KR100626772B1 - 레이저 어닐링 장치 - Google Patents

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우또사찌오
노모또미네오
나까따도시히꼬
하따노무쯔꼬
야마구찌신야
오오꾸라마꼬또
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

대물 렌즈를 이용하여 레이저 광이 집중되며 1미크론 또는 그 이하의 입자 크기를 갖는 비정질 실리콘 막 또는 다결정 실리콘 막 위에 레이저 광이 조사되며, 레이저 광은 연속 발진 레이저 광으로부터 처리되어, (1) EO 변조기를 이용하여 펄스화되며 펄스화 중에 임의의 일시 에너지 변화를 가지며, (2) 빔 균질화기, 임의의 투과율 분포를 갖는 필터 및 직사각형 슬릿을 이용하여 임의의 공간 에너지 분포가 이루어지며, (3) 고속 회전 확산판을 이용하여 간섭을 제거한다. 이러한 방식으로, 구동회로가 TFT 패널 기판 내에 포함된 단결정과 실질적으로 동일한 특성을 갖는 다결정 실리콘 막을 포함하는 액정 디스플레이 장치를 실현하는 것이 가능하다.
대물 렌즈, 레이저 광, EO 변조기, 빔 균질화기, 확산판

Description

레이저 어닐링 장치{LASER ANNEALING APPARATUS}
도1은 제1 실시예의 레이저 어닐링 장치의 구성을 도시한 정면도.
도2는 제1 실시예에 사용된 EO 변조기의 사시도.
도3은 제1 실시예에 사용된 EO 변조기의 사시도.
도4는 EO 변조기에서의 인가 전압과 투과율 사이의 관계를 도시한 그래프.
도5는 EO 변조기에서의 레이저 입력, 인가 전압 및 레이저 출력 사이의 관계를 도시한 그래프.
도6은 제1 실시예에 사용된 투과율 연속 가변 필터의 평면도.
도7은 P 편광의 입사각 및 반사율 사이의 관계를 도시한 그래프.
도8은 제1 실시예에 사용된 복수개의 투명 기판을 사용하는 투과율 연속 가변 필터의 평면도.
도9는 제1 실시예의 빔 균질화기의 정면 단면도와, 입사측과 출사측의 광의 에너지 분포를 도시한 그래프.
도10은 제1 실시예의 카레이도스코프(kaleidoscope)의 정면의 평면도와, 입사측과 출사측의 광의 에너지 분포의 그래프이다.
도11은 제1 실시예의 대물 렌즈와 직사각형 슬릿 사이의 물리적 관계를 도시 한 도면.
도12는 제1 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치에서 간섭성 레이저 광을 투영한 경우의 에너지 분포를 도시한 도면.
도13a 내지 도13c는 제1 실시예에 따른 레이저 어닐링 방법의 절차를 설명하기 위한 기판의 사시도.
도14a 내지 도14c는 어닐링을 실시하는 TFT 디스플레이 장치의 공정을 설명하기 위한 개략도.
도15는 제1 실시예에 따른 어닐링 방법을 실시하기 전의 결정 상태를 도시한 평면도.
도16은 제1 실시예에 따른 어닐링 방법을 실시한 후의 결정 상태를 도시한 평면도.
도17은 제2 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치의 구성을 도시한 사시도.
도18은 제3 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치의 레이저 조사 광학계의 구성을 도시한 사시도.
도19는 본 발명의 레이저 어닐링 방법을 실시한 영역과 구동 회로의 활성 영역 사이의 물리적 관계를 도시한 기판의 평면도.
도20은 본 발명의 레이저 어닐링 방법을 실시하여 형성된 구동 회로용 트랜지스터의 구성을 나타내는 기판의 평면도.
도21a 내지 도21d는 본 발명의 레이저 어닐링 방법에 있어서 조사된 레이저 광의 에너지의 에너지 분포와 시간에 따른 변화를 도시한 설명도.
도22a 및 도22b는 다른 실시예에 따른 레이저 어닐링 방법의 주사 방법을 설명하기 위한 기판의 평면도.
도23a 및 도23b는 다른 실시예에 따른 레이저 어닐링 방법의 주사 방법을 설명하기 위한 기판의 평면도.
도24는 본 발명의 레이저 어닐링 방법이 적용된 액정 디스플레이 장치를 제조하는 공정을 도시한 플로우차트.
도25는 본 발명의 레이저 어닐링 공정을 도시한 플로우차트.
도26a 내지 도26c는 본 발명의 레이저 어닐링을 적용한 TFT 기판으로 구성된 액정 디스플레이 장치의 적용 제품예를 도시한 사시도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 베드
2 : 레이저 광
3 : 발진기
6 : EO 변조기
18 : 조명 광원
19 : CCD 카메라
22 : 모니터
62 : 편광 빔 스플리터
103 : 다결정 실리콘 박막
204 : 조정 스테이지
301 : 레이저 조사 영역
306 : 소스 전극
307 : 드레인 전극
본 발명은 절연 기판 상에 형성된 비정질 또는 다결정 반도체 막에 레이저 광을 조사하여 막 품질의 개선, 결정립의 확대, 또는 단결정화를 행하는데 최적인 레이저 어닐링 방법과 레이저 어닐링 장치에 관한 것이고, 또한 레이저 어닐링을 통해 제조된 TFT 기판과 이러한 TFT 기판을 구비한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
현재, 액정 패널은 유리 기판 또는 용융 석영 기판 상의 비정질 또는 다결정 실리콘 막으로 형성된 박막 트랜지스터를 절환함으로써 화상을 형성하고 있다. 기판 상에 화소 트랜지스터를 구동하기 위한 드라이버 회로를 동시에 형성하는 것이 가능하다면, 비약적인 제조 비용의 감소와 신뢰성의 향상이 기대된다.
그러나, 트랜지스터의 능동층을 형성하는 실리콘 막은 결정성이 나쁘기 때문에, 이동도(mobility)로 대표되는 박막 트랜지스터의 성능이 낮고, 고속과 고성능이 요구되는 회로의 제조가 어렵다. 이러한 고속, 고성능 회로를 제조하기 위해서는, 고이동도 박막 트랜지스터가 필요하므로, 이를 실현하기 위해 실리콘 박막의 결정성의 개선이 요구된다.
엑시머 레이저 어닐링은 결정성을 개선하기 위한 방법으로서 전부터 주목을 받았다. 이 방법에서는, 유리 등의 절연 기판 상에 형성된 비정질 실리콘 막에 엑시머 레이저를 조사함으로써 비정질 실리콘 막을 다결정 실리콘 막으로 변화시킴으로써 이동도가 개선된다. 그러나, 엑시머 레이저 조사에 의해 얻어진 다결정 막은 결정립 크기가 수백 나노미터이다. 이러한 막은 액정 패널을 구동하기 위한 드라이버 회로 등에 적용할 수 있는 성능을 갖지 못한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 일본 특허 공개 제2001-44120호는 제1 펄스 레이저인 자외역의 펄스 레이저(예를 들어, 엑시머 레이저)를 조사한 후, 제2 펄스 레이저인 가시역의 펄스 레이저를 조사함으로써 결정립 크기를 증가시키는 방법을 개시하고 있다. 이러한 방법은, 제1 펄스 레이저를 조사한 후 200 나노초 이내에 제2 펄스 레이저를 조사하여 재결정화 시간을 연장시킴으로써 결정립 크기의 증가를 도모한다.
전술한 종래 기술에서는, 제2 펄스 레이저로서, Nd:YAG 레이저, Nd:YLF 레이저, Yb:YAG 레이저, Nd:유리 레이저, Yb:유리 레이저 등의 Nd 이온 또는 Yb 이온이 칠해진 결정 또는 유리 여기 매체(excitation medium)인 Q 스위치 발진의 고체 상태 레이저의 고조파가 사용된다.
그러나, 이들 레이저의 펄스 폭은 수십 내지 수백 나노초이고, 재결정화 시간의 연장에는 한계가 있다. 특히, 얻어진 결정립 크기는 대략 1미크론이어서, 액정 패널 구동용 드라이버 회로 등에 적용하기에는 성능이 부족하다. 또한, 상기 종래의 기술에서는 감쇠기 및 선형 빔 형성 광학계가 제2 펄스 레이저를 조사하기 위한 광학계로서 개시되지만, 이러한 메커니즘에는 다음의 문제점들이 여전히 남아 있다.
첫 번째 문제는, Q 스위치 발진 펄스의 출력이 사인파 형태로 시간에 따라 변하여, 어닐링에 최적인 펄스 폭 및 시간에 따른 출력 변화가 얻어질 수 없다는 것이다.
두 번째 문제는, 전술한 레이저의 에너지 분포가 가우스 분포라는 것이다. 이러한 상태에서는 레이저 어닐링에 필요한 일정한 에너지 분포, 또는 어닐링에 적합한 에너지 분포를 얻을 수 없다.
세 번째 문제는, Nd:YAG 레이저와 같은 고체 상태 레이저로부터의 레이저 광은 높은 간섭성(coherency)을 갖는다는 것이다. 이러한 간섭의 영향에 의해 조사 영역 내의 에너지 밀도 분포가 불균일해진다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 문제들을 해결하고, 간섭에 의한 영향이 없이 조사 영역에서 레이저 어닐링에 적합한 에너지 분포를 가지며, 최적의 펄스 폭으로 시간적으로도 레이저 어닐링에 매우 적합한 에너지 변화가 얻어지고, 비정질 또는 다결정 실리콘 박막의 어닐링용으로 최적인 레이저 어닐링 방법 및 레이저 어닐링 장치를 제공하는 것이고, 또한 레이저 어닐링을 통해 제조된 TFT 기판을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 방법은 다음 수단에 의해 처리된 레이저 광을 조사한다. 먼저, 원하는 펄스 폭과 원하는 시간적인 에너지 변화를 얻기 위해, 연속 발진 빔이 얻어지는 발진기가 레이저 발진기로서 사용된다. 전기 광학 변조기 또는 음향 광학 변조기 등의 시간 변조기에 의해, 연속 발진 레이저 광이 펄스화되고 펄스 레이저 광의 에너지에 대한 시간에 따른 양호한 변화가 얻어진다.
두 번째로, 간섭성을 갖는 레이저 광의 간섭성은 비간섭성화(인코히런트화) 광학계로 제거되거나 감소되어, 레이저 조사 영역의 간섭 영향은 감소되거나 제거된다.
세 번째로, 빔 균질화기 또는 직사각형 슬릿이 조사 영역의 전체 표면에 걸쳐 균일한 에너지 분포를 제공하기 위해 사용되고, 임의의 분포를 제공하기 위해 원하는 투과율 분포를 갖는 필터가 구비된다. 이렇게 얻어진 균일하고 또는 바람직한 에너지 분포를 갖는 레이저 광은 대물 렌즈에 의해 직사각형 슬릿 화상의 투영 화상으로 비정질 또는 다결정 실리콘 막에 조사된다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치는, 연속 발진 빔을 출력하는 레이저 발진기와, 시간에 따라 레이저를 변조하기 위한 수단과, 빔 균질화기와, 비간섭성화 광학계와, 원하는 투과율 분포를 갖는 필터와, 직사각형 슬릿과, 대물 렌즈를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 TFT 기판이 본 발명에 따른 전술한 레이저 어닐링 장치로 본 발명에 따른 전술한 레이저 어닐링 방법을 수행함으로써 얻어진다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 목적 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명을 한다. 도1은 본 발명의 제1 실시예에 대한 레이저 어닐링 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 진동 방지 기구(도시 생략)를 구비한 베드(1) 상에, 연속 발진 레이저 광(2)을 발생시키는 레이저 발진기(3), 레이저 광(2)을 온/오프하기 위한 셔터(4), 레이저 발진기(3)로부터 출력된 레이저 광(2)의 빔 직경을 확대시키기 위한 빔 확장기(beam expander; 5), 레이저 광(2)의 펄스화 및 에너지의 시간적 변조를 실현하기 위한 전기 광학 변조기(electro-optical modulator; 6)(이하, EO 변조기로 칭함), 레이저 광(2)의 에너지를 조절하기 위한 투과율 연속 가변 ND 필터(7), 레이저 광(2)을 균일한 에너지 분포로 형성하는 빔 균질화기(beam-homogenizer; 8), 일방향으로 레이저 광(2)을 압축하여 선형 빔으로 형성하기 위한 실린더형 렌즈(9), 레이저 광(2)의 조사 영역과 조사 형상을 확인하기 위한 참조 광원(10), 참조 광원(10)으로부터의 파장을 투과하여 레이저 광(2)을 반사하는 특성을 갖는 2색성 거울(dichroic mirror; 11), 고속 회전 구동 장치(12)를 구비한 확산판(13), 조사 표면에 에너지 밀도 분포를 원하는 형상으로 제공하기 위한 필터(14), 레이저 광(2)의 잉여 부분을 제거하여 임의의 직사각형 영역을 형성하기 위한 직사각형 슬릿(15), 조명되는 빔, 레이저 광(2) 및 참조 빔을 결합하기 위한 거울(17), 관측 동안 사용되는 조명 광원(18), CCD 카메라(19), 레이저 광이 CCD 카메라(19)에 입사되는 것을 방지하기 위한 레이저 커트 필터(20), CCD 카메라(19)에 의해 촬상된 샘플 표면을 표시하기 위한 모니터(22), 초점 위치를 검출하고 초점 위치로부터 굴곡된 경우에 신호를 출력하는 자동 초점 광학계(24), 관측에 사용되고 레이저 광(2)을 집중시키기 위한 대물 렌즈(25), 샘플(26)을 지지하고 샘플을 XYZθ방향으로 이동시키기 위한 스테이지(28), 스테이지(28)에 고정되고 레이저 광(2)의 출력을 측정하기 위한 파워 미터(29), 레이저 광(2)의 2차원 에너지 분포를 측정하기 위한 빔 프로파일러(30), 및 스테이지(28), 레이저 발진기(3), 셔터(4), EO 변조기(6), 투과율 연속 가변 필터(7), 전동 직사각형 슬릿(15), 자동 초점 광학계(24)로부터의 신호에 따라서 Z 스테이지, 화상 처리 장치 등(도시하지 않음)을 제어하기 위한 제어 PC(제어 장치)(31)가 배치된 구성으로 되어 있다.
다음에, 각 부분의 작동 및 기능을 상세히 설명한다. 베드(1)는 바닥으로부터의 진동을 감소시키기 위해 공기 스프링을 사용하는 진동 방지 기구(도시 생략)를 구비하는 것이 바람직하다. 설치 환경에 따라 진동 방지 기구가 불필요한 경우도 있다. 스테이지(28)와 다양한 광학계를 지지하기 위해 충분한 강도 및 강성을 갖는다.
연속 발진 레이저 광(2)은 어닐링이 일어나는 비정질 또는 다결정 실리콘 박막에 의해 흡수되는 파장, 특히 자외 파장으로부터 가시 파장으로의 파장을 갖는 것이 바람직하다. 더 상세하게는, Ar 레이저 또는 Kr 레이저 및 그의 제2 고조파, Nd:YAG 레이저, Nd:YVO4 레이저 및 Nd:YLF 레이저의 제2 및 제3 고조파 등이 적용 가능하다. 그러나, 출력의 크기 및 안정성의 측면에서, LD(레이저 다이오드) 여기 Nd:YAG 레이저의 제2 고조파(파장 532nm) 또는 레이저 다이오드 여기 Nd:YVO4 레이저의 제2 고조파(파장 532nm)가 바람직하다. 이후의 설명은 고출력과 우수한 안정성 및 저소음 특성을 갖는 LD 여기 Nd:YVO4 레이저의 제2 고조파를 사용하는 경우에 대한 것이다.
레이저 발진기(3)로부터 진동된 레이저 광(2)은 셔터(3)로 온/오프 절환된다. 특히, 레이저 발진기(3)는 일정 출력에서 레이저 광(2)을 연속적으로 진동시킨 상태에 있고, 셔터(4)는 통상적으로는 오프되고 레이저 광(2)은 셔터(4)에 의해 차단된다. 이 셔터(3)는 레이저 광(2)이 조사되는 때에만 개방되고(온 상태) 레이저 광(2)이 출력된다. 여기용 레이저 다이오드를 온/오프로 절환함으로써 레이저 광을 온/오프하는 것이 가능하지만, 레이저 출력의 안정성을 확보하는 데에는 바람직하지 않다. 또한, 안전상의 관점에서, 레이저 광(2)의 조사를 정지하는 경우에는 셔터(4)를 닫을 수도 있다.
셔터(4)를 통과한 레이저 광(2)은 빔 확장기(5)에 의해 확대된 빔 직경을 갖고, EO 변조기(6)에 입사된다. EO 변조기의 손상 한계를 고려하여, 빔 직경은 EO 변조기의 유효 직경에 근접한 크기까지 빔 확장기에 의해서 확대된다. 레이저 발진기(3)로부터 발진된 레이저 광(2)의 빔 직경이 대략 2 mm이고, EO 변조기의 유효 직경이 대략 15 mm일 때, 빔 확장기(5)의 확대율은 대략 6배이다. 물론, 레이저 발진기(3)로부터의 레이저 광(2)을 직접 입사하여도 EO 변조기의 손상 한계가 충분한 경우에는, 빔 확장기(5)를 사용할 필요는 없다.
도2 및 도3에 도시된 바와 같이, EO 변조기(6)는 포켈스 셀(Pockels cell; 61)(이하, "결정"으로 칭함)과 편광 빔 스플리터(62)를 조합시켜 사용한다. 레이저 광(2)이 선형 편광 빔일 경우에, 도2에 도시된 바와 같이 전압 V1(일반적으로 0V의 전압)이 드라이버(도시 생략)를 통해 결정(61)에 인가될 때 결정(61)을 투과하는 레이저 광(2)의 편광 방향은 회전 없이 편광 빔 스플리터(62)에 S 편광으로서 입사되고 90도 편향되도록 설정된다. 특히, 이러한 상태에서, 레이저 광(2)이 90도 편향되어 출력되기 때문에, 하류의 광학계에는 입사되지 않고, 레이저 광(2)은 오프 상태이다.
다음에, 도3에 도시된 바와 같이, 결정(61)을 투과하는 레이저 광(2)의 90도 편향 방향의 회전을 일으킬 수 있는 전압 V2를 인가하여, 레이저 광(2)은 편광 빔 스플리터(62)에 P 편광으로서 입사되고, 레이저 광(2)은 편광 빔 스플리터(62)를 통해 직진 통과된다. 특히, 이러한 상태에서, 레이저 광(2)은 직진하여 하류의 광학계에 입사되고 레이저 광(2)은 온 상태이다. 또한, 도4에 도시된 바와 같이, 결정(61)에 인가되는 전압을 V1(일반적으로 0V)과 V2 사이로 조절함으로써, EO 변조기(6)를 투과하는 레이저 광(2)의 투과율을 T1(일반적으로 0)과 T2(최대 투과율, 특히 1) 사이에서 임의로 조절할 수 있다. 즉, EO 변조기(6)를 투과하는 레이저 광(2)의 투과율을 0과 1 사이에서 임의로 조절할 수 있다. 그러나, 여기서는 결정(61)과 편광 빔 스플리터(62)의 표면에 의한 반사나 흡수는 없다고 가정한다.
이 때문에, 도5에 도시된 바와 같이, EO 변조기(6)에 입사하는 레이저 광(2)의 출력(EO변조기로의 입력)은 일률적으로 P0이다. 결정(61)에 V1, V2, V3 및 V1 사이에서 단계적으로 전압을 인가함으로써, P2 및 P3의 단계적인 출력이 EO 변조기(6)로부터 얻어진다. 여기서, 출력 P2는 EO 변조기(6)로의 입력 P0 및 전압 V2를 인가할 때의 투과율 T2의 곱으로서 구해지고, P3은 P0 및 전압 V3를 인가할 때의 투과율 T3의 곱으로서 구해진다.
투과된 레이저 광(2)의 출력은 결정(61)에 인가되는 전압을 연속적으로 변화시킴으로써 연속적으로 변화할 수 있다. 그 결과, 시간에 따른 양호한 변화를 갖는 펄스 레이저 광(2)을 얻는 것이 가능하게 된다. EO 변조기(6)로서 포켈스 셀(61)과 편광 빔 스플리터(62)의 조합에 대해 설명했지만, 다양한 형식의 편광 빔 소자가 사용될 수 있다. 또한, 이후의 설명에서는, 결정(61)과 편광 빔 스플리터(62)(또는 각종 편광 빔 소자)의 조합을 "EO 변조기(6)"로 지칭한다.
EO 변조기 외에, AO(음향 광학) 변조기를 사용하는 것이 또한 가능하다. 그러나, 일반적으로 AO 변조기는 EO 변조기보다 낮은 구동 주파수를 갖고, 따라서 고속 상승 및 하강이 요구되고 펄스 폭이 작은 펄스 빔을 뽑아내는 경우에는 응용할 수 없다. 이러한 방법에서, EO 변조기(6) 및 AO 변조기 등의 변조기를 이용함으로써, 연속 발진 레이저 광으로부터 소정의 펄스 폭으로 소정의 파형(시간적 에너지 변화)을 갖는 펄스화된 레이저 광을 얻을 수 있다. 즉, 소정의 시간 변조가 수행 가능하다.
투과율 연속 가변 ND 필터(7)는 샘플(26)에 조사하는 레이저 광(2)의 출력을 조정하기 위한 것이므로, 연속적으로 투과율을 변화시킬 수 있는 것이 바람직하다. 또한 도1에서, 필터(7)는 EO 변조기(6) 뒤에 설치되나, 손상 한계가 충분히 높은 경우에, 필터(7)는 투과율이 변화될 때 편광의 방향이 회전되지 않거나 직선 편광이 붕괴되지 않으면 EO 변조기 앞에 위치될 수도 있다. 여기서는 도6에서 도시된 구성을 갖는 투과율 연속 가변 ND 필터(7)를 이용한다. 이것은 레이저 광(2)의 파장에 대하여 투명한 평판, 예를 들어 광축(73)에 수직인 평면(74)에 대칭적으로 위치된 석영 판(71, 72)을 갖는다. 대칭적 관계가 유지되는 동안 입사각을 변화시키고, 투과하는 레이저 광의 양을 변화시킨다.
직선 편광의 레이저 광(2)이 석영 판(71, 72)에 P 편광으로서 입사하도록 조정하면, 입사각과 계면에서의 반사율은 도7에서 도시된 바와 같이 변화한다. 투과율(T)은 계면에서의 반사율을 R로 할 때 T = 1 - R로 표현될 수 있다. 입사각이 브리스터 각(Brewster angle), 즉 석영 판(71, 72)의 굴절율을 N으로 하여 tan-1(N)으로 얻어진 각도에서는 반사율이 0, 즉, 투과율이 1이 된다. 입사각이 증가함에 따라, 반사율은 증가하고 투과율은 감소하고, 입사각이 90 도일 때, 반사율은 1이 되므로 투과율은 0이 된다.
따라서, 브리스터 각과 90도 사이에서 입사각을 변화시킴으로써, 임의의 반사율이 얻어진다. 도6에서 도시된 구성에서, 공기와 석영 사이에는 네 개의 계면이 있다. 그러므로, 전체 투과율(T)은 계면에서의 투과율의 4승이 되고, T4 = (1-R)4가 된다.
평판(석영 판)이 1장일 때에는 크기의 한계로 인해, 입사각이 90 도가 되는 것이 가능하지 않기 때문에, 현실적으로는 수 %의 투과율이 한계이다. 그러나, 석영과 공기 사이의 계면의 개수를 지수적으로 변화시킴으로써 낮은 투과율을 쉽게 달성할 수 있다. 도8에서 도시된 바와 같이, 석영 판(71, 71', 71", 72, 72', 72")을 3장으로 하는 구성에서는 12개의 계면이 있다. 결과적으로 투과율(T12)은 T12 = (1 - R)12이고 입사각을 극단적으로 크게 하지 않고도 효과적으로 투과율을 감소시킬 수 있다. 실제적으로, 입사각이 90 도가 되는 것은 불가능하지만, 석영 판의 크기를 충분히 크게 함으로써 0.05(5%) 정도의 투과율은 쉽게 얻어져, 투과율을 5 내지 100 % 사이에서 연속적으로 변화시킬 수 있다.
또한, 통상의 석영 판을 이용하는 경우에는 이면에서의 반사가 영향을 주는 경우가 있지만, 이는 석영 판의 일면 상에 반사 방지 코팅을 적용함으로써 해결될 수 있다. 또한, 복수의 석영 판을 이용하는 경우에는 인접한 석영 판으로부터의 반사가 영향을 주는 경우가 있지만, 이는 석영 판 사이의 간격을 층분히 증가시킴으로써 해결될 수 있다.
또한, 레이저 광(2)의 직경이 작은 경우에는, 투과율이 투명 기판의 평면에서 연속적으로 변화하도록 금속 박막 또는 유전체 다층 막을 형성한 ND 필터를 이용하는 것이 가능하다. 또한, 연속적으로 투과율이 변화하는 것이 가능하지 않은 경우, 상이한 투과율을 갖는 ND 필터를 순차적으로 절환함으로써, 또는 다양한 투과율을 갖는 다수의 ND 필터를 조합함으로써, 실질적으로 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 물론, 레이저 여기용 레이저 다이오드의 전류를 제어함으로써 레이저 출력을 조정하는 것이 가능하지만, 출력을 변경시킨 경우에는 출력이 안정될 때까지 일정 시간을 필요로하는 등의 문제가 있어 바람직하지 않다.
통상적으로, 기체 레이저 또는 고체 레이저는 도9에서 도시된 바와 같이 가우스형의 에너지 분포를 가지므로, 그대로 본 발명의 레이저 어널링에 이용될 수 없다. 발진기 출력이 충분히 크다면, 빔 직경을 충분히 넓게 하고 중심 부분의 비교적 균일한 부분만을 적출함으로써 균일한 에너지 분포를 달성할 수 있다. 그러나, 빔의 주변 부분을 제거하기 때문에 에너지의 대부분이 낭비된다.
이러한 결점을 해결하기 위하여, 가우스형의 분포를 균일한 분포로 변환하도록 빔 균질화기(8)를 사용한다. 도9에서 실시예로 도시된 바와 같이, 이는 로드 렌즈를 이차원으로 배열하여 구성된 플라이 아이 렌즈(fly eye lens, 81)와 볼록 렌즈(82)의 조합이다. 출력 빔은 균일한 분포를 갖는 빔으로 변환된다. 플라이 아이 렌즈(81) 이외에도, 실린더형 렌즈의 축이 직교하도록 조합시킨 두 개의 실린더형 렌즈 어레이와 볼록 렌즈를 조합함으로써 동일한 효과가 얻어진다.
빔 균질화기(8)로부터의 출력 빔을 실린더형 렌즈(9)에 의해 일 방향으로만 집광함으로써, 균일한 에너지 분포의 선형 빔(그러나, 폭 방향으로는 가우스 분포를 가짐)을 최종적으로 직사각형 슬릿면에서 얻을 수 있다. 균일한 에너지 분포를 갖는 선형 빔을 형성하도록, 플라이 아이 렌즈(81)(또는, 실린더형 렌즈 어레이의 조합), 볼록 렌즈(82) 및 실린더형 렌즈(9)로 구성된 것을 빔 균질화기로 이용할 수도 있다.
한편, 복수개의 플라이 아이 렌즈의 배치 또는 실린더형 렌즈 어레이의 배치에 의해, 직사각형 또는 선형으로 집광하는 구성으로 할 수도 있다. 요점은, 가우스형 분포를 갖는 레이저 광을 균일한 에너지 밀도 분포를 갖는 직사각형 또는 선형 빔으로 변환시킬 수 있으면 된다.
또한, 도10에 도시된 바와 같이, 레이저 광(2)을 렌즈(84)로 집광하여 중공 튜브(85) 내로 입사시키고, 튜브(85) 내에서 다중 반사시킴으로써 출력 분포를 균일하게 형성하는 카레이도스코프를 사용하는 것이 또한 가능하다. 이 경우에, 레이저 광(2)의 입사측은 원형이고 출사측은 직사각형 또는 선형이 되도록, 내부에서 연속적으로 변화시킴으로써 균일한 에너지 밀도 분포를 갖는 직사각형 또는 선형 레이저 광(2)이 얻어진다. 달리, 복수의 광으로 레이저 광(2)을 분할하고 각각을 중첩시키는 프리즘을 사용할 수도 있다.
필요에 따라 잉여 부분은 얻어진 직사각형 또는 선형 빔으로부터, 도11에서 도시된 바와 같이, 전동 직사각형 슬릿(15)으로 제거하여, 필요한 치수의 직사각형 또는 선형으로 성형한다. 잉여 부분이 조사되어도 문제가 없다면, 전동 직사각형 슬릿(15)을 해방시켜 레이저 광(2)의 전부를 통과시킬 수도 있다. 이러한 레이저 광(2)을 대물 렌즈(25)로 샘플(26)의 표면에 투영하도록 조사한다. 대물 렌즈(25)의 배율을 M으로 하면, 전동 직사각형 슬릿(15)의 화상 또는 전동 직사각형 슬릿(15)의 표면에서의 레이저 광(2)의 크기는 배율의 역수, 즉 1/M이다.
그러나, 비록 전동 직사각형 슬릿(15)을 통과하는 레이저가 균일한 에너지 분포를 갖고, 통상의 YVO4 레이저 광과 같은 간섭성을 갖는 레이저 광(2)을 직사각형 슬릿(15)에 의해 직사각형으로 성형하여 샘플(26)의 표면에 조사하라도, 직사각형 슬릿(15)의 가장자리에서의 회절의 영향으로 레이저 광(2)의 파장과 대물 렌즈(25)의 NA로 정해지는 간섭 패턴이 발생하여, 도12에서 도시된 바와 같이 분포는 불균일하게 된다. 게다가, 에너지 밀도가 균일한 부분도 간섭의 영향으로 얼룩 패턴(speckle pattern)이 발생한다.
이러한 불균일을 제거하기 위해서, 확산판(13)을 광 경로 중에 삽입한다. 이 확산판(13)은 표면에 1000 내지 2000 메쉬의 불규칙한 요철을 갖는 석영 기판으로 형성된다. 단순히 확산판(13)을 삽입한 것만으로는 효과가 없지만, 확산판(13)을 고속 회전 구동 장치(12)에 의해 고속으로 회전시키면, 레이저 광(2)이 시간적으로 불규칙한 방향으로 확산되고, 샘플(26)의 표면에 도착하기까지의 광 경로의 길이 및 진행 방향은 불규칙하게 변화된다.
레이저 광(2)은 레이저 광(2)의 1 펄스분의 조사가 종료되기까지 여러 방향으로 확산된다. 따라서, 샘플의 표면에 도달하기까지의 광 경로의 길이가 변화되므로, 결과적으로 간섭의 영향으로 발생하는 에너지 밀도의 불균일이 상쇄되고 간섭이 감소된다. 따라서, 도12에서 파선에 의해 도시된 바와 같이, 기하학적으로 균일한 에너지 밀도 분포를 갖는 투영 화상이 얻어진다.
조사되는 레이저 광(2)의 펄스 폭이 10 마이크로초이고 확산판(13)의 중심으로부터 50mm 떨어진 부분을 레이저 광이 투과한다고 가정하면, 확산판(13)을 분당 6000 회전의 속도로 회전시킴으로써, 1 펄스 조사하는 사이에 확산판(13)은 300 미크론 이동한다. 1000 내지 2000 메쉬 판을 확산판(13)으로서 이용하면, 8 내지 16 미크론 주기의 불규칙한 요철이 형성된다. 투과하는 레이저 광의 각 부분이 평균적으로 20개 또는 그 이상의 요철을 통과하기 때문에, 간섭의 영향을 충분히 제거할 수 있어 레이저 광의 간섭성은 감소된다.
또한, 목적에 따라서는, 균일한 에너지 밀도 분포보다 특정의 에너지 밀도 분포, 예를 들어, 선형 빔의 횡방향으로 경사를 갖는 분포 또는 선형으로 형성된 빔의 폭방향으로 중심부의 에너지 밀도가 낮으며 주변부에서 높은 분포를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이런 경우에, 전동 직사각형 슬릿(15)의 광 경로 중에 특정 투과율 분포를 갖는 필터(14)를 삽입함으로써 목적을 달성할 수 있다.
마찬가지로, 위상 판(예를 들어, 위상이 0, π/2 라디안, π 라디안, 3π/2 라디안씩 변화하는 두꺼운 SiO2 막의 불규칙한 스폿으로 형성된 유리 기판)을 확산판 대신에 사용하여 확산판과 마찬가지로 고속 회전시킬 수도 있다. 달리, 도1에서 도시된 구성 중에서 레이저 광을 90도만큼 구부리기 위한 미러(150 또는 151)에 진동 소자를 장착하고, 고주파수로 진동시키거나, 바람직하게는 레이저 광이 조사되는 시간(펄스 폭에 상응)에 동기된 주파수에서 진동시킴으로써, 레이저 광(2)의 광 경로의 길이가 변화되고 간섭의 영향이 제거될 수 있다.
샘플(26)에 레이저 광(2)을 조사하기 위해서, 스테이지(28)를 XY 평면 내에서 구동하면서 레이저 광(2)을 소정의 위치에 펄스적으로 조사한다. 그러나, 샘플(26)의 표면 요철 또는 굴곡에 의한 초점 위치로부터의 변위가 발생하면, 에너지 밀도의 변화 및 조사 형상의 열화가 발생하므로 목적을 달성할 수 없다. 이러한 이유로, 항상 초점 위치에서 조사할 수 있도록, 자동 초점 광학계(24)에 의해 초점 위치를 검출하고, 초점 위치로부터 벗어나는 경우에는 Z 방향(높이 방향)으로 스테이지(28)를 구동하여 항상 초점 위치에 있도록 제어한다.
레이저 광(2)으로 조사하는 샘플(26)의 표면은 조명 광원(18)으로부터의 입사 조명에 의해 CCD 카메라(19)로 촬영되고 모니터(22)로 관찰될 수 있다. 레이저 조사 동안 관찰하는 경우에는, 레이저 커트 필터(20)가 CCD 카메라(19) 앞에 삽입되어, 샘플(26)의 표면에서 반사된 레이저 광에 의해 CCD 카메라(19)가 헐레이션(halation)을 일으키거나 손상 받는 것을 방지한다.
샘플(26)을 조사하는 레이저 광(2)의 출력을 측정하기 위한 파워 미터(power meter; 29) 및 에너지 밀도 분포를 측정하기 위한 빔 프로파일러(30)가 스테이지(28)상에 배치된다. 필요하다면, 스테이지(28)를 이동시키고 상기 파워 미터(29) 또는 빔 프로파일러(30)의 수광부를 대물 렌즈(28)의 바로 아래 또는 대물 렌즈(25)로부터 떨어진 상태로 광축에 위치 설정함으로써, 레이저 출력 및 에너지 분포(프로파일)를 측정할 수 있다.
빔 프로파일의 측정에 있어서는, 수광부의 손상 한계가 작기 때문에, 에너지 밀도 분포가 변하지 않도록 감쇠시킬 필요가 있다. 이러한 이유로, 감쇠 필터(도시되지 않음)가 광 경로 중에 삽입될 수 있다. 복수개의 감쇠 필터가 삽입되는 경우에는, 필터들 사이에서 반사광이 재반사되어 투과광과 겹쳐, 프로파일을 어지럽히는 경우가 있다. 따라서, 필터를 광축에 수직으로 삽입하는 것이 아니라, 광축에 수직인 면에 대하여 기울어지게 하고 필터들 사이의 간격을 크게 할 수도 있다.
샘플(26)의 정렬에 대하여는, 대물 렌즈(25) 및 CCD 카메라(19)로 샘플(26) 상에 형성된 정렬 마크 또는 특정 패턴을 복수의 위치에서 촬상하고, 화상 처리 장치(도시되지 않음)에 의해 각각 처리한다. 정렬 마크의 중심 위치를 검출하고, 스테이지(28)를 이동시켜 XYθ 3축에 대하여 정렬할 수 있다.
도1에서, 단일 대물 렌즈(25)가 도시되지만, 복수개의 대물 렌즈를 전동 리볼버 상에 설치하고, 제어 장치(31)로부터의 신호에 따라 렌즈를 절환함으로써 공정에 따른 최적의 대물 렌즈를 사용할 수 있다. 즉, 샘플(26)을 로딩할 때의 대충의 정렬, 필요할 때의 완벽한 정렬, 레이저 어닐링 처리, 처리 후의 관찰, 후술하는 정렬 마크의 형성 등에 각각 적절한 대물 렌즈를 사용할 수 있다. 물론, 정렬에 다른 광학계(렌즈, 촬상 장치 및 조명 장치)를 설정할 수 있지만, 레이저 어닐링을 위한 광학계를 정렬 광학계와 겸용함으로써, 동일한 광축에서의 검출에 의해 정렬 정밀도가 향상될 수 있다.
이하에서는, 전술한 본 발명의 레이저 어닐링 장치를 이용하여 수행되는 본 발명의 일 실시예인 레이저 어닐링 방법을 도13을 이용하여 설명한다. 도13a에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘 박막이 그들 사이에서 절연 박막(102)을 갖는 유리 기판(101)의 주면 상에 형성되고, 엑시머 레이저 광을 전체 면에 주사함으로써 다결정 실리콘 박막(103)으로 결정화된 다결정 실리콘 박막 기판(100)을 샘플(26)로서 이용한다. 절연 박막(102)은 SiO2, SiN 또는 이들의 복합막이다. 다결정 실리콘 박막 기판(100)을 스테이지(28) 상에 위치시킨다.
이러한 다결정 실리콘 박막 기판(100)에는 도13a에서 도시된 바와 같이, 두 위치에 정렬 마크(104, 104')가 형성된다. 이러한 정렬 마크(104, 104')는 통상 포토 에칭 기술로 형성되지만, 단지 이러한 목적을 위해 포토 레지스트 공정을 수행하는 것은 매우 낭비적이다. 이러한 이유에서, 레이저 어닐링에 이용되는 레이저 광(2)을 전동 직사각형 슬릿(15)으로, 예컨대 수평 및 수직 직사각형으로 순차 성형하여 다결정 실리콘 박막을 제거함으로써, 십자형 마크를 정렬 마크(104, 104')로서 형성할 수 있다. 이러한 경우에, 당연히 에너지 밀도는 어닐링을 수행하는 경우보다 더 높게 설정된다.
정렬 마크(104, 104')에 기초하여 설계한 좌표에 따라, 도13b에서 도시된 바와 같이 스테이지(28) 또는 광학계를 이동시키면서, EO 변조기(6)에 의해 임의의 펄스 파형을 갖고 균질화기(8) 및 필터(14)에 의해 원하는 에너지 분포를 가지며, 고속 회전하는 확산판(13)을 투과시킴으로써 간섭성을 상실한 어닐링용 레이저 광(105)을 대물 렌즈(25)로 집광 조사한다.
조사 영역은, 예컨대 각각의 화소를 구동시키기 위한 드라이버 회로를 형성하는 부분이다. 필요에 따라 다결정 실리콘 박막 기판(100)을 상대적으로 이동시키면서 여러번 앞뒤로 왕복시키고, 필요한 부분만을 순차적으로 조사한다. 장치의 구성에 따라서, 광학계를 이동시킴으로써 상대적인 주사를 실시할 수도 있다.
특히, 도21a에 도시된 바와 같은 에너지 밀도 분포를 갖는 레이저 광(105)을 조사한다. 횡방향 에너지 밀도 분포는 도21b에 도시된 바와 같이 경사지고, 주사방향으로 에너지 밀도가 커진다. 또한, 종방향 에너지 밀도 분포는 도21c에 도시된 바와 같이 일정한 에너지 밀도 분포가 된다. 또한, 펄스 파형은 도21d와 같은 파형이 되어, 초기 일정 시간 동안은 일정한 에너지를 가진 후에 직선적으로 감소한다.
조사 영역의 크기는 예컨대, 500 마이크로미터 × 20 마이크로미터의 직사각형으로 설정된다. 이러한 크기는 레이저 발진기(3)의 출력에 의해 결정된다. 충분히 높은 출력으로 발진되는 것이 가능하다면, 더 큰 영역이 조사될 수 있다. 도21b에 도시된 바와 같은 횡방향 에너지 밀도는 주사방향으로 전방측이 에너지 밀도가 대변측에 비해 20% 크게 직선적으로 변화하도록 설정된다.
또한, 도21d에 도시된 바와 같이, 레이저 광(105)의 조사 시간(펄스 폭)은 처음 10 마이크로초 동안 일정한 에너지를 갖고, 그 후에 다음 5 마이크로초 동안 직선적으로 감소하도록 설정된다. 다결정 실리콘 박막 기판(100)을 초당 100 mm의 속도로 상대적으로 이동시키면서, 레이저 광을 25 마이크로미터 피치로 조사한다. 이에 따라, 500 마이크로미터 × 20 마이크로미터의 레이저 조사 영역(위에서 설명한 15 마이크로초의 레이저 조사 시간 동안 이동된 거리를 고려하면, 보다 엄격하게는 500 마이크로미터 × 21.5 마이크로미터의 레이저 조사 영역)이 25 마이크로미터 피치로 형성된다.
정확하게 25 마이크로미터의 피치로 레이저 광(105)을 조사하기 위해서는, 스테이지(28) 또는 다결정 실리콘 박막 기판(100)의 이동 거리를 검출하고, 25 마이크로미터 이동할 때마다 EO 변조기를 구동시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 다결정 박막 기판(100)이 배치된 스테이지(28) 상에 리니어 엔코더 또는 리니어 스케일(도시되지 않음)과 같은 거리 측정 장치를 설치하거나, 스테이지(28)의 구동 축 상에 로터리 엔코더를 설치할 수 있다. 25 마이크로미터의 이동에 상응하는 엔코더 출력 펄스를 계산하고, EO 변조기를 구동시키는 트리거 신호를 발생시킬 수 있다.
이러한 시스템에서는, 스테이지(28)의 속도가 다소 변동하더라도 정확하게 25 마이크로미터 피치를 조사할 수 있다. 물론, 레이저 광(105)이 조사되는 동안, 스테이지(28)는 일정한 속도로 이동하는 것이 바람직하다. 일정한 속도로 이동하는 경우에, EO 변조기는 일정한 시간 간격(위에서 설명된 경우에는 250 마이크로초 간격)으로 구동될 수도 있다. 그러나 스테이지(28)의 속도 변동 및 불균일을 고려하면, 이동 거리를 검출하는 시스템을 갖는 것이 보다 바람직하다는 것은 명확하다.
도15에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘 박막(103)이 본 실시예에서 엑시머 레이저로 어닐링된 기판으로서 사용된다. 엑시머 레이저로 어닐링함으로써 얻어진 다결정 실리콘 박막(103)은 1 미크론(수백 나노미터) 이하의 결정립 크기를 가지는 미세 결정립(120, 121)의 집합체이다. 도면에 도시된 영역에 레이저 광을 조사하면, 레이저 조사 영역 외부의 미세 결정립(120)은 현 상태를 유지하지만, 레이저 조사 영역 내부의 미세 결정립(예컨대, 결정립(121))은 용융된다.
그 후, 레이저 에너지의 감소 또는 조사의 정지에 의해, 용융된 실리콘은 온도 구배를 따라 저온측으로부터 고온측으로 성장하며 종자 결정과 동일한 결정 방위를 가지는 결정을 형성하는데, 여기서 종자 결정은 용융 영역의 주변에 잔류하고 있는 결정립이다. 이 시기에 결정립의 성장 속도는 결정 방위에 따라서 다르기 때문에, 최종적으로는 가장 성장 속도가 빠른 결정 방위를 가지는 결정립만이 남게 된다. 구체적으로, 도16에 도시된 바와 같이, 느린 성장 속도의 결정 방위를 가지는 결정립(122)은 빠른 성장 속도의 결정 방위를 가지는 주변 결정립의 성장에 의해 억제되고, 결정 성장은 정지된다.
또한, 중간 성장 속도의 결정 방위를 가지는 결정립(123 및 124)은 성장을 계속하지만, 빠른 성장 속도의 결정립의 성장에 의해 억제되고 오래가지 않아서 성장이 정지한다. 최종적으로, 가장 빠른 성장 속도의 결정 방위를 가지는 결정립(125, 126, 127)만이 성장을 계속한다. 마지막까지 성장을 계속하는 이러한 결정립(125, 126, 127)은 엄밀한 의미에서는 독립적인 결정립이지만, 대부분 동일한 결정 방위를 가진다. 따라서, 용융 재결정된 부분은 사실상 단결정으로 간주할 수 있다.
상기 논의된 바와 같이 레이저 광을 다결정 실리콘 박막(103)상에 조사함으로써, 도13c에 도시된 바와 같이 다결정 실리콘 박막(103) 중의 레이저 광(105)에 의해 조사된 부분만이 섬 모양으로 어닐링되어, 특정 결정 방위를 가지는 결정립만이 성장하며, 엄밀한 의미로는 다결정 상태이지만, 거의 단결정에 가까운 성질을 가지는 영역(106)이 형성된다. 특히, 결정립 경계를 횡단하지 않는 방향에 있어서는 실질적으로 단결정으로 고려될 수 있다.
다결정 실리콘 박막 기판(100)을 상대적으로 주사하면서 이러한 절차를 반복하고 어닐링을 필요로 하는 부분에 순차적으로 레이저(105)를 조사함으로써, 구동 회로의 트랜지스터를 형성하는 영역을 모두 거의 단결정에 가까운 성질을 가지는 영역(106)으로 변환시킬 수 있다. 또한, 도16에 도시된 바와 같이 거의 단결정에 가까운 성질을 가지는 영역(106) 내에서 결정립은 일정한 방향으로 성장하기 때문에, 트랜지스터를 형성할 때 전류가 흐르는 방향과 결정립의 성장 방향을 일치시킴으로써 결정립 경계를 횡단하는 전류의 흐름을 피할 수 있다.
결정립의 성장 방향은 조사된 레이저 광(105)의 에너지 밀도 분포 및 레이저 광의 주사 방향(실제적으로는, 스테이지의 주사 방향)에 의해서 제어될 수 있다. 구체적으로, 도21b에 도시된 바와 같이, 에너지 밀도 분포에 경사가 있는 경우, 결정립은 에너지 밀도가 낮은 부분(저온 측)으로부터 재결정화되기 시작하고 에너지 밀도가 높은 부분(고온 측)을 향해 성장한다.
또한, 레이저 광(105)의 주사로 인해, 조사 영역의 외부 부분으로부터 온도가 강하하고 재결정화가 시작되며, 결정은 레이저 광의 주사 방향으로 성장한다. 본 실시예에 의하면, 폭방향으로는 엑시머 레이저에 의한 어닐링으로부터 얻어진 결정립 크기 1 마이크로미터보다 크게 성장하고, 길이 방향으로는 10 마이크로미터 이상으로 성장하는 결정립이 얻어진다.
또한, 도19에 도시된 바와 같이 레이저 조사 영역(301) 중에서, 빠른 성장 속도의 결정립으로만 구성된 부분이 구동용 트랜지스터의 능동층(활성 영역)(302, 303)이 되도록 위치 설정될 수도 있다. 불순물 확산 공정 및 포토 에칭 공정을 통하여, 활성 영역(302, 303)의 외부를 제거한다. 도20에 도시된 바와 같은 포토 에칭 공정에 의해, 게이트 절연막 위의 게이트 전극(305), 오옴의 접속을 갖는 소스 전극(306) 및 드레인 전극(307)을 형성하여, 트랜지스터가 완성된다. 결정립 경계(304, 304')가 활성 영역(303) 내에 존재한다. 그렇지만, 소스 전극(306)과 드레인 전극(307) 사이에 전류가 흐르기 때문에, 전류는 결정립 경계(304, 304')를 횡단하지 않으며, 단결정으로 구성된 경우와 실질적으로 등가인 이동도가 얻어진다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 어닐링에 의해 용융 재결정된 부분에 대해서 전류의 흐름을 결정립 경계를 가로지르지 않는 방향과 일치시킴으로써, 그 이동도는 단지 엑시머 레이저에 의한 어닐링만을 거쳤던 다결정 실리콘 박막(103)보다 2배 이상 개선될 수 있다. 이러한 이동도는 고속으로 구동할 수 있는 액정 드라이버 회로를 형성하기에 충분한 수치이다.
한편, 화소 절환용 트랜지스터는 엑시머 레이저에 의한 어닐링만을 거쳤던 다결정 실리콘 박막(103)의 영역 내에 형성된다. 엑시머 레이저로 어닐링함으로써 얻어진 다결정 막 내에서 결정립들은 미세하며 임의의 방향성을 가지기 때문에, 본 발명의 레이저 어닐링으로 얻어진 결정립과 비교해서 그 이동도가 낮지만, 화소 절환용 트랜지스터로 사용되기에는 충분하다.
경우에 따라서는, 비정질 실리콘 막이 화소 절환용 트랜지스터로서 사용되기에 충분하기도 하다. 그러한 경우, 엑시머 레이저에 의한 어닐링은 구동 회로를 형성하기 위한 부분만으로 한정되고, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 방법은 그 후에 수행될 수 있다.
상기 논의된 절차는 도24 및 도25에 도시된 플로우차트에서 종합된다. 구체적으로, 절연 막 형성 및 a-Si 막 형성을 기판상에 실시하고, 엑시머 레이저 어닐링 후에, 구동 회로를 형성하기 위한 부분에 대해서만 본 발명에 따른 레이저 어닐링을 실시한다.
본 발명에 따른 레이저 어닐링을 보다 상세하게 설명하기 위해서, 도25에 도시된 절차에 의한 엑시머 레이저 어닐링을 거친 기판을 본 발명의 레이저 어닐링 장치에 탑재하고, 예비 정렬을 기판 에지 또는 코너부에서 수행하고, 레이저 가공에 의해 정렬 마크를 형성한다. 정렬 마크를 검출하고 정렬(미세 정렬)을 수행한 후에, 설계 데이터에 따라 구동 회로를 형성하는 부분에 대해서만 레이저 어닐링을 실시한다. 기판이 레이저 어닐링 장치에 탑재되는 시점에서, 포토 레지스트 공정에 의해 정렬 마크가 형성되어 있는 경우에는, 예비 정렬 및 정렬 마크 형성의 공정은 불필요하다. 원하는 영역이 전부 어닐링될 때까지 반복한 후에 기판을 반출한다.
그 후, 도24의 플로우차트에 도시된 바와 같이, 정렬 마크(104, 104') 또는 정렬 마크(104, 104')로부터 계산된 원점 좌표를 기초로 포토 에칭 공정을 통해, 다결정 실리콘 막의 필요한 부분에만 섬 모양을 남긴다. 그 후, 포토 레지스트 공정에 의해 게이트 절연 막 형성 및 게이트 전극 형성을 실시하고, 그 후 불순물 확산 및 확산 불순물의 활성화를 수행한다.
그 후, 중간 절연 막 형성, 소스 및 드레인 전극 형성, 보호막(패시베이션 막) 형성 등과 같은 포토 레지스트 공정을 통해, 도14a에 도시된 바와 같이 구동 회로(107, 107') 및 화소(109)가 다결정 실리콘 박막 기판(100) 상에 형성되고, TFT 기판이 완성된다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 어닐링을 실시한 후에, 정렬 마크(104, 104')는 하나 이상의 포토 레지스트 공정에서 위치 설정을 위해 사용된다. 그 후, 새롭게 형성된 정렬 마크가 전술된 포토 레지스트 공정에서 사용될 수 있다.
그 후, 배향막 형성 및 러빙 등의 공정을 거친 TFT 기판 상에 도14b에 도시된 바와 같은 컬러 필터(109)를 배치하고 액정 재료를 내부에 봉입하는 LCD 공정(패널 공정) 및 도14c에 도시된 바와 같이 백라이트(도시 안됨) 등과 함께 샤시(110) 내에 배치하기 위한 모듈 공정을 통하여, 고속 드라이버 회로를 가지는 액정 디스플레이 장치가 완성된다.
본 발명에 따른 레이저 어닐링을 적용하여 제조된 액정 디스플레이 장치를 포함하는 제품의 예로서는, 도26a에 도시된 바와 같은 액정 텔레비전(401)의 디스플레이부, 도26b에 도시된 바와 같은 휴대 전화(402)의 디스플레이부, 또는 도26c에 도시된 바와 같은 노트북 컴퓨터(403)의 디스플레이부 외에도, 휴대용 게임기의 디스플레이부, 자동차 계기판 내에 포함된 각종 계량기의 디스플레이부 등이 있다.
다음으로, 도17을 이용하여 본 발명의 레이저 어닐링 장치의 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예는 복수의 패널(200, 200', 200")을 얻을 수 있는 대형 기판(201)이 설치된 스테이지(202), 레이저 조사 광학계를 가진 복수의 광학 렌즈 통(203', 203"), 상기 광학 렌즈 통의 각각의 위치를 독립적으로 조정하기 위한 조정 스테이지(204)(광학 렌즈 통(203', 203")을 위한 조정 스테이지는 도시 안됨), 및 상기 조정 스테이지(204)를 유지하기 위한 선반(205)(본 도면에서는 부분적으로 도시됨)을 포함한다.
도18에 도시된 바와 같이, 레이저 발진기(210), 셔터(211), 빔 확장기(212), EO 변조기(213), 빔 균질화기(214), 고속 회전 확산판(215), 직사각형 슬릿(216), 대물 렌즈(217), CCD 카메라(218) 및 원하는 에너지 밀도 분포를 얻기 위한 필터(219)를 포함하는 레이저 조사 광학계가 광학 렌즈 통(203) 내부에 내장된다. 또한, 관찰용 조명 장치, 참조 광용 광원 장치, 관찰용 모니터, 확산판용 고속 회전 기구, 자동 초점 광학계, 화상 처리 장치, 제어 장치 등이 도18에서는 생략되었지만, 기본적으로는 도1에 도시된 구성을 가진다.
각 부분의 기능은 도1에 도시된 레이저 어닐링 장치와 동일하며 여기서는 상세하게 다루지 않는다. 다른 점으로는, 복수의 그룹(도17에서는 3개의 그룹)의 레이저 조사 광학계가 각각 개별적인 광학 렌즈 통(203, 203', 203")에 내장되고, 각각이 XYZ 방향으로 독립적으로 이동될 수 있는 조정 스테이지(204) 상에 고정되고, 각 광학 렌즈 통(203, 203', 203")이 각 패널 상의 동일한 위치에 레이저 광을 조사할 수 있도록 위치의 조정이 가능하고, 레이저 어닐링이 동시에 복수의 위치에 대해 수행될 수 있다는 점이 있다. 전술된 레이저 어닐링 장치에 의한 레이저 어닐링 방법이 다음에 설명된다. 도13a에 도시된 바와 같이, 사용되는 기판(201)은 다결정 실리콘 박막 기판(100)과 동일한 구성을 가지는 기판으로서, 그 사이에 절연 박막(102)을 구비하면서 비정질 실리콘 박막이 유리 기판(101)의 주 표면상에 형성되고, 비정질 실리콘 박막(103)은 전체 표면에 걸쳐 엑시머 레이저를 주사함으로써 재결정된다. 절연 박막(102)은 SiO2, SiN, 또는 이들의 복합막이다. 복수의 패널이 다결정 실리콘 박막 기판(201) 상에 형성될 수 있다(도17에서는 1개의 기판 상에 3개의 패널이 형성된다).
기판(201)은 스테이지(202) 상에 장착된다. 다결정 실리콘 박막 기판(201) 상에는 각 패널(200, 200', 200")이 형성되는 영역 내의 복수의 위치에 정렬 마크(도시 안됨)가 형성된다. 이러한 정렬 마크는 통상적으로 포토 에칭 기술에 의해 형성되지만, 이러한 목적을 위해서만 포토 레지스트 공정을 수행하는 것은 낭비적이다.
이 때문에, 다결정 실리콘 박막 기판(201)의 코너부를 검출하고, 대충 정렬 실시한 후에, 1개의 광학 렌즈 통(예컨대 203)으로부터 레이저 어닐링에 사용되는 레이저 광을 예컨대, 수직 및 수평 직사각형상의 슬릿에 의해 형성하고, 다결정 실리콘 박막을 제거함으로써, 십자형 마크가 정렬 마크로서 각 패널(200, 200', 200") 상의 복수의 위치에 순차적으로 형성된다. 또는, 각각의 광학 렌즈 통(203, 203', 203")을 미리 설정한 기준 위치에 위치 설정한 후, 십자형 마크가 정렬 마크로서 각 패널(203, 203', 203")의 복수의 위치에 형성된다.
다음에, 1개의 광학 렌즈 통(예컨대 203)의 CCD 카메라에 의해 2군데의 정렬 마크를 순차적으로 촬상하고, 그 중심 위치를 검출하고, 정렬 마크를 기준으로 설계 좌표에 따라 XYθ 3축으로 스테이지(202)를 이동시킴으로써, 기판(201)의 미세 정렬을 실시한다. 또한, 어닐링을 수행하기 위한 광학 렌즈 통의 CCD 카메라가 정렬 마크의 검출에 사용되지만, 정렬용 광학계를 다른 방법으로 설치할 수도 있다. 이러한 경우, 단일 광학계에 의해 복수의 정렬 마크를 순차적으로 검출할 수도 있고, 복수의 광학계에 의해 복수의 정렬 마크를 동시에 검출할 수도 있다.
그 다음에, 설계상의 좌표에 따라, 각 패널(200, 200', 200")의 정렬 마크 중 각 1군데가 각 광학 렌즈 통의 시야 내로 들어오도록 스테이지(202)를 이동시킨다. 각 광학 렌즈 통(203, 203', 203")의 CCD 카메라(218)로 정렬 마크를 촬상하고, 그 중심이 시야의 중앙과 일치하도록 각 광학 렌즈 통(203, 203', 203")의 조정 스테이지(204)로 조정한다. 이로 인해, 각각의 광학 렌즈 통(203, 203', 203")의 위치는 기판(201) 상에 형성된 패널(200, 200', 200") 상의 동일한 장소를 조사하도록 조정된다.
그 후에, 상기 논의된 설계 데이터에 따라 각 패널(200, 200', 200")의 구동 회로의 능동층(활성 영역)이 형성되는 부분만 레이저 광을 조사하고 어닐링한다.
상기 논의된 바와 같이, 조사되는 레이저 광은 EO 변조기(213)에 의해 임의의 펄스 파형을 가지고, 균질화기(214) 및 필요에 따라 투과용 필터에 의해 원하는 에너지 밀도 분포를 가지고, 고속 회전 확산판(215)을 투과함으로써 확산되고, 간섭성을 상실하며, 직사각형 슬릿(216)에 의해 직사각형으로 성형되고, 대물 렌즈(217)에 의해 집광 조사된다. 필요에 따라, 균질화기(214)로부터의 출력은 직사각형 또는 선형 빔으로 형성되도록 구성될 수 있다.
레이저 광에 의해 조사되는 영역은, 예컨대, 각 화소를 구동하기 위한 드라이버 회로를 형성하기 위한 부분이다. 스테이지(202)를 구동시키고 다결정 실리콘 박막 기판(201)을 주사하면서, 필요한 부분만을 순차적으로 조사한다. 이때, 각 광학 렌즈 통(203, 203', 203")은 자동 초점 기구(도시 안됨)에 의해 각 광학 렌즈 통(203, 203', 203")을 장착하고 있는 조정 스테이지(204)를 Z 방향으로 각각 독립적으로 구동하여, 모든 대물 렌즈가 기판(201)의 표면에 대해 일정한 물리적인 관계를 갖도록 제어된다.
많은 수의 소형 패널이 단일 기판 상에 정렬되는 경우, 몇 개의 패널마다 어닐링을 수행하고, 1개 패널의 거리만큼 이동한 뒤, 어닐링 절차를 재차 반복함으로써 모든 패널에 대해 어닐링을 실시할 수 있다. 구체적으로, 도22a에 도시된 바와 같이, 9열의 패널이 기판(251)상에 형성되고 3개의 광학 렌즈 통에 의해 어닐되는 경우에 대해 설명한다.
3개의 광학 렌즈 통(250, 205', 250")으로 기판(251)의 우측으로부터 3열마다 어닐링을 실시한다. 1열째, 4열째 및 7열째의 패널에 어닐링이 종료되고 용융 재결정 영역(252, 252', 252")이 형성되면, 도22b에 도시된 바와 같이, 기판(251)을 1열만큼 우측으로 이동시키거나, 광학 렌즈 통(250, 205', 250")의 세트를 1열만큼 좌측으로 이동시키고, 2열째, 5열째 및 8열째의 패널에 어닐링을 실시한다.
동일한 방식으로 1 개 패널의 거리만큼 더 이동시킨 후에, 3열째, 6열째 및 9열째의 패널에 어닐링을 실시하고 기판(251)의 어닐링이 종료된다. 필요에 따라, 도시된 주사 방향에 대해 직각으로 주사하는 경우에는, 기판(251)을 90도 회전할 수도 있고, 레이저 광의 폭 방향과 길이 방향을 바꿈으로써, 주사 방향을 바꿀 수 있다.
주사 방향을 바꾸는 경우, 도23a에 도시된 바와 같이, 1행째의 패널을 각각의 광학 렌즈 통(250, 250', 250")에 의해 기판(251)의 우측으로부터 3 패널씩 어닐링하여, 용융 재결정 영역(254, 254', 254")을 형성한다. 다음에, 도23b에 도시된 바와 같이, 주사 방향에 수직한 방향으로 1개 패널의 거리만큼 스테이지 또는 광학 렌즈 통을 이동시키고, 2행째의 패널을 3개 패널씩 어닐링한다. 이러한 절차를 필요한 회수만큼 반복하여, 모든 패널을 어닐링하고, 그 후 공정을 종료한다.
도15로 설명한 바와 같이, 기판(201) 상에 형성된 다결정 실리콘 막은 1 미크론 이하(수백 나노미터)의 미세 결정립의 집합체이다. 레이저가 이러한 미세 결정립 집합체 상에 조사되면, 레이저 조사 영역 외부의 미세 결정립은 그대로 남지만, 레이저 조사 영역 내부의 미세 결정립은 용융된다. 그 후, 용융된 실리콘 막은, 용융된 영역의 주연부의 잔여 결정립을 종자 결정으로서, 종자 결정의 결정 방위와 같은 결정이 성장한다.
이 시기의 결정립의 성장 속도는 결정 방위에 따라 다르기 때문에, 최종적으로는 가장 빠른 성장 속도의 결정 방위를 가지는 결정립만이 남는다. 구체적으로, 도16에 도시된 바와 같이, 느린 성장 속도의 결정 방위를 가지는 결정립(122)은 빠른 성장 속도의 결정 방위를 가지는 결정립의 성장에 의해 억제되고, 그 결정 성장은 정지된다. 또한, 중간 성장 속도의 결정 방위를 가지는 결정립(123, 124)은 성장을 계속하지만, 빠른 성장 속도의 결정립(125, 126 및 127)의 성장에 의해 억제되고 머지 않아 성장이 정지한다. 최종적으로는, 빠른 성장 속도의 결정 방위를 가지는 결정립(125, 126 및 127)만이 성장을 계속한다.
마지막까지 성장을 계속하는 상기 결정립(125, 126 및 127)은 엄밀한 의미에서는 독립적인 결정립이지만, 거의 동일한 결정 방위를 가진다. 용융 재결정 부분은 사실상 단결정으로 볼 수 있다. 구체적으로, 도13c에 도시된 바와 같이, 레이저 광(105)에 의해 조사된 다결정 실리콘 박막(103)의 일부만이 섬 형상으로 어닐링되고, 엄밀한 의미에서는 다결정 상태에 있다. 그렇지만, 거의 단결정에 가까운 성질을 가지는 영역(106)이 형성된다.
기판(201)을 주사하면서 이러한 절차들을 반복하고 어닐링을 요하는 부분에 레이저 광을 순차적으로 조사함으로써, 드라이버 회로의 트랜지스터를 형성하기 위한 영역을 전부 거의 단결정에 가까운 성질을 갖는 영역으로 변환시킬 수 있다. 더욱이, 결정립이 도16에 도시되어진 바와 같이 거의 단결정에 가까운 성질을 갖는 영역 내에서 일정한 방향으로 성장하므로, 트랜지스터를 형성할 때 전류가 흐르는 방향과 결정립의 성장 방향을 일치시킴으로써 결정립 경계를 횡단하는 전류의 흐름을 방지할 수 있다.
결정립의 성장 방향은 조사된 레이저 광의 에너지 밀도 분포 및 레이저 광의 주사 방향(실질적으로, 스테이지의 주사 방향)에 의해 제어될 수 있다. 구체적으로, 에너지 밀도 분포에 경사가 있는 경우, 에너지 밀도의 낮은 측(저온측)으로부터 결정화가 개시되고 에너지 밀도가 높은 측(고온측)으로 결정이 성장한다.
또한, 레이저 광을 주사함으로써 조사 영역이 이동하고 조사 영역을 벗어난 부분으로부터 온도의 강하가 개시된다. 따라서, 결정화가 개시되고 결정은 레이저 광의 주사 방향으로 성장한다. 본 실시예에서, 결정립은 엑시머 레이저로 횡방향으로 어닐링하여 얻어진 1 마이크로미터 결정립 크기보다 더 크게 성장하고, 길이방향으로 10 마이크로미터 이상으로 성장하는 결정립을 얻을 수 있다. 또한, 10 마이크로미터 또는 그 이상의 결정립을 얻을 수 있다.
도19에 도시된 바와 같이 레이저 조사 영역(301) 중에서 빠른 성장 속도를 갖는 결정립만으로 구성된 부분은 구동용 트랜지스터의 능동층(활성 영역)(302, 303)이 되도록 위치 설정될 수도 있다. 불순물 확산 공정, 포토 에칭 공정을 통하여, 활성 영역(302, 303)의 외부를 제거한다. 도20에 도시된 포토 레지스트 공정으로, 게이트 절연막 상의 게이트 전극(305), 오옴 접속을 갖는 소스 전극(306) 및 드레인 전극(307)을 형성하여, 트랜지스터를 완성한다.
결정립 경계(304, 304')가 활성 영역(303) 내에 존재한다. 그러나, 소스 전극(306)과 드레인 전극(307) 사이에 전류가 흐르기 때문에, 전류는 결정립 경계부(304, 304')를 횡단하지 못하며, 단결정으로 구성된 경우와 등가인 이동도가 얻어진다. 특별히, 용융 재결정 부분의 이동도는 엑시머 레이저 어닐링으로만 행해진 다결정 실리콘 박막에 비해 두 배 이상 개선될 수 있다. 따라서, 고속에서 구동가능한 액정 드라이버 회로를 TFT 기판 상에 형성할 수 있다.
또한, 도20에 도시된 트랜지스터는 단지 실례이며, 본 발명은 이로 제한되지 않는다. 트랜지스터는 다양한 구조를 가질 수 있으나, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 구조물을 갖는 트랜지스터를 형성하는 것이 가능하다.
한편, 화소 절환용 트랜지스터는 엑시머 레이저로만 어닐링처리된 다결정 실리콘 박막(103)의 영역 내에 형성된다. 특히, 정렬 마크 또는 정렬 마크로부터 계산된 원점 좌표를 기준으로, 게이트 절연막 형성, 게이트 전극 형성, 불순물 확산, 확산 영역의 활성화, 소스 및 드레인 전극 형성, 패시베이션 막 형성 등을 위한 포토 레지스트 공정을 통해 TFT 기판이 완성된다. 포토 레지스트 공정을 위한 정렬 마크로서 레이저 가공에 의해 형성된 정렬 마크는 적어도 1회의 포토 레지스트 공정에서 위치설정을 위해 이용된다. 그 후, 새롭게 형성된 정렬 마크가 전술한 포토 레지스트 공정에서 이용될 수 있다.
그 후에, 완성된 TFT 기판 상에 배향막을 형성하고, 러빙 공정을 거친 TFT 기판 상에 컬러 필터를 설치하고 액정 재료를 봉입하는 LCD(패널) 공정, 및 백라이트 등과 함께 샤시 내에 위치시키기 위한 모듈 공정을 통해, 고속의 드라이버 회로를 유리 기판 상에 형성한 액정 디스플레이 장치[소위, 시스템 온 패널(system on panel) 또는 시스템 인 디스플레이(system in display)]가 완성된다..
상기 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련된 당업자들은 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법에 의하면, 간섭에 의한 영향 없이 조사 부분을 어닐링하기에 적절한 에너지 밀도 분포를 가지며 최적의 펄스 폭 및 시간적으로 어닐링에 적절한 에너지 변화를 갖는 레이저 광을 조사함으로써, 비정질 또는 다결정 실리콘 박막의 결정립을 소정 방향으로 성장시켜 10 미크론 이상의 크기의 결정립을 갖는 다결정 실리콘 박막으로 변환시킬 수 있고, 다결정 실리콘 박막의 이동도를 크게 개선시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 TFT 기판은 기판 상에 고속의 구동 회로를 형성하는 것을 가능하게 하고, 소위 패널 온 시스템 또는 시스템 인 디스플레이를 실현할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (39)

  1. 샘플을 지지한 상태로 이동가능한 스테이지와,
    연속 발진 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과,
    상기 연속 발진 레이저 광을 투과시키고 그의 투과율을 원하는 값으로 조정하는 투과율 가변 필터와,
    상기 스테이지에 의한 상기 샘플의 이동 시간에 따라서 상기 연속 발진 레이저 광의 에너지를 시간적으로 변조하는 변조기와,
    상기 연속 발진 레이저 광의 단면에서의 에너지 분포를 조정하는 에너지 분포 조정기와,
    상기 투과율 가변 필터, 상기 변조기 및 상기 에너지 분포 조정기를 통과한 상기 연속 발진 레이저 광을 상기 샘플의 표면에 투영하는 투영 광학계를 포함하고,
    상기 스테이지에 의해 상기 샘플의 선택된 영역이 상기 투영 광학계에 의한 상기 연속 발진 레이저 광의 투영 위치를 이동하는 기간 동안에는 상기 변조기가 연속 발진 레이저 광을 샘플에 투영시키는 한편, 상기 기간 이외에는 상기 변조기가 연속 발진 레이저 광의 샘플로의 투영을 정지시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  2. 샘플을 지지한 상태로 이동가능한 스테이지와,
    연속 발진 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과,
    상기 연속 발진 레이저 광을 투과시키고 그의 투과율을 원하는 값으로 조정하는 투과율 가변 필터와,
    상기 스테이지에 의한 상기 샘플의 이동 시간에 따라서 상기 연속 발진 레이저 광의 에너지를 시간적으로 변조하는 변조기와,
    상기 연속 발진 레이저 광의 단면 형상을 성형하는 성형기와,
    상기 연속 발진 레이저 광의 간섭성을 저감시키는 간섭성 저감기와,
    상기 투과율 가변 필터, 상기 변조기, 상기 성형기 및 상기 간섭성 저감기를 통과한 상기 연속 발진 레이저 광을 상기 샘플의 표면에 투영하는 투영 광학계를 포함하고,
    상기 스테이지에 의해 상기 샘플의 선택된 영역이 상기 투영 광학계에 의한 상기 연속 발진 레이저 광의 투영 위치를 이동하는 기간 동안에는 상기 변조기가 연속 발진 레이저 광을 샘플에 투영시키는 한편, 상기 기간 이외에는 상기 변조기가 연속 발진 레이저 광의 샘플로의 투영을 정지시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  3. 샘플을 지지한 상태로 이동가능한 스테이지와,
    연속 발진 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과,
    상기 연속 발진 레이저 광을 투과시키고 그의 투과율을 원하는 값으로 조정하는 투과율 가변 필터와,
    상기 연속 발진 레이저 광의 온/오프를 행하는 셔터와,
    상기 셔터를 통과한 상기 연속 발진 레이저 광의 에너지를, 당해 셔터가 온으로 되어 있는 시간 내에, 상기 스테이지에 의한 상기 샘플의 이동 시간에 따라서 시간적으로 변조하는 변조기와,
    상기 연속 발진 레이저 광을 공간적으로 원하는 에너지 분포를 갖도록 조정하는 에너지 분포 조정기와,
    상기 연속 발진 레이저 광의 간섭성을 저감시키는 간섭성 저감기와,
    상기 투과율 가변 필터, 상기 셔터, 상기 변조기, 상기 에너지 분포 조정기 및 상기 간섭성 저감기를 통과한 상기 연속 발진 레이저 광을 상기 샘플의 표면에 투영하는 투영 광학계를 포함하고,
    상기 스테이지에 의해 상기 샘플의 선택된 영역이 상기 투영 광학계에 의한 상기 연속 발진 레이저 광의 투영 위치를 이동하는 기간 동안에는 상기 변조기가 연속 발진 레이저 광을 샘플에 투영시키는 한편, 상기 기간 이외에는 상기 변조기가 연속 발진 레이저 광의 샘플로의 투영을 정지시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  4. 샘플을 지지한 상태로 이동가능한 스테이지와,
    연속 발진 레이저 광을 방출하는 레이저 광원과,
    상기 연속 발진 레이저 광을 투과시키고 그의 투과율을 원하는 값으로 조정하는 투과율 가변 필터와,
    상기 연속 발진 레이저 광을 선택적으로 통과시키는 셔터와,
    상기 셔터를 통과한 상기 연속 발진 레이저 광의 에너지를, 상기 스테이지에 의한 상기 샘플의 이동 시간에 따라서 시간적으로 변조하는 변조기와,
    상기 연속 발진 레이저 광의 공간적인 에너지 분포를 조정하는 에너지 분포 조정기와,
    상기 투과율 가변 필터, 상기 셔터, 상기 변조기 및 상기 에너지 분포 조정기를 통과한 상기 연속 발진 레이저 광을 상기 샘플의 표면에 투영하는 투영 광학계를 포함하고,
    상기 스테이지에 의해 상기 샘플의 선택된 영역이 상기 투영 광학계에 의한 상기 연속 발진 레이저 광의 투영 위치를 이동하는 기간 동안에는 상기 변조기가 연속 발진 레이저 광을 샘플에 투영시키는 한편, 상기 기간 이외에는 상기 변조기가 연속 발진 레이저 광의 샘플로의 투영을 정지시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광을 시간적으로 변조하는 상기 변조기가 전기 광학 변조기와 편광 빔 스플리터의 조합인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에너지 분포 조정기가 빔 균질화기와 직사각형 슬릿으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 간섭성 저감기가 고속 회전하는 확산판인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광원이 연속 발진 YVO4 레이저 또는 연속 발진 YAG 레이저의 제2 고조파를 발사하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 투영 광학계의 초점 위치와 상기 샘플 표면 사이의 관계를 제어하는 자동 초점 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제1항에 있어서, 상기 샘플을 지지한 상태로 이동가능한 스테이지와,
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 광의 간섭성을 저감시키는 간섭성 저감기를 더 포함하고,
    상기 투영 광학계가 상기 변조기, 상기 에너지 분포 조정기, 상기 간섭성 저감기를 통과한 상기 레이저 광을 상기 샘플의 표면에 투영하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  23. 제2항에 있어서, 상기 레이저 광을 시간적으로 변조하는 상기 변조기가 전기 광학 변조기와 편광 빔 스플리터의 조합인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  24. 제2항에 있어서, 상기 레이저 광의 단면에서의 에너지 분포를 조정하는 빔 균질화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  25. 제2항에 있어서, 상기 레이저 광원이 연속 발진 YVO4 레이저 또는 연속 발진 YAG 레이저의 제2 고조파를 발사하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  26. 제3항에 있어서, 상기 레이저 광을 시간적으로 변조하는 상기 변조기가 전기 광학 변조기와 편광 빔 스플리터의 조합인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  27. 제3항에 있어서, 상기 에너지 분포 조정기가 빔 균질화기와 직사각형 슬릿으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  28. 제3항에 있어서, 상기 레이저 광원이 연속 발진 YVO4 레이저 또는 연속 발진 YAG 레이저의 제2 고조파를 발사하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  29. 제4항에 있어서, 상기 레이저 광을 시간적으로 변조하는 상기 변조기가 전기 광학 변조기와 편광 빔 스플리터의 조합인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  30. 제4항에 있어서, 상기 에너지 분포 조정기가 빔 균질화기와 직사각형 슬릿으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  31. 제4항에 있어서, 상기 레이저 광원이 연속 발진 YVO4 레이저 또는 연속 발진 YAG 레이저의 제2 고조파를 발사하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  32. 제1항에 있어서, 상기 샘플의 표면에 투영되는 상기 레이저 광의 단면 형상은 그의 길이 방향을 제1 방향으로 하는 직사각형 또는 선형으로 성형되고,
    상기 샘플의 표면은 상기 레이저 광의 상기 직사각형 또는 선형의 단면 형상에 의해 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 에너지 분포 조정기는, 상기 샘플의 표면에 투영되는 상기 레이저 광의 상기 단면 형상에서의 에너지 분포를 상기 제1 방향으로 일정하게 하면서 상기 제2 방향으로 변화하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 레이저 광원은 그의 단면에서의 에너지 분포가 가우스 분포를 나타내는 상기 레이저 광을 방출하고,
    상기 에너지 분포 조정기는, 상기 레이저 광을 그의 상기 샘플의 표면에 투영되는 상기 단면 형상에 있어서 상기 제2 방향으로의 에너지 분포가 가우스 분포를 갖도록 출력하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  35. 제2항에 있어서, 상기 샘플의 표면에 투영되는 상기 레이저 광의 단면 형상은 그의 길이 방향을 제1 방향으로 하는 직사각형 또는 선형으로 성형되고,
    상기 샘플의 표면은 상기 레이저 광의 상기 직사각형 또는 선형의 단면 형상에 의해 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  36. 제3항에 있어서, 상기 샘플의 표면에 투영되는 상기 레이저 광의 단면 형상은 그의 길이 방향을 제1 방향으로 하는 직사각형 또는 선형으로 성형되고,
    상기 샘플의 표면은 상기 레이저 광의 상기 직사각형 또는 선형의 단면 형상에 의해 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  37. 제36항에 있어서, 상기 에너지 분포 조정기는, 상기 샘플의 표면에 투영되는 상기 레이저 광의 상기 단면 형상에서의 에너지 분포를 상기 제1 방향으로 일정하게 하면서 상기 제2 방향으로 변화하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  38. 제4항에 있어서, 상기 샘플의 표면에 투영되는 상기 레이저 광의 단면 형상은 그의 길이 방향을 제1 방향으로 하는 직사각형 또는 선형으로 성형되고,
    상기 샘플의 표면은 상기 레이저 광의 상기 직사각형 또는 선형의 단면 형상에 의해 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 주사되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 에너지 분포 조정기는, 상기 샘플의 표면에 투영되는 상기 레이저 광의 상기 단면 형상에서의 에너지 분포를 상기 제1 방향으로 일정하게 하면서 상기 제2 방향으로 변화하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
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