JP4567984B2 - 平面表示装置の製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、絶縁基板上に形成された半導体膜にレーザ光を照射して膜質の改善あるいは結晶粒の拡大あるいは擬似単結晶化を行って形成した薄膜トランジスタで構成された平面表示装置の製造装置に関する。
現在、液晶表示装置あるいは有機EL表示装置は、ガラスや溶融石英などの基板上の非晶質シリコン膜で形成された薄膜トランジスタのスイッチングにより画像を形成している。この基板上に画素トランジスタを駆動するドライバ回路を同時に形成することが可能になれば、飛躍的な製造コスト低減および信頼性の向上が期待できる。しかし、現状ではトランジスタの能動層を形成するシリコン膜の結晶性が悪いため、移動度に代表される薄膜トランジスタの性能が低く、高速・高機能が要求される回路の製作は困難である。これら高速・高機能の回路を製作するためには、高移動度薄膜トランジスタを必要とし、これを実現するためにシリコン薄膜の結晶性を改善する必要がある。
この結晶性改善の手法として、従来からエキシマレーザアニールが使用されている。この方法はガラスなどの絶縁基板上に形成された非晶質シリコン膜(移動度は1cm2/Vs以下)にエキシマレーザを照射して、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変化させることで、移動度を改善するものである。エキシマレーザの照射により得られた多結晶膜は、結晶粒径が数100nm程度、移動度も150cm2/Vs程度であり、画素の薄膜トランジスタを駆動するためには十分な性能であるが、表示パネルを駆動するドライバ回路などの高速動作を必要とする回路を構成する薄膜トランジスタに適用するには性能不足である。なお、以下では、薄膜トランジスタを単にトランジスタと称することもある。
また、結晶粒界には数10nm〜100nmの突起が形成され、トランジスタの耐圧を低下させる原因となっている。更に、エキシマレーザはパルス間のエネルギのバラツキが大きいためプロセスマージンが狭い上に、有毒なガスを使用するため設備コストが大きく、また高価な発振管を定期的に交換する必要があるため、運転コストが極めて大きいなどの欠点もある。
これらの問題を解決する方法として、特許文献1には、EOモジュレータ(電気光学素子)により任意の時間幅にパルス化した連続発振固体レーザの第2高調波を線状に集光し、シリコン薄膜上を走査させレーザ光照射を行う方法が開示されており、シリコンの溶融時間延長、冷却速度低減を促し、結晶粒の増大を図るという内容を開示する。
上記従来技術では、LD(レーザダイオード)励起連続発振固体レーザの第二高調波を、ガラス基板上に形成した非晶質シリコン薄膜上に走査することでレーザ光の走査方向に結晶を成長させ、500cm2/Vsを越える移動度を得ている。得られた多結晶膜は突起の発生がなく、この程度の移動度を持つシリコン薄膜が得られると、十分な性能の駆動回路を形成することができ、所謂システムオンパネルが実現できる。
特開2003−124136号公報 特開2003−53578号公報 特開平11−283933号公報
レーザ発振器より発振するレーザ光は空間強度分布がガウス関数型である。従って、レーザ照射によってシリコン薄膜の膜質改善を行う際に、レーザ光の空間強度分布がガウス関数型のままレーザ光をシリコン薄膜に照射すると、照射領域中心部と端部における溶融時間が異なるために結晶性の不均一なシリコン膜が生成してしまい、所望の性能のシリコン膜を得ることができない。即ち、何らかのレーザ光整形手段を用いて照射レーザの空間強度分布を均一化、あるいは所望の形状に整形する必要がある。
LD励起固体レーザ光は、コヒーレンス長が非常に長い、即ち可干渉性が非常に高い。そのため、現在低温ポリシリコン量産技術に採用されているエキシマレーザ光の整形光学系の様に、マルチレンズアレイなどビーム分割方式のレーザ光整形手段を適用すると、レーザ光分割の際に発生する回折、レーザ光重ね合わせの際に生ずる干渉の影響が分布に現れるので、シリコン膜に照射するのに好適な分布に整形する事が非常に困難である。この為、固体レーザ光のレーザ光整形光学素子として、回折光学素子、パウエルレンズといった単体で構成された光学素子を用いるのが好適である。
しかし、この方法には解決すべき以下の課題が存在する。すなわち、上記回折光学素子、パウエルレンズのように、単体素子でレーザ光の空間強度分布を整形する方式の光学素子を用いて所望の強度分布を得る際には、入射レーザ光の空間強度分布とビーム径を光学素子設計において設定された入射条件と厳密に一致させること、そしてレーザ光整形光学素子に対するレーザ光の入射位置を、設計で決められた所定の位置通りに一致させることが非常に重要な要素となる。これら要素のうち、いずれが欠如してもレーザ光は所望の分布から外れることとなる。
量産装置は長時間稼働が前提となるため、発振器内の共振器のアライメントのずれ、レーザ媒質の熱歪みや光学系の劣化等、レーザ光の強度分布、光軸、ビーム径が経時変化する要因が多数存在するため、これらの要因によって誘起されるレーザ光特性の変動を抑制すべく充分な対策を構築しなければならない。シリコン膜に照射されるレーザ光の強度分布が所望の分布から外れるということは、形成されるシリコン膜の結晶性が不均一となることを意味する。
前記結晶膜を用いてTFTおよび平面表示装置を作成した場合は、結晶性の不均一性から充分な性能のトランジスタを組むことができず、回路動作不良や画面輝度ムラなどの原因となり、結果的に製造歩留りが低下するという問題が存在する。この様な問題を解決するために、レーザ光変動制御機構が種々提案されている。
例えば、特許文献2には、ビームプロファイルを測定、推定し、基準プロファイルからのズレに応じて、エキスパンダのレンズの相対位置をフィードバック制御するようにしたものである。しかしながら、この発明はレーザ光のビーム径を変化させるのみの技術であるため、上述した空間強度分布の形状変化の問題を解決することができない。
また、特許文献3は、エキシマレーザのガス交換時、もしくは透過窓交換時に生じる光軸ズレによる照射エネルギ強度の変化を解消するために、一枚の反射ミラーを駆動し強度分布が最適となるよう調整する技術を開示する。しかしながら、この技術は光軸調整に一枚のミラーを使って行っているので、入射レーザとホモジナイザの相対的な角度、位置などを所望の位置に戻すことは不可能であるため、光軸ズレを根本的に解決することができない。
本発明の目的は、上記した問題点を改善し、長時間稼動においてレーザ光の空間強度分布、ビーム径、光軸を常時所望の状態に保持し、安定して均一な性能のシリコン結晶膜を形成する平面表示装置の製造装置を提供し、平面表示装置の製造工程における歩留りを向上させることにある。
上記目的を達成するために、本発明による平面表示装置の製造に用いる製造装置は、シリコン薄膜に照射するレーザ光を均一な結晶性を形成するに適した空間強度分布に整形するレーザ光整形光学素子と、レーザ光整形光学素子に入射するレーザ光の空間強度分布、ビーム径を測定する空間強度分布およびビーム径測定手段と、レーザ光整形光学素子への入射位置を検出するレーザ光入射位置検出手段と、測定した空間強度分布、ビーム径及びレーザ光入射位置を基準の空間強度分布、ビーム径レーザ光入射位置と比較するための信号処理手段と、処理結果を基にしてレーザ光の空間強度分布、ビーム径、入射位置を基準値に補正する制御手段とを有することを特徴とする。このような方法を実現する本発明の平面表示装置の製造装置によれば、安定して所望の空間強度分布を有するレーザ光をシリコン薄膜に照射することができ、均一な結晶性を有するシリコン薄膜を高歩留りで形成することが可能となる。
本発明の平面表示装置の製造装置によれば、過干渉性の高い固体レーザ光を、レーザ光整形光学素子に入射するレーザ光、もしくはレーザ光整形光学素子によって整形されたレーザ光の強度分布を常時モニタすることで、入射レーザ光の強度分布、光軸、ビーム径の不規則な変化に対して非常に敏感な固体レーザ光整形光学素子を用いてシリコン膜の改質を行う際に、照射するレーザ光の均一性を保ち、尚且つ不良パネルを低減することができる。
以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1であるレーザアニール装置の概略構成を示す斜視図である。レーザ源はLD励起連続発振固体レーザ1を用い、発振した連続波レーザ光3の出力を調整するためのNDフィルタ2、時間変調するためのEOモジュレータ4、常に安定して同一の空間強度分布、ビーム径のレーザ光に調整するための空間フィルタ及びビームエキスパンダ5、レーザ光の一部を分岐するためのレーザ光分岐機構6、分岐したレーザ光の空間強度分布を計測するビームプロファイラ7、プロファイラ7で測定した空間強度分布信号を処理しビーム径と空間強度分布形状を抽出、基準値との比較を行う信号処理部8、この信号処理結果に基づいてビームエキスパンダを駆動する駆動ドライバ9、駆動機構11、13を備えた光軸調整用ミラー10および12、光軸調整のための虹彩絞り14、レーザ光整形光学素子15、レーザ光の出力を一部分岐するためのレーザ光分岐機構16、分岐したレーザ光の空間強度分布を検出するためのレーザ光空間強度分布検出機構17、この検出機構17で検出した信号に必要に応じた処理を行う信号処理部18、駆動機構11、13を駆動する駆動ドライバ19、シリコン薄膜を搭載したガラス基板20、基板を搭載するステージ21、ステージ21の位置を検出するためのリニアエンコーダ(リニアスケールとも称する)22、リニアエンコーダ22が発生するパルス信号をカウントし、予め設定されたパルス数ごとにEOモジュレータ4を駆動するためのドライバ24に制御信号を送る制御装置23、整形光学素子15によって整形されたレーザ光の空間強度分布を測定するためのビームプロファイラ25、プロファイラ25で測定された空間強度分布と基準強度分布を比較する信号処理装置26、駆動機構13を駆動する駆動ドライバ27などから構成されている。
レーザ発振器1は紫外あるいは可視波長の連続発振光を発生するものが用いられ、特に、出力の大きさ、出力の安定性等からレーザダイオード励起YVO4レーザあるいはレーザダイオード励起YAGレーザの第二高調波(波長:532nm)が最適である。しかし、これに限定されることなく、アルゴンレーザ、YVO4あるいはYAGレーザの第三あるいは第四高調波、ファイバで結合した複数の半導体レーザ等を使用することが可能である。
EOモジュレータ4の他に、AO(音響光学)モジュレータを使用することができる。ただし、一般的にAOモジュレータはEOモジュレータと比較して、駆動周波数が低く、回折効率が70%〜80%とやや低い欠点があるが、使用することができる。このようにEOモジュレータ4あるいはAOモジュレータなどの変調器を用いることにより、レーザ発振器1からは常にレーザ光を出力した状態で、被照射部に任意の時点(あるいは位置)で照射を開始し、任意出力変化を経て任意の時点で照射を終了することができる。即ち、任意の時間変調をかけることが可能である。
図2は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1を用いて線状レーザ光を照射して擬似単結晶を形成する前および後のシリコン膜の状態を示す平面図である。ここで時間変調をかけたレーザ光をシリコン膜に照射した際のシリコン膜の挙動、形成される多結晶薄膜の形状・性能について説明する。図2(a)に示すように、線状に集光したレーザ光28を基板上に形成されたシリコン薄膜29(この場合、出発試料は非晶質シリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜どちらでもよい)に対して相対的に走査させて結晶化を行う。
線状のレーザ光28を照射されたシリコン薄膜が溶融、再凝固する過程において、図2(b)に示すように結晶粒はレーザ光走査方向、即ち横方向成長し、レーザ光照射終了地点で結晶成長は停止する。該横方向成長結晶30を用いてトランジスタを形成する際に、レーザ走査方向に成長した結晶粒に対して平行にソース領域31・ドレイン領域32・チャネル領域33が形成されるように設定すれば、結晶粒界がチャネル33内を横断しないトランジスタを形成することができ、移動度、閾値電圧バラつきの面で単結晶で形成したトランジスタに近い性能を得ることができるため、以後先に述べたようなレーザ走査方向に成長した横方向成長多結晶30を、以下擬似単結晶と呼ぶ。
次に、上記した製造装置を用いた際の表示装置の製造工程の1実施例を説明する。図3は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1を用いてレーザ照射によりシリコン膜の結晶化を行う工程を説明する斜視図である。図3(a)に大型基板から製造される複数のパネル(平面表示装置を構成するパネル(表示パネル)、通常は数10〜数100パネルが形成される)のうち、隣り合う2パネルを代表として示す。ここで、パネルの試料としてガラス基板の1主面に絶縁体薄膜を介して非晶質シリコン薄膜を形成した基板を用いる。
各パネル上には、表示領域(画素領域)、走査線駆動回路領域、および信号線駆動回路領域が形成される。本実施例では上記表示領域中にゲートが多結晶シリコン膜で構成される画素トランジスタを、信号線駆動回路領域、走査線駆動回路領域中にゲートが擬似単結晶で構成される高速駆動が可能なトランジスタを形成する例を示す。なお、本実施例では、上記3領域のみを多結晶化し、トランジスタを形成する例を示したが、上記3領域以外にもD/Aコンバータといった回路を設ける為の領域を形成してもよい。
図3(a)に示すように、ステージ(図示せず)に非晶質シリコン薄膜150を形成した大型基板151を搭載し、エキシマレーザ光152を矢印で示した方向へ走査し、基板全面に渡って非晶質シリコン薄膜150に照射することにより多結晶シリコン薄膜153に変換する。次に、図3(b)に示すように、線状に集光した固体レーザ光154をEOモジュレータで時間変調しながら矢印で示した方向に相対的に走査し、信号線駆動回路形成に必要な性能の擬似単結晶を所望の領域155、156にのみ選択的に形成する。なお、走査は一般的には基板を移動することで行うが、レーザ光を移動させてもよい。
基板全面に渡って信号線駆動回路領域の結晶化が終了すると、基板を90°回転させ、図3(c)に示すように、走査線駆動回路形成の為に時間変調した線状レーザ光157を照射し、擬似単結晶を所望の領域158、159にのみ選択的に形成する。この場合、基板を一度ステージから排出し、回転させてから再度基板をステージへ戻しアニールを行ってもよいし、光学系を回転させることでレーザ光を90°回転させてもよい。なお、走査を行う際に、一定周期で、あるいは任意の周期でレーザ光のオン・オフを繰り返して照射する例を説明したが、レーザ光は常時ON状態で走査しても良い。こうして走査を繰り返し、パネル内の走査線駆動回路領域158、159を全て擬似単結晶化し照射が終了する。
なお、本実施例においては、レーザ光のパワー密度を擬似単結晶を形成するパワー密度に設定し結晶化を行う例について説明したが、走査線駆動回路領域において要求される結晶が多結晶である場合には、パワー密度を多結晶粒を形成するのに適したパワー密度に設定して結晶化を行っても良い。また、エキシマレーザ照射による多結晶化と固体レーザ照射による選択的擬似単結晶化工程は、エキシマレーザと固体レーザについてそれぞれ別なアニール室において別工程として行ってもよいし、エキシマレーザ光学系と固体レーザ光学系からのレーザ光を一つのアニール室に導いて行ってもよい。
以上の動作を繰り返して、基板全面を走査してアニールを終了する。これにより、基板151内の各パネルは、画素部は移動度150cm2/Vs程度の多結晶シリコン膜が、走査線駆動回路領域および信号線駆動回路領域(その他周辺回路領域も含む)は移動度300〜400cm2/Vsの多結晶シリコン(擬似単結晶シリコン)膜に変換される。以上が製造工程の実施例についての説明である。
シリコン膜に照射するレーザ光3は、レーザ光整形光学素子15によって線状(あるいは矩形)のビームに成形する。通常、ガスレーザ発振器や固体レーザ発振器からの出力ビームは、通常は円形でガウス形のエネルギ分布を持っているため、そのままでは本発明のレーザアニールに使用することはできない。発振器出力が十分に大きければ、ビーム径を十分に広げ、中心部分の比較的均一な部分から必要な形状に切り出すことで、ほぼ均一なエネルギ分布の任意の形状を得ることができるが、ビームの周辺部分を捨てることになり、エネルギの大部分が無駄になる。
この欠点を解決して、ガウス形の分布を均一な分布に変換するために、レーザ光整形光学素子15を用いる。レーザ光整形光学素子15にはパウエルレンズとシリンドリカルレンズを組み合わせたもの、回折形光学素子を用いたもの等、種々の形式のものがあるが、線状に集光でき、かつ長手方向に均一な、あるいはアニールに好適なエネルギ分布が実現できるものであれば、どのような手段を用いてもよい。幅(短手)方向の分布は均一でもガウス分布のままでもよい。また、レーザ光整形光学素子15で整形されたレーザ光3の強度分布を保ったままパワー密度を上げるために、レーザ光整形光学素子15とガラス基板の間に対物レンズ(図示せず)を挿入し、所望の強度分布を縮小投影してもよい。
ここで、回折光学素子、パウエルレンズといったレーザ光整形光学素子に入射するレーザ光の入射位置が所定位置から外れた場合に、整形レーザ光強度分布及びレーザ照射によって形成される多結晶シリコン薄膜が受ける影響について図を用いて説明する。
図4は回折光学素子へのレーザ光の入射経路が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。図4(a)は、回折光学素子へのレーザ光の入射位置が理想的な場合のレーザ光強度分布を示した図である。回折光学素子36は、ガウス関数型の強度分布を有するレーザ光が素子中心に入射した際に投光面上に均一な分布が形成されるよう設計されている。入射レーザ光37は、ガウス関数型強度分布38で、なおかつレーザ光の中心位置、進行方向は光軸39に対して一致している。
この場合の光軸39とは、回折光学素子36の中心位置を通り回折光学素子表面に対して垂直な方向に伸びる軸を意味する。即ち回折光学素子36の中心とレーザ光37の中心が一致している。この様な状態でレーザ光37が入射した際に、投光面40における整形レーザ光強度分布41は、設計通り均一な分布となる。しかし図4(b)に示すように、回折光学素子42の中心を通過する光軸45に対して入射レーザ光43の進行方向がずれた場合、または回折光学素子42の入射面上での入射位置がずれた場合、投光面46上での整形レーザ光強度分布47は、不均一な分布に崩れる。
図5はパウエルレンズへのレーザ光の入射経路が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図であり、パウエルレンズに入射するレーザ光の入射位置が所定位置から外れた場合について示す。図5(a)は、パウエルレンズへのレーザ光の入射位置が理想的な場合のレーザ光強度分布を示した図である。パウエルレンズ48は、ガウス関数型の強度分布を有するレーザ光が素子中心に入射した際に投光面上に均一な分布が形成されるよう設計されている。入射レーザ光49は、ガウス関数型強度分布50で、なおかつレーザ光の中心位置、進行方向は光軸51に対して一致している。この場合の光軸51とは、パウエルレンズ48の中心位置を通り回折光学素子表面に対して垂直な方向に伸びる軸を意味する。即ち、パウエルレンズ48の中心とレーザ光49の中心が一致している。
この様な状態でレーザ光49が入射した際に、投光面52における整形レーザ光強度分布53は、設計通り均一な分布となる。しかし、図5(b)に示すように、パウエルレンズ54の中心を通過する光軸57に対して入射レーザ光55の進行方向がずれた場合、またはパウエルレンズ54の入射面上での入射位置がずれた場合、投光面58上での整形レーザ光強度分布59は不均一な分布に崩れる。
図6は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1を用いて不均一な空間強度分布に整形されたレーザ光を照射してシリコン膜の結晶化を行った際に形成される結晶の状態を示す平面図であり、上記不均一整形レーザ光強度分布47、59を有するレーザ光をシリコン膜上に照射し結晶化を行った際に形成される結晶の様子を示す。線状に集光した不均一強度分布を有するレーザ光(図示せず)を基板上に形成されたシリコン薄膜130(この場合、出発試料は非晶質薄膜、多結晶薄膜どちらでもよい)に対して相対的に走査させて結晶化を行う。
線状レーザ光を照射されたシリコン膜の溶融時間は照射レーザ光の強度分布の高低と相関があり、高強度レーザ光を照射すると、シリコン膜の溶融時間の延長に伴い、横方向成長が促進された結晶131が形成される。逆に、低強度レーザ光を照射すると溶融時間は短く、横方向成長を充分に促進することができず、小粒径結晶132が形成される。結晶131、132を用いて、チャネル133、134がレーザ走査方向に成長した結晶粒に対して平行に形成されるようにトランジスタを形成すると、結晶131を用いて形成したトランジスタのチャネル133内には結晶粒界が存在しないため高移動度が得られるが、結晶132を用いて形成したトランジスタのチャネル134内にはチャネル内電流方向を幾つもの粒界が横断するため、移動度、閾値電圧といった特性がバラつく不具合が発生してしまう。
また、回折光学素子、パウエルレンズといったレーザ光整形光学素子に入射するレーザ光の強度分布、ビーム径が所定の値から外れた場合に、整形レーザ光強度分布に及ぼす影響について、図7、図8を用いて説明する。図7は回折光学素子へ入射するレーザ光の空間強度分布が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。また、図8は回折光学素子へ入射するレーザ光のビーム径が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。
図7(a)は、回折光学素子へのレーザ光の入射強度分布が回折光学素子設計時に仮定した強度分布と一致している場合の整形レーザ光強度分布を示した図である。回折光学素子81は、ガウス関数型の強度分布を有するレーザ光が素子中心に入射した際に投光面上に均一な分布が形成されるよう設計されている。入射レーザ光82は、ガウス関数型強度分布83で、なおかつレーザ光の中心位置、進行方向は光軸84に対して一致している。この場合の光軸84とは、回折光学素子81の中心位置を通り回折光学素子表面に対して垂直な方向に伸びる軸を意味する。即ち、回折光学素子81の中心とレーザ光82の中心が一致している。この様な状態でレーザ光82が入射した際に、投光面85における整形レーザ光強度分布86は、設計通りに均一な分布となる。しかし、図7(b)に示すように、回折光学素子87の中心に入射するレーザ光88の強度分布が経時変化により所定の分布から外れて90に示した分布になった場合、投光面92上での整形レーザ光強度分布93は不均一な分布に崩れる。なお、89は光軸を示す。
図8(a)は、回折光学素子へ入射するレーザ光のビーム径が回折光学素子設計時に仮定したレーザ光のビーム径と一致している場合の整形レーザ光強度分布を示した図である。回折光学素子111は、ガウス関数型の強度分布を有するレーザ光が素子中心に入射した際に投光面上に均一な分布が形成されるよう設計されている。入射レーザ光112は、ガウス関数型強度分布113で、なおかつレーザ光の中心位置、進行方向は光軸114に対して一致している。この場合の光軸114とは、回折光学素子111の中心位置を通り回折光学素子111の表面に対して垂直な方向に伸びる軸を意味する。即ち、回折光学素子111の中心とレーザ光112の中心が一致している。
この様な状態でレーザ光112が入射した際に、投光面115における整形レーザ光強度分布116は、設計通りに均一な分布となる。しかし、図8(b)に示すように、回折光学素子117の中心に入射するレーザ光118のビーム径が何らかの理由によりガウス関数型119のままビーム径が所定の数値を外れて120となった場合、投光面122上での整形レーザ光強度分布123は不均一な分布に崩れる。
上記した様に、回折光学素子、パウエルレンズといったレーザ光整形光学素子は、複数のレンズを用いて複数個のレーザ光に分割し、ある投光面上で分割したレーザ光を重ね合わせるいわゆるマルチレンズアレイ方式の整形光学系とは、その性質は著しく異なる。単体でレーザ光整形を行う光学素子の設計は、通常、強度分布、レーザ光の素子入射位置を厳密に仮定し、素子上の各セルにおける回折効率や、レンズの曲率、厚みといったパラメータを精密に決定するといった作業を行い、素子形状を決定する。入射するレーザ光の相対強度分布が設計に用いた形状からわずかに崩れても、入射する位置がわずかにズレても、各セルにおける回折効率の変化、集光の度合いの変化は大きい。
即ち、レーザ光を設計通りの形状に整形しようと試みた場合に、入射位置、強度分布形状、ビーム径が設計値と一致したレーザ光のみが所望の分布に整形される。従って、該レーザ光整形光学素子を用いてレーザ光照射を行い、安定した性能のシリコン膜を得ようとした場合には、装置稼働中に常に安定してレーザ光強度分布を保つ機構を設けなければならないという課題が生じる。本発明の表示装置の製造方法を実施するに好適なレーザアニール装置では、以上の問題を解決するために以下に示す機構を備えている。以下、図を示しながら詳細にその形態について説明する。
図1において、空間フィルタを備えたビームエキスパンダ5と、レーザ光整形光学素子15へ入射するレーザ光の入射位置を一定に保つための駆動機構11を有するミラー10と駆動機構13を有するミラー12を用いてレーザ光整形光学素子15に入射するレーザ光の強度分布を常に一定に保つ。上記エキスパンダ5はレーザ光空間強度分布を調整する機構を有し、上記ミラー10、12はレーザ光のレーザ光整形光学素子15への入射位置を調整する(即ちレーザ光の光軸を調整する)機構を有する。
先ず、本発明の実施例として、レーザ光の強度分布が所定の形状、ビーム径からズレた場合の検出方法及び調整方法について、図9に従いながら説明を行う。図9は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1においてレーザ光整形光学素子へ入射するレーザの空間強度分布とビーム径補正を行う工程の一例を説明する平面図である。空間フィルタを備えたビームエキスパンダ5は、図9(a)に示すように、二枚の凸レンズ97、103と、直径数ミクロン程度の穴の開いた金属板98から構成される。凸レンズ103は、ステッピングモータによって駆動するレンズ保持機構(図示せず)に保持されており、光軸108に対して矢印で示したように光軸に沿った方向で平行に移動する構成となっている。
ビームエキスパンダ5は凸レンズで一旦集光したレーザ光108をもう一方の凸レンズ103で受け止めるという、いわゆるケプラー型エキスパンダ・コリメータの構成になっており、光軸に沿った方向で平行に凸レンズ同士の相対距離を変化させることで、ビーム径を調整する機構を有する。また、凸レンズ焦点位置に空間フィルタとして穴の開いた金属板98を配置する。
図9(b)に示すように、金属板98からなる空間フィルタは、入射したレーザ光がレーザ発振器の励起光学系の経時変化、位置ズレ、レーザロッドの熱歪み等の要因により、基本モード以外に高次モードが含まれたり、空間ノイズが含まれることにより、本来のガウス関数型強度分布96から崩れた形状95へと変化した場合に、凸レンズ97によって集光されるレーザ光成分のうち、焦点位置において最も集光される成分、即ち基本モード成分101のみを通過させ、焦点位置の異なる他の光、即ち他モード成分や空間ノイズ99、100を遮断する機構を有する。空間フィルタ(金属板98)を常時挿入しておくことで、レーザ光整形光学素子に入射するレーザ光を常に基本モードのガウス関数型強度分布に保つことができる。ここで用いる空間フィルタの形状は、穴の径が固定されたものでもよいし、レーザの空間モードとレーザ出力を同時に調整できるよう、穴の径が可変になっているアイリスのような形状をしたものでもどちらでもよい。
図1において、ビームエキスパンダ5を通過したレーザ光を、光軸中に配置したビームスプリッタやガラス板等、レーザ光を一部分岐する機構6により一部分岐し、分岐成分をプロファイラ7で測定する。上記測定値は、必要に応じて検出信号処理部8によりA/D変換、ガウスフィッティングなどの処理がなされ、ビーム強度分布の形状、ビーム径の情報を抽出する。しかる後に、予め登録しておいた所定の形状(ガウス関数型)、数値(規格化強度の1/e2におけるビーム径)との比較を行い、ビーム径の所定値からの差分を計算する。上記差分(ビーム径の変動)がある閾値以上に達した際に、差分をゼロに近づけるように、信号処理部8より凸レンズ103が搭載されたレンズ保持・駆動機構にパルス信号を送信し、ステッピングモータを駆動させてエキスパンダ倍率を変動させてビーム径調整を行う。
こうして、出射レーザ光110のビーム径が所定の値に戻るまでエキスパンダ倍率を調整し、戻った時点で調整を終了する。本実施例においては、ビームエキスパンダ5に入射するレーザ光107(図9(a))のビーム径が、所定のビーム径を有するガウス関数型強度分布96と比較して広がった場合を例として示す。無論、ビーム径が狭まった場合についても同様の調整方法が適用できることはいうまでもない。また、上記実施例においては、ビームエキスパンダを構成する二枚の凸レンズのうち、下流側の凸レンズ103に駆動機構を持たせる例を示したが、上流側の凸レンズ97に駆動機構を持たせてビーム径調整を行ってもよい。但し、上流側の凸レンズ97を駆動させる場合には、レンズ97と空間フィルタ98との相対距離が変化するため、空間フィルタ98も駆動機構に搭載し、レンズとの相対距離を保つ必要がある。
また、信号処理部8における処理において、空間強度分布の形状をフィッティング処理により数式として抽出した際に、算出した数式がガウス関数から所定の値以上に離れた場合、その由を知らせる警報を発動させ、場合によっては作業を中断させる機構を付加させておく。
また、本実施例においては、ビームエキスパンダの直後で分岐したレーザ光の強度分布を測定する例を示したが、レーザ光を検出する場所はレーザ光整形光学素子15に入射する直前でもよい。この場合、実際の入射レーザ光に近い状態の空間強度分布を測定できるので、より精度の良い調整を行うことが可能である。また、上記ビーム径調整を行った後に、必要に応じて基板ステージ21上に配置したビームプロファイラ25で整形レーザ光の空間強度分布を測定し、その結果をエキスパンダ5にフィードバックして、レンズ103の配置を微調整しても良い。以上が、本発明の実施例1におけるレーザ光を分岐し該レーザ光の強度分布が所定の形状、ビーム径からズレた場合の検出方法及び調整方法についての説明である。
次に、本発明の実施例2として、レーザ光整形光学素子に対して入射するレーザ光の入射位置のズレを検出し、所定の入射位置に補正する機構についての説明を行う。先ず、図10を用いて本実施例の概要、構成についての説明を行い、図11から図15を用いて本実施例による入射位置補正機構を用いた補正方法を詳細に説明する。
図10は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図であり、図1に示した平面表示装置の製造装置の内、本実施例に相当するレーザ光照射位置調整機構及び照射光学系の概略構成を示す図である。本調整機構は、少なくとも2枚の光軸調整用ミラー201、203と、パルス信号を受けてミラー201、203を駆動する駆動機構202、204と、虹彩絞り205(アイリス)とビームスプリッタ209と、ビームプロファイラ210と、ビームプロファイラ210で検出した信号を処理する信号処理部(図示せず)と、処理した信号に従いミラー駆動機構にパルス信号を送るミラー駆動機構ドライバ(図示せず)から成り、上記要素をレーザ光整形光学素子207、ステージ211に対して図10のように配置して構成される機構である。
レーザ光軸が規定の光軸200に対してズレた場合に、光軸のズレをビームプロファイラ210の受光面上でのレーザ光照射位置のズレとして検出し、検出結果を必要に応じて信号処理し、その結果により光軸調整ミラー201、203をフィードバック制御し、規定の光軸200へと補正する。駆動機構202を有するミラー201と駆動機構204を有するミラー203は、少なくとも任意の一軸(以下X軸と称する)と、X軸に対して垂直な軸(以下Y軸と称する)の2軸について光軸を調整することができる。規定光軸200に従って進行するレーザ光は、ミラー201、203の表面で反射され、虹彩絞り205(アイリス)の穴の中心206を通過した後に、レーザ光整形光学素子207の中心点208に素子表面に対して垂直に入射する。
光軸200中に配置した虹彩絞り205は穴の径が可変であり、調整時以外はビーム径に対して充分に穴を大きく開放することができる。また、整形レーザ光212が丁度ステージ210上でアニールに好適な所望の空間強度分布を形成するようにレーザ光整形光学素子207が配置されている。また、レーザ光整形光学素子207は保持・駆動機構(図示せず)によって支持されており、調整時には光軸から外れるよう移動させることができ、調整終了後には、正確に所定位置へと戻せるような機構を備えている。
レーザ光整形光学素子207とステージ211の間には、レーザ光を一部分岐し、分岐したレーザ光の強度分布を計測するためにビームスプリッタ209が光軸に対して45度の角度に配置されている。分岐したレーザ光213はレーザ光強度分布を二次元空間情報として検出することが可能なビームプロファイラ210で検出する。ここで、虹彩絞り205の中心206とレーザ光整形光学素子207の中心208を通過したレーザ光212のステージ211上の座標を基準座標(X0、Y0)と規定し、スプリッタ209で分岐されたレーザ光213のプロファイラ210上の座標を基準座標(X0’、Y0’)と規定する。
虹彩絞り205の中心206と、レーザ光整形光学素子207の中心208と、ステージ211上の基準座標(X0、Y0)は、完全に同一の光軸上に存在し、また虹彩絞り205の中心206と、レーザ光整形光学素子207の中心208と、プロファイラ210上の基準座標(X0’、Y0’)も、ビームスプリッタ209を介して完全に同一の光軸上に存在している。また、上記座標(X0、Y0)と(X0’、Y0’)がスプリッタ209を挟んで等価となるように各要素を配置する。
即ち、ビームスプリッタ209とステージ211間距離とスプリッタ209とプロファイラ210の受光面間距離が等価となるようにスプリッタ209、プロファイラ210を配置することで、ステージ上の基準座標(X0、Y0)におけるレーザ光の空間強度分布をプロファイラ210によって観察できる構成となっている。スプリッタ209、プロファイラ210は固定されており、レーザ光軸200が所定の方向からズレた場合、基準座標(X0、Y0)からズレは、スプリッタ210上においてはレーザ照射位置の基準座標(X0’、Y0’)からのズレとして検出されるため、プロファイラ210上の照射位置を基準座標に戻すようにミラーのチルトを調整することで光軸を規定の状態へと戻すことができる。
次に、ズレが生じた光軸を元の状態に補正する工程について具体的に説明する。図11は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図であり、レーザ光軸が理想的な光軸からズレた際の、レーザ光軸調整の一工程を示す図である。また、図12は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてプロファイラで複数点検出したレーザ光積分強度を各検出位置の関数としてプロットしてグラフで示した図、図13は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてレーザ光がレーザ光整形光学素子へ入射する位置がズレる事によってレーザ光整形強度分布が不均一になる様子の一例を示す斜視図である。そして、図14は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図、図15は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてプロファイラで複数点検出したレーザ光積分強度を各検出位置の関数としてプロットしグラフで示した図ある。
図10に示す光軸200が図11に示すように光軸200’に変化する。結果として、図13に示すように、基板ステージ上でのレーザ照射位置は、基準座標(X0、Y0)から(X1、Y1)へとズレた状態となる。基準座標(X0、Y0)においては、アニールに好適な空間強度分布218が形成されているが、照射位置が(X1、Y1)にズレた場合には、単に照射位置座標がズレるだけでなく、強度が不均一で、アニールに適していない空間強度分布219が形成されてしまう。光軸調整工程の説明に戻ると、光軸調整はX軸、Y軸について独立に行うこととする。
本実施例においては、X軸の調整工程を詳細に説明し、Y軸の調整工程については省略するが、基本的に任意の軸に対して、以下で説明する調整方法を適用する。先ず、光軸上からレーザ光整形光学素子207を移動させる。次に虹彩絞り205の穴をビーム径に対して充分に小さく設定する。次にミラー201の駆動機構202に駆動ドライバから信号を送り、レーザ光がステージ210上でX軸方向に走査されるようにミラーを回転させ、光軸を変化させる。なお、この時ミラー203は固定しておくものとする。この場合、レーザ光200’は、虹彩絞り205上を一軸方向に移動する(絞り205の穴をレーザ光200’が横切る)。絞り205によって一部切り出されたレーザ光200’は、スプリッタ209によって分岐されて、プロファイラ210によって検出される。絞り上でのレーザ光の振る舞いと、プロファイラ210受光面上でのレーザ光の振る舞いには相関があり、ミラー201の動きに対応して光軸が光軸214、215、216と変化したとき、プロファイラ210上においてもレーザ光は一軸方向に走査される。
この際、レーザ光の強度分布はガウス関数形状なので、虹彩絞り205によって切り出されるレーザ光の積分強度は、虹彩絞り205の中心206とレーザ光の中心が一致した時、即ちレーザ光軸が光軸216と一致した時に最も高くなり、左右にスキャンするとガウス関数的に積分強度は減少する。この現象を利用して基準座標からの照射位置ズレを算出する。各スキャン毎に虹彩絞り205で切り出されるレーザ光の積分強度をプロファイラ210で計測し、プロファイラ210受光面上での検出位置の関数としてプロットすると、図12の様になだらかなピークを描く曲線217を得ることができる。
この曲線の中心位置X2’の座標を必要に応じてフィッティング等の処理を通して抽出し、基準座標X0’との差分を算出し、その差分が規定値以上の場合、図14に示すように、ミラー203を駆動させる駆動機構204にフィードバックを掛け、差分を減少させる方向にミラー203を回転させる。その後に再びミラー202を回転させ、虹彩絞り205上をレーザ光をスキャンさせ、プロファイラ210でレーザ光の検出を行い、上記と同様にレーザ光積分強度を照射位置座標の関数としてプロットした曲線の中心座標と基準座標との差分を算出する。
この工程を差分が規定値以下に収束するまで繰り返し、図15に示すように曲線220の極大値と基準座標X0’が所定の値内に収束するまで光軸調整を行い、所定の値内に収束した時点でX軸方向の光軸調整を終了する。次に、Y軸についても所定の基準座標Y0’ に戻るまで上記と同様の光軸調整を行う。最後に、虹彩絞り205の穴の径をビーム径に対して充分に大きくなるよう穴を開放し、レーザ光整形光学素子207を所定の位置に戻して、レーザ光軸200’は、ミラー203以降で虹彩絞り205の中心206を通過し、レーザ光整形光学素子207表面に対して垂直入射し、尚且つ中心208を通過した整形レーザ光がステージ210の基準座標(X0、Y0)に照射される状態に戻る。
なお、上記光軸調整を行った後に、必要に応じてステージ上に配置したプロファイラ25を基準座標まで駆動させ、整形レーザ光の空間強度分布を測定し、その結果を信号処理部にて処理し、ミラー203にフィードバックを掛けて光軸の微調整を行っても良い。なお、本実施例ではプロファイラで検出したレーザ光の積分強度を信号として用いたが、他にもプロファイラ上のピーク強度を信号として用いてもよいし、虹彩絞りで切り出されたレーザ光の相対強度、あるいは相対エネルギをプロファイラ受光面上の位置の関数としてプロットできる方法であればどの様な方法を用いても良い。なお、本実施例では光軸ズレを検出する為の検出機構としてCCDタイプのビームプロファイラを用いた例を示しているが、他にもナイフエッジ、あるいは矩形スリットをパワーメータ上でスキャンさせてビーム形状を測定するタイプのビームプロファイラなど、レーザ光照射位置を二次元空間情報として検出できるのなら、どの様な検出機構を用いて行ってもよい。
次に、上記とは別の実施例として、レーザ光整形光学素子に対して入射するレーザ光の入射位置ズレを上記方式とは異なる方法で検出し、所定の入射位置に補正する機構についての説明を行う。図16は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例3においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図であり、本発明の平面表示装置の製造装置の内、本実施例に相当するレーザ光照射位置調整機構及び照射光学系の概略構成を示す図である。本実施例のレーザ光照射位置調整機構は、少なくとも2枚の光軸調整用ミラー251、253と、パルス信号を受けてミラー251、253を駆動する駆動機構252、254と、少なくとも二枚の虹彩絞り255、256(アイリス)と、ビームスプリッタ259と、ビームプロファイラまたはフォトダイオードといったレーザ光強度検出機構260と、該検出機構260で検出した信号を処理する信号処理部(図示せず)と、処理した信号に従いミラー駆動機構にパルス信号を送るミラー駆動機構ドライバ(図示せず)から成り、上記要素をレーザ光整形光学素子257、ステージ261に対して図16のように配置して構成される機構である。
レーザ光軸が規定の光軸に対して光軸250へとズレた場合に、光軸のズレを虹彩絞り255、256を通過し光強度検出機構260の受光面上に照射されるレーザ光の積分強度の振幅の変化として検出し、検出結果を必要に応じて信号処理し、その結果により光軸調整ミラー251、253をフィードバック制御し、規定の光軸へと補正する。先ず、保持・駆動機構(図示せず)によって支持されているレーザ光整形光学素子257を光軸から外れるように駆動させる。次に、虹彩絞り255、256をビーム径に対して充分に小さく設定し、通過したレーザ光強度信号を、ビームプロファイラなど光強度検出機構260で検出する。
その後、検出信号処理部(図示せず)において取得した光強度信号をA/D変換等の処理を施し、信号のレベルを算出する。この計算値と予め登録しておいた信号レベル(虹彩絞り255、256を通過する光量が最大となるよう、光軸、虹彩絞りの配置を予め調整しておく)と比較し、所定の値よりも下がった場合に光軸の調整を行う。光軸調整を以下に手順を示しながら説明する。上記実施例と同様に、少なくとも任意の一軸(以下X軸と称する)と、X軸に対して垂直な軸(以下Y軸と称する)の2軸について独立に調整を行い規定の光軸に戻す。図16に示すように、二枚のミラー251、253のチルトの調整を行う。
ミラー251の駆動機構252に駆動ドライバ(図示せず)から信号を送り、レーザ光軸を変化させる。なお、この時ミラー253は固定しておくものとする。この場合、レーザ光250は、虹彩絞り255上を一軸方向に移動する(絞り255の穴をレーザ光250が横切る)。絞り255によって一部切り出されたレーザ光250は、更に虹彩絞り256によって切り出され、二枚の虹彩絞り255、256を通過したレーザ光のみがスプリッタ259によって一部分岐され強度検出機構260によって検出される。絞り上でのレーザ光の振る舞いと、強度検出機構260受光面上でのレーザ光の振る舞いには相関があり、ミラー251の動きに対応してレーザ光がX軸方向に走査されると、強度検出機構260上においてもレーザ光は一軸方向に走査される。
この際、レーザ光の強度分布はガウス関数形状なので、虹彩絞り205によって切り出されるレーザ光の積分強度は、走査中のある一点においてピークを持ち、その一点より左右にレーザ光をスキャンするとガウス関数的に積分強度が減少する。この現象を利用して、積分強度がピークとなるようにミラーのチルトを調整する。然る後にミラー253を回転させ、レーザ光をX軸方向に走査して、レーザ光積分強度が最大となるようにミラー253のチルトをフィードバック制御する。
上記の工程を繰り返してX軸方向において積分強度最大になるまで繰り返してX軸方向の光軸調整を終了する。然る後にY軸方向についても積分強度が最大となるまでミラー251、253のチルトをフィードバック制御し、最大となるところでY軸方向の光軸調整を終了する。最後に虹彩絞り255、256の穴の径をビーム径に対して充分に大きくなるよう開放し、レーザ光整形光学素子257を所定の位置に戻して本実施例の光軸調整が終了する。なお、上記光軸調整を行った後に、必要に応じてステージ上に配置したプロファイラ25を基準座標まで駆動させ、整形レーザ光の空間強度分布を測定し、その結果を信号処理部にて処理し、ミラー253にフィードバックを掛けて光軸の微調整を行っても良い。
上記の様に、本発明の平面表示装置の製造装置によれば、レーザ光強度分布、レーザ光のビーム径、光軸からのズレを常時測定しておき、それらの値の経時変動を検出した際に自動的に所定の状態に戻すようフィードバックのかかる機構を設けることで、製造歩留りが向上し、製造コストを減少させることができる。
本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1であるレーザアニール装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1を用いて線状レーザ光を照射して擬似単結晶を形成する前および後のシリコン膜の状態を示す平面図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1を用いてレーザ照射によりシリコン膜の結晶化を行う工程を説明する斜視図である。 回折光学素子へのレーザ光の入射経路が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。 パウエルレンズへのレーザ光の入射経路が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1を用いて不均一な空間強度分布に整形されたレーザ光を照射してシリコン膜の結晶化を行った際に形成される結晶の状態を示す平面図である。 回折光学素子へ入射するレーザ光の空間強度分布が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。 回折光学素子へ入射するレーザ光のビーム径が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例1においてレーザ光整形光学素子へ入射するレーザの空間強度分布とビーム径補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてプロファイラで複数点検出したレーザ光積分強度を各検出位置の関数としてプロットしてグラフで示した図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてレーザ光がレーザ光整形光学素子へ入射する位置がズレる事によってレーザ光整形強度分布が不均一になる様子の一例を示す斜視図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例2においてプロファイラで複数点検出したレーザ光積分強度を各検出位置の関数としてプロットしグラフで示した図ある。 本発明の平面表示装置の製造装置の実施例3においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。
符号の説明
1…………レーザ発振器、2…………エネルギ調整機構、4…………EOモジュレータ、5…………ビーム径調整機構及びレーザ光強度分布補正機構、6,16…………レーザ光分岐機構、7,17,25…………レーザ光空間強度分布検出機構、8,18,26…………検出信号処理部、9,19,27…………ビーム径調整機構駆動ドライバ、10,12…………光軸調整用ミラー、11,13…………ミラー駆動機構、14…………虹彩絞り(アイリス)、15…………レーザ光整形光学素子、20…………ガラス基板、21…………ステージ、22…………リニアスケール、23…………リニアエンコーダ、24…………EOモジュレータ駆動ドライバ、36…………回折光学素子、38…………入射レーザ光強度分布、41…………整形レーザ光強度分布、44…………光軸から外れた際の入射レーザ光強度分布、47…………不均一な整形レーザ光強度分布、48…………パウエルレンズ、81…………回折光学素子、89…………ノイズ成分を含んだ入射レーザ光強度分布、90…………ガウス分布曲線、93…………不均一な整形レーザ光強度分布、95…………ノイズ成分を含んだレーザ光強度分布、97、103…………平凸レンズ、98…………空間フィルタ(アパーチャ)、99、100…………空間ノイズ成分、101…………基本モードのレーザ光、105…………ノイズ成分を除去したレーザ光強度分布(基本モード)、107,120…………所望のビーム径とは異なるビーム径のレーザ光強度分布、110,123…………所望のビーム径に補正されたレーザ光強度分布、200…………光軸、201,203…………光軸調整用ミラー、202,204…………ミラー駆動機構、205…………虹彩絞り(アイリス)、207…………レーザ光整形光学素子、209…………レーザ光分岐機構、210…………レーザ光空間強度分布検出機構、211…………ステージ。

Claims (5)

  1. 連続発振レーザ光を発振するレーザ発振器と、
    前記発振されたレーザ光を、線状または矩形状に整形するレーザ光整形手段とを備え、
    前記整形されたレーザ光を基板に照射する平面表示装置の製造装置であって、
    前記レーザ発振器から発振され、前記レーザ光整形手段で整形される前の前記レーザ光の空間強度分布及びレーザ径を調整するレーザ光調整手段と、
    前記空間強度分布及びレーザ径を調整された後であり、前記レーザ光整形手段に入射される前のレーザ光の空間強度分布及びレーザ径を測定する第一のレーザ光測定手段と、
    を備え
    前記レーザ光の調整後であり、前記レーザ光整形手段に入射される前のレーザ光を前記第一のレーザ光測定手段が測定した結果に基づいて、前記レーザ光調整手段が前記レーザ光の空間強度分布及びレーザ径を調整し、当該調整したレーザ光を前記レーザ光整形手段に入射することを特徴とする平面表示装置の製造装置。
  2. 前記レーザ光調整手段は、二枚の凸レンズと、前記二枚の凸レンズの間に配置される空間フィルタとを備え、
    前記凸レンズ及び前記空間フィルタは、前記レーザ光の光軸方向に相対的に移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の平面表示装置の製造装置。
  3. 前記レーザ光整形手段に入射する前のレーザ光の光軸を制御する光軸制御手段と、
    前記レーザ光整形後のレーザ光の空間強度分布を測定する第二のレーザ光測定手段とを備え、
    前記第二のレーザ光測定手段の測定結果に基づいて、前記光軸制御手段が光軸を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の平面表示装置の製造装置。
  4. 前記光軸制御手段は、少なくとも二枚の駆動機構を備えたミラーと、少なくとも一枚の穴の径が可変の虹彩絞りとを備えたことを特徴とする請求項に記載の平面表示装置の製造装置。
  5. 前記レーザ光として、連続発振固体レーザ光または時間変調した連続発振固体レーザ光、またはパルス発振固体レーザ光の何れかを用いることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の平面表示装置の製造装置。


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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4406540B2 (ja) * 2003-03-28 2010-01-27 シャープ株式会社 薄膜トランジスタ基板およびその製造方法
KR100753568B1 (ko) * 2003-06-30 2007-08-30 엘지.필립스 엘시디 주식회사 비정질 반도체층의 결정화방법 및 이를 이용한 액정표시소자의 제조방법
US7405815B1 (en) * 2003-11-04 2008-07-29 The Boeing Company Systems and methods for characterizing laser beam quality
US7374985B2 (en) * 2003-11-20 2008-05-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
TW200541078A (en) * 2004-03-31 2005-12-16 Adv Lcd Tech Dev Ct Co Ltd Crystallization apparatus, crystallization method, device, optical modulation element, and display apparatus
TWI390734B (zh) * 2005-04-06 2013-03-21 Samsung Display Co Ltd 製造多晶矽薄膜之方法及製造具有多晶矽薄膜之薄膜電晶體之方法
KR20060106170A (ko) * 2005-04-06 2006-10-12 삼성전자주식회사 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이를 갖는 박막트랜지스터의 제조방법
JP2007221062A (ja) * 2006-02-20 2007-08-30 Sharp Corp 半導体デバイスの製造方法および製造装置
US7397546B2 (en) * 2006-03-08 2008-07-08 Helicos Biosciences Corporation Systems and methods for reducing detected intensity non-uniformity in a laser beam
US7941237B2 (en) * 2006-04-18 2011-05-10 Multibeam Corporation Flat panel display substrate testing system
CN101104223B (zh) * 2006-07-10 2012-05-23 彩霸阳光株式会社 激光加工装置
JP5030524B2 (ja) * 2006-10-05 2012-09-19 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザアニール方法及びレーザアニール装置
JP5126471B2 (ja) * 2007-03-07 2013-01-23 株式会社ジャパンディスプレイイースト 平面表示装置の製造方法
JP5581563B2 (ja) * 2007-03-08 2014-09-03 株式会社日立製作所 照明装置並びにそれを用いた欠陥検査装置及びその方法並びに高さ計測装置及びその方法
JP5376707B2 (ja) * 2008-01-24 2013-12-25 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザアニール装置
US8723073B2 (en) * 2008-02-07 2014-05-13 Cymer, Llc Illumination apparatus and method for controlling energy of a laser source
WO2012008103A1 (ja) 2010-07-16 2012-01-19 パナソニック株式会社 結晶性半導体膜の製造方法及び結晶性半導体膜の製造装置
KR101777289B1 (ko) * 2010-11-05 2017-09-12 삼성디스플레이 주식회사 연속측면고상화(Sequential Lateral Solidification:SLS)를 이용한 결정화 장치
US9255891B2 (en) * 2012-11-20 2016-02-09 Kla-Tencor Corporation Inspection beam shaping for improved detection sensitivity
EP3067132A1 (en) * 2015-03-11 2016-09-14 SLM Solutions Group AG Method and apparatus for producing a three-dimensional work piece with thermal focus shift compensation of the laser
US10016843B2 (en) 2015-03-20 2018-07-10 Ultratech, Inc. Systems and methods for reducing pulsed laser beam profile non-uniformities for laser annealing
KR102509883B1 (ko) * 2015-06-29 2023-03-13 아이피지 포토닉스 코포레이션 비정질 실리콘 기재의 균일한 결정화를 위한 섬유 레이저-기반 시스템
US10324045B2 (en) 2016-08-05 2019-06-18 Kla-Tencor Corporation Surface defect inspection with large particle monitoring and laser power control
JP2019528579A (ja) * 2016-08-31 2019-10-10 ルミレッズ ホールディング ベーフェー 調整された照明パターンを伴うレーザベース光源
CN106783536B (zh) * 2016-11-29 2021-11-30 京东方科技集团股份有限公司 激光退火设备、多晶硅薄膜和薄膜晶体管的制备方法
JP6901261B2 (ja) * 2016-12-27 2021-07-14 株式会社ディスコ レーザー装置
JP6419901B1 (ja) * 2017-06-20 2018-11-07 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機
KR102327231B1 (ko) * 2017-07-10 2021-11-17 삼성디스플레이 주식회사 레이저 결정화 장치의 모니터링 시스템 및 모니터링 방법
CN108581243B (zh) * 2018-05-15 2020-06-09 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光焦点偏移量消除方法
KR102154609B1 (ko) * 2018-11-06 2020-09-10 주식회사 이솔 레이저빔을 이용하여 가공대상물을 베이킹(baking) 가공 하는 레이저 시스템 및 이를 이용한 가공 방법
DE102019102512A1 (de) * 2019-01-31 2020-08-06 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Lasersystem
US11703460B2 (en) 2019-07-09 2023-07-18 Kla Corporation Methods and systems for optical surface defect material characterization
CN114994850B (zh) * 2022-04-25 2024-05-24 深圳市路远智能装备有限公司 一种光路校准方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07185861A (ja) * 1993-12-27 1995-07-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工装置
JPH11162868A (ja) * 1997-12-02 1999-06-18 Toshiba Corp レ−ザ照射装置
JP2000042777A (ja) * 1998-07-29 2000-02-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザビームのドリフト補正装置及びこれを用いたレーザ加工装置、並びに加工用レーザビームのドリフト補正方法
JP2001102323A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザアニール装置および薄膜トランジスタの製造方法
JP2003257855A (ja) * 2002-02-28 2003-09-12 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 半導体薄膜の形成方法および半導体薄膜の形成装置
JP2003347236A (ja) * 2002-05-28 2003-12-05 Sony Corp レーザ照射装置
JP2004006876A (ja) * 2003-05-19 2004-01-08 Nec Corp 半導体薄膜形成装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11283933A (ja) 1998-01-29 1999-10-15 Toshiba Corp レ―ザ照射装置,非単結晶半導体膜の製造方法及び液晶表示装置の製造方法
TW457553B (en) * 1999-01-08 2001-10-01 Sony Corp Process for producing thin film semiconductor device and laser irradiation apparatus
TW444247B (en) * 1999-01-29 2001-07-01 Toshiba Corp Laser beam irradiating device, manufacture of non-single crystal semiconductor film, and manufacture of liquid crystal display device
JP4358998B2 (ja) 2001-02-01 2009-11-04 株式会社日立製作所 薄膜トランジスタ装置およびその製造方法
JP2003053578A (ja) 2001-08-15 2003-02-26 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザビームのプロファイル調整方法及び装置
JP3903761B2 (ja) * 2001-10-10 2007-04-11 株式会社日立製作所 レ−ザアニ−ル方法およびレ−ザアニ−ル装置
JP2004165598A (ja) 2002-06-05 2004-06-10 Hitachi Displays Ltd アクティブ・マトリクス型表示装置とその製造方法
TW575866B (en) * 2002-06-05 2004-02-11 Hitachi Ltd Display device with active-matrix transistor and method for manufacturing the same
JP2004202516A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP2005217209A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Hitachi Ltd レーザアニール方法およびレーザアニール装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07185861A (ja) * 1993-12-27 1995-07-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工装置
JPH11162868A (ja) * 1997-12-02 1999-06-18 Toshiba Corp レ−ザ照射装置
JP2000042777A (ja) * 1998-07-29 2000-02-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザビームのドリフト補正装置及びこれを用いたレーザ加工装置、並びに加工用レーザビームのドリフト補正方法
JP2001102323A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザアニール装置および薄膜トランジスタの製造方法
JP2003257855A (ja) * 2002-02-28 2003-09-12 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 半導体薄膜の形成方法および半導体薄膜の形成装置
JP2003347236A (ja) * 2002-05-28 2003-12-05 Sony Corp レーザ照射装置
JP2004006876A (ja) * 2003-05-19 2004-01-08 Nec Corp 半導体薄膜形成装置

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