KR20130044125A - 레이저 어닐링 처리 장치, 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법, 및 레이저 어닐링 처리 프로그램 - Google Patents
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Abstract
레이저 어닐링 처리에 이용되는 펄스 레이저 광의 펄스 파형을 안정시켜서 균일한 어닐링 처리를 가능하게 한다. 가스 여기 펄스 레이저 발진기와, 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력된 펄스 레이저 광을 소정의 감쇠율로 투과시키는 가변 어테뉴에이터와, 가변 어테뉴에이터를 투과한 펄스 레이저 광을 피처리체에 안내하는 광학계와, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기에 있어서의 상기 펄스 레이저 광의 출력값을 조정하는 제 1 제어를 행하는 제어부를 구비하고, 제어부는 가스 여기 펄스 레이저 발진기 내의 가스의 열화에 따라 제 1 제어로 조정되는 상기 출력값을 저하시킴과 아울러 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하는 제 2 제어를 행하고, 펄스 파형의 변화를 억제해서 펄스마다 편차를 없앤다.
Description
본 발명은 피처리체에 펄스 레이저 광을 조사해서 레이저 어닐링을 행하는 레이저 어닐링 처리 장치, 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법 및 레이저 어닐링 처리 프로그램에 관한 것이다.
액정 모니터나 유기 EL(Electro-Luminescence) 디스플레이의 화소 스위치나 구동 회로에 이용되는 박막 트랜지스터에서는, 저온 프로세스의 제조 방법의 일환으로서 레이저 광을 이용한 레이저 어닐링이 행하여져 있다. 이 방법은 기판 상에 성막된 비단결정 반도체막에 레이저 광을 조사해서 국부적으로 가열 용융한 후, 그 냉각 과정에서 반도체 박막을 다결정 또는 단결정에 결정화하는 것이다. 결정화된 반도체 박막은 캐리어의 이동도가 높아지기 때문에 박막 트랜지스터를 고성능화할 수 있다.
상기 레이저 광의 조사에 있어서는 반도체 박막으로 균질한 처리가 행하여질 필요가 있고, 조사되는 레이저 광이 안정한 조사 에너지를 갖도록 일반적으로 레이저 출력을 일정하게 하는 제어가 이루어지고 있고, 펄스 레이저 광에서는 펄스 에너지를 일정하게 하는 제어가 이루어지고 있다.
그런데, 상기 방법에 많이 이용되고 있는 엑시머 가스 레이저는 방전 방식에 의해 가스를 여기시켜서 레이저 광을 발진시키는 것이다. 고출력의 엑시머 가스 레이저에서는 1회째 고전압에 의한 방전 후, 잔류 전압에 의해 복수의 방전이 발생하고, 그 결과에 의해 복수의 피크를 가지는 레이저 광이 발생한다. 그 때에, 2번째 이후의 피크는 1번째 피크와 그 특성이 다른 것이 있다. 이 때문에, 펄스 레이저 광의 펄스 파형에 있어서의 복수의 극대값끼리의 비를 구하고, 이 비가 소정 범위에 있는 레이저 광을 이용해서 결정화 실리콘의 특성을 일정하게 유지하는 펄스 레이저 발진 장치가 제안되어 있다(특허문헌1 참조).
이 펄스 레이저 발진 장치에서는 상기 펄스 레이저 광의 시간 변화 파형이 2 이상의 피크 군을 포함하고, 그 중 2번째 피크 군의 펄스 레이저 빔의 피크값이 최초의 피크 군의 펄스 레이저 빔의 피크값에 대하여 0.37로부터 0.47의 범위 내로 되도록 설정되어 있다. 상기 장치에서는 펄스 레이저 장치의 근방에 배치된 공진기의 미러의 각도를 변경해서 각 피크 군의 파형비를 조정 가능하게 하고 있다.
그런데, 펄스 레이저 발진기에서는 상기 발진기에 인가되는 방전 전압에 의해 출력이 변하고, 방전 전압이 커지면 출력이 커지는 경향을 갖고 있다. 이 때문에, 일반적으로는 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되는 펄스 레이저 광의 출력을 포토다이오드 등의 적당한 측정부에서 측정하고, 상기 측정 결과에 의거해서 상기 펄스 레이저 광의 출력이 목표값이 되도록 상기 방전 전압을 조정하는 피드백 제어를 행하고 있다.
또한, 가스 여기에 의해 펄스 레이저 광을 출력하는 가스 여기 펄스 레이저 발진기에서는 가동에 의해 경시적으로 가스가 다른 물질과 화합하기 쉬워지고, 가스 농도의 감소나 순도의 저하에 의해 가스가 열화한다. 가스가 열화하면 출력 에너지가 저하해버리기 때문에 레이저 장치에는 가스 인젝션이라 하는 기능이 있어 HCI 가스 등의 여기용의 가스를 일정한 주기로 발진기 내에 주입하고 있다. 그러나, 이 가스가 일정한 주기로 주입되지 않거나, 가스의 주입에서는 가스의 열화를 충분히 억제할 수 없거나 하면 출력 에너지를 목표값에 유지하기 위해서 상기 피드백 제어에 의해 방전 전압이 즉시 상승한다.
방전 전압의 상승에 의해 출력 에너지를 유지할 수는 있지만, 출력되는 펄스 레이저 광의 파형이 변화되고, 2번째 피크값이 상대적으로 상승한다. 2번째 피크값이 커지면, 1번째 피크값과 2번째 피크값의 비율도 커진다.
그러나, 본 발명자들은 2번째 피크값/1번째 피크값이 커지면 레이저 펄스마다 쇼트 편차가 생기기 쉬워지고, 레이저 어닐링 처리에 있어서 면방향으로 고르지 못함이 생겨버리고, 예를 들면 반도체 박막의 결정화에 영향을 미치는 요인이 되는 것을 해명하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 것의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 경시적인 가스의 열화에 관계없이 안정한 펄스 파형의 펄스 레이저 광을 피처리체에 조사해서 양호한 레이저 어닐링을 행할 수 있는 레이저 어닐링 처리 장치, 레이저 어닐링 처리 프로그램 및 특성이 우수한 레이저 어닐링 처리체를 얻을 수 있는 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉 본 발명의 레이저 어닐링 처리 장치는 가스 여기 펄스 레이저 발진기와, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력된 펄스 레이저 광을 소정의 감쇠율로 투과시키는 가변 어테뉴에이터와, 상기 가변 어테뉴에이터를 투과한 펄스 레이저 광을 피처리체로 안내하는 광학계와, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기에 있어서의 상기 펄스 레이저 광의 출력값을 조정하는 제 1 제어를 행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기 내의 가스의 열화에 따라 상기 제 1 제어로 조정되는 상기 출력값을 저하시킴과 아울러 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하는 제 2 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법은 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력된 펄스 레이저 광을 소정의 감쇠율로 가변 어테뉴에이터에 투과시켜서 피처리체에 조사하는 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법으로서,
상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되는 상기 펄스 레이저 광의 출력값을 소정값으로 조정하는 제 1 제어를 행하고, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기 내의 가스의 열화 상태를 판정하고, 상기 판정 결과에 따라 상기 제 1 제어로 조정되는 상기 출력값을 저하시킴과 아울러 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하는 제 2 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 레이저 어닐링 처리 프로그램은 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되는 펄스 레이저 광의 출력값을 소정값으로 조정함과 아울러 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되어 피처리체에 조사되는 펄스 레이저 광을 소정의 투과율로 투과시키는 가변 어테뉴에이터의 투과율을 조정하는 제어부로 동작하는 프로그램으로서,
상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되는 펄스 레이저 광의 출력값을 소정값으로 조정하는 제 1 스텝과, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기 내의 가스의 열화 상태를 판정하는 제 2 스텝과, 상기 제 2 스텝에 있어서의 판정 결과에 따라 상기 제 1 스텝으로 조정되는 상기 출력의 소정값을 저하시킴과 아울러 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하는 제 3 스텝을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 가스가 열화하지 않고 있는 초기의 상태 등으로부터 가스 여기 펄스 레이저 발진기에 있어서의 펄스 레이저 광의 출력값을 조정하는 제 1 제어가 실행된다. 상기 제어에서는 통상은 목표로 하는 소정의 출력값을 설정해 두고, 출력이 상기 소정 출력값이 되도록 가스 여기 펄스 레이저 발진기의 출력 조정이 된다. 상기 조정은 통상은 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기에 인가되는 방전 전압의 조정에 의해 행해진다. 예를 들면, 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되는 펄스 레이저 광의 출력을 포토다이오드 등의 적당한 출력값 측정부에서 측정하고, 상기 측정 결과에 의거해서 상기 펄스 레이저 광의 출력이 목표의 소정출력값이 되도록 상기 방전 전압을 조정하는 피드백 제어를 행한다. 또한, 본 발명으로서는 출력값 측정부의 구성이 특별히 한정되는 것이 아니고, 펄스 레이저 광의 출력의 크기를 측정할 수 있는 것이면 좋다.
또한, 이 때에는 가스 여기 펄스 레이저 발진기의 출력에 대응해서 가변 어테뉴에이터의 감쇠율이 설정된다. 감쇠율은 피처리체에 조사되는 펄스 에너지 적분 값이 소정값이 되도록 감쇠율이 결정되는 것으로 할 수 있다. 단, 본 발명으로서는 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 펄스 레이저 광의 1개의 펄스의 극대값을 일정하게 유지하도록 감쇠율을 결정하는 등 해도 좋다.
본 발명에서는 가스가 열화하는 상태에 따라 상기 제 1 제어로 조정되는 상기 출력값을 저하시킴과 아울러 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하는 제 2 제어를 행한다.
제 2 제어는 가스의 열화에 따라 되는 것이며, 가스의 열화가 소정의 상태에 달했을 때에 실행되도록 할 수 있다. 이 때의 소정의 상태로서는 1개의 조건 외, 2 이상의 조건을 설정해서 단계적으로 제 2 제어를 행하도록 해도 좋다. 또한, 가스의 열화가 상기 소정의 조건에 달한 후는 가스의 열화의 진행에 따라 제 2 제어에 의해 연속적 또는 단계적으로 제 1 제어로 조정되는 상기 출력값을 저하시킴과 아울러 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하도록 해도 좋다.
상기 제 2 제어에 의해 펄스 파형이 크게 변화되어 레이저 어닐링 처리가 불균일해지는 것을 방지해서 반도체 박막의 결정화등을 양호하게 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제 2 제어에 의해 제 1 제어로 조정되는 상기 출력값이 소정의 하한값까지 저하했을 경우나 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율이 소정의 하한값까지 작아지면 가스의 교환 시기라고 판정하도록 해도 좋다.
가스의 열화는 여러가지 정보에 의해 판정될 수 있다. 예를 들면, 미리 가스 여기 펄스 레이저 발진기의 가동 시간과 가스의 열화의 상관 관계를 얻어 두고, 실제의 가동 시간에 의거해서 상기 상관 관계에 의해 가스의 열화를 판정할 수 있다. 이 경우 가동 시간에 1 또는 2 이상의 시간 역치를 제공해 두고, 실제의 가동 시간이 상기 시간 역치를 초과함으로써 상기 제 2 제어를 행할 수 있다. 가동 시간은 가스 여기 펄스 레이저 발진기를 제어하는 제어부에 의해 관리될 수 있다.
또한, 가스의 열화는 가스 여기 펄스 레이저 발진기의 방전 전압의 변화에 의해 판정될 수 있다. 상기 피드백 제어를 실행함으로써 가스의 열화에 따라 상기 방전 전압은 높아진다. 이 경우, 방전 전압에 대하여 1 또는 2 이상의 전압 역치를 제공해 두고, 실제의 방전 전압이 상기 전압 역치를 초과함으로써 상기 제 2 제어를 행할 수 있다. 방전 전압은 가스 여기 펄스 레이저 발진기를 제어하는 제어부로 결정되고 있고, 파악은 용이하다.
또한, 가스의 열화는 피처리체에 조사되는 펄스 파형에 있어서의 제 1 피크값(P1) 및 제 2 피크값(P2)으로부터 구해지는 피크비(P2/P1)로 판정될 수 있다. 또한, 제 1 피크값은 최초에 나타나는 제 1 피크 군에 있어서의 최대 높이(제 1 피크의 높이)로 표현될 수 있고, 제 2 피크값은 제 1 피크 군 이후에 나타나는 제 2 피크 군에 있어서의 최대 높이(제 2 피크의 높이)로 표현될 수 있다. 통상의 가스 여기 레이저에서는 최초에 상대적으로 높이가 큰 제 1 피크 군이 나타나고, 그 후에 강도가 크게 저하하는 극소값(최대 높이의 몇분의 1정도)을 경과한 후, 상대적으로 높이가 작은 제 2 피크 군이 나타나고, 크게는 2개의 피크 군을 갖고 있다. 또한, 본 발명으로서는 1펄스에 피크 군이 3이상 나타나는 것이어도 좋다.
상술한 바와 같이 가스의 열화에 따라 가스 여기 펄스 레이저 발진기의 방전 전압이 상승해서 펄스 파형이 변화되면, 상기 피크비(P2/P1)가 커진다. 이 경우, 피크비에 대하여 1 또는 2 이상의 피크비 역치를 제공해 두고, 실제의 피크비가 상기 피크비 역치를 초과함으로써 상기 제 2 제어를 행할 수 있다. 또한, 상기 피크비는 피처리체에 조사되는 펄스 레이저 광의 펄스 파형을 적당한 펄스 파형 측정부에서 측정하고, 제 1 피크와 제 2 피크를 화상 분석 등에 의해 추출하고, 각각의 피크의 크기로부터 상기 피크비를 산출할 수 있다. 상기 피크비의 산출은 제어부에 의해 행해질 수 있다.
특히 피크비를 고려한 제어에서는 피크비를 소정값 이하로 억제한 펄스 레이저 광을 피처리체에 조사할 수 있어 레이저 펄스마다 쇼트 편차를 저감할 수 있다.
본 발명에서는 피처리체의 종별은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 어모퍼스 실리콘 박막을 대상으로 해서 결정화시키는 레이저 어닐링에 적절히 이용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되는 상기 펄스 레이저 광의 출력값을 소정값으로 조정하는 제 1 제어를 행하고, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기 내의 가스의 열화 상태를 판정하고, 상기 판정 결과에 따라 상기 제 1 제어로 조정되는 상기 출력값을 저하시킴과 아울러 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하는 제 2 제어를 행하므로 가스의 열화에 따르는 펄스 파형의 변화를 작게 해서 펄스 레이저 광마다 쇼트 편차를 저감하고, 균일한 레이저 어닐링 처리를 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 레이저 어닐링 처리 장치의 일실시형태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 마찬가지로 제어 블록도이다.
도 3은 마찬가지로 레이저 어닐링 처리 장치에서 출력되는 펄스 레이저 광의 피크 군을 설명하는 그래프이다.
도 4는 마찬가지로 본 발명의 어닐링 처리의 제어 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 마찬가지로 가스 여기 레이저 발진기의 출력을 조정하는 피드백 제어의 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 2는 마찬가지로 제어 블록도이다.
도 3은 마찬가지로 레이저 어닐링 처리 장치에서 출력되는 펄스 레이저 광의 피크 군을 설명하는 그래프이다.
도 4는 마찬가지로 본 발명의 어닐링 처리의 제어 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 마찬가지로 가스 여기 레이저 발진기의 출력을 조정하는 피드백 제어의 순서를 나타내는 플로우차트이다.
이하, 이 발명의 일실시형태를 도에 의거해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 레이저 어닐링 처리 장치에 상당하는 엑시머 레이저 어닐링 장치(1)을 설명하는 개략도이다.
이 실시형태에서는 플랫 패널 디스플레이 TFT 디바이스에 이용되는 기판(14)을 대상으로 하고, 상기 기판(14)에는 피처리체로서 어모퍼스 실리콘 박막(14a)이 형성되어 있는 것으로 한다. 어모퍼스 실리콘 박막(14a)은 통상의 방법에 의해 기판(14)의 상층에 형성되어 있다. 본 발명으로서는 어모퍼스 실리콘 박막(14a)의 형성 방법은 특별히 한정되는 것이 아니다.
본 엑시머 레이저 어닐링 장치(1)에서는 발광 파장이 308㎚이고, 펄스 레이저의 주기가 300Hz인 펄스 레이저 광을 출력하는 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)가 구비되어 있고, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)를 구동하는 펄스 신호를 생성하는 출력 제어부(11a)가 구비되어 있다. 또한, 본 발명으로서는 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 펄스 레이저 광의 파장이나 주기가 상기에 한정되는 것이 아니다. 발광 파장으로서는, 예를 들면 240~358㎚의 파장을 나타낼 수 있다. 출력 제어부(11a)는 CPU와 이것을 동작시키는 프로그램, 상기 프로그램 등을 격납하는 ROM, 작업 영역이 되는 RAM, 데이터를 불휘발로 유지하는 플래시 메모리 등을 구비하고 있다. 불휘발의 메모리에는 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로 소정의 출력을 행하는 펄스 신호를 생성하기 위한 동작 파라미터 등이 격납되어 있다.
상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)에서는 초기 설정으로서 소정의 출력 펄스 에너지로 펄스 레이저 광이 출력되도록 설정되어 있다. 본 발명으로서는 출력 펄스 에너지의 값이 특정한 것에 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면 850~1050mJ/펄스를 나타낼 수 있다.
상기 출력 제어부(11a)에는 엑시머 레이저 어닐링 장치(1) 전체를 제어하는 장치 제어부(17)가 제어가능하게 접속되어 있고, 장치 제어부(17)의 지령에 의거해서 출력 제어부(11a)에서는 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)를 동작시키는 펄스 신호를 생성하고, 이 때에 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)에 있어서의 방전 전압이 결정된다.
장치 제어부(17)는 CPU와 이것을 동작시키는 프로그램, 상기 프로그램 등을 격납하는 ROM, 작업 영역이 되는 RAM, 데이터를 불휘발로 유지하는 플래시 메모리 등을 구비하고 있고, 상기 ROM, RAM, 플래시 메모리 등은 기억부(17a)로서 장치 제어부(17)에 포함되어 있다. 상기 장치 제어부(17)와 상기 출력 제어부(11a)는 공동해서 본 발명으로서의 제어부(2)로서 기능한다. 그리고, 출력 제어부(11a) 및 장치 제어부(17)에 포함되는 상기 프로그램에는 본 발명의 레이저 어닐링 처리 프로그램이 포함되어 있다.
이 실시형태에서는 본 발명의 제어부(2)로서 2개의 장치 제어부(17)와 상기 출력 제어부(11a)가 역할 분담을 해서 기능하고 있지만, 본 발명으로서는 그 수는 특별히 한정되는 것이 아니고, 또한 하나의 제어부로 본 발명으로서의 제어부의 기능을 다하는 것이어도 좋다.
상기 기억부(17a)에는 초기 설정에 있어서 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로 소정의 출력을 얻기 위한 동작 파라미터, 후술하는 가변 어테뉴에이터(12)로 소정의 감쇠율에 설정하기 위한 동작 파라미터, 피처리체에 조사되는 펄스 레이저 광에 있어서의 목표가 되는 펄스 에너지 밀도 등이 격납되어 있고, 장치의 가동에 따라 격납되어 있는 데이터를 참조해서 장치를 제어한다.
또한, 기억부(17a)에는 후술하는 피크비의 피크비 역치가 격납되어 있고, 상기 피크비 역치를 초과했을 때에 조정하는 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)에 대한 방전 전압의 저하량, 가변 어테뉴에이터의 감쇠율의 저하량 등이 제어량 데이터로서 격납되어 있다.
한편, 이 실시형태에서는 1개의 피크비 역치가 설정되어 있는 것으로 설명하지만, 2개 이상의 피크비 역치를 설정하고, 각 역치에 따라 상기 제어량을 각각 정하도록 해도 좋다.
또한, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11) 내에 할로겐 가스를 보급하는 가스 공급부(21)를 구비하고 있고, 상기 가스 공급부(21)는 상기 장치 제어부(17)에 제어가능하게 접속되어 있다. 장치 제어부(17)에서는 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)의 가동 시간을 관리하고 있고, 가동 시간이 소정 시간 경과할 때마다 가스 공급부(21)를 동작시켜서 소정량의 가스를 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11) 내에 보급하도록 설정할 수 있다. 또한, 장치 제어부(17)를 통해서 작업자의 조작에 의해 가스의 보급을 행하도록 해도 좋고, 또한 가스의 열화에 따라 가스를 보급하도록 해도 좋다.
또한, 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 펄스 레이저 광(100)은, 도 3에 나타낸 바와 같이 1펄스에, 시간적 변화에 있어서 2개의 피크 군(제 1 피크, 제 2 피크)을 갖고 있고, 최대 높이를 갖는 제 1 피크의 피크 강도(P1)에 대하여 제 2 피크는 피크 강도(P2)로 되어 있다. 초기 상태에서는 피크비(P2/P1)는 본 발명으로서는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면 0.35이하를 예시한다.
가스 여기 펄스 레이저 발진기(11) 내에는 포토다이오드 등에 의해 구성되는 출력값 측정부(20)가 배치되고 있고, 펄스 레이저 광(100)의 일부를 입력해서 출력값을 측정한다. 또한, 출력값 측정부(20)로서는 특별히 구성이 특정되는 것이 아니고, 포토다이오드 등을 이용할 수 있다. 출력값 측정부(20)의 측정 결과는 상기 출력 제어부(11a)에 송신된다.
가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)의 출사측에는 가변 어테뉴에이터(12)가 배치되어 있고, 가변 어테뉴에이터(12)의 출력측에는 호모지나이저(13a), 미러(13b), 렌즈(13c) 등으로 구성되는 광학계(13)가 배치되어 있다. 또한, 이 형태에서는 광학계(13)에 가변 어테뉴에이터(12)가 위치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명으로서는 광학계(13) 외에 가변 어테뉴에이터(12)가 위치되는 것이어도 좋다. 가변 어테뉴에이터(12)는 펄스 레이저 광을 소정의 감쇠율로 감쇠시켜서 투과시키는 것이며, 감쇠율이 가변으로 되어 있다. 가변 어테뉴에이터(12)는 상기 장치 제어부(17)에 제어가능하게 접속되어 있고, 장치 제어부(17)에 지령에 의해 소정의 감쇠율로 설정된다. 초기 설정에서는 소정의 감쇠율로 설정되어 있다. 또한, 가변 어테뉴에이터의 구성은 본 발명으로서는 특정한 것에 한정되는 것이 아니고, 감쇠율을 변경해서 펄스 레이저 광을 투과할 수 있는 것이면 좋다. 감쇠율의 조정은, 예를 들면 유전체의 각도 조정 등에 의해 행해질 수 있다.
광학계(13)는 수평 방향(X-Y 방향)으로 이동가능한 스테이지(15) 상에 적재되는 피처리체에 대하여 펄스 레이저 광(100)이 조사되도록 펄스 레이저 광을 안내한다. 또한, 광학계(13)에서는 펄스 레이저 광(100)을 정형해서 소정의 빔 형상(예를 들면 라인 빔 형상)으로 한다. 상기 빔 형상은 기판(14)의 크기를 고려한 형상으로 정형된다.
스테이지(15)는 이동 장치(18)(도 2)로 수평 방향으로 이동될 수 있고, 스테이지(15)을 펄스 레이저 광(100)에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써 어모퍼스 실리콘 박막(14a)에 대하여 펄스 레이저 광(100)을 조사하면서 주사하는 것을 가능하게 한다. 이 때의 주사 속도는 본 발명으로서는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면 1~30mm/초를 예시할 수 있다. 상기 이동 장치(18)는 상기 장치 제어부(17)에 제어가능하게 접속되고, 상기 장치 제어부(17)에 의해 이동이 제어된다.
또한, 엑시머 레이저 어닐링 장치(1)에는 광학계(13)로부터 펄스 레이저 광(100)의 일부를 인출해서 펄스 파형을 측정하는 펄스 파형 측정부(16)를 구비하고 있다. 이 때의 인출 위치는 레이저 광의 빔 형성이 된 후이며, 상기 호모지나이저(13a)의 펄스 레이저 광 출사 방향의 후방측이다.
또한, 펄스 파형 측정부(16)로서는 특별히 구성이 특정되는 것이 아니고, 고속 포토다이오드, 바이플래너 방전관, 오실로스코프 등을 이용할 수 있다. 상기 펄스 파형 측정부(16)의 측정 결과는 상기 장치 제어부(17)에 송신되어 있다. 장치 제어부(17)에서는 측정 결과를 수신해서 화상 분석 등에 의해 펄스 파형을 해석하고, 도 3에 나타낸 바와 같은 제 1 피크의 피크값(P1)과 제 2 피크의 피크값(P2)을 추출하고, P2/P1을 피크비로서 산출한다. 또한, 장치 제어부(17)는 펄스 파형으로부터 펄스 에너지를 산출할 수 있다.
다음에, 상기 엑시머 레이저 어닐링 장치(1)에 있어서의 어닐링 처리 방법에 대해서 도 4의 플로우차트를 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 제어 순서는 출력 제어부(11a), 장치 제어부(17)에 포함되는 프로그램에 의해 실행된다.
우선, 처리의 개시에 따라 어모퍼스 실리콘 박막(14a)이 형성된 기판(14)이 반입되고, 스테이지(15) 상에 적재된다(스텝s1). 통상은, 엑시머 레이저 어닐링 장치(1)는 분위기 조정(진공 분위기 등)이 되는 처리실(도시되지 않음)을 구비하고 있고, 상기 처리실 내에 기판(14)을 반입해서 처리를 행한다.
장치 제어부(17)에서는 기억부(17a)로부터 초기 설정용의 동작 파라미터를 판독하고 펄스 레이저 광의 조사를 개시한다(스텝s2). 즉, 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로부터 출력 제어부(11a)에 제어 지령을 보내고, 소정의 방전 전압으로 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로부터 펄스 레이저 광을 출력시킨다. 또한, 이 때에 가변 어테뉴에이터(12)를 제어하고, 소정의 감쇠율로 설정한다.
상기 출력 조정과 가변 어테뉴에이터의 감쇠율 조정에 의해 어모퍼스 실리콘 박막(14a)의 가공면에서는 목표로 하는 펄스 에너지로 펄스 레이저 광이 조사되게 된다.
또한, 도 3은 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 펄스 레이저 광의 펄스 파형을 나타내는 것이다. 도에는 가스의 농도, 출력 에너지, 방전 전압이 다른 펄스 레이저 광의 각 파형이 나타내어져 있다. 도에 나타낸 바와 같이, 방전 전압을 크게 하면 출력 에너지가 커킴과 아울러 제 2 피크의 피크값(P2)이 제 1 피크의 피크값(P1)에 대하여 상대적으로 커지는 경향을 갖고 있다. 한편, 방전 전압을 작게 하면 출력 에너지가 작아짐과 아울러 제 2 피크의 피크값(P2)이 제 1 피크의 피크값(P1)에 대하여 상대적으로 작아지는 경향을 갖고 있다.
가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 펄스 레이저 광(100)은 출력값 측정부(20)에서 출력값이 측정된다. 측정 결과는 상기한 바와 같이 출력 제어부(11a)에 보내진다. 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로부터 출력된 펄스 레이저 광은 가변 어테뉴에이터(12)로 소정의 감쇠율로 감쇠되고, 광학계(13)로 정형되면서 소정의 광로에 안내되어 어모퍼스 실리콘 박막(14a)에 조사된다. 상기 정형이나 펄스 레이저 광을 소정의 광로에 안내하는 작용은 광학계(13)의 호모지나이저(13a), 미러(13b), 렌즈(13c) 등의 적당한 광학 부재에 의해 이루어진다.
이 때에 스테이지(15)를 이동시키면서 펄스 레이저 광을 조사함으로써 펄스 레이저 광의 주사가 된다. 또한, 펄스 레이저 광(100)의 일부가 인출되고, 펄스 파형 측정부(16)에서 펄스 파형이 측정되고, 측정 결과가 장치 제어부(17)에 보내진다.
상기 펄스 레이저 광의 조사에 즈음해서는, 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 펄스 레이저 광의 출력값이 출력값 측정부(20)에서 측정되고, 출력 제어부(11a)에 보내지고, 출력 제어부(11a)에서는 측정값이 설정된 출력값인지의 여부의 판정을 행한다. 출력 제어부(11a)에서는 설정값으로서는 소정의 범위를 설정해 두고, 이 범위를 일탈하면 규격 외인 것으로 판정하고, 출력값이 규격내에 유지되도록 피드백 제어한다(스텝s3). 이 피드백 제어의 순서를 도 5에 의거해서 설명한다. 이하의 제어는 출력 제어부(11a)의 프로그램에 의해 실행된다.
상기 제어 순서에서는, 상기한 바와 같이, 출력값 측정부(20)에서 출력이 측정되어 측정 결과가 출력 제어부(11a)에 보내진다(스텝s3a). 그 다음, 측정값이 설정된 규격 내인지의 여부의 판정이 행하여진다(스텝s3b). 측정값이 규격 내이면(스텝s3b, 예), 처리를 종료한다. 측정값이 규격 외이면(스텝s3b, 아니오), 규격을 초과한 것인지의 여부의 판정을 행한다(스텝s3c). 규격을 초과하고 있으면(스텝s3c, 예), 출력을 규격 내에까지 저하시키도록 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)에 인가하는 방전 전압을 작게 한다(스텝s3d). 한편, 규격을 초과하지 않고 있으면(스텝s3c, 아니오), 규격보다도 출력이 작아져 있고, 출력을 규격 내에까지 증가시키도록 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)에 인가하는 방전 전압을 크게 한다(스텝s3e). 스텝(s3d, s3e) 후에, 스텝(s3b)으로 되돌아오고, 출력값이 규격 내에 있으면 처리를 종료하고, 규격 외이면 방전 전압을 조정하는 처리를 되풀이한다. 한편, 방전 전압을 미리 정해진 상한값이나 하한값에까지 증가 또는 저하시켜도 출력값이 규격 내에 들어가지 않을 경우에는 어떠한 에러가 발생한 것, 또는 가스의 교환 시기에 도달한 것으로 해서 처리를 중지하도록 해도 좋다.
상기 피드백 제어가 되고, 더욱이 도 4에 나타낸 제어 순서에서는 발진기 출력 목표값과 어테뉴에이터 감쇠율이 조정된다(스텝s4). 초기 설정에서는 상기한 발진기 출력 목표값과 어테뉴에이터 감쇠율 목표값이 설정되어 있고, 장치의 가동 초기에는 이들 조정은 필요로 되지 않는다.
더욱이, 기판(14)에 조사되는 에너지 밀도가 규정 내인지의 여부의 판정이 된다(스텝s5). 구체적으로는, 펄스 레이저 광의 펄스 파형이 펄스 파형 측정부(16)에서 측정되고, 측정 결과가 장치 제어부(17)에 보내져서 펄스 레이저 광의 펄스 에너지가 측정된다. 장치 제어부(17)에서는 광학계(13)에 의한 정형에 의해 레이저 빔의 단면적이 파악되어 있고, 이에 따라 펄스 에너지 밀도가 산출된다. 즉, 이 실시형태에서는 펄스 파형 측정부(16)가 펄스 에너지 측정부로서의 역할도 갖고 있다. 또한, 본 발명으로서는 펄스 파형 측정부와 펄스 에너지 측정부를 별개로 구비하는 것이어도 좋다. 상기 에너지 밀도가 규정 내에 없으면(스텝s5, 아니오), 스텝(s4)으로 돌아가서 발진기 출력 목표값과 어테뉴에이터 감쇠율이 조정된다. 통상은, 가변 어테뉴에이터의 감쇠율의 조정에 의해 펄스 에너지 밀도를 조정할 수 있다. 펄스 에너지 밀도가 규정 내에 있으면(스텝s5, 예), 스텝(s6)으로 이행한다. 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)의 출력 조정 범위 및 가변 어테뉴에이터(12)의 감쇠율 조정 범위 내에서 펄스 에너지 밀도가 규정 내에 들어가지 않으면, 에러로서 처리를 종료하거나, 가스의 교환 시기로 판정하거나 할 수 있다.
스텝(s6)에서는 장치 제어부(17)로 펄스 파형 측정부(16)의 측정 결과에 의거해서 펄스 파형을 해석하고, 제 1 피크에 있어서의 피크값(P1)과, 제 2 피크에 있어서의 피크값(P2)을 추출한다. 이어서, 비(P2/P1)를 산출하고, 미리 설정되어 있는 피크비 역치를 상기 기억부(17a)로부터 판독하고, 측정 결과에 의거하는 피크비와 비교한다(스텝s7). 측정 결과에 의거하는 피크비가 설정된 피크비 역치 이하이면(스텝s7, 설정값 이하), 가스의 열화 정도는 수용가능한 상태이므로, 처리 완료에 이르기까지(스텝s8), 그대로 상기 스텝(s3)으로 돌아가서 처리를 계속한다.
한편, 상기 측정 결과에 의거하는 피크비가 피크비 역치를 초과할 경우(스텝s7, 설정값 초과), 가스의 열화가 상당히 진행되어 있고, 상기 피크비를 역치 이하로 하기 위해 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)에 인가하는 방전 전압을 작게 하도록 상기 출력 제어부(11a)에 지령을 출력한다. 상기 출력 제어부(11a)에 의한 상기한 피드백 제어는 이 스텝에서 방전 전압이 결정되면, 해당 방전 전압에 의해 실제로 얻어지는 출력값을 목표값으로 한다(스텝s3). 출력값은 초기 설정에서 정해진 설정값보다는 작게 되어 있고, 이를 보상하기 위해 장치 제어부(17)에서는 가변 어테뉴에이터(12)의 감쇠율을 작게 해서 펄스 레이저 광의 투과의 비율을 크게 하도록 조정한다(스텝s4). 상기한 조정량은 미리 제어량으로서 설정되어 기억부(17a)에 격납되어 있다. 장치 제어부(17)는 기억부(17a)에 격납된 설정 데이터를 참조해서 상기 조정의 제어를 행한다. 상기 제어에서는 기판(14)에 조사되는 펄스 레이저 광의 에너지 밀도가 설정값이 되도록 주로 가변 어테뉴에이터(12)의 감쇠율을 조정한다.
또한, 스텝(s7)에서, 가스의 열화에 의거해서 가스 여기 펄스 레이저 발진기의 출력 조정 및 가변 어테뉴에이터(12)의 감쇠율을 설정할 때에 가스 공급부(21)를 동작시켜서 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)에 가스를 보급해서 가스의 열화를 개선하도록 해도 좋다. 즉, 가스의 열화에 따라 가스의 보급이 행하여지게 된다. 또한, 상기 제어 순서에 더해서, 정기적으로 가스를 보급함으로써 가스의 열화를 억제할 수 있고, 레이저 어닐링 처리를 보다 균일하게 행하는 것을 가능하게 한다.
상기한 제어 순서에 의해, 펄스 레이저 광의 피크비를 적절히 유지해서 처리를 행할 수 있고, 펄스마다 쇼트 편차를 저감하고, 최적의 상태로 레이저 어닐링을 행할 수 있고, 이 결과 균일한 입경의 다결정 실리콘을 얻을 수 있다.
또한, 이 실시형태에서는 펄스 파형의 피크비의 변화에 의해 가스의 열화의 상태를 판정했지만, 본 발명으로서는 다른 방법에 의해 가스의 열화를 판정해서 제 1, 제 2 제어를 행하는 것도 가능하며, 예를 들면 가스 여기 펄스 레이저 발진기(11)에 인가되는 방전 전압의 변화에 의거해서 가스의 열화를 판정하도록 해도 좋다.
이상, 본 발명에 대해서 상기 실시형태에 의거해서 설명을 행했지만, 본 발명은 상기 설명의 내용에 한정되는 것이 아니고, 본 발명을 일탈하지 않는 한은 적당한 변경이 가능하다.
1: 엑시머 레이저 어닐링 장치 2: 제어부
11: 가스 여기 펄스 레이저 발진기 11a: 출력 제어부
12: 가변 어테뉴에이터 13: 광학계
14: 기판 14a: 어모퍼스 실리콘 박막
15: 스테이지 16: 펄스 파형 측정부
17: 장치 제어부 18: 이동 장치
20: 출력값 측정부 21: 가스 공급부
11: 가스 여기 펄스 레이저 발진기 11a: 출력 제어부
12: 가변 어테뉴에이터 13: 광학계
14: 기판 14a: 어모퍼스 실리콘 박막
15: 스테이지 16: 펄스 파형 측정부
17: 장치 제어부 18: 이동 장치
20: 출력값 측정부 21: 가스 공급부
Claims (14)
- 가스 여기 펄스 레이저 발진기, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력된 펄스 레이저 광을 소정의 감쇠율로 투과시키는 가변 어테뉴에이터, 상기 가변 어테뉴에이터를 투과한 펄스 레이저 광을 피처리체에 안내하는 광학계, 및 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기에 있어서의 상기 펄스 레이저 광의 출력값을 조정하는 제 1 제어를 행하는 제어부를 구비하고;
상기 제어부는 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기 내의 가스의 열화에 따라 상기 제 1 제어로 조정되는 상기 출력값을 저하시킴과 아울러 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하는 제 2 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 피처리체에 조사되는 펄스 레이저 광의 펄스 파형을 측정하는 펄스 파형 측정부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 펄스 파형 측정부의 측정 결과를 수신해서 측정된 펄스 파형에 있어서의 제 1 피크값(P1) 및 제 2 피크값(P2)으로부터 피크비(P2/P1)를 구하고, 상기 피크비가 소정비를 초과할 경우 상기 가스가 열화된 것으로 해서 상기 제 2 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제 1 제어에 있어서의 상기 출력값의 조정을 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기에 인가되는 방전 전압의 조정에 의해 행하고, 상기 방전 전압이 소정 전압을 초과하면 상기 가스가 열화된 것으로 해서 상기 제 2 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기에 있어서의 펄스 레이저 광의 출력값을 측정하는 출력값 측정부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 출력값 측정부의 측정 결과를 수신해서 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기의 출력이 소정의 출력값이 되도록 상기 제 1 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기에 대하여 상기 가스를 보급하는 가스 공급 수단을 구비하고, 상기 제어부는 상기 가스의 열화 및 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기의 가동 시간 중 한쪽 또는 양쪽에 따라 상기 가스 공급 수단에 의한 상기 가스 보급의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 피처리체에 조사되는 펄스 레이저 광의 펄스 에너지가 소정 에너지값이 되도록 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 피처리체에 조사되는 펄스 레이저 광의 펄스 에너지를 측정하고, 그 측정 결과를 상기 제어부에 출력하는 펄스 에너지 측정부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 측정 결과에 의거해서 상기 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 펄스 에너지 측정부는 상기 광학계로 빔 형상의 정형이 된 후의 펄스 레이저 광을 측정하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 가스의 열화 진행에 따라 상기 가스의 교환 시기라고 판정하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치. - 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력된 펄스 레이저 광을 소정의 감쇠율로 가변 어테뉴에이터에 투과시켜서 피처리체에 조사하는 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법으로서:
상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되는 상기 펄스 레이저 광의 출력값을 소정값으로 조정하는 제 1 제어를 행하고, 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기 내의 가스의 열화 상태를 판정하고, 상기 판정 결과에 따라 상기 제 1 제어로 조정되는 상기 출력값을 저하시킴과 아울러 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하는 제 2 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 펄스 레이저 광의 펄스 파형을 측정하고, 측정된 펄스 파형에 있어서의 제 1 피크값(P1) 및 제 2 피크값(P2)으로부터 피크비(P2/P1)를 구하고, 상기 피크비가 소정비를 초과할 경우 상기 가스가 열화된 것으로 해서 상기 제 2 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 제어에 있어서의 상기 출력값의 조정을 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기에 인가되는 방전 전압의 조정에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법. - 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피처리체에 조사되는 펄스 레이저 광의 펄스 에너지가 소정 에너지값이 되도록 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리체의 제조 방법. - 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되는 펄스 레이저 광의 출력값을 소정값으로 조정함과 아울러 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되어 피처리체에 조사되는 펄스 레이저 광을 소정의 투과율로 투과시키는 가변 어테뉴에이터의 투과율을 조정하는 제어부로 동작하는 프로그램으로서:
상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기로부터 출력되는 펄스 레이저 광의 출력값을 소정값으로 조정하는 제 1 스텝; 상기 가스 여기 펄스 레이저 발진기 내의 가스의 열화 상태를 판정하는 제 2 스텝; 및 상기 제 2 스텝에 있어서의 판정 결과에 따라 상기 제 1 스텝으로 조정되는 상기 출력의 소정값을 저하시캄과 아울러 상기 가변 어테뉴에이터의 감쇠율을 작게 하는 제 3 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 프로그램.
Applications Claiming Priority (3)
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