KR102657831B1 - 스폿 빔 결정화를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

박형 필름을 결정화하기 위한 방법 및 시스템은 박형 필름을 가로질러 연속적으로 전진되는 레이저 빔 스폿을 제공하여 그 박형 필름을 가로질러 이동되는 지속적인 완전 또는 부분 용융 구역을 생성하고, 균일한 미세 입자의 결정질 구조 또는 입자를 형성하도록 결정화한다.

Description

스폿 빔 결정화를 위한 방법 및 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. §119(e)하에서 2016년 3월 9일자로 출원된 "HIGH THROUGHPUT, CONTINUOUS MELT SEQUENTIAL LATERAL SOLIDIFICATION" 이라는 발명의 명칭의 미국 가특허출원 제62/305,818호, 2016년 1월 11일자로 출원된 "HIGH THROUGHPUT, CONTINUOUS MELT SEQUENTIAL LATERAL SOLIDIFICATION" 이라는 발명의 명칭의 미국 가특허출원 제62/277,355호, 및 2016년 1월 8일자로 출원된 "HIGH THROUGHPUT, CONTINUOUS MELT SEQUENTIAL LATERAL SOLIDIFICATION" 이라는 발명의 명칭의 미국 가특허출원 제62/276,571호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 모든 출원의 내용은 그 전체가 본원 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명은 스폿 빔 결정화 기술을 사용하여 실리콘 필름(silicon film)을 처리하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
필름(film), 예를 들어 실리콘 필름은 그 필름에 대해 레이저 제어형 조사 및 용융을 사용하여 처리될 수 있다. 레이저 제어형 용융은 필름에서 선택된 결정 구조를 생성할 수 있다. 종래의 레이저 결정화 방법은 순차적 측방 고상화(sequential lateral solidification "SLS") 및 엑시머 레이저 어닐링(excimer laser annealing "ELA")을 포함한다. 두 방법 모두는 필름의 처리를 지속하기 전에 용융 및 고상화의 하나의 완전한 사이클에 의존하는데, 예를 들어, 다음 펄스 또는 일련의 펄스들이 필름을 조사하기 전에 이전에 조사된 필름 영역은 전체의 용융 및 고상화 사이클을 거치게 되어 완전히 고상화된다. 또한, 이들 방법은, 인치당 약 300 내지 500개의 픽셀들인 오늘날의 디스플레이 및 모바일 장치에 충분한 약 0.3 내지 3.0 미크론의 비교적 균일한 입자 크기를 갖는 필름을 생성할 수 있다.
가상 현실 시청에 사용되는 장치를 포함하는 차세대 장치는 고품질 이미지를 생성하기 위해 인치당 훨씬 더 많은 픽셀들, 예를 들어 인치당 수천 개의 픽셀들을 필요로 한다. 이것은 종래의 ELA 및 SLS 방법에서 이용된 긴 라인-빔(long line-beam)을 사용하여 달성할 수 있는 것보다 더 나은 균일성을 갖는 결정화된 필름을 필요로 한다. 또한, 종래의 공정은 높은 레이저 유지 및 운영 비용을 갖는 고가의 장비를 필요로 하며 효율적이지 못하다.
본 발명은 새로운 스폿 빔 결정화 기술을 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 작은 레이저 빔 스폿은 필름을 가로 질러 연속적으로 전진되어 그 필름을 가로 질러 이동되는 지속적인 완전 또는 부분 용융 구역을 생성하고, 균일한 다결정 구조 또는 입자를 형성하도록 결정화한다. 이들 입자는 1 미크론의 크기로 정해지거나 0.3 미크론 미만의 크기로 정해질 수 있고, 고도로 규칙적이기 때문에, 이러한 필름으로부터 인치 당 3,000 내지 5,000개의 픽셀을 갖는 디스플레이가 생성될 수 있다. 또한, 개시된 방법 및 시스템은 높은 처리량 및 효율을 가진 이러한 작고 균일한 입자 필름을 생산할 수 있다. 일반적으로, 본 개시된 기술은 낮은 운영 비용을 갖는 새로운 등급의 매우 효율적이고 저렴한 레이저가 보다 높은 처리량 및 보다 낮은 비용으로 동일하거나 더 우수한 재료를 생성할 수 있게 한다. 이들 레이저는 매우 높은 주파수와 매우 낮은 펄스 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 단일 모드(single-mode), 준 연속파(quasi-continuous wave: QCW) 파이버 또는 고체 상태 레이저이다.
본 발명의 양상에 따르면, 박형 필름을 결정화하기 위한 방법은 박형 필름을 제공하는 단계와, 박형 필름 상에 스폿(spot)을 생성하는 레이저 빔을 제공하는 단계와, 레이저 빔을 제1 방향으로 연속적으로 이동시키면서 박형 필름의 중첩 영역을 조사하여 중첩 영역의 각각에 레이저 펄스를 인가함으로써 용융 구역을 생성하는 단계 - 각각의 레이저 펄스는 이전의 레이저 펄스에 대해 전체의 용융 및 고상화 사이클이 발생하기 전에 인가됨 - 를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 용융 구역을 제1 방향을 따라 전파하여 고체 영역에 의해 둘러싸인 용융 구역 후미 가장자리를 생성하는 단계와, 용융 구역을 냉각 및 고상화하여 결정질(crystalline) 영역을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 양상에 따르면, 박형 필름을 처리하는 방법은 박형 필름을 제공하는 단계와, 박형 필름 상에 스폿을 생성하는 레이저 빔을 제공하는 단계와, 레이저 빔을 제1 방향으로 연속적으로 이동시키면서 박형 필름의 중첩 영역을 조사하여 중첩 영역의 각각에 레이저 펄스를 인가함으로써 용융 구역을 생성하는 단계 - 각각의 레이저 펄스는 이전의 레이저 펄스에 대해 전체의 용융 및 고상화 사이클이 발생하기 전에 인가됨 - 를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 부분 용융 구역을 제1 방향을 따라 전파하여 고체 영역에 의해 둘러싸인 용융 구역 후미 가장자리를 생성하는 단계와, 이 용융 구역을 냉각 및 고상화하여 결정질 영역 내에 제1 주기성의 제1 입자의 주기 영역과 이에 후속하는 제2 입자의 주기 영역을 형성하는 단계 - 제1 입자는 제2 입자보다 더 큼 - 를 포함할 수 있다.
본 발명의 양상에 따르면, 박형 필름을 결정화하기 위한 시스템은 박형 필름을 유지하는 컴퓨터 제어형 스테이지와, 박형 필름 상에 스폿을 생성하는 레이저 빔을 생성하는 레이저를 포함한 레이저 시스템을 포함할 수 있다. 레이저 시스템은 레이저 빔을 제1 방향으로 연속적으로 전진시키면서 박형 필름의 중첩 영역을 조사하여 중첩 영역의 각각에 레이저 펄스를 인가함으로써 용융 구역을 생성하도록 구성될 수 있으며, 각각의 레이저 펄스는 이전의 레이저 펄스에 대해 전체의 용융 및 고상화 사이클이 발생하기 전에 인가된다. 이 시스템에서, 용융 구역은 제1 방향을 따라 전파되어, 고체 영역에 의해 둘러싸인 용융 구역 후미 가장자리를 생성하며, 용융 구역은 냉각 및 고상화되며 결정질 영역을 형성한다.
본 발명의 양상에 따르면, 박형 필름을 결정화하기 위한 시스템은 박형 필름을 유지하는 컴퓨터 제어형 스테이지와, 박형 필름 상에 스폿을 생성하는 레이저 빔을 생성하는 레이저를 포함한 레이저 시스템을 포함할 수 있다. 레이저 시스템은 레이저 빔을 제1 방향으로 연속적으로 전진시키면서 박막의 필름의 중첩 영역을 조사하여 중첩 영역의 각각에 레이저 펄스를 인가함으로써 용융 구역을 생성하도록 구성될 수 있으며, 각각의 레이저 펄스는 이전의 레이저 펄스에 대해 전체의 용융 및 고상화 사이클이 발생하기 전에 인가된다. 이 시스템에서, 용융 구역은 제1 방향을 따라 전파되어, 고체 영역에 의해 둘러싸인 용융 구역 후미 가장자리를 생성할 수 있으며 용융 구역은 냉각 및 고상화되며 결정질 영역 내에서 제1 주기성의 제1 입자의 주기 영역과 이에 후속하는 제2 입자의 주기 영역을 형성하되, 제1 입자는 제2 입자보다 더 크다.
도 1은 본 발명의 양상에 따른 기술된 순차적 측방 고상화 기술을 수행하기 위한 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 양상에 따른 기술된 순차적 측방 고상화 기술에 의해 처리되는 필름의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 양상에 따라 처리된 필름을 도시한다.
도 4는 본 발명의 양상에 따라 처리된 필름을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 양상에 따른 스폿 빔 결정화("SBC") 기술을 사용하여 처리된 필름의 용융 구역의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 양상에 따른 부분 용융 기술을 사용하여 처리된 필름의 레이저 조사를 도시한다.
도 7은 본 발명의 양상에 따른 부분 용융 기술을 사용하여 처리된 필름에 대한 예시적인 입자 구조(grain structure)를 도시한다.
도 8a는 개시된 파이버 레이저 어닐링(fiber laser annealing)("FLA") 방법에 따라 1회의 스캔으로 처리된 필름의 결정 구조를 도시한다.
도 8b는 개시된 FLA 기술을 사용하여 스캐닝된 필름에 대한 입자 크기 대 y 방향의 거리의 그래프를 도시한다.
도 9a는 본 발명의 양상에 따른, 도 8a에 개시된 입자 구조의 단일 주기 내에 형성된 트랜지스터를 도시한다.
도 9b는 본 발명의 양상에 따른, 도 8a에 도시된 입자 구조의 단일 주기 내에 형성된 활성 채널(AC)을 도시하되 y 축으로부터 각도 θ만큼 경사진 것을 도시한다.
도 10은 본 발명의 양상에 따른 4개의 상이한 빔을 사용하는 FLA 스캔을 도시한다.
본 발명은 새로운 박형 필름 결정화 기술을 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 작은 레이저 빔 스폿은 필름을 가로 질러 연속적으로 전진하여 그 필름을 가로 질러 이동되는 지속적인 용융 구역을 생성하고, 균일한, 크거나 작은 입자의 결정질 구조 또는 입자를 생성하도록 결정화한다. 이러한 입자는 1 미크론 초과 또는 0.3 미크론 미만으로 크기가 정해질 수 있고, 매우 균일하기 때문에, 이러한 필름으로부터 인치당 3,000 내지 5,000개 픽셀들의 디스플레이를 생성할 수 있다. 또한, 개시된 방법 및 시스템은 높은 처리량 및 효율로 이러한 작고 균일한 입자 필름을 생산할 수 있다. 추가적으로, 기재된 기술은 스티칭(stitching)을 요구하지 않고 작고 균일한 입자를 갖는 필름을 생산할 수 있다.
도 1은 전술한 순차적 측방 고상화 기술을 수행하기 위한 시스템(100)을 도시한다. 일부 실시예에서, 시스템(100)은 레이저(102), 고조파 발진기(104), 프리-스캐너 광학계(106), 빔 스캐너(108), 스캐닝 레이저 빔(110), 포스트-스캐너 광학계(112), 최종 빔(114), 샘플(116) 및 스테이지(118)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 레이저(102)는 고주파의 저 펄스 에너지 레이저, 예를 들어 준 연속파 고체 상태 레이저 또는 파이버 레이저일 수 있다. 예시적인 고주파 파이버 레이저는 (MA, 옥스포드에 소재하는) IPG Photonics, Inc.에 의해 제조될 수 있다. 고주파수는 10 메가헤르츠 내지 수백 메가헤르츠의 주파수, 예를 들어, 적어도 10 MHz 또는 약 100 MHz 또는 900 MHz의 주파수를 지칭한다. 레이저(102)는 약 100 W 내지 500 W를 초과하는 총 전력을 가질 수 있다. 레이저(102)는 펄스 당 1 주울(Joule) 미만 내지 약 10 마이크로 주울의 에너지를 가질 수 있다. 예시적인 레이저는 약 1 나노초 이하의 펄스 지속 기간을 가질 수 있고 약 1 나노초 내지 약 5 나노초의 펄스들 간의 분리를 가질 수 있다. 주목할 것은 레이저(102)가 언급된 주파수에서 샘플에 일련의 저 에너지 펄스들을 제공하며, 즉 레이저(102)는 펄스형 레이저(pulsed laser)라는 것이다. 예를 들어, 샘플(116)의 주어진 영역은 레이저(102)로부터 10, 20 및 최대 50개 이상의 펄스를 경험할 수 있다. 일부 실시예에서, 연속 용융 공정을 지속하기 위해 일부 중첩이 있는 한, 연속 용융은 영역 당 약 1회만 발생할 수 있다. 레이저(102)는 또한 매우 간섭적(coherent)일 수 있으며, 예를 들어, 거의 완전한 가우시안 형상(Gaussian shape)을 형성하는 낮은 M2를 가질 수 있다. 레이저(102)에 의해 생성된 빔은 공간적 및 시간적 간섭성을 가질 수 있다. 레이저(102)는 또한 단일 모드 레이저일 수 있다. 일부 실시예에서, 레이저(102)는 UV 범위의 파장, 예를 들어 약 355 nm의 파장을 가질 수 있거나, 녹색, 예를 들어 532 nm의 파장일 수 있다.
레이저(102)는 좁고 비교적 짧은 빔을 생성할 수 있고, 따라서 필름 상에 좁고 짧은 스폿을 생성할 수 있다. 예를 들어, 빔은 그 길이가 약 10 미크론 내지 약 1 mm 또는 약 1 cm일 수 있고 그 폭은 약 1 미크론 내지 100 미크론일 수 있다. 일부 실시예에서, 빔은 그 길이가 수 미크론일 수 있다. 이러한 치수를 갖는 빔은 본 명세서에서 스폿 빔(spot beam)으로 지칭된다. 본 방법은 원 또는 타원의 스폿 빔에 대해 설명되었지만, 본 발명의 교시는 또한 다른 빔 형상, 예를 들어, 정사각형의 빔, 라인 빔 및 당업자에게 알려진 다른 구성에도 적용될 수 있다. 또한 빔의 치수가 주어진 빔 폭에 따라 길어지고 짧아지게 되므로, 이는 펄스 당 인가되는 에너지 밀도에 영향을 미치게 될 것이며, 긴 빔은 펄스 당 보다 낮은 에너지 밀도를 가질 것이고(필름을 용융하기 위해 더 많은 펄스를 필요로 함), 짧은 빔은 펄스 당 보다 높은 에너지 밀도를 가질 것이다(필름을 용융하기 위해 보다 적은 펄스를 필요로 함).
전술한 바와 같이, 레이저(102)의 펄스 당 에너지는 비교적 낮을 수 있다. 예를 들어, 200 W의 출력을 갖는 200 MHz 레이저의 경우, 펄스 당 에너지는 약 1 마이크로 주울이 될 수 있다. 이 에너지는 일반적으로 레이저 빔의 단일 펄스 또는 샷으로 실리콘 필름의 영역을 완전히 용융시키기에는 충분하지 않다. 그러나, 일부의 경우, 빔이 매우 작은 면적을 갖는다면, 그 에너지는 필름을 용융시키기에 충분할 수 있다. 결과적으로, 합리적인 크기의 스폿의 다수의 펄스가 필름의 영역을 용융시키기 위해 고도의 중첩으로 짧게 연속하여 필름에 인가될 수 있다. 특히, 제2 펄스 또는 샷은 제1 펄스에 대해 전체의 용융 및 고상화 사이클이 발생하기 전에 인가될 수 있다. 종래 기술의 방법과 비교하여, 이러한 증가된 중첩은 펄스 당 에너지의 평균화 효과(각각의 펄스는 약간의 에너지 변동을 가짐)를 제공하여 보다 균일한 필름을 생성할 수 있기 때문에 선호될 수 있다. 또한, 기술된 시스템에서, 레이저(102)는 턴온 및 턴오프 없이 연속적으로 발사하며, 고정된 고주파에서 연속적으로 발사할 수 있다.
고조파 발진기(104)는 레이저(102)로부터의 광을 적외선 파장, 예컨대 약 1065 nm에서 UV(355 nm) 또는 녹색(532 nm) 파장으로 변환할 수 있다.
프리-스캐너 광학계(pre-scanner optics)(106)는 고조파 발진기(104) 이후 및 빔이 스캐너(108)로 들어가기 전에 빔을 처리한다.
일부 실시예에서, 기술된 시스템 및 방법은 필름의 표면이 고속으로, 예를 들어, 적어도 0.1 km/s, 예를 들어 10 km/s 및 최대 20 또는 30 km/s로 스캐닝되도록 요구한다. 기존의 스테이지는 샘플(116) 및 스테이지(118)를 이러한 속도로 이동시킬 수 없다. 또한, 광학 시스템은 또한 기존 기술로는 그러한 속도로 이동될 수 없다. 따라서, 본 시스템은 빔 스캐너(108)를 사용하여 그러한 속도로 샘플을 가로 질러 빔을 지향시킬 수 있다. 예시적인 빔 스캐닝 기술은 검류계, 반사 다각형, 음향 광학 기술 및 전기 광학 기술을 포함한다. 또한, 당업자에게 알려진 다른 유형의 빔 조종 기술은 원하는 스캐닝 주파수를 얻기 위해 사용될 수 있다.
포스트-스캐너 광학계(112)는 빔 스캐너(108) 이후에 빔을 처리한다. 포스트-스캐너 광학계(112)는 예를 들어, 빔을 포커싱 및 성형할 수 있다.
샘플(116)은 레이저 조사로 처리될 임의의 유형의 필름, 예를 들어 금속 또는 반도체 필름일 수 있다. 일부 실시예에서, 필름은 실리콘일 수 있다.
스테이지(118)는 광학 시스템 하의 3개의 방향(x, y 및 z)으로 필름을 이동시킬 수 있는 스테이지일 수 있다.
시스템(100)은 또한 시스템의 다양한 구성 요소를 제어하기 위해 필요한 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 시스템(100)은 후술하는 방법에 따라 시스템을 동작시키는 방법에 관한 명령어를 저장하기 위한 메모리 및 프로세서를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 양상에 따른 기술된 순차적 측방 고상화 기술에 의해 처리되는 필름(200)의 평면도를 도시한다. 도 2는 기술된 공정 동안 필름(200)의 일부분을 도시한다. 레이저(102)로부터의 이전 펄스는 완전 또는 부분 용융 구역(202)을 생성했으며, 이 용융 구역은 빔 모션의 방향에 대해 주로 수직으로 냉각 및 고상화되어 (도 3에 도시된 바와 같이) 균일하고 작은 입자의 결정을 형성하게 된다. 이전 레이저 펄스가 (결정화 이전에) 용융 구역(202)을 형성하기 위해 필름(200)을 완전히 또는 부분적으로 용융시킨 후, 빔이 방향(204)으로 스캐닝됨에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 길이(208) 및 폭(210)을 갖는 제1 펄스는 필름(200) 상으로 지향되어, 대응하는 길이(208) 및 폭(210)을 갖는 제1 영역(206)을 조사 및 형성하게 된다. 그 후, 빔은 빔 스캐너(108)를 사용하여 거리(212)만큼 전진되고, 레이저로부터의 제2 펄스는 필름(200) 상으로 지향되어 대응하는 길이(208) 및 폭(210)을 또한 갖는 제2 영역(216)을 조사하게 된다. 그 후, 빔은 다시 동일한 거리(212)만큼 전진되고, 레이저로부터의 제3 펄스는 필름(200) 상으로 지향되어, 대응하는 길이(208) 및 폭(210)을 또한 갖는 제3 영역(218)을 조사 및 형성하게 된다. 이 빔은 필름(200)을 가로 질러 연속적으로 스캐닝되고, 동시에 레이저(102)는 연속적으로 발사하여 전체 필름을 가로 질러 용융 구역(202)을 생성하며, 이 용융 구역은 냉각되어 작고 균일한 결정 입자를 형성하도록 결정화한다.
펄스들 사이의 이동 거리(212)는 스폿 빔 길이(208)보다 현저히 작을 수 있다. 예를 들어, 스폿 빔 길이(208)는 약 100 미크론 내지 1 cm일 수 있고, 스폿 빔 폭(210)은 약 1 미크론일 수 있다. 3.750 km/s로 스캐닝되는 150 MHz 레이저의 경우, 펄스들 간 이동 거리(212)는 약 25 미크론일 수 있다. 더 높은 주파수, 예를 들어 500 MHz 정도의 주파수에 대해, 이동 거리(212)는 10 미크론 미만, 예를 들어 7 미크론일 수 있다. 따라서, 펄스들 간에는 상당한 중첩이 존재하며, 필름의 각 부분은 일부의 경우 10, 20, 30, 40, 50 또는 그 초과의 레이저 펄스를 경험할 수 있다. 짧은 스폿 빔 길이의 경우, 펄스들 간의 거리는 1 미크론만큼 작을 수 있다.
전술한 바와 같이, 스폿 빔의 치수에 따라, 영역(206)을 형성하는 각 레이저 펄스의 에너지는 영역(206)을 용융시키기에 충분하지 않을 수 있다. 그러나, 필름의 동일한 영역에 시리즈 또는 10, 20 또는 심지어 100개의 펄스를 조사함으로써, 중첩하는 펄스로 인해 발생하는 영역의 통합된 에너지 밀도는 조사된 영역을 용융시키기에 충분해진다. 예를 들어, 필름 영역이 다수의 중첩하는 펄스들로부터 겪을 수 있는 통합된 에너지 밀도는 평방 센티미터 당 약 수 백 마이크로 주울 내지 평방 센티미터 당 약 1 주울일 수 있다.
일단 용융 구역(202)이 완전히 용융되면, 용융 구역은 용융되지 않은 구역들로부터, 즉 빔의 진행에 대해 주로 수직인 방향에서 냉각 및 결정화하기 시작한다. 도 3은 용융 구역(202)이 냉각되고 결정화되었을 때의 예시적인 결정 구조를 도시한다. 도 3은 약 0.5 미크론의 폭, 예를 들어 조사에 사용된 스폿 빔의 폭을 갖는 작고 균일한 결정 입자(302)의 영역을 도시한다. 샘플의 전체 폭을 결정화하기 위해, 빔은 필름의 좌측 가장자리로 다시 위치되고, 스캔 방향에 수직인 방향으로 설정된 거리만큼 이동되며, 제2 스캔이 수행된다. 스캔 방향에 수직인 이동 거리는 선택된 최종 결정 구조에 기초하여 설정될 수 있다. 개개의 결정 입자는 0.5 미크론 미만, 예를 들어 약 0.3 미크론의 크기를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 4는 3회의 스캔이 수행된 처리된 필름(400)을 도시한다. 제1 스캔은 영역(402)을 용융 및 결정화한다. 그 다음, 빔은 y 방향으로, 즉, 스캔 방향에 수직인 방향으로, 결정 구조의 측방 성장 길이보다 긴(그러나 측방 성장 길이의 2배보다 작은) 거리만큼 이동되며, 제2 스캔은 영역(404)을 용융 및 결정화하도록 수행된다. 즉, 영역(402 및 406) 사이의 중첩은 측방 성장 길이보다 길다(그러나 측방 성장 길이의 두 배보다는 작다). 다시, 빔은 y 방향에서 결정 구조의 측방 성장 길이보다 긴(그러나 측방 성장 길이의 2배보다 작은) 거리만큼 이동되고, 제3 스캔이 영역(406)을 용융 및 결정화하도록 수행된다. 이 공정은 전체 필름이 결정화될 때까지 수행된다. 최종적인 필름은 고도로 균일하고 작은 결정 입자를 함유하게 된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 결정 입자는 약 0.3 내지 약 0.5 미크론일 수 있다. 이들 필름의 추가 처리는 인치 당 1,000개, 2,000개 및 최대 5,000개의 픽셀들을 갖는 디스플레이를 생성하기 위한 트랜지스터를 형성하기 위해 수행될 수 있다. 이 화면은 가상 현실 애플리케이션 또는 매우 높은 픽셀 밀도를 필요로 하는 다른 애플리케이션에 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 필름은 스캔들 간의 측방 성장 길이보다 덜 이동될 수 있다. 이는 긴 결정 입자를 갖는 상이한 미세 구조를 초래한다. 결정이 스캔 방향에 수직인 방향으로 성장한다는 것도 주목해야 한다.
종래의 순차적 측방 고상화 기술, 예를 들어, "순차적 측방 고상화를 사용하여 균일한 큰 입자 및 입자 경계 위치 조작 다결정 박형 필름 반도체를 제조하는 방법"이라는 명칭의 미국 특허 제6,555,449호에 개시된 것은 필름이 다음 펄스에 의해 조사 및 용융되기 전에 전체의 용융 및 고상화 사이클을 필요로 하며, 그 미국 특허에 개시된 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다. 본 발명의 방법은 낮은 펄스 에너지를 갖는 고주파 레이저를 사용하기 때문에, 이 방법은 각각의 펄스마다의 전체의 용융 및 고상화 사이클에 의존하지 않는다. 대신, 완전 또는 부분 용융 구역은 용융 구역의 각 영역을 다수 회 조사하고, 빔 스캔 방향으로 필름의 길이를 따라 용융 구역을 전파함으로써 생성된다. 따라서, 이전 영역이 측방으로 폭발적으로 결정화되어 불균일한 입자의 형성을 초래하기 전에 다음 조사가 발생한다. 그후 용융 구역은 빔 스캔의 진행 후에 연속적으로 결정화된다. 최대의 폭발적인 결정화 속도는 최대 약 15 m/s에 불과하다. 예를 들어, 빔이 10 또는 15 km/s의 속도로 스캐닝중인 경우, 폭발적인 결정화 선두(crystallization front)는 빔 스캔의 속도보다 느린 크기의 정도인 약 15 m/s로 진행될 수 있다. 결과적으로, 본 방법은 스캔 방향으로 폭발적인 결정화에 의해 야기되는 불균일성을 겪지 않는다.
따라서, 본원에 개시된 방법은 최대 고상화 속도, 예컨대 15 m/s보다 빠른 속도로 스캔하며, 그 결과, 유해한 폭발적인 결정화 공정은 필름이 조사되어 용융되는 속도보다 지연된다. 그 결과, 이 기술에 의해 제조된 필름은 개선된 결정 구조를 갖게 된다. 도 5a는 기술된 완전 용융 기술에 따라 처리된 필름의 용융 구역(202)의 평면도를 도시한다. 도 5a의 예에서, 중첩 영역들 내의 펄스들로부터 통합된, 예를 들어 축적된 에너지 밀도는 완전한 용융에 필요한 에너지 밀도보다 높다. 용융 구역(202)이 냉각, 고상화 및 결정화됨에 따라, 용융된 후미(molten tail)(500)가 형성되어 결정질 영역(502)에 의해 둘러싸인다. 즉, 필름은 용융 구역(202)의 가장자리로부터 중심으로 측방으로 고상화되고, 결정화는 바깥쪽으로부터 중심으로 진행된다. 이것은 경사진 입자 대신 짧은 직선 입자(502)를 제공한다. 후미(500)는 빔(504)의 선두의 후방 약 1 mm에 있을 수 있다. 이 예에서 구역(202)은 완전히 용융될 수 있다.
도 5b는 전술한 부분 용융 기술에 따라 처리된 필름의 용융 구역(510)의 평면도를 도시한다. 도 5b의 예에서, 중첩 영역들 내의 펄스들로부터 통합된, 예를 들어 축적된 에너지 밀도는 완전 용융에 필요한 에너지 밀도보다 낮지만, 부분 용융에 필요한 에너지 밀도보다 높다. 구역(510)이 부분적으로 용융될 때, 고상화는 용융 구역 내에서 생존하는 분산된 고체 시드(distributed solid seed)로부터 진행되어, 완전 용융 상태 및 순차적 측방 고상화 하에서 획득되는 길고 방향성인 입자 대신에, 작은 등축 입자 구조(영역(512))를 생성하게 된다.
또한, 종래의 순차적 측방 고상화 기술은 균일한 입자를 생성할 수 있지만, 종래 기술에서의 입자 크기, 예를 들어 2.5 내지 3.5 미크론은 보다 간섭성의 고체 상태 레이저를 이용함으로써 본 발명의 기술에 의해 달성 가능한 0.3 내지 1.0 미크론 입자 크기보다 훨씬 크다.
빔 스캔이 그러한 고속으로 진행되므로, 필름은 효율적으로 처리될 수 있다. 또한, 이 방법으로 구현된 레이저는 작동하기에 덜 비싸고, 이 방법은 와트 당 보다 높은 결정화 속도를 생성할 수 있다. 이것은 와트 당 제조 비용을 훨씬 낮추고 전체적으로 매우 효율적인 프로세스를 제공한다.
다른 레이저 결정화 기술, 예를 들어, "박형 필름용 고급 엑시머 레이저 어닐링"이라는 명칭으로 미국 특허 출원 공개 제2015/0076504호에 개시된 엑시머 레이저 어닐링 기술은 비교적 작은 입자를 생성할 수 있고, 이 미국 특허 출원 공개의 전체 내용은 본원에 참조로 포함되며, 이러한 기술은 일반적으로, 개시된 방법에 의해 생성되는 균일한 결정 구조를 생성하지 않는데, 그 이유는 비균일한 긴 라인 빔(long line beam)과, 샷-투-샷 에너지 변동(shot-to-shot energy fluctuation), 및 인치 당 1,000개 이상의 픽셀을 갖는 디스플레이에 대한 필요성 때문이다. 설명된 기술을 사용하여 생성된 예시적인 디스플레이는 가상 현실, 모바일, 개인용 컴퓨터 및 다른 대형 디스플레이, 예를 들어 텔레비전을 위한 유기 발광 다이오드 디스플레이일 수 있다.
일부 실시예에서, 용융 구역 및 상응하는 결정 구조는 필름 또는 샘플 또는 디스플레이 화면의 가장자리에 대해 소정의 각도로 형성될 수 있다. 이 기술은 필름 또는 화면의 가장자리에 대한 빔 경사(beam tilting)로 지칭된다.
일부 실시예에서, 레이저 소스는 연속파 레이저 또는 전자 빔일 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 래스터링 방법이 빔을 스캔하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 스폿 빔의 길이는 감소될 수 있다. 이들 실시예에서, 스폿 빔은 보다 작은 영역을 가질 것이기 때문에, 각각의 펄스는 조사된 영역에 더 많은 에너지를 부여할 것이고, 필름의 주어진 영역을 완전히 용융시키는 데 보다 적은 펄스들이 요구될 것이다. 도너츠 형, 갈매기 형 또는 연속적이고 이동하는 용융 구역을 생성하는 다른 유형의 형상과 같은 다른 빔 형상도 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 대략 단일 펄스 방법이 또한 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 가장자리 영역, 즉, 영역이 필름을 실질적으로 용융시키기에 충분한 에너지로 조사되지 않았기 때문에 열악한 결정 구조를 갖는 영역을 방지하기 위해, 스캐닝 공정은 빔이 필름 또는 디스플레이 화면 상에 위치되기 전에 시작될 수 있고, 그 결과, 필름의 각 제품 영역은 필수적인 결정 구조를 생성하기 위한 필수적인 펄스 수를 경험하게 된다. 다른 실시예에서, 열악한 결정 구조를 갖는 가장자리 영역은 레이저 조사 후에 제거될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 시스템 및 방법은 또한 부분 용융 결정화 공정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 준 연속파 레이저는 필름의 조사된 영역을 완전히 용융시키는 대신에 부분적으로 필름을 용융시키는 데 사용될 수 있다.
도 6은 전술한 부분 용융 방법에 따른 필름(600)의 레이저 조사를 도시한다. 제1 스캔(604)은 양의 y 방향에서 발생할 수 있어서 폭(606)을 갖는 영역(602)의 조사를 생성할 수 있다. 부분 용융을 달성하기 위해, 전체 에너지 밀도는 빔을 보다 큰 폭(606)으로 성형함으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 폭(606)은 약 1 미크론 내지 약 100 미크론일 수 있다. 부분 용융 방법의 스캔(604)의 방향에서 각 펄스 또는 샷의 중첩은 전술한 방법과 유사할 수 있으며, 예를 들어 단위 면적당 약 1-50개의 샷일 수 있다. 제1 스캔(604)이 완료되면, 빔은 제2 스캔(608)을 시작하도록 이동된다. 제2 스캔(608)은 스캔 방향에 수직인 음의 y 방향으로 이동된 영역(610)에서 시작한다. 2개의 연속하는 스캔 간의 중첩은 약 1 미크론 내지 10 미크론 초과의 범위일 수 있다. 따라서, 필름 상의 동일 지점은 여러 스캔, 예를 들어, 두 개 미만 만큼 작은 회수의 스캔과 최대 약 50회의 스캔을 겪을 수 있다.
도 7은 매우 높은 결정화 속도를 초래하는 매우 적은 회수의 스캔과 함께 기술된 부분 용융 기술을 사용하여 처리된 필름에 대한 예시적인 입자 구조(700)를 도시한다. 결과적으로 처리량이 높고 처리 비용이 낮은 재료는 작은 입자를 가질 수 있지만 균일하지 않을 수 있다. 그러나, 불균일성은 다소 규칙적이어서 불규칙성이 반복될 수 있다. 예를 들어, 필름은 작은 입자(702)의 주기 및 약간 큰 입자(704)의 주기를 가질 수 있다. 불규칙성은 장치 치수와 비교할 때 유사하거나 더 작은 거리로 반복될 수 있다. 따라서, 균일한 박형 필름 트랜지스터를 제조하기 위해 필름 상에 장치의 최적의 위치 설정이 사용될 수 있다.
순차적 측방 고상화 기술과 마찬가지로, 빔은 예를 들어 10 km/s 또는 15 km/s의 고속으로 또는 15 m/s보다 적어도 빠른 속도로 스캐닝될 수 있다. 이것은 부분 용융 기술에 유리한데, 그 이유는 폭발적인 결정화의 참여를 제거할 수 있고 이를 통해 폭발적인 결정화의 부정적인 영향없이 보다 우수한 품질의 필름을 제조할 수 있기 때문이다.
또한, 이러한 부분 용융 방법에서 생성된 결정 입자의 불균일성의 일부를 보상하기 위해, 장치는 균일성을 향상시키도록 처리된 물질에 대해 정렬 및/또는 경사질 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 파이버 레이저(fiber laser)를 사용하여 부분 용융 결정화를 수행하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이 기술은 본 명세서에서 파이버 레이저 어닐링 또는 "FLA"로 지칭된다. FLA의 시스템 및 기법은 위에서 설명한 부분 용융 기술의 것과 유사하다. 스폿 빔은 고주파, 예컨대 100-900 MHz의 파이버 레이저로 생성된다. 스폿 빔은 상술된 완전 용융 적용을 위해 형성된 라인 빔(1 미크론의 폭을 가짐)보다 더 원형일 수 있다. 예를 들어, 스폿 빔은 5, 10, 20 또는 50 미크론의 폭 및 약 50 미크론 내지 약 1 mm의 높이를 가질 수 있다. 빔 스폿의 정확한 형상은 적절한 양의 축적된 에너지 밀도를 전달하여 필름을 부분적으로 용융하도록 조작될 수 있다.
이 FLA 방법은 도 8a에 도시된 결정 구조를 갖는 필름을 생성할 수 있다. 도 8a는 개시된 FLA 방법에 따라 최소로 중첩된 대략 1회 스캔으로 처리된 필름의 결정 구조(800)를 도시한다. 결정 구조(800)는 큰 입자(802)의 주기 영역과, 이에 후속하는 작은 입자(804)의 주기 영역을 포함하며, 각각은 주기성 λ를 갖는다. 반복 스캔이 y 방향에서 수행되지만 x 방향에서는 아래로 시프팅되므로, 반복 스캔은 x 방향에서 동일한 입자 구조를 갖게 될 것이다. 도 8b는 개시된 FLA 기술을 사용하여 스캔된 필름에 대해 x 방향에서의 입자 크기 대 거리의 그래프를 도시한다. 도 8b는 특징적인 입자 크기 변동의 주기성 λgrain을 도시한다.
FLA 기술에 의해 생성된 입자 구조는 트랜지스터용 활성 채널을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 9a는 도 8a에 개시된 입자 구조의 단일 주기 내에 형성된 트랜지스터를 도시한다. 소스(S) 및 드레인(D)은 큰 입자 근처에 형성될 수 있고, 장치는 주기성 λ 내에 맞도록 크기가 정해질 수 있다. 도 9b는 도 8a에 도시된 입자 구조의 단일 주기 내에 형성되지만 y 축으로부터 각도 θ로 경사진 활성 채널(AC)을 도시한다. 주기성 λ 내에 트랜지스터를 배치하게 되면 주기적으로 불균일한 입자 크기를 갖는 필름 내에 균일한 트랜지스터가 생성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 양상에 따른 4개의 상이한 스폿 빔을 사용하는 FLA 스캔을 도시한다. 이 예에서, 필름은 4개의 빔(1002, 1004, 1006, 1008)을 사용하여 스캔 방향(1014)으로 스캐닝된다. 4개의 스폿 빔(1002, 1004, 1006, 1008)은 하나의 레이저로부터, 예를 들어 단일 레이저로부터 하나의 빔을 취하여 그것을 4개의 빔으로 분할하는 빔 스플리터를 사용하여 생성될 수 있다. 이것은 미러(mirror)들의 구성을 사용하여 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 4개의 빔을 생성하기 위해 각각의 빔을 2개로 분할하는 2개의 레이저가 사용될 수 있거나, 4개의 개별적인 레이저가 사용될 수 있다. 예를 들어, 2개의 레이저가 사용되는 경우, 각각의, 예를 들어 150 MHz 레이저는 5.5 ns의 펄스 간격으로 1 ns 펄스를 생성하여, 300 MHz 레이저에 해당하는 효과적인 에너지를 제공할 수 있다. 또는 빔이 4개의 빔으로 분할되는 300 MHz 레이저가 사용될 수 있다. 4개의 개별적인 빔을 사용함으로써, 최종적인 필름의 미세 구조의 주기성 λ는 기술에 따라 1/2 또는 1/4로 감소될 수 있으며, 이는 활성 영역 내에서 결함의 변동을 보다 더 평균화하여 스케일을 감소시킬 수 있으며, 이로써 필름을 가로 질러 활성 영역 내에 형성된 보다 균일한 트랜지스터를 제공할 수 있다. 이 기술에서 주기성은 일련의 4개의 펄스에서 각 펄스 간의 스텝 간격이 감소될 수 있기 때문에 감소될 수 있다.
빔이 적어도 절반으로 때로는 4개로 분할되지만 여전히 필름을 부분적으로 용융시킬 정도의 충분한 에너지를 가져야 하므로, 스폿 빔의 크기는 감소된다. 예를 들어, 폭(1018)은 동일하게 유지될 수 있지만, 높이(1016)는 약 10 미크론 내지 약 250 미크론으로 감소될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 스폿 빔은 약 5 미크론의 폭 및 약 10 미크론의 높이를 가질 수 있다. 전체 필름을 결정화하기 위해서는 복수의 스폿 빔으로 필름 전체를 조사하도록 복수의 스캔이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 n 번째 스캔(1010) 및 N+1 번째 스캔(1012)을 도시한다. 예시적인 스캔 속도는 초당 약 수 백 내지 약 수 천 미터가 될 수 있다. 예시적인 스캔 주파수는 약 1 kHz 내지 약 10-20 kHz일 수 있다.
완전 용융 및 부분 용융 기술 모두에 대해, 본 발명은 처리된 필름에서 표면 돌출부의 수 및 정도를 감소시킬 수 있다. 필름의 양의 z 방향으로의 돌출부, 즉 필름의 상부 표면은 결정화 필름의 고체 영역에 의해 전체적으로 둘러싸인 액체 내의 원자가 Si의 밀도가 감소하는 결정화 공정 중에 강제적으로 상방으로 돌출됨으로써 야기될 수 있다. 본 발명의 연속적으로 존재하는 용융 구역은 이들 장치 프로세싱 및 성능에 유해한 돌출부를 감소시킬 수 있는데, 그 이유는 액체 원자들이 결정화 동안 용융 구역과 더 많이 연결되어 있어 고체에 의해 완전히 갇혀질 수 없고 둘러싸일 수 없기 때문이다.
명세서에 기술된 발명의 대상은 디지털 전자 회로로 구현될 수 있거나, 본 명세서에 개시된 구조적 수단 및 그 구조적 등가물을 포함한, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있거나, 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 기술된 발명의 대상은 데이터 처리 장치(예를 들어, 프로그램 가능 프로세서, 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터)에 의해 실행되거나 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위해, 정보 캐리어(예를 들어, 머신 판독가능 저장 장치)에서 유형적으로 구체화되거나 전파된 신호로 구체화되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램과 같은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. (프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션 또는 코드로 알려지기도 하는) 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 언어 또는 인터프리트된 언어를 포함한 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램으로서 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 다른 유닛으로서 임의의 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램이 반드시 파일에 해당하는 것은 아니다. 프로그램은 다른 프로그램이나 데이터를 보관하는 파일의 일부분에, 또는 문제의 프로그램에 전용되는 단일 파일 내에, 또는 여러 개의 결합 파일(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 하위 프로그램 또는 코드의 부분을 저장하는 파일) 내에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 한 사이트의 하나의 컴퓨터에서 또는 여러 대의 컴퓨터에서 실행되도록 배치될 수 있거나 여러 사이트에 분산되어 통신 네트워크로 상호 연결될 수 있다.
본 명세서에 기술된 발명의 대상의 방법 단계를 비롯하여 본 명세서에 기술된 프로세스 및 로직 흐름도는 입력 데이터에 대해 동작하여 출력을 생성함으로써 본 명세서에 기술된 발명의 대상의 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그램 가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세스 및 로직 흐름도는 또한 본 명세서에 기술된 발명의 대상의 장치에 의해 수행될 수 있고, 본 명세서에서 기술되는 발명의 대상의 장치는 특수 목적 로직 회로로서, 예를 들어 FPGA(필드 프로그램가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적 회로)으로서 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는 예를 들어 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 모두로부터 명령어 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 필수 구성 요소는 명령어를 실행하기 위한 프로세서, 및 명령어 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 장치이다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 장치, 예를 들어, 자기 디스크, 자기 광학 디스크 또는 광 디스크를 또한 포함하거나 이로부터 데이터를 수신하거나 이에 데이터를 전송하기 위해 동작 가능하게 결합될 것이다. 컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 구현하는 데 적합한 정보 캐리어는 예로서 반도체 메모리 장치(예를 들어, EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 장치); 자기 디스크(예를 들어, 내부 하드 디스크 또는 착탈식 디스크); 자기 광학 디스크; 및 광 디스크(예를 들어, CD 및 DVD 디스크)를 포함하는 모든 형태의 비휘발성 메모리를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 로직 회로에 의해 보충되거나 그 안에 포함될 수 있다.
사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해, 본 명세서에 기술된 발명의 대상은 사용자에게 정보를 표시하기 위한 CRT(cathode ray tube) 또는 LCD(liquid crystal display) 모니터와 같은 디스플레이 장치와, 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공할 수 있게 하는 키보드 및 포인팅 장치(가령, 마우스 또는 트랙볼)를 갖는 컴퓨터 상에서 구현될 수 있다. 다른 종류의 장치가 사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자에게 제공되는 피드백은 임의의 형태의 감각적 피드백(예를 들어, 시각적 피드백, 청각 피드백 또는 촉각 피드백)이 될 수 있으며 사용자로부터의 입력은 음향, 음성 또는 촉각 입력을 포함한 임의의 형태로 수신될 수 있다.
본 명세서에 기술된 발명의 대상은 백엔드 구성 요소(예를 들어, 데이터 서버), 미들웨어 구성 요소(예를 들어, 애플리케이션 서버) 또는 프런트엔드 구성 요소(예를 들어, 사용자가 본 명세서에 기술된 발명의 대상의 구현예와 상호 작용할 수 있게 하는 그래픽 사용자 인터페이스 또는 웹 브라우저를 갖는 클라이언트 컴퓨터), 또는 그러한 백엔드, 미들웨어 및 프런트엔드의 구성요소들의 임의의 조합을 포함하는 컴퓨팅 시스템 내에서 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템의 구성 요소는 디지털 데이터 통신의 임의의 형태 또는 매체에 의해, 예를 들어 통신 네트워크에 의해 상호 접속될 수 있다. 통신 네트워크의 예는 근거리 통신망("LAN") 및 광역 통신망("WAN"), 예를 들어 인터넷을 포함한다.
개시된 발명의 대상은 그 적용에 있어서 상세한 설명에서 기술되거나 도면에 도시된 구성 요소들의 세부 구성 사항 및 배열에 국한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 개시된 발명의 대상은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방법으로 실시 및 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 표현 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한적으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다.
이와 같이, 당업자는 본 발명이 기반하고 있는 사상이 본 발명의 대상의 여러 목적을 수행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템을 설계하기 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다 . 그러므로, 청구범위는 개시된 발명의 대상의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 그러한 동등한 구성을 포함하는 것으로 간주되는 것이 중요하다.
개시된 발명의 대상이 전술한 예시적인 실시예들에서 설명되고 예시되었지만, 본 개시는 단지 예로서만 만들어졌으며, 개시된 발명의 대상의 사상 및 범위 내에서 개시된 발명의 대상의 세부 구현예에서 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (34)

  1. 박형 필름(thin film)을 결정화하는 방법으로서,
    박형 필름을 제공하는 단계와,
    상기 박형 필름 상에 스폿(spot)을 생성하는 레이저 빔을 제공하는 단계와,
    상기 레이저 빔을 제1 방향으로 연속적으로 이동시키면서 상기 박형 필름의 중첩 영역을 조사하여 각각의 영역에 레이저 펄스를 인가함으로써 용융 구역(molten zone)을 생성하는 단계 - 각각의 레이저 펄스는 이전에 조사된 영역이 완전히 고상화되기(solidified) 전에 인가됨 - 와,
    상기 조사된 중첩 영역의 선두 가장자리(leading edge)에서 용융을 개시함으로써 상기 용융 구역을 상기 제1 방향을 따라 전파시키는 단계와,
    상기 용융 구역을 냉각 및 고상화하여 상기 조사된 중첩 영역의 후미 가장자리(trailing edge)에서 결정질 영역을 형성시키는 단계와,
    상기 레이저 빔을 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 제1 거리만큼 이동시키는 단계와,
    상기 레이저 빔을 상기 제1 방향에 평행한 제3 방향으로 연속적으로 이동시키면서 상기 박형 필름의 제2 중첩 영역을 조사하는 단계와,
    상기 레이저 빔을 상기 제1 방향에 수직인 상기 제2 방향으로 제2 거리만큼 이동시키는 단계와,
    상기 레이저 빔을 상기 제1 방향으로 연속적으로 이동시키면서 상기 박형 필름의 제3 중첩 영역을 조사하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 거리는 상기 제2 방향에서 상기 레이저 빔의 치수보다 짧고,
    상기 제2 거리는 상기 제2 방향에서 상기 레이저 빔의 치수보다 짧은 것인, 박형 필름 결정화 방법.
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  4. 제1항에 있어서,
    상기 용융 구역은 완전 용융 구역인 것인, 박형 필름 결정화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용융 구역은 부분 용융 구역인 것인, 박형 필름 결정화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 일정 주파수 레이저, 연속파 고체 상태 레이저, 준 연속파(quasi-continuous) 고체 상태 레이저, 전자 빔, 및 파이버 레이저 중 하나인 것인, 박형 필름 결정화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    연속하는 펄스들 간의 이동 거리는 상기 제1 방향에서 상기 스폿의 치수보다 짧은 것인, 박형 필름 결정화 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 형상은 원의 형상, 타원의 형상 및 직사각의 형상 중 하나인 것인, 박형 필름 결정화 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 공간 프로파일은 적어도 하나의 방향에서 가우시안 프로파일 및 탑햇(top-hat) 프로파일 중 적어도 하나인 것인, 박형 필름 결정화 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 파장은 UV 스펙트럼 또는 가시 스펙트럼 내에 존재하는 것인, 박형 필름 결정화 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    스캐닝된 스폿 빔 영역의 길이는 기판 치수만큼 긴 것인, 박형 필름 결정화 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    스캐닝된 스폿 빔 영역의 길이는 적어도 디스플레이 화면의 치수만큼 긴 것인, 박형 필름 결정화 방법.
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