광되고 시간 지연된 펄스가 장축 방향으로 편광되면, 규칙적인 입자 구조를 갖는 매우 균일한 50nm 내지 60nm 두께의 결정질 실리콘 층들이 생성되는 것으로 밝혀졌다. 시간에 따른 결합 강도 프로파일의 제 1 최대값(M1) 대 제 2 최대값(M2)의 비율은 대략 1:1, 즉 0.8 내지 1.4였다.The knowledge underlying the present invention is that the aforementioned linear polarization of the first and
대조적으로, 편광이 역전된 경우, 즉 제 1 펄스가 장축 방향으로 선형 편광되고 제 2 지연된 펄스가 단축 방향으로 선형 편광된 경우, 이러한 긍정적인 효과를 관찰할 수 없었다.In contrast, this positive effect could not be observed when the polarization was reversed, i.e., when the first pulse was linearly polarized in the long axis direction and the second delayed pulse was linearly polarized in the short axis direction.
이 지식은 다음 실험 데이터에 의해 설명되어야 한다:This knowledge should be illustrated by the following experimental data:
처리될 반도체 재료는 캐리어로서 유리 기판 상의 50nm 얇은 비정질 실리콘 층이었다. 사용된 광학 장치는 343nm의 파장을 갖는 광을 방출하는 4개의 UV 고체 레이저를 갖는 라인 빔 장치였다. 4개의 레이저는 10kHz의 펄스 반복율로 작동되었다. 방출된 펄스의 펄스 길이, 즉 시간적 반치전폭은 15ns 내지 20ns였다. 레이저 펄스의 에너지는 최대 20mJ였다. 기판, 즉 실리콘 층 상의 에너지 밀도는 220mJ/㎠였다. 도 5의 방법과 유사하게, 4개의 레이저 중 제 1 및 제 2 레이저로부터의 많은 수의 제 1 및 제 2 레이저 펄스는 레이저 소스로부터의 동기화된 트리거 신호에 의해 동시에 동기화되어, 제 1 레이저 펄스가 제 2 레이저 펄스와 동시에 방출되었다. 제 3 및 제 4 레이저의 많은 수의 제 3 및 제 4 레이저 펄스는 많은 수의 제 1 및 제 2 레이저 펄스에 대해 각각 10ns 내지 20ns만큼 시간 지연되었다. 4개의 레이저 빔의 강도는 시간에 따른 결합 강도 프로파일에서 제 1 최대값 대 제 2 최대값의 비율(M1/M2)이 1/1이 되도록 조정되었다.The semiconductor material to be processed was a 50 nm thin layer of amorphous silicon on a glass substrate as a carrier. The optical device used was a line beam device with four UV solid-state lasers emitting light with a wavelength of 343 nm. Four lasers were operated at a pulse repetition rate of 10 kHz. The pulse length of the emitted pulses, that is, the temporal full width at half maximum, was 15 ns to 20 ns. The energy of the laser pulse was up to 20 mJ. The energy density on the substrate, ie the silicon layer, was 220 mJ/
4개의 레이저 빔의 레이저 펄스들은 도 3a 및 도 3b에 따른 장치에 의해 레이저 라인으로 재형성되었고 비정질 실리콘 상에 조명 라인으로서 이미징되었다. 조명 라인은 특히 조명 라인의 단축 방향으로 반도체층에 대해 20mm/s의 진행 속도로 이동되었다. 장축 방향의 조명 라인 길이는 90mm였고 균일성은 1.5%(2σ)였다. 단축 방향의 조명 라인 길이는 67㎛였고 균일성은 3%(2σ)였다. 시간에 따른 결합 강도 프로파일의 총 펄스 길이는 45ns("Full Width at Half Maximum of First Maximum)였다.The laser pulses of the four laser beams were reformed into laser lines by the apparatus according to FIGS. 3a and 3b and imaged as illumination lines on amorphous silicon. The illumination line was moved at a traveling speed of 20 mm/s with respect to the semiconductor layer, in particular in the short axis direction of the illumination line. The illumination line length in the major axis direction was 90 mm and the uniformity was 1.5% (2σ). The illumination line length in the minor axis direction was 67 μm and the uniformity was 3% (2σ). The total pulse length of the bond strength profile over time was 45 ns ("Full Width at Half Maximum of First Maximum).
제 1 실험(실험 a))에서, 제 1 및 제 2 레이저 빔(74, 78)의 펄스들(76, 80)은 단축 방향으로 선형 편광되었고, 지연된 제 3 및 제 4 레이저 빔(84, 88)의 펄스들(86, 90)은 장축 방향으로 편광되었다.In the first experiment (experiment a)), the
제 2 실험(실험 b)에서, 제 1 및 제 2 레이저 빔의 펄스들은 장축 방향으로 선형 편광되었고, 지연된 제 3 및 제 4 레이저 빔의 펄스들은 단축 방향으로 편광되었다.In the second experiment (experiment b), the pulses of the first and second laser beams were linearly polarized in the long axis direction, and the pulses of the delayed third and fourth laser beams were polarized in the short axis direction.
도 8a는 실험 a)에 따른 레이저 노출 후 주사 전자현미경으로 촬영한 실리콘 표면의 사진을 나타낸다. 도 8b는 실험 b)에 따른 레이저 노출 후 주사 전자현미경으로 촬영한 실리콘 표면의 사진을 나타낸다. 두 사진 모두에서, 진행 방향은 x-축(조명 라인의 단축) 방향, 즉 도 8a 및 도 8b와 관련하여 수직 방향이었다.8a shows a photograph of the silicon surface taken with a scanning electron microscope after laser exposure according to experiment a). 8b shows a photograph of the silicon surface taken with a scanning electron microscope after laser exposure according to experiment b). In both pictures, the direction of travel was the direction of the x-axis (short axis of the illumination line), ie the direction perpendicular to FIGS. 8A and 8B .
도 8a는 진행 방향에 수직으로, 즉 y-방향으로, 장축 방향으로 규칙적인 입자 구조가 생성됨을 나타낸다. 특히, 입자들은 대략 동일한 간격으로, 특히 UV 레이저의 파장에 해당하는 약 0.35㎛ 간격으로 이격된 수직 열들로 배치되어 있음을 알 수 있다. 다시 말해, 입자 구조는 진행 방향으로 이어지는 스트립 패턴을 나타내며, 스트립들은 균일한 간격을 유지하므로 장축 방향으로 균일성을 제공한다. 따라서 장축 방향(y-방향)의 입자 크기는 큰 균일성을 갖는다. 단축 방향(x-방향)으로는 장축에 비해 더 작은 균일성이 나타난다.Fig. 8a shows that a regular grain structure is generated in the longitudinal direction, perpendicular to the propagation direction, ie in the y-direction. In particular, it can be seen that the particles are arranged in vertical rows spaced at approximately equal intervals, in particular approximately 0.35 μm apart corresponding to the wavelength of the UV laser. In other words, the grain structure exhibits a strip pattern extending in the traveling direction, and the strips are evenly spaced, thereby providing uniformity in the long axis direction. Therefore, the particle size in the long axis direction (y-direction) has a large uniformity. In the short axis direction (x-direction) there is less uniformity compared to the long axis.
이에 반해, 도 8b는 단축 방향(x-방향) 및 장축 방향(y-방향) 모두에서 뚜렷한 균일성이 전혀 없음을 보여준다. 입자 구조는 입자의 방향 및 크기에 대해 도 8a의 입자 구조와 비교하여 무질서하게 나타난다.In contrast, FIG. 8b shows that there is no apparent uniformity in both the minor axis direction (x-direction) and the major axis direction (y-direction). The particle structure appears chaotic compared to the particle structure of FIG. 8A with respect to the direction and size of the particles.
이미 위에서 설명한 바와 같이, 레이저 결정화 프로세스는 a-Si 층의 부분 용융 및 결정 구조의 유리 기판 상의 용융되지 않은 고체 실리콘을 기반으로 하는 후속 고화에 기초한다. 용융 및 고화는 10ns 내지 100ns의 시간 스케일로 발생하며 이후 필름이 수 100㎲걸쳐 실온으로 냉각된다. 10kHz의 펄스 반복율은 100㎲의 주기에 해당한다. 펄스 반복율, 진행 속도, 및 진행 방향에서 조명 라인의 펄스 폭은, 반도체 재료의 한 지점이 노출 과정 동안 여러 번, 즉 다수의 연속 펄스에 의해 노출되며, 펄스 반복율에 해당하는 주기가 필름이 실온으로 냉각되는데 걸리는 시간보다 짧은 방식으로 설계되기 때문에, 반도체 재료는 결정화 프로세스 동안 반복적으로 UV 광에 의해 조사된다. 또한, 수 10ns에 걸친 비교적 긴 레이저 펄스 프로파일로 인해 하나의 펄스에 의한 비교적 긴 노출이 있다. 이러한 다중 노출은 균일한 입자 구조의 형성을 촉진한다.As already described above, the laser crystallization process is based on partial melting of an a-Si layer and subsequent solidification based on unmelted solid silicon on a glass substrate of crystalline structure. Melting and solidification occur on a time scale of 10 ns to 100 ns, after which the film is cooled to room temperature over several 100 µs. A pulse repetition rate of 10 kHz corresponds to a period of 100 μs. The pulse repetition rate, rate of travel, and pulse width of the illumination line in the direction of travel depend on the number of times a point of semiconductor material is exposed during the course of exposure, i.e., by multiple successive pulses, with a period corresponding to the pulse repetition rate allowing the film to return to room temperature. Because it is designed in such a way that it takes less time to cool, the semiconductor material is repeatedly irradiated by UV light during the crystallization process. Also, there is a relatively long exposure with one pulse due to the relatively long laser pulse profile spanning several 10 ns. This multiple exposure promotes the formation of a uniform grain structure.
도입부에서 언급한 바와 같이, 특히 위에서 설명한 다중 노출과 조합된 레이저 광의 편광은 규칙적인 다결정 실리콘 입자 구조에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 것도 알려져 있다. 이는 변조된 강도 분포를 초래하는 표면 간섭 효과("Laser Induced Periodical Pattern Structure", LIPSS)로 인해 발생한다. 광이 장축 방향으로 선형 편광되면 장축을 따라 규칙적인 구조가 형성되고, 광이 단축 방향(진행 방향)으로 선형 편광되면 상기 효과가 진행 방향에서 관찰될 수 있는 것으로 나타났다.As mentioned in the introduction, it is also known that the polarization of laser light, especially in combination with the multiple exposures described above, can have a positive effect on the regular polycrystalline silicon grain structure. This is due to a surface interference effect (“Laser Induced Periodical Pattern Structure”, LIPSS) that results in a modulated intensity distribution. It has been shown that when light is linearly polarized in the long axis direction, a regular structure is formed along the long axis, and when light is linearly polarized in the short axis direction (traveling direction), the above effect can be observed in the traveling direction.
LIPPS 효과는 예를 들어 아래의 참고 문헌(1) 내지 (4)와 같은 수많은 간행물에서 논의되었다. 변조된 강도 분포는 입사 광빔과 표면에서 그리고 표면 방향으로 회절된 광빔과의 상호 작용과 그로 인해 나타나는 펄스 에너지 밀도의 주기적 분포에 의해 발생한다고 가정한다. 주기적인 펄스 에너지 밀도 분포는 파장 λ 및 입사각 Θ을 갖는 레이저 광에 대해 λ/(1 ± sinΘ)의 양만큼 떨어져 있는 소위 "리플"의 형태를 갖는다. 광의 수직 입사(Θ = 0°)의 경우 파장 λ 정도의 간격이 생긴다. "리플"은 E-필드 벡터에 수직인 방향, 즉 광빔 또는 광 펄스의 편광 방향에 수직인 방향으로 연장되고 E-필드 벡터 방향으로 주기성을 갖는다. 펄스 에너지 밀도는 "리플"을 따라 최소이거나 최대이다. 주기적인 펄스 에너지 밀도는 노출된 반도체 재료층에 공간적으로 주기적인 온도 분포를 유발하며, 주기적인 온도 분포는 주기적인 펄스 에너지 밀도 분포와 유사하다. 주기적인 온도 분포의 경우, 반도체 재료층의 열확산도 고려되어야 한다. 또한 펄스 에너지 밀도의 주기적인 분포는 반도체 재료층 내부의 다중 반사로 인해 반도체 재료층의 두께에 따라 변하는 것으로 밝혀졌다.The LIPPS effect has been discussed in numerous publications, such as, for example, references (1) to (4) below. It is assumed that the modulated intensity distribution arises from the interaction of the incident light beam with the light beam diffracted at and toward the surface and the resulting periodic distribution of pulse energy density. The periodic pulse energy density distribution has the form of a so-called "ripple", spaced apart by an amount of λ/(1 ± sinΘ) for a laser light having a wavelength λ and an angle of incidence Θ. In the case of normal incidence of light (Θ = 0°), an interval of about the wavelength λ occurs. "Ripple" extends in a direction perpendicular to the E-field vector, ie perpendicular to the polarization direction of the light beam or light pulse, and has periodicity in the E-field vector direction. The pulse energy density is minimum or maximum along the "ripple". The periodic pulse energy density causes a spatially periodic temperature distribution in the exposed semiconductor material layer, which is similar to the periodic pulse energy density distribution. In the case of a periodic temperature distribution, the thermal diffusion of the semiconductor material layer must also be considered. It was also found that the periodic distribution of the pulse energy density varies with the thickness of the semiconductor material layer due to multiple reflections inside the semiconductor material layer.
요약하면, 이러한 관찰에 따르면 장축 방향의 주기성 또는 규칙성을 얻기 위해 장축 방향의 E-필드 벡터가 있어야 하는 것으로 즉, 광 또는 광 펄스가 장축 방향으로 선형 편광되어야 하는 것으로 나타났다.In summary, these observations indicate that there must be an E-field vector in the long-axis direction to obtain periodicity or regularity in the long-axis direction, that is, light or light pulses must be linearly polarized in the long-axis direction.
따라서, 지금까지 각각의 펄스는 장축 방향으로 규칙적인 입자 구조를 생성할 수 있도록 장축 방향으로 편광의 적어도 일부를 포함해야 한다고 가정하였다.Therefore, it has been assumed so far that each pulse must contain at least a portion of the polarization in the long axis direction to be able to create a regular grain structure in the long axis direction.
본 발명에 따르면, 시간적으로 제 1 펄스(76) 또는 시간적으로 제 1 펄스들(76, 80)이 단축 방향으로, 즉 진행 방향으로 편광되고 제 2 지연 펄스(86) 또는 제 2 지연 펄스들(86, 90)이 장축 방향으로 편광되는 경우, 다결정 실리콘 입자 구조의 균일성과 관련하여 특히 바람직한 것으로 밝혀졌다.According to the present invention, temporally
제 2 펄스가 장축에서 편광될 때 규칙적인 입자 구조가 촉진된다는 사실에 대한 가능한 설명은 장축에서 상기 광이 레이저 파장을 갖는 간섭 변조(LIPPS)를 생성하여 이 방향에서 구조화된 입자 형성을 지원할 수 있다는 것이다. 제 2 펄스가 진행 방향으로 선형 편광되면 장축에서 간섭 변조가 형성되지 않는다.A possible explanation for the fact that regular particle structure is promoted when the second pulse is polarized in the long axis is that the light in the long axis can generate interferometric modulation (LIPPS) with a laser wavelength to support structured particle formation in this direction. will be. If the second pulse is linearly polarized in the traveling direction, no interferometric modulation is formed in the long axis.
단축 방향(진행 방향)의 제 1 최대값의 광, 즉 제 1 펄스의 편광이 입자 구조에 바람직한 이유에 대한 설명은 이 조사 기간 동안 장축에서 필름은 거기서 간섭 변조가 일어나지 않기 때문에 편광 성분이 장축 방향으로 있는 것보다 더 균일하게 가열되고, 제 2 펄스 성분만 부분 액상을 구조화하여 생성하고 입자 구조를 촉진하는 것일 수 있다.An explanation of why polarization of the first maximum value of light in the minor direction (direction of travel), i.e. the first pulse, is desirable for the particle structure is that during this period of irradiation the film in the major axis does not undergo coherent modulation there, so that the polarization component is shifted in the major axis direction. It is heated more uniformly than there is, and only the second pulse component may be to structuring and creating a partial liquid phase and to promote particle structure.
또한, 실험 a)에 따라 진행 방향, 즉 단축 방향으로 제 1 펄스의 편광을 조정하고 장축 방향으로 제 2 지연 펄스의 편광을 조정할 때, 에너지 밀도 프로세스 윈도우의 크기는 제 1 펄스와 제 2 지연 펄스가 두 방향으로 동일한 편광 분포를 갖는 노출과 비교하여, 20 내지 25mJ/㎠로 증가되는(210 내지 230 또는 235mJ/㎠의 에너지 밀도 프로세스 윈도우에 대해) 것이 관찰되었다. 이 경우, 에너지 밀도 프로세스 윈도우의 크기는 단지 약 10mJ/㎠였다(215 내지 225mJ/㎠의 에너지 밀도 프로세스 윈도우에 대해).Also, according to experiment a), when adjusting the polarization of the first pulse in the traveling direction, i.e., the short-axis direction, and the polarization of the second delay pulse in the long-axis direction, the size of the energy density process window is different between the first pulse and the second delay pulse. was observed to increase (for energy density process windows of 210 to 230 or 235 mJ/cm 2 ) from 20 to 25 mJ/
끝으로, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같은 "광학 지연"의 경우 예를 들어 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 "전자 지연"에 비해 바람직한 결과가 달성되는 것으로 밝혀졌다. 특히, 이동 방향의 결정 구조의 불균일성("샷 무라")은 "전자 지연"에 비해 "광학 지연"의 경우 감소될 수 있는 것으로 밝혀졌다.Finally, it has been found that favorable results are achieved in the case of "optical delay", for example as shown in FIG. 4, compared to, for example, "electronic delay", as shown in FIGS. 5 and 6 . In particular, it has been found that the non-uniformity of the crystal structure in the direction of movement (“shot mura”) can be reduced in the case of “optical delay” compared to “electron delay”.
이미 위에서 설명한 바와 같이, 2개(또는 그 이상)의 서로 다른 레이저 소스로부터 동시에 동기화된 2개(또는 그 이상)의 레이저 빔이 중첩될 때, 레이저 소스들의 기존 시간 지터로 인해 강도 분포의 변동이 발생할 수 있다.As already explained above, when two (or more) laser beams synchronized at the same time from two (or more) different laser sources are superimposed, the fluctuation of the intensity distribution due to the existing time jitter of the laser sources is can occur
예를 들어, 도 7에서 2개의 레이저 펄스(76, 86)에 대해 도시된 바와 같은 시간에 따른 결합 강도 프로파일(96)을 관찰하고 4개의 레이저 펄스에 대해 형성하는 경우, 제 1 레이저 펄스(76)의 강도 프로파일(98)은 2개의 제 1 레이저 펄스(76, 80)의 결합 강도 프로파일(98)로 구성되고, 제 2 레이저 펄스(86)의 강도 프로파일(100)은 2개의 제 2 레이저 펄스(86, 90)의 결합 강도 프로파일(100)로 구성된다. 이 경우, 가능한 가장 작은 시간 지터(예를 들어, ns 범위의)를 갖는 펄스 레이저 소스에 의해, 결합 강도 프로파일(98)마다 또는 결합 강도 프로파일(100)마다의 변화(variation)를 최소화하는 것이 가능하다. 광학 지연을 갖는 장치와 전자 지연을 갖는 장치에서 2개의 제 1 레이저 펄스(76, 80) 또는 2개의 제 2 레이저 펄스(86, 90)가 상이한 레이저 소스들로부터 나오기 때문에, 기존 시간 지터로 인한 "번짐"과 관련해서 전자 및 광학 지연에 대해 다른 상황이 나타나지 않는다.For example, when observing the
도 7의 시간에 따른 결합 강도 프로파일(96)은 (결합) 강도 프로파일(98, 100)을 중첩함으로써 얻어진다. 도 7에 도시된 바와 같이, 펄스 폭 및 지연은, 앞서는 펄스(98) 또는 앞서는 펄스 결합(98)이 후속 펄스(100) 또는 후속 펄스 결합(100)과 중첩되도록 선택된다. 이 경우, (지연된 펄스(100) 또는 지연된 펄스 결합(100)이 결합 강도 프로파일(96)의 최대값(M1)에 거의 기여하지 않거나 전혀 기여하지 않기 때문에) 지연된 펄스(100) 또는 지연된 펄스 결합(100)에 의해 실제로 영향을 받지 않는 제 1 최대값(M1), 및 지연된 펄스(100) 또는 지연된 펄스 결합(100)에 의해 크게 영향을 받는 위치 및 형태를 갖는 제 2 최대값(M2)이 발생한다.The
따라서, 제 1 펄스(98)와 제 2 시간 지연된 펄스(100) 사이의 기존의 변화하는 시간 지터는 최대값(M2)의 변화하는 위치 및 형태에, 특히 결합 강도 프로파일(6)마다 최대값(M2)의 위치 및 형태에 이미징된다. 결정화 프로세스는 입자 구조 편차, 예를 들어 입자 크기 편차를 갖는 시간에 따른 결합 프로파일에서 상기 강도 변화에 반응할 수 있다.Thus, the existing varying time jitter between the
빔 분할 및 광학적 지연 라인의 제공에 의한 광학 지연의 경우, 전자 지연과는 달리 (예를 들어 가능한 가장 작은 시간 지터를 갖는 펄스 레이저 소스와 결합하여) 앞서는 펄스(98)와 지연된 펄스(100)가 실제로 동일한 시간 지터를 갖는 것이 가능하다. 그 결과, 펄스(98, 100) 또는 펄스 결합(98, 100)이 중첩될 때, 강도 프로파일의 변동이 최소화되고, 비정질 반도체층에서 다결정 반도체층으로의 균일한 변환이 넓은 면에 걸쳐 달성된다.In the case of optical delay by splitting the beam and providing an optical delay line, unlike electronic delay (for example in combination with a pulsed laser source with the smallest possible time jitter), the leading
제 1 펄스(98)에 대한 제 2 펄스(100)의 20ns의 일반적인 시간 지연을 달성하기 위해 약 6m의 추가 광학 경로가 필요하다. 이러한 추가 광학 경로는 예를 들어 지연 라인(예를 들어, 도 4의 제 2 부분 빔(60)의 빔 경로)에 배치되고 지연 라인의 입력 및 출력에 공액 평면을 갖는 장초점 구면 망원경의 도움으로 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 빔(도 4의 부분 빔(60))은 긴 거리에 걸쳐 제어된 방식으로 이미징될 수 있다. 1:1 이미지의 경우, 예를 들어 대물렌즈의 초점 거리가 접안렌즈의 초점 거리와 동일한 망원경이 제공될 수 있다. 지연 라인은 또한 예를 들어 거울과 같이 변위 가능하게 배치된 편향 요소의 도움으로 지연 라인(그 길이)가 변경될 수 있는 방식으로 설계될 수 있다. 이로 인해, 결정화 프로세스에 최적인 펄스 길이가 조정될 수 있다.An additional optical path of about 6 m is needed to achieve a typical time delay of 20 ns of the
빔 분할 및 후속 광학 지연에 의해 시간 지연된 레이저 빔 또는 레이저 펄스를 얻는 대신, 본 발명에 따라 IR 소스로 IR 레이저 빔(1030nm)으로부터 제 3 고조파 파장(343nm)을 생성함으로써 2개의 UV 레이저 빔을 얻는 UV 레이저 소스를 사용한다. 이러한 UV 레이저 소스는 제 2 SHG/THG 결정에서 제 1 SHG("second harmonic generation")/THG("third harmonic generation") 결정에서의 변환되지 않은 IR 펄스 에너지(일반적으로 50%)를 사용하여 제 2 UV 레이저 빔을 생성한다. 이 두 UV 빔들은 서로에 대해 변화하는 시간 지터를 갖지 않는다. 두 UV 레이저 빔들 중 하나는 예를 들어 장초점 구면 망원경의 도움으로 위에서 설명한 대로 광학적으로 지연될 수 있다. 이 솔루션을 사용하면 빔 분할이 필요없다.Instead of obtaining time delayed laser beams or laser pulses by beam splitting and subsequent optical delay, two UV laser beams are obtained by generating a third harmonic wavelength (343 nm) from an IR laser beam (1030 nm) with an IR source according to the present invention. Use a UV laser source. This UV laser source uses the unconverted IR pulse energy (typically 50%) in the first SHG (“second harmonic generation”)/THG (“third harmonic generation”) crystal in the second SHG/THG crystal to produce 2 Generate a UV laser beam. These two UV beams do not have varying time jitter with respect to each other. One of the two UV laser beams can be optically retarded as described above, for example with the aid of a long-focal spherical telescope. This solution eliminates the need for beam splitting.
또한 지연된 펄스(100)에서 장축의 주기적인 구조의 형성은 장축의 레이저 광의 각도 분포가 작을수록 더 성공적인 것으로 나타났다. 이는 표면을 따라 발생하는 간섭으로 인한, LIPPS 효과와 관련하여 위에서 설명한 주기적인 펄스 에너지 밀도 분포의 의존성에 기인한다고(λ/(1 ± sinθ)) 가정한다. 상기 식에서, θ는 표면 법선에 대한 입사각이고, 입사광의 각도 분포가 작을수록 상기 입사각은 덜 변한다. 즉 더 날카롭다. 지연된 펄스의 빔은 장축 방향으로 선형 편광된다. 따라서, 지연은 바람직하게는 광축에 가깝게 이미징되는 레이저 빔에 대해 조정된다. 역으로, 이것은 광축으로부터 떨어져 이미징되는 빔들이 주로 장축에 수직인 편광을 갖는 앞선 펄스의 빔들이어야 함을 의미한다.In addition, it was shown that the formation of the periodic structure of the long axis in the delayed
참조 (1) 내지 (4):References (1) to (4):
(1) P. van der Wilt, “Excimer-LASER Annealing: Microstructure Evolution and a Novel Characterization Technique, SID 2014 Digest p194(1) P. van der Wilt, “Excimer-LASER Annealing: Microstructure Evolution and a Novel Characterization Technique, SID 2014 Digest p194
(2) S. Horita, H. Kaki, K. Nishioka, "Surface modification of an amorphous Si thin film cystallized by a linear polarized Nd: YAG pulse laser beam", Journal of Applied Physics 102, 013501(2007)(2) S. Horita, H. Kaki, K. Nishioka, "Surface modification of an amorphous Si thin film cystallized by a linear polarized Nd: YAG pulse laser beam", Journal of
(3) H.M van Driel, J.E. Sipe, J.F. Young, "Laser-induced Periodic Surface Structure on Solids: A Universal Phenomenon", Phys. Rev. Lett. 49, 1955-1958(1982) 및 S.E. Clark 및 D.C. Emmony, "Ultravioletlaser-induced periodic surface structures", Phys. Rev. B 40, 2031-2041 (1989)(3) H.M van Driel, J.E. Sipe, J. F. Young, "Laser-induced Periodic Surface Structure on Solids: A Universal Phenomenon", Phys. Rev. Lett. 49, 1955-1958 (1982) and S.E. Clark and D.C. Emmony, "Ultravioletlaser-induced periodic surface structures",
(4) J. F. Young, J. S. Preston, H. M. van Driel, 및 J. E. Sipe, “Laser-induced peiodic surface structure. Ⅱ. Experiments on Ge, Si, Al and brass", Phys. Rev. B 27, 1155-1172 (1983).(4) J. F. Young, J. S. Preston, H. M. van Driel, and J. E. Sipe, “Laser-induced peiodic surface structure. II. Experiments on Ge, Si, Al and brass", Phys. Rev. B 27, 1155-1172 (1983).
12: 반도체 재료층
30: 광학 시스템
32: 빔 성형 장치
34: 이미징 장치
36: 조명 라인
66: 제 1 레이저
70: 제 2 레이저
74: 제 1 레이저 빔
76: 제 1 레이저 펄스
80: 제 3 레이저 펄스
84: 제 2 레이저 빔
86: 제 2 레이저 펄스
88: 제 4 레이저 빔
90: 제 4 레이저 펄스
94: 지연 장치
96: 강도 프로파일12: semiconductor material layer
30: optical system
32: beam forming device
34: imaging device
36: light line
66: first laser
70: second laser
74: first laser beam
76: first laser pulse
80: third laser pulse
84: second laser beam
86: second laser pulse
88: fourth laser beam
90: fourth laser pulse
94: delay device
96: strength profile
Claims (16)
- 제 1 레이저 펄스(76)를 갖는 제 1 레이저 빔(74) 및 제 2 레이저 펄스(86)를 갖는 제 2 레이저 빔(84)을 제공하는 단계,
- 빔 성형 장치(32)를 이용하여 상기 제 1 레이저 펄스(76) 및 상기 제 2 레이저 펄스(86)를 라인 형태의 단축 및 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성하는 단계,
- 이렇게 형성된 라인 형태의 레이저 펄스를 이미징 장치(34)를 이용하여 반도체 재료층(12) 상에 단축 및 장축을 갖는 조명 라인(36)으로서 이미징하는 단계를 포함하고,
상기 방법은
- 상기 제 1 레이저 펄스(76)의 편광 방향을 상기 조명 라인(36)의 단축 방향으로 조정하는 단계,
- 상기 제 2 레이저 펄스(86)의 편광 방향을 상기 조명 라인(36)의 장축 방향으로 조정하는 단계,
- 상기 반도체 재료층(12)에 이미징된 상기 조명 라인(36)이 제 1 최대값(M1) 및 제 2 최대값(M2)을 갖는 펄스 형태의, 시간에 따른 결합 강도 프로파일(96)을 갖도록 선택된 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 상기 제 1 레이저 펄스(76)에 대해 상기 제 2 레이저 펄스(86)를 시간 지연시키는 단계를 더 포함하는, 방법.A method for processing a layer of semiconductor material, the method comprising:
- providing a first laser beam (74) with a first laser pulse (76) and a second laser beam (84) with a second laser pulse (86);
- reshaping the first laser pulse (76) and the second laser pulse (86) into a laser pulse having a short axis and a long axis in the form of a line using a beam shaping device (32);
- imaging the laser pulse in the form of a line thus formed as an illumination line (36) having a short axis and a long axis on the semiconductor material layer (12) by means of an imaging device (34);
the method
- adjusting the polarization direction of the first laser pulse (76) to the minor axis direction of the illumination line (36);
- adjusting the polarization direction of the second laser pulse (86) to the long axis direction of the illumination line (36);
- such that the illumination line 36 imaged in the semiconductor material layer 12 has a bond strength profile over time 96 in the form of a pulse having a first maximum M1 and a second maximum M2. time delaying the second laser pulse (86) with respect to the first laser pulse (76) by a selected predetermined time interval Δt.
상기 방법은,
- 상기 반도체 재료층(12)에 대해 상기 조명 라인(36)을 진행 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 1 레이저 펄스(76)는 상기 진행 방향으로 선형 편광되는,
방법.The method of claim 1,
The method is
- moving the illumination line (36) in a direction of travel relative to the layer of semiconductor material (12), wherein the first laser pulse (76) is linearly polarized in the direction of travel,
Way.
상기 방법은,
- 각각 상기 제 1 레이저 빔(74) 및 상기 제 2 레이저 빔(84)을 방출하도록 설계되고, 상기 제 2 레이저 펄스(86)가 상기 제 1 레이저 펄스(76)에 대해 시간 간격(Δt)만큼 지연되어 방출되도록 제어되는 제 1 레이저(66) 및 제 2 레이저(70)를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.The method of claim 1,
The method is
- designed to emit said first laser beam 74 and said second laser beam 84 respectively, said second laser pulse 86 relative to said first laser pulse 76 by a time interval Δt The method further comprising the step of providing a first laser (66) and a second laser (70) controlled to be emitted with a delayed release.
상기 방법은:
- 레이저 빔(52)에 펄스를 제공하도록 설계된 제 1 레이저를 제공하는 단계;
- 상기 레이저 빔(52)을 제 1 레이저 빔 성분(58) 및 제 2 레이저 빔 성분(60)으로 분할하는 단계;
를 더 포함하며,
상기 제 1 레이저 빔 성분(58)은 상기 제 1 레이저 펄스(76)를 갖는 상기 제 1 레이저 빔(74)을 형성하고 그리고 상기 제 2 레이저 빔 성분(60)은 상기 제 2 레이저 펄스(86)를 갖는 상기 제 2 레이저 빔(84)을 형성하는, 방법.The method of claim 1,
The method is:
- providing a first laser designed to provide a pulse to the laser beam (52);
- splitting the laser beam (52) into a first laser beam component (58) and a second laser beam component (60);
further comprising,
The first laser beam component 58 forms the first laser beam 74 with the first laser pulse 76 and the second laser beam component 60 forms the second laser pulse 86 forming the second laser beam (84) with
빔 분할 위치로부터 상기 반도체 재료층(12)까지의 상기 제 2 레이저 빔 성분(60)의 광학 경로 길이는 상기 빔 분할 위치로부터 상기 반도체 재료층(12)까지의 상기 제 1 레이저 빔 성분(58)의 광학 경로 길이보다 더 긴, 방법.7. The method of claim 6,
The optical path length of the second laser beam component 60 from the beam splitting position to the semiconductor material layer 12 is the first laser beam component 58 from the beam splitting position to the semiconductor material layer 12 . longer than the optical path length of the method.
상기 제 1 레이저 펄스(76)는 상기 제 1 레이저 빔(74)의 다수의 제 1 레이저 펄스 중 하나의 레이저 펄스이고, 상기 제 2 레이저 펄스(86)는 상기 제 2 레이저 빔(84)의 다수의 제 2 레이저 펄스 중 하나의 레이저 펄스이며, 그리고 상기 제 2 레이저 빔(84)의 다수의 레이저 펄스 각각은 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 상기 제 1 레이저 빔(74)의 다수의 레이저 펄스 중 다른 하나에 대해 시간 지연되는, 방법.The method of claim 1,
The first laser pulse 76 is one of a plurality of first laser pulses of the first laser beam 74 , and the second laser pulse 86 is a plurality of the second laser beams 84 . one of the second laser pulses of , and each of the plurality of laser pulses of the second laser beam 84 is one of the plurality of laser pulses of the first laser beam 74 by a predetermined time interval Δt A method, which is time-delayed relative to the other.
진행 속도, 상기 제 1 레이저 빔(74) 및 상기 제 2 레이저 빔(84)의 펄스 반복율 및 단축 방향의 상기 조명 라인(36)의 기하학적 반치전폭은 상기 반도체 재료층(12)의 한 지점이 조명 라인(36)에 의해 여러 번 노출되도록 선택되는, 방법.9. The method of claim 8,
The traveling speed, the pulse repetition rate of the first laser beam 74 and the second laser beam 84, and the geometric full width at half maximum of the illumination line 36 in the short axis direction are determined when a point of the semiconductor material layer 12 is illuminated. selected to be exposed multiple times by line (36).
- 제 3 레이저 펄스(80)를 갖는 제 3 레이저 빔(78) 및 제 4 레이저 펄스(90)를 갖는 제 4 레이저 빔(88)을 제공하는 단계,
- 빔 성형 장치(32)를 이용하여 상기 제 1 레이저 펄스(76), 상기 제 2 레이저 펄스(86), 상기 제 3 레이저 펄스(80) 및 상기 제 4 레이저 펄스(90)를 라인 평태의 단축과 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성하는 단계,
- 이렇게 형성된 라인 형태의 레이저 펄스를 상기 이미징 장치(34)에 의해 상기 반도체 재료층(12) 상에 단축과 장축을 갖는 조명 라인(36)으로서 이미징하는 단계를 더 포함하고,
상기 방법은
- 상기 제 3 레이저 펄스(80)의 편광 방향을 상기 조명 라인(36)의 단축 방향으로 조정하는 단계,
- 상기 제 4 레이저 펄스(90)의 편광 방향을 상기 조명 라인(36)의 장축 방향으로 조정하는 단계, 및
- 상기 반도체 재료층(12) 상에 이미징된 상기 조명 라인(36)이 제 1 최대값(M1) 및 제 2 최대값(M2)을 갖는 펄스 형태의 시간에 따른 결합 강도 프로파일을 갖도록 선택된 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 상기 제 3 레이저 펄스(80)에 대해 상기 제 4 레이저 펄스(90)를 시간 지연시키는 단계를 더 포함하는, 방법.The method of claim 1, wherein the method
- providing a third laser beam (78) with a third laser pulse (80) and a fourth laser beam (88) with a fourth laser pulse (90);
- The first laser pulse 76, the second laser pulse 86, the third laser pulse 80 and the fourth laser pulse 90 are shortened by using the beam shaping device 32 and reforming with a laser pulse having a long axis,
- imaging the laser pulse in the form of a line thus formed as an illumination line (36) having a short axis and a long axis on the semiconductor material layer (12) by the imaging device (34),
the method
- adjusting the polarization direction of the third laser pulse (80) to the minor axis direction of the illumination line (36);
- adjusting the polarization direction of the fourth laser pulse (90) to the long axis direction of the illumination line (36), and
- a predetermined predetermined value selected such that the illumination line 36 imaged on the semiconductor material layer 12 has a bond strength profile over time in the form of a pulse having a first maximum M1 and a second maximum M2. time delaying the fourth laser pulse (90) with respect to the third laser pulse (80) by a time interval Δt.
- 제 1 레이저 빔(74, 38)의 제 1 레이저 펄스(76)와 제 2 레이저 빔(84, 40)의 제 2 레이저 펄스(86)를 라인 형태의 단축 및 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성하도록 설계된 빔 성형 장치(32),
- 이렇게 형성된 라인 형태의 레이저 펄스를 상기 반도체 재료층(12) 상에 단축 및 장축을 갖는 조명 라인(36)으로서 이미징하도록 설계된 이미징 장치(34)를 포함하고,
상기 광학 시스템(30)은
- 상기 제 1 레이저 펄스(76)의 편광 방향을 상기 조명 라인(36)의 단축 방향으로 정렬하고 상기 제 2 레이저 펄스(86)의 편광 방향을 상기 조명 라인(36)의 장축 방향으로 정렬하도록 설계되고 배치된 편광 장치(50), 및
- 상기 반도체 재료층(12) 상에 이미징된 상기 조명 라인(36)이 제 1 최대값(M1) 및 제 2 최대값(M2)을 갖는 펄스 형태로 시간에 따른 결합 강도 프로파일(96)을 갖도록 선택된 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 상기 제 1 레이저 펄스(76)에 대해 상기 제 2 레이저 펄스(86)를 지연시키도록 설계된 지연 장치(94)를 더 포함하는, 광학 시스템(30).An optical system (30) for processing a layer of semiconductor material (12), the optical system (30) comprising:
- Reshaping the first laser pulse 76 of the first laser beam 74, 38 and the second laser pulse 86 of the second laser beam 84, 40 into a laser pulse having a short axis and a long axis in the form of a line a beam forming device 32 designed to
- an imaging device (34) designed to image a laser pulse in the form of a line thus formed as an illumination line (36) having a short axis and a long axis on said layer of semiconductor material (12);
The optical system 30 is
- designed to align the polarization direction of the first laser pulse 76 with the short axis direction of the illumination line 36 and align the polarization direction of the second laser pulse 86 with the long axis direction of the illumination line 36 a polarizing device 50 and disposed thereon; and
- such that the illumination line 36 imaged on the semiconductor material layer 12 has a bond strength profile 96 over time in the form of a pulse having a first maximum M1 and a second maximum M2. and a delay device (94) designed to delay the second laser pulse (86) with respect to the first laser pulse (76) by a selected predetermined time interval (Δt).
상기 편광 장치는
상기 제 1 레이저 빔(74, 38)의 빔 경로에, 상기 빔 성형 장치(32) 전방에 배치되며 제 1 λ/2 플레이트(50)에 충돌하는 상기 제 1 레이저 펄스(76)에 대해, 상기 제 1 레이저 펄스(76)가 상기 λ/2 플레이트(50)를 통과한 후에 단축 방향으로 선형 편광되도록 배향된 제 1 λ/2 플레이트(50), 및
상기 제 2 레이저 빔(84, 40)의 빔 경로에, 상기 빔 성형 장치(32) 전방에 배치되며 제 2 λ/2 플레이트(50)에 충돌하는 상기 제 2 레이저 펄스(86)에 대해, 상기 제 2 레이저 펄스(86)가 상기 λ/2 플레이트(50)를 통과한 후에 장축 방향으로 선형 편광되도록 배향된 제 2 λ/2 플레이트(50)를 포함하는, 광학 시스템(30).12. The method of claim 11,
The polarizer is
In the beam path of the first laser beam 74 , 38 , for the first laser pulse 76 disposed in front of the beam shaping device 32 and impinging the first λ/2 plate 50 , the a first λ/2 plate (50) oriented to be linearly polarized in the uniaxial direction after a first laser pulse (76) has passed through the λ/2 plate (50), and
In the beam path of the second laser beam 84 , 40 , for the second laser pulse 86 disposed in front of the beam shaping device 32 and impinging on the second λ/2 plate 50 , the an optical system (30) comprising a second λ/2 plate (50) oriented such that a second laser pulse (86) is linearly polarized in the long axis direction after passing through the λ/2 plate (50).
상기 지연 장치는, 상기 제 2 레이저 펄스(86)를 갖는 상기 제 2 레이저 빔(84, 40)을 방출하도록 설계된 제 2 레이저(70)의 트리거 신호(92)를 제 1 레이저(66)의 트리거 신호(82)에 대해 시간 간격(Δt)만큼 지연시키는 지연 회로(94)를 포함하고, 상기 제 1 레이저(66)는 상기 제 1 레이저 펄스(76)를 갖는 상기 제 1 레이저 빔(74)을 방출하도록 설계되는, 광학 시스템(30).13. The method according to claim 11 or 12,
The delay device triggers the trigger signal 92 of the second laser 70 designed to emit the second laser beam 84 , 40 having the second laser pulse 86 , the trigger signal 92 of the first laser 66 . a delay circuit (94) for delaying a signal (82) by a time interval Δt, the first laser (66) delaying the first laser beam (74) with the first laser pulse (76) An optical system (30) designed to emit.
상기 지연 장치는, 상기 반도체 재료층(12)의 이미지 평면까지의 상기 제 2 레이저 빔(84, 40)의 광학 경로 길이가 상기 반도체 재료층(12)의 이미지 평면까지의 상기 제 1 레이저 빔(74, 38)의 광학 경로 길이보다 길게 하는 빔 우회로(Δs)를 포함하는, 광학 시스템(30).13. The method according to claim 11 or 12,
The delay device is such that the optical path length of the second laser beam (84, 40) to the image plane of the semiconductor material layer (12) is the first laser beam (84, 40) to the image plane of the semiconductor material layer (12) an optical system (30) comprising a beam detour (Δs) that is greater than the optical path length of 74, 38).
상기 빔 성형 장치(32)는 상기 제 1 레이저 빔(74)의 상기 제 1 레이저 펄스(76), 상기 제 2 레이저 빔(84)의 상기 제 2 레이저 펄스(86), 제 3 레이저 빔(78)의 제 3 레이저 펄스(80) 및 제 4 레이저 빔(88)의 제 4 레이저 펄스(90)를 라인 형태의 단축 및 장축을 갖는 레이저 펄스로 재형성하도록 설계되고,
상기 이미징 장치(34)는 그렇게 형성된 라인 형태의 레이저 펄스를 상기 반도체 재료층(12) 상에 단축과 장축을 갖는 상기 조명 라인(36)으로서 이미징하도록 설계되며,
상기 편광 장치(50)는 상기 제 3 레이저 펄스(80)의 편광 방향을 상기 조명 라인(36)의 단축 방향으로 정렬하고 상기 제 4 레이저 펄스(90)의 편광 방향을 상기 조명 라인(36)의 장축 방향으로 정렬하도록 설계되며 배치되고,
상기 지연 장치(94)는 상기 반도체 재료층(12) 상에 이미징된 상기 조명 라인(36)이 제 1 최대값(M1) 및 제 2 최대값(M2)을 갖는 펄스 형태로 시간에 따른 결합 강도 프로파일(96)을 갖도록 선택된 미리 정해진 시간 간격(Δt)만큼 상기 제 3 레이저 펄스(80)에 대해 상기 제 4 레이저 펄스(90)를 지연시키도록 설계되는, 광학 시스템(30).12. The method of claim 11,
The beam shaping device 32 includes the first laser pulse 76 of the first laser beam 74 , the second laser pulse 86 of the second laser beam 84 , the third laser beam 78 ) is designed to reform the third laser pulse 80 of and the fourth laser pulse 90 of the fourth laser beam 88 into a laser pulse having a short axis and a long axis in the form of a line,
the imaging device 34 is designed to image a laser pulse in the form of a line so formed as the illumination line 36 having a short axis and a long axis on the semiconductor material layer 12,
The polarizer 50 aligns the polarization direction of the third laser pulse 80 to the minor axis direction of the illumination line 36 and sets the polarization direction of the fourth laser pulse 90 to that of the illumination line 36 . designed and positioned to align in the longitudinal direction;
The delay device 94 determines the coupling strength over time in the form of a pulse in which the illumination line 36 imaged on the semiconductor material layer 12 has a first maximum M1 and a second maximum M2. An optical system (30) designed to delay the fourth laser pulse (90) with respect to the third laser pulse (80) by a predetermined time interval (Δt) selected to have a profile (96).
제 11 항에 따른 광학 시스템(30)을 포함하고,
상기 시스템은 조명 라인(36)에 대해 상기 반도체 재료층(12)을 진행 방향으로 이동시키도록 설계되며, 상기 진행 방향은 상기 조명 라인(36)의 단축 방향에 해당하는, 시스템.A system for processing a layer of semiconductor material (12) comprising:
comprising the optical system (30) according to claim 11;
The system is designed to move the layer of semiconductor material (12) with respect to an illumination line (36) in a traveling direction, the direction of travel corresponding to a minor axis direction of the illumination line (36).
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