KR20030030908A - 레이저 어닐링 장치, ｔｆｔ 기판 및 이의 어닐링 방법 - Google Patents

레이저 어닐링 장치, ｔｆｔ 기판 및 이의 어닐링 방법 Download PDF

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Abstract

대물 렌즈를 이용하여 레이저 빔이 집중되며 1미크론 또는 그 이하의 입자 크기를 갖는 비결정질 실리콘 막 또는 다결정 실리콘 막 위에 레이저 빔이 조사되며, 레이저 빔은 연속파 레이저 빔으로부터 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 확산기를 이용하여 간섭을 제거한다. 이러한 방식으로, 구동회로가 ＴＦＴ 패널 기판 내에 포함된 단일 결정과 실질적으로 동일한 특성을 갖는 다결정 실리콘 막을 포함하는 액정 디스플레이 장치를 실현하는 것이 가능하다.

Description

레이저 어닐링 장치, ＴＦＴ 기판 및 이의 어닐링 방법{LASER ANNEALING APPARATUS, ＴＦＴ DEVICE AND ANNEALING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 절연 기판 상에 형성된 비결정질 또는 다결정 반도체 막의 레이저 빔 조사를 통한 막 품질, 결정립 확장, 또는 단-결정을 개선하여 최적으로 하는 레이저 어닐링 방법과 레이저 어닐링 장치에 관한 것이고, 또한 레이저 어닐링을 통해 제조된 ＴＦＴ 기판과 이러한 ＴＦＴ 기판을 제공하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근, 액정 패널은 유리 또는 용화된 석영 기판 상의 비결정질 또는 다결정 실리콘 막으로 형성된 박막 트랜지스터를 절환함으로써 화상을 형성한다. 동시에 기판의 화소 트랜지스터를 구동하기 위한 구동기 회로를 형성하는 것이 가능하면, 제조 비용의 상당한 감소와 신뢰성의 개선이 기대된다.
그러나, 트랜지스터의 활성층을 형성하는 실리콘 막이 낮은 결정성(crystallinity)을 갖기 때문에, 이동성으로 나타나는 박막 트랜지스터의 능력이 낮고, 고속과 고성능이 요구되는 회로의 제조가 어렵다. 고이동성 박막 트랜지스터가 이들 고속, 고성능 회로를 제조하기 위해 요구되고, 이를 현실화하기 위해 실리콘 박막의 결정성의 개선이 요구된다.
엑시머 레이저 어닐링은 결정성을 개선하기 위한 방법으로써 전부터 주목을 받았다. 이 방법에서, 이동성은 유리등의 절연 기판 상에 형성된 비결정질 실리콘 막에 엑시머 레이저를 조사함으로써 비결정질 실리콘 막을 다결정 실리콘 막으로 변화시킴에 의해 개선된다. 그러나, 엑시머 레이저 조사에 의해 얻어진 결정성 막은 결정립 크기가 수백 나노미터이다. 이러한 막은 액정 패널을 구동하기 위한 구동기 회로 등으로써 적용되는 성능을 가지지 않는다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 일본 특허 공개 제2001-44120호에 자외선 펄스의 레이저, 예를 들어 제1 펄스 레이저인 엑시머 레이저, 그 다음의 제2 펄스 레이저인 가시 광선 영역 내의 펄스 레이저의 조사에 의해 결정립 크기가 증가되는 방법이 개시된다. 이러한 방법은 제1 펄스 레이저를 갖는 200 나노초의 조사에서 제2 펄스 레이저의 방사와 함께 재결정화 시간을 확장함으로써 결정립 크기를 증가시키기 위해 고안되었다.
전술한 종래 기술에서, Nd 이온 또는 Yb 이온이 칠해진 결정 또는 유리 여기 매체(excitation medium)를 갖는 Q 절환된 진동 고체 상태 레이저의 고조파가 제2 펄스 레이저, Nd:YAG 레이저, Yb:YAG 레이저, Nd:유리 레이저 또는 Yb:유리 레이저로서 사용된다.
그러나, 이들 레이저의 펄스 기간은 수십 내지 수백 나노초이고, 재결정화 시간의 연장이 제한된다. 특히, 얻어진 결정립 크기는 대략 1미크론이고, 액정 패널 구동용 구동기 회로 등으로써의 응용에 적합한 용량을 갖지 못한다. 또한, 감쇠기 및 선형 빔 형성 광학 시스템은 전술한 종래 기술에서 제2 펄스 레이저를 조사하기 위한 광학 시스템으로써 도시되지만, 다음의 문제들은 이러한 메커니즘(의 사용)으로부터 여전히 남아있다.
첫 번째 문제는 Q 절환 진동 펄스의 출력이 사인파 형태로 시간에 따라 변하고, 어닐링에 최적인 펄스 기간 및 시간에 따른 출력 변화가 얻어질 수 없는 것이다.
두 번째 문제는 전술한 레이저의 에너지 분포가 가우스 분포라는 것이다. 이러한 상태에서 레이저 어닐링 용으로 요구되는 일정한 에너지 분포 또는 어닐링용의 최적치(에너지 분포)가 얻어지지 않는다.
게다가, 세 번째 문제는 Nd:YAG 레이저와 같은 고체 상태 레이저로부터의 레이저 빔이 높은 결합력을 갖는다는 것이다. 이러한 간섭의 영향의 결과로서 조사 영역 내의 에너지 밀도 분포의 불규칙이 일어난다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 문제들을 해결하고 비결정질 또는 다결정 실리콘 박막의 어닐링용으로 최적이고, 간섭의 영향 없이 조사 영역 내의 레이저 어닐링용으로 적합하고 최적의 일시적인 에너지 변화가 최적 펄스 기간을 갖는 레이저 어닐링에 의해 얻어지는 레이저 어닐링 방법 및 레이저 어닐링 장치를 제공하는 것이고, 레이저 어닐링을 통해 제조된 ＴＦＴ 기판을 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 방법은 다음 수단에 의해 처리된 레이저 빔을 조사한다. 우선, 소정의 펄스 기간과 소정의 일시적인 에너지 변화를 얻기 위해 연속파 빔이 얻어지는 진동자가 레이저 진동자로써 사용된다. 연속파 레이저 빔은 펄스화되고 펄스 레이저 빔의 에너지에 시간에 따른 양호한 변화는 전자-광학 변조기 또는 음파-광학 변조기로 시간 변화 수단을 갖고 얻어진다.
두 번째로, 결합력을 갖는 레이저 빔의 결합력은 비결합성 광학 시스템으로 제거되거나 감소되고, 레이저 조사 영역의 간섭 영향은 감소되거나 제거된다.
세 번째로, 빔 균질화기 또는 직사각형 슬릿이 조사 영역의 전체 표면을 가로질러 일정한 에너지 분포를 제공하기 위해 사용되고, 원하는 투과율 분포를 갖는 필터가 특정 분포를 제공하기 위해 제공된다. 일정하고 또는 바람직한 에너지 분포가 얻어진 레이저 빔은 대물 렌즈를 갖는 직사각형 슬릿 화상의 투사 화상으로써 비결정질 또는 다결정 실리콘 막에 조사된다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치는, 연속파 빔을 출력하는 레이저 진동자와, 시간에 따라 레이저를 변조하기 위한 수단과, 빔 균질화기와, 비결합성 광학 시스템과, 원하는 투과율 분포를 갖는 필터와, 직사각형 슬릿과, 대물 렌즈를 포함한다.
게다가, 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.
도1은 제1 실시예에 대한 레이저 어닐링 장치의 구성을 도시한 정면도.
도2는 제1 실시예에 사용된 EO 변조기의 사시도.
도3은 제1 실시예에 사용된 EO 변조기의 사시도.
도4는 EO 변조기 내의 인가된 전압과 투과율 사이의 관계를 도시한 그래프.
도5는 EO 변조기의 레이저 입력, 인가된 전압 및 레이저 출력 사이의 관계를 도시한 그래프.
도6은 제1 실시예에 사용된 연속 가변 투과율 필터의 평면도.
도7은 P 극광의 입사각 및 반사각 사이의 관계를 도시한 그래프.
도8은 제1 실시예에 사용된 복수개의 투명 기판을 사용하는 연속 가변 투과 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 출사측의광의 에너지 분포의 그래프이다.
도11은 제1 실시예의 대물 렌즈와 직사각형 슬릿 사이의 물리적 관계를 도시한 도면.
도12는 제1 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치에서 간섭성 레이저 빔을 투사하는 경우에 에너지 분포를 도시한 도면.
도13a 내지 도13c는 제1 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치의 절차를 설명하기 위한 기판의 사시도.
도14a 내지 도14c는 어닐링 이후의 ＴＦＴ 디스플레이 기판의 공정을 설명하기 위한 개략도.
도15는 제1 실시예에 따른 어닐링 방법을 수행하기 전에 결정 상태를 도시한 평면도.
도16은 제1 실시예에 따른 어닐링 방법을 수행한 후의 결정 상태를 도시한 평면도.
도17은 제2 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치의 구성을 도시한 사시도.
도18은 제3 실시예에 따른 레이저 어닐링 장치의 레이저 방사 광학 시스템의 구성을 도시한 사시도.
도19는 레이저 어닐링 방법이 수행되는 영역과 구동 회로의 활성 영역 사이의 물리적 관계를 도시한 기판의 평면도.
도20은 레이저 어닐링 방법을 수행함으로써 형성된 구동 회로용 트랜지스터의 구성을 도시한 평면도.
도21a 내지 도21d는 레이저 어닐링 방법에서 조사된 레이저 빔의 에너지의 시간에 따른 에너지 분포와 변화를 도시한 설명도.
도22a 및 도22b는 다른 실시예에 따른 레이저 어닐링 방법에서 주사 방법을 설명하기 위한 기판의 평면도.
도23a 및 도23b는 다른 실시예에 따른 레이저 어닐링 방법에서 주사 방법을 설명하기 위한 기판의 평면도.
도24는 레이저 어닐링 방법이 인가되는 액정 디스플레이 장치를 제조하는 공정을 도시한 흐름도.
도25는 레이저 어닐링 처리를 도시한 흐름도.
도26a 내지 도26c는 레이저 어닐링이 인가되는 ＴＦＴ 기판으로 구성된 액정 디스플레이 장치의 인가된 샘플을 도시한 사시도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 베드
2 : 레이저 빔
3 : 발진기
6 : EO 변조기
18 : 조명 광원
19 : CCD 카메라
22 : 모니터
62 : 편향 빔 스플리터
103 : 다결정 실리콘 박막
204 : 조정 스테이지
301 : 레이저 조사 영역
306 : 소스 전극
307 : 드레인 전극
다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명이 행해진다. 도1은 본 발명의 제1 실시예에 대한 레이저 어닐링 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 진동 방지 기구(도시 생략)가 제공된 (1)에 배치된 다음의 요소로 구성되는데, 이는, 연속파 레이저 빔(2)을 방사하기 위한 레이저 발진기(3), 레이저 빔(2)을 온/오프하기 위한 셔터(4), 레이저 발진기(3)로부터 출력된 레이저 빔(2)의 빔 직경을 신장시키기 위한 빔 확장기(5), 펄스와 레이저 빔(2) 에너지의 일시적인 변조를 만들기 위한 전기-광학 변조기(다음부터 EO 변조기라 함)(6), 레이저 빔(2)의 에너지를 조절하기 위한 연속 가변 투과율 ND 필터(7), 레이저 빔(2)이 일정한 에너지 분포를 주기 위한 빔 균질화기(8), 일방향으로 레이저 빔(2)을 압축하고 선형 빔을 형성하기 위한 실린더형 렌즈(9), 레이저 빔(2)의 조사 영역과 조사 형태를 확인하기 위한 기준 광원(10), 기준 광원(10)으로부터의 파장을 전송하고 레이저 빔(2)을 반사하는 특성을 갖는 2색성 거울(11), 고속 회전 구동 장치(12)를 제공하는 확산 패널(13), 조사 표면에 에너지 밀도 분포를 원하는 형태로 제공하기 위한 필터(14), 레이저 빔(2)의 초과부를 제거하고 주어진 직사각형 영역을 형성하기 위한 직사각형 슬릿(15), 조명되는 빔, 레이저 빔(2) 및 참조 빔을 결합하기 위한 거울(17), 관측 동안 사용되는 조명 광원(18), CCD 카메라(19), 레이저 빔이 CCD 카메라(19)로 조사되는 것을 방지하기 위한 레이저 커트 필터(20), CCD 카메라(19)에 의해 화상 형성된 샘플 표면을 디스플레이하기 위한 모니터(22), 초점 위치를 검출하고 초점 위치로부터 굴곡된 경우에 단일 출력하기 위한 오토 포커스 광학 시스템(24), 관측에 사용되고 레이저 빔(2)을 집중시키기 위한 대물 렌즈(25), 샘플(26)을 지지하고 (샘플을) XYZθ방향으로 이동시키기 위한 스테이지(28), 스테이지(28)에 고정되고 레이저 빔(2)의 출력을 측정하기 위한 전원 모니터(29), 레이저 빔(2)의 2차원 에너지 분포를 측정하기 위한 빔 프로파일러(30) 및 스테이지(28), 레이저 발진기(3), 셔터(4), EO 변조기(6), 연속 가변 투과율 필터(7), 전동 직사각형 슬릿(15), 오토 포커스 광학 시스템(24)으로부터 신호에 따른 Z 스테이지, 화상 처리 유닛 등(도시하지 않음)을 제어하기 위한 제어 PC(제어 장치)를 포함한다.
다음에, 각 부분의 작동 및 기능이 상세히 설명된다. 베드(1)는 양호하게는 바닥으로부터의 진동을 감소시키기 위해 공기 스프링을 사용한 진동 방지 기구(도시 생략)로써 제공된다. 진동 방지 기구는 (장치가) 설치되는 환경에 따라 불필요하다. 스테이지(28)와 다양한 광학 시스템을 지지하기 위해 충분한 강도 및 강성이 제공된다.
연속파 레이저 빔은 양호하게는 어닐링이 일어나는 비결정질 또는 다결정 실리콘 박막에 의해 흡수되는 파장, 특히 자외선으로부터 가시 파장으로의 파장을 갖는다. 더 상세하게는, Ar 레이저 또는 Kr 레이저 및 그의 제2 고조파, Nd:YAG 레이저의 제2 및 제3 고조파, Nd:YVO4레이저 및 Hd:YLF 레이저가 인가될 수 있다. 그러나, 출력의 크기 및 안정성의 측면에서, ND:YAG 레이저에 의해 펌핑된 LD(레이저 다이오드)의 제2 고조파(파장532mm) 또는 Nd:YVO4레이저로부터 펌핑된 레이저 다이오드의 제2 고조파(파장532mm)가 양호하다. 다음의 설명은 고출력 전원과 우수한 안정성 및 저소음 특성을 갖는 Nd:YVO4레이저의 제2 고조파를 사용하는 경우에대한 것이다.
레이저 발진기(3)로부터 진동된 레이저 빔(2)은 셔터(3)로 온/오프 절환된다. 특히, 레이저 발진기(3)는 연속적인 출력에서 레이저 빔(2)을 연속적으로 진동하고 셔터(4)는 오프되고 레이저 빔(2)은 셔터(4)에 의해 차단되는 상태로 위치된다. 이 셔터(3)는 레이저 빔(2)이 방사되는 때에만 개방되고,(개방된 상태) 레이저 빔(2)이 출력된다. 펌핑 레이저 다이오드를 온/오프로 회전시킴으로써 레이저 빔을 온/오프 하는 것이 가능하지만, 레이저 출력의 안정성을 보장하는 데에 바람직하지 않다. 게다가, 안정성 측면에서, 셔터(4)는 레이저 빔(2) 조사가 정지될 때 폐쇄될 수 있다.
셔터(4)를 통과한 레이저 빔(2)이 빔 확장기(5)에 의해 확장된 빔 직경을 갖고, EO 변조기(6)에 충돌된다. EO 변조기의 손상 한계를 고려하여, 빔 직경은 EO 변조기의 유효 직경에 접근하는 크기로 빔 확장기에 의해서 확장된다. 레이저 진동자(3)에 의해 진동된 레이저 빔(2)의 빔 직경이 대략 2 mm이고, EO 변조기의 유효 직경이 대략 15 mm일 때, 빔 확장기(5)의 확장 계수는 대략 6이다. 물론, EO 변조기의 손상 한계가 레이저 발진기(3)로부터의 레이저 빔(2)의 직접 조사에 대해 충분히 높을 때, 빔 확장기(5)는 사용될 필요가 없다.
도2 및 도3에 도시된 바와 같이, EO 변조기(6)는 포켈 셀(Pockels cell; 61)(본원에서 "결정")과 편광 빔 스플리터(62)의 조합으로 사용된다. 도2에 도시된 바와 같이 레이저 빔(2)이 선형 편광 빔일 경우에, [레이저 빔(2)은] 전압 V1(일반적으로 0V의 전압)이 구동기(도시 생략)를 통해 결정(61)에 인가될 때결정(61)을 통과하는 레이저 빔(2)의 편광 방향 회전 없이 S 편광 빔이고 90도 굴절됨으로써 편광 빔 스플리터(62)에 충돌한다. 특히, 이러한 상태에서, 레이저 빔(2)은 오프 상태이고 레이저 빔(2)이 90도 굴절되어 출력되기 때문에, 광학 시스템의 하류 방향에 도달하지 않는다.
다음에, 도3에 도시된 바와 같이, 결정(61)에 의해 투과되는 레이저 빔(2)의 90도 편향 방향의 회전을 일으킬 수 있는 전압 V2의 인가와 함께, [레이저 빔(2)은] P 편향 빔으로써 편향 빔 스플리터(62)에 도달되고, 레이저 빔(2)은 편향 빔 스플리터(62)를 통해 직선 통과된다. 특히, 이러한 상태에서, 레이저 빔(2)은 온 상태이고, 광학 시스템의 하류 방향으로 직선 통과된다. 게다가, 도4에 도시된 바와 같이, V1(일반적으로 0V)과 V2 사이의 결정(61)에 인가되는 전압을 조절함으로써 EO 변조기(6)에 의해 투과되는 레이저 빔(2)의 투과율는 T1(일반적으로 0)과 T2(최대 투과율, 특히, 1) 사이에서 원하는 만큼 조절될 수 있다. 달리 말하면, EO 변조기(6)에 의해 투과되는 레이저 빔(2)의 투과율는 0과 1 사이에서 원하는 만큼 조절될 수 있다. 그러나, 결정(61)과 편향 빔 스플리터(62)의 표면에 의한 반사나 흡수가 없다고 가정한다.
이 때문에, 도5에 도시된 바와 같이, EO 변조기(6)에 충돌하는(EO변조기로 입력되는) 레이저 빔(2)의 출력은 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 전압 V2가 인가될 때 입력 P0로부터 EO 변조기(6) 및 투과율 T2의 결과로서 나타나고, P3은 전압 V3가 인가될 때 P0과투과율 T2의 결과로서 나타난다.
투과된 레이저 빔(2)의 출력은 결정(61)에 인가되는 전압을 연속적으로 변화시킴으로써 연속적으로 변화할 수 있다. 그 결과, 시간에 따른 양호한 변화를 갖는 펄스 레이저 빔(2)을 얻는 것이 가능하게 된다. EO 변조기로써 포켈 셀(61)과 편향 빔 스플리터(62)의 조합에 대해 설명했지만, 편향 빔 소자의 다양한 형식이 사용될 수 있다. 게다가, 다음의 설명에서, 결정(61)과 편향 빔 스플리터(62)(또는 편향 빔 소자의 다양한 형식)의 조합은 "EO 변조기(6)"로 지칭한다.
EO 변조기 외에, AO(음파-광학) 변조기를 사용하는 것이 또한 가능하다. 그러나, 일반적으로 AO 변조기는 EO 변조기보다 낮은 구동 주파수를 갖고, 따라서 고속 상승 및 하강이 요구되고 짧은 펄스 기간에 펄스 빔을 뽑아내는 경우에는 응용할 수 없다. 이러한 방법에서, EO 변조기(6) 및 AO 변조기 등의 변조기의 이용은 연속파 레이저 빔으로부터 소정의 펄스 기간을 갖는 소정의 파형(일시적 에너지 변화)을 갖는 펄스화된 레이저 빔을 달성할 수 있다. 즉, 소정 시간 변조가 수행 가능하다.
연속적으로 다양한 투과율 ND 필터(7)는 샘플(26)을 조사하는 레이저 빔(2)의 산출을 조정하는 목적을 갖고 양호하게는 연속적으로 다양한 투과율을 갖는다. 또한 도1에서, [필터(7)는] EO 변조기(6) 뒤에 설치되나, 역치가 손상 발단이 충분히 높은 경우에, [필터(7)는] 투과율가 변화될 때 만약 분극의 방향이 회전되지 않거나 선형으로 분극된 광이 분리되면 EO 변조기 앞에 또한 위치될 수 있다. 도6에서 도시된 구성을 갖는 연속적으로 다양한 투과율 ND 필터(7)는 여기서 이용된다.예를 들어, 광축(73)에 수직인 평면(74)에 대칭적으로 위치된 석영 플레이트(71, 72), 레이저 빔(2)의 파장을 통과하는 플레이트를 갖는다. 대칭적 관계가 유지되는 동안 입사각이 변화하고, 전송된 레이저 빔의 양이 변화한다.
조절될 때, 선형으로 분극된 레이저 빔(2)이 도7에서 도시된 바와 같이 경계 변환에서 입사각, 반사각 및 분극 광(P)과 같이 석영 플레이트(71, 72) 상에 조사한다. 투과율(T)은 경계부에서 반사율이 R이 될 때 T = 1 - R로 표현될 수 있다. 반사율이 0이므로, 투과율는 입사각이 석영 플레이트(71, 72)의 굴절 지수가 N일 때 tan-1로 얻어진 각을 의미하는, 브리스터 각(Brewster angle)이 될 때 1이 된다. 입사각이 증가함에 따라, 반사율은 증가하고 투과율는 감소하고; 입사각이 90 도일 때, 반사각은 1이 되므로 투과율는 0이 된다.
따라서, 소정의 반사율은 브리스터 각 및 90 도 사이의 입사각을 변화함으로써 얻어진다. 도6에서 도시된 구성에서, 공기 및 석영 사이의 네 개의 경계부가 있다. 그러므로, 전체 투과율(T)은 4의 파워에 대해 상승된 경계부에서 투과율, T4 = (1-R)4가 된다.
단일 플레이트(석영 플레이트)가 있을 때 크기 한계로 인해, 몇 퍼센트의 투과율가 한계이고, 실제로 이는 입사각이 90 도가 되는 것이 가능하지 않다. 그러나, 낮은 투과율는 석영과 공기 사이의 경계부의 개수를 잠정적으로 변화함으로써 쉽게 달성될 수 있다. 도8에서 도시된 바와 같이, 구성요소가 세 개의 석영 플레이트(71, 71', 71", 72, 72', 72")를 가질 때 12개의 경계부가 있다. 결과적으로투과율(T12)은 T12 = (1 - R)12이고 투과율는 매우 큰 입사각을 만들지 않고 효과적으로 감소된다. 실제적으로, 입사각이 90 도가 되는 것은 가능하지 않고 투과율가 5 및 100 % 사이에서 연속적으로 변화하기 위해 석영 플레이트가 충분히 크게 만들어 질 때 0.05(5%)의 차수 상의 투과율는 쉽게 얻어진다.
뿐만 아니라, 정규 석영 플레이트를 이용하는 경우에 후방면으로부터의 반사율이 때때로 영향을 받지만, 이는 석영 플레이트의 일면 상에 비반사 코팅을 적용함으로써 반대될 수 있다. 또한 복수개의 석영 플레이트를 이용하는 경우에, 인접한 석영 플레이트로부터 반사율이 때때로 영향을 받지만, 이는 석영 플레이트 사이의 공간이 층분히 증가함으로써 반대될 수 있다.
또한, 레이저 빔(2)의 직경이 작은 경우에, 투과율가 투명 기판의 평면에서 연속적으로 변화하기 위해서 금속 박막으로 형성된 ND 필터 또는 유전 다중층 막을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 연속적으로 투과율가 변화하는 것이 가능하지 않은 경우, 본 발명의 목적은 상이한 투과율를 갖는 ND 필터 중에서 연속적으로 변환함으로써, 또는 다양한 투과율를 갖는 다중 ND 필터의 조합으로 실질적으로 달성될 수 있다. 자연스럽게, 레이저 펌핑 레이저 다이오드의 흐름을 제어함으로써 레이저 산출을 규제하는 것이 가능하지만, 산출을 변화하는 경우에, 산출이 안정될 때까지 일정 시간을 요구하는 등의 문제로 인해 이는 양호하지 않다.
가스 레이저 또는 고체 상태 레이저는 도9에서 도시된 바와 같이 가우스 에너지 분포를 일반적으로 가지므로, (레이저 등은) 본 발명에 관련한 레이저 어널링에 대한 변환 없이 이용될 수 없다. 만약 발진기 산출이 충분히 크다면, 빔 직경은 충분히 넓고 균일한 에너지 분포는 단지 중심에서 비교적 균일한 부분을 적출함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 빔의 주변부는 제거되고 에너지의 큰 부분은 버려진다.
빔-균질화기(8)는 이러한 결점을 해결하고 가우스 분포가 균일한 분포로 전환되도록 하기 위해서 이용된다. 도9에서 실시예와 함께 도시된 바와 같이, 이는 로드 렌즈의 이차원 정렬과 함께 구성된 플라이 아이 렌즈(fly eye lens, 81)의 조합 및 볼록 렌즈(82)이다. 산출 빔은 균일한 분포를 갖는 빔으로 전환된다. 플라이 아이 렌즈(81)로부터 떨어져, 동일한 효과는 두 개의 실린더형 렌즈 정렬의 조합으로 달성되고, 실린더형 렌즈의 축은 볼록 렌즈를 교차한다.
빔-균질화기(8)로부터 산출 빔은 실린더형 렌즈(9)와 함께 단지 일 방향으로 모으고 따라서 균일한 에너지 분포(그러나 폭 방향으로 가우스 분포를 갖는)와 함께 선형 빔은 직각형 슬릿면에서 최종적으로 달성될 수 있다. 균일한 에너지 분포를 갖는 선형 빔을 형성하도록, 플라이 아이 렌즈(81, 또는 실린더형 렌즈 정렬의 조합), 볼록 렌즈(82) 및 실린더형 렌즈(9)로 구성된 것은 빔-균질화기로 또한 이용될 수 있다.
한편, 사각형 또는 라인 형태에서 빔을 모으기 위한 구성요소는 복수개의 플라이 아이 렌즈 또는 실린더형 렌즈 정렬의 배치와 함께 성립될 수 있다. 가우스 분포를 갖는 레이저 빔이 사각형 또는 균일한 에너지 밀도 분포를 갖는 라인 빔으로 변환될 수 있는 지점이다.
또한 도10에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(2)이 렌즈(84)로 모여지고 홀로 튜브(85)로 들어가고, 산출 분포는 튜브(85)내에 다중 반사율에 의해 균일하게 형성되는 카레이도스코프을 이용하는 것이 또한 가능하다. 이 경우에, 사각형 또는 균일한 에너지 밀도 분포를 갖는 라인 레이저 빔(2)은 연속적 변환에 의해 달성되므로, 레이저 빔(2)은 이것이 들어갈 때 원형이지만, 이것이 방출할 때는 사각형 또는 라인 형태 빔이다. 한편, 프리즘은 서로 겹쳐진 복수개의 빔으로 레이저 빔(2)이 분할되어 이용될 수 있다,
도11에서 도시된 바와 같이, 과잉 유출부는 필요에 의해 얻어진 사각형 또는 라인 빔으로부터 전자 사각형 슬릿(15)으로 제거될 수 있고, 요구된 치수의 사각형 또는 라인 형태로 형성된다. 과잉 유출부가 남아있다 할지라도 전혀 문제가 없고, 전동 사각형 슬릿(15)은 해제될 수 있고 레이저 빔(2)의 입구를 통과하게 한다. 레이저 빔(12)은 대물 렌즈(25)에 의해 샘플(26)의 표면상에 투사되도록 조사된다. 대물 렌즈(25)의 배율이 M일 때, 전동 사각형 슬릿(15)의 화상 크기, 또는 전동 사각형 슬릿(15)의 표면에 레이저 빔(2)은 배율의 역수, 즉 1/M이다.
그러나, 비록 전동 사각형 슬릿(15)을 통과하는 레이저는 균일한 에너지 분포를 갖고, 정규 YVO4레이저 빔과 같은 밀착성을 갖는 레이저 빔(2)이 사각형 슬릿(15)에 의해 직사각형으로 형성되고 샘플(26)의 표면을 치더라도, 레이저 빔(2)의 파장에 의해 결정된 간섭 패턴 및 대물 렌즈(25)의 NA는 직사각형 슬릿(15)의 가장자리에 회절의 영향아래 발생하고, 분포는 도12에서 도시된 바와같이 불규칙적이 된다. 게다가, 에너지 밀도가 부분적으로 균일할 때, 얼룩 패턴은 간섭의 영향을 받는다.
이러한 불규칙을 제거하기 위해서, 확산기(13)는 광 경로로 삽입된다. 이 확산기(13)는 석영 기판, 즉 1000에서 2000 메쉬의 불규칙한 변화를 갖는 표면으로 형성된다. 단순히 넣음으로써, 확산기(13)의 삽입 그 자체가 효과가 없지만, 확산기(13)가 고속 회전 운전 장치(12)에 의해 고속으로 회전이 발생될 때, 레이저 빔(2)은 광 경로의 시간과 길이에 관해 불규칙한 방향으로 분산되고 샘플(26)의 표면으로 이동의 방향은 불규칙하게 변화된다.
레이저 빔(2)은 레이저 빔(2)의 하나의 펄스가 완성되는 동안 변화하는 방향으로 분산된다. 결과적으로, 샘플의 표면으로 광 경로의 길이가 변화되므로, 간섭의 결과로 발생하는 에너지 밀도에서 불규칙성이 상쇄되고 간섭이 감소된다. 따라서, 도12에서 절결선에 의해 도시된 바와 같이, 기하학적으로 균일한 에너지 밀도 분포를 갖는 투사된 화상이 얻어진다.
조사된 레이저 빔(2)의 펄스 지속 기간이 10 마이크로초가 될 때, 레이저 빔이 확산기(13)로부터 50 mm거리의 부분을 통과해 전송될 때, 확산기(13)는 확산기(13)가 분당 6000 회전의 속도로 회전되는 하나의 펄스 기간동안 300 미크론 이동한다. 1000에서 2000 메쉬 플레이트가 확산기(13)로서 이용될 때, 8에서 16 미크론의 기간동안 불규칙한 변화가 형성된다. 전송된 레이저 빔의 각 부분이 평균적으로 20 또는 그 이상 변화가 일어나므로, 간섭의 영향은 충분히 분산되고 레이저 빔의 밀착성은 감소된다.
뿐만 아니라, 물체에 따라, 균일한 에너지 밀도 분포보다 보다 특별한 에너지 밀도 분포가 예를 들어 : 라인 빔의 횡방향에서 경사를 갖는 분포 또는 에너지 밀도가 중심부에서 낮으며 선형으로 형성된 빔의 폭방향으로의 주연부에서 높게 분포되는 것이 바람직할 수 있다. 이런 경우에, 물체는 전동 직사각형 슬릿(15)의 광 경로에서 특정 투과율 분포를 갖는 필터(14)를 삽입함으로서 얻어질 수 있다.
유사하게, 상 플레이트(예를 들어, 상이 0, π/2 라디안, π 라디안, 3π/2 라이단에 의해 변화하는 두꺼운 SiO2막의 불규칙한 스폿으로 형성된 유리 기판)가 확산기 대신 이용될 수 있고 확산기와 같이 고속에서 회전하도록 야기된다. 한편, 도1에서 도시된 구성요소에서 레이저 빔을 90 도만큼 구부리기 위해서, 진동 요소는 미러(150, 151)상에 장착될 수 있고, 고주파수에서 진동을 야기하거나, 레이저 빔이 조사(펄스 지속기간에 상응하여)되는 시간과 동시에 발생하는 주파수에서 진동하도록 야기하는 것이 더욱 양호하고, 여기서 레이저 빔(2)의 광 경로의 길이가 변화되고 간섭의 효과는 상쇄될 수 있다.
샘플(26)상에 레이저 빔(2)을 조사하기 위해서, 레이저 빔(2)이 소정의 위치에 펄스 상태로 조사되는 동안, 스테이지(28)는 XY 평면 내에 구동된다. 그러나, 표면 불규칙성 또는 샘플(26)의 파장, 에너지 밀도에서 변화 및 방출된 형태의 열화가 발생하므로 초점 위치로부터 변위가 발생할 때, 물체는 얻어질 수 없다. 이러한 이유로, 초점 위치의 연속적 복사가 가능하기 위해서, 제어는 자동 초점 광 시스템(24)과 함께 초점 위치를 검출하고, 초점 위치로부터 변위하는 경우에, 초점위치에서 연속적이 되도록 Z 방향(높이)에서 스테이지(28)를 구동하도록 수행된다.
레이저 빔(2)으로 조사된 샘플(26)의 표면은 모니터(22)로 관찰되고 조사 광원(18)으로부터 입사광과 함께 CCD 카메라(19)에 의해 영사될 수 있다. 레이저 조사동안 관찰하는 경우에, 레이저 절결 필터(20)는 CCD 카메라(19) 앞에 삽입되고, 샘플(26)의 표면에 의해 반사된 레이저 광과 함께 CCD 카메라(19)의 헐레이션(halation)을 방지하며 [카메라]에 손상을 방지한다.
샘플(26)을 조사하는 레이저 빔(2)의 산출력을 측정하기 위한 동력 미터(29) 및 에너지 밀도 분포를 측정하기 위한 빔 프로파일러(30)는 스테이지(28)상에 배치된다. 필요하다면, 레이저 산출 및 에너지 분포(프로파일)는 스테이지(28)를 이동하고 상술된 동력 미터(29)의 광 수집부 또는 대물 렌즈(28) 바로 아래 또는 대물 렌즈(25)로부터 떨어진 상태에서 광축의 빔 프로파일러(30)를 설정함으로써 측정될 수 있다.
집광부에 대한 낮은 손상 역치로 인해, 에너지 밀도 분포가 변하지 않도록 감쇠는 빔 프로파일의 측정에 감쇠가 요구된다. 이러한 이유로, (도시되지 않은) 감쇠 필터가 광 경로로 삽입될 수 있다. 복수개의 감쇠 필터가 삽입될 때, 반사된 광은 필터들 사이에서 다시 반사되고, 전송된 광을 겹치고, 많은 경우에 프로파일을 분리한다. 결과적으로, [필터]는 광축으로 수직으로 삽입되지 않지만, 광축으로 수직인 평면에 관하여, 그리고 필터들 사이에 대형 공간으로 기울어질 수 있다.
샘플(26)의 정렬에 대하여, 정렬 마크 또는 샘플(26) 상의 특별한 패턴이 대물 렌즈(25) 및 CCD 카메라(19)와 몇 가지 위치에서 형성되고, 각각의 공정은 (도시되지 않은)화상 공정 유닛에 의해 수행된다. 정렬 마크의 중력 중심의 위치는 감지되고 (정렬)은 스테이지(28)를 이동하는 축 XYθ3에 대하여 수행될 수 있다.
도1에서, 단일 대물 렌즈(25)가 도시되지만, 복수개의 대물 렌즈는 전동 리볼버 상에 설치될 수 있고, 공정에 대한 최선의 대물 렌즈는 제어 장치(31)로부터 단일에 따른 (렌즈)를 절환함으로서 이용될 수 있다. 특히, 다음 (공정): 샘플(26)을 로딩할 때 대충의 정렬, 필요할 때 완벽한 정렬, 레이저 어닐링 공정, 공정 후의 관찰 및 아래에 상술된 바와 같이 정렬 표시의 형성의 각각에 적절한 대물 렌즈가 이용될 수 있다. 정렬에 대한 분리된 광 시스템(렌즈, 화상 장치 및 광 장치)이 성립할 수 있지만, 정렬 정확도는 정렬 광 시스템의 배인 레이저 어닐링을 위한 광 시스템을 가짐으로써 동일한 광 축상의 검출이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예이고 본 발명에 관한 상술된 레이저 어닐링 장치를 이용하여 수행된 레이저 어닐링 방법은 도13을 이용하여 다음에서 설명된다. 도13a에 도시된 바와 같이, 다음 구성요소와 함께 다결정 실리콘 박막 기판(100)은: 비정질 실리콘 박막이 그들 사이에서 절연 박막(102)을 갖는 유리 기판(101)의 원칙 평면 상에 형성되고, 엑시머 레이저 빔을 갖는 전체 면의 스캐닝에 의해 다결정 실리콘 박막(103)으로 결정화된 샘플(26)로서 이용된다. 절연 박막(102)은 SiO2, SiN 또는 그의 합성물이다. 다결정 실리콘 박막 기판(100)은 스테이지(28) 상에 위치된다.
도13a에서 도시된 바와 같이, 정렬 마크(104, 104')는 이러한 다결정 실리콘 박막 기판(100) 상에 두 가지 위치에서 형성된다. 이러한 정렬 마크(104, 104')는광-에칭 기술과 함께 대개 형성되지만, 단지 이러한 목적을 위해 광-절연 공정을 수행하는 것은 매우 낭비이다. 이러한 이유에서, 교차형 마크는 수평 및 수직 사각형, 예를 들어 전동 직사각형 슬릿(15)으로 레이저 어닐링하기 위해 이용된 레이저 빔(2)으로 연속하여 조사함으로써 그리고 다결정 실리콘 박막을 제거함으로써 정렬 마크(104, 104')로서 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 에너지 밀도는 어닐링을 수행하는 경우보다 자연스럽게 더 높이 설정된다.
도13b에서 도시된 바와 같이 스테이지(28) 또는 광 시스템이 이동하도록 야기되는 동안, 정렬 마크(104, 104')에 기초하여 설계한 좌표에 따라, 대물 렌즈(25)는 고속에서 회전되는 확산기(13)를 통과함으로서 밀착성을 상실하고, 균질화기(8) 및 필터(14)에 의해 소정의 에너지 분포가 주어진, EO 변조기(6)를 통과하는 주어진 펄스 파형을 갖는 어닐링하기 위한 레이저 빔(105)을 농축한다.
조사된 영역은 예컨대 구동기 회로가 각각의 화소를 구동시키기 위해 형성된다. 다결정 실리콘 박막 기판(100)은 필요에 따라 상대적으로 이동되고 여러번 앞뒤로 진행하며, 필수 부분만이 연속적으로 조사된다. 장치의 구성에 따르면, 광학 시스템을 이동시킴으로써 상대 주사가 수행될 수 있다.
특히, 도21a에 도시된 바와 같은 에너지 밀도 분포를 갖는 레이저 빔(105)이 조사된다. 비스듬한 에너지 밀도 분포는 도21b에 도시된 바와 같이 경사지고, 에너지 밀도는 스캐닝 방향으로 높아진다. 또한, 종방향 에너지 밀도 분포는 도21c에 도시된 바와 같이 균일한 에너지 밀도 분포가 된다. 또한, 펄스 파형은 도21d와 같은 파형이 되어, 초기 균일한 시간 기간 동안의 균일한 에너지를 갖은 후에선형적으로 감소한다.
조사된 영역의 크기는 예컨대, 500 마이크로미터 × 20 마이크로미터의 직사각형으로 형성된다. 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 비스듬한 에너지 밀도는 전향 에너지 밀도로부터 스캐닝 방향의 반대 측면으로 크기가 20% 정도 선형으로 변형하도록 설정된다.
또한, 도21d에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(105)의 조사시간(펄스 지속 시간)은 처음 10 마이크로초 동안 일정한 에너지를 갖고, 그 후에 다음 5 마이크로초 동안 선형으로 감소하도록 설정된다. 다결정 실리콘 박막 기판(100)이 초당 100 mm의 속도로 각각 이동하면서 (레이저 빔을) 25 마이크로미터 피치로 조사한다. 따라서, 500 마이크로미터 × 20 마이크로미터의 레이저가 조사된 영역(위에서 설명한 15 마이크로초의 레이저 조사시간 동안 이동된 거리를 고려하여, 이는 엄격하게는 500 마이크로미터 × 21.5 마이크로미터의 레이저 조사 영역이다)은 25 마이크로미터 피치로 형성된다.
정밀한 25 마이크로미터의 피치로 레이저 빔(105)을 조사하기 위해, 스테이지(28)에 의해 이동된 거리 또는 다결정 실리콘 박막 기판(100)이 검출될 수 있고, 25 마이크로미터로 작동시키는 EO 변조기가 이동한다. 특히, 선형 엔코더 또는 (도시되지 않은) 선형 스케일과 같은 거리 측정 장치는 다결정 박막 기판(100)이 배치된 스테이지(28) 상에 형성되거나 스테이지(28)의 구동 샤프트 상에 형성될 수 있다. 25 마이크로미터 이동에 상응하는 엔코더 출력 펄스가 계산되어, EO 변조기를 구동시키는 트리거 신호가 방출된다.
이러한 시스템에서, 스테이지(28)의 속도가 어느 정도 변화하더라도 정밀한 25 마이크로미터 피치를 조사할 수 있다. 일반적으로, 레이저 빔(105)이 조사되는 동안, 스테이지(28)는 바람직하게는 일정한 속도로 이동한다. 일정한 속도로 이동하는 경우에, EO 변조기는 일정한 시간 간격(위에서 설명된 경우에는 260 마이크로초 간격)으로 구동될 수도 있다. 그러나 속도 변화 및 스테이지(28)의 불균일성을 고려하면, 이동된 거리를 검출하는 시스템을 갖는 것이 바람직하다는 것이 더욱 명확할 것이다.
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 사이즈를 가지는 작은 결정립(120, 121)의 집합체이다. 도면에 도시된 영역이 레이저 빔에 의해 조사될 때, 레이저 조사 영역 외측의 미세 결정립(120)은 형 상태를 유지하지만, 레이저 조사 영역 내부의 미세 결정립(예컨대, 결정립(121))은 용융된다.
그 후, 레이저 에너지의 감소 또는 조사의 정지에 의해, 용융된 실리콘은 저온측으로부터 고온측으로 성장하며 온도 구배를 따라 종자 결정과 동일한 결정 방향을 가지는 결정을 형성하는데, 여기서 종자 결정은 용융 영역의 에지부에 남아 있는 결정립이다. 이 시기에 결정립의 성장 속도는 결정 방향에 의존하여 변화하고, 따라서 극단적으로 보다 빠른 성장 속도의 결정 방향을 가지는 결정립만이 남게 된다. 구체적으로, 도16에 도시된 바와 같이, 느린 성장 속도의 결정 방향을가지는 결정립(122)은 보다 빠른 성장 속도의 결정 방향을 가지는 주변 결정립의 성장에 의해 억압되고, 결정 성장은 정지된다.
또한, 중간 성장 속도의 결정 방향을 가지는 결정립(123 및 124)은 성장을 계속하지만, 보다 빠른 성장 속도의 결정립의 성장에 의해 억압되고 오래가지 않아서 그들의 성장은 정지한다. 최종적으로, 가장 빠른 성장 속도의 결정 방향을 가지는 결정립(125, 126, 127)만이 성장을 계속한다. 마지막까지 성장을 계속하는 이러한 결정립(125, 126, 127)은 엄밀한 의미로 별개의 결정립이지만, 거의 동일한 결정 방향을 가진다. 용융되고 재결정된 부분은 사실상 단일 결정으로 보일 수 있다.
상기 논의된 바와 같이 레이저 빔을 다결정 실리콘 박막(103)상에 조사함으로써, 레이저 빔(105)에 의해 조사된 다결정 실리콘 박막(103)의 일부만이 도13c에 도시된 바와 같이 섬 모양으로 어닐되고, 특정 결정 방향을 가지는 결정립만이 형성되며, 엄밀한 의미로 다결정 상태에 있게 된다. 그렇지만, 유사 단일 결정 특성을 가지는 영역(106)이 형성된다. 특히, 이는 실질적으로 결정립 경계를 교차하지 않는 방향의 단일 결정으로서 고려될 수 있다.
이러한 절차를 반복하고 다결정 실리콘 박막 기판(100)의 상대적인 주사중에 어닐링을 필요로 하는 부분 상에 연속적으로 레이저(105)를 조사함으로써, 구동 회로의 트랜지스터를 형성하는 영역은 모두 유사 단일 결정 특성을 가지는 영역(106)으로 변환된다. 또한, 도16에 도시된 바와 같이 유사 단일 결정 특성을 가지는 영역(106) 내에서 결정립은 균일한 방향으로 성장하기 때문에, 전류가 흐르는 방향과트랜지스터가 형성될 때 결정립 성장의 방향을 정합함으로써 결정립 경계를 교차하는 전류의 흐름을 피할 수 있다.
결정립이 성장하는 방향은 조사된 레이저 빔(105)의 에너지 밀도 분포 및 레이저 빔의 조사 방향(실제적으로, 본 단계의 주사 방향)에 의해서 제어될 수 있다. 구체적으로, 도21b에 도시된 바와 같이, 에너지 밀도 분포에 경사부가 제공될 때, 결정립은 에너지 밀도가 낮은 부분(저온 측)으로부터 재결정되기 시작하고 에너지 밀도가 높은 부분(고온 측)을 향해 성장한다.
또한, 레이저 빔(105)의 주사로 인해, 조사된 영역의 외측 부분으로부터 온도가 강하하고, 재결정화가 시작되며, 결정은 레이저 빔의 스캐닝 방향으로 성장한다. 본 실시예로써, 엑시머 레이저를 어닐링함으로부터 교차 방향으로 결정립 크기가 1 마이크로미터보다 크게 성장하고, 길이 방향으로 10 마이크로미터까지, 혹은 더 크게 성장하는 결정립이 얻어진다.
또한, 도19에 도시된 바와 같이 레이저 조사 영역(301)에서, 빠른 성장 속도의 결정립으로만 구성된 부분은 구동 트랜지스터의 활성층(활성 영역)이 되기 위하여 위치 설정될 수 있다. 비록, 불순물-주입 공정 및 빔-에칭 공정을 확산하더라도, 활성 영역(302, 303)의 외측 (부분)은 제거된다. 도20에 도시된 바와 같은 빔-에칭 공정으로써, 게이트 절연막 위의 게이트 전극(305), 소스 전극(306) 및 저항 연결부를 가지는 드레인 전극(306)(즉, 307)이 형성된다. 결정립계(304, 304')가 활성 영역 내에 존재한다. 그렇지만, 소스 전극(306)과 드레인 전극(Sic-307) 사이로 전류가 흐르기 때문에, 전류는 결정립계(304, 304')를 교차하지 않으며 단일 결정으로 구성된 경우와 실질적으로 등가인 운동성이 얻어진다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 어닐링에 의해 용융되고 재결정된 부분에 대해서 전류의 흐름을 결정 경계부를 가로지르지 않는 방향과 정합함으로써, 운동성은 단지 엑시머 레이저에 의한 어닐링만을 거쳤던 다결정 실리콘 박막(103)보다 2배 이상으로 개선될 수 있다. 이러한 운동성은 고속으로 구동할 수 있는 액정 구동기 회로를 형성하기에 충분한 수치이다.
한편, 화소 절환 트랜지스터는 엑시머 레이저에 의한 어닐링만을 거쳤던 다결정 실리콘 박막(103)의 영역 내에 형성된다. 엑시머 레이저로써 어닐링함으로써 얻어진 다결정 막 내에서 결정립들은 미세하며 임의의 방향성을 가지기 때문에, 본 발명으로써 레이저 어닐링함으로써 얻어진 결정립의 것과 비교해서 그 운동성이 낮지만, 화소 절환 트랜지스터에서 사용되기에는 충분하다.
어떤 경우에서는, 비결정 실리콘 막이 화소 절환 트랜지스터로서 사용되기에 충분하기도 하다. 그러한 경우에서는, 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 플로우 차트에서 집결된다. 구체적으로, 절연 막 형성 및 a-Si 막 형성은 기판상에서 수행되고, 엑시머 레이저 어닐링 후에, 구동 회로를 형성하기 위한 부분에 대해서만 본 발명에 따른 레이저 어닐링이 수행된다.
본 발명에 따른 레이저 어닐링을 보다 상세하게 설명하기 위해서, 도25에 도시된 절차에 의한 엑시머 레이저 어닐링을 거친 기판이 본 발명에 관련된 레이저 어닐링 장치 내에 장착되고, 예비 정렬 마크가 기판 에지 또는 코너부에 수행되며, 정렬 마크는 레이저 공정에 의해 형성된다. 정렬 마크가 검출되고 정렬(미세 정렬)이 수행된 후에, 설계 데이터에 따라 구동 회로를 형성하는 부분에 대해서만 레이저 어닐링이 수행된다. (기판이) 레이저 어닐링 장치 내에 장착된 후에 포토-레지스트 공정에 의해 상기 지점에 정렬 마크가 형성되는 경우에는, 예비-정렬 및 정렬 마크 형성 공정이 불필요하다. 기판은 바람직한 영역이 완전하게 어닐될 때까지 반복된 후에 이송된다.
이후에, 도24의 흐름도에 도시된 바와 같이, 필요하다면, 포토-레지스트 공정을 통해, 정렬 마크(104, 104') 또는 정렬 마크(104, 104')로부터 계산된 원점 좌표를 기초로 한 부분에만 다결정 실리콘 막의 영역이 유지된다. 그 후, 포토-레지스트 공정에 의해 게이트 절연 막 형성 및 게이트 전극 형성이 수행되고, 그 후 불순물 주입 및 주입된 불순물의 활성화가 수행된다.
이후에, 중간 절연 막 형성, 소스 및 드레인 전극 형성, 보호막(패시베이션 막) 형성등과 같은 포토-레지스트 공정 동안에, 도14a에 도시된 바와 같이 구동 회로(107, 107') 및 화소(109)가 다결정 실리콘 박막 기판(100) 상에 형성되고, ＴＦＴ 기판가 완성된다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 어닐링이 수행된 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.
이후에, ＴＦＴ 기판 상에 컬러 필터(109)를 배치하기 위한 LCD 공정(패널 공정)을 통하여, 그리고 도14b에 도시된 바와 같은 방향 막 형성 및 마찰과 그 내부에 액정 재료를 밀봉하는 것과 같은 공정과 도14c에 도시된 바와 같이 백라이트(도시 안됨)등과 함께 샤시(110) 내에 배치를 위한 모듈 공정을 통하여, 고속 구동기 회로를 가지는 액정 디스플레이 장치가 완성된다.
본 발명에 따른 레이저 어닐링을 적용하여 제조된 액정 디스플레이 장치를 포함하는 제품의 예로서 이하의 것, 즉, 이동식 게임 장치의 디스플레이부와 같은, 자동차 계기판 내에 포함된 다양한 기구의 디스플레이부에 부가적으로, 도26a에 도시된 바와 같은 액정 텔레비전(401)의 디스플레이부, 도26b에 도시된 바와 같은 이동식 텔레비전(402)의 디스플레이부, 또는 도26c에 도시된 바와 같은 노트북 컴퓨터(403)의 디스플레이부가 포함된다.
다음으로, 도17을 이용하여 본 발명에 관련된 레이저 어닐링 장치의 다른 실시예가 설명된다. 본 실시예는 복수의 패널(200, 200', 200")이 얻어질 수 있는 대형 기판(201)이 설치된 스테이지(202), 레이저 조사 광학 시스템에 제공된 복수의 광학 렌즈 배럴(203', 203"), 전술된 광학 렌즈 배럴의 각각의 위치를 독립적으로 조정하기 위한 조정 스테이지(204)(광학 렌즈 배럴(203', 203")을 위한 조정 스테이지는 도시 안됨), 및 전술된 조정 스테이지(204)를 유지하기 위한 선반(205)(본 도면에서는 부분적으로 도시됨)을 포함한다.
도18에 도시된 바와 같이, 이하의 것, 즉, 레이저 발진기(210), 셔터(211), 빔 확장기(212), EO 변조기(213), 빔 균질화기(214), 고속 회전 확산기(215), 직사각형 슬릿(216), 대물 렌즈(217), CCD 카메라(218) 및 바람직한 에너지 밀도 분포를 얻기 위한 필터(219)를 포함하는 레이저 방출 광학 시스템이 광학 렌즈 배럴(203) 내부에 내장된다. 또한, 비록 이하의 것, 즉, 관찰용 조명 장치, 기준 빔용 광원 장치, 관찰 모니터, 확산기용 고속 회전 기구, 자동 초점 광학 시스템, 화상 처리 유닛, 제어 장치 등이 도18에서는 생략되었지만, 기본적인 구성은 도1에 도시되었다.
각 부의 기능은 도1에 도시된 레이저 어닐링 장치와 동일하며 여기서는 상세하게 다루지 않는다. 다른 태양으로는, 레이저 방출 광학 시스템의 복수의 그룹(도17에서는 3 개의 그룹)이 개별적인 광학 렌즈 배럴(203, 203', 203") 내부에 각각 내장되고, 각각의 것들은 XYZ(방향)으로 독립적으로 이동될 수 있는 조정 스테이지(204) 상에 고정되고, 위치 설정 조정은 각 광학 렌즈 배럴(203, 203', 203")이 각 패널 상의 동일한 위치에 레이저 광을 방출할 수 있고 레이저 어닐링이 동시에 복수의 위치에 대해 수행될 수 있도록 하는 것이 가능한 것이 있다. 전술된 레이저 어닐링 장치에 의한 레이저 어닐링 방법이 다음에 설명된다. 도13a에 도시된 바와 같이, 사용된 기판(201)은 다결정 실리콘 박막 기판(100)과 동일한 구성을 가지는 기판으로서, 그 사이에 절연 박막(102)을 구비하면서 비결정 실리콘 박막이 유리 기판(101)의 주 표면상에 형성되고, 비결정 실리콘 박막(103)은 전체 표면에 걸쳐 엑시머 레이저를 주사함으로써, 재결정된다. 절연 박막(102)은 SiO2, SiN, 또는 그 조합물이다. 복수의 패널이 다결정 실리콘 박막 기판(201) 상에 형성될 것이다(도17에서는 1 개의 기판 상에 3 개의 패널이 형성된다).
기판(201)은 스테이지(202) 상에 장착된다. 정렬 마크(도시 안됨)는 다결정 실리콘 박막 기판(201) 상에 각 패널이 형성될 영역 내의 복수의 위치에 형성된다. 이러한 정렬 마크는 포토-에칭 기술에 의해 정상적으로 형성되고, 단지 이러한 목적을 위해서 포토-레지스트 공정을 수행하는 것은 낭비적인 것이다.
다결정 실리콘 박막 기판(201)의 코너부를 검출하고, 대충 정렬 실시한 후에, 예컨대, 수직 및 수평 직각형상의 직각형상 슬릿을 구비하면서, 1 개의 광학 렌즈 배럴(예컨대, 도면 부호 203)로부터 레이저 어닐링을 위해 사용된 레이저 빔을 형성하고, 다결정 실리콘 박막을 제거함으로써, 십자형 마크가 정렬 마크로서 각 패널(200, 200', 200")상의 복수의 위치에 연속적으로 형성된다. 그렇지 않으면, 설정된 표준 위치에로 각각의 광학 렌즈 배럴(203, 203', 203")을 위치 설정한 후에, 십자형 마크가 정렬 마크로서 복수의 위치(203, 203', 203")[sic]에 형성된다.
다음에, 2개의 위치 내의 정렬 마크가 CCD 카메라에 의해 1 개의 광학 렌즈 배럴(예컨대, 도면 부호 203)상에 연속적으로 화상 처리되고, 그 무게 중심 위치가 검출되며, 설계 좌표에 따라 XYθ3 축으로 스테이지(202)를 이동함으로써, 정렬 마크를 기반으로 하여, 기판(201)의 미세 정렬이 수행된다. 또한, 어닐링을 수행하기 위한 광학 렌즈 배럴의 CCD 카메라가 정렬 마크를 검출하기 위해 사용되지만, 정렬 광학 시스템은 부가적으로 설치될 수 있다. 이러한 경우에, 단일 광학 시스템에 의해 복수의 정렬 마크가 연속적으로 검출될 수 있거나, 복수의 광학 시스템에 의해 복수의 정렬 마크가 동시에 검출될 수 있다.
이후에, 스테이지(202)는 각 패널(200, 200', 200")에 대한 각각의 정렬 마크의 위치가 설계 좌표에 따른 각 광학 렌즈 배럴의 시야로 들어오도록 이동된다. 정렬 마크는 각 광학 렌즈 배럴(203, 203', 203")의 CCD 카메라로 화상 처리되고, (위치는) 각 광학 렌즈 배럴(203, 203', 203")의 조정 스테이지(204)에 의해 무게 중심이 시야의 중심에 정합되도록 조정된다. 이로 인해 각각의 광학 렌즈 배럴(203, 203', 203")의 위치는 기판(201) 상에 형성된 패널(200, 200', 200") 상의 동일한 위치를 조사하도록 조정된다.
그후에, 레이저 빔은 구동 회로의 활성층(활성 영역)이 상기 논의된 설계 데이터에 따라 각 패널(200, 200', 200")상에 형성되야 하는 위치로만 조사하고 어닐한다.
상기 논의된 바와 같이, 방출된 레이저 빔은 EO 변조기(213)에 기인한 주어진 펄스 파형과 균질화기(214) 및 필요하다면 발신 필터에 기인한 바람직한 에너지 밀도 분포를 가지고, 고속 회전 확산기(215)를 통과함으로써 확산되고, 간섭성을 상실하며, 직사각형 슬릿(216)에 의해 직사각형으로 형성되고, 대물 렌즈(217)에 의해 집중되고 방출된다. 필요에 따라, 균질화기(214)로부터의 출력이 직사각형 또는 선형 빔으로 형성되도록 구성될 수 있다.
레이저 광에 의해 조사된 영역은, 예컨대, 각 화소를 구동하기 위한 구동기 회로를 형성하기 위한 부분이다. 스테이지(202)가 이동되면서, 필요한 부분만이 연속적으로 조사되고, 다결정 실리콘 박막 기판(201)이 주사된다. 이때, 각 광학렌즈 배럴(203, 203', 203")이 장착된 조정 스테이지(204)의 Z 방향으로의 독립적인 이동에 의해, 각 광학 렌즈 배럴(203, 203', 203")이 자동 초점 기구(도시 안됨)에 의해 제어되어서, 모든 광학 렌즈가 기판(201)의 표면에 대해 일정한 물리적인 관계를 가진다.
많은 수의 소형 패널이 단일 기판 상에 정렬될 때, 어닐링은 몇 개의 패널마다 어닐링을 수행하고, 1 개의 패널의 거리만큼 이동하고, 어닐링 절차를 1회 더 반복함으로써 모든 패널에 대해 어닐링이 수행될 수 있다. 구체적으로, 도22a에 도시된 바와 같이, (이는) 9 개 열의 패널이 기판(251)상에 형성되고 3 개의 광학 렌즈 배럴에 의해 어닐되는 경우에 대해 설명되었다.
어닐링은 기판(251)의 우측으로부터 3 개의 광학 렌즈 배럴(250, 205', 250")에 의해 매 3 개 열마다 수행된다. 어닐링이 패널의 제1, 제4 및 제7 열에 대해 완료되며 용융되고 재결정된 영역 (252, 252', 252")이 형성될 때, 도22b에 도시된 바와 같이, 기판(251)은 1 개 열만큼 우측으로 이동되거나, 광학 렌즈 배럴(250, 205', 250")의 세트가 1 개 열만큼 좌측으로 이동되고 패널의 제2, 제5 및 제8열이 어닐된다.
동일한 방식으로 1 개 패널의 거리만큼 더 이동된 후에, 패널의 제3, 제6 및 제9 열의 어닐링이 수행되고 기판(251)의 어닐링이 종료된다. 필요에 따라, 도시된 주사 방향에 대해 우측 각도에서 주사하는 경우에, 기판(251)은 90 도 회전될 수 있고, 레이저 빔의 폭 방향 및 길이 방향이 절환되며, 주사 방향이 변화된다.
도23a에 도시된 바와 같이, 주사 방향을 변화하는 경우에서, 패널의 제1 행의 3 개의 패널은 각각의 광학 렌즈 배럴(250, 250', 250")에 의해 기판(251)의 우측으로부터 어닐되고, 용융되고 재결정된 영역(254, 254', 254")이 형성된다. 다음에, 도23b에 도시된 바와 같이, 스테이지 또는 광학 렌즈 배럴은 주사 방향에 수직한 방향으로 1 개 패널의 거리만큼 이동되고 패널의 제2 행에 있는 3 개의 패널이 어닐된다. 이러한 절차가 필요한 회수만큼 반복되고, 모든 패널이 어닐되며, 그 후 (공정은) 종료된다.
도15로써 설명된 바와 같이, 기판(201) 상에 형성된 다결정 실리콘 막은 1 미크론 이하(수백 나노미터)의 미세 결정립의 집합체이다. 레이저가 상기 미세 결정립 집합체 상에 조사될 때, 레이저가 조사되는 영역 외측의 미세 결정립은 그 현 상태를 유지하지만, 레이저가 조사되는 영역 내부의 미세 결정립은 용융된다. 그후, 종자 결정은 용융된 영역의 주연부의 잔여 결정립인 상태로, 종자 결정의 결정 방향을 가지는 결정은 용융된 실리콘 막으로 성장한다.
이 시기의 결정립의 성장 속도는 결정 방향에 의존하여 변화하기 때문에, 가장 빠른 성장 속도의 결정 방향을 가지는 결정립만이 극단적으로 남는다. 구체적으로, 도16에 도시된 바와 같이, 느린 성장 속도의 결정 방향을 가지는 결정립(122)은 보다 빠른 성장 속도의 결정 방향을 가지는 결정립의 성장에 의해 억압되고, 그 결정 성장은 정지된다. 또한, 중간 성장 속도의 결정 방향을 가지는 결정립(123, 124)은 성장을 계속하지만, 빠른 성장 속도의 결정립(125, 126 및 127)의 성장에 의해 억압되고 곧 그들의 형성은 정지한다. 최종적으로, 빠른 성장 속도의 결정 방향을 가지는 결정립(125, 126 및 127)만이 성장을 계속한다.
마지막까지 성장을 계속하는 상기 결정립(125, 126 및 127)은 엄밀한 의미로 별개의 결정립이지만, 거의 동일한 결정 방향을 가진다. 용융되고 재결정된 부분은 사실상 단일 결정으로 볼 수 있다. 구체적으로, 도13c에 도시된 바와 같이, 레이저 광(105)에 의해 조사된 다결정 실리콘 박막(103)의 일부만이 섬 형상으로 어닐되고, 엄밀한 의미로서 다결정 상태에 있다. 그렇지만, 거의 단일 결정 특성을 가지는 영역(106)이 형성된다.
기판을 주사하고 어닐링을 요하는 부분 상에 레이저 빔을 연속적으로 조사하는 중에 이러한 절차들을 반복함으로써, 구동기 회로의 트랜지스터를 형성하기 위한 영역은 거의 단일 결정 특성을 갖는 영역으로 모두 변환될 수 있다. 더욱이, 결정립이 도16에 도시되어진 바와 같이 거의 단일 결정 특성을 갖는 영역 내에서 균일한 방향으로 성장하므로, 결정립 경계를 가로지른 전류의 유동은 트랜지스터가 형성될 때 결정립 성장의 방향으로 전류가 유동하는 방향으로 정합시킴으로써 방지될 수 있다.
결정립이 성장하는 방향은 조사된 레이저 빔 및 레이저 빔의 주사 방향(실질적으로, 스테이지의 주사 방향)의 에너지 밀도 분포에 의해 제어될 수 있다. 특별히, 에너지 밀도 분포에 경사가 제공될 때, 에너지 밀도가 낮으며(저온 측면) (결정이) 성장하는 것으로부터 에너지 밀도가 높은 (고온 측면)쪽으로 결정화가 개시된다.
또한, 조사된 영역은 레이저 빔이 주사되고 온도의 강하가 조사된 영역으로부터 분리된 부분으로 개시되므로 조사된 영역은 이동한다. 따라서, 결정화는 개시되고 결정은 레이저 빔의 주사 방향으로 성장한다. 본 실시예에서, 결정립은 엑시머 레이저로 횡방향으로 어닐링함으로부터 1 마이크로미터 결정립 크기보다 더 크게 성장하고 길이방향으로 10 마이크로미터 이상으로 성장하는 결정립이 달성될 수 있다. 또한, 10 마이크로미터 또는 그 이상의 결정립이 달성될 수 있다.
도19에 도시되어진 바와 같이 레이저 조사 영역(301)에서, 고 성장 속도를 갖는 결정립으로만 구성된 부분은 구동 트랜지스터의 활성 레이저(활성 영역, 302, 303)가 되도록 위치될 수 있다. 불순물 주입 공정, 포토-에칭 공정, 활성 영역(302,303)의 외부(부분)는 제거된다. 도20에 도시되어진 포토-레지스트 공정으로, 오옴 접속을 갖는 게이트 절연 막 상의 게이트 전극(305), 소스 전극(306) 및 드레인 전극(307)이 형성되며, 트랜지스터가 완성된다.
결정립 경계부(304, 304')는 활성 영역(303) 내에 존재한다. 그러나, 소스 전극(306)과 드레인 전극(307) 사이에 전류가 유동하므로, 전류는 결정립 경계부(304, 304')를 횡단하지 못하며, 단일 결정으로 달성된 구성의 경우에 상응하는 이동성이 달성된다. 특별히, 용융되고 재결정화된 부분의 이동성은 엑시머 레이저 어닐링으로만 행해진 다결정 실리콘 박막의 이동성을 이중 또는 그 이상으로 함으로써 개선될 수 있다. 따라서, 고속에서 구동가능한 액정 드라이버 회로는 ＴＦＴ 기판 상에 형성될 수 있다.
더욱이, 도20에 도시된 트랜지스터는 단지 하나의 실례이며, 본 발명은 이로 제한되지 않는다. 트랜지스터는 다양한 상이한 구조를 가질 수 있으나, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 다양한 구조물을 갖는 트랜지스터를 형성하는 것이 가능하다.
반면에, 화소 변환 트랜지스터는 엑시머 레이저로만 어닐링처리되는 다결정 실리콘 박막(103)의 영역 내에 형성된다. 특히, ＴＦＴ 기판는 게이트 절연막 형성, 게이트 전극 형성, 불순물 주입, 주입된 영역의 활성화, 소스 및 드레인 전극 형성, 패시베이션 막 형성등의 포토-레지스트를 통해 완성되며, 정렬 마크 또는 정렬 마크로부터 계산된 원점 좌표에 근거한다. 포토레지스트 공정을 위한 정렬 마크로서 레이저 공정에 의해 형성된 정렬 마크는 적어도 하나의 포토레지스트 공정 내에 위치설정을 위해 이용된다. 그 후, 새롭게 형성된 정렬 마크는 전술한 포토레지스트 공정 내에서 이용된다.
그 후에, 완성된 ＴＦＴ 기판 상에 방위 막을 형성하고, 컬러 필터를 설치하고, 러빙 공정을 통해 ＴＦＴ 기판 상에 액정 재료를 밀봉하기 위한 LCD(패널) 공정, 및 백라이트 등과 함께 샤시 내에 위치시키기 위한 모듈 공정을 통해, 유리 기판 상에 형성된 고속의 드라이버 회로를 갖는 액정 디스플레이 장치가 완성된다 (소위, 패널 상의 시스템 또는 디스플레이 내의 시스템).
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 방법은 비결정질 또는다결정 실리콘 박막의 결정립이 소정 방향으로 성장할 수 있으며, (이러한 막을) 10미크론 이상의 크기의 결정립을 갖는 다결정 실리콘 박막으로 변환시키고, 조사된 부분을 어닐링하기 위해 적절한 에너지 밀도 분포를 가지며 최적의 펄스 기간 및 어닐링을 위한 적절한 일시적인 에너지 변동을 갖는 간섭으로부터의 영향없이 레이저 빔을 조사함으로써 다결정 실리콘 박막의 이동성을 크게 개선시키는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명과 관련된 ＴＦＴ 기판은 기판 상에 고속의 구동 회로의 발생을 가능하게 하고 소위 패널 상의 시스템 또는 디스플레이 내의 시스템의 인지를 가능하게 하는 효과를 갖는다.

Claims (21)

  1. 샘플을 지지하는 상태에서 이동가능한 스테이지 수단과,
    레이저 빔을 방사하기 위한 레이저 빔 소스 수단과,
    상기 레이저 빔 소스 수단으로부터 방사된 레이저 빔의 에너지를 시간의 관점에서 변조하기 위한 변조 수단과,
    소정의 공간 에너지 분포를 갖도록 레이저 빔 소스 수단으로부터 방사된 상기 레이저 빔을 조정하기 위한 에너지 분포 조정 수단과,
    상기 레이저 빔 소스 수단으로부터 방사된 상기 레이저 빔의 간섭을 감소하기 위한 간섭 감소 수단과,
    상기 변조 수단, 상기 에너지 분포 조정 수단 및 상기 간섭 감소 수단을 통해 통과된 레이저 빔을 상기 샘플의 표면 상으로 투영하기 위한 투영 광학 시스템 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  2. 샘플을 지지하는 상태에서 이동가능한 스테이지 수단과,
    레이저 빔을 방사하기 위한 레이저 빔 소스 수단과,
    상기 레이저 빔 소스 수단으로부터 방사된 레이저 빔의 에너지를 시간의 관점에서 변조하기 위한 변조 수단과,
    레이저 빔 소스 수단으로부터 방사된 상기 레이저 빔의 횡단 형상을 형성하기 위한 형상 수단과,
    상기 레이저 빔 소스 수단으로부터 방사된 상기 레이저 빔의 간섭을 감소시키기 위한 간섭 감소 수단과,
    상기 변조 수단, 상기 형상 수단 및 상기 간섭 감소 수단을 통과한 레이저 빔을 상기 샘플의 표면상으로 투영하기 위한 투영 광학 시스템 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  3. 샘플을 지지하는 상태에서 이동가능한 스테이지 수단과,
    레이저 빔을 방사하기 위한 레이저 빔 소스 수단과,
    상기 레이저 빔 소스 수단으로부터 방사되고 셔터 수단이 작동될 때 시간 주기 내에 상기 셔터 수단을 통해 통과된 레이저 빔의 에너지를 변조하기 위한 변조 수단과,
    레이저 빔 소스 수단으로부터 방사된 상기 레이저 빔을 소정의 공간 에너지 분포를 갖도록 조정하기 위한 에너지 분포 조정 수단과,
    상기 레이저 빔 소스 수단으로부터 방사된 상기 레이저 빔의 간섭을 감소시키기 위한 간섭 감소 수단과,
    상기 변조 수단, 상기 에너지 분포 조정 수단 및 상기 간섭 감소 수단을 통과한 레이저 빔을 상기 샘플의 표면상으로 투영하기 위한 투영 광학 시스템 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  4. 샘플을 지지하는 상태에서 이동가능한 스테이지 수단과,
    레이저 빔을 방사하기 위한 레이저 빔 소스 수단과,
    상기 레이저 빔 소스 수단으로부터 방사되고 셔터 수단을 통과한 레이저 빔의 에너지를 시간의 관점에서 변조하기 위한 변조 수단과,
    레이저 빔 소스 수단으로부터 방사된 상기 레이저 빔의 공간 에너지 분포를 조정하기 위한 에너지 분포 조정 수단과,
    상기 변조 수단 및 상기 에너지 분포 조정 수단을 통과한 레이저 빔을 상기 샘플의 표면상으로 투영하기 위한 투영 광학 시스템 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔을 시간의 관점에서 변조하기 위한 상기 변조 수단은 전기 광학 변조기인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에너지 분포 제어 수단은 빔-균질화기, 소정의 투과율을 갖는 필터 및 직사각형 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 간섭 감소 수단은 고속에서 회전하는 확산기인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔 소스 수단은 YVO4레이저의 보조 고조파를 발생하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 투영 광학 시스템의 초점 위치와 상기 샘플 표면 사이의 관계를 제어하기 위한 자동 초점 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  10. 샘플의 표면상에 형성된 박막을 어닐링하기 위한 레이저 어닐링 방법이며,
    레이저 빔 소스로부터 방사된 레이저 빔의 에너지를 시간의 관점에서 변조하는 단계와,
    레이저 빔의 변조되어진 에너지 분포를 조정하는 단계와,
    상기 표면상에 형성된 박막을 갖는 샘플의 표면을 주사하기 위해, 조정되어진 상기 에너지 분포 및 시간 관점에서 변조된 상기 레이저 빔의 에너지를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
  11. 샘플의 표면상에 소정 영역의 박막을 어닐링 하기 위한 레이저 어닐링 방법이며,
    레이저 빔 소스로부터 조사된 레이저 빔의 에너지를 시간 관점에서 변조하는 단계와,
    변조되어진 레이저 빔의 에너지를 횡단 형상으로 형성하기 위한 단계와,
    상기 표면상에 형성된 박막을 갖는 샘플의 표면을 주사하기 위해, 형성되어진 상기 횡단면 형상 및 시간 관점에서 변조된 상기 레이저 빔의 에너지를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
  12. 샘플의 표면상에 박막을 부분적으로 어닐링하기 위한 레이저 어닐링 방법이며,
    레이저 빔 소스로부터 방사된 레이저 빔의 에너지를 시간 관점에서 변조하는 단계와,
    시간 관점에서 변조된 상기 레이저 빔의 에너지 분포를 조정하는 단계와,
    상기 표면상에 형성된 박막을 갖는 샘플의 표면상으로, 조정되어진 상기 에너지 분포 및 시간 관점에서 변조되어진 상기 레이저 빔의 에너지를 간헐적으로 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 레이저 빔은 전기-광학 변조기를 이용하여 시간 관점에서 변조되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 레이저 빔 에너지 분포는 빔-균질화기, 소정의 투과율을 갖는 필터, 및 직사각형 슬릿을 이용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
  15. 연속하는 레이저 빔을 시간 변조 수단을 이용하여 소정의 파형을 갖는 펄스화된 레이저 빔으로 변환시키는 단계와,
    상기 펄스화된 레이저 빔을 공간 변조 수단을 이용하여 소정의 에너지 분포를 갖는 레이저 빔으로 변환시키는 단계와,
    상기 소정의 에너지 분포를 갖는 상기 레이저 빔을 집중시키는 단계와,
    절연막이 사이에 개재된 유리 기판 상에 형성된 비결정질 또는 다결정 실리콘 막 위로 주사하는 중에 소정 영역 상으로만 집중된 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
  16. 연속하는 레이저 빔을 시간 변조 수단을 이용하여 소정 파형을 갖는 펄스화된 레이저 빔으로 변환하는 단계와,
    상기 펄스화된 레이저 빔을 공간 변조 수단을 이용하여 소정의 에너지 분포를 갖는 레이저 빔으로 변환하는 단계와,
    비간섭 광학 시스템을 이용하여 상기 레이저 빔의 간섭을 감소시킨 후에 상기 레이저 빔을 집중하는 단계와,
    절연막이 사이에 개재된 유리 기판 상에 형성된 비결정질 또는 다결정 실리콘 막 위로 주사하는 중에 소정의 영역 상으로만 집중된 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
  17. 절연막이 사이에 개재된 유리 기판 상에 형성된 비결정질 실리콘 막의 전체 표면상으로 엑시머 레이저를 조사하고, 상기 비결정질 실리콘 막을 다결정 실리콘 막으로 변환하는 단계와,
    구동 회로를 형성하기 위한 영역 상으로만 소정의 펄스 파형 및 소정의 에너지 분포를 갖는 직사각형 또는 선형 레이저 빔인 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
  18. 절연막이 사이에 개재된 유리 기판 상에 형성된 비결정질 실리콘 막의 전체 표면상으로 엑시머 레이저를 조사하고, 상기 비결정질 실리콘 막을 다결정 실리콘 막으로 변환하는 단계와,
    상기 다결정 실리콘 막 상의 복수의 위치에 레이저 빔을 조사하고, 정렬 마크를 형성하는 단계와,
    상기 정렬 마크의 위치를 근거하여 상기 정렬 마크를 탐지하고, 구동 회로를 형성하기 위한 영역 상으로만 소정의 펄스 파형 및 소정의 에너지 분포를 갖는 직사각 또는 선형 레이저 빔인 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 정렬 마크는 적어도 하나의 하류 부문의 포토-레지스트 공정 내에 위치설정하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
  19. 유리 기판 상에 형성된 구동 회로 부분 및 화소 부분을 갖는 ＴＦＴ 기판이며,
    상기 구동 회로를 구성하는 트랜지스터의 적어도 하나의 활성층(활성 영역)은 전류의 방향을 가로지른 결정립 경계부를 갖지 않는 결정을 포함하는 다결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 ＴＦＴ 기판.
  20. 유리 기판 상에 형성된 구동 회로 부분 및 화소 부분을 갖는 ＴＦＴ 기판이며,
    상기 화소 부분을 형성하는 절환 트랜지스터의 활성층(활성 영역)은 비결정질 또는 다결정 실리콘을 포함하며,
    상기 구동 회로를 구성하는 트랜지스터의 활성 영역의 다결정 실리콘은 상기 절환 트랜지스터의 활성층(활성 영역)을 구성하는 비결정질 실리콘 또는 다결정 실리콘보다 더 큰 결정립 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 ＴＦＴ 기판.
  21. 실리콘 막을 갖는 유리 기판 상에 화소 부분의 주위에 형성된 구동회로 부분 및 화소 부분을 갖는 ＴＦＴ 기판이며,
    상기 구동 회로를 구성하는 트랜지스터의 상기 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극은 동일한 실리콘 결정립 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 ＴＦＴ 기판.
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