KR101287314B1 - 막 처리 시스템과 방법, 및 박막 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에서, 막 처리 방법이 제공되는데, 이 방법은, 막 내에서 예비-결정화되는 복수의 이격된 영역을 정하는 단계로서, 이 막은 기판상에 배치되고 레이저-유도 용융이 가능한 것인 단계; 막에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되는 플루언스(fluence)를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계로서, 막의 일부는 조사된 영역 내에서 막의 두께 전체에 걸쳐 용융되는 것인 단계; 복수의 이격된(spaced-apart) 영역 중 제1 영역을 적어도 부분적으로 예비-결정화(pre-crystallization)하는 것을 준비하기 위해 레이저 빔에 대하여 막을 위치시키는 단계; 레이저 빔을 레이저 빔의 경로 내에 위치하는 이동식의 적어도 부분적으로 반사하는 광학 요소 상으로 배향하는 단계에 있어서, 이동식 광학 요소는 제1 방향 및 제1 속도에서 빔으로 제1 영역의 제1 부분을 스캔하기 위하여 상기 빔을 재배향하며, 제1 속도는 빔이 조사하여 제1 영역의 제1 부분에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되고, 제1 영역의 제1 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 배향 단계; 및 레이저-유도 용융을 이용하여 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계를 포함한다.

Description

막 처리 시스템과 방법, 및 박막{SYSTEMS AND METHODS FOR PROCESSING A FILM, AND THIN FILMS}
본 출원은 이하의 출원에 대한 미국 특허법 35 U.S.C.제119조(e)항에 따르는 이익을 주장하며, 2005년 12월 5일에 출원된, 발명의 명칭이 "유리 기판 및 기존 정밀 스테이지에 되는 연속파 광원을 이용한 막 결정화 스킴(Scheme for Crystallizing Films Using a Continuous-Wave Light Source Compatible With Glass Substrates and Existing Precision Stages)"인 미국 가출원 제60/742,276호의 전체적인 내용은 여기서 참조로서 결합된다.
막,처리 시스템과 방법, 및 박막이 제공된다.
최근 몇 년 동안에, 무결정질(amorphous) 또는 다결정질(polycrystalline) 반도체 막의 결정화도(crystallinity)를 개선하거나 결정화시키기 위한 다양한 기술이 연구되어왔다. 이러한 결정화된 박막은 이미지 센서 및 능동 매트릭스형 액정 디스플레이(active-matrix liquid-crystal display)("AMLCD")장치와 같은 다양한 장치의 제조에 이용될 수 있다. 후자에서는, 박막 트랜지스터("TFT")의 일정한 배열이 적절한 투명 기판상에서 제조되고, 각각의 트랜지스터는 픽셀 제어기로서 역할을 한다.
실리콘 막과 같은 결정질 반도체 막은 엑시머 레이저 어닐링(excimer laser annealing)("ELA") 및 순차방식 측방향 응고(sequential lateral solidification)("SLS") 처리를 포함한 다양한 레이저 처리를 이용하는 액정 디스플레이용 픽셀을 제공하기 위해 처리되었다. SLS는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode)("OLED") 뿐만 아니라, AMLCD 장치에 이용하기 위한 박막을 처리하는 데 매우 적합하다.
ELA에서, 막의 영역은 엑시머 레이저에 의해 조사(irradiation)되어 부분적으로 막을 용융시키며, 막은 이어서 결정화한다. 이 처리는 일반적으로 기판 표면 위에서 연속적으로 전진되는 길고, 좁은 빔 형상을 이용하므로, 이 빔은 표면을 가로지르는 단일의 스캔으로 반도체 박막 전체를 조사할 수 있다. 실리콘 막은 수차례 조사되어 균일한 입자 크기를 갖는 임의적 다결정질 막(random polycrystalline film)을 생성한다. ELA는 작은 입자의 다결정질 막을 생산하지만; 이 방법은 종종 미세구조의 비균일성의 문제를 겪게 되는데, 이 문제는 펄스 대 펄스의 에너지 밀도 변동 및/또는 비균일한 빔 강도 프로파일에 기인할 수 있다. 도 6a는 ELA를 사용하여 얻어질 수 있는 임의의 미세구조를 도시한다. 이러한 도면, 및 후속하는 모든 도면은 일정한 비율에 따라 도시된 것이 아니고, 당연히 예시적인 것으로 의도되었다.
SLS는 유리 및 플라스틱과 같은 열에 약한(intolerant) 기판을 포함한, 기판상에 크고 일정한 입자를 갖는 고품질의 다결정성 막을 생산할 수 있는 펄스식 레이저 결정화 처리이다. SLS는 제어된 레이저 펄스를 이용하여 기판상의 무결정성 또는 다결정성 박막의 영역을 완전히 용융시킨다. 이후에 막의 용융된 영역은 응고된 측방향 원주형 미세구조 또는 복수의 위치 제어된 대형 단일 결정 영역으로 측방향으로 결정화된다. 일반적으로, 용융/결정화 처리는 수많은 레이저 펄스로, 대형 박막의 표면 위에서 순차적으로 반복된다. 기판상에 처리된 막은 이후에 하나의 대형 디스플레이를 생산하는 데 이용되거나, 심지어 복수의 디스플레이를 생산하기 위해 분할될 수 있는데, 각각의 디스플레이는 주어진 장치 내에서 영상 출력(visual output)을 제공하는 데 유용하다. 도 6b 내지 6d는 SLS를 이용하여 얻어질 수 있는 상이한 미세구조를 갖는 막 내에서 제조된 TFT의 개략도를 도시한다. SLS처리는 이하에서 더 자세히 설명된다.
상업적 이용에 대한 SLS 시스템 및 방법의 성공 가능성은 원하는 미세구조 및 텍스쳐(texture)가 생산될 수 있는 수율(throughtput)과 결부된다. 미세구조를 갖는 막을 생산하는 데 필요한 에너지의 양과 시간은 이 막을 생산하는 비용에도 관련되는데; 일반적으로, 막이 더 빨리 더 효율적으로 생산될 수 있으면, 주어진 시간의 기간 내에 더 많은 막이 생산될 수 있어, 더 높은 생산을 가능하게 함으로써 보다 큰 잠재적 수입을 얻을 수 있다.
본 출원은 박막을 처리하기 위한 시스템과 방법, 및 박막을 개시한다.
일 실시예에서, 막 처리 방법이 제공되는데, 이 방법은, 막 내에서 예비-결정화되는 복수의 이격된 영역을 정하는 단계로서, 이 막은 기판상에 배치되고 레이저-유도 용융이 가능한 것인 단계; 막에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되는 플루언스(fluence)를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계로서, 막의 일부는 조사된 영역 내에서 막의 두께 전체에 걸쳐 용융되는 것인 단계; 복수의 이격된(spaced-apart) 영역 중 제1 영역을 적어도 부분적으로 예비-결정화(pre-crystallization)하는 것을 준비하기 위해 레이저 빔에 대하여 막을 위치시키는 단계; 레이저 빔을 레이저 빔의 경로 내에 위치하는 이동식의 적어도 부분적으로 반사하는 광학 요소 상으로 배향하는 단계로서, 이동식 광학 요소는 제1 방향 및 제1 속도에서 빔으로 제1 영역의 제1 부분을 스캔하기 위하여 상기 빔을 재배향하며, 제1 속도는 빔이 조사하여 제1 영역의 제1 부분에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되고, 제1 영역의 제1 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 단계; 및 레이저-유도 용융을 이용하여 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계를 포함한다.
일 실시예는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함한다. 레이저 빔은 연속파이다. 추가적으로 복수의 이격된 영역 중 제2 영역을 적어도 부분적으로 예비-결정화하는 것을 준비하기 위해 레이저 빔에 대하여 막을 재-위치시키는 것; 및 제1 방향 및 상기 제1 속도에서 레이저 빔으로 제2 영역의 제1 부분을 스캔하기 위하여 광학 요소를 이동시키는 것으로서, 제2 영역의 제1 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 광학 요소의 이동을 포함한다. 상기 제1 속도는 빔에 의해 발생되는 열이 기판을 실질적으로 손상시키지 않도록 추가로 선택된다. 이동식 광학 요소는 레이저 빔을 막 상으로 반사하는 복수의 면(facet)을 포함하는 회전식 디스크를 포함한다. 제1 속도는 적어도 약 0.5 m/s 이다. 제1 속도는 적어도 약 1 m/s 이다.
청구항 1의 방법은, 이하의 단계를 더 포함한다. 이동식 광학 요소로 빔을 재배향시켜 제1 영역의 제1 부분을 스캔한 후에, 제1 방향 및 제1 속도에서 레이저 빔으로 제1 영역의 제2 부분을 스캔하기 위하여 제2 방향으로 레이저 빔에 대해 막을 병진 이동시키는 단계로서, 제1 영역의 제2 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정 입자를 형성하는 것인 막의 병진 이동 단계. 제1 영역의 제2 부분은 제1 영역의 제1 부분을 부분적으로 오버랩한다. 제1 영역의 제1 및 제2 부분 사이에 소정 상당의 오버랩을 제공하도록 선택된 제2 속도 및 제2 방향으로 막을 연속적으로 병진 이동시키는 단계; 제1 영역의 복수의 부분을 순차적으로 조사하고 부분적으로 용융시키도록 선택된 시간 동안에 제2 속도로 제2 방향에서 막을 연속적으로 병진 이동시키는 단계로서, 각각의 복수의 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 단계. 상기 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 막의 표면에 실질적으로 수직이다. 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 <100> 방향이다. 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 균일한 순차방식 측방향 결정화를 수행하는 것을 포함한다. 균일한 순차방식 측방향 결정화는 선형-스캔의 순차방식 측방향 결정화를 포함한다. 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 점 순차방식(Dot sequential)의 측방향 결정화를 수행하는 것을 포함한다. 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 제어된 초-측방향 성장(super-lateral growth) 결정화를 포함한다. 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 드라이버 TFT의 채널 영역에 적합한 소정의 결정학적 방향을 갖는 결정을 형성하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 영역 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 제조하는 단계를 더 포함한다. 적어도 제1 및 제2 영역에서 복수의 박막 트랜지스터를 제조하는 단계를 더 포함한다. 복수의 이격된 영역을 정하는 단계는 이 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 장치 또는 회로만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 단계를 포함한다. 복수의 이격된 영역을 정하는 단계는 이 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 박막 트랜지스터의 폭만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 단계를 포함한다. 이격된 영역은 비결정질 막에 의해 분리된다. 박막은 도체 및 반도체 중 적어도 하나를 포함한다. 막은 실리콘을 포함한다. 기판은 유리를 포함한다. 레이저 빔을 형성하는 단계는 포커싱 렌즈를 이용한다.
일 실시예는 막을 처리하기 위한 시스템을 제공하는데, 이 막 처리 시스템은 막에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되는 플루언스를 갖는 레이저 빔을 제공하는 레이저 원으로서, 막의 일부는 조사된 영역 내에서 막의 두께 전체에 걸쳐 용융되는 것인 레이저 원; 레이저 빔의 경로를 제어하여 재배향할 수 있는 레이저 빔의 경로 내에 위치하는 이동가능한 적어도 부분적으로 반사하는 광학 요소; 막을 지지하고 적어도 제1 방향으로 병진 이동가능한 스테이지; 및 일련의 지시를 저장하기 위한 메모리로서, 이 지시는 막 내에서 예비-결정화되는 복수의 이격된 영역을 정하는 지시로서, 막은 기판 상에 배치되고 레이저 유도 용융이 가능한 것인 복수의 이격된 영역을 정하는 지시; 복수의 이격된 영역 중 제1 영역을 적어도 부분적으로 예비-결정화하는 것을 준비하기 위해 레이저 빔에 대하여 막의 위치를 정하는 지시; 제1 방향 및 제1 속도에서 빔으로 제1 영역의 제1 부분을 스캔하기 위하여 이동가능한 광학 요소를 이동시키는 지시로서, 제1 속도는 빔이 막에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하고 막의 일부가 제1 영역의 제1 부분에서 막의 두께 전체에 걸쳐 용융되도록 선택되고, 제1 영역의 제1 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 광학 요소를 이동시키는 지시를 포함하는 것인 메모리를 포함한다.
일 실시예는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함한다. 레이저 빔은 연속파이다. 복수의 이격된 영역 중 제2 영역을 적어도 부분적으로 재-결정화하는 것을 준비하기 위해 레이저 빔에 대하여 막을 재-위치시키는 단계; 및 제1 방향 및 제1 속도에서 레이저 빔으로 제2 영역의 제1 부분을 스캔하기 위하여 이동가능한 광학 요소를 이동시키는 단계로서, 제2 영역의 제1 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 광학 요소의 이동 단계. 제1 속도는 빔에 의해 발생되는 열이 기판을 실질적으로 손상시키지 않도록 추가로 선택된다. 이동가능한 광학 요소는, 레이저 빔을 막 상으로 적어도 부분적으로 반사하는 복수의 면을 포함하는 디스크를 포함한다. 제1 속도는 적어도 약 0.5 m/s 이다. 제1 속도는 적어도 약 1 m/s 이다. 메모리는, 이동가능한 광학 요소를 이동시켜 제1 영역의 제1 부분을 스캔한 후에, 제1 방향 및 제1 속도에서 레이저 빔으로 제1 영역의 제2 부분을 스캔하기 위하여 제2 방향으로 레이저 빔에 대해 막을 병진 이동시키기 위한 지시로서, 제1 영역의 제2 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정 입자를 형성하는 것인 막을 병진 이동시키는 지시를 더 포함한다. 메모리는 제1 영역의 제1 및 제2 부분을 부분적으로 오버랩시키는 지시를 더 포함한다. 메모리는 제1 영역의 제1 및 제2 부분 사이에 소정 상당의 오버랩을 제공하도록 선택된 제2 속도 및 제2 방향으로 막을 연속적으로 병진 이동시키는 지시를 더 포함한다. 메모리는 제1 영역의 복수의 부분을 순차적으로 조사하고 부분적으로 용융시키도록 선택된 시간 기간 동안에 제2 속도로 제2 방향에서 막을 연속적으로 병진 이동시키는 지시를 더 포함하고, 각각의 복수의 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성한다. 메모리는 적어도 제1 영역에서 균일한 순차방식 측방향 결정화를 수행하는 지시를 더 포함한다. 메모리는 이 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 장치 또는 회로만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 지시를 포함한다. 메모리는 이 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 박막 트랜지스터의 폭만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 지시를 포함한다. 막은 도체 및 반도체 중 적어도 하나를 포함한다. 막은 실리콘을 포함한다. 기판은 유리를 포함한다. 상기 레이저 빔을 형성하기 위하여 레이저 광학기기를 더 포함한다.
일 실시예는 박막을 제공하는데, 박막은, TFT의 행과 열이 예비-결정화된 막의 열에서 이후에 제조될 수 있도록 위치가 정해지고 크기가 정해진 예비-결정화된 막의 열로서, 예비-결정화된 막의 열은 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 포함하는 열; 및 예비-결정화된 막의 열들 사이에 미처리된 막의 열을 포함한다.
일 실시예는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함한다. 상기 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 막의 표면에 실질적으로 수직이다. 상기 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 <100> 방향이다. 미처리된 막의 열은 비결정질 막을 포함한다.
일 실시예는 막을 처리하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 기판상에 배치되고 레이저-유도 용융이 가능한 막 내에 적어도 하나의 영역을 정하는 단계; 막 내에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되는 플루언스를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계로서, 막의 일부가 조사된 영역 내에서 막의 두께 전체에 걸쳐 용융되는 것인 단계; 적어도 부분적으로 반사하는 이동식 광학 요소 상에 레이저 빔을 배향하는 단계로서, 이동식 광학 요소가 제1 방향 및 제1 속도로 제1 영역의 제1 부분을 가로질러 레이저 빔을 배향하는 단계; 광학 요소를 이동시키는 동안에 제1 부분의 레이저 조사 중에 제2 방향을 따라 막을 변위시키기 위하여 제2 방향 및 제2 속도로 레이저 빔에 대하여 막을 변위시키는 단계로서, 제1 영역의 상기 제1 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하며, 제1 속도는 빔이 조사하여 막의 제1 부분에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되는 것인 막의 이동 단계; 및 제1 영역을 결정화하기 위하여 적어도 한번 광학 요소를 이동시키는 단계 및 막을 이동시키는 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
일 실시예는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함한다. 레이저 빔은 연속파이다. 추가적으로 복수의 이격된 영역의 제2 영역을 적어도 부분적으로 예비-결정화하기 위한 준비로 레이저 빔에 대하여 막을 재-위치시키는 단계; 및 제1 방향 및 제1 속도에서 레이저 빔으로 제2 영역의 제1 부분을 스캔하도록 광학 요소를 이동시키는 단계로서, 제2 영역의 제1 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 우세하게 동일한 결정질 방향을 갖는 결정질 입자를 형성하는 광학 요소의 이동 단계를 포함한다. 상기 제1 속도는 상기 기판을 손상시키는 상기 빔에 의한 발열을 방지하도록 추가로 선택된다. 이동식 광학 요소를 배향하는 단계는 레이저 빔을 막 상으로 반사하는 복수의 면을 포함하는 디스크를 회전시키는 것을 포함한다. 제1 속도는 적어도 약 0.5 m/s 이다. 제1 속도는 적어도 약 1 m/s 이다. 광학 요소를 이동시키는 단계 및 막을 이동시키는 단계는 동일한 결정질 방향을 우세하게 갖는 제1 영역의 제1 및 제2 부분과 제1 영역의 제1 부분과 부분적으로 오버랩하는 제1 영역의 상기 제2 부분을 제공한다. 제1 영역의 제1 및 제2 부분 사이에 소정 상당의 오버랩을 제공하도록 선택된 제2 속도로 제2 방향에서 막을 연속적으로 병진 이동시키는 단계. 제1 영역의 복수의 부분을 순차적으로 조사하고 부분적으로 용융시키도록 선택된 시간의 기간 동안에 제2 방향에서 제2 속도로 막을 연속적으로 병진 이동시키는 단계로서, 각각의 상기 복수의 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 병진 이동시키는 단계. 상기 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 막의 표면에 실질적으로 수직이다. 상기 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 <100> 방향이다. 추가적으로, 위치가 제어된 입자를 생성하기 위하여 막에 후속의 순차방식 측방향 결정화 처리를 가하는 단계로서, 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 균일한 순차방식 측방향 결정화를 수행하는 것을 포함한다. 균일한 순차방식 측방향 결정화는 선형-스캔의 순차방식 측방향 결정화를 포함한다. 제1 영역의 적어도 상기 제1 부분을 결정화하는 단계는 점 순차방식 측방향 결정화를 수행하는 것을 포함한다. 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 제어된 초-측방향 성장 결정화를 수행하는 것을 포함한다. 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 드라이버 TFT의 채널 영역에 적합한 소정의 결정학적 방향을 갖는 결정을 형성하는 것을 포함한다. 제1 및 제2 영역 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 제조하는 단계를 더 포함한다. 적어도 제1 및 제2 영역에서 복수의 박막 트랜지스터를 제조하는 단계를 더 포함한다. 복수의 이격된 영역을 정하는 단계는 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 장치 또는 회로만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 단계를 포함한다. 복수의 이격된 영역을 정하는 단계는 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 박막 트랜지스터의 폭만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 단계를 포함한다. 이격된 영역은 비결정질 막에 의해 분리된다. 막은 도체 및 반도체 중 적어도 하나를 포함한다. 막은 실리콘을 포함한다. 기판은 유리를 포함한다. 상기 레이저 빔을 형성하는 단계는 포커싱 광학기기를 이용한다.
도 1은 일 실시예에 따른 고수율 예비-결정화를 이용하여 예비-결정화된 부위를 갖는 박막을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 박막의 고수율 예비-결정화용 방법 및 선택적인 후속의 TFT 제조를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 박막의 고수율 예비-결정화용 장치의 개략도이다.
도 4a 내지 4b는 일 실시예에 따른 고수율 예비-결정화 장치를 이용하는 TFT 영역의 예비-결정화를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 반도체 막의 순차방식 측방향 결정화용 장치의 개략도이다.
도 6a는 엑시머 레이저 어닐링에 의해 형성된 결정질 미세구조를 도시한다.
도 6b 내지 6d는 순차방식 측방향 결정화에 의해 형성된 결정질 미세구조를 도시한다.
도 7a 내지 7d는 일 실시예에 따른 순차방식 측방향 결정화에 의해 형성된 미세구조와 관련된 처리의 개략도이다.
본 명세서에 기재된 시스템 및 방법은 제어된 결정학적 텍스쳐(controlled crystallographic texture)를 갖는 예비-결정화된 박막을 제공한다. 텍스쳐된 막은 적어도 단일의 결정학적 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 입자를 포함한다. 박막은 이하에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, SLS 또는 다른 측방향 성장 처리로 추가로 처리하는 데에 더 적합할 수 있다. SLS에서, SLS동안의 측방향 성장의 결정 방향은 조사된 영역의 경계의 재료 방향에 의존한다. SLS의 수행 전에 막을 예비-결정화함으로써, SLS 동안에 측방향으로 성장하는 결정은 예 비-결정화 중에 생성되는 결정 방향을 채택함으로써, 예비-결정화 없이 성장된 결정 입자에 비하여 개선된 결정 방향으로 성장한다. 예비-결정화 및 측방향으로 결정화된 막은 이후에 TFT를 형성하도록 처리될 수 있고, 결과적으로 디스플레이 장치로서 이용될 수 있다.
다결정질 재료가 TFT를 갖는 장치를 제조하는 데 이용될 때, TFT 채널 내에서 캐리어 운송에 대한 총 저항은 캐리어가 주어진 전위의 영향하에서 이동할 때 캐리어가 횡단해야하는 장벽(barrier)의 조합에 의해 영향을 받는다. SLS에 의해 처리된 재료 내에서, 캐리어가 다결정질 재료의 긴 입자 축(long grain axis)에 수직으로 이동한다면 더 많은 입자 경계를 횡단하고, 이로써 캐리어가 긴 입자 축에 대해 평행하게 이동할 때보다, 더 큰 저항을 경험한다. 그러므로, 일반적으로, SLS로 처리된 다결정질 막 상에서 제조된 TFT 장치의 성능은 막의 긴 입자 축에 비하여, 채널 내에서의 막의 미세구조에 의존한다. 그러나, SLS는 이러한 입자의 결정 텍스쳐를 완전히 정할 수 없는데, 그 이유는 이러한 입자는, 그 자체적으로는 잘 정해진 결정학적 텍스쳐를 반드시 가질 필요가 없는 현재의 입자로부터 애피택시하게(epitaxially) 성장하기 때문이다.
박막의 예비-결정화는 후속하는 측방향 결정화 처리 동안에 얻어지는 결정의 정렬, 예를 들어, 텍스쳐를 개선할 수 있고, 개별적 제어와 막의 텍스쳐 및 미세구조의 최적화를 가능하게 할 수 있다. 막의 예비-결정화는 적어도 한 방향에서 동일한 결정 방향의 결정 입자를 우세하게 갖는 텍스쳐된 막을 생성한다. 예를 들어, 얇은 다결정질 막 내의 대부분 결정의 하나의 결정 축이 주어진 방향으로 우세 하게 향한다면, 막은 일축 텍스쳐(one-axial texture)를 갖는다고 일컫는다. 여기에 개시된 많은 실시예에 대하여, 일축 텍스쳐의 우선적인 방향은 결정의 표면에 수직하는 방향이다. 그러므로, "텍스쳐"는 여기서 사용되는 바와 같이 입자의 일축 표면 텍스쳐를 지칭한다. 일 실시예에서, 결정은 (100)텍스쳐를 갖는다. 텍스쳐의 정도는 특정 애플리케이션에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 고도의 텍스쳐는 드라이버 회로용으로 사용되는 박막 트랜지스터(TFT)의 성능을 개선할 수 있으나, 스위치 회로용으로 사용되는 TFT에는 상당한 이점을 제공하지는 않는다.
막을 예비-결정화하는 데 이용될 수 있는 한 방법은 혼합상 지역-용융 재결정화(mixed-phase zone-melt recrystallization)(ZMR)로 알려진 것으로, 일 실시예에서, ZMR은 연속파(continuous wave)(CW) 레이저 빔을 이용하여 실리콘 막을 부분적으로 용융하고 따라서 원하는 텍스쳐, 예를 들어, (100)텍스쳐를 갖는 막을 생산한다. ZMR에서, 조사는 다른 부분은 용융되지 않게 하면서 막의 일부 부분을 완전히 용융시켜, "천이 영역(transition region)"을 형성하는데, 이는 용융시 실리콘의 반사도가 상당히 증가한 결과로 나타난다(반도체-금속 천이). (100)텍스쳐를 갖는 결정 입자는 이러한 천이 영역에서 형성된다. 더 자세한 사항은, 발명의 명칭이 "결정학적 방향 제어된 폴리-실리콘 막을 생성하기 위한 시스템 및 방법(Systems and Methods for Creating Crystallographic-Orientation Controlled poly-Sillicon Films)"인, 미국 특허 공개공보 제2006/0102901호를 참조하며, 이 공보의 전체 내용은 여기서 참조로서 결합된다. 바람직하게 배향된 입자는 덜 바람직하게 배향된 입자를 희생하여 확대되기 때문에, 예비-결정화된 막의 텍스쳐는 이 막을 수차례 스캐닝함으로써 더 개선될 수 있다. 더 자세한 사항은, 미국 가출원 제60/707,587호를 참조하며, 이것의 전체 내용은 여기서 참조로서 결합된다. ZMR에 대한 보다 일반적인 상세내용은, M.W.Geis 외의 "이동식-스트립-히터 오븐을 이용한 실리콘 막의 지역-용융식 재결정화(Zone-Melting recrystallization of Si films with a movable-strip-heater oven," J.Electro-Chem.Soc. 129,2812(1982) 를 참조하며, 이것의 전체 내용은 여기서 참조로서 결합된다.
그러나, 전체 패널을 예비-결정화하여 (100)큰-입자 재료를 얻는 것은 통상의 CW 레이저원이 제한된 출력을 갖기 때문에, 시간이 많이 소비될 수 있다. 부가적으로, CW 레이저로 실리콘 막을 예비-결정화하는 것은 연속적인 조사로 인해 막 및 하부에 놓인 기판을 상당히 가열시킬 수 있다. 유리 기판의 경우에, 기판을 감기게 하거나 실제로 용융시켜 기판을 손상을 줄 만큼 충분한 열이 발생될 수 있다. 일반적으로, 유리 기판은 손상을 막기 위하여 적어도 약 1 m/s의 스캔 속도인 것이 유리하다. 그러나, 기판의 크기가 증가할수록, 이러한 속도는 더욱 달성하기가 힘든데; 예를 들어, 휴대용(작은-디스플레이) 애플리케이션용으로 일반적으로 이용되는, 소위 저온 다결정질 실리콘(low-temperature polycrystalline silicon)(LTPS) 기술에서 현재의 패널 크기는 720 mm x 930 mm(이 크기는 4개 이상의 장치로 분할될 수 있다)에 이르거나 더 크다. 현재의 가용한 스테이지 기술은 표준 SLS 처리에서 이용되는 바와 같이, 스캔 속도를 일반적으로 수 cm/s 또는 수십 cm/s로 제한한다. 그러므로, CW 레이저를 이용하는 통상적인 예비-결정화는 큰 기판에는 손쉽게 적용되지 않는다. 열 저항성 기판이 사용될 수 있을지라도, 이것은 가격이 더 비싸고 큰-면적의 전자 애플리케이션에 대해서 덜 매력적이다.
본 명세서에 기재된 예비-결정화 시스템 및 방법은 막이 높은 스캔 속도에서 스캔 되도록 하여, 하부에 놓인 기판에 대한 열 손상을 방지하는데 도움을 준다. 시스템은 통상적인(예를 들어, 상대적으로 느린) 핸들링 스테이지를 이용하여 큰 기판을 이동시킬 수 있고, 동시에 약 1 m/s, 또는 훨씬 큰 스캔 속도를 제공할 수 있다. 특히, 이동식 광학기기가 상이한, 예를 들어, 수직의, 방향으로 훨씬 큰 속도로 막을 가로지르며 레이저 빔으로 스캔하는 동안에, 핸들링 스테이지는 일반적인 스캔 속도에서 한 방향으로 막 및 기판을 이동시킨다. 스테이지 및 레이저 빔의 이동은 막의 정해진 영역이 예비-결정화되고, 다른 영역은 미처리되어 남도록 조정된다. 이것은 기판이 손상될 수 있는 임계 속도를 초과하는 유효한 스캐닝 속도를 증가시키고, 막의 예비-결정화 효율을 상당히 개선한다.
이 시스템 및 방법은 막을 처리하는 총 시간을 또한 감소시킬 수 있다. 특히, 막은 제어된 결정학적 텍스쳐로부터 이점을 얻는 장치가 제조될 막의 영역, 예를 들어, 가장 필요한 회로소자를 포함하는 영역에서 예비-결정화된다. 일 실시예에서, 이러한 영역은 디스플레이 주변에 있는데, 여기서 집적 TFT(integration TFTs)가 제조된다. 이러한 장치가 배치되지 않거나 장치가 제어된 결정화 텍스쳐를 요구하지 않는 막의 영역은 예비-결정화되지 않는다. 일 실시예에서, 패널이 예비-결정화되는 속도는 예비-결정화 시스템 및 방법이 통합될 수 있는 SLS 시스템 및 방법의 수율과 대략 비슷하다.
도 1은 정해진 영역에서 예비-결정화되고, 다른 영역에서는 미처리된 채 남 겨진 실리콘 막(300)의 실시예를 도시한다. 정해진 영역은 다양한 이유로 선택될 수 있는데, 개선된 결정질 텍스쳐로부터 이점을 얻는 장치가 거기서 최종으로 제조되는 것과 같은 것이 그러한 이유이다. 일 실시예에서, 정해진 영역은 TFT 채널에 상응한다. 막은 예비-결정화된 실리콘(325)의 부위, 및 미처리된 실리콘 부위(310)을 포함한다. 이 부위는 위치 및 크기가 정해져 TFT의 행과 열은 예비-결정화된 실리콘(325)의 부위 내에서, 예를 들어, SLS 및 다른 처리 단계로 선택적으로 후속하여 제조될 수 있다. 미처리된 영역(310)은 미결정화된 실리콘, 예를 들어, 무결정질 실리콘일 수 있거나, 예를 들어, 다결정질 실리콘일 수 있다.
미처리되고 예비-결정화된 실리콘 부위가 대략 동일한 폭을 갖는 것으로 도시되었을지라도, 부위의 폭 및 상대적인 간격은, 원하는 디스플레이 부위 및 집적 영역의 폭에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 집적 영역은 수 인치의 대각선을 가질 수 있는 디스플레이에 대해 단지 수 mm의 폭일 수 있다. 이러한 경우에, 예비-결정화된 실리콘 열(325)은 미처리된 부위(310)보다 실질적으로 폭이 더 좁도록 제조될 수 있다. 이것은, 막의 넓은 영역이 예비-결정화될 필요가 없기 때문에, 막이 처리될 수 있는 효율을 더욱 개선한다. 일반적으로, 예비-결정화 영역의 폭은 집적 회로용 부위를 커버하기에 충분히 긴 정도만을 필요로 한다.
도 2는 특정의 실시예에 따른, 고수율의 예비-결정화, 및 TFT를 형성하기 위한 반도체 막의 선택적인 후속 처리용 방법(400)을 개략적으로 보여준다. 첫 번째로, 예비-결정화되는 영역이 정해진다(410). 정해진 영역은 상술한 바와 같이, TFT 회로가 제조되는 부위와 선택적으로 상응한다. 부위의 폭 및 간격은 막을 사 용하여 궁극적으로 제조되는 장치의 요구에 따라 선택된다.
이후에, 막은 정해진 영역(420)에서 예비-결정화된다. 일 실시예에서, 이것은 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 연속파(CW) 레이저로 수행된다. 레이저는 막을 부분적으로 용융시키는데, 막은 원하는 텍스쳐를 갖도록 결정화한다. 텍스쳐된 막은 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 입자를 포함한다. 그러나, 입자는 막 표면상에 임의로 위치될 수 있으며, 특정한 크기를 갖지 않는다.
이후에, 막은 선택적으로 측방향으로 결정화된다(430). 많은 실시예에서, 이것은, 예를 들어 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, SLS 처리로 수행된다. 더 자세한 사항과 다른 SLS 처리에 대해서는, 미국 특허 제6,322,625, 6,368,945, 6,555,449, 및 6,573,531호를 참조하며 이들의 전체 내용은 여기서 참조로서 결합된다.
이후에, TFT는 정해진 부위(440) 내에서 선택적으로 제조된다. 이것은 실리콘 아일랜드(island) 형성으로 수행될 수 있는데, 거기서는 막이 에칭(etching)되어 TFT가 제조되는 곳을 제외한 잉여 실리콘을 제거한다. 이후에, 남은 "아일랜드"는 공지의 기술을 이용하여 처리되어, 도 6a에 도시된 바와 같이 소스 및 드레인 접촉 영역을 포함하는 능동의 TFT를 형성한다.
일반적으로, 주어진 막의 정해진 영역이 예비-결정화되고 나머지 역역이 미처리될지라도, SLS 처리가 단지 예비-결정화된 영역 내에서만 수행될 필요는 없다. 예를 들어, 전체 막, 또는 그것의 일부는 SLS를 이용하여 측방향으로 결정화될 수 있다. 이후에, TFT는 막의 측방향으로 결정화된 영역 내의 원하는 위치에서 제조될 수 있으므로, TFT의 일부 또는 전부는 본래 예비-결정화되었던 영역 내에서 제조된다. 막의 주어진 영역 상에서 어떠한 단계를 수행할지를 결정하는 것은 완성된 장치의 성능 요구에 의존한다.
도 3은 박막을 예비-결정화하는 데 이용될 수 있는 시스템의 한 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 시스템은 복수의 면을 갖는 회전식 디스크를 포함하는데, 각각의 면은 레이저 빔의 파장을 적어도 부분적으로 반사한다. 레이저 빔은 회전식 디스크를 향하는데, 회전식 디스크는 면이 레이저 빔의 방향을 재배향하여 레이저 빔이 막을 조사하도록 배치된다. 디스크가 회전함에 따라, 디스크는 레이저 빔이 막의 표면을 스캔하도록 하게 함으로써, 막의 연속적인 부분을 예비-결정화한다. 디스크가 연속적으로 회전함에 따라, 레이저 빔을 유효하게 반사하는 각각의 새로운 면은 회전 방향에서 막에 대한 빔의 위치를 "리셋"하며, 레이저 빔을 이 방향으로 자신의 막 상의 시작 지점으로 가져온다. 동시에, 막은 또 다른 방향, 즉, 스캔 방향에 대해 수직 방향으로 병진 이동되어, 디스크가 계속 회전할 때, 새로운 면은, 제 2 방향으로 서로로부터 변위된 막의 후속하는 부분 상으로 레이저 빔을 반사한다. 그러므로, 박막의 전체 영역이 예비-결정화될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 정해진 영역(520) 내에서 박막(515)을 예비-결정화하는 데 이용될 수 있는 예비-결정화 시스템(500)이 도시되었다. 레이저(미도시), 예를 들어, 코히어런트 사(Coherent Inc.)의 18 W, 2ω Nd:YVO4 Verdi 레이저 는 CW 레이저 빔(540)을 발생시킨다. 하나 이상의 광학기기(미도시)는 레이저 빔(540)을 형성하여 레이저 빔은 얇은 선형 빔을 형성한다. 일 실시예에서, 빔은 약 1 내지 15 mm의 길이, 약 5 내지 50 ㎛의 폭,및 빔 길이의 약 10 내지 150 W/mm의 플루언스(fluence)를 갖는다. 그러나, 빔은 어떠한 원하는 길이를 가질 수도 있으며, 어떤 경우에는 매우 큰 길이 대 폭의 종횡비(예를 들어, 약 50-105)를 갖는 "선형 빔"일 수 있고, 심지어 패널의 전체 길이가 조사되도록 확장될 수도 있음을 주목해야 한다. 이러한 경우에, 주어진 영역의 전체 길이는 한번에 조사되기 때문에, 막이 제2 방향으로 조사될 필요가 없다. 다른 실시예에서 빔이 가우스 또는 사인파와 같은 다른 에너지 프로파일을 가질지라도, 일 실시예에서는, 빔이 장축을 따라 대략 균일한 에너지를 갖는다. 일 실시예에서, 단축을 따라 빔은 "중산모(top hat)" 에너지 프로파일, 즉, 빔의 단축 프로파일을 가로질러 실질적으로 동일한 에너지를 갖고, 다른 실시예에서, 빔은 단축을 따라 정확히 초점이 맞춰진 가우스 프로파일을 갖는다. 다른 에너지 프로파일, 및 다른 빔 크기가 가능하며 완성된 장치의 성능 요구에 따라 선택될 수 있다. 빔의 크기뿐만 아니라, 전체 빔 출력은 막(515)을 부분적으로 용융시킬 만큼 충분한 에너지 밀도가 제공되도록 선택되어 원하는 만큼의 텍스쳐를 재-결정화할 수 있다. 당해 분야의 기술자는 원하는 빔 프로파일, 파장, 및 에너지를 달성하기 위해 적절한 레이저 및 광학기기를 쉽게 선택할 수 있을 것이다. 레이저 빔은 CW일 필요가 없으며, 어떠한 적합한 일시적인 프로파일, 예를 들어 조사된 영역을 부분적으로 용융시키기에 충분히 긴 펄 스를 가질 수도 있으며, 또는 상대적으로 높은 반복률("준-CW")을 가질 수도 있음을 주목해야 한다.
레이저 빔은 복수의 적어도 부분적인 반사 표면 또는 면(580)을 갖는 회전식 디스크(560)를 향한다. 디스크(560)의 반사 면(580)은 레이저 빔(540)이 막 표면을 향하도록 막(575)에 대해 위치된다. 특히 면(580)은 레이저 빔(540)을 재배향(redirection)하도록 구성되어 레이저 빔은 정해진 영역(520) 내에서 막(515)을 조사한다. 레이저 빔이 영역(520)을 조사하는 곳에서, 레이저 빔은 막을 부분적으로 용융시켜, 미국 특허 공개공보 제2006/0102901호에 더 상세히 개시된 바와 같이, 냉각되며 결정화한다. 디스크(560)는 축(570)에 대하여 회전한다. 이러한 회전은 레이저 빔(540)에 대하여 면(580)을 이동시켜서, 면은 레이저 빔을 위한 이동식 거울과 같이 행동하게 하고, 빔을 기판을 가로지르는 직선으로 안내한다. 면(580)의 이동은 레이저 빔(540)을 막(515)에 대하여 (-y) 방향으로 급속히 이동시킨다. (-y) 방향으로 막(515)에 대한 빔의 상대 속도υ스캔은 디스크(560)의 회전 속도에 의해 결정된다. 디스크에 의해 부가된 빔의 속도는 일반적인 기계식 스테이지로 기판을 이동시킴으로써 발생되는 것보다 실질적으로 더 크다. 동시에, 스테이지(518)는 막(515)을 빔 이동 방향에 수직으로, 속도υ스테이지로 (+x) 방향으로 이동시킨다. 그러므로, 막의 주어진 지점에 대한 총 빔의 속도는 스테이지(518)를 단독으로 이용하여 일반적으로 달성할 수 있는 것보다 실질적으로 클 수 있다. 더욱이 막 표면의 조사 패턴은 디스크 및 막 사이의 거리뿐만 아니라, 디스크의 면 크기 및 회전 속도는 물론 스캐닝 속도 및 방향의 상태에 의해 정해진다.
도 3이 8개의 면(580)을 가진 다면체 디스크(560)를 도시하고 있지만, 면의 이러한 개수는 단지 예시적인 것임에 불과하다. 일반적으로, 고속 스캐닝을 제공하기 위하여 빔을 편향시키는 다른 방식, 예들 들어, 단일의 이동식 거울을 생각해볼 수 있다. 또는, 예를 들어, 원하는 처리 속도 및 예비-결정된 영역(520)의 크기에 따라 다른 개수의 면이 이용될 수 있다.
도 4a는 기판(610)에 대한 레이저 빔(540)의 경로를 상세히 도시한다. 디스크(560)가 회전함에 따라, 제1 면(580)이 빔(540)을 반사하여서 이 빔이, 예비-결정화되도록 정해진 막 영역(620)의 제1 모서리(621)에서 기판(610)을 가장 먼저 조사하여, 이 영역의 "제1 스캔"을 시작한다. 디스크(560)가 주어진 면(580)을 계속 회전시킴으로써, 빔은 속도 υ스캔으로 (-y)방향으로 막 영역(620)을 가로지르며 이동한다. 동시에, 스테이지(518)는 속도υ스테이지로 (+x) 방향으로 기판(610)을 이동시킴으로써 결과적으로 대각선의 결정화 경로를 형성한다. 빔(540)이 정해진 막 영역(620)을 조사하는 곳마다, 빔은 막을 부분적으로 용융시키고, 이 막은 냉각시 상기 설명한 바와 같이 텍스쳐를 갖고 재-결정화한다. 따라서, 도 6a에서 볼 수 있는 바와 같이, 특정의 스캔된 영역의 폭 w스캔 은 이 영역에서의 레이저 빔의 길이에 의해 정해지고, 스캔된 영역의 모서리는 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, υ스캔 및 υ스테이지 에 의해 정해지는, 기판에 대해 "대각선" 경로를 따른다.
디스크(560)가 계속 회전함에 따라, 제1 면(580)은 결국 충분히 회전하여 더 이상 빔(540)을 반사하지 않는다. 이렇게 되면, 빔은 미리 결정된 영역(620)을 정하는 다른 모서리와 일치하는 제2 모서리(622)에서 이 정해진 영역(620)을 조사하는 것을 멈춘다. 디스크(560)가 계속 회전하면서, 레이저 빔(540)은 제2 면(580) 상으로 향한다. 제2 면(580)은 레이저 빔(540)을 재배향시켜 이 레이저 빔은 정해진 막 영역(620)의 제1 모서리(621)에서 기판(610)을 조사하여, 이 영역의 "제2 스캔"을 시작한다. 제2 스캔이 시작시에, 스테이지는, 빔이 제1 스캔을 시작했었던 위치에 대하여 (+x)방향으로 (스테이지 속도에 기초하여) 소정의 거리 만큼 기판(610)을 이동시켰다. 이로 인해 제1 스캔의 모서리 및 스테이지 속도 υ스테이지에 의해 정해지는 제2 스캔의 모서리 사이에 (+x)로의 오프셋을 가져온다. 이러한 오프셋은 제1 및 제2 스캔 사이의 원하는 만큼의 오버랩을 제공하도록 선택될 수 있다. 상술한 바와 같이, 복수회의 막의 예비-결정화는 바람직하게 배향된 입자의 크기를 확대시킬 수 있으므로, 상대적으로 작은 오프셋을 사용하여 제1 및 제2 스캔된 부분 사이의 상당히 큰 오버랩을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
디스크(560)가 계속 회전함에 따라, 제2 면(580)은 빔(540)을 영역(620)을 가로질러 (-y) 방향으로 이동시키고, 스테이지(518)는 기판(610)을 (+x) 방향으로 이동시킨다. 결국 제2 면(580)은 빔(540)의 경로 밖으로 이동하고, 제3 면(580)은 빔(540)을 반사하여 영역(620)을 조사하며, 속도 υ스테이지에 의해 정해지는 만큼 (+x) 방향으로 다시 오프셋 된다. 이러한 방식에서, 디스크(560)가 계속 회전하고 스테이지(518)가 기판(610)을 이동시킴에 따라, 정해진 막 영역(620)은 실질적으로 예비-결정화되는 반면, 기판(610)의 다른 영역은 예비-결정화되지 않고 예를 들어, 비결정질 실리콘으로 남는다. 영역(620)의 예비-결정화의 완료 후에, 스테이지는 기판(610)을 (-x) 및 (+y) 또는 (-y) 방향으로 이동시켜서, 상술한 바와 같이 새로운 영역이 예비-결정화될 수 있다.
도 4a가 정해진 막 영역(620)의 하부에 예비-결정화되지 않은 부분을 도시하고 있을지라도, 기판에 대한 빔의 "대각선" 이동의 결과로서, 이러한 부분은, 기판의 모서리 아래에서 간단히 제1 스캔을 시작함으로써 예비-결정화될 수 있다. 대안으로, 기판의 하부는 잘라낼 수 있거나, 이러한 특정의 부위 상에서 TFT를 단순히 제조하지 않을 수도 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, (-y) 방향으로의 빔의 속도 υ스캔 및 (+) 방향으로의 스테이지의 속도 υ스테이지는 합산되어 유효 스캔 속도 υ유효 스캔를 이룬다. 이러한 속도 υ유효 스캔 는, 빔이 기판(610)을 손상시키지 않을 정도로는 충분히 빠르나, 정해진 막 영역(620)을 원하는 정도로 부분적으로 용융하기에는 충분히 느리게 이동하도록 선택된다.
빔(540)이 단지 한 방향으로 이동하고(물론 양방향 일수 있지만), 막을 연속적으로 조사한다고 가정하면, 스캐닝 주파수 f스캔 은 다음과 같이 주어진다:
f스캔 = υ스캔 / l스캔
여기서 υ스캔은 상술한 바와 같이, 스캔 속도이고, l스캔은 스캔된 영역의 길이, 즉, 사전 처리된 부분의 y-치수이다. 예를 들어, 1 m/s의 스캔 속도υ스캔 및 4 mm의 스캔 길이 l스캔에 대하여, 스캔 주파수는 250 Hz 이다.
단위 유닛 면적당 스캔의 어떤 횟수 n에 대하여, 빔의 폭 w스캔은 다음을 따른다:
w스캔 = n＊υ스테이지 / f스캔
여기서 υ스테이지는 스테이지의 속도이다. 그래서, 위의 대표적인 숫자에 추가하여, 만약 n = 10인 단위 면적당 스캔 횟수를 원하고 스테이지 속도 υ스테이지가 대략 20 cm/s 라면, 빔의 폭 w스캔은 대략 8 mm이다.
부분적인 용융 상황의 여유 내에 남기 위하여, 스캔 속도는, 예를 들어, 다음의 사인 경로와는 대조적으로, 실질적으로 일정하게 유지된다. 바람직한 실시예에서, 디스크(560)는 실질적으로 일정한 속도로 회전하는데, 이로 인해 빔(540) 또한 실질적으로 일정한 속도로 이동한다. 스테이지의 병진 이동은 새로운 영역이 예비-결정화되도록 하게 한다.
일 실시예에서, 반도체 막은 정해진 영역에서 먼저 예비-결정화되고, 이후에 측방향으로 모든 곳이 결정화된다. 막의 모든 영역이 측방향으로 결정화될 지라도, 예비-결정화된 영역은 예비-결정화되지 않은 영역보다 훨씬 더 고도로 정렬된 결정을 갖는다. 예비-결정화 및 측방향으로의 결정화 양자 모두가 수행된 영역은 집적 TFT와 같은, 미세구조에 특히 민감한 장치를 제조하는 데 이용될 수 있는데; 예비-결정화되지 않은 영역은 미세구조에 덜 민감한 장치를 제조하는 데 이용될 수 있으나, 픽셀 TFT와 같이, 여전히 측방향의 결정으로부터 이점을 얻는다. 개선된 결정질 정렬이 필요한 영역에서만 막을 예비-결정화하는 것은 전체 반도체 막을 예비-결정화하는 것에 비해 시간 및 에너지를 절약할 수 있다.
일 실시예에서, 반도체 막은 다음의 예비-결정화를 통하여 측방향으로 결정화된다. 여기서 "균일한 입자 순차방식 측방향 고상화(uniform-grain sequential lateral solidification)" 또는 "균일한 SLS"로 언급되는, 어떠한 적합한 프로토콜이 측방향으로 신장된 결정의 반복되는 열에 의해 특징되는 균일한 결정질 막을 준비하는 데 이용될 수 있다. 균일한 결정의 성장은 도 7a 내지 7d를 참고하여 설명된다. 결정화 프로토콜은 특유의 측방향 성장 길이(characteristic lateral growth length)보다 큰 양만큼, 예컨대, δ > LGL 하도록, 막을 전진시키는 단계를 포함하는 데, 여기서 δ는 펄스 사이의 병진 이동 거리로, 이는 특유의 측방향 성장 길이의 2배보다 작은, 예컨대, δ < 2LGL 이다. 용어 "특유의 측방향 성장 길이"(LGL)는 냉각시 결정이 성장하는 특유의 거리를 언급한다. LGL은 막의 구성, 막의 두께, 기판의 온도, 레이저 펄스 특성, 버퍼 층 재료, 및, 만약에 존재하면 광학장치의 설정의 함수이다. 예를 들어, 50 nm 두께의 실리콘 막에 대한 일반적인 LGL은 대략 1-5 ㎛ 또는 약 2.5 ㎛ 이다. 실제의 성장은 다른 측방향으로 성장하는 전면, 예를 들어, 이하에 도시된 바와 같이, 2개의 전면이 충돌하는 곳에 의해 제한될 수 있다.
도 7a를 참조하면, 제1 조사는, 예를 들어, 측방향 성장 길이의 2배보다 작 은 만큼 좁고, 예를 들어, 10 mm 보다는 크고 1000 mm 까지 또는 그보다 더 큰 만큼 신장된, 막을 완전히 용융하기에 충분한 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔 펄스로 막 상에 수행된다. 그 결과, 레이저 빔에 노출된 막은 (도 7a에 영역(400)으로 도시된 바와 같이), 완전히 용융되어 결정화된다. 이러한 경우에, 입자는 조사되지 않은 영역과 용융된 영역 사이의 경계면(interface)(420)로부터 측방향으로 성장한다. 위에서 언급한 바와 같이, 입자는 용융된 영역의 양측 상에 고상선(solidus boundary)으로부터 애피택시하게(epitaxially) 성장한다. 그러므로, 측방향으로 성장하는 입자는 상술한 바와 같이 형성된 예비-결정화된 막의 텍스쳐를 채택한다. 레이저 펄스 폭을, 용융된 영역 폭이 특유의 LGL의 약 2배 미만이 되도록 선택함으로써, 양 고상/용융 경계면으로부터 성장하는 입자는 대략 용융된 영역의 중심, 예를 들어, 중심선(405)에서 서로 충돌하고, 측방향 성장은 멈춘다. 2개의 용융 전면은 용융 온도가 결정핵생성(nucleation)을 유발하기에 충분히 낮게 되기 전에 대략 중심선(405)에서 충돌한다.
도 7b를 참조하면, 대략 LGL 보다 적어도 크고 최대로 2개의 LGL 보다 작은 소정의 거리 δ만큼 변위된 후에, 기판의 제2 영역(400')이 제2 레이저 빔 펄스로 조사된다. 기판의 변위, δ, 은 레이저 빔 펄스의 원하는 정도의 오버랩과 관련된다. 기판의 변위가 길어질수록, 오버랩의 크기는 작아진다. 레이저 빔의 오버랩의 정도가 LGL의 약 90% 미만이고 약 10% 초과인 것이 바람직하다. 오버랩 영역은 브래킷(430) 및 점선(435)으로 도시되어 있다. 제2 레이저 빔의 조사에 노출된 막 영역(400')은 완전히 용융되어 결정화한다. 이러한 경우에, 제1 조사 펄스에 의해 성장된 입자는 제2 조사 펄스로부터 성장된 입자의 측방향의 성장을 위한 결정화 씨드(seed)로서 역할을 한다. 도 7c는 측방향 성장 길이를 넘어서 측방향으로 연장된 결정을 갖는 영역(440)을 도시한다. 그러므로, 신장된 결정의 열은 평균적으로 2개의 레이저 빔의 조사에 의해 형성된다. 2개의 조사 펄스는 측방향으로 연장된 결정의 열을 형성하는 데 필요한 전부이므로, 이 처리는 또한 "투 샷(two shot)" 처리로도 언급된다. 조사는 기판을 가로질러 복수의 열의 측방향으로 연장된 결정을 계속 형성한다. 도 7d는 복수회의 조사 후의 기판의 미세구조를 도시하고 측방향으로 연장된 결정의 여러 열(440)을 묘사한다.
따라서, 균일한 SLS에서는, 막은 적은 수의 펄스, 예컨대, 2개의 펄스로 조사되어 용융된다. 용융된 영역 내에서 형성한 결정은 바람직하게 측방향 및 유사한 방향으로 성장하고, 막의 특정의 조사된 영역 내의 경계에서 서로 만난다. 조사 패턴의 폭은 결정이 결정핵생성을 하지 않으면서 성장하도록 선택되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 입자는 상당히 신장되지는 않지만; 입자들은 균일한 크기 및 방향을 갖는다. 다양한 균일의 SLS 처리에 대한 보다 자세한 사항은, 미국 특허 제6,573,531호를 참조하며, 이 내용은 여기서 전적으로 참조로서 결합되고, 발명의 명칭이 "박막의 선형-스캔의 순차방식 측방향 고상화(Line Scan Sequential Lateral Solidification of Thin Films)"인, PCT 공개공보 제WO 2006/107926호 역시 참조하며 이 내용은 여기서 전적으로 참조로서 결합된다. 결정 입자의 상대적으로 짧은 신장을 제공하는 다른 측방향 결정화 방법은 예를 들어, 미국 특허 공개공보 제2006/0102901호에 개시된 소위 "Dot-SLS" 방법뿐만 아니라, PCT 공개공보 제WO US03/25947호에 개시된 바와 같은, 제어된 초-측방향 성장, 또는 "C-SLG" 방 법에 적합하며, 이 전체 내용은 여기서 참조로서 결합된다.
도 5는 일 실시예에 따른 SLS 시스템을 도시한다. 광원, 예를 들어, 엑시머 레이저(710)는 레이저 빔을 발생시키고 이후에 이 빔은 펄스 지속 증량기(pulse duration extender)를 통과하며, 거울(730, 740, 760), 망원경(735), 균질기(homogenizer)(745), 빔 스플리터(splitter)(755), 및 렌즈(765)와 같은 광학 용소를 통과하기 이전에 감쇠기 플레이트(725)를 통과한다. 레이저 빔 펄스는 이후에 마스크(770)를 통과하는데, 이 마스크는 병진 이동 스테이지(미도시), 및 투영 광학 기기(projection optics)(795) 상에 있을 수 있다. 설령 시스템이 마스크의 선택에 따라 더 복잡한 빔 형상을 만들 수 있을지라도, 마스크는, 레이저 빔을 "선형 빔"으로 형성하는 슬릿일 수 있다. 투영 광학기기는 레이저 빔의 크기를 줄이고 동시에 원하는 지점에서 기판(799)을 강타하는 광 에너지의 강도를 증가시킨다. 기판(799)은 정밀 x-y-z 스테이지(800) 상에 마련되어 기판(799)을 빔의 아래에 정확히 위치시킬 수 있고 기판상의 원하는 위치에서 레이저 빔에 의해 만들어진, 마스크(770)의 영상에 초점을 맞추거나 초점을 흐리게 하는 것을 도울 수 있다. 미국 특허 공개공보 제2006/0102901호에 개시된 바와 같이, 레이저의 발사는 x-y-z 스테이지(800)의 이동과 조화될 수 있어 위치 제어된 펄스의 발사를 제공한다.
상기 논의된 사항이 실리콘 박막의 처리에 관할 것일 지라도, 많은 다른 종류의 박막이 적합할 수 있다. 박막은 반도체 또는 금속과 같은 도체일 수 있다. 대표적인 금속은 알루미늄, 구리, 니켈, 티타늄, 금, 및 몰리브덴을 포함한다. 대표적인 반도체 막은 실리콘, 게르마늄, 및 실리콘-게르마늄과 같은 통상의 반도체 재료를 포함한다. 금속 또는 반도체 막 아래 또는 위에 위치된 부가적인 층으로, 예를 들어, 산화 실리콘, 질화 실리콘 및/또는 산화, 질화, 또는 예를 들어, 과열로부터 기판을 더 보호하기 위한 단열재로서 또는 기판으로부터 막으로의 확산 또는 불순물을 방지하기 위한 확산 방지막으로서 사용하는 데 적합한 다른 재료의 혼합물을 고려해 볼 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 박막에 펄스식 레이저 유도 용융 및 결정핵생성-개시 결정화(nucleation-initiated crystallization)를 제공하기 위한 방법 및 시스템에 대하여, PCT 공개공보 제WO 2003/084688호를 참조할 수 있다.
본 발명의 원리가 적용될 수 있는 다양한 종류의 실시예의 관점에서, 도시된 실시예는 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로서 고려되어서는 않된다.

Claims (75)

  1. 막(film)의 영역들을 예비-결정화하는 방법으로서, 상기 방법은:
    (a) 상기 막 내에서 예비-결정화되는 복수의 이격된 영역을 정하는 단계로서, 상기 막은 기판상에 배치되고 레이저-유도 용융이 가능한 것인, 복수의 이격된 영역을 정하는 단계;
    (b) 상기 막에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되는 플루언스(fluence)를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계로서, 상기 막의 일부는 조사된(irradiated) 영역 내에서 상기 막의 두께 전체에 걸쳐 용융되는 것인, 레이저 빔을 발생시키는 단계;
    (c) 상기 복수의 이격된 영역 중 제1 영역을 적어도 부분적으로 예비-결정화하는 것을 준비하기 위해 상기 레이저 빔에 대하여 상기 막을 위치시키는 단계;
    (d) 상기 레이저 빔의 경로 내의 적어도 부분적으로 반사하는 이동식 광학 요소 상으로 레이저 빔을 배향하는 단계로서, 상기 이동식 광학 요소는 제1 속도에서 제1 방향으로 상기 빔을 사용하여 상기 제1 영역의 제1 부분을 스캔하고 조사하기 위하여 상기 빔을 재배향하며, 상기 제1 속도는 상기 빔이 제1 영역의 조사된 제1 부분에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되고, 상기 제1 영역의 제1 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인, 레이저 빔을 배향하는 단계; 및
    (e) 레이저-유도 용융을 이용하여 상기 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계
    를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 빔은 연속파인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 이격된 영역 중 제2 영역을 적어도 부분적으로 예비-결정화하는 것을 준비하기 위해 상기 레이저 빔에 대하여 상기 막을 재-위치시키는 단계; 및 상기 제1 방향 및 제1 속도에서 상기 레이저 빔으로 상기 제2 영역의 제1 부분을 스캔하기 위하여 상기 광학 요소를 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 영역의 제1 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 속도는 상기 빔에 의해 발생되는 열이 상기 기판을 실질적으로 손상시키지 않도록 추가로 선택되는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 이동식 광학 요소는 상기 레이저 빔을 상기 막 상으로 반사하는 복수의 면을 포함하는 회전식 디스크를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 속도는 적어도 0.5 m/s인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 속도는 적어도 1 m/s인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 이동식 광학 요소로 빔을 재배향시켜 상기 제1 영역의 제1 부분을 스캔한 후에, 제1 속도에서 제1 방향으로 상기 레이저 빔을 사용하여 제1 영역의 제2 부분을 스캔하기 위하여 제2 방향으로 상기 레이저 빔에 대해 상기 막을 병진 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 영역의 제2 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정 입자를 형성하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제1 영역의 제2 부분은 상기 제1 영역의 제1 부분을 부분적으로 오버랩하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제1 영역의 제1 부분 및 제2 부분 사이에 소정 상당의 오버랩을 제공하도록 선택된 제2 속도 및 상기 제2 방향으로 상기 막을 연속적으로 병진 이동시키는 단계를 더 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 제1 영역의 복수의 부분을 순차적으로 조사하고 부분적으로 용융시키도록 선택된 시간 동안에 상기 제2 방향 및 제2 속도에서 상기 막을 연속적으로 병진 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 부분 각각은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 상기 막의 표면에 실질적으로 수직인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 <100> 방향인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 균일한 순차방식 측방향 결정화를 수행하는 것을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 균일한 순차방식 측방향 결정화는 선형-스캔의 순차방식 측방향 결정화를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 점 순차방식(Dot sequential)의 측방향 결정화를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 제어된 초-측방향 성장(super-lateral growth) 결정화를 수행하는 것을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 드라이버 TFT의 채널 영역을 형성하기 위한 소정의 결정학적 방향을 갖는 결정을 형성하는 것을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 제조하는 단계를 더 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  20. 청구항 1에 있어서, 적어도 상기 제1 영역 및 제2 영역에서 복수의 박막 트랜지스터를 제조하는 단계를 더 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  21. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 이격된 영역을 정하는 단계는 상기 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 장치 또는 회로만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 단계를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  22. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 이격된 영역을 정하는 단계는 상기 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 박막 트랜지스터의 폭 만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 단계를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  23. 청구항 1에 있어서, 상기 이격된 영역은 비결정질 막에 의해 분리되는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  24. 청구항 1에 있어서, 상기 막은 도체 및 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  25. 청구항 1에 있어서, 상기 막은 실리콘을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  26. 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 유리를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  27. 청구항 1에 있어서, 포커싱 광학기구를 이용하는 상기 레이저 빔을 형성하는 단계를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  28. 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템으로서, 상기 시스템은:
    상기 막에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되는 플루언스를 갖는 레이저 빔을 제공하는 레이저 원으로서, 상기 막의 일부는 조사된 영역 내에서 막의 두께 전체에 걸쳐 용융되는 것인 레이저 원;
    상기 레이저 빔의 경로를 제어가능하게 재배향할 수 있는 상기 레이저 빔의 경로 내의 적어도 부분적으로 반사하는 이동가능한 광학 요소;
    상기 막을 지지하고 적어도 제1 방향으로 병진 이동가능한 스테이지; 및
    일련의 지시를 저장하기 위한 메모리를 포함하고, 상기 지시는:
    (a) 상기 막 내에서 예비-결정화되는 복수의 이격된 영역을 정하는 지시로서, 상기 막은 기판 상에 배치되고 레이저 유도 용융이 가능한 것인 복수의 이격된 영역을 정하는 지시;
    (b) 상기 복수의 이격된 영역 중 제1 영역을 적어도 부분적으로 예비-결정화하는 것을 준비하기 위해 상기 레이저 빔에 대하여 상기 막의 위치를 정하는 지시;
    (c) 제1 속도에서 제1 방향으로 상기 빔을 사용하여 상기 제1 영역의 제1 부분을 스캔하고 조사하기 위하여 이동가능한 광학 요소를 이동시키는 지시로서, 상기 제1 속도는 상기 빔이 막의 조사된 제1 부분에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하고 상기 막의 일부가 상기 제1 영역의 제1 부분에서 막의 두께 전체에 걸쳐 용융되도록 선택되고, 상기 제1 영역의 제1 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 광학 요소를 이동시키는 지시
    를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 레이저 빔은 연속파인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  30. 청구항 28에 있어서, 복수의 이격된 영역 중 제2 영역을 적어도 부분적으로 재-결정화하는 것을 준비하기 위해 상기 레이저 빔에 대하여 상기 막을 재-위치시키는 것; 및 상기 제1 속도에서 제1 방향으로 상기 레이저 빔을 사용하여 상기 제2 영역의 제1 부분을 스캔하기 위하여 상기 이동 가능한 광학 요소를 이동시키는 것을 더 포함하고, 상기 제2 영역의 제1 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  31. 청구항 28에 있어서, 상기 제1 속도는 상기 빔에 의해 발생되는 열이 상기 기판을 실질적으로 손상시키지 않도록 추가로 선택되는 것인 막의 영역들을 예비-예비-결정화하는 시스템.
  32. 청구항 28에 있어서, 상기 이동가능한 광학 요소는, 상기 레이저 빔을 상기 막 상으로 적어도 부분적으로 반사하는 복수의 면을 포함하는 디스크를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  33. 청구항 28에 있어서, 상기 제1 속도는 적어도 0.5 m/s인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  34. 청구항 28에 있어서, 상기 제1 속도는 적어도 1 m/s인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  35. 청구항 28에 있어서, 상기 메모리는, 상기 이동가능한 광학 요소를 이동시켜 상기 제1 영역의 제1 부분을 스캔한 후에, 상기 제1 속도에서 제1 방향으로 상기 레이저 빔을 사용하여 상기 제1 영역의 제2 부분을 스캔하기 위하여 제2 방향으로 상기 레이저 빔에 대해 상기 막을 병진 이동시키기 위한 지시를 더 포함하고, 상기 제1 영역의 제2 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정 입자를 형성하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  36. 청구항 35에 있어서, 상기 메모리는 상기 제1 영역의 제1 부분 및 제2 부분을 부분적으로 오버랩시키는 지시를 더 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  37. 청구항 36에 있어서, 상기 메모리는 상기 제1 영역의 제1 부분 및 제2 부분 사이에 소정 상당의 오버랩을 제공하도록 선택된 제2 속도 및 상기 제2 방향으로 상기 막을 연속적으로 병진 이동시키는 지시를 더 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  38. 청구항 35에 있어서, 상기 메모리는 상기 제1 영역의 복수의 부분을 순차적으로 조사하고 부분적으로 용융시키도록 선택된 시간 기간 동안에 상기 제2 속도로 상기 제2 방향에서 상기 막을 연속적으로 병진 이동시키는 지시를 더 포함하고, 각각의 상기 복수의 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  39. 청구항 28에 있어서, 상기 메모리는 적어도 상기 제1 영역에서 균일한 순차방식 측방향 결정화를 수행하는 지시를 더 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  40. 청구항 28에 있어서, 상기 메모리는 상기 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 장치 또는 회로만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 지시를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  41. 청구항 28에 있어서, 상기 메모리는 상기 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 박막 트랜지스터의 폭만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 지시를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  42. 청구항 28에 있어서, 상기 막은 도체 및 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  43. 청구항 28에 있어서, 상기 막은 실리콘을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
  44. 청구항 28에 있어서, 상기 기판은 유리를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-예비결정화하기 위한 시스템.
  45. 청구항 28에 있어서, 상기 레이저 빔을 형성하는 레이저 광학기기를 더 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 시스템.
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  50. 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법으로서, 상기 방법은:
    (a) 상기 막 내에서 복수의 이격된 영역을 정하는 단계로서, 상기 막은 기판상에 배치되고 레이저-유도 용융이 가능한 것인, 복수의 이격된 영역을 정하는 단계;
    (b) 상기 막 내에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되는 플루언스를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계로서, 상기 막의 일부가 조사된 영역 내에서 막의 두께 전체에 걸쳐 용융되는 것인, 레이저 빔을 발생시키는 단계;
    (c) 적어도 부분적으로 반사하는 이동식 광학 요소 상에 상기 레이저 빔을 배향하는 단계로서, 상기 이동식 광학 요소가 제1 속도에서 제1 방향으로 상기 제1 영역의 제1 부분을 스캔하고 조사하도록 상기 레이저 빔을 배향하는 단계;
    (d) 단계 (c)에서 상기 제1 부분의 레이저 조사 중에 제2 방향을 따라 상기 막을 변위시키기 위하여 제2 방향 및 제2 속도로 상기 레이저 빔에 대하여 상기 막을 이동시키는 단계로서, 상기 제1 영역의 제1 부분은 냉각시 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하며, 상기 제1 속도는 상기 빔이 막의 조사된 제1 부분에 고체 및 액체의 혼합물을 형성하도록 선택되는 것인, 막을 이동시키는 단계; 및
    (e) 적어도 한번 단계 (c) 및 (d)를 반복하여 상기 제1 영역을 결정화하는 단계
    를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  51. 청구항 50에 있어서, 상기 레이저 빔은 연속파인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  52. 청구항 50에 있어서, 상기 방법은 상기 복수의 이격된 영역의 제2 영역을 적어도 부분적으로 예비-결정화하기 위한 준비로 상기 레이저 빔에 대하여 상기 막을 재-위치시키는 단계; 및 상기 제1 방향 및 상기 제1 속도에서 상기 레이저 빔으로 상기 제2 영역의 제1 부분을 스캔하도록 상기 광학 요소를 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 영역의 제1 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 우세하게 동일한 결정질 방향을 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  53. 청구항 50에 있어서, 상기 제1 속도는 상기 기판을 손상시키는 상기 빔에 의한 발열을 방지하도록 추가로 선택되는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  54. 청구항 50에 있어서, 상기 이동식 광학 요소를 배향하는 단계는 상기 레이저 빔을 상기 막 상으로 반사하는 복수의 면을 포함하는 디스크를 회전시키는 것을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  55. 청구항 50에 있어서, 상기 제1 속도는 적어도 0.5 m/s인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  56. 청구항 50에 있어서, 상기 제1 속도는 적어도 1 m/s인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  57. 청구항 50에 있어서, 스텝 (c) 및 (d)는 동일한 결정질 방향을 우세하게 갖는 상기 제1 영역의 제1 부분 및 제2 부분과, 상기 제1 영역의 제1 부분과 부분적으로 오버랩하는 상기 제1 영역의 제2 부분을 제공하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  58. 청구항 57에 있어서, 상기 제1 영역의 제1 부분 및 제2 부분 사이에 소정 상당의 오버랩을 제공하도록 선택된 제2 속도로 상기 제2 방향에서 상기 막을 연속적으로 병진 이동시키는 단계를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  59. 청구항 57에 있어서, 상기 제1 영역의 복수의 부분을 순차적으로 조사하고 부분적으로 용융시키도록 선택된 시간의 기간 동안에 상기 제2 방향에서 제2 속도로 상기 막을 연속적으로 병진 이동시키는 단계를 더 포함하고, 각각의 상기 복수의 부분은 냉각시 상기 적어도 단일의 방향으로 동일한 결정학적 방향을 우세하게 갖는 결정질 입자를 형성하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  60. 청구항 50에 있어서, 상기 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 상기 막의 표면에 실질적으로 수직인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  61. 청구항 50에 있어서, 상기 적어도 단일의 방향인 상기 결정학적 방향은 <100> 방향인 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  62. 청구항 50에 있어서, 위치가 제어된 입자를 생성하기 위하여 상기 막에 후속의 순차방식 측방향 결정화 처리를 가하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 균일한 순차방식 측방향 결정화를 수행하는 것을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  63. 청구항 62에 있어서, 상기 균일한 순차방식 측방향 결정화는 선형-스캔의 순차방식 측방향 결정화를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  64. 청구항 50에 있어서, 상기 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 점 순차방식 측방향 결정화를 수행하는 것을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  65. 청구항 50에 있어서, 상기 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 제어된 초-측방향 성장 결정화를 수행하는 것을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  66. 청구항 50에 있어서, 상기 제1 영역의 적어도 제1 부분을 결정화하는 단계는 드라이버 TFT의 채널 영역을 형성하기 위한 소정의 결정학적 방향을 갖는 결정을 형성하는 것을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  67. 청구항 50에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 제조하는 단계를 더 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  68. 청구항 50에 있어서, 적어도 상기 제1 영역 및 제2 영역에서 복수의 박막 트랜지스터를 제조하는 단계를 더 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  69. 청구항 50에 있어서, 상기 복수의 이격된 영역을 정하는 단계는 상기 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 장치 또는 회로만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 단계를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  70. 청구항 50에 있어서, 상기 복수의 이격된 영역을 정하는 단계는 상기 영역에서 이후에 제조되도록 의도된 박막 트랜지스터의 폭만큼 적어도 큰, 각각의 이격된 영역에 대한 폭을 정하는 단계를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  71. 청구항 50에 있어서, 상기 복수의 이격된 영역은 비결정질 막에 의해 분리되는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  72. 청구항 50에 있어서, 상기 막은 도체 및 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  73. 청구항 50에 있어서, 상기 막은 실리콘을 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  74. 청구항 50에 있어서, 상기 기판은 유리를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
  75. 청구항 50에 있어서, 포커싱 광학기구를 이용하여 상기 레이저 빔을 형성하는 단계를 포함하는 것인 막의 영역들을 예비-결정화하는 방법.
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