KR20060048937A - 레이저 결정화 장치 - Google Patents

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KR20060048937A
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요시오 다카미
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가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타
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Abstract

본 발명의 레이저 결정화 장치는, 광원(2a), 상기 광원에서 출사되는 레이저광을 변조하는 위상시프터(3), 상기 광원과 위상시프터 사이에 구비되어, 상기 광원에서 출사되는 레이저광의 광 강도를 호모지나이즈하고, 상기 호모지나이즈 된 광으로 위상시프터를 조명하는 조명계(2), 상기 비단결정 반도체(5)를 지지하는 스테이지(6), 상기 스테이지 상의 반도체와 위상시프터와의 사이에 구비되어, 상기 반도체 상의 소망하는 부분에 변조된 레이저광을 결상하는, 다수의 광학부재(L1∼L10, 4c)를 가지는 결상 광학계(4), 및 상기 결상 광학계의 광학 부재를 가열 또는 냉각하여 상기 광학부재의 온도를 조정하는 온도조정부(10∼17, 20∼22, 42∼48)를 가지고 있다.

Description

레이저 결정화 장치{Laser Crystallization Apparatus}
도 1은, 레이저 결정화 장치의 개요를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 레이저 결정화 장치의 조명계의 개요를 나타내는 내부 투시도이다.
도 3은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 레이저 결정화 장치의 주요부로서 텔레센트릭 렌즈 광학계의 블럭 단면도이다.
도 4는, 광학축 방향에서의 텔레센트릭 렌즈 광학계의 평면도이다.
도 5a는, 양측 텔레센트릭 렌즈 광학계의 개략도이다.
도 5b는, 상측 텔레센트릭 렌즈 광학계의 개략도이다.
도 6a 내지 도 6e는, 본 발명의 레이저 결정화 장치를 이용하여 전자소자를 제조할 때 각 공정에서 피처리물을 각각 보여주는 단면 개략도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 레이저 결정화 장치에 편입되어 있는 텔레센트릭 렌즈계의 단면도이다.
도 8은, 표시장치의 개요를 나타내는 블럭도이다.
본 발명은 설정된 광 강도분포를 가지는 레이저광으로 다결정 반도체 막이나 비정질 반도체 막을 조사함으로써 결정화 반도체 막을 생성하는 레이저 결정화 장치에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD)의 표시 화소를 선택하는 스위칭소자 등으로 이용되는 박막 트랜지스터(TFT)는 비정질 실리콘이나 다결정 실리콘으로 형성한다.
다결정 실리콘은 비정질 실리콘보다 전자 또는 정공의 이동도가 더 높다. 따라서, 다결정 실리콘을 이용하여 트랜지스터를 제조할 경우, 비정질 실리콘으로 제조하는 경우에 비하여 스위칭 속도와 표시응답 속도가 더 높게 된다. 또한, 주변 LSI는 유리 위에 형성된 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 또한, 다른 부품의 설계마진을 감소시킬 수 있는 이점도 있다. 더욱이, 구동회로나 DAC와 같은 주변회로가 표시장치에 결합되면 이러한 주변회로는 보다 고속으로 작동 가능하다.
다결정 실리콘은, 예컨대, TFT 트랜지스터가 형성될 때, 결정립들이 모여있는 것이기 때문에 결정 입계가 채널영역에 형성되고, 이러한 결정 입계는 장벽 역할을 하여 단결정 실리콘에 비하여 전자나 정공의 이동도가 떨어진다. 뿐만 아니라, 다결정 실리콘으로 형성된 많은 박막 트랜지스터는 각각 채널영역에 형성된 결정 입계의 수에 차이가 있고 이러한 차이에 의해 불규칙성이 일어나고 LCD의 경우 표시상에 불균일이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 채널 영역내의 결정 입계의 수에 있어 채널영역보다 큰 대입경의 실리콘을 생성하는 결정화 방법이 제안되고 있다.
이러란 유형의 결정화 방법으로서, 다결정 반도체 막이나 비단결정 반도체 막에 평행하게 근사시킨 위상시프터를 엑시머 레이저광으로 조사함으로써 결정화된 반도체막을 생성하는 "위상제어 ELA(Excimer Laser Annealing)법"이 알려져 있다. 위상제어 ELA법에 관한 상세한 사항은, 예를 들면 Journal of The Surface Science Society of Japan, Vol. 21, No. 5, pp. 278-287, 2000에 개시되어 있다.
이러한 위상제어 ELA법에서는, 위상시프터의 위상시프트 부에 대응하는 점에서의 광 강도가 그 주변부에서의 광 강도보다 더 낮은 역 피크 패턴(중심에서 광강도가 최소로 되고 그 주변부로 향할수록 광 강도가 급격히 증가하는 패턴)을 가지는 광 강도 분포가 얻어지고, 역 피크 패턴을 가지는 이러한 광 강도 분포의 광으로 비단결정 반도체막(다결정 반도체 막이나 비정질 반도체 막)을 조사한다. 그 결과, 조사영역에는 광 강도 분포에 따라 온도 구배가 용융영역에 발생하고, 가장 먼저 응고하는 부분이나 광 강도가 최소로 되는 점에 따라 용융되지 않는 부분에서 결정핵이 생성되고, 이 결정핵으로부터 그 주변부로 횡 방향으로 결정이 성장함으로써, 대입경의 단결정립이 형성된다.
또한, 일본 공개 특허공보 제2000-306859호에는, 180°위상 차의 라인-앤드-스페이스 패턴을 가지는 위상시프터와 처리기판 사이에 결상 광학계가 배열되어 있다. 또한, 위상시프터를 통하여 형성된 역 피크 패턴의 광 강도 분포를 가지는 광으로 결상 광학계를 통하여 이 처리기판을 조사하여 처리기판상에 결정화 반도체 막을 형성한다.
우수한 재현성으로 동일한 크기로 동일한 위치에 결정립을 제조하기 위해서는, 수치보정을 받은 결상 광학계의 배율(축소배율이나 등배율)과 상면 위치(초점 위치)에 불균일성이 없어야 하고, 또는 배율과 상면 위치는 보정가능할 것이 요구된다. 예를 들면, 4㎛의 결정립을 제조하기 위하여 이용되는 10㎜×10㎜의 마스크 패턴의 경우에 있어서, 결상 광학계의 배율이 1/5.000에서 1/4.995(0.1% 변화)로 변화하면, 피처리 기판상의 조사영역의 크기는 2㎜×2㎜에서 2.002㎜×2.002㎜로 변한다. 이 경우, 예를 들면, 2㎜×2㎜의 조사영역의 좌측 단을 기준으로 정하면, 결정립의 위치는 우측 단에서 2㎛(0.002㎜)만큼 우측으로 시프트된다. 그 결과, 레이저 결정화 후공정에서 수행하는 TFT 제조공정에서 위치 오차가 발생한다.
또한, 결상 광학계의 상면 위치가 초점 심도(Depth of focus; DOF) 보다 많이 시프트 되면, 피처리 기판상에 소망하는 광 강도 분포가 얻어지지 않아서 소망하는 크기의 결정립이 형성되지 않는다.
본 발명의 목적은, 결상 광학계의 배율의 변화와 상면 위치의 편의(Deviation)를 감소시킬 수 있고 이 편의에 따라 상면 위치를 보정 할 수 있고, 우수한 재현성으로 소망하는 위치에 소망하는 크기로 결정립을 형성할 수 있는 레이저 결정화 장치를 제공하고자 하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 비단결정 반도체에 레이저광을 조사하여 상기 비단결정 반도체를 국부적으로 용융시켜 응고될 때 결정화에 의해 결정립의 성장을 이루도록 하는 레이저 결정화 장치로서, 상기 장치는, 광원(2a); 상기 광원에서 출사되는 레이저광의 강도와 위상을 변조하는 공간적 강도변조 광학 소자(3); 상기 광원과 공간적 강도변조 광학 소자와의 사 이에 구비되어, 상기 광원에서 출사되는 레이저 광의 광 강도를 호모지나이즈 하고, 상기 호모지나이즈된 광으로 상기 공간적 강도변조 광학 소자를 조명하는 조명계(2); 상기 비단결정 반도체 막이 피복되는 기판을 지지하기 위한 스테이지(6); 상기 스테이지 상의 비단결정 반도체와 상기 공간적 강도변조 광학 소자와의 사이에 구비되어, 상기 비단결정 반도체의 소망하는 부분에 상기 공간적 강도변조 광학 소자에 의해 변조된 레이저 광을 결상 하는, 다수의 광학 부재 (L1∼L10, 4c)를 가지는 결상 광학계(4); 및 상기 결상 광학계의 광학 부재를 가열 또는 냉각하여 상기 광학부재의 온도를 조정하는 온도조정부(10∼17, 20∼22, 42∼48); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화장치가 제공된다.
본 발명의 제2 실시형태에 따르면, 비단결정 반도체에 레이저 광을 조사하여 상기 비단결정 반도체를 국부적으로 용융시켜 응고될 때 결정화에 의해 결정립의 성장을 이루도록 하는 레이저 결정화 장치로서, 상기 장치는, 광원(2a); 상기 광원에서 출사되는 레이저 광의 강도와 위상을 변조하는 공간적 강도변조 광학 소자(3); 상기 광원과 공간적 강도변조 광학소자와의 사이에 구비되어, 상기 광원에서 출사되는 레이저 광의 광 강도를 호모지나이즈하고, 상기 호모지나이즈된 광으로 상기 공간적 강도변조 광학 소자를 조명하는 조명계(3); 상기 비단결정 반도체 막이 피복되는 기판을 지지하기 위한 스테이지(6); 상기 스테이지 상의 비단결정 반도체와 상기 공간적 강도변조 광학 소자와의 사이에 구비되어, 상기 비단결정 반도체의 소망하는 부분에 상기 공간적 강도변조 광학소자에 의해 변조된 레이저 광을 결상하는, 다수의 광학 부재와 상기 광학 부재들을 유지하는 유지부재를 가지는 결 상 광학계(4); 상기 결상 광학계의 광학 부재를 가열 또는 냉각하거나, 혹은 상기 유지부재를 가열 또는 냉각함에 의하여 상기 광학부재의 온도를 조정하는 온도조정부 (10∼17, 20∼22, 42∼48); 상기 광학 부재 및 유지 부재의 적어도 하나의 온도를 검출하기 위한 온도센서(22); 및 상기 온도센서에 의해 검출된 온도에 근거하여 상기 결상 광학계의 광학축을 따라 상기 스테이지와 상기 결상 광학계를 상대이동시켜서 상기 결상 광학계와 상기 비단결정 반도체의 상대위치를 조정하기 위한 위치조정수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 결상 광학계의 배율변화와 상면 위치의 편의는 감소될 수 있고, 상면 위치는 그 편의에 따라 보정될 수 있어, 소망하는 크기의 결정립이 비단결정 반도체 상의 소망하는 위치에 우수한 재현성으로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 중요한 용어는 다음과 같이 정의한다.
"결정화"란, 결정화 대상 막이 용융되고 그 융체가 응고하는 과정에서 개시점으로서 결정립이 결정 핵으로 성장하는 것을 말한다. "횡 방향 성장"이란, 결정화 대상 막이 용융되고 그 융체가 응고하는 과정에서 막의 표면을 따라 횡 방향으로 결정립의 성장이 진행되어 가는 것을 의미한다. "광강도분포" 또는 "빔 프로파일"이란, 결정화 대상 막으로 입사하는 광의 2차원 강도분포이다, "레이저 플루언스(laser fluence)"란, 주어진 위치에서 레이저광의 에너지 밀도를 나타내는 측정단위이며, 단위면적당 에너지 밀도로 얻어지는 값으로, 구체적으로는 광원이나 조사영역에서 측정되는 레이저광의 평균강도이다. "감쇠기"란, 레이저광의 강도를 감쇠시키는 광학 소자이다. "호모지나이저"는 입사광을 복수의 광으로 분할하고, 동 일한 면적을 갖는 분할된 광을 서로 중첩시켜 특정면 상에 광 강도를 균일화하는 광학 소자이다. 또한, "호모지나이제이션 면"은 호모지나이저를 투과한 광이 수렴하는 특정 면이다. "공간적 강도변조 광학 소자"란, 광강도를 변조하고 또한 광의 위상을 변조하는 광 마스크이다. 본 레이저 결정화 장치에서는, 이 공간적 강도변조 광학 소자를 "위상시프터"라 하여, 포토리쏘그래피 공정의 노광 단계에서 사용하는 위상시프트 마스크와 구별한다. 이 위상시프터에는, 에칭에 의해 단차가 석영기판에 형성된다.
"상면(Image plane)"이란, 레이저 결정화 장치의 결상 광학계를 투과한 광이 수렴되는 면이다. 구체적으로는, 투영식 레이저 결정화 장치의 주결상광학계(호모지나이저, 컨덴서렌즈, 마스크 등)을 투과한 광이 수렴되어 상이 형성되는 면을 "주상면(Primary image plane)"이라고 한다. 이 주상면은 위상시프터 면 및/또는 호모지나이제이션 면(완전한 오버랩)과 조화될 때 위상시프터 면 및/또는 호모지나이제이션 면을 의미한다, 또한, 특히, 투영식 레이저 결정화 장치의 2차 결상광학계(축소렌즈 등)를 투과한 광이 수렴되어 상이 형성되는 면을 "2차 상면"이라고 한다. 환언하면, 이 "2차 상면"은 주상면에 형성된 상이 기판 측으로 전달되는 면이다.
"텔레센트릭 광학계" 혹은 "텔레센트릭 렌즈 광학계"는, 개구 조리개가 렌즈의 초점위치에 위치하고 주광선이 물체측, 상측 또는 물체/상 양측에서 렌즈 광학축에 대하여 평행하게 되는 광학계이다. "개구 조리개"는 광학계 또는 광학계의 근방에 배치되어 광학축 근처의 광선이 투과하는 영역을 제한하기 위한 광차폐 프레임이다.
본 발명을 구현하기 위한 최적 실시형태를 첨부도면을 참조하여 이하에 설명하기로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 레이저 결정화 장치는 투영식 조명계(2), 공간적 강도변조 광학 소자(3)(위상시프터 또는 회절광학소자) 및 결상광학계(4)를 가지고, 또한 피처리 기판(5)을 이동 가능하게 지지하는 기판스테이지(6)를 포함한다, 기판스테이지(6)는 도시하지 않은 X-Y-Z-θ 구동기구를 포함하고, X축, Y축 밑 Z축의 각 방향으로 이동할 수 있고 Z축 주변으로 θ만큼 회전가능하여 광학계(2, 3, 4)에 대하여 위치조정을 할 수 있도록 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 조명계(2)는, 예를 들어 248㎚의 파장을 가지는 레이저광을 사출하는 KrF 엑시머 레이저 광원(2a)을 피처리 기판(5)상의 비정질 실리콘 막을 용융하는 에너지 광을 출력하는 광원으로 포함한다. 광원(2a)은 미도시의 감쇠기를 가진다. 감쇠기는 광원(2a)에서 출사되는 레이저광을 감쇠시켜, 레이저광의 광 강도레벨을, 예를 들어 대략 1㎠/J로 조정하여 조명계(2)와 결상 광학계(4)의 광학부재가 타는 것을 방지한다. 광원(2a)으로서는, 308㎚ 파장의 레이저광을 출사하는 XeCl 엑시머 레이저광이나 YAG 레이저 광원 등의 결정화 피처리물질을 용융하는 에너지 광선을 투영할 수 있는 다른 적절한 광원도 이용할 수 있다.
레이저광(70)이 광원(2a)에서 출사되는 레이저광이 확대되는 빔익스펜더(2b)를 투과하여 제 1 플라이 아이렌즈(2c)로 입사한다. 그러면, 제1 플라이 아이렌즈(2c)의 후 초점면에 복수의 가상 광원이 형성된다. 이들 가상 광원으로부터의 광선이 제1 컨덴서 광학계(2d)를 통하여 중첩적으로 제2 플라이 아이렌즈(2e)의 입사면 을 조명한다. 그 결과, 제1 플라이 아이렌즈(2c)의 후 초점면에 형성된 가상 광원보다 더 많은 가상광원이 제2 플라이 아이렌즈(2e)의 후 초점면에 형성된다.
제2 플라이 아이렌즈(2e)의 후 초점면에 형성된 복수의 가상 광원으로부터의 광선이 제2 컨덴서 광학계(2f)를 통하여 중첩적으로 공간적 강도변조 광학소자(3)를 조명한다. 이 예에서, 제1 플라이 아이렌즈(2c)와 제1 컨덴서 광학계(2d)는 제1 호모지나이저를 구성한다. 제1 호모지나이저는 위상시프터(3)에 대한 입사각에 대하여 광원(2a)에서 출사되는 레이저광을 호모지나이즈 한다.
또한, 제2 플라이 아이렌즈(2e)와 제2 컨덴서 광학계(2f)는 제2 호모지나이저를 구성한다. 제2 호모지나이저는 위상시프터(3)의 각 면내 위치에서 광 강도에 대하여 제1 호모지나이저로부터 호모지나이즈된 입사각을 가지는 레이저광을 호모지나이즈 한다. 이러한 방법으로, 조명계(2)는 실질적으로 균일한 광 강도 분포의 레이저광으로 위상시프터(3)를 조명한다.
레이저광(70)은 위상시프터(3)에 의해 위상변조 또는 회절되어 결상 광학계(4)를 통하여 피처리 기판(5)으로 입사된다, 이 예에서, 위상시프터(3)와 피처리 기판(5)은 결상 광학계(4)에 대하여 광학적으로 공역관계로 배치되어 있다. 즉, 피처리 기판(5)은 위상시프터(3)와 광학적으로 공역인 면(결상 광학계(4)의 상면)에 셋팅 된다.
결상 광학계(4)의 전체는 보호막(41a, 41b)으로 피복되어 있다. 제1 렌즈군(L1∼L3), 개구 조리개(4c)와 제2 렌즈군(L4∼L10)이 보호막(41a, 41b)에 순차적으로 배열된다. 이들 광학부재(L1∼L10, 4c)의 각 림부(Rim portions)는, 광학축이 서로 조화를 이루고 이들 부재가 적당한 간격으로 서로 분리되어 있는 상태에서 렌즈홀더(42)에 지지된다.
입사창(40a)이 상부 보호막(41a)에 설치되고, 외향 방사창(40b)이 하부 보호막(41b)에 설치된다. 제1 렌즈군(L1∼L3)은 입사창(40a) 측(위상시프터(3) 측)에 배치되고, 제2 렌즈군(L4∼L10)은 외향 방사창(40b) 측(피처리 기판(5) 측)에 배치된다. 변조 레이저광(70)은 입사창(40a)을 통하여 결상 광학계(4)로 입사되어, 순차적으로, 제1 렌즈군(L1∼L3), 개구 조리개(4c) 및 제2 렌즈군(L4∼L10)을 투과하여 외향 방사창(40b)을 통하여 결상 광학계(4)를 벗어난다.
결상 광학계(4)는 광원에서 출사되는 레이저광의 광 강도 분포를 축소시키고 이 광 강도 분포로 피처리 기판(5)을 조명한다. 본 실시형태의 결상 광학계(4)는 레이저광을 축소시켜 투영하지만, 본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 등배율로 또는 확대비율로 레이저광을 투영시킬 수도 있다.
결상 광학계(4)의 렌즈군(L1∼L10)은 축소 텔레센트릭 렌즈로 구성되어 있어 제2 렌즈군(L4∼L10)의 크기가 제1 렌즈군보다 작다. 제2 렌즈군(L4∼L10)의 열용량이 더 작기 때문에, 제1 렌즈군(L1∼L3)에 비해 쉽게 과열되고 과냉각된다. 하부 보호막(41b)의 직경을 렌즈 크기에 따라 상부 보호막(41a)보다 작게 할 필요가 있다.
제1 렌즈군(L1∼L3)과 제2 렌즈군(L4∼L10) 사이에는 개구 조리개(4c)가 배치되어 있다. 개구 조리개(4c)는 크기가 상이한 개구부(광 투과부)를 가지는 복수의 개구 조리개를 가지며, 이들 복수의 개구 조리개(4c)는 레이저 광로에 대하여 교환 가능하게 부착되어 있다. 또한, 개구 조리개(4c)로서는, 개구부의 크기를 연속적으로 변화시킬 수 있는 홍채 조리개를 사용할 수도 있다. 어느 경우에도, 개구 조리개(4c)의 개구부의 크기(즉, 결상 광학계(4)의 상측 개구수 NA)는 피처리 기판(5)의 반도체 막에 필요로 하는 광 강도 분포가 얻어질 수 있도록 설정한다.
본 실시형태에서는 결상 광학계(4)를 위하여 양측 텔레센트릭 렌즈 광학계를 채택하고 있다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 양측 텔레센트릭 렌즈 광학계에서는, 물체측과 상측의 양측에서 렌즈 광학축에 대하여 주광선(30)이 평행하기 때문에, 물체측에 있는 제품(31)이 지면에 대하여 수직 방향으로 이동하는 경우에도 상(32)의 크기는 변화가 없다. 따라서, 양측 텔레센트릭 렌즈 광학계에서는, 후 초점이 변화해도 배율은 이론상 변하지 않는다.
또한, 양측 텔레센트릭 렌즈 광학계를 대신하여, 상측 텔레센트릭 렌즈 광학계를 사용할 수 있다. 도 5b에 도시한 바와 같이, 상측 텔레센트릭 렌즈 광학계에서는, 상측에서만 렌즈 광학 축에 대하여 주광선(30)이 평행하기 때문에 제품(31)이 지면에 대하여 수직방향으로 이동하는 경우 상(32)의 크기가 변화한다. 따라서, 상측 텔레센트릭 렌즈 광학계에서는, 후 초점이 변화하면 배율이 변한다.
예를 들어, 액정표시장치 유리기판에 화학기상 증착법(CVD)에 의해 하지 막과 비단결정 반도체 막을 순차형성하여 피처리 기판(5)을 제작한다. 하지 절연막은 예를 들어 SiO2절연막이며 비단결정 반도체 막이 유리기판과 직접 접촉할 때 비정질 실리콘막으로 Na와 같은 외부입자가 혼입되는 것을 막아주고, 비단결정 반도 체 막의 열이 유리기판으로 직접 전달되는 것을 방지한다. 비단결정 반도체 막은 비정질 반도체 막이나 다결정 반도체 막으로서 소정의 막 두께(예를 들어 대략 50㎚)를 가진다.
비단결정 막은 비단결정 반도체 막 또는 금속 막이다. SiO2막 등의 절연막이 비정질 실리콘 막 위에 캡 막으로 형성된다. 캡 막은 비정질 실리콘 막으로 입사되는 광선의 일부에 의해 가열되고 이때의 열을 축열 한다. 입사광이 차단될 때 비정질 실리콘 막의 피 조사면에서 고온영역의 온도는 비교적 급격하게 강온하지만, 축열효과는 이러한 강온구배를 완화하여 큰 결정립을 가지는 횡 방향 결정성장을 용이하게 한다. 피 처리기판(4)은 진공척이나 정전척 등에 의해 기판 스테이지(5)상에 소정의 위치에 위치결정되어 유지된다. 피처리 기판(5)은 평탄도 오차로서 약 ±5㎛ ~ ±10㎛의 휨을 가진다.
그리하여, 본 실시형태의 레이저 결정화 장치에서는, 피처리 기판(5)상의 비단결정 반도체 막이 이른바 역 피크 패턴(V자형 2차원 패턴)의 빔 프로파일을 가지는 광으로 조사된다. 그 결과, 빔 프로파일에 따라 피조사 영역의 용융영역에 온도구배가 발생되어, 처음으로 응고하는 부분에서 또는 광 강도분포가 최소로 되는 점에 따라 용융되지 않은 부분에서 결정 핵이 형성되고, 이 결정 핵을 개시점으로 하여 횡 방향성장에 의해 결정립이 성장한다.
한편, 레이저 결정화 장치에서는, 축소배율의 결상 광학계(4)가 자주 이용된다. 그 이유는 예를 들어 1/5의 축소배율을 가지는 결상 광학계(4)를 이용할 때, 공간적 강도변조 광학 소자(3)로서 위상시프터 또는 회절 광학소자가 제작이 용이하기 때문이다(등배의 결상 광학계를 이용하는 경우에 비하여 치수가 5배이다). 또한, 조명계(2)중의 호모지나이저(2c, 2e) 및 공간적 강도변조 광학 소자(3)에 입사되는 단위 면적당 광 조사 에너지가 등배의 결상 광학계를 이용한 경우에 비하여 1/25로 되어 호모지나이저(2c, 2e)와 공간적 강도변조 광학 소자(3)의 손상이 감소될 수 있기 때문이다.
또한, 결상 광학계(4)는 공간적 강도변조 광학 소자(3)에 의해 규정되는 수 ㎛ 범위의 광 강도분포를 수차 또는 왜곡 없이 피처리 기판상에 축소배율 또는 등배율로 형성하기 위하여 통상 10개 이상의 광학렌즈를 가진다. 또한, 광원(2a)으로 엑시머 레이저 광원이 채택되면, 결상 광학계(4)의 렌즈(L1~L10)의 광학재료는 합성석영이나 불화 칼슘(형석)이다.
본 실시형태에서는, 불화 칼슘의 열전도율은 9.71(W/(mㆍ℃)) 이고, 합성석영의 열전도율은 1.35(W/(mㆍ℃))이다. 따라서, 합성석영으로 만든 렌즈가 불화 칼슘으로 형성한 렌즈보다 광 조사에 의해 온도변화가 더 크다는 것을 예상할 수 있다. 또한, 불화 칼슘의 열팽창 계수 및 굴절률의 온도계수는 각각 2 × 10-5/℃, 및 약 -1 × 10-5/℃, 한편 합석석영의 열팽창계수 및 굴절률의 온도계수는, 각각 4 × 10-6/℃, 및 1 × 10-5/℃ 이다.
이러한 광학재료의 온도특성을 고려한다면, 결상 광학계(4)에서, 1℃의 렌즈온도 변화에 대하여 수㎛의 상면 위치(초점위치)의 변화, 즉, 결상 광학계(4)의 광 학축을 따라 수㎛의 결상 위치의 변화가 예상된다. 예를 들어, 엑시머 레이저 광을 이용하는 결정화 장치에 있어서, 1℃의 렌즈온도 변화에 대하여 상면 위치가 약 10 ㎛ 정도 변화하는 결상 광학계가 있다고 말할 수 있다.
한편, 종래 결정화장치(위상제어 ELA법 이전의 장치)에서는, 띠 형상의 빔(예로는 500㎛ × 300㎜)으로 피처리 기판을 균일하게 조사한다. 이 경우, 결정립이 초기부터 위치결정이 행해지지 않기 때문에 결상 광학계의 배율변화에 의해 수㎛ 의 결정립의 위치변화가 일어나도 큰 문제는 발생하지 않는다.
한편, 본 발명의 레이저 결정화 장치에서는, 마이크론 오더의 위치정밀도 수준으로 레이저 광을 피처리 기판의 소망하는 부분에 정확하게 조사하여야 한다. 따라서, 결상 광학계의 배율변화량 또는 상면 위치(주 상면위치, 2차 상면위치 및 초점위치)의 변화량이 작아도 큰 문제를 야기한다. 예를 들면, 파장이 308㎚ 인 레이저 광을 이용하여, 상측 개구수 NA=0.12 정도의 결상 광학계를 통하여 2㎛의 흑백패턴을 전사하는 경우, 조명계의 개구수와 결상 광학계의 초점 심도(DOF)는 ±10㎛ ~ ±20㎛ 정도로 된다. 공간적 강도변조 광학 소자로서 회절 광학 소자를 사용하여 피처리 기판상에서 광 강도 분포를 마이크론 오더로 제어하는 경우, 초점 심도는 더 작아지고, 조건에 따라서는 초점 심도가 5㎛ 이하로 매우 좁게 나타날 수 있다.
따라서, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 레이저 결정화장치는, 결상 광학계(4)의 광학부재(L1~L10, 4c)의 온도를 조정하기 위한 다수의 온도조정부를 포함한다. 이들 온도조정부가 광학부재(L1~L10, 4c)의 온도를 조정하면, 결상 광학계(4)의 상면 위치와 배율이 정확하게 보정된다. 본 실시형태에서는 다음과 같은 3개의 온도조정부를 예시하고 있다.
제1 온도조정부는 냉매가스를 이용하여 광학 부재(L1~L10, 4c)를 직접 냉각하는 공냉기구이다. 이 공냉기구는 냉매가스 공급원(11), 밸브(12), 펌프(13, 14), 가스도입구(43a), 상부공간(43), 렌즈홀더(42)의 내부유로(44), 하부공간(45) 및 가스배출구(45a)를 포함한다. 냉매가스 공급원(11)은 그 내부에 냉매로서 저온(실온 또는 그 이하) 불활성 가스(예로는, 질소가스, 헬륨가스) 또는 공기를 저장한다. 공급펌프(13)의 배출 개구부는 상부 보호막(41)의 가스 도입구(43a) 에 연통하고, 배기펌프(14)의 도입 개구부는 하부 보호막(41b)의 가스배출구(45a)에 연통한다. 본 실시형태에서는, 배기펌프(14)에서 냉매가스가 배출되는 것이나, 공급원(11)에 배기회로를 연결하여 순환회로를 형성함에 의해 냉매가스를 재활용하는 것도 가능하다.
가스 도입구(43a)는 상부공간(43)(렌즈(L1)의 직상방)에 연통하고, 순차적으로 상부공간(43)은 렌즈홀더(42)의 내부 유로(44)를 통하여 렌즈(L1~L10)사이의 공간으로 연통한다. 또한, 가장 낮은 스테이지상의 렌즈 사이의 공간은 내부 유로(44)를 통하여 하부공간(45)(렌즈(L10)의 직하방)에 연통하고, 하부공간(45)은 가스배출구(45a)에 연통한다. 내부유로(44)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 확개되어 있다.
냉매가스는 결상 광학계(4)의 내부를, 가스 도입구(43a), 상부공간(43), 내부유로(44), 렌즈(L1, L2) 사이의 공간, 내부 유로(44), 렌즈(L2, L3) 사이의 공 간, 내부유로(44), 렌즈(L3, L4) 사이의 공간, 내부유로(44), 렌즈(L4, L5) 사이의 공간, 내부유로(44), 렌즈(L5, L6) 사이의 공간, 내부유로(44), 렌즈(L6, L7) 사이의 공간, 내부유로(44), 렌즈(L7, L8) 사이의 공간, 내부유로(44), 렌즈(L8, L9) 사이의 공간, 내부유로(44), 렌즈(L9, L10) 사이의 공간, 내부유로(44), 하부공간(45) 및 배출구(45a)의 순서대로 순차적으로 통과하여 광학 부재(L1~L10, 4c)를 직접 냉각한다.
제2 온도조정부는 냉매 액체를 이용하여 광학 부재(L1~L10, 4c)를 간접 냉각하는 액체냉각기구이다. 이 액체 냉각기구는 열교환기(15), 펌프(16), 밸브(17), 공급관(47), 렌즈홀더(42)의 내부유로(46) 및 귀환관(48)으로 구성된다. 열교환기(15)는 냉매 액체(예로, 냉각수)와 다른 열교환 유체 간의 열교환을 수행하여 실온 이하의 예정된 온도로 냉매 유체를 냉각한다. 열교환기(15)의 출구 측은 펌프(16)와 밸브(17)를 통하여 공급관(47)에 연통하고, 열교환기(15)의 입구 측은 귀환관(48)에 연통한다. 공급관(47)은 렌즈홀더(42)의 최상부의 내부유로(46)와 연통하고, 귀환관(48)은 렌즈홀더(42)의 최하부의 내부유로(46)와 연통한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 내부유로(46)는, 렌즈(L1~L10)를 각 스테이지상에 유지하는 각각의 유지부(42h)를 둘러싸도록 환상으로 형성된다. 렌즈홀더(42)는 이들 내부 유로(46)와의 결합에 의해 열교환 재킷 역할을 한다. 냉매 액체가 내부유로(46)를 통하여 흐르면 유지부(42a)와 접촉하고 있는 렌즈(L1~L10)뿐만 아니라, 전체 결상 광학계(4)가 효율적으로 냉각된다.
대형 LCD 기판에 레이저 광이 반복해서 조사되면, 결상 광학계의 렌즈온도는 상승한다. 특히, 소형의 제2 렌즈군(L4~L10)의 온도는 급격히 상승하지만, 이들 렌즈의 온도상승은, 제1 및 제2 온도조정부에 의한 직접 또는 간접식 냉각에 의해 억제된다. 그러나, 결상 광학계의 열적 변위(thermal displacement)를 완전히 억제하는 것은 곤란하므로, 배율과 결상 광학계의 상면 위치를 보정하기 위하여 결상 광학계(4)와 피처리 기판(5)의 상대위치를 조정하여야 한다. 즉, 조정부(10)는 온도센서(22)의 검출온도로부터 Z축 방향으로 기판 스테이지(6)을 이동시켜, 피처리 기판(비단결정 반도체)(5)이 결상광학계(4)의 광학축을 따라 결상 광학계(4)에 대하여 위치조정된다. 그 결과, 피처리 기판(5)상의 비정질 반도체의 소망하는 부분에 정확하게 레이저 광(70)이 조사된다.
제3 온도조정부는 히터(20)를 이용하여 제2 렌즈군(L4~L10)을 간접 가열하는 가열기구이다. 이 가열기구는 하부 보호막(41b)의 외주부에 권선된 히터(20), 전원(21), 전원 및 온도센서(22)로 구성된다. 온도센서(22)로는, 예를 들어 렌즈(L5)에 접촉하여 부착되는 열전쌍 등을 이용할 수 있다. 제2 렌즈군(L4~L10)의 크기가 제1 렌즈군(L1~L3)보다 작기 때문에, 제2 렌즈군(L4~L10)은 열용량이 작아서 쉽게 과열 또는 과냉각된다. 따라서, 온도센서(22)가 렌즈온도를 검출하여 이 온도가 소정의 한계값보다 작으면 제2 렌즈군(L4~L10)을 히터(20)로 가열한다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 레이저 결정화 장치(1)에서는, 결상 광학계(4)의 광학부재(L1~L10, 4c)의 온도가 조정된다. 그 결과, 결상 광학계(4)의 배율과 상면 위치가 보정될 수 있고 피처리 기판(5)상의 소망하는 위치에서 소망하는 크기의 결정립이 재현성 좋게 형성될 수 있다.
제2 온도 조정부(15 내지 17)은 냉각수를 이용하여 광학 부재(L1~L10, 4c)를 냉각하지만, 제2 온도조정부(15 내지 17)는 광학부재(L1~L10, 4c)의 온도를 상승시키기 위하여 온수를 사용할 수도 있다.
또한, 조정부(10)는, 온도센서(22)의 검출온도를 기초로 제1 온도조정부(11 내지 13)와 제2 온도조정부(15 내지 17)의 각각을 제어할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 렌즈온도를 직접 검출하기 위해 렌즈(L5)에 접촉하도록 온도센서(22)를 구비하고 있으나, 온도센서를 렌즈홀더(42)에 접촉하도록 부착하여 렌즈홀더(42)의 온도를 검출할 수도 있다. 이 경우에, 소정의 계산 데이터 표를 사용하여 검출된 렌즈홀더의 온도를 렌즈온도로 환산하여 렌즈온도를 얻는다.
또한, 펠티에(Peltier) 소자를 렌즈홀더나 보호막에 부착하여 렌즈홀더 등을 통하여 광학부재가 간접적으로 냉각되어도 좋다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하여, 본 실시형태에 따른 레이저 결정화 장치를 사용하여 박막 트랜지스터를 제작하는 일예를 설명하기로 한다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 절연기판(50)(예로는, 알카리 유리, 석영유리, 플라스틱 또는 폴리이미드)상에 하지 막(51)(예로는, 막 두께 50㎚의 SiN과 막 두께 100㎚의 SiO2 의 적층 막)과 비정질 반도체 막(52)(예로는, Si, Ge 또는 SiGe로서 막 두께는 50㎚ ~ 200㎚ 정도)을 화학기상 증착법(CVD), 스퍼터 법 등으로 성막한 피처리 기판(5)을 준비한다. 본 발명의 레이저 결정화 장치(1)를 이용하여, 레이저 광(70)(예로는, KrF 엑시머 레이저 광 또는 XeCl 엑시머 레이저 광)으로 비정 질 반도체 막(52)의 표면의 소정영역을 조사한다.
이러한 방법으로, 도 6b에 도시한 바와 같이, 대입경의 경정립을 갖는 다결정 반도체 막 또는 단결정화 반도체 막(54)이 형성된다. 다음에, 도 6c와 같이 예를 들어, 포토리쏘그래피 기술에 의해 박막 트랜지스터가 형성되는 영역으로 되는 섬형상 반도체 막(55)으로 다결정 반도체 막 또는 단결정화 반도체 막(54)을 가공하고, 화학기상증착법, 스퍼터링법 등으로 표면에 게이트 절연 막(56)으로 20㎚ ~ 200㎚의 막 두께로 SiO2 막이 형성된다. 또한, 도 6d에서와 같이, 게이트 절연막 상에 게이트 전극(57)(예로는, 실리사이드 또는 MoW)가 형성되고, N채널 트랜지스터의 경우에는 인, P채널의 경우에는 보론) 불순물 이온(72)을 마스크를 사용하여 게이트 전극(57)에 주입한다. 그 후, 어닐링 공정(예로는, 450℃ 에서 1시간)을 질소분위기에서 수행하여 불순물을 활성화 시키고, 섬 형상 반도체 막(55)에 소스(62)와 드레인(63)을 형성한다. 다음에, 도 6e에서와 같이, 층간 절연막(59)을 형성하고, 컨택홀을 형성하며, 채널(61)을 통하여 결합되는 소스(62)와 드레인(63)과 접속되는 소스전극(64) 및 드레인 전극(65)을 형성한다.
상술한 공정에서는, 도 6a 및 도 6b에 도시한 공정에서 형성된 다결정 반도체 막 또는 단결정화 반도체 막(54)의 대입경의 결정위치를 따라서 채널(61)을 형성한다. 상술한 공정으로 TFT(60)가 다결정 트랜지스터 또는 단결정화 반도체로 형성 가능하다. 이렇게 제조된 다결정 트랜지스터 또는 단결정화 트랜지스터는 액정표시장치 또는 EL 표시장치의 구동회로 또는 메모리(SRAM 또는 DRAM)나 CPU의 집적회로에 응용될 수 있다.
본 발명의 레이저 결정화 장치의 다른 형태에 관하여 도 7을 참조하여 이하에 설명한다.
이 레이저 결정화 장치는 텔레센트릭 렌즈 결상 광학계(4a)의 광학 부재의 온도를 조정하는 온도조정 유닛을 가진다(광학 부재 중에서, 렌즈(L1~L6)만 도 7에 도시한다). 온도조정 유닛은 히터(91) 및 렌즈(L1~L6)를 유지하는 홀더(83d)(즉, 외측 실린더)에 접촉하는 펠티에 소자(92)를 가진다. 히터(91)와 소자(92)는 홀더(83d)의 온도를 조정하는 유닛을 구성한다.
히터(91)는 부품(L1~L6)을 가열할 수 있다. 펠티에 소자(92)는 부품(L1~L6)을 냉각할 수 있다. 이들은 열전도에 의해 렌즈(L1~L6)의 온도를 조정한다. 온도조정 유닛은 분위기 조정기능을 갖는다. 보다 정확하게는, 이 유닛은 소정온도의 가스를 렌즈(L1~L6) 사이의 간극으로 흐르게 하여 렌즈(L1~L6)가 놓여있는 분위기의 온도를 조정한다. 이 유닛은, 예를 들어 결상 광학계(3)의 레이저 광로로 불활성 가스(93a)(예로는, 질소나 헬륨)를 공급하는 가스공급장치(93)를 가진다. 가스공급장치(93)로부터 공급되는 가스는 렌즈(L1~L6) 사이의 간극으로 흘러 결상 광학계(4a)로부터 배출된다.
온도조정 유닛은 또한 온도센서(94)와 제어장치(95)를 가진다. 온도센서(94)는, 예를 들어 렌즈(L5)의 온도를 측정한다. 제어장치(95)는 히터(91), 펠티에소자(92) 및 가스공급장치(93)를 온도센서(94)의 출력에 따라 제어한다. 온도센서(94)는, 예를 들어 렌즈(L5)와 접촉하는 열전쌍이며, 제어장치(95)는 온도 및 가 스공급장치(93)에서 공급되는 불활성 가스(93a)의 유량을 제어한다.
레이저 결정화 장치에서는, 히터(91), 펠티에소자(92) 및 가스공급장치(93)의 적어도 하나가, 상술한 바와 같이, 제어장치(95)에 의해 주어지는 지시에 따라 제어된다. 그리하여, 결상 광학계(4a)를 구성하는 렌즈(L1~L5)의 온도가 조정된다. 그 결과로, 결상 광학계(4a)의 배율과 상면 위치가 보정된다. 따라서, 소망하는 위치에 소망하는 크기의 결정립이 재현성 좋게 형성된다.
위에서 구체화한 바와 같이, 홀더(83d)의 온도를 조정하는 온도조정 유닛은, 모두가 홀더(83d)와 접촉하도록 설치된 히터(91)와 펠티에소자(92)를 가진다. 그럼에도 불구하고, 온도조정 유닛은 그 배열이 변화될 수 있다. 예를 들어, 홀더(83d) 주위의 고온의 냉각수를 순환시키기 위한 순환장치(96)가 추가될 수 있다. 순환장치(96)는 홀더(83d)의 주변으로 소정온도로 가열 또는 냉각되는 물을 공급하고, 홀더(83d)로부터 물을 회수한다.
본 실시 예에서는, 온도센서(94)가 광학 부재(예로는, L 5)의 온도를 측정하고, 측정된 온도는 결상 광학계(4a)에 구비된 광학 부재(예로는, 렌즈(L1~L6))의 온도를 조정하는데 이용된다. 본 발명은 여기에 제한되지 않는다. 예를 들면, 온도센서는 홀더(83d)에 접촉되어 구비되어 홀더(83d)의 온도를 측정하고, 이 측정온도가 결상 광학계(4a)에 구비된 광학 부재(즉, 렌즈(L1~L6))의 온도를 조정하는데 이용될 수도 있다.
도 7에서 화살표(파선으로 도시)가 나타내는 바와 같이, 제어장치(95)는 광학계(4a)의 광학 부재(즉, 렌즈(L1~L6))의 온도를 측정하는 온도센서(94)의 출력에 따라 (또는, 홀더(83d)의 온도측정용 온도센서(미도시)의 출력에 따라) 기판 스테이지(6)를 구동한다. 따라서, 피처리 기판(5)은 결상 광학계(4a)의 광학축을 따라 위치조정이 이루어질 수 있다.
도 8을 참조하여, 액정표시장치의 회로를 제적하기 위하여 본 실시 예의 레이저 결정화 장치를 이용하는 일예에 관하여 이하에 설명한다.
액티브 매트릭스형 액정표시장치(50)에서는, 각 화소를 개별적으로 구동하기 위하여 유리 또는 플라스틱 등의 절연기판에 다수의 박막 트랜지스터(60)(TFT)가 형성되어 있다. TFT의 소스, 드레인 및 채널영역을 위하여 사용되는 실리콘 막중에서, 비정질 실리콘(a-Si) 막은 형성온도가 낮고 기상법으로 비교적 쉽게 형성될 수 있으며, 대량생산에 이점이 있다. 따라서, TFT(60)용 박막 트랜지스터로서, 비정질 실리콘 막이 일반적으로 이용된다. 그러나, a-Si막은 다결정 실리콘 막(poly-Si)에 비하여 전기 전도도 등의 물리적 특성이 열악하다(a-Si막의 이동도는 poly-Si막보다 두자릿수 이상 더 낮다).
따라서, 본 실시 예의 레이저 결정화 장치(1)를 이용하여 소정의 파워(1회 샷은 약 1 ㎠/J에 해당)를 가지는 레이저 광으로 a-Si막의 소망하는 부분을 조사하면, TFT의 소스(62), 드레인(63) 및 채널(61)이 될 영역에 결정화 실리콘(poly-Si)이 연속적으로 생성된다. 이 실시 예에서는, 본 실시 예의 레이저 결정화 장치(1)의 텔레센트릭 결상 광학계가 열적으로 안정화되어 있기 때문에, 피처리 기판(5)에 대해서 결상 광학계(4)는 거의 변위가 일어나지 않는다. 더욱이, 조정부(10)가 온도센서(22)의 출력에 기초하여 결상 광학계(4)의 광학축을 따라 비단결정 반도체 (5)의 위치를 조정하기 때문에 최초 TFT부터 최후 TFT에 이르기까지 소망하는 부위가 레이저 광(70)에 의해 정확하게 조사된다.
액정표시장치(50)는 투명기판(52), 화소 전극(53), 주사선(54), 신호선(55), 대향전극(56), 박막 트랜지스터(60), 주사선 구동회로(57), 신호선 구동회로(58), 액정 컨트롤러(59) 등으로 구성된다. 즉, 액정 표시장치(50)에는, 고속 동작에 요구되는 주사선 구동회로(57)나 신호선 구동회로(58)와 같은 각 주변 회로부에 도 6e에 도시한 각각의 TFT(60)가 이용된다.
이 액정표시장치(50)는 주변 회로부나 메모리 회로부 등의 능동소자를 포함하는 시스템 디스플레이를 구현한다. TFT(60)는 도 6e에 도시한 것과 같은 구조를 가지도록 형성되며, 고속 동작을 요구하는 각 주변 회로부, 예를 들면, 주사선 구동회로(57) 또는 신호선 구동회로(58)를 구성한다. 주사선 구동회로(57) 또는 신호선 구동회로(58)와 같은 주변 회로부에서는, 소스영역(S)의 소스 단부 또는 드레인 영역(D)의 드레인 단부를 가지는 TFT가 결정성장 단부로부터 0.05 ~ 0.2㎛ 내에 구성될 수 있다. 즉, 주변회로는, 이동도(㎛ax)가 300㎠/Vㆍs 이상인 우수한 특성의 TFT로 구성될 수 있다.
이렇게 제조된 표시장치는 주변회로나 메모리회로와 같은 능동소자를 포함하는 시스템 디스플레이를 구현한다. 이러한 표시장치는 또한 소형 및 경량화에 효율적이다.
상술한 실시형태는 액티브 매트릭스형 액정표시 장치의 예를 설명하고 있으나, 본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 본 발명은 유기 EL표시 장치의 생산에도 적용될 수 있다.
본 발명에 의하면,결상 광학계의 배율의 변화와 상면 위치의 편의를 감소시킬 수 있고 이 편의에 따라 상면 위치를 보정 할 수 있고, 우수한 재현성으로 소망하는 위치에 소망하는 크기로 결정립을 형성할 수 있다.
본 발명의 추가적인 이점이나 변형은 당업자에게는 자명할 것이므로 본 발명은 여기에서 설명한 구체적인 실시형태에 의해 한정되지는 않는다. 따라서, 첨부한 클레임에 의해 정의되는 발명의 일반적 개념의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 다양한 변경이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 비단결정 반도체에 레이저광을 조사하여 상기 비단결정 반도체를 국부적으로 용융시켜 응고될 때 결정화에 의해 결정립의 성장을 이루도록 하는 레이저 결정화 장치로서, 상기 장치는,
    광원;
    상기 광원에서 출사 되는 레이저광의 강도와 위상을 변조하는 공간적 강도변조 광학 소자;
    상기 광원과 공간적 강도변조 광학 소자와의 사이에 구비되어, 상기 광원에서 출사 되는 레이저 광의 광 강도를 호모지나이즈 하고, 상기 호모지나이즈 된 광으로 상기 공간적 강도변조 광학 소자를 조명하는 조명계;
    상기 비단결정 반도체 막이 피복되는 기판을 지지하기 위한 스테이지;
    상기 스테이지 상의 비단결정 반도체와 상기 공간적 강도변조 광학 소자와의 사이에 구비되어, 상기 비단결정 반도체의 소망하는 부분에 상기 공간적 강도변조 광학 소자에 의해 변조된 레이저 광을 결상 하는, 다수의 광학 부재를 가지는 결상 광학계; 및
    상기 결상 광학계의 광학 부재를 가열 또는 냉각하여 상기 광학부재의 온도를 조정하는 온도조정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결상 광학계는, 상기 광학 부재를 지지하기 위하여 상기 다수의 광학부재의 림에만 접촉하고 있는 유지 부재를 가지며,
    상기 유지 부재는 상기 광학부재의 림을 둘러싸도록 형성된 내부 유로를 가지며,
    상기 내부 유로는 냉매 유체를 공급하는 공급원에 연통 되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공급원과 내부 유로와의 사이에는 상기 냉매 유체를 순환시키는 순환 유로가 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 온도조정부는 상기 유지 부재를 가열하는 히터를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 온도조정부는,
    냉매가스 공급원;
    상기 각 냉매가스 공급원 및 상기 결상 광학계의 내측과 연통하는 가스 도입 구;
    상기 가스 도입구와 연통하고 상기 다수의 광학 부재에서 광원에 가장 근접한 광학부재가 노출되는 상부공간;
    상기 결상 광학계의 내측과 연통하는 가스배출구;
    상기 가스배출구와 연통하고, 상기 다수의 광학 부재에서 상기 스테이지에 가장 근접한 광학부재가 노출되는 하부공간; 및
    상기 유지 부재에 형성되어 상기 광학 부재들 사이의 상기 각 상부공간과 하부공간과 연통하는 내부 유로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉매가스는 질소가스 또는 헬륨가스인 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광학 부재들 사이의 공간으로 공급되는 냉매가스의 유량을 제어하기 위한 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 온도조정부는 상기 광학 부재와 상기 유지 부재의 적어도 하나의 온도 를 검출하기 위한 온도센서를 가지며,
    상기 장치는, 상기 온도센서에 의해 검출된 온도를 근거로 상기 온도조정부가 온도조정을 수행하도록 하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재는, 상기 광원 측에 배열된 제1 텔레센트릭 렌즈군, 상기 비단결정 반도체 측에 배열된 제2 텔레센트릭 렌즈군, 및 상기 제1 텔레센트릭 렌즈군과 제2 텔레센트릭 렌즈군 사이에 배열된 개구 조리개를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결상 광학계는 양측 텔레센트릭 렌즈 광학계 또는 상측 텔레센트릭 렌즈 광학계인 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  11. 비단결정 반도체에 레이저광을 조사하여 상기 비단결정 반도체를 국부적으로 용융시켜 응고될 때 결정화에 의해 결정립의 성장을 이루도록 하는 레이저 결정화 장치로서, 상기 장치는,
    광원;
    상기 광원에서 출사 되는 레이저광의 강도와 위상을 변조하는 공간적 강도변 조 광학 소자;
    상기 광원과 공간적 강도변조 광학 소자와의 사이에 구비되어, 상기 광원에서 출사 되는 레이저 광의 광 강도를 호모지나이즈 하고, 상기 호모지나이즈 된 광으로 상기 공간적 강도변조 광학 소자를 조명하는 조명계;
    상기 비단결정 반도체 막이 피복되는 기판을 지지하기 위한 스테이지;
    상기 스테이지 상의 비단결정 반도체와 상기 공간적 강도변조 광학 소자와의 사이에 구비되어, 상기 비단결정 반도체의 소망하는 부분에 상기 공간적 강도변조 광학소자에 의해 변조된 레이저 광을 결상 하는, 다수의 광학 부재와 상기 광학 부재들을 유지하는 유지 부재를 가지는 결상 광학계;
    상기 결상 광학계의 광학 부재를 가열 또는 냉각하거나, 혹은 상기 유지 부재를 가열 또는 냉각함에 의하여 상기 광학부재의 온도를 조정하는 온도조정부;
    상기 광학부재 및 유지부재의 적어도 하나의 온도를 검출하기 위한 온도센서; 및
    상기 온도센서에 의해 검출된 온도에 근거하여 상기 결상 광학계의 광학 축을 따라 상기 스테이지와 상기 결상 광학계를 상대이동시켜서 상기 결상 광학계와 상기 비단결정 반도체의 상대위치를 조정하기 위한 위치조정수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유지부재는 상기 광학부재의 림을 둘러싸도록 형성된 내부유로를 가지 며,
    상기 내부유로는 냉매 유체를 공급하는 공급원에 연통되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공급원과 내부 유로와의 사이에는 상기 냉매 유체를 순환시키는 순환 유로가 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 온도조정부는 상기 유지부재를 가열하는 히터를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 온도조정부는,
    냉매가스 공급원;
    상기 각 냉매가스 공급원 및 상기 결상 광학계의 내측과 연통하는 가스 도입구;
    상기 가스 도입구와 연통하고 상기 다수의 광학 부재에서 광원에 가장 근접한 광학부재가 노출되는 상부공간;
    상기 결상 광학계의 내측과 연통하는 가스배출구;
    상기 가스배출구와 연통하고, 상기 다수의 광학부재에서 상기 스테이지에 가장 근접한 광학부재가 노출되는 하부공간; 및
    상기 유지부재에 형성되어 상기 광학부재들 사이의 상기 각 상부공간과 하부공간과 연통하는 내부 유로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 냉매가스는 질소가스 또는 헬륨가스인 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 광학부재들 사이의 공간으로 공급되는 냉매가스의 유량을 제어하기 위한 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 광학부재는, 상기 광원 측에 배열된 제1 텔레센트릭 렌즈군, 상기 비단결정 반도체 측에 배열된 제2 텔레센트릭 렌즈군, 및 상기 제1 텔레센트릭 렌즈군과 제2 텔레센트릭 렌즈군 사이에 배열된 개구 조리개를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 결상 광학계는 양측 텔레센트릭 렌즈 광학계 또는 상측 텔레센트릭 렌즈 광학계인 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치.
KR1020050069495A 2004-08-03 2005-07-29 레이저 결정화 장치 KR20060048937A (ko)

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