KR20070119725A - 박막의 라인 스캔 순차적 횡방향 고형화 - Google Patents

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더 트러스티이스 오브 콜롬비아 유니버시티 인 더 시티 오브 뉴욕
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Abstract

본 명세서에서는 결정질 반도체 막의 순차적 횡방향 고형화의 개량된 방법이 제공된다. 이 개량된 방법은 용융된 결정의 2개의 상이한 존을 작성하기 위해 펄스 레이저를 사용하는 것으로 구성된다. 레이저는 그 밑에 기판 막을 횡방향 그리고 스텝구동 방식으로 이동시킴으로써 이들 존을 작성한다. 결정은 이들이 냉각됨에 따라 소정의 패턴을 형성한다. 메모리 내의 컴퓨터 프로그램은 상기 기판 막의 이동을 제어한다.
다결정질 막, 순차적 횡방향 고형화, 종횡비

Description

박막의 라인 스캔 순차적 횡방향 고형화{LINE SCAN SEQUENTIAL LATERAL SOLIDIFICATION OF THIN FILMS}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 미국 가특허 출원 제60/668,934호(출원일: 2005년 4월 6일, 발명의 명칭: "Line Scan Sequential Lateral Solidifcation of Thin Films")의 35 U.S.C. §119(e) 하의 혜택을 주장하고 있는 미국 특허 출원 제11/293,655호(출원일: 2005년 12월 2일, 발명의 명칭: "Line Scan Sequential Lateral Solidification of Thin Films")의 혜택을 주장하며, 이들 특허 출원 문헌은 참고로 그들의 전문이 본 명세서에 반영된다.
발명의 기술분야
본 발명은 박막 재료의 가공 처리, 더욱 구체적으로는 라인 빔 레이저 조사를 이용해서 비정질(amorphous) 또는 다결정질 박막으로부터 결정질 박막을 형성하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 내부에 위치된 박막 트랜지스터("TFT")의 실질적인 성능 균일성을 얻기 위한 박막 가공 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
근년, 비정질 또는 다결정질 반도체 막의 결정성을 결정화 또는 향상시키는 다양한 기술이 연구되어 왔다. 이 기술은 이미지 센서 및 액티브-매트릭스 액정 디 스플레이(AM-LCD) 장치 등의 다양한 소자의 제조에 이용된다. 박막 트랜지스터(TFT)들의 규칙적인 어레이는 적절한 기판상에 제작되고, 각 트랜지스터는 화소 제어기로서 역할한다.
실리콘 막 등의 결정질 반도체 막은 액정 디스플레이용의 화소를 제공한다. 이러한 막은 ELA(eximer lasers annealing) 프로세스에서 엑시머 레이저에 의해 조사되고 나서 결정화에 의해 처리되어 왔다. 액정 디스플레이 및 유기발광 다이오드("OLED") 디스플레이에 사용하기 위한 반도체 박막을 처리하기 위한 SLS(sequential lateral solidification: 순차적 횡방향 고형화) 기술 등의 기타 더 많은 유리한 방법 및 장치가 기재되어 있다. SLS는 유리 및 플라스틱 등의 가열에 견딜 수 없는 기판을 비롯한 기판상에 결정질 막을 생성할 수 있는 펄스식 레이저 결정화 프로세스다.
SLS는 제어된 레이저 펄스를 사용하여 기판상에 비정질 또는 다결정질 박막의 영역을 용융시킨다. 다음에, 막의 용융된 영역이 방향적으로 고형화된 횡방향 기둥형상 미세구조 또는 위치 제어된 대형의 단결정 영역으로 횡방향으로 결정화된다. 일반적으로 상기 용융/결정화 프로세스는 다수의 레이저 펄스에 의해 대형 박막의 표면 위에 순차 반복된다. 이어서, 기판상에 이와 같이 처리된 막을 이용해서, 하나의 디스플레이를 제작하거나 또는 더욱 분할해서 다수의 디스플레이를 제작한다.
그러나, 종래의 ELA 및 SLS 기술은 하나의 샷으로부터 다음의 샷까지 레이저 펄스의 변동에 의해 제한된다. 막의 영역을 용융시키는 데 이용되는 각 레이저 펄 스는 전형적으로 막의 다른 영역을 용융시키는 데 이용되는 다른 레이저 펄스와는 다른 에너지 작용을 가진다. 이어서, 이것은 디스플레이의 영역을 가로질러 재결정화된 막의 영역에 있어서 약간 다른 성능을 초래할 수 있다. 예를 들어, 상기 박막의 인접한 영역을 순차 조사하는 동안, 제1영역은 제1에너지 작용을 가진 제1레이저 펄스에 의해 조사되고; 제2영역은 상기 제1레이저 펄스의 에너지 작용과는 적어도 약간 다른 제2작용을 가진 제2레이저 펄스에 의해 조사되며; 제3영역은 상기 제1 및 제2레이저 펄스의 에너지 작용과는 적어도 약간 다른 제3작용을 가진 제3레이저 펄스에 의해 조사된다. 반도체 막의 상기 조사되어 결정화된 제1, 제2 및 제3영역의 얻어진 에너지 밀도는 모두 순차적인 빔 펄스가 조사되는 이웃하는 영역의 상기 다른 작용으로 인해 적어도 어느 정도 서로 상이하다.
막의 영역들을 용융시키는, 레이저 펄스의 작용 및/또는 에너지 밀도의 변동은 결정화된 영역의 품질과 성능에 있어서 변동을 초래할 수 있다. 박막 트랜지스터("TFT") 장치가 이어서 상이한 에너지 작용 및/또는 에너지 밀도의 레이저 빔 펄스에 의해 조사되어 결정화된 그러한 영역에서 제조되는 경우, 성능차가 검출될 수도 있다. 이것은 디스플레이의 인접하는 화소상에 제공되는 동일한 색이 서로 다르게 나타날 수도 있는 점에서 그 자체로 입증될 수 있다. 박막의 인접하는 영역의 불균일한 조사의 또 다른 결과는 이들 영역 중 하나의 영역의 화소와 그 다음의 계속되는 영역에서의 화소 간의 과도 부분이 상기 막으로부터 제작된 디스플레이에서 보일 수 있는 점이다. 이것은 두 인접한 영역에서 서로 다른 에너지 밀도에 기인하므로, 그들의 경계부분에서의 영역 간의 과도 부분은 한쪽에서 다른 쪽으로 콘트라 스트를 가진다.
발명의 개요
반도체 막 기판은 반도체 막의 인접하는 영역 상의 계속되는 빔 펄스의 에너지 작용 및 에너지 밀도가 상이한 효과를 감소시키는 프로세스에서 결정화된다. 이 감소된 효과는 인접한 결정화된 영역으로부터의 과도 부분에 있어서 보다 큰 균일성 및 감소된 첨예도를 가진 LCD 디스플레이 및 OLED 디스플레이에 사용될 수 있는 막을 제공한다.
일 측면에 있어서, 다결정질 막의 제조 방법은 (a) 레이저로 인해 야기되는 용융이 가능한 박막이 상부에 배치되어 있는 기판을 제공하는 단계; (b) 조사 영역에서 상기 막을 그의 두께 전체에 걸쳐서 용융시키는 데 충분한 작용을 가진 일련의 레이저 펄스를 생성시키는 단계(여기서, 각 펄스는 소정의 길이와 폭을 가지는 라인 빔을 형성하며, 이때의 폭은 레이저 펄스에 의해 조사되는 상기 박막의 일부에 고체의 핵화를 실질적으로 방지하는 데 충분함); (c) 상기 막의 제1영역에 제1레이저 펄스를 조사해서 제1용융 존(molten zone)을 형성하는 단계(여기서, 상기 제1용융 존은 그의 길이를 따른 폭의 변동을 나타냄으로써, 최대 폭(Wmax)과 최소 폭(Wmin)을 규정하며, 여기서, Wmax는 2Wmin 미만이고, 상기 제1용융 존은 냉각시 결정화하여 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함); (d) 상기 막을 횡방향 성장 방향으로 약 1/2Wmax보다 크고 Wmin 미만인 거리로 횡방향 이동시키는 단계; 및 (e) 상기 막의 제2영역을 제2레이저 펄스로 조사해서, 상기 제1용융 존의 형상과 실질적으로 동일한 형상을 가진 제2용융 존을 형성하는 단계(여기서,상기 제2용융 존은 냉각 시 결정화되어 상기 제1영역에서 하나 이상의 결정의 연장부인 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함)를 포함한다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, "핵화를 실질적으로 방지하는 데 충분한" 폭은 조사 조건 하에서 상기 막의 특징적인 횡방향 성장 길이의 약 2배 이하이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, Wmax는 약 7 ㎛ 미만, 또는 약 10 ㎛ 미만이다. 상기 용융 존의 폭은 그의 길이를 따라 10%보다 크게 변하거나, 또는 그의 길이를 따라 50%까지 변화한다. 상기 용융 존의 길이는 약 10 ㎜ 내지 약 1000 ㎜의 범위 내이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 용융 존의 길이는 상기 기판의 폭 또는 길이와 대략 동일하다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 용융 존의 길이는 적어도 상기 기판의 길이 또는 폭의 1/2와 같다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 단계 (d) 및 (e)는 단일 스캔(single scan)에서 기판의 폭 또는 길이를 가로질러 막을 결정화하는 데 충분한 반복 횟수 동안 반복된다.
다른 측면에 있어서, 다결정질 막의 제조 방법은 (a) 레이저로 인해 야기되는 용융이 가능한 박막이 상부에 배치되어 있는 기판을 제공하는 단계; (b) 조사 영역에서 상기 막을 그의 두께 전체에 걸쳐서 용융시키는 데 충분한 작용을 가진 일련의 레이저 펄스를 생성시키는 단계(여기서, 각 펄스는 소정의 길이와 폭을 가지는 라인 빔을 형성함); (c) 상기 막의 제1영역에 제1레이저 펄스를 조사해서 제1용융 존을 형성하는 단계(여기서, 상기 제1용융 존은 상기 기판의 에지에 대해서 소정 각도로 위치되어 있고, 상기 막의 제1용융 존은 냉각시 결정화하여 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함); (d) 상기 막을 기판의 에지에 대해 실질적으로 평행한 거리만큼 횡방향으로 이동시키는 단계(여기서, 상기 거리는 상기 제1레이저 펄스와 제2레이저 펄스 간에 중첩부를 제공하도록 선택됨) ; 및 (e) 상기 막의 제2영역을 제2레이저 펄스로 조사해서, 상기 제1용융 존의 형상과 실질적으로 동일한 형상을 가진 제2용융 존을 형성하는 단계(여기서, 상기 제2용융 존은 제1영역의 횡방향으로 성장된 결정의 일부를 중첩시키고, 상기 막의 제2용융 존은 냉각 시 결정화되어 상기 제1영역에서 하나 이상의 결정의 연장부인 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함)를 포함한다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 각도는 약 1 내지 5°또는 약 1 내지 20°의 범위 내이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 용융 존은 액티브 매트릭스 디스플레이 내의 화소의 열을 위해 의도된 위치에 대해서 소정 각도로 위치된다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 횡방향으로 성장된 결정은 상기 기판의 에지에 대해서 소정 각도로 배향되어 있다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 레이저 펄스 폭은 상기 레이저 펄스가 조사되는 상기 박막의 일부에서 고체의 핵화를 방지하도록 선택된다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 방법은 상기 횡방향으로 성장된 결정의 횡방향 성장을 주기적으로 중단시키는 단계 및 새로운 세트의 횡방향으로 성장된 결정의 성장을 개시시키는 단계를 더 포함한다. 상기 결정의 횡방향 성장은 약 매 10 내지 200개의 레이저 펄스 사이에서 중단되거나, 또는 상기 막의 횡방향 재위치결정의 약 매 20 내지 400 ㎛ 사이에서 중단된다.
다른 측면에 있어서, 다결정질 막의 제조 방법은 (a) 레이저로 인해 야기되는 용융이 가능한 박막이 상부에 배치되어 있는 기판을 제공하는 단계; (b) 조사 영역에서 상기 막을 그의 두께 전체에 걸쳐서 용융시키는 데 충분한 작용을 가지는 동시에 각각 소정의 길이와 폭을 가진 라인 빔을 형성하는 일련의 레이저 펄스를 생성시키는 단계; (c) 상기 막의 제1부분에 복수의 레이저 펄스를 조사하여 제1결정화 영역을 형성하되, 이때, 각 레이저 펄스 후 그 조사된 막이 결정화되어 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하며, 상기 막은 각 레이저 펄스 후 횡방향 결정 성장 방향으로 상기 레이저 펄스에 대해서 제1거리만큼 횡방향으로 이동되는 단계; (d) 상기 횡방향 결정 성장 방향으로의 상기 막의 이동을 중단하지 않고도, 상기 막의 제2부분에 복수의 레이저 펄스를 조사하여 제2결정화 영역을 형성하되, 이때, 각 레이저 펄스 후 그 조사된 막이 결정화되어 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하며, 상기 막은 각 레이저 펄스 후 횡방향 결정 성장 방향으로 상기 레이저 펄스에 대해서 제2거리만큼 횡방향으로 이동되는 단계를 포함하되, 상기 제1거리는 상기 제2거리와는 다른 것을 특징으로 한다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 막은 기판의 영역들을 가로질러 제1병진 이동 거리와 제2병진 이동 거리 간의 이동을 교대로 행한다. 또, 상기 레이저 반복 속도 또는 시료 병진 이동 속도는 상기 제1 및 제2 병진 이동 거리를 달성하도록 변화될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 제1거리는 횡방향 성장 방향에 실질적으로 수직이고 또한 횡방향 결정 성장을 중단시키는 위치 제어된 알갱이 경계부를 가진 횡방향으로 성장된 결정의 칼럼(column)을 제공하도록 선택된다. 각 레이저 펄스는 용융 존을 형성하고, 상기 제1거리는 상기 용융 존의 폭의 1/2보다 크고 상기 용융 존의 폭 미만이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 용융 존은 그의 길이를 따른 폭의 변동을 나타냄으로써, 최대 폭(Wmax)과 최소 폭(Wmin)을 규정하며, 상기 제1거리는 약 1/2Wmax보다 크고 Wmin 미만이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 제2거리는 막 이동 방향으로 실질적으로 연장되는 횡방향으로 성장된 결정을 제공하도록 선택된다. 각 레이저 펄스는 용융 존을 형성하고, 상기 제2거리는 상기 용융 존의 폭의 1/2 미만이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 각 레이저 펄스는 용융 존을 형성하고, 상기 제1거리는 상기 용융 존의 폭의 1/2 보다 크고 상기 용융 존의 폭 미만이며, 상기 제2거리는 상기 용융 존의 폭의 1/2보다 크고 상기 용융 존의 폭 미만이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 제1거리는 화소 TFT의 채널 영역에 적합한 제1세트의 소정의 결정질 성질을 제공하도록 선택되고/되거나, 상기 제2거리는 집적 TFT의 채널 영역에 적합한 제2세트의 소정의 결정질 성질을 제공하도록 선택되고/되거나, 상기 제2부분은 두 인접하는 디스플레이를 위한 1쌍의 집적 영역을 수용하는 데 충분한 폭이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 라인 빔은 소정의 치수의 형상으로 상기 레이저 펄스를 집속시킴으로써 형성되고/되거나, 상기 레이저 펄스는 원통형 광학 부품을 이용해서 라인 빔으로 집속되고/되거나, 상기 라인 빔은 마스크, 슬릿 또는 직선 에지로 이루어진 군으로부터 선택된 성형 수단을 이용해서 더욱 성형된다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 라인 빔은 마스크, 슬릿 또는 직선 에지로 이루어진 군으로부터 선택된 성형 수단을 이용해서 형성되고, 상기 마스크는 상기 라인 빔의 폭 및 길이를 규정하거나, 또는 상기 슬릿은 상기 조사 빔의 폭을 규정하고, 상기 라인 빔의 길이는 적어도 하나의 광학 요소에 의해 규정되거나, 또는, 상기 직선 에지는 성형된 레이저 빔의 폭을 규정한다. 상기 성형 수단은 비선형 특징을 지닌 길이를 가지고/가지거나, 상기 비선형 특징은 톱니형상이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 라인 빔의 길이 대 폭의 종횡비는 50보다 크거나, 또는 길이 대 폭의 종횡비는 2×105까지이다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 용융 존의 폭은 약 5 ㎛ 미만 또는 약 10 ㎛ 미만이고/이거나, 상기 용융 존의 길이는 약 10 ㎜ 내지 약 1000 ㎜의 범위 내이다.
다른 측면에 있어서, 액티브 매트릭스 디스플레이용의 반도체 막의 제조 장치는 펄스 주파수가 약 4 ㎑보다 크고 평균 전력이 300 W보다 큰 레이저 펄스를 제공하는 레이저원; 레이저 빔을 라인 빔으로 성형하는 레이저 광학 부품; 적어도 일방향으로 병진 이동 가능한 시료를 지지하는 스테이지; 및 1세트의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 성형된 레이저빔은 상기 라인 빔의 길이를 따라 실질적으로 균일한 작용을 가지며, 상기 명령은
(a) 반도체 막의 제1영역에 제1레이저 펄스를 조사해서 제1용융 존을 형성하는 것(여기서, 상기 제1용융 존은 그의 길이를 따른 폭의 변동을 나타냄으로써, 최대 폭(Wmax)과 최소 폭(Wmin)을 규정하며, 상기 제1용융 존은 냉각시 결정화하여 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함);
(b) 상기 막을 횡방향 성장 방향으로 약 1/2Wmax보다 크고 Wmin 미만인 거리로 횡방향으로 이동시키는 것; 및
(c) 상기 막의 제2영역을 제2레이저 펄스로 조사해서, 상기 제1용융 존의 형상과 실질적으로 동일한 형상을 가진 제2용융 존을 형성하는 것(여기서, 상기 제2용융 존은 냉각 시 결정화되어 상기 제1영역에서 하나 이상의 결정의 연장부인 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함)을 포함하되;
상기 레이저 광학 부품은 2×Wmin 미만인 Wmax를 제공한다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 상기 라인 빔은 TFT의 열을 위해 의도된 위치에 대해서 소정 각도로 위치결정되어 있고, 또는 상기 라인 빔은 상기 기판의 에지에 대해서 소정 각도로 위치결정되어 있다.
다른 측면에 있어서, 펄스 주파수가 약 4 ㎑보다 크고 평균 전력이 300 W보다 큰 레이저 펄스를 제공하는 레이저원; 레이저 빔을 라인 빔으로 성형하는 레이저 광학 부품(여기서, 상기 성형된 레이저빔은 상기 라인 빔의 길이를 따라 실질적으로 균일한 작용을 가짐); 적어도 일방향으로 병진 이동 가능한 시료를 지지하는 스테이지; 및 1세트의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 명령은
(a) 반도체 막의 제1부분에 복수의 레이저 펄스를 조사하여 제1결정화 영역을 형성하되, 이때, 각 레이저 펄스 후 그 조사된 막이 결정화되어 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하며, 상기 막을 각 레이저 펄스 후 횡방향 결정 성장 방향으로 제1거리만큼 횡방향으로 이동시키는 것; 및
(b) 상기 횡방향 결정 성장 방향으로의 상기 막의 이동을 중단하지 않고도, 상기 막의 제2부분에 복수의 레이저 펄스를 조사하여, 제2세트의 소정의 결정 특징을 가진 제2결정화 영역을 형성하되, 이때, 각 레이저 펄스 후 그 조사된 막이 결정화되어 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하며, 상기 막을 각 레이저 펄스 후 횡방향 결정 성장 방향으로 제2거리만큼 횡방향으로 이동시키는 것을 포함하고,
상기 제1거리는 상기 제2거리와는 다르다.
본 발명에 대해서는 이하의 도면을 참조하여 설명하지만, 이들 도면은 단지 예시의 목적으로 제공되는 것일 뿐, 본 발명을 제한하기 위해 의도된 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 방향성 결정(directional crystal)을 생산하기 위한 라인 빔 순차적 횡방향 고형화 단계를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 방향성 결정을 생산하기 위한 라인 빔 순차적 횡방향 고형화 단계를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 방향성 결정을 생산하기 위한 라인 빔 순차적 횡방향 고형화 단계를 나타낸 도면;
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 균일한 결정을 생산하기 위한 라인 빔 순차적 횡방향 고형화 단계를 나타낸 도면;
도 5는 그의 길이를 따라 다양한 폭을 가진 라인 빔 펄스의 개략도;
도 6a 내지 도 6c는 종래의 순차적 횡방향 고형화 프로세스에 따른 소정의 스텝이동 거리(stepping distance)를 오버슈트(overshoot)하는 라인 빔 순차적 횡방향 고형화를 나타낸 도면;
도 7a 및 도 7b는 종래의 순차적 횡방향 고형화 프로세스에 따른 소정의 스텝이동 거리를 언더슈트(undershoot)하는 라인 빔 순차적 횡방향 고형화를 나타낸 도면;
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 소정의 스텝이동 거리를 구현하는 라인 빔 순차적 횡방향 고형화를 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 2개 이상의 펄스 대 펄스 병진이동 거리를 채용하는 펄스식 라인 빔 레이저 결정화 프로세스의 개략도;
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 기판에 대해서 소정 각도로 수행되는 펄스식 라인 빔 레이저 결정화 프로세스의 개략도;
도 11은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 사용하기 위한 레이저 장치의 개략도;
도 12는 종래의 AM-OLED의 단면도.
발명의 상세한 설명
펄스식의 가늘고 긴 레이저 빔을 이용하는 박막의 결정화를 설명한다. 레이저로 인해 야기되는 용융에 수반되는 막의 영역의 결정화는 레이저 펄스의 특징과 관련된다. 특히, 결정화된 영역 내의 결정 알갱이의 품질, 크기 및 형상은 그 영역을 용융시키는 레이저 펄스의 에너지, 공간적인 프로파일(spatial profile) 및/또는 임시 프로파일에 의해 결정된다. 디스플레이 소자에 이용되는 다결정질 기판에 대해서 각종 조사 방식이 기술되어 있다.
결정질 반도체 막을 생성하는 데 이용되는 SLS 장치에 있어서의 펄스 불균일성은 연속하는 펄스 간의 변동뿐만 아니라 주어진 레이저 펄스 내의 불균일성으로부터 일어날 수 있다. 예를 들어, 주어진 레이저 펄스 내에서, 상기 공간적인 에너지 밀도 프로파일(예컨대, 조사의 균일성), 상기 임시 강도 프로파일(예컨대, 펄스 지속 기간 및/또는 임시 형상) 및/또는 화상화(imaging)(예컨대, 상면 만곡 및 왜곡)가 변할 수 있다. 또한, 레이저 작용에서 펄스-대-펄스 변동이 있어, 순차적인 레이저 펄스의 에너지 밀도에서의 변동을 일으킨다. 펄스 내 혹은 펄스 간의 점차적인 변화는 예를 들어 결정화된 반도체 박막의 미세 구조에 있어서 얻어지는 박막 의 결정화된 영역의 하나 이상의 특성의 점차적인 변화를 초래할 수 있다. 이것은 결정화된 막 상에 제조된 TFT 소자의 특징의 점차적인 변화를 초래할 수 있고, 따라서, 인접한 화소 간의 휘도의 점차적인 변화를 초래할 수 있다. 또한, 화소 휘도의 갑작스러운 변화는 1세트의 화소가 레이저 빔 에너지의 펄스-대-펄스 변동에 기인해서 다른 세트와는 다른 조사 특징을 가진 레이저 펄스에 의해 처리될 경우 관찰될 수 있다.
길고 좁은 빔을 이용하는 반도체 박막 결정화의 펄스식 레이저 장치 및 프로세스는 수반하는 불균일성이 상기 결정화된 박막 상에 제조된 TFT 소자에서 관찰되지 않도록 레이저 펄스 및 화상화에 있어서의 불균일성의 근원의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 반도체 막의 품질에서의 결함 또는 변동은 TFT 소자 품질에 영향을 미쳐, 이들 결함 또는 변동의 성질 및 위치를 제어함으로써 얻어지는 TFT 소자에 대한 그들의 충격을 감소시킬 수 있다.
예를 들어 일본의 JSW사로부터 입수가능한 바와 같은 종래의 SLS 장치는 2차원(2-D) 투영(projection) 장치를 이용해서 전형적인 단축 치수가 약 0.5 내지 2.0 ㎜이고 전형적인 장축 치수가 15 내지 30 ㎜인 직사각형 레이저 펄스를 생성한다. 이들 치수는 적어도 하나의 치수가 횡방향 알갱이 성장의 오더, 예컨대, 약 2 내지 5 ㎛가 되도록 요구되는 SLS에서 다루기 쉽지 않으므로, 상기 레이저 빔은 보다 작은 치수의 복수의 빔렛(beamlet)을 제공하도록 은폐된다. 단축의 강도 등에서의 절대적인 변화는 장축을 따른 것보다 적다. 또한, 일부의 불균일성이 평균치로 되도록 도움을 주는 단축의 방향에 있어서는 상당한 중첩, 예컨대, 약 50% 중첩이 있 다. 따라서, 단축 치수에서의 불균일성은 화소 휘도의 차에 크게 기여하지 않는다. 그러나, 장축에서의 불균일성은 더욱 현저하여 더욱 유해하다. 장축은 디스플레이의 치수보다 작을 수 있으므로, 스캔마다 화소 휘도의 갑작스러운 변화를 갖는 것을 피할 수 없다. 또한, 장축을 따른 불균일성은 눈에 매우 명확하게 보이는 규모(예컨대, 1 ㎝에 걸쳐서 10% 휘도 시프트)일 수 있다. 인간의 눈이 랜덤한 화소-대-화소 변동에 대해 적절하게 견딜 수 있고 또한 매우 큰 규모(10 ㎝) 및 점차적인 화소-대-화소 변동에 대해서도 견딜 수 있지만, 디스플레이의 영역 간의 갑작스러운 변화 또는 소규모(㎜ 내지 ㎝)의 점차적인 변동에 대해서는 매우 견디지 못한다.
라인 빔 SLS 프로세스는 1차원(1D) 투영 장치를 사용해서, 길고 고도의 애스펙트화된 레이저빔, 전형적으로는 길이가 1 내지 100 ㎝ 정도, 예컨대, "라인 빔"을 생성한다. 길이 대 폭의 종횡비는 약 50 이상, 예를 들어 100까지, 또는 500, 또는 1000, 또는 2000, 또는 10000, 또는 약 2×105까지 또는 그 이상의 범위 내일 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 폭은 (Wmin)과 (Wmax)의 평균 폭이다. 빔의 그의 꼬리 에지에서의 길이는 라인 빔 SLS의 일부의 실시형태에 있어서 충분히 규정되지 못할 수도 있다. 예를 들어, 에너지는 변동하여 길이의 먼 단부에서 서서히 없어질 수도 있다. 본 명세서에서 지칭하고 있는 바와 같은 라인 빔의 길이는 빔 길이를 따른 작용 또는 실질적으로 균일한 에너지 밀도, 예컨대, 평균 에너지 밀도의 5% 이내를 가지는 라인 빔의 길이이다. 대안적으로는, 상기 길이는 본 명세서에 설명된 바와 같이 용융 단계 및 고형화 단계를 수행하는 데 충분한 에너지 밀도인 라인 빔의 길이이다.
고도로 애스펙트화된(긴) 조사 패턴에 의해 조사된 박막은 균일한 화소-대-화소 휘도를 제공하는 TFT로 제작될 수 있으며, 그 이유는 단일 스캔이 전체 디스플레이를 위해 충분히 큰 면적을 결정화할 것이기 때문이다. 빔 길이는 적어도 대략 단일 디스플레이, 예컨대, 액정 또는 OLED 디스플레이 또는 그들의 복수의 것의 크기인 것이 바람직하거나, 또는 다수의 디스플레이가 제조될 수 있는 기판의 크기 정도가 바람직하다. 이것은 막의 조사 영역 간의 임의의 경계의 출현을 감소하거나 제거하므로 유용하다. 막을 가로질러 다수의 스캔이 필요한 경우 일어날 수 있는 소정의 스티칭 아티팩트(stitching artifact)는 일반적으로 주어진 액정 또는 OLED 디스플레이 내에서 보이지 않게 될 것이다. 빔 길이는 휴대폰 디스플레이용 기판, 예컨대, 휴대폰에 대해서 대각으로 대략 2 인치 및 랩톱 디스플레이(2:3, 3:4 또는 기타 통상의 비의 종횡비를 가짐)에 대해 대각으로 10 내지 16 인치 이하의 범위의 기판을 제조하는 데 적합할 수 있다.
길고 좁은 빔에 의한 결정화는 고유의 빔 불균일성을 소유한 빔으로 처리할 경우 이점을 제공한다. 예를 들어, 주어진 레이저 펄스 내의 장축을 따른 어떠한 불균일성도 본질적으로는 점차적으로 나타날 것이고 육안으로 검출될 수 있는 것보다 훨씬 큰 거리에 걸쳐 희미하게 될 것이다. 장축 길이를 화소 크기보다 실질적으로 크게 또는 제작된 액정 또는 OLED 디스플레이의 크기보다 훨씬 크게 함으로써, 레이저 스캔의 에지에서의 갑작스러운 변화가 주어진 제작된 디스플레이 내에서 나 타나지 않을 수도 있다.
길고 좁은 빔에 의한 결정화는 부가적으로 단축에서의 어떠한 불균일의 영향도 감소시킬 것이며, 그 이유는 디스플레이 내의 개별의 TFT 소자가 각각 적어도 수개의 펄스에 의해 결정화될 수 있는 면적 내에 놓이기 때문이다. 즉, 단축을 따른 불균일성의 규모는 단일 TFT 소자의 것보다 작은 규모이므로, 화소 휘도의 변동을 일으키지 않을 것이다. 또한 펄스-대-펄스 변동은 종래의 2D SLS 장치에서와 같은 방식에 있어서 덜 중요하게 될 것이다.
박막의 SLS 처리용의 라인 빔을 이용하는 방법의 예는 도 1 내지 도 3을 참조해서 설명한다. 도 1은 반도체 막, 예컨대, "방향성" 결정화 전의 비정질 실리콘 막의 영역(140)과, 직사각형 영역(160) 내의 조사용 레이저 펄스를 도시하고 있다. 레이저 펄스는 영역(160) 내의 막을 용융시킨다. 용융된 영역의 폭은 용융 존 폭(MZW)이라 칭한다. 단, 레이저 조사 영역(160)은 도 1에 일정 비율로 도시되어 있지 않고, 그 영역의 길이는 선(145), (145')으로 표시한 바와 같이 폭보다 훨씬 더 크게 되어있다. 이것으로 인해 상기 막의 매우 긴 영역이 조사될 수 있고, 예를 들어, 이것은 상기 막으로부터 제조될 수 있는 디스플레이의 길이와 같거나 그보다 길게 된다. 일부의 실시형태에 있어서, 레이저 조사 영역의 길이는 실질적으로 수개의 소자, 또는 심지어 기판의 폭 혹은 길이에 걸쳐 있다. 적절한 레이저원 및 광학 부품을 이용하면, 1000 ㎜ 길이, 예컨대, Gen 5 기판의 치수 혹은 그보다 휠씬 긴 레이저 빔을 발생시키는 것이 가능하다. 이에 비해서, 초기의 SLS 기술에서 조사된 막의 영역은 디스플레이의 개별의 TFT 소자의 크기 정도 혹은 그보다 훨씬 작 았다. 일반적으로, 빔의 폭은, 레이저 조사 작용이 조사 영역을 완전히 용융시키기에 충분히 높도록 충분히 협소하다. 일부의 실시형태에 있어서, 빔의 폭은 용융된 영역에서 그 결과로서 성장하는 결정에 있어서 핵화를 피하도록 충분히 협소하다. 레이저 조사 패턴, 예컨대, 레이저 펄스에 의해 규정된 화상은 본 명세서에 기재된 기술을 이용해서 공간적으로 성형된다. 예를 들어, 펄스는 마스크 또는 슬릿에 의해 성형될 수 있다. 대안적으로는, 상기 펄스는 초점맞춤용 광학 부품을 이용해서 성형하는 것도 가능하다.
레이저 조사 후, 용융된 막은 영역(160)의 고체 경계부에서 결정화되기 시작하고, 중심선(180)을 향해 안쪽으로 계속 결정화되어, 예시적인 결정(181)과 같은 결정을 형성한다. 결정이 성장하는 거리(이것은 특징적인 횡방향 성장 길이라고도 칭함(특징적인 "LGL"))는 막 조성물, 막 두께, 기판 온도, 레이저 펄스 특징, 가령 있다면, 완충층 재료, 및 마스크 형태 등의 함수이며, 성장이 과냉각 액체 중에서의 고체의 핵화의 발생에 의해서만 제한될 경우 일어나는 LGL로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 50 ㎚ 두께의 실리콘 막에 대한 전형적인 특징적인 횡방향 성장 길이는 대략 1 내지 5 ㎛ 또는 약 2.5 ㎛이다. 성장이 다른 횡방향으로 성장하는 정면에 의해 제한될 때, 여기서의 경우와 마찬가지로, 두 정면이 중심선(180)에 접근하는 경우, LGL은 특징적인 LGL 미만일 수 있다. 그 경우, LGL은 전형적으로는 대략 용융 존의 폭의 1/2이다.
횡방향 결정화는 바람직한 결정학적 배향의 연신된 결정 및 알갱이 경계부의 "위치-제어된 성장"을 가져온다. 본 명세서에서 의미하는 위치-제어된 성장은 특정 빔 조사 단계를 이용해서 알갱이 경계부 및 알갱이들의 제어된 위치로서 정의된다.
영역(160)이 조사되고 순차 횡방향으로 결정화된 후, 실리콘 막은 횡방향 결정 성장 길이 미만, 예컨대, 횡방향 성장 길이의 90% 이하인 거리만큼 결정 성장의 방향으로 진행될 수 있다. 다음에, 후속의 레이저 펄스가 실리콘 막의 새로운 영역으로 향하게 된다. "방향성" 결정, 예컨대, 특정 축을 따라 상당한 연장부를 가진 결정의 제작을 위해서, 후속의 펄스는 바람직하게는 이미 결정화된 영역과 실질적으로 중첩된다. 막을 작은 거리 진행시킴으로써, 초기의 레이저 펄스에 의해 제조된 결정은 인접한 재료의 후속의 결정화를 위한 시드(seed) 결정으로서 작용한다. 막을 작은 스텝만큼 전진시키고, 상기 막을 각 스텝에서 레이저 펄스로 조사하는 공정을 반복함으로써, 결정이 레이저 펄스에 대해서 막의 이동 방향으로 막을 가로질러 횡방향으로 성장하도록 만들어진다.
도 2는 막의 이동과 레이저 펄스에 의한 조사를 수회 반복한 후의 막의 영역(140)을 도시하고 있다. 명확하게 도시된 바와 같이, 수개의 펄스에 의해 조사된 영역(120)에는 조사 패턴의 길이와 실질적으로 수직인 방향으로 성장된 연신된 결정이 형성되어 있다. 실질적으로 수직이란 결정 경계부(130)에 의해 형성된 선의 대부분이 점선의 중심선(180)이 교차하도록 연장될 수 있었던 것을 의미한다.
도 3은 결정화가 거의 완료된 후의 막의 영역(140)을 도시하고 있다. 결정은 조사 영역에 대해 막의 이동 방향으로 계속 성장함으로써 다결정질 영역을 형성한다. 막은 바람직하게는 조사 영역, 예컨대, 실질적으로 동일한 거리만큼 영역(160)에 대해 계속 전진한다. 막의 이동 및 조사의 반복은 막의 다결정질 영역의 에지에 조사 영역이 도달할 때까지 계속한다.
다수의 레이저 펄스를 이용해서 영역, 즉, 레이저 펄스 사이에 막의 작은 병진 이동 거리를 조사함으로써, 고도로 연신된, 저결함-밀도 알갱이를 지닌 막이 제조될 수 있다. 이러한 알갱이 구조는 알갱이가 명백하게 판별가능한 방향으로 배향되기 때문에 "방향성"이라 칭한다. 더욱 상세에 대해서는, 미국 특허 제6,322,625호를 참조하면 되고, 이 특허 문헌은 참조로 그의 전문이 본 명세서에 반영되어 있다.
높은 종횡비 펄스를 이용하는 순차적 횡방향 고형화의 상기 방법에 따르면, 전체의 시료 영역은 다수의 펄스를 이용해서 기판을 가로지르는 단일 횡방향 스캔으로 결정화된다. 그러나, 결정 알갱이의 연속적인 연장은 결정 알갱이의 확대를 통한 국부적인 조직(texture)의 발달을 가져올 수 있다. 결정 알갱이의 확대는 소정의 결정학적 배향 간의 경쟁적인 횡방향 성장의 결과로서 일어난다. 확대된 알갱이들 자체는 많은 결함을 발달시키기 시작하며, 그의 타입(예컨대, 저각(low-angle) 알갱이 경계부, 이중 경계부 또는 임의의 고각(high-angle) 경계부) 및 밀도는 성장 방향에 있어서 결정학적 배향에 의존할 수 있다. 이와 같이 해서 각 알갱이는 필적할 만한 특성을 가진 알갱이들의 "집단"(family)로 분해된다. 이들 알갱이 집단은 매우 넓게 될 수 있고, 예를 들어 시료 형태 및 결정화 조건에 따라 10 ㎛보다 넓거나 심지어 50 ㎛보다 넓게 될 수 있다. TFT 성능은 알갱이의 결함 밀도뿐만 아니라 알갱이의 결정학적 배향(예컨대, 표면 배향의 함수로서의 계면 결함밀도의 변동을 통해서)에 의존하므로, 이 국부적인 조직은 TFT 성능의 커다란 변 화를 초래할 수 있다. 이와 같이 해서, 결함 밀도에 있어서의 관련된 영역 변동 및 국부적인 조직의 형성을 피하도록 시간마다 혹은 영역마다 알갱이 성장을 중지시키는 것이 바람직할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 있어서, 결정 구조는 일련의 펄스를 중단시켜 주사 방향으로 횡방향 성장을 의식적으로 중지시킴으로써 더욱 제어될 수 있다. 이와 같이 해서, 하나 이상의 실시형태에 따르면, 기판 표면상의 레이저 조사 투영은 차단되어, 용융 및 후속의 결정화가 일어나지 않게 된다. 이것은 막 내의 간헐적인 수직 방향 알갱이 경계로 되므로, 새로운 세트의 시트가 작성되어 "최신의" 세트의 알갱이가 성장하기 시작한다. 알갱이 성장의 중단은 알갱이-집단의 확대를 방지할 수 있거나, 또는 상이한 영향으로 인해 바람직하게 않게 될 수도 있는 국부적인 조직까지도 TFT 성능, 따라서 화소 휘도 상에 가지게 될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 횡방향 결정 성장은 약 매 10 내지 200 펄스 또는 10 내지 100 펄스마다, 또는 약 20 내지 400 또는 20 내지 200 ㎛의 반복 거리에서 중단된다. 횡방향 결정 성장은 하나 또는 수개의 펄스의 지속 기간 동안 레이저 경로에서 빔 블록을 위치결정시킴으로써 또는 기판 표면으로부터 멀리 레이저 빔을 주기적으로 재차 향하게 함으로써 중단될 수 있다. 이들 수직인 알갱이 경계의 위치는 공지되어 있고 상기 프로세스에 의해 주의 깊게 제어된다. 화소 및 디스플레이 가공 처리는 이들 영역을 피하도록 설계될 수 있다.
본 명세서에서 "균일한-알갱이 순차적 횡방향 고형화" 또는 "균일한 SLS"로 칭해지는 대안적인 조사 프로토콜은 횡방향으로 연신된 결정의 칼럼을 반복하는 것 을 특징으로 하는 균일한 결정질 막을 제조하는 데 이용된다. 상기 결정화 프로토콜은 횡방향 성장 길이보다 크고, 예컨대, δ > LGL(여기서, δ는 펄스 간의 병진 이동 거리임), 그리고 횡방향 성장 길이의 2배보다 작게, 예컨대, δ < 2 LGL만큼 막을 진행시키는 것을 포함한다. 균일한 결정 성장에 대해서는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한다.
도 4a를 참조하면, 제1조사는 좁고, 예를 들어, 횡방향 성장 길이의 2배 미만으로 좁으며, 예컨대 10 ㎜보다 크고 1000 ㎜까지 혹은 그 이상으로 뻗은 레이저 빔 펄스에 의해 막 상에 수행되며, 이때의 레이저 빔 펄스는 상기 막을 완전히 용융시키는 충분한 에너지 밀도를 가진다. 그 결과, 레이저 빔(도 4a의 영역(400) 등)에 노광된 막은 완전히 용융되고, 이어서 결정화된다. 이 경우, 알갱이들은 미조사 영역과 용융된 영역 사이에서 계면(420)으로부터 횡방향으로 성장한다. 용융 존 폭이 특징적인 LGL의 약 2배 미만이 되도록 레이저 펄스 폭을 선택함으로써, 고체/용융 계면 양쪽으로부터 성장하는 알갱이는 대략 용융된 영역의 중심, 예컨대, 중심선(405)에서 서로 충돌하여, 횡방향 성장은 정지한다. 2개의 용융 정면은 그 용융물의 온도가 핵화를 유발하도록 충분히 낮게 되기 전에 대략 중심선(405)에서 충돌한다.
도 4b를 참조하면, 대략 LGL보다 크고 최대 2LGL인 소정의 거리(δ)만큼 변위된 후, 기판(400')의 제2영역은 제2레이저 빔 펄스에 의해 조사된다. 기판의 변위량(δ)은 레이저 빔 펄스의 소정의 중첩도와 관련된다. 기판의 변위량이 길어짐에 따라, 중첩도는 적어진다. 따라서, LGL의 약 90%보다 작고 약 10%보다 큰 레이 저 빔의 중첩도를 가지는 것이 유리하고 바람직하다. 중첩 영역은 중괄호({})(430)와 파선(435)에 의해 표시되어 있다. 제2레이저 빔 조사에 노광된 막 영역(400')은 완전히 용융되어 결정화된다. 이 경우, 제1조사 펄스에 의해 성장된 알갱이는 제2조사펄스로부터 성장된 알갱이의 횡방향 성장용의 시드를 결정화시키는 역할을 한다. 도 4c는 횡방향 성장 길이를 넘어 횡방향으로 연장되는 결정을 가진 영역(440)을 예시한다. 따라서, 연신된 결정의 칼럼이 평균 2개의 레이저 빔 조사에 의해 형성된다. 2개의 조사 펄스는 모두 횡방향으로 연장된 결정의 칼럼을 형성하는 데 필요한 것이므로, 이 프로세스는 "투 샷"(two shot) 프로세스라 칭한다. 조사는 횡방향으로 연장된 결정의 다수의 칼럼을 작성하기 위해 기판을 가로질러 계속된다. 도 4d는 다수의 조사 후의 기판의 미세 구조를 예시하고, 횡방향으로 연장된 결정의 수개의 칼럼(440)을 도시하고 있다.
따라서, 균일한 SLS에 있어서, 막이 적은 수, 예컨대 2개의 펄스에 의해 조사되고 용융되어서, "방향성" 막에 대한 것보다 더욱 제한된 정도로 횡방향으로 중첩된다. 용융된 영역 내에 형성된 결정은 바람직하게는 횡방향으로 동일한 배향으로 성장하여, 막의 특정 조사 영역 내의 경계에서 서로 만난다. 조사 패턴의 폭은 핵화 없이 결정이 성장되도록 선택되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 알갱이는 상당히 연신되지 않지만; 이들은 균일한 크기와 배향이다. 더욱 상세에 대해서는 미국 특허 제6,573,531호를 참조하면 되고, 이 특허 문헌은 참고로 그의 전문이 본 명세서에 반영되어 있다.
일반적으로, 막 자체는 결정화 동안 이동하는 것을 필요로 하지 않고; 레이 저 빔 형상을 규정하는 레이저 빔 또는 마스크는 대신에 조사 영역 및 필름의 상대 이동을 제공하도록 막을 가로질러 스캔될 수 있었다. 그러나, 레이저 빔에 대하여 막을 이동시키는 것은 각 후속의 조사 동안 레이저 빔의 향상된 균일성을 제공할 수도 있다.
용융 존의 폭이 그의 길이를 따라 상대적으로 변하지 않는 종래의 2D 투영 SLS와는 달리, 1D 투영된 라인 빔 레이저 펄스에서는 빔 왜곡의 부가적인 비한계원(non-marginal source)이 있다. 라인 스캔 SLS 프로세스에서의 용융 존 폭은 조사 영역의 길이를 따라 상당한 정도까지 변화될 수 있다. 용융 존 폭에서의 변동은 예컨대 시료 두께 변동, 기판 두께 변동, 스테이지 비평면성, 광학 요소에서의 굴절 불균일성, 반사 광학 부품의 결함, 이상적인 가우스 단축(Gaussian short-axis) 및 탑-햇(가우스-Hat) 장축 원료 빔 프로파일로부터의 강도 변동 등 내에서의 포커스 한계의 깊이, 레이저 빔 프로파일의 에지 번짐, 펄스마다의 에너지 밀도 변동 등의 다수의 인자에 기인한다. 이들 효과는 길이 방향에서의 빔의 높은 종횡비에 기인해서 조사 영역의 길이를 따라 더욱 명백해진다. 표적 폭으로부터의 편차는 이들 경우에 있어서도 빔의 성형를 도와 첨예한 에너지 밀도 프로파일 제공하는 데 마스크가 이용될 때에 관찰된다. 폭의 편차는 상당히 중요할 수 있고; 길이를 따른 폭의 +/- 10%의 편차가 일반적이고 +/- 50%까지의 편차가 보고된 바 있다.
이것은 라인 빔 레이저 펄스에 의해 조사된 후 막의 용융 영역(500)의 평면/상면도를 도시한 도 5에 개략적으로 예시되어 있다. 길이를 따른 폭의 변동은 예시의 목적으로 과장되어 있다. 용융 영역은 빔 펄스 폭의 변동을 입증하는 긴 에 지(510), (510')를 포함한다. 그의 가장 광의의 점에서, 용융 영역은 폭(Wmax)을 가진다. 그의 가장 협의의 점에서, 용융 영역은 폭(Wmin)을 가진다. 결정화 동안, 결정은 가상의 중심선(520)을 향해 긴 에지(510), (510')로부터 횡방향으로 성장한다. 중심선은 용융 영역의 대향하는 측면으로부터의 횡방향으로 성장된 결정이 대략 해당 중심선에서 만나기 때문에 측정점으로서 이용된다. 얻어진 횡방향으로 성장된 결정은 상당히 다른 길이를 가질 수 있고, 예를 들어 약 1/2(Wmax)에 대응하는 (LGLmax)로부터 1/2(Wmin)에 대응하는 (LGLmin)까지 이르는 길이를 가질 것이다.
이러한 빔 왜곡 조건 하에서, 평균 횡방향 성장 길이("LGLavg")보다 크고 평균 횡방향 성장 길이의 2배("2LGLavg")보다 적은 종래의 스텝이동 거리는 균일한 알갱이 구조를 제공할 수 없다. 이것은 도 6a 및 도 6b를 참조해서 설명한다. 도 6a에는, 길이를 따른 용융 존 폭에서의 왜곡을 나타내는 횡방향으로 결정화된 영역(600)이 도시되어 있다. 알갱이는 이들이 중심선(610)에서 만날 때까지 횡방향으로 성장하여, 상이한 알갱이 길이의 횡방향으로 성장된 결정을 작성한다. 결정(620)은 도 6a에 표시된 최대 알갱이 길이(LGLmax)를 가진다. 또, 결정(630)은 도 6a에 표시된 최소 알갱이 길이(LGLmin)를 가진다. 시료가 예를 들어, LGLavg보다 크고 2LGLavg 미만인 거리를 이동되는 경우, 제2층 펄스는 영역(600)의 횡방향으로 성장된 결정과 완전히 중합될 수 없다. 상기 막의 영역은 조사되지 않아, 비정질 또는 저급 결정질 재료의 섬(670)으로 된다.
도 6b는 LGLavg보다 크고 2LGLavg 미만인 거리를 제1영역으로부터 스텝이동되는 제2조사 영역(600')을 도시하고 있다. 두 조사 영역 간의 중첩부는 중괄호(650)와 파선(640)에 의해 표시된다. 영역(670)은 제1조사펄스 또는 제2조사펄스에 의해 조사되지 않는다. 횡방향 고형화시, 도 6c에 표시된 바와 같이, 횡방향 성장 길이를 넘어 횡방향으로 연장된 결정을 가진 영역(660)이 형성되지만, 비정질 또는 다결정질 섬(670)이 영역(660) 내에 남는다. TFT 소자가 비정질 영역(670)을 포함하는 영역(660)의 일부 위쪽에 위치된 경우, TFT의 성능이 악영향을 받게 된다. 따라서, 빔 폭의 왜곡은 2샷 프로세스 동안 스텝이동 거리를 결정하는 데 있어 틀림없이 원인이 된다. 단일 용융 영역의 폭의 변동 이외에, 펄스-대-펄스 변동, 예컨대, 합초점(in focus) 또는 에너지 밀도는 용융 영역 간의 폭의 차를 초래한다. 따라서, (LGLmin) 및 (LGLmax)는 펄스-대-펄스 변동에 기인해서 실제로 훨씬 작거나 또는 클 수 있고, 이 증가된 범위도 고려될 수 있다.
이 예는 제2레이저 펄스가 상기 결정화된 영역(600)을 "오버슈트"하여, 미조사 영역(670)으로 되는 시나리오를 설명한다. 제2레이저 펄스의 부정합(misalignment)의 다른 예는 스텝 거리가 너무 작아 제2펄스가 결정화된 영역(700)을 "언더슈트"하므로 2샷 프로세스가 어떤 위치에서는 달성되지 않는 경우를 일으킨다. 도 7a에 나타낸 바와 같이, 레이저 펄스(700')는 영역(700)의 전체 길이를 따라 중심선(710) 위에 교차하지 않는다. 상기 중첩 영역은 중괄호(705)와 파선(710)에 의해 표시된다. 제2레이저 펄스(700')가 중심선(710) 위에 통과하지 않는 이들 부분에서는, 방향성 결정화(및 균일하지 않은 결정화)가 일어난다. 제2레이저 펄스(600')가 중심선(710)을 통과하는 부분에 있어서, 2단계 프로세스에 대해 요망되는 바와 같이, 균일한 결정화가 얻어진다. 도 7b는 얻어진 결정화 알갱이 구조를 나타내고 있다.
레이저 조사 프로세스에서 이러한 결점을 피하기 위해, 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따르면, 시료는 약 1/2(Wmax)보다 크고 약 (Wmin)보다 작은, 즉, Wmax < δ < 2Wmin인 거리(δ)만큼 스텝 이동한다. 상기 설명한 바와 같이, 얻어진 횡방향으로 성장된 결정은 다양할 것이다. (LGLmax)는 조사 및 횡방향 결정화 후의 영역에 있어서 가장 긴 횡방향 알갱이 길이로, 1/2(Wmax)에 상당한다. 마찬가지로, (LGLmin)은 조사 및 횡방향 결정화 후의 영역에 있어서 가장 짧은 횡방향 알갱이 길이로, (Wmin)에 상당한다. 이와 같이 해서 스텝이동 거리를 규정함으로써, 하나의 조사 행위로부터 다음의 조사 행위까지 완전히 중첩되어, 미조사된 기판의 섬을 막을 수 있다. (δ)가 1/2(Wmax)보다 큰 것을 필요로 함으로써, 제2레이저 펄스는 반드시 횡방향으로 결정화된 영역의 중심선을 교차하고(또한 도 7a 내지 도 7b를 참조해서 전술한 문제를 피하고), 이에 따라, 단지 균일한 알갱이 성장이 일어나는 것을 확실하게 한다. 또, (δ)가 (Wmin) 미만인 것을 필요로 함으로써, 비정질 재료의 섬을 발생시키는 조사에 있어서의 오버스텝이동 및 간극을 막을 수 있다(도 6a 내지 도 6c를 참조하여 전술한 바와 같음).
이것은 도 8a 및 도 8b에 예시되어 있고, 여기서, 병진 이동 거리 δ는 제1레이저 조사 펄스와 제2레이저 조사 펄스간의 최적 중첩부를 제공하도록 선택된다. 도 8a에 있어서, 결정(815) 및 (818)은 그의 길이를 따라 폭에 변동을 가진 용융 영역(800)으로부터 횡방향으로 성장하여 길이가 다양한 결정으로 된다. 결정(820)은 도 8a에 나타낸 최대 알갱이 길이(LGLmax)를 가지며, 결정(830)은 역시 도 8a에 나타낸 최소 알갱이 길이(LGLmin)를 가진다. 상기 시료는 (LGLmax)보다 크고 2(LGLmin) 미만(또한 1/2(Wmax)보다 크고 (Wmin) 미만)인 거리를 이동한다. 제1위치와 제2위치 간의 중첩부는 중괄호(840)와 파선(850)에 의해 표시된다. 제2레이저 빔 조사에 폭로된 막 영역(860)은 용융되어 결정화된다. 이 경우, 제1조사 펄스에 의해 성장된 알갱이는 레이저 펄스의 전체 길이를 따른 횡방향 성장을 위한 결정화 시드로서 역할한다. 도 8b는 횡방향 성장 길이(모두 실질적으로 유사한 길이)를 넘어 횡방향으로 연장된 결정을 가진 영역(870)을 예시하고 있다. 따라서, 균일한 LGL의 연신된 결정의 기둥이 평균적인 두 레이저 빔에 의해 형성되어, 오버슈팅 및 언더슈팅 또는 스텝이동 거리를 막을 수 있다.
(LGLmax) 및 (LGLmin)은 기판 특성과 특정 세트의 레이저 조건을 위한 특정 결정화 조건의 함수이다. (LGLmax) 및 (LGLmin)의 특정 값은 시료의 제어된 조사를 행하고, 예를 들어, 고배율에서 얻어진 결정의 검사에 의해 횡방향 성장 길이의 변동을 계측함으로써 경험적으로 결정될 수 있다. 대안적으로는, 빔 폭의 변동(및 횡방향 성장 길이의 대응하는 변동)은 결정화시의 가공처리 변수의 효과를 규정하는 프로세스 모델을 이용해서 적절하게 추정될 수 있다. 박막 두께 가변성, 포커스 한계의 심도, 펄스 대 펄스 에너지 밀도 변동 등 내의 막 두께와 같은 가공 처리 변수는 개별적인 및/또는 총체적인 인자가 결정화 프로세스에 영향을 미치도록 작동하는 방법을 이해하거나 규정하는 모델에 입력될 수 있다. 이 목적을 위한 적응에 적합한 모델은 이미 기술되어 있다. 이것은 문헌[Robert S. Sposili, Doctoral Dissertation, Chapter 8: "Mathematical Model of the SLS process", Columbia University, 2001]을 참조할 수 있다.
빔 폭의 변동이 균일한 알갱이 성장에 특히 주지의 영향을 가지는 한편, 방향성 라인 빔 SLS를 위한 SLS 프로세스도 이 변동을 고려해서 설계될 수 있다. 따라서, 방향성 SLS 프로세스에서의 스텝이동 거리는 (LGLmin) 미만일 필요가 있다. 방향성 알갱이 성장에서의 스텝이동 거리는 전형적으로 작으므로, 이 요건은 대부분의 처리 프로세스에 의해 충족된다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 펄스 간의 병진 이동 거리는 필름의 상이한 영역에서 선택된 결정화 특성을 얻기 위해서 기판을 가로질러 스캔된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 막은 라인 빔 SLS 결정화되고, 여기서, 해당 막의 적어도 두 영역이 상이한 펄스 대 펄스 병진이동 거리로 병진 이동되게 된다.
예를 들어, 막의 제1영역은 라인 빔 SLS 결정화되는 한편, 해당 막은 균일한 결정 알갱이 구조를 생성하는 데 충분한 펄스 대 펄스 병진이동 거리, 예컨대, LGLmax < δ < 2LGLmin를 제공하는 속도로 이동하고, 막의 제2영역은 라인 빔 SLS 결정화되는 한편, 해당 막은 방향성 결정 알갱이 구조를 생성하는 데 충분한 펄스 대 펄스 병진이동 거리, 예컨대, δ < LGLmin을 제공하는 속도로 이동한다. 펄스 대 펄스 병진이동 거리의 변화는 결정화되고 있는 기판 또는 기판의 일부를 가로지르는 단일 스캔에서 일어난다.
추가의 예로서, 상기 막의 제1영역은 라인 빔 SLS 결정화되는 한편, 해당 막은 방향성 결정 알갱이 구조를 생성하는 데 충분한 제1펄스 대 펄스 병진이동 거리를 제공하는 속도로 이동되고, 상기 막의 제2영역은 라인 빔 SLS 결정화되는 한편, 해당 막은 방향성 결정 알갱이 구조를 생성하는 데 충분한 제2펄스 대 펄스 병진이동 거리를 제공하는 속도로 이동되며, 여기서, 제1 및 제2펄스 대 펄스 병진이동 거리는 상이하다. 레이저 반복율은 전형적으로 일정하다. 대안적으로는, 기판 속도는 일정하고 레이저 반복율은 막의 두 영역에서의 펄스 대 펄스 병진이동 거리를 바꾸도록 변화된다.
이 프로세스는 도 9에 예시되어 있다. 막 시료(900)는 해당 막이 화살표(920)로 표시된 방향으로 라인 빔 레이저 펄스(910) 밑에서 이동함에 따라 해당 라인 빔 레이저 펄스(910)에 의해 조명된다. 상기 시료는 펄스 대 펄스 병진이동 거리가 변화될 수 있도록 상이한 속도로 이동될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 펄스 대 펄스 병진이동 거리는 레이저 펄스 주파수를 변화시킴으로써 변화된다. 막 시료(900)의 구역(930)이 레이저 라인 빔 밑에서 이동하므로, 해당 막은 예를 들어 균일한 결정 성장을 얻는 데 적합한 펄스 대 펄스 병진이동 거리를 제공하도록 제1속도로 이동한다. 또, 막 시료(900)의 구역(940)은 레이저 라인 빔 밑으로 이동하므로, 해당 막은 방향성 결정 성장을 얻는 데 적합한 펄스 대 펄스 병진이동 거리를 제공하도록 제2속도로 이동한다. 이와 같이 해서, 상이한 결정 구조를 가진 영역이 상기 막의 구역을 가로지르는 펄스식 레이저 라인 빔의 단일 스캔에서 형성될 수 있다. 상기 구역은 막 시료의 전체 길이(L), 또는 그의 일부, 예컨대, L/2, L/4 등일 수 있다.
실리콘 막의 전자 이동도 등의 막 특성은 병진 이동 거리가 횡방향 성장 길이 미만인 방향성 SLS 방식에 있어서 병진 이동 거리(δ)의 증가에 따라 감소되는 것은 이미 공지되어 있다. 유사한 방식에 있어서, 막 특성은 방향적으로 성장한 결정과 균일하게 성장한 결정 간에 다르다. 방향적으로 성장된 결정은 전형적으로 우수한 막 특성을 발휘하지만, 이것은 전체적으로 재료 비용의 감소를 가져온다. 레이저가 기판의 선택된 영역을 가로질러 주사함에 따라 막의 펄스 대 펄스 병진이동 거리를 변화시킴으로써, 바람직한 막 특성을 제공할 수 있는 최대 병진 이동 거리를 이용해서 각 영역의 조사를 통해 공급원(예컨대, 레이저 에너지)을 최대화하여 쓰루풋(throughput)을 증가시키는 것도 가능하다. 이들 상이한 결정질 영역의 위치는 잘 알려져 있고, 상기 프로세스에 의해 주의 깊게 제어된다. 화소 및 디스플레이 가공처리는 적절한 결정질 영역에 이들 소자를 배치시키기 위해 설계될 수 있다.
다른 측면에 있어서, 상이한 막 특성을 가진 영역은 소정의 막 특성을 부여하도록 막 영역을 선택적으로 전처리함으로써 얻어진다. 막의 품질은 조직 유도 및 알갱이 크기 확대 프로세스를 이용해서 기판의 영역을 사전 결정화시킴으로써 제어된다. 이어서, 사전 결정화된 기판은 SLS, 예컨대, 균일한 SLS에 의해 가공처리되어, 상이한 결정질 특성의 영역을 얻는다.
조직화된 필름(textured film)은 적어도 단일 방향으로 동일한 결정학적 배향이 우세한 알갱이를 포함하지만; 이들은 표면상에 랜덤하게 위치되어 특정 크기(미세 구조)는 아니다. 더욱 구체적으로는, 다결정질 박막 중의 대부분의 미결정(crystallite)의 하나의 결정학적 축이 주어진 방향으로 우선적으로 점으로 표시되면, 조직은 단축 조직이다. 본 명세서에서 기술된 실시형태에 대해서, 단축 조직의 우선적인 방향은 미결정의 표면과 직각인 방향이다. 따라서, "조직"(texture)이란 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 알갱이의 단축 표면 조직(uni-axial surface texture)이다. 이 조직의 정도는 특정 용도에 따라 다양할 수 있다. 결정학적 배향은 <111> 배향이거나, 또는 다른 실시형태에서는 <100> 배향이거나, 또는 또 다른 실시형태에서는 결정학적 배향이 <110> 배향을 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, 막의 상이한 영역은 상이한 결정학적 배향을 포함한다.
그러나, 결정 배향의 차이는 소자 거동의 차이를 초래할 수도 있다. 균일성은 SLS 프로세스에서 성장된 알갱이의 배향을 제어함으로써 향상될 수 있다. 알갱이는 모두 처리된 영역 내에서 동일한 결정학적 배향을 가지므로, 해당 영역 내에 위치된 소자(들)의 TFT 균일성은 향상된다. 소자는 선택된 배향의 영역 내에 선택 적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 보다 높은 정도의 조직은 스위치 회로에 이용되는 박막 트랜지스터(TFT)와 대향하도록 구동기 회로에 이용되는 TFT용으로 바람직하다.
상이한 결정질 형태 구조 및 상이한 막 특성을 가진 영역을 제공하기 위해, 막의 선택 영역은 막의 영역 속으로 선택된 조직 및 커다란 알갱이 크기를 도입하도록 처리될 수도 있다. 많은 조직 유도 방법은 커다란 알갱이 크기를 초래한다. 특정 배향을 가진 알갱이는 다른 것을 희생하고 성장함으로써, 알갱이의 수를 감소시키고 그들의 평균 크기를 증가시킨다. 전구체 조직화 막을 얻는 종래의 방법으로는 존 용융 재결정화(ZMR), 고상 재결정화, 직접 증착기술(화학적 기상 증착(CVD), 스퍼터링, 증발), 표면-에너지 구동 2차 알갱이 성장(SEDSGG) 및 펄스식 레이저 결정화(SLS, 멀티플-펄스 ELA) 방법을 들 수 있다. 조직화 전구체를 생성하기 위한 마찬가지 방식에 기타 조직 유도 방법도 이용할 수 있음을 상정할 수 있다.
공계류 중이고 공동 소유인 미국 특허 출원 제10/994205호(발명의 명칭: Systems And Methods For Creating Crystallographic-Orientation Controlled Poly-Silicon Films)에 개시된 바와 같이, 결정화된 막의 배향은 먼저 확립된 조직화 기술을 이용해서 막에 소정의 조직을 작성하고 나서 선택된 SLS 결정화 프로세스를 이용해서 소정의 결정질 미세 구조를 작성함으로써 얻는 것도 가능하며, 상기 특허 문헌은 참조로 본 명세서에 반영되어 있다.
디스플레이는 화소("픽셀")의 격자(또는 매트릭스)로 구성된다. 수천 혹은 수백만개의 이들 화소가 함께 디스플레이 상에 화상을 작성한다. 박막 트랜지스터 (TFT)는 각 화소를 개별적으로 "온"(점등) 또는 "오프"(점멸)시키는 스위치로서 작용한다. TFT는 디스플레이 상에 매트릭스 방식으로 배열된 능동 소자이다. 현재, 이러한 액티브 매트릭스는 외부 구동 회로에 대한 접속을 필요로 한다. 현재의 개발 노력은 동일한 반도체 막상에 TFT의 구동기 회로의 집적을 지향하고 있다. 구동기 회로는 전형적으로 화소의 TFT보다도 더욱 엄격한 성능 요건, 더욱 높은 전자 이동도, 낮은 누설 전류 및 역치 전압을 가진다. 라인 빔 SLS 프로세스에서 병진 이동 거리를 바꿈으로써 실리콘 막의 결정 알갱이 구조를 변화시키는 능력에 의해 개발자들은 특정 집적 및 디스플레이 용도용의 다결정질 실리콘 막을 적합화시키고 있다.
다른 측면에 있어서, 결정화 각도는 기판, 예컨대, 디스플레이 패널의 에지로부터 약간 벗어나 있다. 라인 스캔 레이저 펄스가 디스플레이 패널의 에지와 정렬되어 있는 경우, 펄스-대-펄스 변동의 평균화에도 불구하고 마찬가지로 밝은 화소의 열로 되는 기회가 있다. 이러한 경우, 경사진 미세 구조를 작성하기 위해 스캔 방향을 약간 치우치게 하는 것이 바람직할 수 있다. 경사는 동일한 일련의 레이저 펄스를 이용해서 결정화된 TFT 영역이 멀리 떨어지도록 선정된다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 약 1 내지 5°또는 약 1 내지 20°의 작은 경사각도가 이용된다.
도 10a는 소정 각도로 표면 결정화를 수행하기 위한 레이저 및 시료 배치의 개략도이다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 펄스식 레이저 라인 빔(1000)은 기 판(1010)에 따라서 각도 θ로 성형된다. 라인 빔의 길이(Lib)는 막 시료(x)의 전체 선택된 구역을 커버하도록 선택된다. 라인 빔 길이와 막 시료 구역 간의 관계는 Libcosθ = x이다. 시료는 화살표(1020)로 표시된 방향으로 이동한다. 결정 알갱이 구조의 예가 도 10b에 도시되어 있다.
경사진 알갱이 경계부를 이용하는 것은 균일한 알갱이 구조에 있어 유리하다. 균일한 결정화가 알갱이 경계부 및 주기적인 균일한 알갱이 구조의 위치 제어를 제공하지만, 그 주기성은 오로지 알갱이의 긴 치수에 있어서 제어된다. 그러나, 짧은 알갱이 경계부 간의 간극은 제어될 수 없다. 따라서, 균일하게 결정화된 막의 긴 치수 알갱이 경계에 대한 경사 각도에서 실리콘 기판상에 TFT를 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 이에 대해서는 미국 특허 출원 제2005/0034653호(발명의 명칭: "Polycrystalline TFT Uniformity Through Microstructure Misalignment")를 참조하면 되고, 이 특허의 내용은 참조로 반영된다. 이것은 TFT를 틸트 구동시켜 수행될 수 있지만, TFT 제작 프로토콜은 이것을 곤란하게 한다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 기판 에지에 대해서 소정 각도로 주기적인 균일한 알맹이 구조가 제공된다. 다음에, TFT가 종래의 방법에 의해 제조될 수 있다.
또, 방향적으로 배향된 결정은 해당 결정 배향에 있어서 의도적인 경사로부터의 이득이다. 방향적으로 배향된 다결정질 막은 균일한 다결정질 재료에 대해서 관찰되는 바와 같이 알갱이 성장의 방향에 수직인 긴 알갱이 경계부가 반복되지 못하지만, 해당 막은 그럼에도 불구하고 막 특성, 특히 막 두께의 주기적인 변동을 나타낼 수 있다. SLS 결정화는 막 두께의 파동 혹은 주기적인 변동으로 되어, 막 영역을 가로질러 높은 영역과 낮은 영역을 발생한다. 소자 특성은 막 두께, 예컨대, 볼록하거나 오목하게 굽은 바와 같은 게이트 절연체 위의(따라서 반도체 막 속으로의) 변동을 통한 표면 형태 구조 및 표면의 형태 구조에 기인하는 게이트 절연성의 두께 변동(예컨대, 게이트 절연막 증착 동안, 더욱 양호한 커버리지(coverage)가 경사진 영역보다 평탄한 영역에서 달성될 수 있음)의 함수이다. 기판의 에지에 대해서 그리고 막에 제조될 수 있는 임의의 TFT 소자에 대해서 경사 각도로 방향성 알갱이를 배향하는 것은 두꺼운 두께와 얇은 두께 양쪽 모두의 영역에 걸쳐서 각 TFT 소자를 가교시킴으로써 임의의 성능차를 평균하는 역할을 한다. 방향성 SLS에서의 경사 공학은 또한 동일한 '알갱이 집단' 내에 들어가는 인접한 다수의 화소 TFT를 가지는 것을 피하는 방식이다. 알갱이가 화소 TFT 어레이에 대해서 대각선으로 성장하는 경우, 당업자는 알갱이 집단이 수개의 TFT 중에서 단지 하나의 TFT 채널을 교차하는 것을 가정할 수 있다.
높은 종횡비의 펄스를 이용하는 라인 스캔 결정화 장치(200)의 개략도가 도 11에 도시되어 있다. 이 장치는 예컨대 308 ㎚(XeCl) 또는 248 ㎚ 또는 351 ㎚에서 작동하는 레이저 펄스원(엑시머 레이저)(202)을 포함한다. 일련의 미러(206), (208), (210)는 레이저 빔을 시료 스테이지(212)로 향하게 하여, x- 및 z- (및 임의적으로 y-) 방향으로 서브-㎛ 정밀도가 가능하게 한다. 상기 장치는 또한 레이저 빔의 공간적인 프로파일을 제어하는 데 이용될 수 있는 슬릿(220)과 해당 슬릿(220)의 반사율을 판독하는 에너지 밀도계(216)를 포함한다. 셔터(228)는 시료가 존재하지 않거나 또는 조사가 바람직하지 않을 경우 빔을 차단하는 데 이용될 수 있다. 시료(230)는 가공 처리용의 스테이지(212) 상에 위치결정될 수 있다.
레이저로 인해 야기되는 용융 결정화는 전형적으로 막을 용융시키는 데 충분히 높은 에너지 밀도 또는 작용으로 막에 의해 적어도 부분적으로 흡수될 수 있는 에너지의 파장을 이용해서 레이저 조사에 의해 수행된다. 막은 용융 및 재결정화에 민감한 임의의 재료로 이루어질 수 있지만, 디스플레이 용도에 대한 바람직한 재료는 실리콘이다. 일 실시형태에 있어서, 레이저 펄스원(202)에 의해 생성된 레이저 펄스는 50 내지 200 mJ/펄스 범위의 에너지와 대략 4000 ㎐ 이상의 펄스 반복율을 가진다. 현재 사이머사(Cymer Inc.; 미국 캘리포니아주의 샌디에이고에 소재함)로부터 입수할 수 있는 엑시머 레이저는 이 출력을 달성할 수 있다. 엑시머 레이저 장치가 기술되어 있지만, 소정의 막에 의해 적어도 부분적으로 흡수될 수 있는 레이저 펄스를 제공할 수 있는 능력을 가진 기타 공급원도 이용될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 레이저원은 엑시머 레이저, 연속파 레이저 및 고체 상태 레이저를 비롯한 통상의 레이저원의 어느 것도 사용할 수 있으나, 단, 이들로 제한되는 것은 아니다. 조사 빔 펄스는 다른 공지의 공급원에 의해 생성될 수 있거나, 또는 반도체를 용융시키는 데 적합한 짧은 에너지 펄스가 이용될 수 있다. 이러한 공지의 레이저원은 펄스식 고체상태 레이저, 세분화된 연속파 레이저(chopped continuous wave laser), 펄스식 전자빔 및 펄스식 이온빔 등일 수 있다.
상기 장치는 임의적으로 레이저 펄스의 임시 프로파일을 제어하는 데 사용되는 펄스 지속 연장기(pulse duration extender)(214)를 포함한다. 임의적인 미 러(204)가 레이저 빔을 상기 증량기(214)로 향하도록 하는 데 이용될 수 있고, 이 경우 미러(206)는 제거해도 된다. 결정 성장은 막을 조사하는 데 이용되는 레이저 펄스를 지속시키는 기능일 수 있으므로, 펄스 지속 연장기(214)는 각 레이저 펄스의 지속 기간을 길게 하여 원하는 펄스 지속 기간을 얻는 데 사용될 수 있다. 펄스 지속 기간을 연장시키는 방법은 공지이다.
슬릿(220)은 레이저 빔의 공간적인 프로파일을 제어하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로는, 이것은 높은 종횡비의 프로파일을 부여하는 데 사용된다. 레이저 펄스원(202)으로부터의 레이저 빔은 예를 들어 가우스 프로파일을 가질 수 있다. 슬릿(220)은 빔의 하나의 공간적인 치수를 상당히 협소화시킨다. 예를 들어, 슬릿(220) 앞에서, 빔은 폭이 10 내지 15 ㎜, 길이가 10 내지 30 ㎜일 수 있다. 슬릿은 실질적으로 상기 상기 폭보다 얇을 수 있고, 예를 들어 약 300 ㎛의 폭일 수 있고, 이것으로 인해 단축이 약 300 ㎛이고 장축이 슬릿에 의해 변경되지 않을 수 있는 레이저 펄스로 된다. 슬릿(220)은 비교적 넓은 빔으로부터 협소한 빔을 생성하는 간단한 방법이고, 또한 단축을 가로질러 비교적 균일한 에너지 밀도를 가지는 '탑-햇' 공간적인 프로파일을 제공하는 이점을 가진다. 다른 실시형태에서는, 슬릿(220)을 이용하는 대신에, 매우 짧은 초점 길이 렌즈를 이용해서 실리콘 막 상의 레이저 빔의 하나의 치수를 타이트하게 집속시킬 수 있다. 또한, 슬릿(220) 상에 빔을 집속시키는 것도 가능하고; 또는 더욱 일반적으로는, 광학 요소(예컨대, 단일 원통형 렌즈)를 이용해서 슬릿(220)을 통과할 때 적은 에너지가 손실되도록 레이저 펄스원(202)으로부터 빔의 단축을 협소화하여, 소정의 첨예화를 달성하는 것도 가 능하다.
다음에, 레이저 빔은 2개의 융합 실리카 원통형 렌즈(220), (222)를 이용해서 변경된다. 부의 초점 길이 렌즈인 제1렌즈(220)는 빔의 장축의 크기를 확대하고, 그 프로파일은 비교적 균일할 수 있거나, 또는 장축의 길이에 걸쳐 명백하지 않은 점차적인 변경을 가질 수도 있다. 제2렌즈(222)는 단축의 크기를 감소시키는 정의 초점길이 렌즈이다. 투영 광학 부품은 레이저 빔의 크기를 적어도 짧은 치수로 감소시키고, 이것은 막을 조사할 경우 레이저 펄스의 작용을 증가시킨다. 투영 광학 부품은 또한 레이저 펄스의 공간적인 수차, 예를 들어, 구면 수차를 보정하는 데 이용될 수 있다. 일반적으로, 슬릿(220), 렌즈(220), (222) 및 투영 광학 부품의 조합은 각 레이저 펄스가 막의 결정화의 변동을 최소화하거나 제거하는 데 충분히 긴 장축을 따른 길이와 균일성으로 막을 용융시키는 데 충분히 높은 에너지 밀도로 막을 조사하는 것을 확실하게 한다. 따라서, 예를 들어, 300 ㎛ 폭의 빔은 예를 들어, 10 ㎛ 폭으로 감소된다. 보다 협소한 폭도 상정된다. 균질화기는 또한 단축에 대해서 이용될 수 있다.
일부의 실시형태에 있어서, 라인 스캔 결정화 장치(200)는 가변 감쇠기 및/또는 균질화기(homogenizer)를 포함할 수 있고, 이것은 레이저 빔의 장축을 따라 공간적인 균질성을 향상하는 데 이용될 수 있다. 상기 가변 감쇠기는 생성된 레이저 빔 펄스의 에너지 밀도를 조정할 수 있는 동적 범위를 가진다. 또, 균질화기는 균일한 에너지 밀도 프로파일을 가진 레이저 빔 펄스를 생성시킬 수 있는 1쌍 또는 2쌍의 렌즈 어레이(각 빔 축마다 2개의 렌즈 어레이)로 구성될 수 있다.
라인 스캔 결정화 장치는 예를 들어 단축 상의 약 4 내지 15 ㎛를 계측하고, 일부의 실시형태에 있어서는 장축 상의 50 내지 100 ㎛이고 다른 실시형태에 있어서는 장축 상의 수십 센티미터 또는 1미터 이상까지일 수 있는 길고 협소한 레이저 빔을 작성하도록 구성되어 있다. 일반적으로, 빔의 종횡비는 조사 영역이 "라인"으로 여겨질 수 있도록 충분히 높다. 길이 대 폭의 종횡비의 범위는 예를 들어 약 50 내지 약 1×105까지 또는 그 이상일 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 단축의 폭은 횡방향으로 고형화된 결정의 특징 횡방향 성장 길이의 2배의 폭을 초과하지 않으므로, 핵화된 폴리실리콘은 2개의 횡방향으로 성장된 영역 사이에 형성되지 않는다. 이것은 "균일한" 결정의 성장, 또한 결정 품질의 일반적인 개선을 위해서 유용하다. 레이저 빔의 장축의 바람직한 길이는 기판의 크기에 의해 결정될 수 있고, 장축은 기판의, 또는 제조될 디스플레이의(또는 그의 다수의), 또는 디스플레이 내의 단일 TFT 소자의, 디스플레이(예컨대, 구동기를 포함함)의 주변 또는 즉 집적 영역 상의 TFT 회로의 전체 길이를 따라 실질적으로 연장될 수 있다. 빔 길이는 사실상 결합된 두 인접한 디스플레이의 집적 영역의 치수에 의해 결정될 수도 있다. 이와 같이 해서, 전체 박막(또는 구동기 회로)은 바람직하게는 라인 빔의 1회의 통과로 결정화될 수 있다. 상기 에너지 밀도, 또는 작용, 빔의 길이를 따른 균일성은 바람직하게는 균일하고, 예를 들어 그의 전체 길이를 따라 5% 이하로 변화한다. 다른 실시형태에 있어서, 목적으로 하는 길이를 커버하는 빔의 길이를 따른 에너지 밀도는 하나의 펄스 또는 일련의 중첩 펄스의 결과로서 응집이 발생되지 않는 충분히 낮은 값이다. 응집은 막 파손을 초래할 수 있는 국부적인 높은 에너지 밀도의 결과이다.
일부의 실시형태에 있어서, 상기 프로세스는 고주파, 고출력 펄스식 레이저원을 이용한다. 고출력 레이저는 조사 영역 내에서 펄스가 막을 용융시킬 수 있는 해당 조사 영역의 길이를 가로질러 적합한 에너지 밀도를 제공하도록 펄스당 충분한 에너지를 제공한다. 고주파는 막을 상업적 실제 용도에 이용될 수 있는 속도로 조사 영역에 대해서 스캔 또는 병진 이동시킬 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 있어서, 레이저원의 펄스 주파수는 약 1 ㎑보다 크거나 또는 약 9 ㎑까지일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 레이저원의 펄스 주파수는 펄스식 고체 상태 레이저에 의해 가능한 범위인 100 ㎑까지 또는 그 이상일 수 있다
상기 장치는 예를 들어, "방향성" 및/또는 "균일한" 결정질 막을 작성하는 데 사용될 수 있다. 높은 쓰루풋(throughput) 속도는 높은 반복 레이저, 예를 들어, 750 mJ/㎠ 에너지 밀도를 유도하는 30%의 광효율을 가진 1m × 6 ㎛ 크기의 레이저 라인 빔을 작성하는 장치 내에서의 4 ㎑ 600 W 레이저에 의해 얻어질 수 있다. 얻어지는 라인 빔은 1 내지 2 ㎛로 스텝 구동되는 경우 40 내지 80 ㎠/s의 속도로 막을 결정화하여 "방향성" 결정질 실리콘 막을 작성하고, 4 내지 5 ㎛로 스텝 구동되는 경우 160 내지 200 ㎠/s의 속도로 막을 결정화하여 "균일한" 결정질 실리콘 막을 작성할 수 있다.
레이저원은 낮은 발산을 가지며, 이것은 작은 스폿으로 집속하기 용이한 것을 의미한다. 예를 들어, 레이저원은 약 100 ㎛, 또는 심지어 약 10 ㎛로 집속될 수 있다. 보다 작은 초점 크기는 빔 폭이 아닌 횡방향 성장 길이가 스텝 크기를 결정하므로 장치의 효율을 증가시킨다. 1 ㎛ 병진 이동 스텝 크기는 소정 용도에 이용되므로, 더욱 미세한 집속이 명백하게 유리하다. 넓은 빔은, 예컨대, 증가된 표면 조면화 또는 분위기로부터 또는 가능하게는 완충 재료로부터의 불순물의 혼입을 통해, 단위 면적당 펄스의 증가, 이에 따라 재료의 상응하는 감손을 초래한다.
상기 장치는 빔의 단축 크기를 감소시키기 위해 타이트하게 집속된 빔을 제공하는 광학 부품을 포함할 수 있다. 일반적으로, 슬릿 또는 마스크에 의해 빔을 은폐하는 것은 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 있어서 사용하기 적합한 장축 조사 패턴을 얻는 것을 필요로 하지 않는다. 그러나, 마스크 또는 슬릿을 이용해서 소정의 프로파일의 빔 패턴을 얻는 것도 가능하다. 특히, 마스크 또는 슬릿은 가우스 프로파일보다 오히려 탑-햇 공간적인 프로파일을 작성하는 데 도움을 주므로, 빔을 가로지르는 에너지 밀도는 더욱 균일하다. '탑-햇' 프로파일은 횡방향 성장에 대해서 바람직하며, 그 이유는 "보다 첨예한" 화상이 갑작스러운 에지가 많은 양호하게 규정된 멜트-풀(melt-pool)을 초래하고 횡방향 성장은 즉시 처리될 수 있기 때문이다. 가우스 프로파일에 의하면, 용융 영역은 비교적 넓을 수 있고, 잠재적으로 단지 부분적으로 조사 영역을 용융시킬 수 있으며, 이것은 결정의 횡방향 성장을 늦출 수 있다. 부가적으로는, 펄스-대-펄스 에너지 밀도 변동은 가우스 프로파일이 사용되는 경우 용융 영역의 폭의 변동을 초래할 수 있고, 이것은 횡방향으로 성장된 알갱이에 있어서 불균일성을 일으키는 펄스-대-펄스 중첩의 변동을 초래할 수 있다. 또한, 탑-햇 프로파일에 의하면, 열은 용융 영역에 균일하게 분포되므로, 냉각 공정을 지연시키기 위해 전체적으로 최대화될 수 있고, 이에 따라 횡방향 성장을 증가시킬 수 있다. 가우스 빔에 의하면, 최대 가열은 단지 조사 영역의 중심에 도달할 수 있고, 그 결과, 전체적으로 보다 적은 열이 가해진다.
마스크의 예로는 예컨대, 폭과 길이를 가진 적절한 슬릿 간극을 지닌 슬릿을 들 수 있다. 마스크는 석영 기판으로부터 제작될 수 있고, 소정의 형상이나 치수의 특성을 가진 마스크를 형성하는 통상의 기술에 의해 에칭되는 금속 혹은 절연 코팅을 포함한다. 마스크 특성의 길이는 기판 표면상에 제작될 소자의 치수와 같은 정도로 되도록 선정된다. 마스크의 폭은 또한 조사된 필름의 소정의 특성에 따라 변화될 수 있다. 일부의 실시형태에 있어서, 이것은 용융 존 내에서의 작은 알갱이 핵화를 피할 정도로 작지만 각 레이저 펄스마다 횡방향 결정질 성장을 최대화하는 데 충분히 큰 것으로 선정된다. 상기 마스크 특성의 바람직한 치수는 상기 장치 내의 기타 광학 부품의 특징에도 의존할 것이다. 단지 예로서, 상기 마스크 특성은 장축 약 10 내지 100 ㎝, 단축 약 2 내지 10 ㎛ 또는 약 4 내지 6 ㎛인 시료에 빔 화상을 생성시킬 수 있다.
직선 불투명 에지 등의 근접 마스크는 빔 프로파일을 향상시키는 데 이용될 수 있다. 상기 직선 에지는 빔 폭을 감소시키고 빔 프로파일을 가파르게 하며, 이들 빔 폭 및 빔 프로파일은 모두 결정 알갱이의 횡방향 성장 및 용융을 개선시키는 역할을 한다. 마스크의 에지 또는 슬릿 특성은 거칠 수 있고, 즉 평활하지 않을 수 있다. 마스크 또는 근접 마스크의 에지는 완전히 직선으로부터 벗어나 있다. 에지 조도(edge roughness)는 예를 들어 패턴 빈도가 약 3 ㎛ 내지 50 ㎛ 이상인 톱니 또는 톱니형상일 수 있다. 상기 에지 조도의 효과는 조사 패턴이 울퉁불퉁한 비평면 용융 계면을 형성하는 점이다. 앞면이 평면이 아닌 경우, 음의 곡률의 영역 근방에 위치된 알갱이는 알갱이 경계가 갈라짐에 따라 더욱 넓게 성장하는 경향이 있다. 역으로, 양의 곡률의 영역에 위치된 알갱이는 수렴하여 소비될 것이다. 이러한 곡률의 효과는 횡방향 성장 방향으로 더욱 평행한 알갱이를 형성하는 것이다. 평행한 알갱이의 폭은 에지 조도의 주기성에 의해 정의될 수 있다.
유기 발광 소자를 이용하는 디스플레이 소자가 개발되어, 본 명세서에 기재된 결정질 막 상에 제작될 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법은 디스플레이 소자의 길이를 따라 약 5% 미만으로 변화되는 반도체 알갱이 구조를 가지는 결정질 막을 제공할 수 있다. 전형적인 액티브 매트릭스 유기발광 다이오드(AM-OLED) 디스플레이에 있어서, 유기 이미터층(organic emitter layer)은 두 전극 사이에 샌드위치되어 있고, 전기 에너지는 유기 분자의 여기를 통해 광으로 변환된다. 화소가 유기 발광 소자로 이루어진 디스플레이 소자는 자체 발광형으로, 액정 디스플레이와 달리, 백라이트로서 독립적인 광원을 필요로 하지 않는다. 발광 소자는 커다란 발광 영역과 높은 수준의 휘도를 가진다. 따라서, AM-OLED 디스플레이는 중량 및 두께가 감소된 디스플레이 소자를 제공한다.
도 12는 유기 발광 소자를 이용하는 종래의 액티브 매트릭스 디스플레이의 단면도이다. 기판(300)은 투광성이다. 유기 발광 소자(313)는 화소 전극(303), 유기 화합물 층(304) 및 대향 전극(305)을 포함한다. 유기 발광 소자의 화소 전극은 층간 절연막(302)의 상부면과 접촉하고, 콘택트 홀의 내벽은 층간 절연막을 관통하 여 제어 회로(301)에 도달한다. 상기 화소 전극은 상기 제어 회로의 상부와도 접촉한다. 제어 회로(301)는 적어도 TFT로 구성되어 있고, 하나의 절환용 TFT 및 하나의 전류 제어용 TFT로 구성될 수 있다. 상기 2개의 TFT 구성은 가장 단순하지만, 더욱 복잡한 회로를 이용하는 것도 가능하다. 상기 절환용 TFT는 구동 회로의 출력에 따라서 전도 상태와 비전도 상태 간을 절환한다. 상기 전류 제어용 TFT는 구동 회로의 출력에 따른 전압을 화소 전극(303)에 인가하므로, 전류가 대향 전극과 화소 전극 간에 흐르게 된다. 상기 유기 화합물 층(304)으로부터 방출된 광의 강도는 화소 전극과 대향 전극 간에 흐르는 전류의 양에 좌우된다.
AM-OLED 내의 화소 제어 회로는 AM-LCD 내의 화소 제어 회로와는 다른 모드로 작동된다. AM-LCD 화소 제어 회로에 있어서, TFT는 데이터 용의 화소를 개폐하는 단순한 절환용 소자로서 작동하므로, 신뢰성 있는 조작을 위한 균일한 역치 전압만을 필요로 한다. 콘트라스트에 의해서, AM-OLED 중의 화소 TFT는 실제로 발광용의 전류를 제공한다. 따라서, 캐리어 이동도의 부가적인 높은 정도의 균일성이 요구된다. 따라서, 실제로, AM-OLED 내의 화소 휘도는 AM-LCD 내보다도 TFT의 반도체 결정의 미세 구조에 대해서 훨씬 더 민감하다. OLED 용도에 있어서는 약 4%의 알갱이 크기 균일성이 이용되는 한편 LCD 용도에서는 약 10%의 알갱이 크기 균일성이 이용되는 것이 바람직하다.
이상 본 발명의 실시예를 표시하고 설명하였지만, 첨부된 청구의 범위에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일없이 다양한 변화와 변경이 수행될 수 있음은 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 오로지 이하의 청구의 범위 및 그에 대한 등가물로 제한된다.

Claims (76)

  1. (a) 레이저로 인해 야기되는 용융이 가능한, 박막이 상부에 배치되어 있는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 조사 영역에서 상기 막을 그의 두께 전체에 걸쳐서 용융시키는 데 충분한 작용을 가진 동시에 각각 소정의 길이와 폭을 가지는 라인 빔을 형성하는 일련의 레이저 펄스를 생성시키되, 이때의 폭은 레이저 펄스에 의해 조사되는 상기 박막의 일부에 고체의 핵화를 실질적으로 방지하는 데 충분한 단계;
    (c) 상기 막의 제1영역에 제1레이저 펄스를 조사해서 제1용융 존(molten zone)을 형성하는 단계 [상기 제1용융 존은 그의 길이를 따른 폭의 변동을 나타냄으로써, 최대 폭(Wmax)과 최소 폭(Wmin)을 규정하며, 여기서, Wmax는 2×Wmin 미만이고, 상기 제1용융 존은 냉각시 결정화하여 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함];
    (d) 상기 막을 횡방향 성장 방향으로 최대 폭(Wmax)의 약 1/2보다 크고 최소 폭(Wmin)보다 작은 거리로 횡방향 이동시키는 단계; 및
    (e) 상기 막의 제2영역을 제2레이저 펄스로 조사해서, 상기 제1용융 존의 형상과 실질적으로 동일한 형상을 가진 제2용융 존을 형성하는 단계 [상기 제2용융 존은 냉각 시 결정화되어 상기 제1영역에서 하나 이상의 결정의 연장부인 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함]
    를 포함하는 다결정질 막의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 라인 빔의 길이 대 폭의 종횡비는 적어도 50이고, 상기 폭은 Wmin과 Wmax의 평균인 다결정질 막의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 라인 빔의 길이 대 폭의 종횡비는 2×lO5까지인 다결정질 막의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, Wmax는 약 7 ㎛ 미만인 다결정질 막의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 용융 존의 폭은 Wmin과 Wmax 사이에서 10%보다 크게 변화하는 다결정질 막의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 용융 존의 폭은 Wmin과 Wmax 사이에서 50%까지 변화하는 다결정질 막의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단계 (d) 및 (e)는 단일 스캔에서 기판의 폭을 가로질러 막을 결정화하는 데 충분한 반복 횟수 동안 반복되는 다결정질 막의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 용융 존의 길이는 상기 기판의 폭과 대략 같은 다결정질 막의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 용융 존의 길이는 상기 기판의 길이와 대략 같은 다결정질 막의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 용융 존의 길이는 적어도 상기 기판의 폭의 1/2인 다결정질 막의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 용융 존의 길이는 적어도 상기 기판의 길이의 1/2인 다결정질 막의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 단계 (d) 및 (e)는 단일 스캔에서 기판의 길이와 폭을 따라 상기 막이 결정화되는 데 충분한 반복 횟수 동안 반복되는 다결정질 막의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 단계 (d) 및 (e)는 단일 스캔에서 기판의 길이와 폭을 따라 상기 막이 결정화되는 데 충분한 반복 횟수 동안 반복되는 다결정질 막의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 용융 존의 길이는 대략 상기 기판의 에지 치수, 또는 기판 치수의 1/2 또는 1/3과 같은 기판 치수의 나눗셈값인 다결정질 막의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 용융 존의 길이는 대략 디스플레이와 같은 하나 이상의 소자, 또는 디스플레이의 집적 영역과 같은 소자의 일부의 치수인 다결정질 막의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 라인 빔은 상기 레이저 펄스를 소정의 치수를 가진 형상으로 집속함으로써 형성되는 다결정질 막의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 원통형 광학 부품을 이용해서 라인 빔으로 집속되는 다결정질 막의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 라인 빔은 마스크, 슬릿 또는 직선 에지로 이루어진 군으로부터 선택된 성형 수단을 이용해서 더욱 성형되는 다결정질 막의 제조 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 라인 빔은 마스크, 슬릿 또는 직선 에지로 이루어진 군으로부터 선택된 성형 수단을 이용해서 형성되는 다결정질 막의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 마스크는 상기 라인 빔의 폭과 길이를 규정하는 다결정질 막의 제조 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 슬릿은 상기 라인 빔의 폭을 규정하고, 상기 라인 빔의 길이는 적어도 하나의 광학 요소에 의해 규정되는 다결정질 막의 제조 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 성형 수단은 비선형 특징을 가진 길이를 지니는 다결정질 막의 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 비선형 특징은 톱니형상인 다결정질 막의 제조 방법.
  24. (a) 레이저로 인해 야기되는 용융이 가능한 박막이 상부에 배치되어 있는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 조사 영역에서 상기 막을 그의 두께 전체에 걸쳐서 용융시키는 데 충분한 작용을 가진 동시에 각각 소정의 길이와 폭을 가지는 라인 빔을 형성하는 일련의 레이저 펄스를 생성시키는 단계;
    (c) 상기 막의 제1영역에 제1레이저 펄스를 조사해서 제1용융 존을 형성하는 단계 (상기 제1용융 존은 상기 기판의 에지에 대해서 소정 각도로 위치되어 있고, 상기 막의 제1용융 존은 냉각시 결정화하여 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함);
    (d) 상기 막을 기판의 에지에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 상기 제1레이저 펄스와 제2레이저 펄스 간에 중첩부를 제공하도록 선택된 거리만큼 횡방향으로 이동시키는 단계; 및
    (e) 상기 막의 제2영역을 제2레이저 펄스로 조사해서, 상기 제1용융 존의 형상과 실질적으로 동일한 형상을 가진 제2용융 존을 형성하는 단계 (상기 막의 제2용융 존은 냉각 시 결정화되어 상기 제1영역에서 하나 이상의 결정의 연장부인 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성함)
    를 포함하는 다결정질 막의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 용융 존은 액티브 매트릭스(active matrix) 디스플레이 내의 화소의 열을 위해 의도된 위치에 대해서 소정 각도로 위치되어 있는 다결정질 막의 제조 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 횡방향으로 성장된 결정은 상기 기판의 에지에 대해서 소정 각도로 배향되어 있는 다결정질 막의 제조 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 각도는 약 1 내지 20°의 범위 내인 다결정질 막의 제조 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 각도는 약 1 내지 5°의 범위 내인 다결정질 막의 제조 방법.
  29. 제24항에 있어서, 상기 레이저 펄스 폭은 레이저 펄스가 조사되는 상기 박막의 일부에서 고체의 핵화를 방지하도록 선택되는 다결정질 막의 제조 방법.
  30. 제24항에 있어서, 상기 막은 상기 빔의 길이와 상기 기판의 에지 간의 각도의 코사인으로 나눗셈된 상기 용융 존의 폭의 1/2보다 큰 거리를 이동하는 다결정질 막의 제조 방법.
  31. 제24항에 있어서, 상기 막은 상기 빔의 길이와 상기 기판의 에지 간의 각도의 코사인으로 나눗셈된 상기 용융 존의 폭의 1/2보다 작은 거리를 이동하는 다결정질 막의 제조 방법.
  32. 제24항에 있어서, 상기 라인 빔의 길이 대 폭의 종횡비는 50보다 큰 다결정질 막의 제조 방법.
  33. 제24항에 있어서, 상기 라인 빔의 길이 대 폭의 종횡비는 2×105 이하인 다결정질 막의 제조 방법.
  34. 제24항에 있어서, 상기 병진 이동 거리는 긴 평행한 알갱이의 성장을 실현하도록 용융 존 폭의 1/2 미만이고, 또한, 상기 횡방향으로 성장된 결정의 횡방향 성장을 주기적으로 중단시키는 단계 및 새로운 세트의 횡방향으로 성장된 결정의 성장을 개시시키는 단계를 더 포함하는 다결정질 막의 제조 방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 결정의 횡방향 성장은 약 매 10 내지 200개의 레이저 펄스 사이에서 중단되는 다결정질 막의 제조 방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 결정의 횡방향 성장은 상기 막의 횡방향 재위치결정의 약 매 20 내지 400 ㎛ 사이에서 중단되는 다결정질 막의 제조 방법.
  37. (a) 레이저로 인해 야기되는 용융이 가능한 박막이 상부에 배치되어 있는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 조사 영역에서 상기 막을 그의 두께 전체에 걸쳐서 용융시키는 데 충분한 작용을 가지는 동시에 각각 소정의 길이와 폭을 가진 라인 빔을 형성하는 일련의 레이저 펄스를 생성시키는 단계;
    (c) 상기 막의 제1부분에 복수의 레이저 펄스를 조사하여 제1결정화 영역을 형성하되, 이때, 각 레이저 펄스 후 그 조사된 막이 결정화되어 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하며, 상기 막은 각 레이저 펄스 후 횡방향 결정 성장 방향으로 제1거리만큼 횡방향으로 이동되는 단계;
    (d) 상기 횡방향 결정 성장 방향으로의 상기 막의 이동을 중단하지 않고도, 상기 막의 제2부분에 복수의 레이저 펄스를 조사하여 제2결정화 영역을 형성하되, 이때, 각 레이저 펄스 후 그 조사된 막이 결정화되어 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하며, 상기 막은 각 레이저 펄스 후 횡방향 결정 성장 방향으로 제2거리만큼 횡방향으로 이동되는 단계를 포함하되,
    상기 제1거리는 상기 제2거리와는 다른 다결정질 막의 제조 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 (c) 및 (d) 단계를 1회 이상 반복하는 단계를 더 포함하는 다결정질 막의 제조 방법.
  39. 제37항에 있어서, 상기 제1거리 및 제2거리는 일정한 레이저 펄스 비율로 상기 막 속도를 변화시킴으로써 달성되는 다결정질 막의 제조 방법.
  40. 제37항에 있어서, 상기 라인 빔의 소정의 폭은 조사 패턴에 의한 막 영역 조사시 핵화를 회피하도록 선택되는 다결정질 막의 제조 방법.
  41. 제37항에 있어서, 상기 제1거리는 횡방향 성장 방향에 실질적으로 수직이고 또한 횡방향 결정 성장을 중단시키는 위치 제어된 알갱이 경계부를 가진 횡방향으로 성장된 결정의 칼럼(column)을 제공하도록 선택되는 다결정질 막의 제조 방법.
  42. 제41항에 있어서, 각 레이저 펄스는 용융 존을 형성하고, 상기 제1거리는 상기 용융 존의 폭의 1/2보다 크고 상기 용융 존의 폭 미만인 다결정질 막의 제조 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 용융 존은 그의 길이를 따른 폭의 변동을 나타냄으로써, 최대 폭(Wmax)과 최소 폭(Wmin)을 규정하며, 상기 제1거리는 약 1/2Wmax보다 크고 Wmin 미만인 다결정질 막의 제조 방법.
  44. 제37항에 있어서, 상기 제2거리는 막 이동 방향으로 실질적으로 연장되는 횡방향으로 성장된 결정을 제공하도록 선택되는 다결정질 막의 제조 방법.
  45. 제44항에 있어서, 각 레이저 펄스는 용융 존을 형성하고, 상기 제2거리는 상기 용융 존의 폭의 1/2 미만인 다결정질 막의 제조 방법.
  46. 제37항에 있어서, 각 레이저 펄스는 용융 존을 형성하고, 상기 제1거리는 상기 용융 존의 폭의 1/2 보다 크고 상기 용융 존의 폭 미만이며, 상기 제2거리는 상기 용융 존의 폭의 1/2보다 크고 상기 용융 존의 폭 미만인 다결정질 막의 제조 방법.
  47. 제37항에 있어서, 상기 제1거리는 화소 TFT의 채널 영역에 적합한 제1세트의 소정의 결정질 성질을 제공하도록 선택되는 다결정질 막의 제조 방법.
  48. 제47항에 있어서, 상기 제2거리는 집적 TFT의 채널 영역에 적합한 제2세트의 소정의 결정질 성질을 제공하도록 선택되는 다결정질 막의 제조 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 제2부분은 두 인접하는 디스플레이를 위한 1쌍의 집적 영역을 수용하는 데 충분한 폭인 다결정질 막의 제조 방법.
  50. 제37항에 있어서, 상기 용융 존의 폭은 약 7 ㎛ 미만인 다결정질 막의 제조 방법.
  51. 제37항에 있어서, 상기 용융 존의 폭은 약 10 ㎛ 미만인 다결정질 막의 제조 방법.
  52. 제37항에 있어서, 상기 용융 존의 길이의 범위는 약 10 ㎜ 내지 약 1000 ㎜인 다결정질 막의 제조 방법.
  53. 제37항에 있어서, 상기 라인 빔의 길이 대 폭의 종횡비는 적어도 105인 다결정질 막의 제조 방법.
  54. 제37항에 있어서, 상기 라인 빔은 하나 이상의 소정의 치수의 형상으로 상기 레이저 펄스를 집속시킴으로써 형성되는 다결정질 막의 제조 방법.
  55. 제54항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 원통형 광학 부품을 이용해서 라인 빔으로 집속되는 다결정질 막의 제조 방법.
  56. 제37항에 있어서, 상기 라인 빔은 마스크, 슬릿 또는 직선 에지로 이루어진 군으로부터 선택된 성형 수단을 이용해서 형성되는 다 결정질 막의 제조 방법.
  57. 제56항에 있어서, 상기 마스크는 및 조사 패턴의 폭 및 길이를 규정하는 다결정질 막의 제조 방법.
  58. 제56항에 있어서, 상기 슬릿은 조사 패턴의 폭을 규정하고, 상기 조사 패턴의 길이는 적어도 하나의 광학 요소에 의해 규정되는 다결정질 막의 제조 방법.
  59. 제54항에 있어서, 직선 에지는 성형된 라인 빔의 폭을 규정하는 다결정질 막 의 제조 방법.
  60. 제54항에 있어서, 상기 성형 수단은 비선형 특징을 지닌 길이를 가진 다결정질 막의 제조 방법.
  61. 제57항에 있어서, 상기 비선형 특징은 톱니형상인 다결정질 막의 제조 방법.
  62. 제58항에 있어서, 상기 결정의 횡방향 성장은 약 매 10 내지 200개의 레이저 펄스 사이에서 중단되는 다결정질 막의 제조 방법.
  63. 제62항에 있어서, 상기 결정의 횡방향 성장은 상기 막의 횡방향 재위치결정의 약 매 20 내지 400 ㎛ 사이에서 중단되는 다결정질 막의 제조 방법.
  64. 제62항에 있어서, 주기적으로 중단되는 횡방향 성장은 상기 레이저 빔의 하나 이상의 펄스를 차단함으로써 달성되는 다결정질 막의 제조 방법.
  65. 제62항에 있어서, 주기적으로 중단되는 횡방향 성장은 상기 레이저를 중지시킴으로써 달성되는 다결정질 막의 제조 방법.
  66. 제62항에 있어서, 주기적으로 중단되는 횡방향 성장은 상기 레이저의 방향을 바꿈으로써 달성되는 다결정질 막의 제조 방법.
  67. 펄스 주파수가 약 4 ㎑보다 크고 평균 전력이 100 W보다 큰 레이저 펄스를 제공하는 레이저원;
    레이저 빔을 라인 빔으로 성형하는 레이저 광학 부품;
    적어도 일방향으로 병진 이동 가능한 시료를 지지하는 스테이지; 및
    1세트의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 성형된 레이저빔은 상기 라인 빔의 길이를 따라 실질적으로 균일한 작용을 가지며,
    상기 명령은
    (a) 반도체 막의 제1영역에 제1레이저 펄스를 조사해서 제1용융 존을 형성하는 것;
    (b) 상기 막을 횡방향 성장 방향으로 최대 폭(Wmax)의 약 1/2보다 크고 최소 폭(Wmin) 미만인 거리로 횡방향 이동시키는 것; 및
    (c) 상기 막의 제2영역을 제2레이저 펄스로 조사해서, 상기 제1용융 존의 형상과 실질적으로 동일한 형상을 가진 제2용융 존을 형성하는 것을 포함하되;
    상기 제1용융 존은 그의 길이를 따른 폭의 변동을 나타냄으로써, 최대 폭(Wmax)과 최소 폭(Wmin)을 규정하며, 여기서, 상기 제1용융 존은 냉각시 결정화하여 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하며,
    상기 제2용융 존은 냉각 시 결정화되어 상기 제1영역에서 하나 이상의 결정의 연장부인 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하고,
    상기 레이저 광학 부품은 2×Wmin 미만인 Wmax를 제공하도록 선택되는 액티브 매트릭스 디스플레이용의 반도체 막의 제조 장치.
  68. 제67항에 있어서, 상기 라인 빔은 TFT의 열을 위해 의도된 위치에 대해서 소정 각도로 위치결정되어 있는 액티브 매트릭스 디스플레이용의 반도체 막의 제조 장치.
  69. 제67항에 있어서, 상기 라인 빔은 상기 기판의 에지에 대해서 소정 각도로 위치결정되어 있는 액티브 매트릭스 디스플레이용의 반도체 막의 제조 장치.
  70. 제67항에 있어서, 상기 레이저는 고체 상태 레이저인 액티브 매트릭스 디스플레이용의 반도체 막의 제조 장치.
  71. 제67항에 있어서, 상기 레이저는 엑시머 레이저인 액티브 매트릭스 디스플레이용의 반도체 막의 제조 장치.
  72. 기판 위에 막을 가공 처리하는 방법에 있어서,
    주로 일방향으로 결정학적 배향을 가진 결정 알갱이를 포함하는 조직 막(textured film)을 준비하는 단계; 및
    상기 결정학적 배향으로 배향된 상기 결정 알갱이의 위치 제어된 성장을 제공하기 위한 순차적 횡방향 고형화 결정화를 이용해서 미세 구조를 생성시켜, 상기 위치 제어된 결정 구조 및 위치 제어된 조직 배향을 가진 막을 얻는 단계를 포함하되,
    상기 조직은 상기 막의 선택된 영역에 배치되어 있는 막의 가공 처리 방법.
  73. 제72항에 있어서, 2개 이상의 상이한 조직이 상기 막의 2 이상의 영역에 제공되는 막의 가공 처리 방법.
  74. 제72항에 있어서, 표면 조직은 (111) 배향을 포함하는 막의 가공 처리 방법.
  75. 제72항에 있어서, 표면 조직은 (100) 배향을 포함하는 막의 가공 처리 방법.
  76. 펄스 주파수가 약 4 ㎑보다 크고 평균 전력이 100 W보다 큰 레이저 펄스를 제공하는 레이저원;
    레이저 빔을 라인 빔으로 성형하는 레이저 광학 부품;
    적어도 일방향으로 병진 이동 가능한 시료를 지지하는 스테이지; 및
    1세트의 명령을 저장하는 메모리를 포함하는 액티브 매트릭스 디스플레이용 의 반도체 막의 제조 장치로서,
    상기 성형된 레이저빔은 상기 라인 빔의 길이를 따라 실질적으로 균일한 작용을 가지며,
    상기 명령은
    (a) 반도체 막의 제1부분에 복수의 레이저 펄스를 조사하여 제1결정화 영역을 형성하되, 이때, 각 레이저 펄스 후 그 조사된 막이 결정화되어 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하며, 상기 막을 각 레이저 펄스 후 횡방향 결정 성장 방향으로 제1거리만큼 횡방향으로 이동시키는 것; 및
    (b) 상기 횡방향 결정 성장 방향으로의 상기 막의 이동을 중단하지 않고도, 상기 막의 제2부분에 복수의 레이저 펄스를 조사하여 제2결정화 영역을 형성하되, 이때, 각 레이저 펄스 후 그 조사된 막이 결정화되어 하나 이상의 횡방향으로 성장된 결정을 형성하며, 상기 막을 각 레이저 펄스 후 횡방향 결정 성장 방향으로 제2거리만큼 횡방향으로 이동시키는 것을 포함하되,
    상기 제1거리는 상기 제2거리와는 다른 장치.
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