KR20100028008A - Process and apparatus for changing the structure of a semiconductor layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적어도 하나의 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광으로 반도체 층의 구조를 변경시키기 위한 프로세스 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a process and apparatus for modifying the structure of a semiconductor layer with at least one first laser light and a second laser light.
비정질 실리콘 및 다른 반도체 물질에 관한 열적 프로세스를 개시시키기 위한 목적으로 레이저 조사(laser irradiation)를 사용하는 것이 알려져 있다. 이와 관련하여, 예를 들어, 도핑을 활성화시킬 목적으로, 삼차원 스위칭 회로를 위해 비정질 층들을 결정화시킬 목적으로, 그리고 결정 결함을 치유할 목적으로 반도체 물질이 조사된다.It is known to use laser irradiation for the purpose of initiating thermal processes for amorphous silicon and other semiconductor materials. In this regard, semiconductor materials are irradiated, for example, for the purpose of activating doping, for crystallizing amorphous layers for three-dimensional switching circuits, and for healing crystal defects.
비정질 층들의 결정화 및 결정 결함의 치유는, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 및 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED) 디스플레이를 생산하기 위한(특히, 평면 디스플레이 스크린과 같은 면적이 큰 디스플레이에 대한) 반도체 필름의 준비시에 사용된다. 이러한 디스플레이는, 디스플레이 상에 디스플레이될 픽셀들을 스위칭시키기 위해 박막 트랜지스터(Thin-Film Transistors, TFT)를 사용한다. 레이저 광으로 반도체 필름을 조사함으로써, 반도체 필름의 전자 이동도가 특히 증가할 수 있다. 결과적으로, 더 작은 트랜지스터의 제조가 가능하고, 이것에 의해 해상도가 더 높은 디스플레이가 더 콤팩트하고, 더 가볍고, 그리고 더 얇은 구조적 설계로 생산될 수 있다.Crystallization of the amorphous layers and healing of crystal defects may be useful in large area displays, such as flat display screens, to produce liquid crystal displays (LCDs) and organic light emitting diode (OLED) displays. It is used at the time of preparation of a semiconductor film. Such displays use thin-film transistors (TFTs) to switch the pixels to be displayed on the display. By irradiating the semiconductor film with laser light, the electron mobility of the semiconductor film can be particularly increased. As a result, it is possible to manufacture smaller transistors, whereby a higher resolution display can be produced with a more compact, lighter, and thinner structural design.
크기를 감소시키기 위해, 또한 디스플레이의 무게와 두께를 훨씬 더 감소시키기 위해, 그리고 디스플레이의 해상도들 더욱 더 증가시키기 위해, 훨씬 더 높은 품질의 반도체 물질이 필요하다.In order to reduce size, and to further reduce the weight and thickness of the display, and to further increase the resolutions of the display, much higher quality semiconductor materials are needed.
공개문헌 US 2003/0024905 A1은 반도체 층을 조사하는 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 레이저 소스에 의해 발생된 세 개의 레이저 빔들이 이동가능한 평면 상에 정렬된 기판 상에서 반사된다.Publication US 2003/0024905 A1 relates to an apparatus for irradiating a semiconductor layer. In one embodiment, three laser beams generated by the laser source are reflected on the substrate aligned on the movable plane.
공개문헌 US 2007/0178631 A1은 반도체 필름을 결정화하는 프로세스 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 레이저 빔은 두 개의 레이저 빔 부분들로 분할되고, 그리고 렌즈를 통해 두 개의 레이저 빔 부분들은 반도체 필름의 동일 표면 영역 상에 집속된다.Publication US 2007/0178631 A1 relates to a process and an apparatus for crystallizing a semiconductor film. In one embodiment, the laser beam is split into two laser beam portions, and through the lens the two laser beam portions are focused on the same surface area of the semiconductor film.
본 발명의 목적은 반도체 층을 조사하기 위한 프로세스 및 장치가 이용가능하도록 만드는 것이며, 이것을 통해 반도체 층의 균일도가 증가할 수 있다.It is an object of the present invention to make the process and apparatus for irradiating a semiconductor layer available, through which the uniformity of the semiconductor layer can be increased.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은, 반도체 층의 구조를 변경시키는 프로세스에 의해, 제 1 레이저 광으로 상기 반도체 층의 적어도 일 표면 영역을 조사(irradiate)하고, 그리고 적어도 하나의 제 2 레이저 광으로 상기 반도체 층의 상기 적어도 일 표면 영역을 조사함으로써 달성되는데, 여기서 상기 제 1 레이저 광과 상기 제 2 레이저 광은 단지 시간적으로 연속하여 일 방향으로 한번 상기 반도체 층의 상기 적어도 일 표면 영역을 일소(sweep)하고, 상기 제 1 레이저 광은 상기 제 2 레이저 광보다 낮은 방사 강도(radiation intensity)를 나타내며, 상기 제 1 레이저 광과 상기 제 2 레이저 광은 하나의 레이저 빔으로부터 발생된다.According to the invention, this object is achieved by irradiating at least one surface area of the semiconductor layer with a first laser light by a process of modifying the structure of the semiconductor layer, and with the at least one second laser light. Achieved by irradiating the at least one surface area of the semiconductor layer, wherein the first laser light and the second laser light only sweep the at least one surface area of the semiconductor layer once in one direction in succession in time The first laser light exhibits a lower radiation intensity than the second laser light, and the first laser light and the second laser light are generated from one laser beam.
반도체 층의 적어도 일 영역을, 먼저 제 1 방사 강도 혹은 에너지 밀도를 갖는 레이저 광으로 조사하고, 시간적으로 오프셋되어, 후속적으로 첫번째 조사의 경우보다 더 높은 방사 강도 혹은 에너지 밀도를 갖는 레이저 광으로 조사함으로써, 첫번째 조사에 의해 반도체 층의 적어도 일 영역이 두번째 조사를 위해 준비될 수 있다. 반도체 층의 적어도 일 영역을 이처럼 사전 처리함으로써, 두 번째 조사를 통해 결과적으로 층 성질이 더 좋아 질 수 있다. 예를 들어, 첫번째 조사 중에 반도체 층의 증착된 층들로부터 수소가 증발될 수 있다. 이러한 것은 특히 미세폭발 없이 일어날 수 있다. 첫번째 조사에 의해, 반도체 층 내에서의 혹은 상에서의 결함(예를 들어, 오염)이 또한 반도체 층의 파괴 없이 제거될 수도 있다. 결과적으로, 첫번째 조사에 의해 두번째 조사의 효율성이 증가한다. 따라서, 첫번째 조사에 의해, 특히 두번째 조사에 대한 프로세스 윈도의 폭이 넓어진다. 결과적으로, 첫번째 조사와 두번째 조사는 서로 함께 상승 효과(synergistic effect)를 일으키고, 이것에 의해, 반도체 층의 균일도가 증가할 수 있고 그 표면이 더 평탄해질 수 있다.At least one region of the semiconductor layer is first irradiated with laser light having a first emission intensity or energy density, and is offset in time, subsequently with laser light having a higher emission intensity or energy density than in the case of the first irradiation. By this, at least one region of the semiconductor layer can be prepared for the second irradiation by the first irradiation. By pretreating at least one region of the semiconductor layer in this way, a second investigation can result in better layer properties. For example, hydrogen may be evaporated from the deposited layers of the semiconductor layer during the first irradiation. This can happen especially without microexplosion. By first irradiation, defects (eg, contamination) in or on the semiconductor layer may also be removed without breaking the semiconductor layer. As a result, the first survey increases the efficiency of the second survey. Thus, the first survey, in particular for the second survey, widens the process window. As a result, the first irradiation and the second irradiation together produce a synergistic effect with each other, whereby the uniformity of the semiconductor layer can be increased and the surface thereof can be smoother.
하나의 레이저 빔으로부터의 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광이 발생되기 때문에, 양쪽 조사 혹은 노출은 임의의 스캔 절차로 발생될 수 있다. 결과적으로, 스캔 절차에서 이중 노출을 갖는 본 발명에 따른 프로세스로 처리량이 커질 수 있다.Since the first laser light and the second laser light from one laser beam are generated, both irradiation or exposure can be generated by any scan procedure. As a result, the throughput can be increased with the process according to the invention with double exposure in the scanning procedure.
더욱이, 두 개의 개별 레이저 빔 소스들이 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광을 발생시킬 목적으로 제공될 필요가 없다. 결과적으로, 두 개의 레이저 빔 소스에 의해 발생된 레이저 광을 서로에 대해 제어해야하는 추가적인 제어 노력을 피할 수 있다. 결과적으로 장치 비용이 감소될수 있다.Moreover, two separate laser beam sources need not be provided for the purpose of generating the first laser light and the second laser light. As a result, the additional control effort to control the laser light generated by the two laser beam sources with respect to each other can be avoided. As a result, device costs can be reduced.
제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광의 경우에, 이러한 레이저 광들은 바람직하게는 펄스 레이저 광 소스(pulsed laser-light source)의 도움을 받아 발생될 수 있는 레이저 광 펄스들이다. 그러나, 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광은 또한 연속적인 파형의 레이저 빔(continuous wave laser beams)일 수 있다.In the case of the first laser light and the second laser light, these laser lights are preferably laser light pulses that can be generated with the aid of a pulsed laser-light source. However, the first laser light and the second laser light may also be continuous wave laser beams.
반도체 층에 있어서, 바람직하게는 이러한 반도체 층은 비정질 실리콘 층이 다. 특히 이러한 반도체 층은 박막(thin film)일 수 있다.In the semiconductor layer, preferably this semiconductor layer is an amorphous silicon layer. In particular, such a semiconductor layer may be a thin film.
본 발명에 따른 제 1 조사 및 제 2 조사에 의해, 비정질 실리콘 층의 다결정 실리콘으로의 균질 변환(homogeneous conversion)이 일어날 수 있다. 이러한 프로세스에서, 비정질 실리콘 층은 적어도 부분적으로 다결정 실리콘으로 변환될 수 있다.By the first irradiation and the second irradiation according to the present invention, homogeneous conversion of the amorphous silicon layer to polycrystalline silicon may occur. In this process, the amorphous silicon layer can be at least partially converted to polycrystalline silicon.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광은 반도체 층의 적어도 일 영역을 한 방향으로 지나간다(일소한다). 특히, 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광은 동일 방향으로 적어도 일 영역을 일소할 수 있다. 결과적으로, 커다한 영역의 반도체 층들도 또한 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광으로 조사될 수 있다. 반도체 층의 적어도 일 영역은 바람직하게는 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광에 의해 각각의 경우 단지 한번 조사된다. 용어 '일소(sweep)' 대신에, 용어 '스캔(scan)'이 본 명세서에서 사용될 수도 있다. In one embodiment of the invention, the first laser light and the second laser light pass (swept) in at least one region of the semiconductor layer in one direction. In particular, the first laser light and the second laser light may sweep at least one region in the same direction. As a result, the semiconductor layers of a large area can also be irradiated with the first laser light and the second laser light. At least one region of the semiconductor layer is preferably irradiated only once in each case by the first laser light and the second laser light. Instead of the term 'sweep', the term 'scan' may be used herein.
더 바람직하게는, 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광은 서로 사전에 결정된 시간적 분리 간격 및/또는 공간적 분리 간격을 가진채 적어도 일 영역을 조사(혹은 일소)한다. 즉 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광에 의한 레이저 조사가 일어난다. 이러한 경우에, 레이저 조사들 간의 시간적 분리 간격 및/또는 공간적 분리 간격은 사전에 결정될 수 있다. 레이저 조사의 시간적 오프셋 혹은 공간적 오프셋으로 인해, 제 2 조사가 일어날 때, 제 1 조사에 의해 반도체 층에서 일어나는 열적 프로세스가 종결될 수 있거나 요구된 상태에 있을 수 있는데, 제 2 조사에 의해 반도체 층에서의 후속 열적 프로세스가 일어나거나 또는 제 1 조사에 의해 일어나는 열적 프로세스가 계속된다. 예를 들어, 비정질 실리콘 층의 조사 동안, 제 1 조사에 의해 단지 부분적으로 용융될 수 있다. 실리콘 층의 냉각 동안(즉, 제 1 조사 이후 제 2 조사 이전), 결정은 용융 층으로부터 성장할 수 있다. 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광 간의 사전에 결정된 분리 간격을 통해, 즉 제 1 조사 이후의 제 2 조사가 일어날 때의 사전에 결정된 시간적 분리 간격을 통해, 제 1 조사 이후의 반도체 층의 냉각 혹은 결정의 성장이 종결되는 시간이 결정될 수 있다. 결과적으로, 반도체 층 내의 그리고 반도체 층 상의 열적 프로세스 실행은 또한 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광 간의 사전에 결정된 시간적 분리 간격에 의해 영향을 받을 수 있다.More preferably, the first laser light and the second laser light irradiate (or sweep) at least one region with a predetermined temporal separation interval and / or spatial separation interval from each other. That is, laser irradiation by a 1st laser light and a 2nd laser light arises. In this case, the temporal separation interval and / or spatial separation interval between laser irradiations can be predetermined. Due to the temporal offset or spatial offset of the laser irradiation, when the second irradiation occurs, the thermal process occurring in the semiconductor layer by the first irradiation may be terminated or in a desired state, which may be in the desired state, Subsequent thermal processes of or occur or the thermal process occurring by the first irradiation is continued. For example, during irradiation of an amorphous silicon layer, it can only be partially melted by the first irradiation. During cooling of the silicon layer (ie, after the first irradiation and before the second irradiation), crystals may grow from the molten layer. Cooling of the semiconductor layer after the first irradiation through a predetermined separation interval between the first laser light and the second laser light, i.e., through a predetermined temporal separation interval when the second irradiation after the first irradiation occurs, or The time at which the growth of the crystals is terminated can be determined. As a result, thermal process performance in and on the semiconductor layer can also be affected by a predetermined temporal separation interval between the first laser light and the second laser light.
반도체 층의 적어도 일 영역의 제 2 조사는 바람직하게는, 제 1 조사 이후에 이러한 영역이 거의 주변 온도까지 냉각된 이후에 일어난다.The second irradiation of at least one region of the semiconductor layer preferably takes place after this region has cooled to almost ambient temperature after the first irradiation.
더 바람직한 방법에서, 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광 간의 시간 간격, 즉 반도체 층의 적어도 일 영역의 제 1 조사와 반도체 층의 적어도 일 영역의 적어도 하나의 제 2 조사 간의 시간 간격은 10 ㎲ 내지 100 ms이다. 특히 이러한 시간 간격은 1 ms 내지 5 ms일 수 있다.In a more preferred method, the time interval between the first laser light and the second laser light, i.e., the time interval between the first radiation in at least one region of the semiconductor layer and the at least one second radiation in at least one region of the semiconductor layer, is from 10 ms to 100 ms. In particular, this time interval may be between 1 ms and 5 ms.
하나의 레이저 빔으로부터의 두 개의 레이저 광 빔을 발생시키기 위해, 반도체 층을 조사하는 프로세스는 또한, 레이저 빔을 서로 다른 방사 강도를 갖는 두 개의 레이저 빔 부분으로 분할하는 것과, 그리고 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광이 형성되도록 이러한 두 개의 레이저 빔 부분을 집속시키는 것으로 구성되는 프로세스 단계를 나타낼 수 있다. 분리 단계 동안, 한편으로는 두 개의 레이저 빔 부 분(이것은 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광에 대한 기반을 형성함)이 발생되고, 다른 한편으로는 제 1 레이저 광보다 더 높은 방사 강도를 갖는 제 2 레이저 광이 발생될 수 있다. 두 개의 분할된 레이저 빔 부분의 경우, 이러한 레이저 빔 부분은 레이 번들(ray bundles), 특히 가우시안 레이 번들(Gaussian ray bundles)일 수 있으며, 이것은 반도체 층의 적어도 일 영역을 조사하기 위해서 집속되어 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광을 형성한다.In order to generate two laser light beams from one laser beam, the process of irradiating the semiconductor layer also includes dividing the laser beam into two laser beam portions having different emission intensities, and the first laser light and A process step may consist of focusing these two laser beam portions to form a second laser light. During the separation step, two laser beam portions are generated on the one hand (which forms the basis for the first laser light and the second laser light) and on the other hand have a higher emission intensity than the first laser light. Second laser light may be generated. In the case of two split laser beam portions, these laser beam portions may be ray bundles, in particular Gaussian ray bundles, which are focused to irradiate at least one region of the semiconductor layer to be first. Laser light and second laser light are formed.
제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광이 반도체 층을 조사하거나, 혹은 요구된 분리 간격으로 반도체 층의 적어도 일 영역을 일소하기 위해서, 반도체 층의 적어도 일 영역의 조사 이전에, 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광은 조준(collimate)될 수 있다.The first laser light and the first laser light and the second laser light before the irradiation of at least one region of the semiconductor layer to irradiate the semiconductor layer or to sweep at least one region of the semiconductor layer at the required separation interval, 2 laser light may be collimated.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 반도체 층을 조사하는 프로세스는 또한 다음의 프로세스 단계, 즉, 레이저 광을 분리하는 동안 두 개의 레이저 빔 부분의 방사 강도의 분포를 변경하는 단계와, 그리고 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광이 반도체 층의 적어도 일 영역을 일소(스캔)하는 방향을 변경하는 단계를 나타낸다. 이러한 프로세스 단계를 통해, 반도체 층의 적어도 일 영역은 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광에 의해 서로 다른 방향에서 단속적으로 일소(스캔)될 수 있다. 반도체 층의 적어도 일 영역은 바람직하게는 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광에 의해 각각의 경우에 단지 한번 조사된다. 따라서, 예를 들어, 만약 직사각형 표면을 갖는 반도체 층이 조사되어야 한다면, 전체 표면이 완전히 두번 조사될 때까지, 표면은 스트립(strip) 형태로 원쪽에서 오른쪽으로 그리고 오른족에서 왼쪽으로 번갈 아 조사되거나 일소될 수 있다. 결과적으로, 전체 반도체 층을 조사하는 시간이 단축될 수 있어, 비용이 감소된다.According to another embodiment of the invention, the process of irradiating a semiconductor layer also includes the following process steps: changing the distribution of the emission intensity of the two laser beam portions during the separation of the laser light, and the first Changing the direction in which the laser light and the second laser light sweep (scan) at least one region of the semiconductor layer. Through this process step, at least one region of the semiconductor layer can be intermittently scoured (scanned) in different directions by the first laser light and the second laser light. At least one region of the semiconductor layer is preferably irradiated only once in each case by the first laser light and the second laser light. Thus, for example, if a semiconductor layer having a rectangular surface is to be irradiated, the surface is irradiated alternately from circle to right and from right to left in the form of a strip until the entire surface is irradiated twice. Can be erased. As a result, the time to irradiate the entire semiconductor layer can be shortened, thereby reducing the cost.
또 다른 바람직한 방식에서, 반도체 층이 파괴되지 않는 방사 강도 혹은 에너지 밀도를 갖는 제 1 레이저 광이 반도체 층을 조사한다. 예를 들어, 제 1 레이저 광의 방사 강도는 수소가 반도체 층의 증착된 층들로부터 증발되거나 또는 반도체 층에서의 결함 혹은 반도체 층 상에서의 결함이, 파손없이, 제거되도록 하는 그러한 것일 수 있다.In another preferred manner, the first laser light having a radiation intensity or energy density at which the semiconductor layer is not destroyed irradiates the semiconductor layer. For example, the emission intensity of the first laser light may be such that hydrogen is evaporated from the deposited layers of the semiconductor layer or the defect in the semiconductor layer or the defect on the semiconductor layer is removed, without breakage.
비정질 실리콘 층의 조사 동안, 제 1 레이저 광의 방사 강도는 비정질 실리콘 층이 단지 부분적으로 다결정 실리콘으로 변환될 수 있도록 선택될 수 있다. 이러한 경우에, 제 1 조사는 제 2 조사를 위한 사전처리에 해당하고, 여기서 더 좋은 조건 하에서 다결정 실리콘이 만들어질 수 있다.During irradiation of the amorphous silicon layer, the emission intensity of the first laser light can be selected so that the amorphous silicon layer can only be partially converted to polycrystalline silicon. In this case, the first irradiation corresponds to a pretreatment for the second irradiation, where polycrystalline silicon can be made under better conditions.
반도체 층을 조사하는 프로세스를 통해, 바람직하게는 얇은 비정질 실리콘 층이 조사될 수 있고, 비정질 실리콘 층의 두께는 바람직하게는 10 nm보다 더 크고, 최대 10 ㎛이다. 비정질 실리콘 층의 두께는 또한 10 ㎛보다 더 클 수 있다.Through the process of irradiating the semiconductor layer, preferably a thin amorphous silicon layer can be irradiated, and the thickness of the amorphous silicon layer is preferably larger than 10 nm and up to 10 μm. The thickness of the amorphous silicon layer can also be larger than 10 μm.
특히, 반도체 층의 전체 두께에 걸친, 즉 하부 유리 기판까지의 제 1 조사 및/또는 제 2 조사에 의해, 방사 에너지가 반도체 층에 유입된다.In particular, radiant energy is introduced into the semiconductor layer by the first irradiation and / or the second irradiation over the entire thickness of the semiconductor layer, ie to the lower glass substrate.
또 다른 바람직한 방식에서, 제 1 레이저 광의 방사 강도 대 제 2 레이저 광의 방사 강도의 비율은 최소 0.1에서 최대 0.9까지이고, 특히 바람직한 값은 최소 0.25와 최대 0.45 사이에 있다.In another preferred manner, the ratio of the emission intensity of the first laser light to the emission intensity of the second laser light is from at least 0.1 to at most 0.9, and particularly preferred values are between at least 0.25 and at most 0.45.
반도체 층의 균일도의 개선은 바람직하게는 제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레 이저 광이 190 nm 내지 1100 nm의 파장을 가질 때 획득될 수 있다. 녹색 스펙트럼 영역에서의 레이저 광의 사용은 종래 반도체 층 두께에 대해 적합할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레이저 광은 450 nm 내지 550 nm의 파장을 나타낸다. 특히 바람직한 방식에서, 제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레이저 광은 515 nm 또는 532 nm의 파장을 나타낸다. 만약, 예를 들어, 녹색 스펙트럼 영역에서의 레이저 광이 10 nm보다 크고 최대 10 ㎛까지의 층 두께를 갖는 비정질 실리콘에 부딪친다면, 녹색 레이저 광은 비정질 실리콘 층의 전체 두께에 걸쳐 흡수된다. 이것과 비교하여, 500 nm보다 작은 파장 범위 내에 있는 레이저 광을 사용하여 비정질 실리콘 층을 조사하는 경우에, 레이저 광은 비정질 실리콘 층의 얇은 표면 층 내에만 흡수된다. 결과적으로, 특히 반도체 층들을 변환시킬 목적으로 녹색 스펙트럼 영역에서의 레이저 광이 사용될 수 있다.The improvement of the uniformity of the semiconductor layer can preferably be obtained when the first laser light and / or the second laser light have a wavelength of 190 nm to 1100 nm. The use of laser light in the green spectral region may be suitable for conventional semiconductor layer thicknesses. In a preferred embodiment, the first laser light and / or the second laser light exhibits a wavelength of 450 nm to 550 nm. In a particularly preferred manner, the first laser light and / or the second laser light exhibits a wavelength of 515 nm or 532 nm. For example, if the laser light in the green spectral region hits amorphous silicon having a layer thickness greater than 10 nm and up to 10 μm, the green laser light is absorbed over the entire thickness of the amorphous silicon layer. In comparison, when irradiating an amorphous silicon layer using laser light within a wavelength range smaller than 500 nm, the laser light is only absorbed into the thin surface layer of the amorphous silicon layer. As a result, laser light in the green spectral region can be used, in particular for the purpose of converting semiconductor layers.
제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레이저 광, 즉 펄스 레이저 광은 바람직하게는 10 kHz 내지 250 kHz의 반복 주파수를 나타낸다. 제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레이저 광의 반복 주파수를 제어함으로써, 제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레이저 광이 반도체 층의 적어도 일 영역을 일소하는 속도에 영향을 미칠 수 있다.The first laser light and / or the second laser light, ie the pulsed laser light, preferably exhibit a repetition frequency of 10 kHz to 250 kHz. By controlling the repetition frequency of the first laser light and / or the second laser light, the first laser light and / or the second laser light can affect the rate of sweeping at least one region of the semiconductor layer.
또 다른 바람직한 방식에서, 스트립 형상의 제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레이저 광의 기하학적 반치폭은, 스트립의 길이 방향에 직각으로, 2 ㎛ 내지 10 ㎛이지만, 바람직하게는 5 ㎛ 내지 6 ㎛이다.In another preferred manner, the geometric half width of the strip-shaped first laser light and / or the second laser light is 2 μm to 10 μm, perpendicular to the longitudinal direction of the strip, but preferably 5 μm to 6 μm.
반도체 층을 조사하는 프로세스는 라인 레이저 빔 시스템 및/또는 레이저 스팟 레이저 시스템에 대해 사용될 수 있다. 결과적으로, 제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레이저 광의 경우에, 이러한 레이저 광은 라인(스트립)으로 투사된 레이저 빔일 수 있거나 또는 집속된 레이저 스팟(focused laser spot)일 수 있다.The process of irradiating the semiconductor layer can be used for line laser beam systems and / or laser spot laser systems. As a result, in the case of the first laser light and / or the second laser light, this laser light may be a laser beam projected in a line (strip) or may be a focused laser spot.
앞서 언급된 본 발명의 목적은 또한 반도체 층을 조사하는 장치에 의해 달성되는데, 상기 장치는 제 1 레이저 광으로 반도체 층의 적어도 일 표면 영역을 조사하도록 된 제 1 조사 수단(irradiation means)과, 그리고 적어도 하나의 제 2 레이저 광으로 반도체 층의 상기 적어도 일 표면 영역을 조사하도록 된 제 2 조사 수단을 구비하며, 상기 제 1 조사 수단과 상기 제 2 조사 수단은, 상기 제 1 레이저 광과 상기 제 2 레이저 광이 단지 시간적으로 연속하여 일 방향으로 한번 상기 반도체 층의 상기 적어도 일 표면 영역을 일소하도록 하고, 상기 제 1 조사 수단은 상기 제 2 레이저 광보다 낮은 방사 강도를 갖는 상기 제 1 레이저 광을 발생시킨다.The above-mentioned object of the invention is also achieved by a device for irradiating a semiconductor layer, which device comprises first irradiation means adapted to irradiate at least one surface area of the semiconductor layer with a first laser light, and And a second irradiating means adapted to irradiate the at least one surface area of the semiconductor layer with at least one second laser light, wherein the first irradiating means and the second irradiating means comprise the first laser light and the second irradiating means. Laser light only sweeps the at least one surface area of the semiconductor layer once in one direction in succession in time, the first irradiating means generating the first laser light having a lower emission intensity than the second laser light Let's do it.
반도체 층을 조사하는 장치는 또한 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광 간의 시간적 분리 및/또는 공간적 분리를 제어하는 수단을 나타낼 수 있다.The apparatus for irradiating the semiconductor layer may also represent means for controlling the temporal separation and / or spatial separation between the first laser light and the second laser light.
더 바람직한 방식에서, 반도체 층을 조사하는 장치는, 제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레이저 광이 반도체 층에 대해 이동되는 적어도 하나의 속도, 즉, 제 1 레이저 광 및/또는 제 2 레이저 광이 반도체 층의 적어도 일 영역을 일소하는 적어도 하나의 속도를 제어하는 수단을 나타낸다.In a more preferred manner, the device for irradiating the semiconductor layer is characterized in that at least one speed at which the first laser light and / or the second laser light is moved relative to the semiconductor layer, ie the first laser light and / or the second laser light, Means for controlling at least one speed of sweeping at least one region of the semiconductor layer.
반도체 층을 조사하는 장치는 또한 레이저 빔을 발생시키는 레이저를 나타낼 수 있고, 그리고 레이저 빔으로부터 방사 강도가 서로 다른 두 개의 레이저 빔 부분들을 발생시키는 빔 분할기(beam-splitter)를 나타낼 수 있다.The device for irradiating the semiconductor layer may also represent a laser generating a laser beam, and a beam-splitter for generating two laser beam portions having different radiation intensities from the laser beam.
빔 분할기는 바람직하게는 두 개의 레이저 빔 부분들의 방사 강도를 조정하 도록 구성될 수 있다.The beam splitter may preferably be configured to adjust the radiation intensity of the two laser beam portions.
반도체 층을 조사하는 장치는 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광이 형성되도록 두 개의 레이저 빔 부분들을 집속시키기 위한 투사 렌즈(projection lens)를 나타낼 수 있다.The apparatus for irradiating the semiconductor layer may represent a projection lens for focusing two laser beam portions such that the first laser light and the second laser light are formed.
본 발명의 또 다른 전개에 따르면, 반도체 층을 조사하는 장치는 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광을 조준하기 위한 광학체를 나타낼 수 있다.According to another development of the invention, the device for irradiating a semiconductor layer may represent an optical body for aiming the first laser light and the second laser light.
본 발명은 도시된 예시적 실시예를 기반으로 하여 첨부되는 도명을 참조하여 다음의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.The invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings, based on the illustrated exemplary embodiments.
도 1은 반도체 층을 조사하기 위한 장치의 예시적 실시예를 도시적으로 나타낸다.1 shows illustratively an embodiment of an apparatus for irradiating a semiconductor layer.
이러한 장치는 레이저 광 소스(10)와, 빔 분할기(13)와, 미러(mirror)(16)와, 그리고 투사 렌즈(19)를 포함한다. 레이저 광 소스(10)의 경우, 이것은 다이오드 여기 Yb:YAG 레이저(diode-pumped Yb:YAG laser)이다. 레이저(10)는 10 kHz와 250 kHz 사이의 반복 주파수를 갖는 펄스 레이저 빔(21)을 발생시킨다. 레이저 빔(21)의 경우에, 이것은 515 nm의 파장을 갖는 단일 레이저 빔이다. 레이저 빔(21)은 빔 분할기(13)에 부딪친다. 빔 분할기(13)의 경우, 이것은 빔 강도 분할기(beam-intensity splitter)일 수 있다. 입사 레이저 빔(21)은 빔 분할기(13)에 의해 투과 부분(25)과 반사 부분(33)으로 분할된다. 투과 부분(25)과 반사 부분(33)의 경우에, 이것은 각각의 경우 가우시안 레이 번들 혹은 가우시안 라인 빔 (특히, 라인에 대해 축 균질성(axial homogeneity)을 가짐)일 수 있다. 투과 부분(25)은 반사됨이 없이 빔 분할기(13)를 통과하여, 투사 렌즈(19)에 부딪치는데, 투사 렌즈(19)는 투과 부분(25)을 비정질 실리콘 층(30) 상에 투사시킨다. 비정질 실리콘 층(30)의 경우에, 이것은 얇은 실리콘 필름이다. 실리콘 필름은 유리 기판(미도시) 상에 놓인다. 투사 렌즈(19)는 입사하는 레이 번들(25, 33)의 가우시안 집속을 구현하는 렌즈 유닛이다.Such a device comprises a
빔 분할기로부터 반사된 부분(33)은 미러(16)에 대해 반사되는데, 미러(16)는 반사 부분(33)을 투사 렌즈(19) 상으로 반사시킨다. 투사 렌즈(19)는 반사 부분(33)을 비정질 실리콘 층(30) 상으로 집속시킨다. 비정질 실리콘 층(30)의 조사된 표면은 레이저 빔(27 및 35)의 이미징 평면(imaging plane)과 일치한다.The
레이저 빔(21)을 서로 다른 방사 방향을 갖는 부분들로 분할하는 것 외에, 빔 분할기(13)는 또한 투과 부분(25)의 방사 강도와 반사 부분(33)의 방사 강도를 확립한다. 본 예시적 실시예에서, 레이저 빔(21)의 방사 강도는, 레이저 빔(21)의 방사 강도의 30%가 반사 부분(33)에 공급되고 아울러 레이저 빔(21)의 방사 강도의 70%가 투과 부분(25)에 공급되도록, 빔 분할기(13)에 의해 분할된다. 결과적으로, 반도체 층을 조사하기 위해 도시된 장치를 사용하여 서로 다른 방사 강도를 갖는 두 개의 레이저 빔(27 및 35)이 발생될 수 있다. 이 경우, 레이저 빔(35)은 레이저 빔(27)보다 낮은 방사 강도를 나타낸다.In addition to dividing the
더욱이, 두 개의 레이저 빔(27, 35)은 서로 공간적으로 분리되어 정의된 공간적 분리간격(a)으로 비정질 실리콘 층(30) 상에 투사된다. 분리간격(a)은 특히, 빔 분할기(13)와, 미러(16)와, 그리고 투사 렌즈(19)에 의해 구성되는 광학 소자들의 방위에 따라 달라지며, 투사 렌즈(19)와 비정질 실리콘 층(30) 간의 분리간격(b)에 따라 달라진다. 도 1에 도시된 장치의 빔 축 모두는 평면에 있다.Moreover, the two
결과적으로, 도 1에 도시된 장치를 사용하여, 하나의 레이저 빔(21)으로부터 서로 다른 방사 강도를 갖는 두 개의 레이저 빔(27 및 35)이 발생될 수 있고, 이것은 서로 분리된 간격, 즉 사전에 결정된 분리간격(a)으로 비정질 실리콘 층(30) 상에 투사될 수 있다.As a result, using the apparatus shown in FIG. 1, two
레이저 빔(27)의 방사 강도 대 레이저 빔(35)의 방사 강도의 비율을 변경시키기 위해, 서로 다른 분할율을 갖는 또 다른 빔 분할기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 70:30의 분할율을 갖는 도 1에 도시된 빔 분할기(13)는 20:80의 분할율을 갖는 빔 분할기로 교체될 수 있다.In order to change the ratio of the radiation intensity of the
더욱이, 레이저(10)는 레이저 빔(21)의 방사 강도가 변경될 수 있도록 설계될 수 있어, 추가적으로 레이저 빔(27 및 35)의 방사 강도가 변경될 수 있다.Moreover, the
레이저 빔(27 및 35)은 515 nm의 파장을 나타낸다. 녹색 스펙트럼 영역에서의 레이저 광으로 비정질 실리콘을 조사하는 동안, 실리콘으로의 녹색 레이저 광의 흡수가 온도에 따라 크게 달라진다는 것이 또한 고려될 수 있다. 결과적으로, 조사되는 반도체 층의 온도에 따라 레이저 빔(27 및 35)이 제어될 수 있다.The
레이저 광(27)과 레이저 광(35) 간의 분리간격(a)은 빔 분할기(13)와, 미러(16)와, 그리고 투사 렌즈(19)로 구성되는 컴포넌트들 중 하나 또는 그 이상의 컴포넌트의 위치를 기계적으로 재배치(예를 들어, 회전(rotating), 선 회(swivelling), 혹은 변위(displacing))함으로써 이루어질 수 있다. 레이저 빔(27)과 레이저 빔(35) 간의 분리간격(a)을 크게하기 위해, 투사 렌즈(19)와 비정질 실리콘 층(30) 간의 분리간격(b)은 커질 수도 있다. 레이저 빔(27)과 레이저 빔(35) 간의 공간적 분리간격(a)을 변경시키기 위한 또 다른 가능한 방법도 고려될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 광학 유닛들이 제공되어 레이저 빔(27, 35) 중 하나 혹은 양쪽 모두를 편향시킬 수 있다.The separation interval a between the
반도체 층을 조사하기 위해 도 1에 도시된 장치는, 레이저 빔(27 및 35)이 S1 방향으로 비정질 실리콘 층(30)을 지나가도록, 즉 이들이 S1 방향으로 비정질 실리콘 층(30)을 일소(스캔)하도록 설계된다. 레이저 빔(27 및 35)은 동일한 속도에서 S1 방향으로 비정질 실리콘 층(30)을 지나간다. 비정질 실리콘 층(30)이 고정된 채, 전체 장치(즉, 모든 컴포넌트들(10, 13, 16 및 19))가 S1 방향으로 이동됨으로써, S1 방향으로 레이저 빔(27 및 35)이 지나갈 수 있다. 그러나 비정질 실리콘 층(30)은 또한 장치가 고정된 상태에서 S1 방향의 반대 방향으로 이동될 수도 있다. 전체 장치는 또한 시계방향으로 회전할 수도 있다. 또한, S1 방향으로 이동하면서, 레이저 빔(27 및 35)을 비정질 실리콘 층(30)에 투사시키는 추가적인 광학 장치(미도시)를 사용하는 것도 가능하다. The apparatus shown in FIG. 1 for irradiating the semiconductor layer allows the
도 2는 도 1에 도시된 두 개의 레이저 빔(27 및 35)의 방사 강도 분포를 나타낸다. 이러한 도면에서, 방사 강도의 레벨은 X 축상의 국부적 분포에 대해서 I 축상에 도시된다.FIG. 2 shows the radiation intensity distribution of the two
레이저 빔(27 및 35)의 방사 강도는 스캔 방향에서 실질적으로 가우시안 형 태로 분포된다. 레이저 빔(35)의 최대 방사 강도(I2)는 레이저 빔(27)의 최대 방사 강도(I1)보다 작다. 도 2에서, 방사 강도(I2) 대 방사 강도(I1)의 비율은 대략 0.3이다. 레이저 빔(27 및 35)의 방사 강도 최대치들은 서로에 대한 공간적 분리간격(a)을 나타낸다. 레이저 빔(27 및 35)은 도 1에 도시된 비정질 실리콘 층(30)을 따라 S1 방향으로 사전에 결정된 속도에서 동시에 움직인다. 결과적으로, 레이저 빔(35)은 레이저 빔(27) 이전에 비정질 실리콘 층(30)의 정해진 영역을 조사한다. 비정질 실리콘 층(30)을 두 개의 레이저 빔(27 및 35)으로 조사함으로써, 상기 층은 다결정 실리콘으로 균질적으로 변환된다.The radiation intensities of the
도 3은 두 개의 레이저 빔을 사용하여 비정질 실리콘 층을 조사하는 것을 도식적으로 나타낸다.3 diagrammatically shows the irradiation of an amorphous silicon layer using two laser beams.
레이저 빔(27 및 35)의 경우에, 이것은 도 2에 도시된 레이저 빔이다. 레이저 빔(35)은 분리간격(a)만큼 레이저 빔(27)을 앞선다. 레이저 빔(35 및 27)은 왼쪽에서 오른쪽으로 S1 방향에서 비정질 실리콘 층(30)을 지나간다. 먼저 왼쪽에서 오른쪽으로 지나가는 데, 즉 비정질 실리콘 층(30)의 왼쪽 상부 코너에서 시작하여 비정질 실리콘 층(30)의 오른쪽 상부 코너에서 끝난다.In the case of
두 개의 레이저 빔(27 및 35)이 왼쪽에서 오른쪽으로 완전히 한번 비정질 실리콘 층(30)을 지나간 이후, S1 방향의 반대 반향인 S2 방향으로, 즉 오른쪽에서 왼쪽으로, 먼저 지나간 섹션 바로 아래의 비정질 실리콘 층(30)의 일정 섹션 혹은 스트립을 지나간다. 이것을 위해, 레이저 빔의 방위(orientation)가 전환(transpose)되어 레이저 광 빔(35')은 이제 레이저 광 빔(27') 앞에 놓이게 된 다. 레이저 빔(35')은 레이저 빔(35)에 대응하고, 레이저 빔(27')은 레이저 빔(27)에 대응하는데, 즉, 레이저 빔(35')은 레이저 빔(27')보다 더 낮은 방사 강도를 나타낸다. 결과적으로, 레이저 빔(35' 및 27')은 오른쪽에서 왼쪽으로, 즉, S2 방향에서 먼저 지나간 영역 아래의 영역에서 비정질 실리콘 층(30)을 지나간다. 레이저 빔이 지나갈때 마다 조사되는 비정질 실리콘 층(30)의 섹션의 폭(방향 S1과 방향 S2에 대해 수직인 방향)은 레이저 빔(35와 27)의 폭에 따라 달라진다. 레이저 빔(35와 27)은 선택에 따라서는 동일한 폭을 나타낸다.After the two
레이저 빔(35' 및 27')이 S2 방향으로 비정질 실리콘 층(30)을 완전히 지나간 이후, 레이저 빔의 방위는 다시 처음 방위(레이저 빔(27 및 35))로 변경되고, 그리고 S1 방향에서 왼쪽에서 오른쪽으로 세 번째로 지나가게 된다. 공간적으로, 두 번째 지나간 부분 바로 아래 부분을 세 번째로 지나가게 된다. 서로 상대적인, 일소 방향 S1과 S2의 변경과 레이저 빔(35, 27)과 레이저 빔(35', 27')의 방위의 변경은, 전체 비정질 실리콘 층(30)이 상부에서 하부까지 적어도 두번 조사될 때까지 일어난다. 그 다음에 또 다른 비정질 실리콘 층의 조사가 실시될 수 있다.After the laser beams 35 'and 27' have completely passed the
도 3에 도시된 방향으로만 레이저 빔이 지나가는 것으로 본 발명이 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 이러한 조사는 또한 비정질 실리콘 층(30)의 오른쪽 하부 말단에서 시작할 수 있다. 레이저 빔은 비정질 실리콘 층(30)을 나선형 형태로 지나가거나 혹은 원을 따라 지나갈 수 있다.The present invention is not limited to passing the laser beam only in the direction shown in FIG. 3. For example, such irradiation may also begin at the lower right end of the
도 4는 도 1에 도시된 반도체 층을 조사하는 장치의 또 다른 실시예를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 1과 도 4에서 동일한 구성요소는 동일한 참조 기호로 나 타나고, 이러한 구성요소에 대한 다시 새로운 설명은 생략된다. 도 4에 도시된 장치를 사용하여, 레이저 빔들의 방위를 전환시켜 레이저 빔들이 지나가는 방향을 바꾸는 것이 가능하다.FIG. 4 schematically shows another embodiment of an apparatus for irradiating the semiconductor layer shown in FIG. 1. In FIG. 1 and FIG. 4, the same components are denoted by the same reference symbols, and new descriptions for these components are omitted. Using the apparatus shown in FIG. 4, it is possible to change the orientation of the laser beams by changing the orientation of the laser beams.
도 4에 도시된 장치는 또 다른 미러(40)가 제공된다는 점에서 도 1에 도시된 장치와 다르다. 더욱이, 빔 분할기(13)는 회전 혹은 선회가 가능하도록 설계된다. 빔 분할기(13)는, 레이저(10)의 레이저 빔(21)의 빔 축에 수직이며 아울러 도면 평면에 수직인 축 주위로 회전 혹은 선회할 수 있다. 따라서, 빔 분 분할기(13)는 도 1에 도시된 위치로부터 도 4에 도시된 위치로 회전 혹은 선회할 수 있다.The device shown in FIG. 4 differs from the device shown in FIG. 1 in that another mirror 40 is provided. Moreover, the
도 1의 장치에서와 같이, 레이저(10)는 레이저 빔(21)을 발생시키고, 이 레이저 빔(21)은 빔 분할기(13)에 부딪친다. 빔 분할기(13)는 레이저 빔(21)을 투과 부분(25')과 반사 부분(33')으로 분할한다. 그러나, 도 4에 도시된 장치에서, 반사 부분(33')은 미러(16)가 아닌 미러(40)에 대해 반사된다. 미러(40)는 반사 부분(33')을 투사 렌즈(19)에 반사시키고, 투사 렌즈(19)는 반사 부분을 레이저 빔(35')으로서 비정질 실리콘 층(30) 상에 집속시킨다.As in the apparatus of FIG. 1, the
도 1에 도시된 장치에서와 같이, 투과 부분(25')은 투사 렌즈(19)에 의해 레이저 빔(27')으로서 비정질 실리콘 층(30) 상에 투사된다. 레이저 빔(27' 및 35')은 서로 사전에 결정된 분리간격(a)으로 비정질 실리콘 층(30)을 조사한다.As in the apparatus shown in FIG. 1, the
빔 분할기(13)는, 레이저 빔(21)의 방사 강도의 30%가 반사 부분(33')에 공급되고, 레이저 빔(21)의 방사 강도의 70%가 투과 부분(25')에 공급되도록, 레이저 빔(21)의 방사 강도를 분할한다. 도 1과 비교하여, 도 4에 도시된 장치에서, 레이 저 빔(27 및 35)의 방위는 전환되어 있다. 만약 비정질 실리콘 층(30) 상에 투사된 광 빔(27' 및 35')이 S2 방향으로 이동한다면, 더 낮은 방사 강도를 가진 광 빔(35')이 더 높은 방사 강도를 가진 광 빔(27')을 앞서게 된다.The
결과적으로, 도 4에 도시된 장치를 사용하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 비정질 실리콘 층(30)을 번갈아 지나갈 수 있는데, 즉 왼쪽에서 오른쪽으로 그리고 오른쪽에서 왼쪽으로 중단없이 지나갈 수 있다. S1 방향 및 S2 방향으로 레이저 빔들(35, 27 및 35', 27')을 이동시키는 것 이외에도, 도 4에 도시된 장치는 레이저 빔(35, 27 및 35', 27')의 방위를 상방 혹은 하방으로 시프트시키도록 구성된다. 결과적으로, 도 4에 도시된 장치는 비정질 실리콘 층(30) 상의 모든 방향으로 레이저 빔(35, 27 및 35', 27')을 이동시킬 수 있다. 이러한 것을 위해, 도 4에 도시된 장치는 적절하게 설계된 기계적 핸들링 디바이스 혹은 광학적 편향 디바이스(미도시)를 나타낸다.As a result, using the apparatus shown in FIG. 4, as shown in FIG. 3, the laser beam can alternately pass through the
연속적으로 진행하는 레이저 빔(35, 27 및 35', 27')은 비정질 실리콘 층(30)을 이중으로 노출시키는 것처럼 동작하여, 첫 번째 노출 이후 두 번째 노출이 일어날 때까지 경과한 시간은, 레이저 빔(35, 27 및 35', 27') 간의 분리간격(a)과 레이저 빔들의 속도(소위, 이송 속도(feed speed))에 의해 확립될 수 있다. The continuously advancing
이송 속도는 레이저 펄스 당 레이저 빔(35, 27 및 35', 27')의 각각의 이송 거리와 소위 반복률(repetition rate)로 불리우는 레이저의 반복 주파수를 곱하여 얻어진다. 결과적으로, 두 개의 노출들 간의 시간은 두 개의 빔들 간의 분리 간격 을 이속 속도로 나눈 값과 같다.The feed rate is obtained by multiplying each feed distance of the
도 5는 레이저 광 빔의 반복 주파수(즉, 반복율)와 두 개의 조사들 간의 시간적 분리간격 간의 관계를 나타낸다. 특히, 두 개의 조사들 간의 세 개의 서로 다른 분리간격(a)(이것은 곡선 50, 55, 및 60으로 표기됨)에 대해, 레이저 펄스 당 이송 거리가 1 ㎛인 경우, 두 개의 조사들 간의 시간(단위는 ms)이 반복 주파수(단위는 kHz)에 대해 도시된다. 두 개의 노출들 간의 분리간격(a)은 곡선 50에 대해서는 10 ㎛이고, 곡선 55에 대해서는 100 ㎛이며, 그리고 곡선 60에 대해서는 1000 ㎛이다.5 shows the relationship between the repetition frequency (ie repetition rate) of a laser light beam and the temporal separation interval between two irradiations. In particular, for three different separation spacings (a) between two irradiations (which are denoted by
도 5로부터 명백한 바와 같이, 대략 200 kHz의 반복 주파수에 대해, 그리고 펄스 당 1 ㎛의 이송 거리에서, 두 개의 노출 간의 공간적 분리간격(a)이 10 ㎛인 경우(곡선 50)에, 제 1 노출과 제 2 노출 간의 간격은 50 ㎲이다. 두 개의 노출들 간의 공간적 분리간격이 더 커지면(곡선 55 및 60 참조), 두 개의 노출들 간의 수 ms의 시간적 분리가 가능하다. 결과적으로, 특히 노출들 간의 시간적 분리는 이송 거리 및/또는 반복 주파수를 제어함으로써 제어될 수 있다. 원리적으로, 두 개의 노출들은 이들이 공간적으로 교차하도록 제어될 수도 있다.As is apparent from FIG. 5, for a repetition frequency of approximately 200 kHz and at a transport distance of 1 μm per pulse, when the spatial separation gap a between the two exposures is 10 μm (curve 50), the first exposure And the second exposure is 50 ms. If the spatial separation interval between the two exposures is greater (see curves 55 and 60), a few ms temporal separation between the two exposures is possible. As a result, in particular the temporal separation between exposures can be controlled by controlling the transport distance and / or the repetition frequency. In principle, two exposures may be controlled such that they intersect spatially.
두 개의 노출들 간의 시간적 분리간격이 작은 경우에, 조사되는 반도체 층(예를 들어, 비정질 실리콘 층)은 실내 온도로 다시 냉각되지 않는다. 이것은 추가적인 흡수 효과의 이용을 가능하게 한다.In the case where the temporal separation between two exposures is small, the irradiated semiconductor layer (eg, amorphous silicon layer) is not cooled back to room temperature. This allows the use of additional absorption effects.
본 발명을 이용하여, 특히 다결정 실리콘 층들의 균일도가 증가할 수 있다. 또한 반도체 층의 표면이 덜 거칠어진다.Using the present invention, in particular, the uniformity of the polycrystalline silicon layers can be increased. In addition, the surface of the semiconductor layer becomes less rough.
반도체 층의 다결정 구조의 균일도의 증가하고 아울러 반도체 층의 표면이 덜 거치러지는 것은, 소위 완전 용융 프로세스의 경우와 부분 용융 프로세스의 경우 양쪽 모두에서 일어난다.The increase in the uniformity of the polycrystalline structure of the semiconductor layer and the less roughness of the surface of the semiconductor layer occur both in the case of the so-called full melting process and in the case of the partial melting process.
완전 용융 프로세스의 경우에, 반도체 층(예를 들어, 비정질 실리콘 층)은 상대적으로 높은 에너지 밀도(예를 들어, 800 mJ/㎠)를 나타내는 레이저 광으로 조사된다. 상기 높은 에너지 밀도의 레이저 광으로 조사함으로써 결과적으로 반도체 층이 완전히, 즉, 반도체 층 아래에 위치한 유리 표면까지 용융된다. 만약 레이저 광이 단지 짧은 시간(예를 들어, 100 ns 내지 1000 ns)에만 반도체 층을 노출시키는 펄스 레이저 빔이라면, 반도체 층 또한 짧은 시간에만 용융되고, 반도체 층의 냉각시 반도체 층의 응고 과정에서 측면 결정 성장(lateral crystal growth)이 일어난다.In the case of a complete melting process, the semiconductor layer (eg amorphous silicon layer) is irradiated with laser light indicating a relatively high energy density (eg 800 mJ / cm 2). Irradiation with the laser beam of high energy density results in the melting of the semiconductor layer completely, ie to the glass surface located below the semiconductor layer. If the laser light is a pulsed laser beam that exposes the semiconductor layer only for a short time (eg 100 ns to 1000 ns), then the semiconductor layer also melts for a short time, and the side of the semiconductor layer solidifies during cooling of the semiconductor layer. Lateral crystal growth occurs.
완전 용융 프로세스와 관련하여, 도 6은 50 nm의 두께를 나타내는 비정질 실리콘 층(70)을 나타낸다. 비정질 실리콘 층(70)의 영역(75)은 방사 강도가 낮은 레이저 빔에 의해 노출(사전 노출(pre-exposure))된 후, 후속적으로 방사 강도가 높은 레이저 빔으로 노출(메인 노출(main exposure))된 것이고, 반면에 영역(80)은 단지 방사 강도가 높은 레이저 빔으로만 노출(메인 노출)된 것이다.In connection with the complete melting process, FIG. 6 shows an
사전 노출은 300 mJ/㎠의 에너지 밀도로 일어나고, 그리고 메인 노출은 800 mJ/㎠의 에너지 밀도로 일어난다. 레이저 빔 펄스 당 이송 거리는 1 ㎛이고, 스캔 방향에서의 레이저 빔의 기하학적 반치 폭은 6 ㎛이며, 그리고 레이저 빔의 파장은 515 nm이다. 레이저 빔은 100 kHz의 반복 주파수로 발생된다. 도 6으로부터 명백한 것으로, 두번 노출된 영역(75)은 단지 한번 노출된 영역(80)보다 덜 거칠다. 두번 노출된 영역(75)은 또한 한번 노출된 영역(80)보다 더 높은 균일도를 나타낸다.Pre-exposure occurs at an energy density of 300 mJ /
완전 용융 프로세스와 대조적으로, 부분 용융 프로세스의 경우에, 반도체 층은 상대적으로 낮은 에너지 밀도(예를 들어, 500 mJ/㎠)를 나타내는 레이저 광으로 조사된다. 이러한 경우, 반도체 층은 레이저 광을 사용한 조사에 의해서 단지 부분적으로 용융된다. 조사 이후 냉각 동안, 반도체 층의 용융되지 않는 영역의 결정은 수직 상방으로 성장한다.In contrast to a full melting process, in the case of a partial melting process, the semiconductor layer is irradiated with laser light exhibiting a relatively low energy density (eg 500 mJ / cm 2). In this case, the semiconductor layer is only partially melted by irradiation with laser light. During the cooling after irradiation, the crystals in the non-melt regions of the semiconductor layer grow vertically upwards.
부분적 용융 프로세스와 관련하여, 도 7은 50 nm의 두께를 나타내는 비정질 실리콘 층(85)을 나타낸다. 비정질 실리콘 층(85)의 영역(95)은 200 mJ/㎠의 에너지 밀도를 가진 레이저 빔 및 500 mJ/㎠의 에너지 밀도를 가진 레이저 빔으로 연속적으로 노출되고, 반면에 영역(90)은 단지 500 mJ/㎠의 에너지 밀도를 가진 레이저 빔으로만 노출된다. 레이저 빔 펄스 당 이송거리는 1 ㎛이고, 레이저 빔의 반치 폭은 6 ㎛이며, 레이저 빔의 파장은 515 nm이다. 레이저 빔들은 100 kHz의 반복 주파수로 발생된다. 도 7로부터 명백한 것으로, 두번 노출된 영역(95)이 단지 한번 노출된 영역(90)보다 덜 거칠다는 것이다. 또한, 두번 노출된 영역(95)이 한번 노출된 영역(90)보다 더 높은 균일도를 나타낸다.Regarding the partial melting process, FIG. 7 shows an
도 8은 반도체 층을 조사하는 장치를 구비한 레이저 시스템을 도식적으로 나타낸 것이다. 반도체 층을 조사하기 위해 도 1에 도시된 장치는 도시된 레이저 시스템에 통합되어 있다. 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호로 표시된다.8 schematically shows a laser system with a device for irradiating a semiconductor layer. The device shown in FIG. 1 for irradiating the semiconductor layer is integrated in the laser system shown. Like elements are denoted by like reference numerals.
레이저(10)는 레이저 빔(21)을 발생시킨다. 레이저 빔(21)은 망원경(105)을 통과하고, 미러(110) 상에서 반사되고, 실린더 렌즈 어레이(cylindrical-lesns arrays)(115)를 통과하여, 빔 분할기(13)에 부딪친다. 빔 분할기(13)는 레이저 빔을 투과 부분(25)과 반사 부분(33)으로 분할한다.The
투과 부분(25)은 제 1 집광 렌즈(condenser lens)(120)를 통과하고, 두 개의 미러(125와 130) 상에서 반사되어, 제 2 집광 렌즈(135)를 통과하고, 중간 초점을 갖는 초점 렌즈(focusing lens)(140)를 통과하고, 다시 한번 미러(145) 상에서 반사되며, 이미지화 렌즈(imaging lens)(150)에 의해 레이저 빔(27)으로서 반도체 층(미도시) 상에 투사된다.The
반사 부분(33)은 빔 분할기(13)로부터 미러(16) 상으로 반사되어, 마찬가지로 후속적으로 광학 요소들(120, 125, 130, 135, 140, 145 및 150)을 통과하고, 그리고 레이저 빔(27)으로부터 분리간격(a) 만큼 분리된 레이저 빔(35)으로서 반도체 층에 부딪친다. 레이저 빔(27 및 35)은 레이저 시스템 내에서 실질적으로 서로 평행한 방위를 가지게 되어, 레이저 빔(27 및 35) 각각은 반도체 층 상에 실질적으로 수직으로 부딪친다.Reflecting
도 8에 도시된 레이저 시스템에서, 이미지화 렌즈(150)는 실린더 렌즈이고, 그래서 단지 가우시안 축(다시 말해, 가우시안 강도 분포를 갖는 축)만이 반도체 층 상으로 감소되어 집속된다. 대안적으로, 레이저 빔(27, 35)을 중간 이미지로 감소되도록 반도체 층 상에 투사하는 구면체(spherical objective)가 사용될 수 있다.In the laser system shown in FIG. 8, the
도 8에 도시된 레이저 시스템은 라인 형태(도면의 평면에 수직인 라인)로 레 이저 빔을 발생시키는 것에 관한 것이다. 그러나 본 발명은 레이저 스팟의 형태로 레이저 광을 발생시키는 레이저 시스템에서도 사용될 수 있다. 더욱이 반도체 층을 조사하기 위해 도 4에 도시된 장치는 도 8에 도시된 레이저 시스템에 통합될 수 있다.The laser system shown in FIG. 8 relates to generating a laser beam in line form (line perpendicular to the plane of the drawing). However, the present invention can also be used in laser systems that generate laser light in the form of laser spots. Furthermore, the device shown in FIG. 4 for irradiating a semiconductor layer can be integrated into the laser system shown in FIG. 8.
앞서의 예시적 실시예들에서, 본 발명은 레이저 광 펄스들을 기반으로 하여 명백해진다. 그러나 본 발명이 레이저 광 펄스들에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 제 1 레이저 광 및 제 2 레이저 광은 연속파 레이저 빔일 수 있다. 이러한 경우, 이중 조사는 연속파 레이저 빔의 방사 강도를 바꿈으로서 실현될 수 있다. 이러한 경우에, 반도체 층의 적어도 일 영역의 일소는, 상기 영역이 방사 강도가 서로 다른 동일한 연속파 레이저 빔에 의해 두번 조사된 이후에, 단속적으로, 즉 불연속적으로 실시된다.In the above exemplary embodiments, the present invention becomes apparent on the basis of laser light pulses. However, the present invention is not limited to laser light pulses. Also, the first laser light and the second laser light may be continuous wave laser beams. In such a case, double irradiation can be realized by changing the radiation intensity of the continuous wave laser beam. In this case, sweeping of at least one region of the semiconductor layer is carried out intermittently, ie discontinuously, after the region has been irradiated twice by the same continuous wave laser beam having different radiant intensities.
본 발명을 사용하여, 얇은 반도체 층, 특히 다결정 실리콘의 표면 거칠기 및 균일도가 증가할 수 있다. 결과적으로, 훨씬 더 작은 박막 트랜지스터를 생산하는 것이 가능하고, 그럼으로써 해상도가 더 높은 평판 디스플레이 스크린이 더 소형으로, 그리고 더 경량화되어, 그리고 더 얇은 구조적 설계로 생산될 수 있다.Using the present invention, the surface roughness and uniformity of thin semiconductor layers, in particular polycrystalline silicon, can be increased. As a result, it is possible to produce much smaller thin film transistors, whereby higher resolution flat panel display screens can be made smaller, lighter, and with a thinner structural design.
도 1은 반도체 층을 조사하는 장치를 도시적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating an apparatus for irradiating a semiconductor layer.
도 2는 두 개의 레이저 빔의 조사 강도 분포를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating the irradiation intensity distribution of two laser beams.
도 3은 두 개의 레이저 빔으로 비정질 실리콘 층을 조사하는 것을 나타낸 도면이다.3 is a view showing irradiating an amorphous silicon layer with two laser beams.
도 4는 스캔 방향이 반대인 도 1의 반도체 층을 조사하는 장치의 개략적 도면이다.4 is a schematic diagram of an apparatus for irradiating the semiconductor layer of FIG. 1 with a scanning direction opposite.
도 5는 레이저 광의 반복 주파수와 두 개의 조사들 간의 시간적 분리간격 간의 관계를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the relationship between the repetition frequency of laser light and the temporal separation interval between two irradiations.
도 6은 완전 용융 프로세스의 경우에 실리콘 층 상에서의 영향을 나타낸 도면이다.6 shows the effect on the silicon layer in the case of a complete melting process.
도 7은 부분 용융 프로세스의 경우에 실리콘 층 상에서의 영향을 나타낸 도면이다.7 shows the effect on the silicon layer in the case of a partial melting process.
도 8은 반도체 층을 조사하는 장치를 구비한 레이저 시스템을 도식적으로 나타낸 도면이다.8 is a diagrammatic representation of a laser system with a device for irradiating a semiconductor layer.
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