KR20050078188A - 평면 표시 장치의 제조 장치 - Google Patents

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KR20050078188A
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Abstract

레이저광의 공간 강도 분포 및 광축의 어긋남을 항상 측정하는 기구를 설치하여 레이저광 정형 광학 소자에 입사하는 입사 레이저광이 소정의 조건으로부터 멀어졌을 때에 측정한 신호를 처리하고, 그 처리 결과를 기초로 광축 중에 배치한 빔 확장기를 구성하는 렌즈의 초점 위치에 삽입된 공간 필터에 의해 레이저광 정형 광학 소자에 입사하는 레이저광의 빔 형상, 빔 직경, 입사 위치를 항상 소정의 조건으로 유지하도록 구성하였다.
이에 의해, 평면 표시 장치의 표시 패널을 구성하는 절연 기판 상에 안정적으로 균일한 결정성을 갖는 실리콘 박막을 고수율로 형성하는 것을 가능하게 하였다.

Description

평면 표시 장치의 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING FLAT PANEL DISPLAY DEVICES}
본 발명은 절연 기판 상에 형성된 반도체막에 레이저광을 조사하여 막질의 개선 혹은 결정 입자의 확대 혹은 의사 단일 결정화를 행하여 형성한 박막 트랜지스터로 구성된 평면 표시 장치의 제조 장치에 관한 것이다.
현재, 액정 표시 장치 혹은 유기 EL 표시 장치는 유리나 용융 석영 등 기판 상의 비정질 실리콘막으로 형성된 박막 트랜지스터의 스위칭에 의해 화상을 형성하고 있다. 이 기판 상에 화소 트랜지스터를 구동하는 드라이버 회로를 동시에 형성하는 것이 가능해지면 비약적인 제조 비용 저감 및 신뢰성의 향상을 기대할 수 있다.
그러나, 기존에는 트랜지스터의 능동층을 형성하는 실리콘막의 결정성이 나쁘기 때문에 이동도에 대표되는 박막 트랜지스터의 성능이 낮고, 고속 및 고기능이 요구되는 회로의 제작은 곤란하다. 이들 고속 및 고기능의 회로를 제작하기 위해서는 고이동도 박막 트랜지스터를 필요로 하고, 이를 실현하기 위해 실리콘 박막의 결정성을 개선할 필요가 있다.
이 결정성 개선의 방법으로서 종래부터 엑시머 레이저 어닐링이 사용되고 있다. 이 방법은 유리 등의 절연 기판 상에 형성된 비정질 실리콘막(이동도는 1 ㎠/Vs 이하)에 엑시머 레이저를 조사하여 비정질 실리콘막을 다결정 실리콘막으로 변화하게 함으로써 이동도를 개선하는 것이다. 엑시머 레이저의 조사에 의해 얻게 된 다결정막은 결정 입경이 수백 ㎚ 정도, 이동도도 150 ㎠/Vs 정도로 화소의 박막 트랜지스터를 구동하기 위해서는 충분한 성능이지만, 표시 패널을 구동하는 드라이버 회로 등의 고속 동작을 필요로 하는 회로를 구성하는 박막 트랜지스터에 적용하기 위해서는 성능 부족이다. 또, 이하에서는 박막 트랜지스터를 단순히 트랜지스터라 칭하는 것도 있다.
또한, 결정 입계에는 수십 ㎚ 내지 수백 ㎚의 돌기가 형성되어 트랜지스터의 내압을 저하시키는 원인이 되고 있다. 또한, 엑시머 레이저는 펄스간의 에너지 변동이 크기 때문에 프로세스 마진이 좁은데다가, 유독한 가스를 사용하므로 설비 비용이 크고, 또한 고가의 발진관을 정기적으로 교환할 필요가 있으므로 운전 비용이 매우 큰 등의 결점도 있다.
이들 문제를 해결하는 방법으로서, 특허 문헌 1에는 EO 모듈 레이터(전기 광학 소자)에 의해 임의의 시간 폭으로 펄스화한 연속 발진 고체 레이저의 제2 고조파를 선형으로 집광하여 실리콘 박막 상을 주사시켜 레이저광 조사를 행하는 방법이 개시되어 있고, 실리콘의 용융 시간 연장, 냉각 속도 저감을 촉진하여 결정 입자의 증대를 도모한다는 내용을 개시한다.
상기 종래 기술에서는 LD(레이저 다이오드) 여기 연속 발진 고체 레이저의 제2 고조파를 유리 기판 상에 형성한 비정질 실리콘 박막 상에 주사함으로써 레이저광의 주사 방향으로 결정을 성장시켜 500 ㎠/Vs를 넘는 이동도를 얻고 있다. 얻게된 다결정막은 돌기의 발생이 없어, 이 정도의 이동도를 갖는 실리콘 박막을 얻을 수 있으면 충분한 성능의 구동 회로를 형성할 수 있어 소위 시스템 온 패널을 실현할 수 있다.
[특허 문헌 1]
일본 특허 공개 제2003-124136호 공보
[특허 문헌 2]
일본 특허 공개 제2003-53578호 공보
[특허 문헌 3]
일본 특허 공개 평11-283933호 공보
레이저 발진기로부터 발진하는 레이저광은 공간 강도 분포가 가우스 함수형이다. 따라서, 레이저 조사에 의해 실리콘 박막의 막질 개선을 행할 때에 레이저광의 공간 강도 분포가 가우스 함수형 상태에서 레이저광을 실리콘 박막에 조사하면, 조사 영역 중심부와 단부에 있어서의 용융 시간이 다르므로 결정성의 불균일한 실리콘막이 생성되어 버려 원하는 성능의 실리콘막을 얻을 수 없다. 즉, 어떠한 레이저광 정형 수단을 이용하여 조사 레이저의 공간 강도 분포를 균일화, 혹은 원하는 형상으로 정형할 필요가 있다.
LD 여기 고체 레이저광은 코히어런스 길이가 매우 긴, 즉 가간섭성이 매우 높다. 그로 인해, 현재 저온 폴리실리콘 양산 기술에 채용되어 있는 엑시머 레이저광의 정형 광학계와 같이 멀티 렌즈 어레이 등 빔 분할 방식의 레이저광 정형 수단을 적용하면, 레이저광 분할시에 발생하는 회절, 레이저광 포개어짐시에 생기는 간섭의 영향이 분포로 나타나므로, 실리콘막에 조사하는데 적합한 분포로 정형하는 것이 매우 곤란하다. 이로 인해, 고체 레이저광의 레이저광 정형 광학 소자로서 회절 광학 소자, 파웰 렌즈 등의 단일 부재로 구성된 광학 소자를 이용하는 것이 적합하다.
그러나, 이 방법에는 해결해야 할 이하의 과제가 존재한다. 즉, 상기 회절 광학 소자, 파웰 렌즈와 같이 단일 부재 소자로 레이저광의 공간 강도 분포를 정형하는 방식의 광학 소자를 이용하여 원하는 강도 분포를 얻을 때에는 입사 레이저광의 공간 강도 분포와 빔 직경을 광학 소자 설계에 있어서 설정된 입사 조건과 엄밀하게 일치시키는 것, 그리고 레이저광 정형 광학 소자에 대한 레이저광의 입사 위치를 설계에서 결정된 소정의 위치대로 일치시키는 것이 매우 중요한 요소가 된다. 이들 요소 중 어느 것이 결여되어도 레이저광은 원하는 분포로부터 멀어지게 된다.
양산 장치는 장시간 가동이 전제가 되므로, 발진기 내의 공진기 얼라이먼트의 어긋남, 레이저 매질의 열 왜곡이나 광학계의 열화 등 레이저광의 강도 분포, 광축, 빔 직경이 시간의 흐름에 따라 변화하는 요인이 다수 존재하므로, 이들 요인에 의해 유기되는 레이저광 특성의 변동을 억제하기 위해 충분한 대책을 구축해야만 한다. 실리콘막에 조사되는 레이저광의 강도 분포가 원하는 분포로부터 멀어지는 것은 형성되는 실리콘막의 결정성이 불균일해지는 것을 의미한다.
상기 결정막을 이용하여 TFT 및 평면 표시 장치를 작성한 경우에는 결정성의 불균일성으로부터 충분한 성능의 트랜지스터를 조립할 수 없어 회로 동작 불량이나 화면 휘도 불균일 등의 원인이 되고, 결과적으로 제조 수율이 저하된다는 문제가 존재한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 레이저광 변동 제어 기구가 다양하게 제안되어 있다.
예를 들어, 특허 문헌 2에는 빔 프로파일을 측정 및 추정하고, 기준 프로파일로부터의 어긋남에 따라서 확장기 렌즈의 상대 위치를 피드백 제어하도록 한 것이다. 그러나, 본 발명은 레이저광의 빔 직경을 변화시키기만 하는 기술이므로, 상술한 공간 강도 분포의 형상 변화의 문제를 해결할 수 없다.
또한, 특허 문헌 3은 엑시머 레이저의 가스 교환시, 혹은 투과창 교환시에 생기는 광축 어긋남에 의한 조사 에너지 강도의 변화를 해소하기 위해 1매의 반사 미러를 구동하여 강도 분포가 최적이 되도록 조정하는 기술을 개시한다. 그러나, 이 기술은 광축 조정에 1매의 미러를 사용하여 행하고 있으므로, 입사 레이저와 호모지나이저의 상대적인 각도, 위치 등을 원하는 위치로 복귀시키는 것은 불가능하므로 광축 어긋남을 근본적으로 해결할 수 없다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 개선하여 장시간 가동에 있어서 레이저광의 공간 강도 분포, 빔 직경, 광축을 항상 원하는 상태로 유지하고, 안정적으로 균일한 성능의 실리콘 결정막을 형성하는 평면 표시 장치의 제조 장치를 제공하여 평면 표시 장치의 제조 공정에 있어서의 수율을 향상시키는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 평면 표시 장치의 제조에 이용하는 제조 장치는 실리콘 박막에 조사하는 레이저광을 균일한 결정성을 형성하는데 적합한 공간 강도 분포로 정형하는 레이저광 정형 광학 소자와, 레이저광 정형 광학 소자에 입사하는 레이저광의 공간 강도 분포, 빔 직경을 측정하는 공간 강도 분포 및 빔 직경 측정 수단과, 레이저광 정형 광학 소자에의 입사 위치를 검출하는 레이저광 입사 위치 검출 수단과, 측정한 공간 강도 분포, 빔 직경 및 레이저광 입사 위치를 기준의 공간 강도 분포, 빔 직경 레이저광 입사 위치와 비교하기 위한 신호 처리 수단과, 처리 결과를 기초로 하여 레이저광의 공간 강도 분포, 빔 직경, 입사 위치를 기준치로 보정하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 방법을 실현하는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치에 따르면, 안정적으로 원하는 공간 강도 분포를 갖는 레이저광을 실리콘 박막에 조사할 수 있어 균일한 결정성을 갖는 실리콘 박막을 고수율로 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치에 따르면, 과간섭성이 높은 고체 레이저광을 레이저광 정형 광학 소자에 입사하는 레이저광, 혹은 레이저광 정형 광학 소자에 의해 정형된 레이저광의 강도 분포를 항상 모니터함으로써 입사 레이저광의 강도 분포, 광축, 빔 직경의 불규칙한 변화에 대해 매우 민감한 고체 레이저광 정형 광학 소자를 이용하여 실리콘막의 개질을 행할 때에 조사하는 레이저광의 균일성을 유지하고, 게다가 불량 패널을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 특징, 목적 및 이점은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 실시예의 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
(제1 실시예)
도1은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예인 레이저 어닐링 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 레이저원은 LD 여기 연속 발진 고체 레이저(1)를 이용하여 발진한 연속파 레이저광(3)의 출력을 조정하기 위한 ND 필터(2), 시간 변조하기 위한 EO 모듈레이터(4), 항상 안정적으로 동일한 공간 강도 분포, 빔 직경의 레이저광으로 조정하기 위한 공간 필터 및 빔 확장기(5), 레이저광의 일부를 분기하기 위한 레이저광 분기 기구(6), 분기된 레이저광의 공간 강도 분포를 계측하는 빔 프로파일러(7), 프로파일러(7)로 측정한 공간 강도 분포 신호를 처리하여 빔 직경과 공간 강도 분포 형상을 추출, 기준치와의 비교를 행하는 신호 처리부(8), 이 신호 처리 결과를 기초로 하여 빔 확장기를 구동하는 구동 드라이버(9), 구동 기구(11, 13)를 구비한 광축 조정용 미러(10 및 12), 광축 조정을 위한 홍채 조리개(14), 레이저광 정형 광학 소자(15), 레이저광의 출력을 일부 분기하기 위한 레이저광 분기 기구(16), 분기된 레이저광의 공간 강도 분포를 검출하기 위한 레이저광 공간 강도 분포 검출 기구(18), 이 검출 기구(17)로 검출한 신호로 필요에 따른 처리를 행하는 신호 처리부(18), 구동 기구(11, 13)를 구동하는 구동 드라이버(19), 실리콘 박막을 탑재한 유리 기판(20), 기판을 탑재하는 스테이지(21), 스테이지(21)의 위치를 검출하기 위한 리니어 인코더(리니어 스케일이라고도 함)(22), 리니어 인코더(22)가 발생하는 펄스 신호를 카운트하여 미리 설정된 펄스 수마다 EO 모듈레이터(4)를 구동하기 위한 드라이버(24)에 제어 신호를 보내는 제어 장치(23), 정형 광학 소자(15)에 의해 정형된 레이저광의 공간 강도 분포를 측정하기 위한 빔 프로파일러(25), 프로파일러(25)로 측정된 공간 강도 분포와 기준 강도 분포를 비교하는 신호 처리 장치(26), 구동 기구(13)를 구동하는 구동 드라이버(27) 등으로 구성되어 있다.
레이저 발진기(1)는 자외 혹은 가시 파장의 연속 발진광을 발생하는 것이 이용되고, 특히 출력의 크기, 출력의 안정성 등으로부터 레이저 다이오드 여기 YVO4 레이저 혹은 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제2 고조파(파장 : 532 ㎚)가 최적이다. 그러나, 이에 한정되는 일 없이 아르곤 레이저, YVO4 혹은 YAG 레이저의 제3 혹은 제4 고조파, 파이버로 결합한 복수의 반도체 레이저 등을 사용하는 것이 가능하다.
EO 모듈레이터(4) 외에 AO(음향 광학) 모듈레이터를 사용할 수 있다. 단, 일반적으로 AO 모듈레이터는 EO 모듈레이터와 비교하여 구동 주파수가 낮고, 회절 효율이 70 ％ 내지 80 ％로 약간 낮은 결점이 있지만 사용할 수 있다. 이와 같이 EO 모듈레이터(4) 혹은 AO 모듈레이터 등의 변조기를 이용함으로써, 레이저 발진기(1)로부터는 항상 레이저광을 출력한 상태에서 피조사부에 임의의 시점(혹은 위치)에서 조사를 개시하고, 임의 출력 변화를 거쳐서 임의의 시점에서 조사를 종료할 수 있다. 즉, 임의의 시간 변조를 가하는 것이 가능하다.
도2는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예를 이용하여 선형 레이저광을 조사하여 의사 단일 결정을 형성하기 전 및 후의 실리콘막의 상태를 도시하는 평면도이다. 「여기서 시간 변조를 가한 레이저광을 실리콘막에 조사하였을 때의 실리콘막의 거동, 형성되는 다결정 박막의 형상 및 성능에 대해 설명한다. 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 선형으로 집광된 레이저광(28)을 기판 상에 형성된 실리콘 박막(29)(이 경우, 출발 시료는 비정질 실리콘 박막, 다결정 실리콘 박막 중 어느 쪽이든 좋음)에 대해 상대적으로 주사시켜 결정화를 행한다.
선형의 레이저광(28)이 조사된 실리콘 박막이 용융 및 재응고하는 과정에 있어서, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 결정 입자는 레이저광 주사 방향, 즉 횡방향 성장하여 레이저광 조사 종료 지점에서 결정 성장은 정지한다. 상기 횡방향 성장 결정(30)을 이용하여 트랜지스터를 형성할 때에 레이저 주사 방향으로 성장한 결정 입자에 대해 평행하게 소스 영역(31) 및 드레인 영역(32) 및 채널 영역(33)이 형성되도록 설정하면, 결정 입계가 채널(33) 내를 횡단하지 않는 트랜지스터를 형성할 수 있어 이동도, 임계치 전압 변동의 면에서 단일 결정으로 형성한 트랜지스터에 가까운 성능을 얻을 수 있으므로, 이후 앞서 서술한 바와 같은 레이저 주사 방향으로 성장한 횡방향 성장 다결정(30)을 이하 의사 단일 결정이라 부른다.
다음에, 상기한 제조 장치를 이용하였을 때의 표시 장치의 제조 공정의 일실시예를 설명한다. 도3은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예를 이용하여 레이저 조사에 의해 실리콘막의 결정화를 행하는 공정을 설명하는 사시도이다. 도3의 (a)에 대형 기판으로 제조되는 복수의 패널[평면 표시 장치를 구성하는 패널(표시 패널), 통상은 수십 내지 수백 패널이 형성됨] 중 인접하는 2패널을 대표로 하여 도시한다. 여기서, 패널의 시료로서 유리 기판의 1주면에 절연체 박막을 거쳐서 비정질 실리콘 박막을 형성한 기판을 이용한다. 각 패널 상에는 표시 영역(화소 영역), 주사선 구동 회로 영역 및 신호선 구동 회로 영역이 형성된다. 본 실시예에서는 상기 표시 영역 중에 게이트가 다결정 실리콘막으로 구성되는 화소 트랜지스터를 신호선 구동 회로 영역, 주사선 구동 회로 영역 중에 게이트가 의사 단일 결정으로 구성되는 고속 구동이 가능한 트랜지스터를 형성하는 예를 나타낸다. 또, 본 실시예에서는 상기 3 영역만을 다결정화하여 트랜지스터를 형성하는 예를 나타냈지만, 상기 3 영역 이외에도 D/A 컨버터 등의 회로를 설치하기 위한 영역을 형성해도 좋다.
도3의 (a)에 도시한 바와 같이 스테이지(도시하지 않음)에 비정질 실리콘 박막(150)을 형성한 대형 기판(151)을 탑재하고, 엑시머 레이저광(152)을 화살표로 나타낸 방향으로 주사하여 기판 전체면에 걸쳐서 비정질 실리콘 박막(150)에 조사함으로써 다결정 실리콘 박막(153)으로 변환한다. 다음에, 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 선형으로 집광한 고체 레이저광(154)을 EO 모듈레이터로 시간 변조하면서 화살표로 나타낸 방향으로 상대적으로 주사하여 신호선 구동 회로 형성에 필요한 성능의 의사 단일 결정을 원하는 영역(155, 156)에만 선택적으로 형성한다. 또, 주사는 일반적으로는 기판을 이동함으로써 행하지만 레이저광을 이동시켜도 좋다.
기판 전체면에 걸쳐서 신호선 구동 회로 영역의 결정화가 종료되면 기판을 90°회전시키고, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 주사선 구동 회로 형성을 위해 시간 변조한 선형 레이저광(157)을 조사하여 의사 단일 결정을 원하는 영역(158, 159)에만 선택적으로 형성한다. 이 경우, 기판을 한 번 스테이지로부터 배출하여 회전시킨 후 다시 기판을 스테이지로 복귀시켜 어닐링을 행해도 좋고, 광학계를 회전시킴으로써 레이저광을 90°회전시켜도 좋다. 또, 주사를 행할 때에 일정 주기로, 혹은 임의의 주기로 레이저광의 온(ON) 및 오프(OFF)를 반복하여 조사하는 예를 설명하였지만, 레이저광은 항상 온 상태로 주사해도 좋다.
이렇게 해서 주사를 반복하고, 패널 내의 주사선 구동 회로 영역(158, 159)을 모두 의사 단일 결정화하여 조사가 종료된다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 레이저광의 파워 밀도를 의사 단일 결정을 형성하는 파워 밀도로 설정하여 결정화를 행하는 예에 대해 설명하였지만, 주사선 구동 회로 영역에 있어서 요구되는 결정이 다결정인 경우에는 파워 밀도를 다결정 입자를 형성하는데 적합한 파워 밀도로 설정하여 결정화를 행해도 좋다. 또한, 엑시머 레이저 조사에 의한 다결정화와 고체 레이저 조사에 의한 선택적 의사 단일 결정화 공정은 엑시머 레이저와 고체 레이저에 대해 각각 별도의 어닐링실에 있어서 다른 공정으로서 행해도 좋고, 엑시머 레이저 광학계와 고체 레이저 광학계로부터의 레이저광을 하나의 어닐링실로 유도하여 행해도 좋다.
이상의 동작을 반복하여 기판 전체면을 주사하여 어닐링을 종료한다. 이에 의해, 기판(151) 내의 각 패널은, 화소부는 이동도 150 ㎠/Vs 정도의 다결정 실리콘막이 주사선 구동 회로 영역 및 신호선 구동 회로 영역(그 밖의 주변 회로 영역도 포함함)은 이동도 300 내지 4O0 ㎠/Vs의 다결정 실리콘(의사 단일 결정 실리콘)막으로 변환된다. 이상이 제조 공정의 실시예에 대한 설명이다.
실리콘막에 조사하는 레이저광(3)은 레이저광 정형 광학 소자(15)에 의해 선형(혹은 직사각형)의 빔으로 성형한다. 통상, 가스 레이저 발진기나 고체 레이저 발진기로부터의 출력 빔은, 통상은 원형으로 가우스형의 에너지 분포를 갖고 있으므로, 그 상태로는 본 발명의 레이저 어닐링에 사용할 수는 없다. 발진기 출력이 충분히 크면 빔 직경을 충분히 넓히고, 중심 부분의 비교적 균일한 부분으로부터 필요한 형상으로 절취함으로써 대략 균일한 에너지 분포의 임의의 형상을 얻을 수 있지만, 빔의 주변 부분을 버림으로써 에너지의 대부분이 낭비되게 된다.
이 결점을 해결하여 가우스형의 분포를 균일한 분포로 변환하기 위해 레이저광 정형 광학 소자(15)를 이용한다. 레이저광 정형 광학 소자(15)에는 파웰 렌즈와 원통형 렌즈를 조합한 것, 회절형 광학 소자를 이용한 것 등 다양한 형식의 것이 있지만, 선형으로 집광할 수 있고, 또한 길이 방향으로 균일한, 혹은 어닐링에 적합한 에너지 분포를 실현할 수 있는 것이라면 어떠한 수단을 이용해도 좋다. 폭(짧은) 방향의 분포는 균일해도 좋고, 가우스 분포 상태라도 좋다. 또한, 레이저광 정형 광학 소자(15)로 정형된 레이저광(3)의 강도 분포를 유지한 상태에서 파워 밀도를 올리기 위해 레이저광 정형 광학 소자(15)와 유리 기판 사이에 대물 렌즈(도시하지 않음)를 삽입하여 원하는 강도 분포를 축소 투영해도 좋다.
여기서, 회절 광학 소자, 파웰 렌즈 등의 레이저광 정형 광학 소자에 입사하는 레이저광의 입사 위치가 소정 위치로부터 떨어진 경우에 정형 레이저광 강도 분포 및 레이저 조사에 의해 형성되는 다결정 실리콘 박막이 받는 영향에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
도4는 회절 광학 소자에의 레이저광의 입사 경로가 변화함으로써 정형된 레이저광 강도 분포가 변화하는 모습을 도시하는 평면도이다. 도4의 (a)는 회절 광학 소자에의 레이저광의 입사 위치가 이상적인 경우의 레이저광 강도 분포를 나타낸 도면이다. 회절 광학 소자(36)는 가우스 함수형의 강도 분포를 갖는 레이저광이 소자 중심으로 입사하였을 때에 투광면 상에 균일한 분포가 형성되도록 설계되어 있다. 입사 레이저광(37)은 가우스 함수형 강도 분포(38)이고, 또한 레이저광의 중심 위치, 진행 방향은 광축(39)에 대해 일치하고 있다.
이 경우의 광축(39)이라 함은, 회절 광학 소자(36)의 중심 위치를 통해 회절 광학 소자 표면에 대해 수직인 방향으로 신장하는 축을 의미한다. 즉 회절 광학 소자(36)의 중심과 레이저광(37)의 중심이 일치하고 있다. 이와 같은 상태에서 레이저광(37)이 입사하였을 때에 투광면(40)에 있어서의 정형 레이저광 강도 분포(41)는 설계대로 균일한 분포가 된다. 그러나 도4의 (b)에 도시한 바와 같이 회절 광학 소자(42)의 중심을 통과하는 광축(45)에 대해 입사 레이저광(43)의 진행 방향이 어긋난 경우, 또는 회절 광학 소자(42)의 입사면 상에서의 입사 위치가 어긋난 경우, 투광면(46) 상에서의 정형 레이저광 강도 분포(47)는 불균일한 분포로 무너진다.
도5는 파웰 렌즈에의 레이저광의 입사 경로가 변화함으로써 정형된 레이저광 강도 분포가 변화하는 모습을 도시하는 평면도로, 파웰 렌즈에 입사하는 레이저광의 입사 위치가 소정 위치로부터 떨어진 경우에 대해 도시한다. 도5의 (a)는 파웰 렌즈에의 레이저광의 입사 위치가 이상적인 경우의 레이저광 강도 분포를 나타낸 도면이다. 파웰 렌즈(48)는 가우스 함수형의 강도 분포를 갖는 레이저광이 소자 중심으로 입사하였을 때에 투광면 상에 균일한 분포가 형성되도록 설계되어 있다. 입사 레이저광(49)은 가우스 함수형 강도 분포(50)이고, 게다가 레이저광의 중심 위치, 진행 방향은 광축(51)에 대해 일치하고 있다. 이 경우의 광축(51)이라 함은, 파웰 렌즈(48)의 중심 위치를 통해 회절 광학 소자 표면에 대해 수직인 방향으로 신장하는 축을 의미한다. 즉, 파웰 렌즈(48)의 중심과 레이저광(49)의 중심이 일치하고 있다.
이와 같은 상태에서 레이저광(49)이 입사하였을 때에 투광면(52)에 있어서의 정형 레이저광 강도 분포(53)는 설계대로 균일한 분포가 된다. 그러나, 도5의 (b)에 도시한 바와 같이 파웰 렌즈(54)의 중심을 통과하는 광축(57)에 대해 입사 레이저광(55)의 진행 방향이 어긋난 경우, 또는 파웰 렌즈(54)의 입사면 상에서의 입사 위치가 어긋난 경우, 투광면(58) 상에서의 정형 레이저광 강도 분포(59)는 불균일한 분포로 무너진다.
도6은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예를 이용하여 불균일한 공간 강도 분포로 정형된 레이저광을 조사하여 실리콘막의 결정화를 행하였을 때에 형성되는 결정의 상태를 도시하는 평면도이고, 상기 불균일 정형 레이저광 강도 분포(47, 59)를 갖는 레이저광을 실리콘막 상에 조사하여 결정화를 행하였을 때에 형성되는 결정의 모습을 도시한다. 선형으로 집광한 불균일 강도 분포를 갖는 레이저광(도시하지 않음)을 기판 상에 형성된 실리콘 박막(130)(이 경우, 출발 시료는 비정질 박막, 다결정 박막 어느 쪽이나 좋음)에 대해 상대적으로 주사시켜 결정화를 행한다.
선형 레이저광이 조사된 실리콘막의 용융 시간은 조사 레이저광의 강도 분포의 고저와 상관이 있고, 고강도 레이저광을 조사하면 실리콘막의 용융 시간의 연장에 수반하여 횡방향 성장이 촉진된 결정(131)이 형성된다. 반대로, 저강도 레이저광을 조사하면 용융 시간은 짧고, 횡방향 성장을 충분히 촉진할 수 없어 소입경 결정(132)이 형성된다. 결정(131, 132)을 이용하여 채널(133, 134)이 레이저 주사 방향으로 성장한 결정 입자에 대해 평행하게 형성되도록 트랜지스터를 형성하면, 결정(131)을 이용하여 형성한 트랜지스터의 채널(133) 내에는 결정 입계가 존재하지 않으므로 이동도를 얻을 수 있지만, 결정(132)을 이용하여 형성한 트랜지스터의 채널(134) 내에는 채널 내 전류 방향을 몇 개의 입계가 횡단하므로, 이동도, 임계치 전압 등의 특성이 불균일하다는 문제점이 발생해 버린다.
또한, 회절 광학 소자, 파월 렌즈 등의 레이저광 정형 광학 소자에 입사하는 레이저광의 강도 분포, 빔 직경이 소정의 값으로부터 멀어진 경우에 정형 레이저광 강도 분포에 미치는 영향에 대해 도7, 도8을 이용하여 설명한다. 도7은 회절 광학 소자로 입사하는 레이저광의 공간 강도 분포가 변화함으로써 정형된 레이저광 강도 분포가 변화하는 모습을 도시하는 평면도이다. 또한, 도8은 회절 광학 소자로 입사하는 레이저광의 빔 직경이 변화함으로써 정형된 레이저광 강도 분포가 변화하는 모습을 도시하는 평면도이다.
도7의 (a)는 회절 광학 소자에의 레이저광의 입사 강도 분포가 회절 광학 소자 설계시에 가정한 강도 분포와 일치하고 있는 경우의 정형 레이저광 강도 분포를 나타낸 도면이다. 회절 광학 소자(81)는 가우스 함수형의 강도 분포를 갖는 레이저광이 소자 중심으로 입사하였을 때에 투광면 상에 균일한 분포가 형성되도록 설계되어 있다. 입사 레이저광(82)은 가우스 함수형 강도 분포(83)이고, 게다가 레이저광의 중심 위치, 진행 방향은 광축(84)에 대해 일치하고 있다. 이 경우의 광축(84)이라 함은, 회절 광학 소자(81)의 중심 위치를 통해 회절 광학 소자 표면에 대해 수직인 방향으로 신장하는 축을 의미한다. 즉, 회절 광학 소자(81)의 중심과 레이저광(82)의 중심이 일치하고 있다.
이와 같은 상태에서 레이저광(82)이 입사하였을 때에 투광면(85)에 있어서의 정형 레이저광 강도 분포(86)는 설계대로 균일한 분포가 된다. 그러나, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 회절 광학 소자(87)의 중심에 입사하는 레이저광(88)의 강도 분포가 시간의 흐름에 따른 변화에 의해 소정의 분포로부터 벗어나 부호 90으로 나타낸 분포가 된 경우, 투광면(92) 상에서의 정형 레이저광 강도 분포(93)는 불균일한 분포로 무너진다. 또, 부호 89는 광축을 나타낸다.
도8의 (a)는 회절 광학 소자로 입사하는 레이저광의 빔 직경이 회절 광학 소자 설계시에 가정한 레이저광의 빔 직경과 일치하고 있는 경우의 정형 레이저광 강도 분포를 나타낸 도면이다. 회절 광학 소자(111)는 가우스 함수형의 강도 분포를 갖는 레이저광이 소자 중심으로 입사하였을 때에 투광면 상에 균일한 분포가 형성되도록 설계되어 있다. 입사 레이저광(112)은 가우스 함수형 강도 분포(113)이고, 게다가 레이저광의 중심 위치, 진행 방향은 광축(114)에 대해 일치하고 있다. 이 경우의 광축(114)이라 함은, 회절 광학 소자(111)의 중심 위치를 통해 회절 광학 소자(111)의 표면에 대해 수직인 방향으로 신장하는 축을 의미한다. 즉, 회절 광학 소자(111)의 중심과 레이저광(112)의 중심이 일치하고 있다.
이와 같은 상태에서 레이저광(112)이 입사하였을 때에 투광면(115)에 있어서의 정형 레이저광 강도 분포(116)는 설계대로 균일한 분포가 된다. 그러나, 도8의 (b)에 도시한 바와 같이 회절 광학 소자(117)의 중심에 입사하는 레이저광(118)의 빔 직경이 어떠한 이유에 의해 가우스 함수형(119)의 상태에서 빔 직경이 소정의 수치를 벗어나 부호 120이 된 경우, 투광면(122) 상에서의 정형 레이저광 강도 분포(123)는 불균일한 분포로 무너진다.
상기한 바와 같이 회절 광학 소자, 파웰 렌즈 등의 레이저광 정형 광학 소자는 복수의 렌즈를 이용하여 복수개의 레이저광으로 분할하고, 어느 투광면 상에서 분할된 레이저광을 중합하는 소위 멀티 렌즈 어레이 방식의 정형 광학계와는 그 성질은 현저히 다르다. 단일 부재로 레이저광 정형을 행하는 광학 소자의 설계는 통상 강도 분포, 레이저광의 소자 입사 위치를 엄밀하게 가정하여 소자 상의 각 셀에 있어서의 회절 효율이나, 렌즈의 곡률, 두께 등의 변수를 엄밀하게 결정하는 등의 작업을 행하여 소자 형상을 결정한다. 입사하는 레이저광의 상대 강도 분포가 설계에 이용한 형상으로부터 조금 벗어나도, 입사하는 위치가 조금 어긋나도, 각 셀에 있어서의 회절 효율의 변화, 집광 정도의 변화는 크다.
즉, 레이저광을 설계대로의 형상으로 정형하고자 시도한 경우에 입사 위치, 강도 분포 형상, 빔 직경이 설계치와 일치한 레이저광만이 원하는 분포로 정형된다. 따라서, 상기 레이저광 정형 광학 소자를 이용하여 레이저광 조사를 행하고, 안정된 성능의 실리콘막을 얻고자 한 경우에는 장치 가동 중에 항상 안정적으로 레이저광 강도 분포를 유지하는 기구를 설치해야만 하는 과제가 생긴다. 본 발명의 표시 장치의 제조 방법을 실시하는데 적합한 레이저 어닐링 장치는 이상의 문제를 해결하기 위해 이하에 나타내는 기구를 구비하고 있다. 이하, 도면을 도시하면서 상세하게 그 형태에 대해 설명한다.
도1에 있어서, 공간 필터를 구비한 빔 확장기(5)와, 레이저광 정형 광학 소자(15)로 입사하는 레이저광의 입사 위치를 일정하게 유지하기 위한 구동 기구(11)를 갖는 미러(10)와 구동 기구(13)를 갖는 미러(12)를 이용하여 레이저광 정형 광학 소자(15)에 입사하는 레이저광의 강도 분포를 항상 일정하게 유지한다. 상기 확장기(5)는 레이저광 공간 강도 분포를 조정하는 기구를 갖고, 상기 미러(10, 12)는 레이저광의 레이저광 정형 광학 소자(15)에의 입사 위치를 조정하는(즉 레이저광의 광축을 조정함) 기구를 갖는다.
우선, 본 발명의 실시예로서 레이저광의 강도 분포가 소정의 형상, 빔 직경으로부터 어긋난 경우의 검출 방법 및 조정 방법에 대해 도9에 따르면서 설명을 행한다. 도9는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자로 입사하는 레이저의 공간 강도 분포와 빔 직경 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 평면도이다. 공간 필터를 구비한 빔 확장기(5)는 도9의 (a)에 도시한 바와 같이 2매의 볼록 렌즈(97, 103)와, 직경 수 μ 정도의 구멍이 개방된 금속판(98)으로 구성된다. 볼록 렌즈(103)는 스테핑 모터에 의해 구동하는 렌즈 보유 지지 기구(도시하지 않음)로 보유 지지되어 있고, 광축(108)에 대해 화살표로 나타낸 바와 같이 광축에 따른 방향으로 평행하게 이동하는 구성으로 되어 있다.
빔 확장기(5)는 볼록 렌즈로 일단 집광한 레이저광(108)을 다른 한 쪽의 볼록 렌즈(103)로 받아내는 이른바 케플러형 익스팬더 콜리메이터의 구성으로 되어 있고, 광축에 따른 방향으로 평행하게 볼록 렌즈끼리의 상대 거리를 변화시킴으로써 빔 직경을 조정하는 기구를 갖는다. 또한, 볼록 렌즈 초점 위치에 공간 필터로서 구멍이 개방된 금속판(98)을 배치한다.
도9의 (b)에 도시한 바와 같이 금속판(98)으로 이루어지는 공간 필터는 입사한 레이저광이 레이저 발진기의 여기 광학계의 시간의 흐름에 따른 변화, 위치 어긋남, 레이저 로드의 열 왜곡 등의 요인에 의해 기본 모드 이외에 고차 모드가 포함되거나, 공간 노이즈가 포함됨으로써 본래의 가우스 함수형 강도 분포(96)에서 벗어난 형상(95)으로 변화한 경우에 볼록 렌즈(97)에 의해 집광되는 레이저광 성분 중 초점 위치에 있어서 가장 집광되는 성분, 즉 기본 모드 성분(101)만을 통과시켜 초점 위치가 다른 그 밖의 빛, 즉 다른 모드 성분이나 공간 노이즈(99, 100)를 차단하는 기구를 갖는다. 공간 필터[금속판(98)]를 항상 삽입해 둠으로써 레이저광 정형 광학 소자에 입사하는 레이저광을 항상 기본 모드의 가우스 함수형 강도 분포로 유지할 수 있다. 여기서 이용하는 공간 필터의 형상은 구멍의 직경이 고정된 것이라도 좋고, 레이저의 공간 모드와 레이저 출력을 동시에 조정할 수 있도록 구멍의 직경이 가변으로 되어 있는 아이리스와 같은 형상을 한 것이라도 좋다.
도1에 있어서, 빔 확장기(5)를 통과한 레이저광을 광축 중에 배치한 빔 스플리터나 유리판 등 레이저광을 일부 분기하는 기구(6)에 의해 일부 분기하고, 분기 성분을 프로파일러(7)로 측정한다. 상기 측정치는 필요에 따라서 검출 신호 처리부(8)에 의해 A/D 변환, 가우스 피팅 등의 처리가 이루어져 빔 강도 분포의 형상, 빔 직경의 정보를 추출한다. 그러한 후에 미리 등록해 둔 소정의 형상(가우스 함수형), 수치(규격화 강도의 1/e2에 있어서의 빔 직경)와의 비교를 행하여 빔 직경의 소정치로부터의 차분을 계산한다. 상기 차분(빔 직경의 변동)이 일정 임계치 이상에 도달하였을 때에 차분을 0에 근접시키도록 신호 처리부(8)로부터 볼록 렌즈(103)가 탑재된 렌즈 보유 지지 및 구동 기구에 펄스 신호를 송신하고, 스테핑 모터를 구동시켜 확장기 배율을 변동시켜 빔 직경 조정을 행한다.
이리하여, 출사 레이저광(110)의 빔 직경이 소정의 값으로 복귀될 때까지 확장기 배율을 조정하여 복귀된 시점에서는 조정을 종료한다. 본 실시예에 있어서는, 빔 확장기(5)에 입사하는 레이저광(107)[도9의 (a)]의 빔 직경이 소정의 빔 직경을 갖는 가우스 함수형 강도 분포(96)와 비교하여 넓어진 경우를 예로서 나타낸다. 물론, 빔 직경이 좁아진 경우에 대해서도 같은 조정 방법을 적용할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 빔 확장기를 구성하는 2매의 볼록 렌즈 중 하류측의 볼록 렌즈(103)에 구동 기구를 갖게 하는 예를 나타냈지만, 상류측의 볼록 렌즈(97)에 구동 기구를 갖게 하여 빔 직경 조정을 행해도 좋다. 단, 상류측의 볼록 렌즈(97)를 구동시키는 경우에는 렌즈(97)와 공간 필터(98)의 상대 거리가 변화하므로 공간 필터(98)도 구동 기구에 탑재하여 렌즈와의 상대 거리를 유지할 필요가 있다.
또한, 신호 처리부(8)에 있어서의 처리에 있어서, 공간 강도 분포의 형상을 피팅 처리에 의해 수식으로서 추출하였을 때에, 산출한 수식이 가우스 함수로부터 소정의 값 이상으로 멀어진 경우, 그 이유를 알리는 경보를 발동시키고, 경우에 따라서는 작업을 중단시키는 기구를 부가시켜 둔다.
또한, 본 실시예에 있어서는 빔 확장기 직후에 분기된 레이저광의 강도 분포를 측정하는 예를 나타냈지만, 레이저광을 검출하는 장소는 레이저광 정형 광학 소자(15)에 입사하기 직전이라도 좋다. 이 경우, 실제의 입사 레이저광에 가까운 상태의 공간 강도 분포를 측정할 수 있으므로 보다 정밀도가 좋은 조정을 행하는 것이 가능하다. 또한, 상기 빔 직경 조정을 행한 후에 필요에 따라서 기판 스테이지(21) 상에 배치한 빔 프로파일러(25)로 정형 레이저광의 공간 강도 분포를 측정하고, 그 결과를 확장기(5)로 피드백하여 렌즈(103)의 배치를 미세 조정해도 좋다. 이상이 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 레이저광을 분기하여 상기 레이저광의 강도 분포가 소정의 형상, 빔 직경으로부터 어긋난 경우의 검출 방법 및 조정 방법에 대한 설명이다.
[제2 실시예]
다음에, 본 발명의 제2 실시예로서 레이저광 정형 광학 소자에 입사하는 레이저광의 입사 위치의 어긋남을 검출하여 소정의 입사 위치에 보정하는 기구에 대한 설명을 행한다. 우선, 도10을 이용하여 본 실시예의 개요, 구성에 대한 설명을 행하고, 도11로부터 도15를 이용하여 본 실시예에 의한 입사 위치 보정 기구를 이용한 보정 방법을 상세하게 설명한다.
도10은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자에의 입사 위치의 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 사시도로, 도1에 도시한 평면 표시 장치의 제조 장치의 내, 본 실시예에 상당하는 레이저광 조사 위치 조정 기구 및 조사 광학계의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 본 조정 기구는 적어도 2매의 광축 조정용 미러(201, 203)와, 펄스 신호를 받아 미러(201, 203)를 구동하는 구동 기구(202, 204)와, 홍채 조리개(205)(아이리스)와 빔 스플리터(209)와, 빔 프로파일러(210)와, 빔 프로파일러(210)로 검출한 신호를 처리하는 신호 처리부(도시하지 않음)와, 처리한 신호에 따라 미러 구동 기구에 펄스 신호를 보내는 미러 구동 기구 드라이버(도시하지 않음)로 이루어져 상기 요소를 레이저광 정형 광학 소자(207), 스테이지(211)에 대해 도10과 같이 배치하여 구성되는 기구이다.
레이저 광축이 규정된 광축(200)에 대해 어긋난 경우에, 광축의 어긋남을 빔 프로파일러(210)의 수광면 상에서의 레이저광 조사 위치의 어긋남으로서 검출하고, 검출 결과를 필요에 따라서 신호 처리하고, 그 결과에 의해 광축 조정 미러(201, 203)를 피드백 제어하여 규정된 광축(200)으로 보정한다. 구동 기구(202)를 갖는 미러(201)와 구동 기구(204)를 갖는 미러(203)는 적어도 임의의 일축(이하 X축이라 함)과, X축에 대해 수직인 축(이하 Y축이라 함)의 2축에 대해 광축을 조정할 수 있다. 규정 광축(200)에 따라서 진행하는 레이저광은 미러(201, 203)의 표면에서 반사되어, 홍채 조리개(205)(아이리스) 구멍의 중심(206)을 통과한 후에 레이저광 정형 광학 소자(207)의 중심점(208)에 소자 표면에 대해 수직으로 입사한다.
광축(200) 중에 배치한 홍채 조리개(205)는 구멍의 직경이 가변이고, 조정시 이외에는 빔 직경에 대해 충분히 구멍을 크게 개방할 수 있다. 또한, 정형 레이저광(212)이 정확하게 스테이지(210) 상에서 어닐링에 적합한 원하는 공간 강도 분포를 형성하도록 레이저광 정형 광학 소자(207)가 배치되어 있다. 또한, 레이저광 정형 광학 소자(207)는 보유 지지 및 구동 기구(도시하지 않음)에 의해 지지되어 있고, 조정시에는 광축으로부터 떨어지도록 이동시킬 수 있어, 조정 종료 후에는 정확히 소정 위치로 복귀할 수 있는 기구를 구비하고 있다.
레이저광 정형 광학 소자(207)와 스테이지(211) 사이에는 레이저광을 일부 분기하고, 분기된 레이저광의 강도 분포를 계측하기 위해 빔 스플리터(209)가 광축에 대해 45도의 각도로 배치되어 있다. 분기된 레이저광(213)은 레이저광 강도 분포를 이차원 공간 정보로서 검출하는 것이 가능한 빔 프로파일러(210)로 검출한다. 여기서, 홍채 조리개(205)의 중심(206)과 레이저광 정형 광학 소자(207)의 중심(208)을 통과한 레이저광(212)의 스테이지(211) 상의 좌표를 기준 좌표(X0, Y0)로 규정하고, 스플리터(209)에 의해 분기된 레이저광(213)의 프로파일러(210) 상의 좌표를 기준 좌표(X0', Y0')로 규정한다.
홍채 조리개(205)의 중심(206)과, 레이저광 정형 광학 소자(207)의 중심(208)과, 스테이지(211) 상의 기준 좌표(X0, Y0)는 완전히 동일한 광축 상에 존재하고, 또한 홍채 조리개(205)의 중심(206)과, 레이저광 정형 광학 소자(207)의 중심(208)과, 프로파일러(210) 상의 기준 좌표(X0', Y0')도 빔 스플리터(209)를 거쳐서 완전히 동일한 광축 상에 존재하고 있다. 또한, 상기 좌표(X0, Y0)와 (X0 ', Y0')가 스플리터(209)를 사이에 두어 등가가 되도록 각 요소를 배치한다.
즉, 빔 스플리터(209)와 스테이지(211)간 거리와 스플리터(209)와 프로파일러(210)의 수광면간 거리가 등가가 되도록 스플리터(209), 프로파일러(210)를 배치함으로써 스테이지 상의 기준 좌표(X0 , Y0)에 있어서의 레이저광의 공간 강도 분포를 프로파일러(210)에 의해 관찰할 수 있는 구성으로 되어 있다. 스플리터(209), 프로파일러(210)는 고정되어 있고, 레이저 광축(200)이 소정의 방향으로부터 어긋난 경우, 기준 좌표(X0, Y0)로부터 어긋남은 스플리터(210) 상에 있어서는 레이저 조사 위치의 기준 좌표(X0', Y0')로부터의 어긋남으로서 검출되므로, 프로파일러(210) 상의 조사 위치를 기준 좌표에 복귀시키도록 미러의 틸트를 조정함으로써 광축을 규정 상태로 복귀시킬 수 있다.
다음에, 어긋남이 발생한 광축을 원래의 상태로 보정하는 공정에 대해 구체적으로 설명한다. 도11은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자에의 입사 위치의 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 사시도이고, 레이저 광축이 이상적인 광축으로부터 어긋났을 때의 레이저 광축 조정의 일공정을 나타내는 도면이다. 또한, 도12는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 프로파일러로 복수점 검출한 레이저광 적분 강도를 각 검출 위치의 함수로서 플롯하여 그래프로 나타낸 도면, 도13은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 레이저광이 레이저광 정형 광학 소자로 입사하는 위치가 어긋남으로써 레이저광 정형 강도 분포가 불균일해지는 모습의 일예를 나타내는 사시도이다. 그리고, 도14는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자에의 입사 위치의 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 사시도, 도15는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 프로파일러로 복수점 검출한 레이저광 적분 강도를 각 검출 위치의 함수로서 플롯하여 그래프로 나타낸 도면이다.
도10에 도시하는 광축(200)이 도11에 도시한 바와 같이 광축(200')으로 변화한다. 결과적으로, 도13에 도시한 바와 같이 기판 스테이지 상에서의 레이저 조사 위치는 기준 좌표(X0, Y0)로부터 (X1, Y1)로 어긋난 상태가 된다. 기준 좌표(X0, Y0)에 있어서는 어닐링에 적합한 공간 강도 분포(218)가 형성되어 있지만, 조사 위치가 (X1, Y1)로 어긋난 경우에는 단순히 조사 위치 좌표가 어긋날 뿐만 아니라, 강도가 불균일해 어닐링에 적합하지 않은 공간 강도 분포(219)가 형성되어 버린다. 광축 조정 공정의 설명으로 돌아가면, 광축 조정은 X축, Y축에 대해 독립적으로 행하게 한다.
본 실시예에 있어서는 X축의 조정 공정을 상세하게 설명하고, Y축의 조정 공정에 대해서는 생략하지만, 기본적으로 임의의 축에 대해 이하에서 설명하는 조정 방법을 적용한다. 우선, 광축 상으로부터 레이저광 정형 광학 소자(207)를 이동시킨다. 다음에 홍채 조리개(205)의 구멍을 빔 직경에 대해 충분히 작게 설정한다. 다음에 미러(201)의 구동 기구(202)에 구동 드라이버로부터 신호를 보내고, 레이저광이 스테이지(210) 상에서 X축 방향으로 주사되도록 미러를 회전시켜 광축을 변화시킨다.
또, 이 때 미러(203)는 고정해 두는 것으로 한다. 이 경우, 레이저광(200')은 홍채 조리개(205) 상을 일축 방향으로 이동한다[조리개(205)의 구멍을 레이저광(200')이 가로 지름].
조리개(205)에 의해 일부 절취된 레이저광(200')은 스플리터(209)에 의해 분기되어 프로파일러(210)에 의해 검출된다. 조리개 상에서의 레이저광의 움직임과, 프로파일러(210) 수광면 상에서의 레이저광의 움직임에는 상관이 있어, 미러(201)의 움직임에 대응하여 광축이 광축(214, 215, 216)으로 변화하였을 때 프로파일러(210) 상에 있어서도 레이저광은 일축 방향으로 주사된다.
이 때, 레이저광의 강도 분포는 가우스 함수 형상이므로, 홍채 조리개(205)에 의해 절취되는 레이저광의 적분 강도는 홍채 조리개(205)의 중심(206)과 레이저광의 중심이 일치하였을 때, 즉 레이저 광축이 광축(216)과 일치하였을 때에 가장 높아져, 좌우로 스캔하면 가우스 함수적으로 적분 강도는 감소한다. 이 현상을 이용하여 기준 좌표로부터의 조사 위치 어긋남을 산출한다. 각 스캔마다 홍채 조리개(205)로 절취되는 레이저광의 적분 강도를 프로파일러(210)로 계측하고, 프로파일러(210) 수광면 상에서의 검출 위치의 함수로서 플롯하면, 도12와 같이 완만한 피크를 그리는 곡선(217)을 얻을 수 있다.
이 곡선의 중심 위치(X2')의 좌표를 필요에 따라서 피팅 등의 처리를 통해 추출하고, 기준 좌표(X0')와의 차분을 산출하여 그 차분이 규정치 이상인 경우, 도14에 도시한 바와 같이 미러(203)를 구동시키는 구동 기구(204)에 피드백을 가하여 차분을 감소시키는 방향으로 미러(203)를 회전시킨다. 그 후에 다시 미러(202)를 회전시켜 홍채 조리개(205) 상을 레이저광을 스캔시켜 프로파일러(210)로 레이저광의 검출을 행하고, 상기와 마찬가지로 레이저광 적분 강도를 조사 위치 좌표의 함수로서 플롯한 곡선의 중심 좌표와 기준 좌표의 차분을 산출한다.
이 공정을 차분이 규정치 이하로 수렴할 때까지 반복하여, 도15에 도시한 바와 같이 곡선(220)의 극대치와 기준 좌표(X0')가 소정의 값 내로 수렴할 때까지 광축 조정을 행하고, 소정의 값 내로 수렴한 시점에서 X축 방향의 광축 조정을 종료한다. 다음에, Y축에 대해서도 소정의 기준 좌표(Y0')로 복귀할 때까지 상기와 같은 광축 조정을 행한다. 마지막으로, 홍채 조리개(205)의 구멍의 직경을 빔 직경에 대해 충분히 커지도록 구멍을 개방하고, 레이저광 조형 광학 소자(207)를 소정의 위치로 복귀시켜 레이저 광축(200')은 미러(203) 이후에 홍채 조리개(205)의 중심(206)을 통과하고, 레이저광 정형 광학 소자(207) 표면에 대해 수직 입사하고, 게다가 또 중심(208)을 통과한 정형 레이저광이 스테이지(210)의 기준 좌표(X0, Y0)에 조사되는 상태로 복귀된다.
또, 상기 광축 조정을 행한 후에, 필요에 따라서 스테이지 상에 배치한 프로파일러(25)를 기준 좌표까지 구동시켜 정형 레이저광의 공간 강도 분포를 측정하고, 그 결과를 신호 처리부에서 처리하여 미러(203)에 피드백을 가하여 광축의 미세 조정을 행해도 좋다. 또, 본 실시예에서는 프로파일러로 검출한 레이저광의 적분 강도를 신호로서 이용하였지만, 그 밖에도 프로파일러 상의 피크 강도를 신호로서 이용해도 좋고, 홍채 조리개로 절취된 레이저광의 상대 강도, 혹은 상대 에너지를 프로파일러 수광면 상의 위치의 함수로서 플롯할 수 있는 방법이면 어떠한 방법을 이용해도 좋다. 또, 본 실시예에서는 광축 어긋남을 검출하기 위한 검출 기구로서 CCD 타입의 빔 프로파일러를 이용한 예시를 나타내고 있지만, 그 밖에도 나이프 엣지, 혹은 직사각형 슬릿을 파워메이터 상에서 스캔시켜 빔 형상을 측정하는 타입의 빔 프로파일러 등 레이저광 조사 위치를 이차원 공간 정보로서 검출할 수 있다면 어떠한 검출 기구를 이용하여 행해도 좋다.
다음에, 상기와는 다른 실시예로서 레이저광 정형 광학 소자에 대해 입사하는 레이저광의 입사 위치 어긋남을 상기 방식과는 다른 방법으로 검출하여 소정의 입사 위치로 보정하는 기구에 대한 설명을 행한다. 도16은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제3 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자에의 입사 위치의 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 사시도이고, 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 내, 본 실시예에 상당하는 레이저광 조사 위치 조정 기구 및 조사 광학계의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
본 실시예의 레이저광 조사 위치 조정 기구는 적어도 2매의 광축 조정용 미러(251, 253)와, 펄스 신호를 받아 미러(251, 253)를 구동하는 구동 기구(252, 254)와, 적어도 2매의 홍채 조리개(255, 256)(아이리스)와, 빔 스플리터(259)와, 빔 프로파일러 또는 포토 다이오드 등의 레이저광 강도 검출 기구(260)와, 상기 검출 기구(260)로 검출한 신호를 처리하는 신호 처리부(도시하지 않음)와, 처리한 신호에 따라 미러 구동 기구에 펄스 신호를 보내는 미러 구동 기구 드라이버(도시하지 않음)로 이루어지고, 상기 요소를 레이저광 정형 광학 소자(257), 스테이지(261)에 대해 도16과 같이 배치하여 구성되는 기구이다.
레이저 광축이 규정된 광축에 대해 광축(250)으로 어긋난 경우에, 광축의 어긋남을 홍채 조리개(255, 256)를 통과하여 빛 강도 검출 기구(260)의 수광면 상에 조사되는 레이저광의 적분 강도의 진폭의 변화로서 검출하고, 검출 결과를 필요에 따라서 신호 처리하고, 그 결과에 의해 광축 조정 미러(251, 253)를 피드백 제어하여 규정된 광축으로 보정한다. 우선, 보유 지지 및 구동 기구(도시하지 않음)에 의해 지지되어 있는 레이저광 정형 광학 소자(257)를 광축으로부터 떨어지도록 구동시킨다. 다음에, 홍채 조리개(255, 256)를 빔 직경에 대해 충분히 작게 설정하여 통과한 레이저광 강도 신호를 빔 프로파일러 등 빛 강도 검출 기구(260)로 검출한다.
그 후, 검출 신호 처리부(도시하지 않음)에 있어서 취득한 빛 강도 신호를 A/D 변환 등의 처리를 실시하여 신호의 레벨을 산출한다. 이 계산치와 미리 등록해 둔 신호 레벨[홍채 조리개(255, 256)를 통과하는 광량이 최대가 되도록 광축, 홍채 조리개의 배치를 미리 조정해 둠]과 비교하여 소정의 값보다도 내려간 경우에 광축의 조정을 행한다. 광축 조정을 이하에 순서를 표시하면서 설명한다. 상기 실시예와 마찬가지로, 적어도 임의의 일축(이하 X축이라 함)과, X축에 대하여 수직인 축(이하 Y축이라 함)의 2축에 대해 독립적으로 조정을 행하여 규정된 광축으로 복귀시킨다. 도16에 도시한 바와 같이 2매의 미러(251, 253)의 틸트 조정을 행한다.
미러(251)의 구동 기구(252)에 구동 드라이버(도시하지 않음)로부터 신호를 보내 레이저 광축을 변화시킨다. 또, 이 때 미러(253)는 고정해 두는 것으로 한다. 이 경우, 레이저광(250)은 홍채 조리개(255) 상을 일축 방향으로 이동한다[조리개(255)의 구멍을 레이저광(250)이 가로 지름]. 조리개(255)에 의해 일부 절취된 레이저광(250)은 다른 홍채 조리개(256)에 의해 절취되고, 2매의 홍채 조리개(255, 256)를 통과한 레이저광만이 스플리터(259)에 의해 일부 분기되어 강도 검출 기구(260)에 의해 검출된다. 조리개 상에서의 레이저광의 움직임과, 강도 검출 기구(260) 수광면 상에서의 레이저광의 움직임에는 상관이 있어, 미러(251)의 움직임에 대응하여 레이저광이 X축 방향으로 주사되면, 강도 검출 기구(260) 상에 있어서도 레이저광은 일축 방향으로 주사된다.
이 때, 레이저광의 강도 분포는 가우스 함수 형상이므로, 홍채 조리개(205)에 의해 절취되는 레이저광의 적분 강도는 주사 중의 어느 일점에 있어서 피크를 갖고, 그 일점으로부터 좌우로 레이저광을 스캔하면 가우스 함수적으로 적분 강도가 감소한다. 이 현상을 이용하여, 적분 강도가 피크가 되도록 미러의 틸트를 조정한다. 그런 후에 미러(253)를 회전시켜 레이저광을 X축 방향으로 주사하여, 레이저광 적분 강도가 최대가 되도록 미러(253)의 틸트를 피드백 제어한다.
상기한 공정을 반복하여 X축 방향에 있어서 적분 강도가 최대가 될 때까지 반복하여 X축 방향의 광축 조정을 종료한다. 그런 후에 Y축 방향에 대해서도 적분 강도가 최대가 될 때까지 미러(251, 253)의 틸트를 피드백 제어하여 최대가 되는 곳에서 Y축 방향의 광축 조정을 종료한다. 마지막으로 홍채 조리개(255, 256) 구멍의 직경을 빔 직경에 대해 충분히 커지도록 개방하여, 레이저광 정형 광학 소자(257)를 소정의 위치로 복귀시켜 본 실시예의 광축 조정이 종료된다. 또, 상기 광축 조정을 행한 후에 필요에 따라서 스테이지 상에 배치한 프로파일러(25)를 기준 좌표까지 구동시켜 정형 레이저광의 공간 강도 분포를 측정하고, 그 결과를 신호 처리부에서 처리하여 미러(253)에 피드백을 가하여 광축의 미세 조정을 행해도 좋다.
상기한 바와 같이 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치에 따르면, 레이저광 강도 분포, 레이저광의 빔 직경, 광축으로부터의 어긋남을 항상 측정해 두고, 그들 값의 시간의 흐름에 따른 변동을 검출하였을 때에 자동적으로 소정 상태로 복귀시키도록 피드백이 가해지는 기구를 설치함으로써, 제조 수율이 향상되어 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명을 따라 몇몇 실시예를 도시 및 설명하였지만, 개시된 실시예는 본 발명의 범주 내에서 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 그러므로 본원에 도시 및 설명된 상세 내역에 제한되고자 함이 아니라, 첨부된 청구항의 범위 내에서 모든 변형 및 변경을 포함하는 것을 의도한다.
도1은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예인 레이저 어닐링 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도.
도2는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예를 이용하여 선형 레이저광을 조사하여 의사 단일 결정을 형성하기 전 및 후의 실리콘막의 상태를 나타내는 평면도.
도3은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예를 이용하여 레이저 조사에 의해 실리콘막의 결정화를 행하는 공정을 설명하는 사시도.
도4는 회절 광학 소자에의 레이저광의 입사 경로가 변화함으로써 정형된 레이저광 강도 분포가 변화하는 모습을 도시하는 평면도.
도5는 파웰 렌즈에의 레이저광의 입사 경로가 변화함으로써 정형된 레이저광 강도 분포가 변화하는 모습을 도시하는 평면도.
도6은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예를 이용하여 불균일한 공간 강도 분포에 정형된 레이저광을 조사하여 실리콘막의 결정화를 행하였을 때에 형성되는 결정의 상태를 도시하는 평면도.
도7은 회절 광학 소자에 입사하는 레이저광의 공간 강도 분포가 변화함으로써 정형된 레이저광 강도 분포가 변화하는 모습을 도시하는 평면도.
도8은 회절 광학 소자에 입사하는 레이저광의 빔 직경이 변화함으로써 정형된 레이저광 강도 분포가 변화하는 모습을 도시하는 평면도.
도9는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제1 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자에 입사하는 레이저의 공간 강도 분포와 빔 직경 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 사시도.
도10은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자에의 입사 위치의 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 사시도.
도11은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자에의 입사 위치의 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 사시도.
도12는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 프로파일러로 복수점 검출한 레이저광 적분 강도를 각 검출 위치의 함수로서 플롯하여 그래프로 나타낸 도면.
도13은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 레이저광이 레이저광 정형 광학 소자로 입사하는 위치가 어긋남으로써 레이저광 정형 강도 분포가 불균일해지는 모습의 일예를 나타내는 사시도.
도14는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자에의 입사 위치의 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 사시도.
도15는 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제2 실시예에 있어서 프로파일러로 복수점 검출한 레이저광 적분 강도를 각 검출 위치의 함수로서 플롯하여 그래프로 나타낸 도면.
도16은 본 발명의 평면 표시 장치의 제조 장치의 제3 실시예에 있어서 레이저광 정형 광학 소자에의 입사 위치의 보정을 행하는 공정의 일예를 설명하는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 레이저 발진기
2 : ND 필터
3 : 레이저광
4 : EO 모듈레이터
5 : 빔 확장기
6 : 레이저광 분기 기구
7 : 빔 프로파일러
8 : 신호 처리부
9, 19 : 구동 드라이버
10, 12 : 미러
11, 13 : 구동 기구
14 : 홍채 조리개
15 : 레이저광 정형 광학 소자
20 : 유리 기판
21 : 스테이지
23 : 제어 장치
36 : 회절 광학 소자

Claims (5)

  1. 절연 기판 상에 형성된 실리콘막에 레이저광을 조사하여 막질의 개선을 행하여 형성된 박막 트랜지스터로 구성된 평면 표시 장치의 제조 장치이며,
    상기 실리콘막에 조사하는 상기 레이저광의 강도 분포를 원하는 강도 분포로 조정하는 레이저광 강도 분포 정형 수단과, 상기 레이저광 강도 분포 정형 수단에 입사하는 레이저광의 강도 분포를 규정된 강도 분포로 유지하기 위한 강도 분포 유지 수단과, 상기 레이저광 강도 분포 정형 수단에 입사하는 레이저광의 공간 강도 분포를 검출하는 레이저광 공간 강도 분포 검출 수단과, 취득한 공간 강도 분포 신호를 처리하여 빔 직경 형상과 빔 직경의 정보를 추출하는 처리 수단과, 상기 처리 수단에서 얻어진 정보에 의해 상기 빔 직경을 규정된 수치로 제어하기 위한 빔 직경 제어 수단과, 상기 레이저광 강도 분포 정형 수단에 입사하는 레이저광의 광축의 어긋남을 검출하기 위한 광축 어긋남 검출 수단과, 상기 레이저광 강도 분포 정형 수단에 입사하는 레이저광의 광축을 소정의 광축으로 제어하기 위한 광축 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 평면 표시 장치의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저광 강도 분포 유지 수단은 2매의 볼록 렌즈와, 상기 볼록 렌즈로 집속시킨 상기 레이저광의 집광점에 배치되는 1매의 공간 필터를 구비하고, 상기 집속 레이저광을 상기 공간 필터를 통과시킴으로써 공간 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 평면 표시 장치의 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 빔 직경 제어 수단은 상기 레이저광 강도 분포 정형 수단으로 이용되는 2매의 볼록 렌즈와, 상기 볼록 렌즈를 광축 방향으로 구동하는 구동 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 평면 표시 장치의 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광축 제어 수단은 적어도 2매의 구동 기구를 구비한 미러와, 적어도 1매의 구멍 직경이 가변인 홍채 조리개를 구비한 것을 특징으로 하는 평면 표시 장치의 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레이저광으로서 연속 발진 고체 레이저광 또는 시간 변조된 연속 발진 고체 레이저광, 또는 펄스 발진 고체 레이저광 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 평면 표시 장치의 제조 장치.
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