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MXPA02002331A - Sistemas y metodos usando solidificacion lateral secuencial para producir peliculas delgadas de silicio policristalino o unicas a temperaturas bajas. - Google Patents

Sistemas y metodos usando solidificacion lateral secuencial para producir peliculas delgadas de silicio policristalino o unicas a temperaturas bajas.

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MXPA02002331A
MXPA02002331A MXPA02002331A MXPA02002331A MXPA02002331A MX PA02002331 A MXPA02002331 A MX PA02002331A MX PA02002331 A MXPA02002331 A MX PA02002331A MX PA02002331 A MXPA02002331 A MX PA02002331A MX PA02002331 A MXPA02002331 A MX PA02002331A
Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
sample
clause
translation
attenuators
mask
Prior art date
Application number
MXPA02002331A
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English (en)
Inventor
S Im James
Original Assignee
Univ Columbia
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Publication date
Application filed by Univ Columbia filed Critical Univ Columbia
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Abstract

Estan descritos un sistema y metodos para procesar una muestra de pelicula delgada de silicio amorfo en una pelicula delgada de silicio unica o policristalina. El sistema incluye un laser de excimero para generar una pluralidad de pulsaciones laser de excimero de un flujo predeterminado, un modulador de densidad de energia para modular controlablemente el flujo de las pulsaciones laser de excimero, un homogenizador de rayo para homogenizar pulsaciones laser moduladas en un plano predeterminado, una mascara para enmascarar partes de las pulsaciones laser moduladas y homogenizadas en rayitos con patron, una fase de muestra para recibir los rayitos con patron para efectuar el fundido de partes de cualesquier muestra de pelicula delgada de silicio amorfo colocadas sobre las mismas correspondiendo a los rayitos, medios de traslacion para trasladar controlablemente una posicion relativa de la fase de muestra con respecto a una posicion de la mascara y una computadora para controlar la modulacion de flujo controlable de las pulsaciones laser de excimero y las posiciones relativas controlables de la fase de muestra y mascara, y para coordinar la generacion de pulsacion de excimero y la modulacion de flujo con las posiciones relativas de la fase de muestra y mascara, para por tanto procesar la muestra de pelicula delgada de silicio amorfa en una pelicula delgada de silicio unica o policristalina mediante una traslacion secuencial de la fase de muestra en relacion a la mascara e irradiacion de la muestra con rayitos con patron de flujo variable a lugares secuenciales correspondientes sobre la misma.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS USANDO SOLIDIFICACIÓN LATERAL SECUENCIAL PARA PRODUCIR PELÍCULAS DELGADAS DE SILICIO POLICRISTALINO O ÚNICAS A BAJAS TEMPERATURAS DESCRIPCIÓN Antecedentes de la Invención I . Campo de la invención La presente invención se refiera a técnicas para procesos semiconductores y más particularmente a procesos semiconductores que puedan ser realizados a bajas temperaturas.
II. Descripción del arte relacionado.
En el campo del procesamiento de semiconductores, han habido varios intentos para utilizar lásers para convertir películas delgadas de silicio amorfo en películas policristalinas. Por ejemplo, en James Im y otros, "Películas Cristalinas Si para Exhibiciones de cristal líquido de Matrices Activas e Integradas", 11 MRS Boletín 39 (1996), se presenta una revisión de tecnología convencional de láser excímero para templar. En tal sistema, está formado un rayo láser excímero como un rayo largo que es típicamente de más de 30 centímetros de largo y de 500 mieras o más de ancho. El rayo conformado es escaneado sobre una muestra de silicio amorfo para facilitar el tíL?-ví ? . derretido del mismo y la formación de silicio policristalino después de la solidificación de la muestra.
El uso de la tecnología de templado de rayo convencional para generar silicio policristalino es problemático por varias razones. Primero, el silicio policristalino generado en el proceso es típicamente de granulado pequeño, de una microestructura al azar, y tiene tamaños de granulado no uniformes, por tanto resultando en dispositivos pobres y no uniformes y por ende un rendimiento de fabricación bajo. Segundo, a fin de obtener niveles de desempeño aceptables, la fabricación elaborada para producir silicio policristalino debe mantenerse baja. También, el proceso generalmente requiere una atmósfera controlada y precalentada de la muestra de silicio amorfo, lo que lleva a la reducción en los niveles de producción. Por tanto, existe la necesidad en este campo de generar silicio policristalino de mayor calidad a niveles de producción mayores.
SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es el de proporcionar técnicas para aumentar las estructuras de silicio de cristal único o policristalino de granulos grandes usando pulsaciones de láser de energía controlable.
Otro objeto de la presente invención es la ..y., -.Usa, i -i- utilización del traslado a pequeña escala de una muestra de silicio para aumentar estructuras de silicio policristalinas o de o cristal único de granulos grandes sobre la muestra.
Aún otro objeto de la presente invención es el proporcionar técnicas para aumentar estructuras de silicio policristalino o de cristal único de granulado grande las cuales producen películas de silicio delgadas y planas.
Aún otro objeto de la presente invención es el proporcionar técnicas para aumentar las estructuras de silicio policristalinas o de cristal único de granulos grandes a bajas temperaturas, por ejemplo a la temperatura ambiente y sin precalentamiento .
Otro objeto más de la presente invención es el proporcionar técnicas para la atenuación coordinada del flujo del láser.
Para poder alcanzar estos objetivos así como otros que surgirán con referencia a la siguiente descripción, la presente invención proporciona un láser excímero para generar una pluralidad de pulsaciones de láser excímeros de un flujo predeterminado, un modulador de densidad de energía para flujo modulado controlable de pulsación de láser excímero, un rayo homogeneizador para homogeneizar pulsaciones de láser modulados en un plano predeterminado, una máscara para cubrir porciones de las pulsaciones de láser modulado homogeneizado en rayitos con patrón, una plataforma para la muestra para recibir los rayitos con patrón para efectuar el derretido de porciones de cualquier muestra de película delgada de silicio amorfo colocada sobre la misma correspondiendo a los rayitos, medios de traslado para trasladar en forma controla a una posición relativa de la plataforma de la muestra y de la máscara y una computadora para controlar la modulación del flujo controlado de las pulsaciones de láser excímero y las posiciones relativamente controladas de la plataforma de la muestra y de la máscara, y para coordinar la generación de pulsaciones de excímero y la modulación de flujo en la posición relativa de la plataforma de muestra y de la mascara, para ahí procesar la muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio única o policristalina por la traslación secuencial de la plataforma de muestra relativa al encubrimiento y la irradiación de la muestra por los rayitos con patrón de flujo variable en localizaciones correspondientes secuenciales.
En un arreglo preferido, el láser excímero es un láser excímero ultravioleta, y el modulador de densidad de energía incluye una rueda rotable, dos o más atenuadores de rayos montados en circunferencia sobre la rueda, y un motor, para que de manera controlada rote la rueda de manera tal que cada pulsación secuencial emitido por el láser pase a través de dos o más de los atenuadores de rayos. De manera ventajosa, los atenuadores de rayos son capaces de producir al menos dos lA±* A J.¿ ^•^^ ' ' — •-*• s & fcHft¿< b_l niveles diferentes de atenuantes de flujo.
En un arreglo alternativo, el modulador de la densidad de energía incluye un plato dialéctico de capas múltiples que es rotable sobre un eje perpendicular a un trayecto formado por las pulsaciones excímeras, para de forma variable modular el flujo de pulsaciones excímeros con relación a un ángulo formado entre el camino de la pulsación excímera y el eje de rotación. Un plato compensatorio es proporcionado ventajosamente para compensar por un cambio dialéctico inducido en el camino del rayo.
En otro arreglo alternativo, el modulador de densidad de energía incluye uno o más atenuadores de rayos y una plataforma de traslación para que de manera controlada traslade uno o más de los atenuadores de rayos de tal forma que cada pulsación secuencial emitida por el láser pase a través de uno o más de los atenuadores de rayos o pase a través del modulador de densidad de energía sin que pase a través de cualquiera de uno o más de los atenuadores de rayos. La plataforma de traslación es movible en una dirección paralela al trayecto trazado por las pulsaciones excímeras y una dirección perpendicular al trayecto, y los atenuadores de rayos son posicionados de tal forma que las pulsaciones pasen a través de uno o más de los atenuadores de rayos o de ninguno de los atenuadores de rayos.
En aún en otro arreglo alternativo, el modulador de densidad de energía incluye uno o más atenuadores de rayos movibles que son movibles y controlados de tal forma que cada pulsación secuencial emitida por el láser pasa a través de uno o más de los atenuadores de rayos o pasan a través del modulador de densidad de energía sin que pasen a través de uno o más de los atenuadores de rayos .
En un arreglo preferido, los medios de traslación incluyen una plataforma de encubrimiento que es trasladable en direcciones ortogonales que son perpendiculares al camino trazado por los rayos homogeneizados, y el motor de la plataforma de traslado para que de manera controlada traslade la plataforma de encubrimiento en ambas direcciones trasladables bajo el control de la computadora. En un arreglo alterno, el trasladar significa incluir la plataforma de traslado de la muestra, y tiene una dirección X de porción de traslado y una dirección Y de porción de traslado permitiendo el movimiento en dos direcciones ortogonales que son perpendiculares al camino formado por los rayitos con patrón y siendo controlados por la computadora para que de manera controlada se traslade la muestra en las direcciones transladables bajo el control de la computadora. La plataforma de traslado de la muestra puede adicionalmente incluir una dirección Z de porción de traslado, para permitir el movimiento de la muestra en la dirección paralela al camino trazado por los rayitos con patrón. Más preferiblemente, el sistema entero es montado sobre bloques de granito para estabilizar la muestra de vibraciones ambientales. a y. A iyy.
La presente invención también proporciona métodos para procesar una película delgada de silicio amorfo a una película delgada de silicio única o policristalina. En una técnica preferida, el método incluye los pasos de generar una pluralidad de pulsaciones de láser excímero de un flujo predeterminado; modular de forma controlada el flujo de las pulsaciones de láser excímero; homogeneizar las pulsaciones de láser moduladas en un plano predeterminado; enmascarar porciones de las pulsaciones moduladas láser homogeneizados en rayitos con patrón, irradiar la muestra de la película delgada de silicio amorfo con los rayitos con patrón para efectuar el derretido de las porciones correspondientes a los rayitos; y trasladar de manera controlada la muestra con respecto a los rayitos con patrón y con respecto a la modulación controlada para por tanto procesar la muestra de película delgada de sílice amorfa a una película delgada de silicio única o policristalina por la traslación secuencial de la muestra relativa a los rayitos con patrón y a la irradiación de la muestra por los rayitos con patrón de flujos variados en locaciones secuenciales correspondientes.
Los dibujos acompañantes, los cuales son incorporados y constituyen parte de la descripción, ilustran varias incorporaciones preferidas de la invención y sirven para explicar los principios de la invención.
Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama funcional de un sistema de conformidad con la incorporación preferida de la presente invención.
La Figura 2a es un diagrama ilustrativo del modulador de densidad de energía adecuado para usarse en el sistema de la Figura 1; La Figura 2b es un diagrama ilustrativo tomado a lo largo de la sección A-A' de la Figura 2a; La Figura 3 es una gráfica que muestra un perfil ilustrativo del flujo de las pulsaciones del rayo láser formado por el modulador de densidad de energía de la Figura 2 ; Las Figuras 4 a 6 son diagramas ilustrativos de los moduladores alternativos de densidad de energía adecuados para uso en el sistema de la Figura 1; La Figura 7 es un diagrama ilustrativo de un sistema de enmascaramiento adecuado para usarse en el sistema de la Figura 1 ; Ij^^^^^^^j^^Ut^^^^^^^^^^í^ La Figura 8 es un diagrama ilustrativo de la plataforma de traslado de traslación de muestra adecuada para usarse en el sistema de la Figura 1 ; La Figura 9 es un diagrama ilustrativo mostrando la formación y la evitación de una protuberancia en la región donde se encuentran dos cristales; La Figura 10 es un diagrama de flujo ilustrando los pasos básicos implementados en el sistema de la Figura 1; y La Figura 11 es un diagrama de flujo ilustrando los pasos implementados en el sistema de la Figura 1 con la modulación de la densidad de energía.
DESCRIPCIÓN DE LAS INCORPORACIONES PREFERIDAS Refiriéndonos a la Figura 1, se describirá una incorporación preferida de la presente invención. Un láser excímero 110, el cual puede ser el Modelo Lambda Physik LPX315Í, genera una rayo láser 110 que pasa a través de un modulador de densidad de energía 120, descritos con mayor detalle más adelante. Aún cuando el láser excímero Lambda Physik genera un rayo ultravioleta en una longitud de onda de 308nm, pueden ser utilizados lásers excímeros más poderosos o lásers excímeros generando rayos de otras longitudes de ondas . De conformidad con la presente invención, el modulador 120 actúa para cambiar -.-,„.- - tXL -¿ - '.Í -. rápidamente la densidad de energía del rayo láser 110. El láser excímero 110 y el modulador de densidad de energía 120 son ambos vinculados por una conexión intrafase de computadora 101 a una computadora 100 para hacer el efecto de modulador de densidad de energía 120 de conformidad con los tiempos de las pulsaciones de láser generados por láser 110. El rayo láser modulado 121 es dirigido a través del atenuador de rayos y la persiana 130, que permite un mejor control sobre el flujo del rayo láser modulado.
El flujo del rayo láser controlado 131 es dirigido a la superficie reflejante 140 y a través de lentes telescópicos 141 y 142 para incidir en la superficie reflejante 143, donde es dirigida a través del homogeneizador de rayo 144. Los lentes telescópicos que pueden ser dos lentes plano-convexos 141 y 142 u otros lentes de configuración conocida, actúan para dar forma al rayo láser para igualar los requerimientos del homogeneizador de rayo 144. El homogeneizador de rayo, que puede ser un homogeneizador de rayo Microlas 144, hace que el rayo láser gane flujo casi uniforme en el plano de homogeneización. El rayo homogeneizado 146 pasa a través de lentes de condensación 145, reflejados por la superficie reflejante 147 y pasado a través de los lentes de campo 148, los cuales coliman el rayo.
El rayo colimado 149 pasa a través del sistema de encubrimiento 150, el cual será mejor descrito más adelante. Rayitos con patrón 151 son sacados del sistema de encubrimiento 150, reflejados por la superficie reflejante 160, pasados a través de lentes de ojo 161, reflejados de la superficie reflejante 162 y pasados a través de lentes de objetivo 163. Alternativamente, los rayitos pueden ser dirigidos a lentes de objetivo 163 sin reflejos intermediarios. Los lentes objetivo 162 actúan para disminuir y enfocar el rayo con patrón 151.
El rayo con patrón enfocado 164 es incidente sobre una delgada película de silicio muestra 170, tal como una película de silicio amorfo o granulada al azar policristalina de entre 100 Angstroms a más de 5000 Angstroms, depositada en un sustrato. De conformidad con la invención, la muestra 170 es preferiblemente guardada a la temperatura ambiente de un cuarto y no tiene que ser precalentada. Como se describe más adelante, el rayo con patrón enfocado 164 es utilizado para solidificar lateralmente la muestra delgada de silicio 170 en una película única o policristalina uniformemente granulada.
La muestra de película de silicio 170 se coloca sobre la unidad de traslación de muestra 180, la cual es descrita más ampliamente más adelante, la cual descansa sobre un bloque de granito 190. El bloque de granito 190 es apoyado por un sistema de soporte 191, 192, 193, 194, 195, 196 el cual es controlado activamente para minimizar la vibración del bloque de granito 190 la cual puede ser causada por movimientos del suelo. El bloque de granito debe ser manufacturado con precisión para tener una superficie plana y preferiblemente de alta graduación como de Grado de Laboratorio AA por especificaciones federales GGG-P-463c. El sistema de soporte puede ser un sistema disponible comercialmente de Technical Manufacturing Corporation, el cual es controlado de forma neumática para inhibir el paso de vibraciones al bloque de granito 190. Soportes cruzados entre las patas 191, 192, 193, 194, 195, 196 pueden ser utilizados para mayor estabilidad.
Con referencia a las Figuras 2a y 2b, el modulador de densidad de energía 120 se describe con mayor detalle. La Figura 2a muestra una vista lateral del modulador de rayo de energía 120, el cual incluye una rueda de metal 210, motor 220, y una pluralidad de atenuadores de rayos 230. El motor 220 es un motor progresivo estándar e incluye un codificador para que el motor 220 pueda alimentar a la computadora 100 con información sobre la posición angular de la rueda 210, e igualmente, la posición de cada uno de los atenuadores de rayos 230. Cada atenuador de rayo 230 es acoplado a la rueda 220 para permitir la rotación del mismo. Atenuadores de rayo comercialmente disponibles fabricados de una pieza cubierta de silicio dióxido dieléctrico o de fluoruro de magnesio son adecuados para su uso como atenuadores de rayo 230.
Para el rayo láser generado por el modelo Lambda Physik LPX315Í, el cual es aproximadamente de 1.5 x 3 centímetros, una rueda adecuada 210 puede ser de aproximadamente 10 a 20 centímetros de diámetro, e incluyen al menos 10 atenuadores de rayos, cada uno ligeramente mayores a 1.5 x 3 üi- Í^ - i. . » < » s i s ^ , , ._. . ,. _ . .i , ^ »t . at. «. JEA i Aj centímetros, alrededor de la rueda 210. La Figura 2b es un diagrama tomado a lo largo de la sección cruzada A-A' de la Figura 2a, mostrando diez atenuadores de rayos 230. El número de atenuadores de rayos 230 escogidos dependerá del tamaño del granulado deseado, para granulado mayor se requieren más pulsaciones excímeras para manufacturar, y por ello más atenuadores de rayos .
En operación, el modulador de densidad de energía 120 y el láser excímero 110 son operados de manera sincronizada bajo el control de la computadora 100 para alcanzar la atenuante deseada de cada pulsación de láser emitido por el láser excímero 110. Por ejemplo, si 10 pulsaciones excímeras son requeridas para irradiar adecuadamente una pequeña zona de la muestra de silicio 170 y el láser excímero emite pulsaciones láser a 100 Hz, la rueda 210 será rotada a diez revoluciones por segundo, ó 600 rpm, en sincronía con la emisión de pulsaciones de láser. En este ejemplo, cada pulsación láser será incidental sobre diferentes atenuadores de rayos 230 cuando cada atenuador esté en posición sustancial correspondiente a la trayectoria del rayo. De conformidad con la presente invención, las últimas pulsaciones de láser del grupo son atenuadas para aplanar la delgada película de silicio que es irradiada. Por tanto, , en el ejemplo anterior, los primeros siete atenuadores de rayos 230 no atenuarían o sería muy poca la atenuante, mientras que los atenuadores ocho, nueve y diez aumentarían el flujo del atenuante de la incidencia de impulsos de rayos 111.
Así, como se muestra en la Figura 3, el modulador de densidad de energía 120 cambia el perfil del flujo de las pulsaciones de rayos láser emitido por el láser excímero 110. Si el láser excímero emite pulsaciones de rayo láser con un flujo de 300 mJ/cm2, el modulador de densidad de energía 120 puede ser montado para dejar pasar libremente las primeras siete pulsaciones, para atenuar la octava pulsación a 250 mJ/cm2, la novena pulsación a 200 mJ/cm2, y para bloquear completamente la décima pulsación. Obviamente, lo anterior es meramente un ejemplo y aquellos versados en el oficio apreciarán que otros perfiles de flujo son fácilmente alcanzados cambiando el número de atenuadores sobre la rueda 210 y la cubierta dieléctrica de cada atenuador.
En una incorporación alternativa del modulador de densidad de energía 120 mostrado con referencia a la Figura 4, se logra mayor flexibilidad en la configuración del perfil de atenuación cuando el atenuador es cubierto con un dieléctrico de capas múltiples adecuado para la transmisión variable dependiendo del ángulo de incidencia del rayo de pulsación incidental. Así, un atenuador de rayo variable 410 controlado por un motor de paso 411 es colocado para recibir las pulsaciones de rayos incidentales 111 y para atenuar el rayo de conformidad con el ángulo Theta. El rayo atenuado 121 es llevado de regreso al eje del rayo pasándolo a través del plato compensador 420 el cual es movido por el motor 412 para que el atenuador del rayo 410 y el plato compensatorio 420 estén en i_£ i i,» l ángulos opuestos con respecto al eje del rayo. Como con la incorporación mostrada en la Figura 2, el atenuador del rayo es rotado bajo control de la computadora 100 para sincronizar el tiempo de las pulsaciones del rayo láser emitidos por el láser 110 y la atenuante causada por el modulador de densidad de energía 120.
Refiriéndonos a las Figuras 5a y 5b, el modulador de densidad de energía de traslado adecuado para usarse con el sistema de la Figura 1 será a continuación descrito. Como se muestra en la Figura 5a, la incorporación incluye una plataforma de traslado 510 a la cual varios atenuadores de rayos 520, 530, 540 de atenuación diversa son acoplados. En operación, la plataforma de traslado será posicionada por la computadora 100 de tal forma que el rayo láser 111 no pase a través de ninguno de los atenuadores durante las pulsaciones iniciales excímeras. Hacia el final del ciclo de pulsaciones, el nivel de traslado es movido para que el rayo 111 pase a través de los atenuadores 520, 530, 540, para formar un rayo atenuado en aumento 121. La computadora sincroniza el movimiento de la plataforma de traslado 510 de tal forma que cada pulsación excímera secuencial pasa a través del centro de los atenuadores respectivos. Un inconveniente de esta incorporación es que la plataforma se posicionará para atenuar al máximo la primera pulsación del siguiente ciclo de pulsaciones. Sin embargo, este inconveniente puede ser superado si el nivel de atenuante incluye dos grados ortogonales de libertad, como se muestra en la Figura 5b. Los ...i . i . traslasdadores de rayos 550 pueden ser posicionados para interceptar la dirección del rayo cuando se desea atenuante hacia el final del ciclo de pulsaciones, y movido fuera del trayecto del rayo 560 antes de la iniciación del siguiente ciclo, como se indica en la dirección Y, y trasladada en la dirección X a una posición inicial mientras se deseen rayos no atenuados .
Refiriéndonos a la Figura 6, será descrito un modulador de densidad de energía movible de placas múltiples adecuado para usarse en el sistema de la Figura 1. La incorporación incluye atenuadores de varios rayos, cada uno de los cuales es movible a una posición en el curso 610, 620, 630 del rayo incidental 111 o fuera del curso del rayo 611,621, 631. Los atenuadores pueden ser movibles en dirección perpendicular al trayecto del rayo, o pueden girar o rotar para moverse dentro o fuera del trayecto del rayo. En la operación, la computadora 100 posiciona cada atenuador de tal forma que el rayo de láser 111 no pasa a través de ningún atenuador durante las pulsaciones iniciales excímeras. Hacia el final del ciclo de pulsaciones, la computadora hace que los atenuadores se muevan para que cada rayo 111 pase a través de uno o más atenuadores para formarse un rayo atenuado en aumento 121 de conformidad con el perfil de modulación deseado. La computadora sincroniza el movimiento de los atenuadores de tal forma que cada pulsación excímera secuencial pase a través del centro de todos los atenuadores que están colocados en el trayecto del rayo. Debe entenderse que en , rf,.» i t s <? operación, puede ser deseable pasar varias pulsaciones excímeras a través del mismo atenuador, o variar el esquema de atenuación de cualquier otra forma para lograr el perfil de atenuación deseado.
Con referencia a la figura 7, el sistema de encubrimiento 150 es descrito con mayor detalle. El rayo homogeneizado y en forma de columna 149, pasa a través de la mascara 710 que contiene un patrón inmediatamente después. La mascara 710 puede ser una espoleta de lámina de silicio cubierta de cromo o dieléctrica, y deberá incluir un patrón, tal como la formación de aberturas o cheurones, que han sido grabados del encubrimiento. La mascara 710 descansa sobre un marco abierto XY del nivel de traslado 720 que está controlado por los ejes de los motores X e Y 730 bajo la dirección de la computadora 100. El movimiento del nivel de traslado XY 720 permite el crecimiento de cristales dentro de la muestra de silicio 170, como se describe más adelante. Alternativamente, la mascara puede descansar sobre el marco abierto de la plataforma fija, con el traslado del rayo siendo afectado por el trasladador de muestra 180. Como se describe en detalle en la comúnmente asignada aplicación copendiente número de serie 09/200,533, presentada el 27 de noviembre de 1996, cuyo detalle se incorpora al presente como referencia, la mascara de formación de abertura permite la producción de silicio policristalino de granulado largo que tiene una estructura sustancial de granulado uniforme, mientras que la mascara de formación de cheurón permite la producción de ubicación controlada de grandes zonas de cristal de silicio único.
Con referencia a la figura 8, el nivel de traslado de la muestra 180 es descrito con más detalle. El nivel puede incluir un nivel de traslado con motor lineal de soporte de aire, por ejemplo la plataforma del modelo Aerotech ATS 8000. Por tanto, la plataforma Aerotech incluye trasladadores de dirección X e Y 810, 820, y es controlada por computadora 100. Un trasladador separado de dirección Z 830, también controlado por computadora 100, es preferiblemente incluido. La muestra de silicio 170 descansa sobre el trasladador de dirección Z 830 en el trayecto del rayo encubierto 164.
En operación, la computadora 100 controla el movimiento tanto de la plataforma de traslado de muestra 180 o la plataforma de traslado de encubrimiento 720 de conformidad con el tiempo de la generación de pulsaciones generadas por el láser excímero 110 para efectuar el deseado crecimiento de cristales sobre la muestra de silicio 170. Tanto la muestra 170 es movida con respecto a la pulsación incidente 164, o alternativamente, la ubicación de la pulsación 164 es movida con respecto a la muestra 170 a través de la plataforma de traslado encubierta.
Para producir estructuras de silicio de granulado largo, se da el traslado a menor escala entre cada pulsación Í-4-Aa» . ; excímera de una serie de pulsaciones hasta que la pulsación final de la serie ha sido absorbida por la muestra 170. Conforme cada pulsación es absorbida por la muestra, una pequeña área de la muestra se derrite y se resolidifica en una zona de cristales iniciada por la pulsación inicial de una serie de pulsaciones. Claro que el número de pulsaciones en un grupo de pulsaciones definirá el tamaño del granulado que será producido, con más pulsaciones permite el crecimiento de cristales de mayor tamaño. Así, dado que estructuras de cristal con varias longitudes que varían de aproximadamente 0.5 mieras a 2 mieras pueden ser producidas de una simple pulsación, debe entenderse que las estructuras de cristal que son obtenidas de longitudes de décimas de mieras pueden ser generadas por un adecuado grupo de pulsaciones .
A fin de evitar protuberancias en la superficie cerca del último lugar de solidificación del cristal, las últimas pulsaciones de un grupo de pulsaciones son atenuadas. Con referencia a las Figuras 9a a la 9c, cuando una delgada película de silicio 900 es irradiada con una pulsación de láser excímero con suficiente energía para efectuar el derretido completo por toda la película 900, una zona líquida 912 es formada entre dos zonas sólidas 911, 912. Dos frentes de cristal 921, 922 se forman y crecen en la zona líquida angostada 922 hasta que todo el silicio líquido se cristaliza como parte de los cristales 930, 931. Ya que el silicio es más denso cuando está en fase líquida que cuando está en la fase sólida, el volumen de la película de silicio aumenta conforme el silicio se solidifica, por ello forma un monte 933 donde dos cristales 930, 931 se encuentran con 932.
De conformidad con la presente invención, una o más pulsaciones atenuados son aplicadas a la delgada película, sea después de que las largas estructuras policristalinas o de silicio único cristalino se forman o cerca del final de la formación de tales estructuras. Con referencia a las Figuras 9d a 9f, cuando la pulsación de láser atenuado es aplicada a la película de silicio 940 en la zona del monte 941, la superficie superior de la película se licúa 952, dejando cristales cercanos 950, 951 unidos en la superficie del fondo de la película. Dado que no puede haber crecimiento lateral de cristales 950, 951, los cristales crecen hacia arriba 960, 961 para formar un límite de cristal que puede no tener monte o un monte menos pronunciado 962 que el monte 941.
Con referencia a las Figuras 10 y 11, los pasos ejecutados por la computadora 100 para controlar el proceso de crecimiento de cristales de conformidad con la presente invención será ahora descrito. La figura 10 es un diagrama de flujo ilustrando los pasos básicos instrumentados en el sistema de la Figura 1. Los varios electrónicos del sistema mostrado en la Figura 1 son inicializados 1000 por la computadora para iniciar el proceso. Una delgada muestra de película de silicio es cargada en la plataforma de traslado de muestras 1005. Debe hacerse notar que tal carga puede ser manual o instrumentada por robot bajo el control de la computadora 100. Seguido, la plataforma de traslado de la muestra es movida a una posición inicial 1015, que puede incluir una alineación con respecto a características de referencia de la muestra. Los varios componentes ópticos del sistema están enfocados 1020 si es necesario. El láser es entonces estabilizado 1025 a un nivel de energía deseado y a un nivel considerado, como sea necesario para derretir completamente la muestra de silicio de conformidad con el proceso en particular que se realiza. Si es necesario, la atenuación de las pulsaciones de láser es ajustada finamente 1030.
Seguido, el traslado de la muestra comienza 1035 a una velocidad predeterminada y en una predeterminada dirección, de conformidad con la microestructura deseada de la muestra. Se abre la persiana 1040 para exponer la muestra a la irradiación y de conformidad comenzar el proceso lateral secuencial de solidificación.
El traslado de la muestra y la irradiación continua hasta que la cristalización deseada ha sido completada 1050, 1051, en cuyo momento la computadora cierra la persiana y detiene el traslado 1055, 1060. Si otras áreas de la muestra han sido designadas para cristalización, la muestra se reposiciona 1065, 1066 y el proceso de cristalización se repite en una zona nueva. Si no han sido designadas otras zonas para cristalización, el láser se cierra 1070, el programa se cierra 1075, y el proceso es completado 1080. Claro que si se desea el proceso de muestras adicionales o si la presente invención es utilizada para el proceso de horneado, los pasos 1005, 1010 y 1035 a 1065 pueden ser repetidos en cada muestra.
La Figura 11 es un diagrama de flujo ilustrando los pasos instrumentados en el sistema de la Figura 1 con la modulación de la densidad de energía. Los pasos 1100 a 1140, y 1150 a 1180 son idénticos a aquellos descritos arriba con referencia a la Figura 10 para los pasos 1000 a 1040 y 1050 a 1080. A fin de instrumentar la modulación de la densidad de energía, la atenuación de las pulsaciones de láser excímero es modulada 1145 en una forma predefinida para ser sincronizados tanto con el tiempo de la emisión de las pulsaciones de láser por el láser y la posición instantánea de la muestra de silicio siendo irradiada. En relación con lo anterior, la habilidad de variar el grado en el cual el atenuador del rayo es movido para impactar la modulación de la densidad de energía sobre el ciclo de atenuación- modulación puede ser deseable para alcanzar una mayor flexibilidad.
Lo anterior solamente ilustra los principios de la invención. Varias modificaciones y alteraciones a las incorporaciones descritas serán aparentes a aquellos con habilidad en el arte en vista de las enseñanzas incluidas. Por ejemplo, aún cuando lo anterior describe una muestra colocada en i -*S .. I una plataforma de traslado, puede ser ventajoso colocar la muestra dentro de una cámara de vacío o una cámara con una atmósfera controlada, tal como la que guarda un gas inerte, con la cámara sobre la plataforma de traslado. Otros tipos de homogeneizadores pueden ser utilizados, tal como el homogeneizador a ojo de mosca. En vez de usar un trasladador XY apilado, pueden ser utilizados trasladadores de mayor precisión con mayor grado de libertad. Más aún, para poder asegurar que las pulsaciones excímeras sean enfocadas correctamente en la muestra, un sistema activo de enfoque puede ser utilizado. Por tanto se apreciará que aquellos con habilidad en el arte serán capaces de concebir numerosos sistemas y métodos que, aún cuando no han sido mostrados explícitamente o descritos aquí, incorporan los principios de la invención y por ello están dentro del espíritu y alcance de la invención.

Claims (27)

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. Un sistema para procesar una muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalina o única que comprende: (a) un láser excímero para generar una pluralidad de pulsaciones láser de excímero de un flujo predeterminado; (b) un modulador de densidad de energía, acoplado ópticamente a dicho láser de excímero para modular controlablemente dicho flujo de dichas pulsaciones de láser de excímero emitidas por el láser de excímero; (c) un rayo homogenizador, ópticamente acoplado a dicho modulador de densidad de energía, para homogenizar dichas pulsaciones láser moduladas en un plano predeterminado; (d) una máscara, acoplada ópticamente a dicho homogenizador de rayo, para enmascarar partes de dichas pulsaciones láser moduladas y homogenizadas en rayitos con patrón; (e) una fase de muestra, ópticamente acoplada a dicha máscara, para recibir dichos rayitos con patrón para efectuar el derretido de partes de cualquier muestra de película delgada de silicio amorfo colocada sobre las mismas que corresponden a dichos rayitos; (f) medios de traslación acoplados a uno o más del grupo que consiste de dicha fase de muestra y de dicha máscara, para trasladar controlablemente una posición relativa de dicha fase de muestra con respecto a una posición de dicha máscara; y (g) una computadora, acoplada a dicho láser de excímero, dicho modulador de densidad de energía, y dichos medios de traslación, para controlar la modulación de flujo controlable de dichas pulsaciones de láser de excímero y dichas posiciones relativas controlables de dicha fase de muestra y de dicha máscara, y para coordinar dicha generación de pulsación de excímero y dicha modulación de flujo con dichas posiciones relativas de dicha fase de muestra y de dicha máscara para procesar por tanto dicha muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino o única mediante la traslación en secuencia de dicha fase de muestra en relación a dicha máscara y la irritación de dicha muestra por los rayitos con patrón de flujo variable en lugares secuenciales correspondientes sobre la misma.
2. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho láser de excímero es un láser de excímero ultravioleta para generar pulsaciones láser de tíÁ .f - y ., ,1 i Jy.y. y excímero ultravioleta.
3. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho modulador de densidad de energía comprende : (a) una rueda girable; (b) dos o más atenuadores de rayo circunferencialmente montado sobre dicha rueda; y (c) un motor, acoplado mecánicamente a dicha rueda y acoplado a dicha computadora, para hacer girar controlablemente dicha rueda de manera que cada pulsación secuencial emitida por dicho láser pasa a través de uno de dichos dos o más atenuadores de rayo .
4. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 3, caracterizado porque dos o más atenuadores de rayo son capaces de producir por lo menos dos niveles diferentes de atenuación de flujo.
5. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 3, caracterizado porque por lo menos uno de dichos dos o más atenuadores de rayo no atenúan el flujo de rayo y por lo menos un atenuador diferente causa una atenuación de flujo. -Ü _..a.,.l ^ i &_ .*
6. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho modulador de densidad de energía comprende una placa dieléctrica de capas múltiples, acoplada ópticamente a dicho láser de excímero y girable alrededor de un eje perpendicular a una trayectoria formada por dichas pulsaciones de excímero, y un flujo variable que modula dichas pulsaciones de excímero con dependencia de un ángulo formado entre dicha trayectoria de pulsación de excímero y dicho eje de rotación.
7. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 6, caracterizado además porque comprende una placa compensadora, acoplada ópticamente a dicha placa dieléctrica de capas múltiples para compensar por la traslación de dicha trayectoria de pulsación de excímero usada por dicha placa dieléctrica de capas múltiples.
8. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho modulador de densidad de energía comprende: (a) uno o más atenuadores de rayo; y (b) una fase de traslación, acoplada mecánicamente a cada uno de dichos dos o más trasladadores de rayo y acoplados a dicha computadora para controlablemente trasladar dicho uno o más atenuadores de rayo de manera que cada pulsación secuencial emitida por dicho láser pasa a través de uno de dicho uno o más atenuadores de rayo o pasa a través de dicho modulador de densidad de energía sin pasar a través de ninguno de dicho uno o más atenuadores de rayo.
9. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 8, caracterizado porque dicha fase de traslación es movible en ambas una dirección paralela a una trayectoria formada por dichas pulsaciones de excímero y una dirección perpendicular a dicha trayectoria, y en donde dicho uno o más atenuadores de rayo son colocables de manera que dichas pulsaciones de excímero pasen a través de uno de dicho uno o más atenuadores de rayo o a través de ninguno de dicho uno o más atenuadores de rayo.
10. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho modulador de densidad de energía comprende uno o más atenuadores de rayo movibles acoplado a dicha computadora, y siendo controlablemente movido de manera que cada pulsación secuencial emitida por dicho láser pasa a través de uno o más de dicho uno o más atenuadores de rayo o pasa a través de dicho modulador de densidad de energía sin pasar a través de ninguno de dicho uno o más atenuadores de rayo.
11. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado además porque comprende un obturador ópticamente acoplando dicho atenuador de rayo a dicho homogenizador de rayo y permitiendo que dicho rayo atenuado pase a través cuando se coloca en una posición abierta y bloquea dichos rayos de atenuación cuando se coloca en una posición cerrada .
12. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado además porque comprende óptica de lentes telescopiantes acoplando ópticamente dicho atenuador de rayo a dicho homogenizador de rayo y conformando dichos rayos atenuados para casar con dicho homogenizador de rayo.
13. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dichos medios de traslación comprenden: (a) una fase de traslación de máscara, acoplada mecánicamente a dicha máscara, y trasladable en ambas direcciones ortogonales que son perpendiculares a una trayectoria formada por dichos rayos homogenizados; y (b) un motor de fase de traslación, acoplado mecánicamente a dicha fase de traslación de máscara y acoplado a dicha computadora, para trasladar controlablemente dicha fase de traslación de máscara en ambas de dichas direcciones trasladables bajo el control de dicha computadora. nj ik,-.
14. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dichos medios de traslación comprenden dicha fase de traslación de muestra, y en donde dicha fase de traslación de muestra incluye una parte de traslación en la dirección X y una parte de traslación en la dirección Y, cada una estando acoplada a dicha computadora y una a otra, dichas partes de traslación en la dirección X e Y permiten el movimiento en dos direcciones ortogonales que son perpendiculares a una trayectoria formada por dichos rayitos con patrón y siendo controlables por dicha computadora para trasladar controlablemente dicha muestra en ambas de dichas direcciones trasladables bajo el control de dicha computadora.
15. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado porque dicha fase de traslación de muestra además comprende una parte de traslación en la dirección Z acoplada a dicha computadora y a por lo menos una de dichas partes de traslación en la dirección X e Y, para permitir el movimiento de dicha muestra en una dirección paralela a dicha trayectoria formada por dichos rayitos con patrón.
16. El sistema tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado además porque comprende un bloque de granito, acoplado mecánicamente a dichos medios de traslación sobre un lado de los mismos opuesto a un lado al cual es aplicada dicha muestra, para estabilizar dicha muestra de la vibración ambiente. í Á .£^.yjí,«¿
17. Un método para procesar una muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalina o única que comprende los pasos de: (a) generar una secuencia de pulsaciones láser excímero; (b) modulador controlablemente cada pulsación láser de excímero en dicha secuencia a un flujo predeterminado; (c) homogenizar cada pulsación láser modulada en dicha secuencia en un plano predeterminado; (d) partes enmascaradoras de cada pulsación láser controlada de flujo homogenizado en dicha secuencia para generar una secuencia de pulsaciones controladas de flujo de rayitos con patrón; (e) irradiar una muestra de película delgada de silicio amorfo con dicha secuencia de rayitos con patrón de flujo controlado para efectuar el fundido de partes de la misma que corresponden a cada pulsación de rayito con patrón de flujo controlado en dicha secuencia de pulsaciones de rayitos con patrón; y (f) trasladar secuencialmente y controlablemente dicha muestra en relación a cada una de la pulsación de flujo jfa>J.«j l.»J« t., a .,.. . . ^ ». controlado de rayitos con patrón para procesar por tanto dicha muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio única o policristalina.
18. El método tal y como se reivindica en la cláusula 17, caracterizado porque dicho paso de generar una secuencia de pulsaciones láser de excímero comprende el generar una secuencia de pulsaciones láser de excímero ultravioleta.
19. El método tal y como se reivindica en la cláusula 17, caracterizado porque dicho paso de modulación comprende el hacer girar controlablemente dos o más atenuadores de rayo montados circunferencialmente sobre una rueda giratoria de manera que cada una de las pulsaciones de secuencia pasa a través de uno de dichos dos o más atenuadores de rayo.
20. El método tal y como se reivindica en la cláusula 19, caracterizado porque dicho paso de modulación además comprende el pasar dichas pulsaciones láser secuenciales a través de dos o más atenuadores de rayo que tienen por lo menos dos niveles diferentes de atenuación de flujo.
21. El método tal y como se reivindica en la cláusula 17, caracterizado porque dicho paso de modulación comprende el pasar cada una de dichas pulsaciones láser secuenciales a través de una placa dialéctica de capas múltiples giratoria, y modular el flujo variable de cada una de dichas J^? t il . X ^..j ._y y _. yy yy ^y,»^^ _ y. „_ „...« .,,_ .,..*.,„ ^JJ^j ^ ^^t ' pulsaciones láser secuenciales en dependencia de un ángulo formado entre una trayectoria formada por dicha secuencia de pulsaciones láser y dicha placa dialéctica.
22. El método tal y como se reivindica en la cláusula 21, caracterizado porque dicho paso de modulación además comprende el compensar por la traslación de dicha trayectoria de pulsación causada por dicha placa dialéctica de capas múltiples.
23. El método tal y como se reivindica en la cláusula 17, caracterizado porque dicho paso de modulación comprende el trasladar controlablemente uno o más atenuadores de rayo de manera que cada pulsación secuencial pase a través de ninguno o de uno de dicho uno o más atenuadores de rayo.
24. El método tal y como se reivindica en la cláusula 17, caracterizado porque dicho paso de modulación comprende el pasar dichas pulsaciones láser a través de uno o más atenuadores de rayo controlablemente movibles de manera que cada pulsación secuencial pase a través de ninguno, de uno o más de dichos uno o más atenuadores de rayo.
25. El método tal y como se reivindica en la cláusula 17, caracterizado porque dicho paso de traslación comprende el trasladar controlablemente una posición de dichos rayitos con patrón en dos direcciones ortogonales perpendiculares a una trayectoria formada por dichos rayitos con patrón.
26. El método tal y como se reivindica en la cláusula 17, caracterizado porque dicho paso de traslación comprende el trasladar controlablemente una posición de dicha muestra en dos direcciones ortogonales perpendiculares a una trayectoria formada por dichos rayitos con patrón.
27. El método tal y como se reivindica en la cláusula 17, caracterizado porque el paso de traslación comprende el trasladar controlablemente una posición de dicha muestra en dos direcciones ortogonales perpendiculares a una trayectoria formada por dichos rayitos con patrón y en una dirección paralela a dicha trayectoria formada por dichos rayitos con patrón. R E S U M E N Están descritos un sistema y métodos para procesar una muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio única o policristalina. El sistema incluye un láser de excímero para generar una pluralidad de pulsaciones láser de excímero de un flujo predeterminado, un modulador de densidad de energía para modular controlablemente el flujo de las pulsaciones láser de excímero, un homogenizador de rayo para homogenizar pulsaciones láser moduladas en un plano predeterminado, una máscara para enmascarar partes de las pulsaciones láser moduladas y homogenizadas en rayitos con patrón, una fase de muestra para recibir los rayitos con patrón para efectuar el fundido de partes de cualesquier muestra de película delgada de silicio amorfo colocadas sobre las mismas correspondiendo a los rayitos, medios de traslación para trasladar controlablemente una posición relativa de la fase de muestra con respecto a una posición de la máscara y una computadora para controlar la modulación de flujo controlable de las pulsaciones láser de excímero y las posiciones relativas controlables de la fase de muestra y máscara, y para coordinar la generación de pulsación de excímero y la modulación de flujo con las posiciones relativas de la fase de muestra y máscara, para por tanto procesar la muestra de película delgada de silicio amorfa en una película delgada de silicio única o policristalina mediante una traslación secuencial de la fase de muestra en relación a la máscara e irradiación de la muestra con rayitos con patrón de flujo variable a lugares secuenciales correspondientes sobre la misma.
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