KR20080100128A - 조사 장치, 반도체 장치의 제조 장치, 반도체 장치의 제조방법 및 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 조사 장치는, 필요한 빔 직경에 대하여 초점 위치의 최적화를 도모함으로써, 반도체 레이저의 개별차(individual difference) 등의 영향을 받지 않고, 피조사물에 대한 레이저광의 조사를 행할 수 있도록 한다.
반도체 레이저로부터의 출사빔광을 피조사물에 조사하는 조사 장치에 있어서, 상기 피조사물에의 조사빔 반경을 w, 상기 반도체 레이저의 발산각 퍼짐 개별차의 비율을 Δ, 상기 반도체 레이저의 빔 파장을 λ로 한 경우에, 상기 반도체 레이저와 상기 피조사물 사이에 개재하는 조사 광학계의 초점 위치와 상기 피조사물과의 거리 z가, 상기 w, 상기Δ 및 상기 Δ로부터 소정 연산식에서 도출되는 값이 되도록, 상기 초점 위치를 디포커싱(defocusing)한다.

Description

조사 장치, 반도체 장치의 제조 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법 {IRRADIATING APPARATUS, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING APPARATUS, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND DISPLAY DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 반도체 레이저를 광원으로 사용하여 빔광을 조사하는 조사 장치, 및 그 빔광의 조사를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 반도체 장치의 제조 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
액티브 매트릭스형 액정 표시 장치(active matrix type liquid crystal display device)나 유기 전계 발광 소자(organic electroluminescent display device)(이하 「유기 EL 소자」라고 함)를 사용한 유기 전계 발광 표시 장치(이하 「유기 EL 디스플레이」라고 함) 등을 제조하는 경우에는, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 「TFT」라고 약칭함) 등의 회로 소자를 다결정 실리콘에 의해 형성하기 위하여, 연속 발진하는 레이저 빔광을 사용하여 실리콘 박막에 대한 어닐 처리(annealing treatment)를 행하는 것이 알려져 있다. 레이저 빔광에 의한 어닐 처리에 의하면, 실리콘 박막을 부분적으로 조사하기 때문에, 기판 전체가 고 온으로 되는 것을 회피할 수 있고, 기판으로서 유리 기판을 사용하는 것이 가능해지기 때문이다.
또, 레이저 빔광에 의한 어닐 처리를 행하는 경우에는, 고스루풋(throughput)화의 실현을 위하여, 어닐 장치의 조사 광학계로부터의 출력 빔광이 선형 빔인 것이 바람직하다는 것이 알려져 있다. 그리고, 또한 이와 같은 어닐 처리에 의해 균일한 다결정 실리콘을 생성하기 위해서는, 선형 빔의 장축 방향을 이른바 균일화 광학계로 구성하고, 실리콘 박막에 대한 장축 방향의 조사 불균일을 억제하는 것이 바람직하다는 것이 알려져 있다.
도 12는, 광역형(braod area type) 반도체 레이저를 사용한 종래 기술의 예이며, 이미터 길이 방향(이하 「슬로우 액시스(SlowAxis)방향」이라고 함)의 조사 광학계의 구성예를 나타내고 있다. 도 12에 나타낸 예의 조사 광학계에서는, 반도체 레이저(71)로부터의 광속(光束)을 콜리메이터 렌즈(collimator lens)(72)에 의해 콜리메이팅하고, 이로써 얻은 원계 패턴(far field pattern, FFP)(1)을 결상 렌즈(73)에 의해 투영하여 원계 패턴(FFP)(2)으로 한다. 또, 슬로우 액시스 방향과 수직인 방향(이하 「패스트 액시스(FastAxis)방향」이라고 함)의 광속은, 근계 패턴(near field pattern, NFP)으로 집광하여, 원계 패턴(FFP)(2)에 이를 때에 각 방향(슬로우 액시스, 패스트 액시스)의 빔 직경이 동일해지도록 한다. 이로써, 원계 패턴(FFP)(2)에 놓이는 피조사물이 광축 방향으로 어긋나더라도 빔 직경의 변화가 작고, 초점 심도가 커지도록 구성되어 있는 것이다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] 일본 특허공개공보 제2000-305036호
그러나, 전술한 종래 기술에 의한 조사 광학계를 사용하여 레이저광을 조사하는 경우에는, 이하에 설명하는 점에서 문제가 생길 우려가 있다.
종래 기술에 의한 조사 광학계에서는, 패스트 액시스 방향이 디포커싱(defocusing)되어 있으므로, 그 패스트 액시스 방향의 빔 직경에 민감한 애플리케이션에 대하여는, 도 13 (a)에 나타낸 바와 같이, 반드시 초점 심도가 크다고는 할 수 없다. 초점 심도를 확대하려면, 조사 개구수(NA)를 작게 하는 것을 고려할 수 있다. 단, 조사 개구수(NA)를 지나치게 작게 하면, 도 13 (b)에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이저(71)의 발산각 개별차(individual difference)의 영향에 의해, 빔 직경이 설계값으로부터 벗어날 우려가 있어, 조사 광학계에서는 그 영향을 보정할 수 없다. 반도체 레이저(71)의 발산각은, 다른 사양(예를 들면, 파장, 발진 임계값, 위치 정밀도, 발진 출력 등)에 비하여, 개별차에 의한 불균일이 크고, 빔 직경이나 쉐이딩(shading) 등의 광학계의 특성에도 큰 영향을 미친다.
또, 반도체 레이저(71)의 발산각은 개별차에 의한 불균일이 크기 때문에, 예를 들면, 반도체 레이저(71)를 교환하는 경우나 복수의 반도체 레이저(71)에 의한 병행 조사를 행하는 경우 등에는, 발산각의 상위에 기인하여 원계 패턴(FFP)(2)에 있어서의 빔 직경이 변하여, 그 결과, 반도체 레이저(71)의 교환 전후나 각 반도체 레이저(71)별 등으로, 레이저광의 조사 조건에 상위가 생길 우려가 있다. 이와 같은 상위에 대응하기 위해서는, 예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같이, 반도체 레이 저(71) 및 조사 광학계(74)를 광축 방향을 따라 이동시키는 Z 스테이지(75)를 사용하여 초점 위치 조정을 행할 수 있도록 하는 것이 고려되지만, 그 경우에는, Z 스테이지(75) 등의 조정 기구나, 조정에 필요로 하는 빔 직경의 측정 장치(76) 등이 필요해지므로, 장치 구성의 복잡화나, 처리 절차의 번잡화에 따른 처리 효율의 저하 등을 초래하게 된다.
그래서, 본 발명은, 필요한 빔 직경에 대하여 초점 위치의 최적화를 도모함으로써, 반도체 레이저의 개별차 등의 영향을 받지 않고, 피조사물에 대한 레이저광의 조사를 행할 수 있는 조사 장치, 반도체 장치의 제조 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 제안된 것이며, 반도체 레이저로부터의 출사광을 피조사물에 조사하는 조사 장치로서, 상기 피조사물에의 조사빔 반경을 w, 상기 반도체 레이저의 발산각 퍼짐 개별차의 비율을 Δ, 상기 반도체 레이저의 빔 파장을 λ로 한 경우에, 상기 반도체 레이저와 상기 피조사물 사이에 개재하는 조사 광학계의 초점 위치와 상기 피조사물과의 거리 z가,
Figure 112008032084605-PAT00001
이 되도록, 상기 초점 위치가 디포커싱되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 조사 장치에서는, 조사 광학계의 초점 위치가 피조사물 상에는 없고, 거리 z 만큼 상기 피조사물 위로부터 디포커싱되어 있고, 또한 그 디포커스 양이 필요한 조사빔 직경 w에 대하여 최적화되어 있는 것이다. 따라서, 반도체 레이저의 발산각 개별차의 영향을 받지 않고, 요구되는 조사빔 직경 w를 얻을 수 있으며, 또 초점 심도가 가장 깊어지는 조사 광학계가 실현되게 된다.
본 발명에 의하면, 반도체 레이저의 발산각 개별차의 영향을 받지 않고, 요구되는 빔 직경을 얻을 수 있으므로, 반도체 레이저의 교환 전후로 레이저 빔광의 조사 조건에 상위가 생기는 것을 회피할 수 있고, 포커스 조정 등의 조건 설정을 행하지 않아도 되므로, Z 스테이지 등이 불필요한 것에 의한 장치 구성의 간소화나 처리 절차의 간략화에 따른 처리 효율의 향상 등을 기대할 수 있다. 또, 예를 들면, 반도체 레이저 및 조사 광학계를 구비하는 장치를 양산하는 경우에도, 반도체 레이저의 발산각 개별차의 영향을 받지 않으므로, 제품 수율이 현격히 향상되고, 해당 제품 가격의 비용 절감으로도 연결된다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명에 따른 조사 장치, 반도체 장치의 제조 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 처음에, 레이저광의 조사를 이용하여 제조되는 반도체 장치의 개요를 설명한다. 여기서 설명하는 반도체 장치는, 비정질 실리콘막(아몰퍼스(amorphous) 실리콘, 이하 「a－Si」라고 기술함)의 비결정 상태로부터 다결정 상태로의 개질(改質), 즉 a－Si로부터 다결정 실리콘막(폴리실리콘, 이하 「p－Si」라고 기술함)로의 개질을 거쳐 얻어지는 것을 말하며, 구체적으로는 박막 반도체 장치인 TFT를 예로 들 수 있다.
TFT는, 예를 들면, 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치나 유기 EL 디스플레이 등의 표시 장치를 구성하는데 사용된다.
도 1은, TFT를 구비한 유기 EL 디스플레이의 구성예를 나타낸 설명도이다.
도 1에 나타낸 예의 구성의 유기 EL 디스플레이(1)는, 이하에 설명하는 절차로 제조된다.
먼저, 유리 기판으로 이루어지는 기판(11) 상에, 예를 들면, Mo막으로 이루어지는 게이트막(12)을 패턴 형성한 후, 이것을 예를 들면 SiO/SiN막으로 이루어지는 게이트 절연막(13)으로 덮는다. 그리고, 게이트 절연막(13) 상에 a－Si막으로 이루어지는 반도체층(14)을 성막(成膜)한다. 이 반도체층(14)에 대해서는, 레이저 어닐 처리를 실시하여, 결정화에 의해 a－Si막으로부터 p－Si막으로의 개질을 행한다. 이어서, 게이트막(12)을 덮는 섬 형상으로 반도체층(14)을 패터닝한다. 그 후, 기판(11) 측으로부터의 이면(裏面) 노광에 의해, 반도체층(14)의 게이트막(12) 상에 중첩되는 위치에 절연성 패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 이것을 마스크로 한 이온 주입과 활성화 어닐 처리에 의해 반도체층(14)에 소스/드레인을 형성한다. 이상에 의해, 기판(11) 상에 게이트막(12), 게이트 절연막(13) 및 반도체층(14)이 차례로 적층된, 이른바 바텀 게이트형(bottom gate type )의 TFT(10)를 형성한다. 여기서는, 바텀 게이트형을 예로 들고 있지만, 톱 게이트형(top gate type)의 TFT를 이용해도 상관없다.
그 후에는, TFT(10)를 층간 절연막(21)으로 덮고, 층간 절연막(21)에 형성한 접속 구멍을 통하여 TFT(10)에 접속된 배선(22)를 설치하여 화소 회로를 형성한다. 이상과 같이 하여, 이른바 TFT 기판(20)을 형성한다.
TFT 기판(20)의 형성 후에는, TFT 기판(20) 상을 평탄화 절연막(31)으로 덮는 동시에, 배선(22)에 이르는 접속 구멍(31a)을 평탄화 절연막(31)에 형성한다. 그리고, 평탄화 절연막(31) 상에 접속 구멍(31a)을 통하여 배선(22)에 접속된 화소 전극(32)을 예를 들면, 양극으로서 형성하고, 화소 전극(32)의 주위 둘레를 덮는 형상의 절연막 패턴(33)을 형성한다. 또, 화소 전극(32)의 노출면을 덮은 상태로 유기 EL 재료층(34)을 적층 성막한다. 또한, 화소 전극(32)에 대하여 절연성을 유지한 상태로 대향 전극(35)을 형성한다. 이 대향 전극(35)은, 예를 들면 투명 도전성 재료로 이루어지는 음극으로서 형성하는 동시에, 모든 화소에 공통인 솔리드막(solid film)형으로 형성한다. 이같이 하여, 양극으로서의 화소 전극(32)과 음극으로서의 대향 전극(35) 사이에 유기 정공 수송층이나 유기 발광층 등의 유기 EL 재료층(34)이 배치되어 이루어지는 유기 EL 소자가 구성되는 것이다. 그리고, 여기서는, 탑 이미션 방식(top emission system)의 것을 예로 들고 있지만, 바텀 이미션 방식(bottom emission system)이면, 화소 전극(32)을 도전성 투명막으로 형성하고, 대향 전극(35)을 고반사 금속막으로 형성하면 된다. 또, 대향 전극(35) 또는 화소 전극(32)에 하프 미러(half mirror)를 사용하여 광을 공진시키는 마이크로 캐비티 구조(microcavity structure)를 채용하는 것도 고려할 수 있다.
그 후, 대향 전극(35) 상에 광투과성을 가지는 접착제층(36)을 사이에 두고 투명 기판(37)을 접합시켜, 유기 EL 디스플레이(1)를 완성시킨다.
도 2는, 유기 EL 디스플레이의 화소 회로 구성의 일례를 나타낸 설명도이다. 여기서는, 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용한 액티브 매트릭스 방식의 유기 EL 디스플레이(1)를 예로 들고 있다.
도 2 (A)에 나타낸 바와 같이, 이 유기 EL 디스플레이(1)의 기판(40) 상에는, 표시 영역(40a)과 그 주변 영역(40b)이 설정되어 있다. 표시 영역(40a)은, 복수의 주사선(41)과 복수의 신호선(42)이 종횡으로 배선되어 있고, 각각의 교차부에 대응하여 1개의 화소(a)가 설치된 화소 어레이부로서 구성되어 있다. 이들 각 화소(a)에는 유기 EL 소자가 설치되어 있다. 또 주변 영역(40b)에는, 주사선(41)을 주사 구동하는 주사선 구동 회로(43)와 휘도 정보에 따른 영상 신호(즉 입력 신호)를 신호선(42)에 공급하는 신호선 구동 회로(44)가 배치되어 있다.
그리고, 표시 영역(40a)에는, 풀 컬러(full color) 대응의 화상 표시를 행하기 위하여, R, G, B의 각 색성분에 대응한 유기 EL 소자가 혼재하고 있으며, 이들이 소정의 규칙에 따르면서 매트릭스형으로 패턴 배열되어 있는 것으로 한다. 각 유기 EL 소자의 설치 개수 및 형성 면적은, 각 색성분에 대해 동등한 것이 고려되지만, 예를 들면 각 색성분별 에너지 성분에 따라 각각을 다르게 하여도 상관없다.
또, 도 2 (B)에 나타낸 바와 같이, 각 화소(a)에 설치되는 화소 회로는, 예를 들면 유기 EL 소자(45), 구동 트랜지스터(Tr1), 기록 트랜지스터(샘플링 트랜지스터)(Tr2), 및 유지 용량(Cs)으로 구성되어 있다. 그리고, 주사선 구동 회로(43)에 의한 구동에 의해, 기록 트랜지스터(Tr2)를 통하여 신호선(42)으로부터 기록된 영상 신호가 유지 용량(Cs)에 유지되고, 유지된 신호량에 따른 전류가 유기 EL 소 자(45)에 공급되며, 이 전류값에 따른 휘도로 유기 EL 소자(45)가 발광한다.
그리고, 이상의 같은 화소 회로의 구성은, 어디까지나 일례이며, 필요에 따라 화소 회로 내에 용량 소자를 설치하거나, 또한 복수의 트랜지스터를 설치하여 화소 회로를 구성해도 된다. 또, 주변 영역(40b)에는, 화소 회로의 변경에 따라 필요한 구동 회로가 추가된다.
이상에서 설명한 유기 EL 디스플레이(1)에 대표되는 표시 장치는, 도 3∼도 7에 나타내는 다양한 전자 기기, 예를 들면, 디지털 카메라, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화기 등의 휴대 단말기 장치, 비디오 카메라 등, 전자 기기에 입력된 영상 신호, 또는 전자 기기 내에서 생성한 영상 신호를, 화상 또는 영상으로서 표시하는 모든 분야의 전자 기기의 표시 장치로서 사용된다. 이하에, 표시 장치가 사용되는 전자 기기의 구체예를 설명한다.
그리고, 표시 장치는, 밀봉된 구성의 모듈 형상의 것도 포함한다. 예를 들면, 화소 어레이부에 투명한 유리 등의 대향부에 붙여서 형성된 표시 모듈이 해당된다. 이 투명한 대향부에는, 컬러 필터, 보호막 등, 또한 상기한 차광막이 설치되어도 된다. 또, 표시 모듈에는, 외부로부터 화소 어레이부로의 신호 등을 입출력하기 위한 회로부나 FPC(Flexible print circuit) 등이 설치되어 있어도 된다.
도 3은, 전자 기기의 일 구체예인 텔레비전을 나타낸 사시도다. 도 3에 나타낸 예의 텔레비전은, 프론트 패널(102)이나 필터 유리(103) 등으로 구성되는 영상 표시 화면부(101)를 포함하고, 그 영상 표시 화면부(101)로서 표시 장치를 사용함으로써 제작된다.
도 4는, 전자 기기의 일 구체예인 디지털 카메라를 나타낸 사시도며, (A)는 표면측에서 본 사시도, (B)는 이면 측에서 본 사시도이다.
도 4에 나타낸 예의 디지털 카메라는, 플래시용의 발광부(111), 표시부(112), 메뉴 스위치(113), 셔터 버튼(114) 등을 포함하고, 그 표시부(112)로서 표시 장치를 사용함으로써 제작된다.
도 5는, 전자 기기의 일 구체예인 노트북형 퍼스널 컴퓨터를 나타낸 사시도다. 도 5에 나타낸 예의 노트북형 퍼스널 컴퓨터는, 본체(121)에, 문자 등을 입력할 때 조작되는 키보드(122), 화상을 표시하는 표시부(123) 등을 포함하고, 그 표시부(123)로서 표시 장치를 사용함으로써 제작된다.
도 6은, 전자 기기의 일 구체예인 비디오 카메라를 나타낸 사시도다. 도 6에 나타낸 예의 비디오 카메라는, 본체부(131), 전방을 향한 측면에 피사체 촬영용의 렌즈(132), 촬영 시의 스타트/스톱 스위치(133), 표시부(134) 등을 포함하고, 그 표시부(134)로서 표시 장치를 사용함으로써 제작된다.
도 7은, 전자 기기의 일 구체예인 휴대 단말기 장치, 예를 들면, 휴대 전화기를 나타낸 도면이며, (A)는 연 상태에서의 정면도, (B)는 그 측면도, (C)는 닫은 상태에서의 정면도, (D)는 좌측면도, (E)는 우측면도, (F)는 상면도, (G)는 저면도이다. 본 적용예에 따른 휴대 전화기는, 상부 케이싱(141), 하부 케이싱(142), 연결부(여기서는 힌지부(hinge par))(143), 디스플레이(144), 서브 디스플레이(145), 픽처 라이트(picture light)(146), 카메라(147) 등을 포함하고, 그 디스플레이(144)나 서브 디스플레이(145)로서 표시 장치를 사용함으로써 제작된다.
다음에, 본 실시예에 있어서의 특징점을 설명한다.
본 실시예에서는, TFT(10)의 제조 과정에 있어, 이 TFT(10)의 반도체층(14)에 행하는 레이저 어닐 처리에 큰 특징이 있다.
도 8은, 레이저 어닐 처리를 행하는 레이저 어닐 장치, 즉 TFT(10)의 제조 과정에서 사용되는 제조 장치 중 하나인 레이저 어닐 장치의 구성예를 나타낸 설명도이다.
도 8에 나타낸 예의 레이저 어닐 장치는, 반도체 레이저(51a) 및 조사 광학계(51b)로 이루어지는 레이저 조사 광학 유닛(51)이, 복수 개(예를 들면, 3개) 병렬로 설치되어 있다.
각 레이저 조사 광학 유닛(51)에서의 반도체 레이저(51a)는, 광역형의 이미터를 가지고, 이 이미터의 길이 방향과 수직인 방향에 있어서 출사하는 빔광의 직경 방향이 정의된다. 이와 같은 반도체 레이저(51a)로서는, 출사하는 빔광의 파장이 700∼1000nm인 것을 사용하는 것이 가능하지만, 예를 들면 고출력의 반도체 레이저인 파장이 800nm 근방의 것, 또는 파장이 940nm 근방의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 조사 장치의 광원을 구성함으로써, 광원이 소형화되는 동시에 후술하는 바와 같이 출사하는 레이저 빔광을 선형 빔에 형성하기 쉬워진다.
또, 레이저 어닐 장치에서는, 복수의 레이저 조사 광학 유닛(51)에 더하여, XY축으로 가동(可動)하는 스테이지(52)를 구비하고 있고, 이 스테이지(52) 상에 TFT 기판(20)이 세팅되도록 되어 있다. 더욱 상세하게는, 각 반도체 레이저(51a)의 슬로우 액시스 방향과 스테이지(52)의 X축 방향이 평행으로 되어 있다.
그리고, 각 레이저 조사 광학 유닛(51)에서의 반도체 레이저(51a) 및 스테이지(52)는, 모두 컨트롤러(53)에 의해 그 동작이 제어된다. 구체적으로는, 스테이지(52)가 Y축 방향으로의 주사 중에 반도체 레이저(51a)가 발진하여, 이 스테이지(52) 상의 TFT 기판(20)에 대하여 반도체 레이저(51a)로부터 조사 광학계(51b)를 통하여 레이저 빔광을 조사하도록 하여, 각각의 동작이 제어된다. 이로써, 스테이지(52) 상의 TFT 기판(20)은 반도체 레이저(51a)의 광역 방향과 수직인 방향으로 이동하게 되어, 그 TFT 기판(20) 상에서의 레이저 빔광의 조사 상태가 도 8에 나타낸 예와 같이 선형(54)이 된다.
이와 같이 구성된 레이저 어닐 장치를 사용하여 레이저 어닐 처리를 행하면, 레이저 조사 광학 유닛을 병렬로 설치한 수에 대응한 화소 수에 대하여, 동시에 레이저 어닐 처리를 행하는 것이 가능해지므로, 복수 축의 병행 조사가 아니라 1축 만의 조사를 행하는 경우에 비하여, 해당 레이저 어닐 처리의 스루풋 향상을 도모할 수 있게 된다.
도 9는, 각 레이저 조사 광학 유닛(51)에서의 조사 광학계(51b)의 구성예를 나타낸 설명도이다. 도 9 (a)는 광역형 반도체 레이저(51a)의 패스트 액시스 방향, 도 9 (b)는 광역형 반도체 레이저(51a)의 슬로우 액시스 방향을 나타내고 있다.
도 9에 나타낸 예와 같이, 광역형 반도체 레이저(51a)와 이 반도체 레이저(51a)에 의한 피조사물인 TFT 기판(20) 사이에 개재하는 조사 광학계(51b)는, 반도체 레이저(51a)로부터의 광속을 콜리메이팅하는 콜리메이터 렌즈(61, 62), 반도 체 레이저(51a)의 이미터의 길이 방향으로 광속을 균일화하는 균일화 광학계로서의 실린더형 렌즈 어레이(cylindrical lens array)(63), 균일화 광학계를 거쳐 얻어지는 광속을 TFT 기판(20)에 조사하는 콘덴서 렌즈(condenser lens)(64), 및 상기 반도체 레이저(51a)의 이미터의 길이 방향과는 수직인 방향의 광속 직경을 축소하는 축소 광학계로서의 집광 렌즈(65)를 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 패스트 액시스 방향에서는, 반도체 레이저(51a)로부터 출사된 광속이, 콜리메이터 렌즈(61)에 의해 콜리메이팅되어 집광 렌즈(65)에 의해 TFT 기판(20) 위로 집광된다. 한편, 슬로우 액시스 방향에서는, 반도체 레이저(51a)로부터 출사된 광속이, 콜리메이터 렌즈(62)에 의해 실린더형 렌즈 어레이(63)를 조명하고, 또한 실린더형 렌즈 어레이(63)로부터의 각각의 광속에 의해 컨덴서 렌즈(64)를 통하여 TFT 기판(20)이 균일하게 조사된다. 이들 각 구성 요소에 대하여는, 공지된 것을 사용하여 실현되면 되므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
그런데, 본 실시예에서의 조사 광학계(51b)는, 그 초점 위치, 더욱 상세하게는 이 조사 광학계(51b)를 구성하는 집광 렌즈(65)의 초점 위치가, 피조사물인 TFT 기판(20) 상에는 없고, 상세하게 후술하는 거리 z 만큼 디포커싱되어 있고, 또한 그 디포커스 양이 필요한 조사빔 직경에 대하여 최적화되어 있는 점에, 큰 특징이 있다.
여기서, 본 실시예에서의 조사 광학계(51b)의 특징점, 즉 초점 위치의 디포커스에 대하여 상세하게 설명한다.
레이저 조사 광학 유닛(51)에 있어, 반도체 레이저(51a)의 발산각 개별차의 비율을 ±Δ로 하면, 그 개별차에 의한 불균일을 가미한 집광 렌즈(65)에 의한 조사 개구수(NA)는, 이하의 (1)식과 같이 된다.
Figure 112008032084605-PAT00002
이 (1)식에 있어, NA1는 발산각 개별차의 비율이 ＋Δ인 경우의 집광 렌즈(65)에 의한 조사 NA, NA2는 발산각 개별차의 비율이 -Δ인 경우의 집광 렌즈(65)에 의한 조사 NA, NAc는 집광 렌즈(65)에 의한 조사 NA의 사양 중심값이다.
이와 같은 조사 NA1, NA2로 조사된 경우의 조사광의 웨스트 반경(waist radius)은, 이하의 (2)식과 같이 된다.
Figure 112008032084605-PAT00003
이 (2)식에 있어, w1는 조사 NA1인 경우의 조사광의 웨스트 반경, w2는 조사 NA2인 경우의 조사광의 웨스트 반경, λ는 반도체 레이저(51a)로부터의 출사빔광의 빔 파장이다.
또, 반도체 레이저(51a)로부터의 출사빔광이 디포커싱된 경우의 빔 반경은, 이하의 (3)식과 같이 된다.
Figure 112008032084605-PAT00004
이 (3)식에 있어, w(z)는 디포커싱된 경우의 빔 반경, z는 디포커스 양이다.
이들 각 식으로부터 계산하면, 요구되는 패스트 액시스 방향 측의 빔 직경을 달성시키는 조사 NAc, 즉 집광 렌즈(65)가 만족해야 할 조사 NAc는, 이하의 (4)식과 같이 특정할 수 있다.
Figure 112008032084605-PAT00005
따라서, 디포커스량 z의 값, 즉 집광 렌즈(65)의 초점 위치가 TFT 기판(20) 상으로부터 디포커싱되어 있는 거리 z의 크기를, 이하의 (5)식과 같이 설정하면, 반도체 레이저(51a)의 발산각 개별차의 영향이 없고, 또 요구되는 빔 직경을 달성할 수 있으며, 또한 초점 심도가 가장 깊어지는 조사 광학계(51b)를 실현할 수 있게 된다.
Figure 112008032084605-PAT00006
이 (5)식에 있어, z는 반도체 레이저(51a)와 피조사물인 TFT 기판(20) 사이에 개재하는 조사 광학계(51b)의 초점 위치와 TFT 기판(20)과의 거리, w는 레이저 조사 광학 유닛(51)에서의 요구 조사빔 반경, λ는 반도체 레이저(51a)의 빔 파장, Δ은 반도체 레이저(51a)의 발산각 퍼짐 개별차의 비율이다.
그리고, 슬로우 액시스 방향에 대하여는, 도 9 (b)로부터도 명백한 바와 같이, TFT 기판(20) 상에서 초점이 맞는 그러한 구성으로 되어 있는 것으로 한다.
도 10은, 빔 직경과 디포커스 양과의 관계의 구체예를 나타내는 설명도이다. 도 10에 나타낸 예는, 반도체 레이저(51a)의 발산각이 사양 중심값인 경우 및 ±Δ의 비율만큼 상이한 경우의 각각에 있어 디포커스 양(z)과 조사빔 반경(w)과의 관계를 나타내고 있다.
도 10에 나타낸 예에 따르면, 발산각이 대(大)인 경우(도면 중 세선 참조), 발산각이 소(小)인 경우(도면 중 굵은 선 참조) 및 사양 중심값인 경우(도면 중 중간 굵은 선 참조) 중 어느 경우도, 디포커스 양(z)과 조사빔 반경(w)과의 대응 관계를 특정하는 선분끼리가 겹치는 위치가 존재하는 것을 알 수 있다. 따라서, 그 위치에 합치하도록 디포커스 양(z)을 설정하면(도면 중 화살표 참조), 반도체 레이저(51a)의 발산각 개별차의 영향이 없고, 또 요구되는 빔 직경을 달성할 수 있으며, 또한 초점 심도가 가장 깊어지는 조사 광학계(51b)를 실현할 수 있는 것이다.
구체적으로는, 그 일례로서, 파장 λ= 808nm, 요구 조사빔 반경 w= 8μm(빔 직경으로서 16μm), 반도체 레이저(51a)의 발산각 개별차를 0.1인 경우를 고려할 수 있다. 이 경우에 있어, 전술한 일련의 식에 의하면, 집광 렌즈(65)에 의한 조사 NAc = 0.0457, 디포커스 양 z = 124.4μm가 된다.
일반적으로, 빔 반경 8μm를 목표로 하는 NA로서는, 전술한 (2)식으로부터 구하여 0.0321이 된다. 따라서, 조사 NAc = 0.0457, 디포커스 양 z = 124.4μm가 되도록 조사 광학계(51b)를 구성하면, 일반적인 것보다 크게 되어, 도중의 광로의 빔 직경도 크기 때문에, 예를 들면 고출력인 반도체 레이저(51a)를 사용한 경우에는, 소자의 열화에 대해서도 매우 유리하게 된다.
도 11은, 조사 광학계의 다른 구성예를 나타낸 설명도이다. 도 11 (a)는 패스트 액시스 방향, 도 11 (b)는 슬로우 액시스 방향을 나타내고 있다. 그리고, 도 11 중에 있어서, 전술한 구성예와 동일한 구성 요소에 대하여는, 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 11에 나타낸 예의 조사 광학계(51b)는, 반도체 레이저(51a)에 고출력인 타입을 사용한 경우, 또는 피조사물에 금속계의 박막이 증착되어 있으므로 반도체 레이저(51a) 측으로의 귀환광이 강한 경우에, 적응한 계(係)로 되어 있다. 더욱 상세하게는, 도 11에 나타낸 예의 조사 광학계(51b)에서는, 반도체 레이저(51a) 측으로의 귀환광 대책 등을 위하여, 편광 빔 스플리터(66)와 1/4 파장판(67)으로 아이솔레이터(isolator)를 구성하고 있다. 편광 빔 스플리터(66)는, 일반적으로 높은 파워 밀도에서의 사용이, 열화로 인해 불가능하다. 따라서, 반도체 레이저(51a)의 출력이 높은 경우에는, 콜리메이터 렌즈(61)의 초점 거리를 길게 하여, 광속 직경을 넓힘으로써 대응하는 것이 고려된다. 단, 이 경우라도, 조사 광학계(51b)의 전체 길이를 늘이지 않고 낮은 조사 NA를 얻기 위하여, 아이솔레이터의 후방에는, 축소 광학계(68)를 배치한다.
이 축소 광학계(68)의 배율은, 전술한 구성예의 경우와 마찬가지로 디포커스 양(z)을 설정하면서, 집광 렌즈(65)의 초점 거리와 함께 결정하면 된다.
이와 같은 조사 광학계(51b)를 구성함으로써, 귀환광이 생기는 애플리케이션에 대하여, 반도체 레이저(51a)를 고출력화함으로써, 이 어플리케이션의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 반도체 레이저(51a) 및 조사 광학계(51b)로 이루어지는 레이저 조사 광학 유닛(51)을 구성하고, 이 레이저 조사 광학 유닛(51)을 탑재한 레이저 어닐 장치를 사용하여 레이저 어닐 처리를 행하여 TFT(10)를 제조하면, 레이저 어닐 처리를 행할 때, 반도체 레이저(51a)의 발산각 개별차의 영향을 받지 않고, 요구되는 조사빔 직경(w)을 얻는 것이 가능해지고, 또 초점 심도가 가장 깊어지는 조사 광학계(51b)가 실현된다.
따라서, 예를 들면, 각 레이저 조사 광학 유닛(51)에 있어서의 반도체 레이저(51a) 중 어느 하나를 교환할 필요가 생긴 경우에, 교환 전후로 반도체 레이저(51a)의 발산각 개별차가 존재해도, 그것을 선택하지 않고 교환하는 것만으로 교환전과 마찬가지의 상태를 얻을 수 있어 반도체 레이저(51a)의 교환 전후로 레이저 빔광의 조사 조건에 상위가 생기는 것을 회피할 수 있다. 즉, 반도체 레이저(51a)의 교환 시에, 포커스 조정 등의 조건을 설정하지 않아도 되며, 종래 필요하였던 Z 스테이지(75)나 측정 장치(76) 등(도 14 참조)가 불필요하게 됨으로써 장치 구성의 간소화나 처리 절차의 간략화에 따른 처리 효율의 향상 등을 기대할 수 있다.
이것은, 레이저 어닐 장치의 제조 시에도 마찬가지로 말할 수 있다. 즉, 반 도체 레이저(51a)의 교환을 행하는 경우에는 물론, 복수의 반도체 레이저(51a)를 사용하여 레이저 어닐 장치를 제조하는 경우에도, 각 반도체 레이저(51a)의 발산각 개별차의 영향을 받지 않고, 요구되는 빔 직경을 얻을 수 있게 되므로, 포커스 조정 등의 조건을 설정하지 않아도 되며, 종래 필요하였던 Z 스테이지(75)나 측정 장치(76) 등(도 14 참조)이 불필요하게 됨으로써 장치 구성의 간소화나 처리 절차의 간략화에 따른 처리 효율의 향상 등을 기대할 수 있다. 특히, 복수의 레이저광의 병행 조사를 행하는 경우에는, 각 레이저광에 의한 레이저 어닐 처리의 효과에 차이가 생기지 않도록 해야 하기 때문에, 각 반도체 레이저(51a)의 발산각 개별차의 영향을 배제하는 것은, 각 레이저광에 의한 레이저 어닐 처리 효과의 균질화를 도모하는 데 있어 매우 유효한 것으로 된다.
또한, 초점 심도가 가장 깊어짐으로써, 프로세스 마진의 확대도 실현 가능해지는 것을 기대할 수 있다.
즉, 본 실시예에 있어서의 레이저 어닐 장치 및 이 레이저 어닐 장치를 사용한 레이저 어닐 처리에 의하면, 필요한 빔 직경에 대하여 초점 위치의 최적화를 도모함으로써, 반도체 레이저(51a)의 개별차 등의 영향을 받지 않고, 피조사물인 TFT 기판(20)에 대한 레이저광의 조사를 행할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 본 발명의 바람직한 실시 구체예를 설명하였으나, 본 발명은 그 내용에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 적당히 변경할 수 있다.
예를 들면, 본 실시예에서는, TFT(10)를 구비하여 구성되는 유기 EL 디스플 레이(1)의 제조과정에서의 레이저 어닐 처리를 예로 들었지만, 이것은 일 구체예에 지나지 않고, 다른 반도체막에 대한 어닐 처리의 경우라도, 완전히 동일하게 본 발명을 적용하는 것은 가능하다.
또, 본 실시예에서는, 복수의 레이저 조사 광학 유닛(51)을 탑재하여 레이저광의 병행 조사를 행하는 레이저 어닐 장치를 예로 들었지만, 반도체 레이저 및 조사 광학계를 구비하여 레이저 조사를 행하는 장치이면, 레이저광의 단독 조사를 행하는 것이라도, 또 레이저 어닐 처리 이외의 목적으로 레이저 조사를 행하는 것이라도, 본 발명을 적용하는 것은 가능하다. 그리고, 본 발명의 적용에 의해, 예를 들면 반도체 레이저 및 조사 광학계를 구비하는 장치를 양산하는 경우에도, 반도체 레이저의 발산각 개별차의 영향을 받지 않으므로, 제품 수율이 종래에 비해 현격히 향상되고, 제품 가격의 비용 절감을 용이하게 실현할 수 있을 것을 기대할 수 있다.
도 1은 TFT를 구비한 유기 EL 디스플레이의 구성예를 나타낸 설명도이다.
도 2는 유기 EL 디스플레이의 화소 회로 구성의 일례를 나타낸 설명도이다.
도 3은 전자 기기의 일 구체예인 텔레비전을 나타낸 사시도다.
도 4는 전자 기기의 일 구체예인 디지털 카메라를 나타낸 사시도다.
도 5는 전자 기기의 일 구체예인 노트북형 퍼스널 컴퓨터를 나타낸 사시도다.
도 6는 전자 기기의 일 구체예인 비디오 카메라를 나타낸 사시도다.
도 7은 전자 기기의 일 구체예인 휴대 단말기 장치, 예를 들면 휴대 전화기를 나타낸 도면이다.
도 8은 TFT의 제조과정에서 사용되는 제조 장치 중 하나인 레이저 어닐 장치의 구성예를 나타낸 설명도이다.
도 9는 본 발명이 적용된 조사 광학계의 구성예를 나타낸 설명도이다.
도 10은 빔 직경과 디포커스 양과의 관계의 구체예를 나타내는 설명도이다.
도 11은 본 발명이 적용된 조사 광학계의 다른 구성예를 나타낸 설명도이다.
도 12는 종래에 있어서의 조사 광학계의 구성예를 나타낸 설명도이다.
도 13은 종래 기술에 있어서의 초점 심도에 관한 문제점 및 종래 기술에 있어서 반도체의 레이저의 발산각 개별차가 생긴 경우의 영향의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 14는 종래에 있어서의 포커스 조정 기구의 구성예를 나타낸 설명도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1…유기 EL 디스플레이, 10…TFT, 11…기판, 12…게이트막, 13…게이트 절연막, 14…반도체층, 51…레이저 조사 광학 유닛, 51a…반도체 레이저, 51b…조사 광학계, 65…집광 렌즈

Claims (7)

  1. 반도체 레이저로부터의 출사빔광을 피조사물에 조사하는 조사 장치로서,
    상기 피조사물에의 조사빔 반경을 w, 상기 반도체 레이저의 발산각 퍼짐 개별차의 비율을 Δ, 상기 반도체 레이저의 빔 파장을 λ로 한 경우에,
    상기 반도체 레이저와 상기 피조사물 사이에 개재하는 조사 광학계의 초점 위치와 상기 피조사물과의 거리 z가,
    Figure 112008032084605-PAT00007
    이 되도록, 상기 초점 위치가 디포커싱되어 있는
    조사 장치.
  2. 반도체 레이저로부터의 출사빔광을 피조사물에 조사하여 상기 피조사물에서의 반도체막을 개질하는 어닐 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 장치로서,
    상기 피조사물에의 조사빔 반경을 w, 상기 반도체 레이저의 발산각 퍼짐 개별차의 비율을 Δ, 상기 반도체 레이저의 빔 파장을 λ로 한 경우에,
    상기 반도체 레이저와 상기 피조사물 사이에 개재하는 조사 광학계의 초점 위치와 상기 피조사물과의 거리 z가,
    Figure 112008032084605-PAT00008
    이 되도록, 상기 초점 위치가 디포커싱 되어 있는
    반도체 장치의 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 레이저는, 광역형(broad area type)의 이미터를 가지고, 상기 이미터의 길이 방향과 수직인 방향에 대하여 빔 직경이 정의되는, 반도체 장치의 제조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 조사 광학계는,
    광역형 반도체 레이저로부터의 광속(光束)을 콜리메이팅(collimating)하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens),
    상기 반도체 레이저의 이미터의 길이 방향으로 광속을 균일화하는 균일화 광학계(uniformizing optical system),
    상기 균일화 광학계를 거쳐 얻어지는 광속을 상기 피조사물에 조사하는 컨덴서 렌즈(condenser lens), 및
    상기 이미터의 길이 방향과 수직인 방향의 광속 직경을 축소하는 축소 광학계
    를 포함하는, 반도체 장치의 제조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 피조사물을 상기 반도체 레이저의 광역 방향과 수직인 방향으로 이동시키는 스테이지를 포함하는 동시에,
    상기 반도체 레이저 및 상기 조사 광학계를 복수 개 포함하고,
    각 반도체 레이저가 병행하여 빔광을 출사하도록 구성되어 있는, 반도체 장치의 제조 장치.
  6. 반도체 레이저로부터의 출사빔광을 피조사물에 조사하여 상기 피조사물에 있어서의 반도체막을 개질하는 어닐 처리 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 피조사물에의 조사빔 반경을 w, 상기 반도체 레이저의 발산각 퍼짐 개별차의 비율을 Δ, 상기 반도체 레이저의 빔 파장을 λ로 한 경우에,
    상기 반도체 레이저와 상기 피조사물 사이에 개재하는 조사 광학계의 초점 위치와 상기 피조사물과의 거리 z가,
    Figure 112008032084605-PAT00009
    이 되도록, 상기 초점 위치가 디포커싱되어 구성되어 있는 조사 광학계를 사용하여, 상기 어닐 처리 공정을 행하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  7. 박막 반도체 장치를 포함하여 구성된 표시 장치의 제조 방법으로서,
    반도체 레이저로부터의 출사빔광을 피조사물에 조사하여 상기 피조사물에서의 반도체막을 개질하는 어닐 처리 공정을 거쳐, 상기 박막 반도체 장치가 형성되는 동시에,
    상기 피조사물에의 조사빔 반경을 w, 상기 반도체 레이저의 발산각 퍼짐 개별차의 비율을 Δ, 상기 반도체 레이저의 빔 파장을 λ로 한 경우에,
    상기 반도체 레이저와 상기 피조사물 사이에 개재하는 조사 광학계의 초점 위치와 상기 피조사물과의 거리 z가,
    Figure 112008032084605-PAT00010
    이 되도록, 상기 초점 위치가 디포커싱되어 구성되어 있는 조사 광학계를 사용하여, 상기 어닐 처리 공정을 행하는
    표시 장치의 제조 방법.
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