KR20140027916A

KR20140027916A - 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법

Info

Publication number: KR20140027916A
Application number: KR1020137017358A
Authority: KR
Inventors: 미치노부 미즈무라; 유지 사이토
Original assignee: 브이 테크놀로지 씨오. 엘티디
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2014-03-07
Also published as: TWI555600B; US20130273749A1; WO2012077495A1; JP2012124366A; JP5884147B2; US8999865B2; CN103262213A; TW201240759A; KR101872469B1; CN103262213B

Abstract

본 발명은 TFT 기판(10) 위에 형성된 아몰퍼스 실리콘막에 복수의 레이저 빔(Lb)를 조사하여 어닐링 처리하는 레이저 어닐링 장치로서, TFT 기판(10) 위의 피어닐링 영역의 형상과 서로 유사한 형상의 복수의 개구를 형성한 마스크(3)와, 마스크(3)의 복수의 개구를 각각 통과한 복수의 레이저 빔(Lb)을, 한 면에 형성한 복수의 마이크로 렌즈를 통하여 TFT 기판(10) 위에 모아서, 아몰퍼스 실리콘막에 일정한 광에너지를 부여하는 마이크로 렌즈 기판(4)과, 반원주상의 형상을 이루어, 마이크로 렌즈 기판(4)을 사이에 두고 그 양 가장자리부의 위치에 축심을 대략 평행하게 하여 마주보고 배치되고, 정부가 마이크로 렌즈의 정부의 위치보다 TFT 기판(10) 쪽으로 돌출된 한 쌍의 가이드(25)와, 한 쌍의 가이드(25) 사이에 이동 가능하게 펼쳐서 설치되어 레이저 빔(Lb)를 투과하는 필름(22)을 구비한 것이다. 이에 의하여, 레이저 빔의 조사 에너지의 유지 관리가 용이하고, 또한 조사 패턴의 형상 흐트러짐을 억제한다.

Description

레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법{LASER ANNEALING DEVICE AND LASER ANNEALING METHOD}

본 발명은 기판 위에 형성된 아몰퍼스 (amorphous) 실리콘막에 복수의 마이크로 렌즈를 통하여 복수의 레이저 빔을 조사하여 어닐링 처리하는 레이저 어닐링 장치에 관한 것으로, 특히 레이저 빔의 조사 에너지의 유지 관리가 용이하고, 또한 조사 패턴의 형상 흐트러짐을 억제할 수 있게 하는 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 레이저 어닐링 장치는 마이크로 렌즈 어레이에 의하여 복수의 레이저 빔을 형성하고, 빔 마다 초점을 형성하며, 이 빔의 각 초점을 축소 전사 광학계에 의하여 아몰퍼스 실리콘막면쪽에 전사하여 결상시키고, 아몰퍼스 실리콘막면에 대한 빔 조사에 의하여 레이저 처리를 하여, 박막 트랜지스터 (이하,「TFT」라 한다) 형성 영역의 아몰퍼스 실리콘막을 폴리실리콘화하는 것으로, 축소 전사 광학계의 하면(下面)쪽에는 보호용 부재로서 석영판을 설치하여 어닐링 처리시에 비산(飛散)하는 오염 물질이 광학계에 부착하는 것을 방지할 수 있게 되어 있었다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

또한, 광학계에 오염 물질이 부착하는 것을 방지하는 광학계 보호 수단으로서, 집광 렌즈에 의하여 레이저 빔을 피가공물 위에 집광하여 가공하는 장치에 있어서, 권취 릴과 송출 릴 사이에 걸쳐져서 레이저 빔을 투과하는 필름을 집광 렌즈와 피가공물의 사이를 이동 가능하게 배치한 것이 있다 (예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 2004-311906호 특허 문헌 2: 일본 공개 특허 공보 평7-100670호

그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 레이저 어닐링 장치에서는, 오염 물질이 광학계에 부착하는 것을 방지하는 보호용 부재로서 석영판이 사용되고 있기 때문에, 표면을 평탄하게 형성할 수 있어서 조사 패턴의 형상 흐트러짐은 발생하지 않지만, 일정 시간 사용할 때마다 오염된 석영판을 교체하여야 하기 때문에, 작업이 번잡하게 되는 문제가 있다. 따라서, 레이저 빔의 조사 에너지를 장시간 안정적으로 높은 상태로 유지할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 상기 특허 문헌 2에 기재된 광학계 보호 수단은 집광 렌즈와 피가공물 사이를 이동 가능하게 필름을 배치한 것이기 때문에, 일정 시간 사용할 때마다 교체할 필요가 없어서 작업이 간단하다는 이점이 있지만, 필름을 안내하는 한 쌍의 롤이 집광 렌즈를 사이에 두고 그 가장자리의 위치에 마주보고 배치되어 있지 않고, 한 쌍의 롤 사이의 거리가 길기 때문에, 필름에 백 텐션을 걸면 한 쌍의 롤 사이의 필름에 그 이동 방향과 평행한 세로 주름이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 따라서, 이와 같은 광학계 보호 수단을 상기 특허 문헌 1의 레이저 어닐링 장치에 적용한 경우에는, 상기 필름의 세로 주름에 의하여 기판에 조사되는 레이저 빔의 조사 패턴 형상이 흐트러져서, TFT 형성 영역을 미리 정해진 형상으로 어닐링 처리할 수 없다고 하는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 이와 같은 문제점에 대처하고, 레이저 빔의 조사 에너지의 유지 관리가 용이하며, 또한 조사 패턴의 형상 흐트러짐을 억제 가능하게 하는 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장치는 기판 위에 형성된 아몰퍼스 실리콘막에 복수의 레이저 빔을 조사하여 어닐링 처리하는 레이저 어닐링 장치로서, 상기 기판 위의 피(被)어닐링 영역의 형상과 서로 닮은 형상의 복수의 개구(開口)를 형성한 마스크와, 상기 마스크의 상기 복수의 개구를 각각 통과한 상기 복수의 레이저 빔을, 한 면에 형성한 복수의 마이크로 렌즈를 통하여 상기 기판 위에 모아서, 상기 아몰퍼스 실리콘막에 일정한 광에너지를 부여하는 마이크로 렌즈 기판과, 반원주상의 형상을 이루며, 상기 마이크로 렌즈 기판을 사이에 두고, 그 양 가장자리부의 위치에 축심을 대략 평행하게 하여 마주보고 배치되고, 정부(頂部)가 상기 마이크로 렌즈의 정부의 위치보다 상기 기판쪽으로 돌출된 한 쌍의 가이드와, 상기 한 쌍의 가이드 사이에 이동 가능하게 펼쳐서 설치되고, 상기 레이저 빔을 투과하는 필름을 구비한 것이다.

이와 같은 구성에 의하여, 기판 위의 피어닐링 영역의 형상과 서로 유사한 형상의 복수의 개구를 형성한 마스크의 이 복수의 개구를 각각 통과한 복수의 레이저 빔을 마이크로 렌즈 기판의 한 면에 형성한 복수의 마이크로 렌즈에 의하여 기판 위에 모아서, 기판 위에 형성된 아몰퍼스 실리콘막에 일정한 광에너지를 부여하여 어닐링 처리한다. 이 때, 마이크로 렌즈 기판을 사이에 두고, 그 양 가장자리부의 위치에 축심을 대략 평행하게 하여 마주보고 배치되고, 정부가 마이크로 렌즈의 정부의 위치보다 기판쪽으로 돌출된 반원주상의 한 쌍의 가이드 사이에 레이저 빔을 투과하는 필름을 이동 가능하게 펼쳐서 설치하여, 마이크로 렌즈 기판면에 오염 물질이 부착하는 것을 억제한다.

또한, 상기 마스크를 사이에 두고 한쪽에 상기 필름을 송출하는 송출 릴을 구비하고, 다른 한쪽에 상기 필름을 권취하는 권취 릴을 구비하여, 상기 한 쌍의 가이드 사이를 일정한 백 텐션이 걸린 상태로 상기 필름을 일정 속도로 연속적으로 또는 일정한 시간 간격으로 일정량씩 통과 가능하게 한 것이다. 이에 의하여, 마스크를 사이에 두고 한쪽에 구비된 송출 릴로부터 필름을 송출하는 동시에, 다른 쪽에 구비된 권취 릴에 의하여 필름을 권취하면서, 한 쌍의 가이드 사이를 일정한 백 텐션이 걸린 상태로 필름을 일정 속도로 연속적으로 또는 일정한 시간 간격으로 일정량씩 통과시킨다.

또한, 상기 기판을 상기 한 쌍의 가이드의 축심과 교차하는 방향으로 일정 속도로 이동시키는 반송 수단을 설치한 것이다. 이에 의하여, 반송 수단으로 기판을 한 쌍의 가이드의 축심과 교차하는 방향으로 일정 속도로 이동시킨다.

또한, 상기 기판은 표시장치용 박막 트랜지스터 (이하, 「TFT」라고 부른다) 기판이고, 상기 피어닐링 영역은 TFT 형성 영역이다. 이에 의하여, 표시장치용의 TFT 기판의 TFT 형성 영역을 레이저 어닐링 처리한다.

또한, 상기 마이크로 렌즈는 이 마이크로 렌즈의 정부와 상기 필름과의 사이, 또는 상기 필름과 상기 기판과의 사이에 초점을 가지도록 형성된 것이다. 이에 의하여, 마이크로 렌즈와 레이저 빔을 마이크로 렌즈의 정부와 필름의 사이, 또는 상기 필름과 상기 기판과의 사이의 초점에 일단 집광시킨다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 어닐링 방법은 일정 형상의 복수의 개구를 형성한 마스크와, 이 마스크의 상기 복수의 개구에 각각 대응시켜 복수의 마이크로 렌즈를 설치한 마이크로 렌즈 기판을 통하여, 기판 위에 형성된 아몰퍼스 실리콘막에 복수의 레이저 빔을 조사하여 어닐링 처리하는 레이저 어닐링 방법으로서, 반원주상의 형상을 이루고, 상기 마이크로 렌즈 기판을 사이에 두고 그 양 가장자리부의 위치에 축심을 대략 평행하게 하여 마주보고 배치되고 정부가 상기 마이크로 렌즈의 정부의 위치보다 상기 기판쪽으로 돌출된 한 쌍의 가이드 사이에 펼쳐서 설치된 상태로, 상기 레이저 빔을 투과하는 필름을 상기 한 쌍의 가이드의 축심과 교차하는 방향으로 이동시키는 단계와, 상기 기판을 상기 마이크로 렌즈 기판과 마주보게 하여 상기 필름의 이동 방향으로 일정 속도로 이동시키는 단계와, 상기 복수의 마이크로 렌즈를 통과하여, 상기 필름을 투과한 복수의 레이저 빔을 상기 기판 위에 모아서, 상기 아몰퍼스 실리콘막에 일정한 광에너지를 부여하는 단계를 포함하는 것이다.

청구항 1 및 2에 관한 발명에 따르면, 마이크로 렌즈 기판과 기판과의 사이에 이동 가능하게 필름을 설치하여, 오염 물질이 마이크로 렌즈 기판 면에 부착하는 것을 방지하고 있으므로, 필름을 빈번히 교체할 필요가 없어서, 레이저 빔의 조사 에너지의 유지 관리를 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 필름은 마이크로 렌즈 기판을 사이에 두고 마주보고 배치된 한 쌍의 가이드에 의하여 지지를 받으므로, 한 쌍의 가이드 사이의 거리를 종래 기술에 있어서의 그것보다 훨씬 더 좁게 할 수 있고, 필름의 이동 방향에 평행한 세로 주름의 발생을 억제하여 조사 패턴의 형상 흐트러짐을 억제할 수 있다. 따라서, 피어닐링 영역을 형상 정밀도 좋게 어닐링 처리할 수 있다.

또한, 청구항 3에 관한 발명에 따르면, 기판을 일정 속도로 이동시키면서 레이저 어닐링 처리하기 때문에, 작은 마스크를 사용하여 대형 기판의 레이저 어닐링 처리를 할 수 있어서, 레이저 어닐링 처리 공정의 비용을 염가로 할 수 있다. 또한, 대형 기판에 대한 어닐링 처리 공정의 택트를 단축할 수도 있다.

또한, 청구항 4에 관한 발명에 따르면, 표시용 TFT 기판의 TFT 형성 영역의 어닐링 처리를 균일하게 실시할 수 있다. 따라서, 박막 트랜지스터의 동작 성능을 표시 영역 전면에 걸쳐 거의 일정하게 할 수 있어서, 표시 화상의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 청구항 5에 관한 발명에 따르면, 기판 면과 필름과의 사이에 부유하는 실리콘 증기에 레이저 에너지의 일부가 흡수되어 에너지 손실이 생기는 것을 억제할 수 있다. 또한, 필름 위에 초점을 가지지 않기 때문에, 필름 위에 레이저 에너지가 집중되지 않아서 필름이 소손(燒損)되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 청구항 6에 관한 발명에 따르면, 마이크로 렌즈 기판과 기판과의 사이에 이동 가능하게 필름을 설치하여, 오염 물질이 마이크로 렌즈 기판 면에 부착하는 것을 방지하고 있으므로, 필름을 빈번하게 교환할 필요가 없고, 레이저 빔의 조사 에너지의 유지 관리를 용이하게 행할 수 있다. 또한, 필름은 마이크로 렌즈 기판을 사이에 두고 마주보고 배치된 한 쌍의 가이드에 의하여 지지를 받으므로, 한 쌍의 가이드 간의 거리를 종래 기술에 있어서의 그것보다 훨씬 더 좁게 할 수 있고, 필름의 이동 방향에 평행한 세로 주름의 발생을 억제하여 조사 패턴의 형상 흐트러짐을 억제할 수 있다. 따라서, 피어닐링 영역을 형상 정밀도 좋게 어닐링 처리할 수 있다. 또한, 기판을 일정 속도로 이동하면서 레이저 어닐링 처리하므로, 작은 마스크를 사용하여 대형 기판의 레이저 어닐링 처리를 할 수 있어서, 레이저 어닐링 처리 공정의 비용을 염가로 할 수 있다. 또한, 대형 기판에 대한 어닐링 처리 공정의 택트를 단축할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장치의 실시 형태를 나타내는 정면도이다.
도 2는 레이저 어닐링 처리에 사용하는 TFT 기판을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장치에 사용하는 마스크 및 마이크로 렌즈 기판의 조립 구성예를 나타내는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 O－O선 단면을 화살표 방향에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장치의 요부를 확대하여 나타내는 부분 단면 정면도이다.
도 5는 본 발명의 레이저 어닐링 장치에 의한 레이저 어닐링 처리를 나타내는 설명도이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장치의 실시 형태를 나타내는 정면도이다. 이 레이저 어닐링 장치는 기판 위에 형성된 아몰퍼스 실리콘막에 복수의 마이크로 렌즈를 통하여 복수의 레이저 빔을 조사하여 어닐링 처리하는 것으로, 반송 수단(1)과, 레이저 광원(2)과, 마스크(3)와, 마이크로 렌즈 기판(4)과, 광학계 보호 수단(5)과, 얼라인먼트 수단(6)을 구비하여 구성되어 있다.

이 때, 상기 기판은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가로 세로로 형성되는 복수의 게이트선(7)과, 데이터선(8)의 교차부에 상당하는 부분에서 도시를 생략한 게이트 전극 위에 TFT 형성 영역(9) (피어닐링 영역)이 미리 설정된 표시장치용 TFT 기판(10)으로, 복수의 TFT 형성 영역(9)이 화소(11)의 배열 피치와 동일한 배열 피치 (세로가 X, 가로가 Y)로 매트릭스 형태로 설정되어 있다. 또한, 여기에서는 화살표 A로 나타내는 TFT 기판(10)의 반송 방향 (이하, 「기판 반송 방향」이라 한다)을 세로로 하고, 그것과 교차하는 방향을 가로로 한다. 또한, TFT 기판(10)에는 TFT 형성 영역(9)과 후술하는 마스크(3)의 개구(16)와의 위치 맞춤의 기준이 되는 얼라인먼트 기준 위치가 기판 반송 방향에 평행한, 예를 들면 게이트선(7)의 가장자리부에 설정되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 상기 얼라인먼트 기준 위치는 기판 반송 방향을 향하여 좌단에 위치하는 게이트선(7)의 오른쪽 가장자리부에 설정되어 있다. 이 때, 게이트선(7)의 오른쪽 가장자리부와 TFT 형성 영역(9)의 중심과의 사이의 수평거리는 설계 값에 의하여 정하여진다. 또한, 도 2에는 게이트선(7)과 데이터선(8)의 양쪽이 모두 기재되어 있으나, 레이저 어닐링 단계에서는 게이트선(7)만 형성되어 있다.

상기 반송 수단(1)은 상면(上面)에 TFT 기판(10)을 탑재하여 상기 TFT 형성 영역(9)의 가로세로 중 어느 한쪽의 배열 방향, 예를 들면 도 2에 나타내는 화살표 A 방향으로 일정 속도로 반송하는 것으로, 상면에 기체를 분출하는 다수의 분출 구멍과 기체를 흡인하는 다수의 흡인 구멍을 가진 복수의 단위 스테이지(12)를 기판 반송 방향으로 나란히 설치하여, 기체의 분출력과 흡인력과의 균형에 의하여 TFT 기판(10)을 복수의 단위 스테이지(12) 위에 소정의 양만큼 띄운 상태로, 예를 들면 반송 롤러(13)에 의하여 TFT 기판(10)의 양단 가장자리부를 지지하여 반송하게 되어 있다.

상기 반송 수단(1)의 위쪽에는 레이저 광원(2)이 설치되어 있다. 이 레이저 광원(2)은, 예를 들면 파장이 308 nm 또는 353 nm의 레이저광(L)을, 예를 들면 50 Hz의 반복 주기로 방사하는 엑시머 레이저이다.

상기 레이저 광원(2)으로부터 방사되는 레이저 광(L)의 광로 위에는 마스크(3)가 설치되어 있다. 이 마스크(3)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 투명한, 예를 들면 석영 기판(14)의 한 면(14a)에 형성한 차광막(15)에 TFT 기판(10) 위의 TFT 형성 영역(9)의 형상과 서로 유사한 형상, 예를 들면 원형의 복수의 개구(16)를 형성한 것으로, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 기판 반송 방향 (화살표 A 방향)과 교차하여 복수개 설정된 TFT 형성 영역(9)의 배열 피치 Y의 2 이상의 정수배의 피치 (도 3에 있어서는 2Y로 나타낸다)로 복수의 개구(16)를 나란히 형성한, 예를 들면 6열의 개구 열(17)을 서로 거리 X만큼 거리를 두고 평행하게 배치한 구성을 가지며, 기판 반송 방향 선두측에 위치하는 3열의 개구 열(17) (이하,「제1 개구군(18)」 이라 한다)의 각 개구(16) 사이를 보완하도록 후속되는 3열의 개구 열(17) (이하, 「제2 개구군(19)」이라 한다)을 개구(16)의 배열 방향으로 소정의 치수 (도 3에 있어서는 Y로 나타낸다) 만큼 어긋나게 하여 형성하였다. 또한, 차광막(15)을 형성한 면(14a)와 반대쪽의 면(14b)이 반송 수단(1)쪽이 되도록 설치되어 있다.

상기 마스크(3)의 반송 수단(1)쪽의 면(14b)에는 마이크로 렌즈 기판(4)이 설치되어 있다. 이 마이크로 렌즈 기판(4)은 마스크(3)의 복수의 개구(16)를 각각 통과한 복수의 레이저 빔(Lb)을 복수의 마이크로 렌즈를 통하여 TFT 기판(10) 위에 모아서, 아몰퍼스 실리콘막에 예를 들면 2 J/㎠ 정도의 광에너지를 부여하는 것으로, 도 3에 도시하는 바와 같이, 기판 반송 방향 (화살표 A 방향)의 폭이 약 10 mm 내지 약 15 mm이고, 기판 반송 방향과 교차하는 방향의 폭이 약 50 mm인 투명한 기판(21)의 한 면(21a)에 마스크(3)에 설치한 복수의 개구(16)와 동일한 배열 피치 (세로가 X, 가로가 2Y)로 복수의 마이크로 렌즈(20)를 형성하고 (동 도(a) 참조), 이들의 광축을 상기 마스크(3)의 개구(16)의 중심에 합치시킨 상태로 다른 면(21b)을 마스크(3)의 면(14b)에 접합하고 있다 (동 도(b) 참조). 이 때, 각 마이크로 렌즈(20)는 후 초점의 위치가 마이크로 렌즈(20)의 정점과 마이크로 렌즈 기판(4)의 아래쪽을 통과하는 후술하는 필름(22)과의 사이 또는 필름(22)과 기판(21)과의 사이가 되도록 설계하면 좋다. 이것에 의하여, 마이크로 렌즈(20)에 의하여 집광된 레이저 빔(Lb)의 광에너지가 어닐링 처리에 의하여 TFT 기판(10)면과 필름(22)의 사이에 부유하는 실리콘 증기에 흡수되어 에너지 손실을 초래할 우려가 없다. 또한, 필름(22) 위에 초점을 가지지 않기 때문에, 필름(22) 위에 레이저 에너지가 집중되어 필름(22)을 소손시킬 우려가 없다.

상기 마이크로 렌즈 기판(4)과 반송 수단(1)의 상면과의 사이에는 레이저 빔 (Lb)을 투과하는 필름(22)을 이동 가능하게 광학계 보호 수단(5)이 설치되어 있다. 이 광학계 보호 수단(5)은 어닐링 처리시에 비산하는 오염 물질이 광학계에 부착하는 것을 방지할 수 있도록 하는 것으로, 도 4에 요부를 확대하여 도시하는 바와 같이, 송출 릴(23)과, 권취 릴(24)과, 한 쌍의 가이드(25)를 구비하여 구성되어 있다. 이 경우, 상기 필름(22)으로서는, 자외선 투과율이 90% 이상이고, 레이저 내성이 10 J/㎠ 이상이며, 두께가 10㎛ 정도인 예를 들면 폴리에틸렌 필름이 적합하다.

상세하게는, 상기 송출 릴(23)은 일정량만 권취된 필름(22)을 송출하는 것으로, 회전축(26)에 연결하여 설치한 백 텐션용 모터(27)에 의하여 필름 (22)의 송출 방향 (화살표 B 방향)과 반대 방향의 장력을 필름(22)에 상시 가하여 백 텐션을 건 상태로 필름(22)을 송출할 수 있게 되어 있고, 마스크(3)를 사이에 두고 한쪽 (도 4에 있어서는 기판 반송 방향 (화살표 A 방향)을 향하여 마스크(3)의 앞쪽)에 구비되어 있다. 또한, 상기 권취 릴 (24)은 회전 축(28)에 연결하여 설치한 권취용 모터(29)에 의하여 화살표 C 방향으로 회전되어 필름(22)을 권취하는 것으로, 마스크(3)를 사이에 두고 상기 송출 릴(23)과는 반대쪽에 구비되어 있다. 또한, 상기 한 쌍의 가이드(25)는 마이크로 렌즈 기판(4)의 하면을 통과하는 필름(22)에 이 필름(22)의 이동 방향에 평행한 세로 주름의 발생을 억제하기 위한 것으로, 매끄러운 표면을 가진 반원주상의 형상을 이루고, 마이크로 렌즈 기판(4)을 사이에 두고 그 양 가장자리부(4a, 4b)의 위치에서 마스크(3)의 하면(3b)에 축심을 대략 평행하게 하여 마주보고 배치되고, 정부가 마이크로 렌즈(20)의 정부의 위치보다 반송 수단(1)쪽 (하부를 통과하는 TFT 기판(10)쪽)으로 일정량만큼 돌출시켜 설치되어 있다. 이에 의하여, 필름(22)은 한 쌍의 가이드(25) 사이를 일정한 백 텐션이 걸린 상태로 일정 속도로 연속적으로 또는 일정한 시간 간격으로 일정량씩 이동할 수 있게 되어 있다. 또한, 도 4에 있어서 부호 30은 필름(22)의 이동 방향을 변경하는 동시에 필름(22)의 이동을 안정화시키는 가이드 롤러이다.

상기 마스크(3) 및 마이크로 렌즈 기판(4)을 기판 반송 방향과 교차하는 방향으로 미동(微動) 가능하게 얼라인먼트 수단(6)이 설치되어 있다. 이 얼라인먼트 수단(6)은 마스크(3)의 개구(16)의 중심 (또는 마이크로 렌즈(20)의 중심)과 TFT 형성 영역(9)과의 위치 맞춤을 하기 위한 것으로, 도시를 생략한 제어 수단에 의하여 구동이 제어되게 되어 있다.

상기 얼라인먼트 수단(6)에 의한 위치 맞춤은 다음과 같이 하여 행할 수 있다. 즉, 단위 스테이지(12)의 상면에 평행한 면 내에서 기판 반송 방향과 교차하는 방향으로 복수의 수광 소자를 일직선상으로 나열하여 가진, 도시를 생략한 라인 카메라에 의하여 TFT 기판(10)면을 촬상하고, 이 촬상 화상을 제어 수단의 화상 처리부에 있어서 화상 처리하여 TFT 기판(10)의 얼라인먼트 기준의 위치를 검출하며, 이 얼라인먼트 기준의 위치와 라인 카메라의 촬상 중심과의 사이의 거리를 메모리에 기억된 목표값과 비교하여 그 어긋남량을 연산하고, 이 어긋남량을 보정하도록 제어 수단에 의하여 얼라인먼트 수단(6)을 구동하여, 마스크(3) 및 마이크로 렌즈(20)를 이동시키면 좋다. 이 경우, 라인 카메라의 촬상 중심과, 마스크(3)에 설치한 기준 위치 (예를 들면 마스크(3)의 어느 하나의 개구(16)의 중심)는 미리 위치 맞춤되어 있다.

또한, 도 1에 있어서 부호 31은 레이저 광원(2)으로부터 방사된 레이저광(L)의 지름을 확장하는 빔 익스팬더이고, 부호 32는 레이저광(L)의 횡단면 내의 휘도 분포를 균일화하는 호모지나이저이며, 부호 33은 레이저광(L)을 평행 광으로 하여 마스크(3)에 조사시키는 콘덴서 렌즈이다.

다음으로, 이와 같이 구성된 레이저 어닐링 장치의 동작 및 레이저 어닐링 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 표면 전면을 덮고서 아몰퍼스 실리콘막이 성막된 TFT 기판(10)을 아몰퍼스 실리콘막을 위로 하고, 게이트선(7)이 반송 방향과 평행이 되도록 위치 결정하여 반송 수단(1)의 상면에 탑재한다.

다음으로, 시동 스위치가 온(ON) 기동되면, TFT 기판(10)을 반송 수단(1)의 단위 스테이지(12)의 상면에 소정 양만큼 부상시킨 상태로, 도시를 생략한 제어 수단에 의하여 반송 수단(1)을 펄스 제어하여 TFT 기판(10)을 도 1에 도시하는 화살표 A 방향으로 일정 속도로 반송한다.

이어서, 이동 중인 TFT 기판(10)의 표면을 도시를 생략한 라인 카메라로 차례로 촬상하고, 그 일차원 화상을 제어 수단의 화상 처리부에서 리얼 타임 처리하여, 라인 카메라의 복수의 수광 소자의 배열 방향에 있어서의 휘도 변화에 기초하여 TFT 기판(10)에 미리 설정된 얼라인먼트 기준 위치 (예를 들면, 도 2에 있어서 기판 반송 방향을 향하여 좌단에 위치하는 게이트선(7)의 오른쪽 가장자리부)를 검출하고, 이 검출된 얼라인먼트 기준 위치와 라인 카메라의 촬상 중심과의 사이의 거리를 연산한다. 이어서, 이 연산 결과를 미리 설정하여 기억된 목표값과 비교하여 목표값으로부터의 어긋남량을 산출한다. 또한, 상기 어긋남량을 보정하도록 제어 수단에 의하여 얼라인먼트 수단(6)을 구동 제어하여 마스크(3)를 기판 반송 방향과 교차하는 방향으로 이동시키고, 마스크(3)와 TFT 기판(10)의 위치 맞춤을 한다. 이에 의하여, 가로로 흔들리면서 이동 중인 TFT 기판(10)에 마스크(3)를 추종시킬 수 있다.

TFT 기판(10)이 이동하여, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 반송 방향 선두 측에 위치하는 일렬의 TFT 형성 영역(9)이 마스크(3)의 제2 개구군(19)의 반송 방향 선두측의 개구 열(17b)의 바로 아래에 도달하면, 레이저 광원(2)이 일정 시간 점등하여, 레이저 광(L)이 마스크(3)에 조사된다. 또한, 마스크(3)의 복수의 개구(16)를 통과한 복수의 레이저 빔(Lb)이 마이크로 렌즈 기판(4)의 복수의 마이크로 렌즈(20)에 의하여 TFT 기판(10) 위에 모아져서, 제2 개구군(19)에 대응한 TFT 형성 영역(9)의 아몰퍼스 실리콘막이 어닐링되어 폴리실리콘화한다.

TFT 기판(10)이 마스크(3)의 제1 개구군(18) 및 제2 개구군(19)의 각각 기판 반송 방향 선두측에 위치하는 개구 열(17a, 17b) 사이의 거리(3X)와 동일한 거리만큼 이동될 때마다 레이저 광원(2)이 일정 시간만 점등 구동된다. 이에 의하여, TFT 기판(10) 위에 설정된 전체 TFT 형성 영역(9)이 차례로 어닐링되고 폴리실리콘화하여 폴리실리콘막(34)이 형성된다. 또한, 도 5(b)는 동도(a)의 상태로부터 TFT 기판(10)이 거리 3X만큼 이동한 상태를 나타내고, 제2 개구군(19) 에 대응한 TFT 형성 영역(9) 사이의 TFT 형성 영역 (9)이 제1 개구군(18)으로 어닐링된 상태를 나타낸다.

이와 같은 어닐링 처리에 있어서는, 레이저 빔(Lb)의 조사에 의하여 아몰퍼스 실리콘막의 일부가 증기화하여 TFT 기판(10)면과 마이크로 렌즈 기판(4)과의 사이에 부유하고, 이 실리콘 증기가 오염 물질로서 마이크로 렌즈(20)의 표면에 부착되어, 레이저 빔(Lb)의 투과율을 저하시키는 경우가 있다. 이에, 본 발명에 있어서는 광학계 보호 수단(5)을 설치하고, 마이크로 렌즈 기판(4)과 반송 수단(1)의 상면 (또는 TFT 기판(10))과의 사이를 이동하는 필름(22)에 의하여, 마이크로 렌즈(20)면에 오염 물질이 부착하는 것을 방지하고 있다. 이하, 상기 광학계 보호 수단(5)의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 권취용 모터(29)가 구동하여 권취 릴(24)이 도 4에 도시하는 화살표 C 방향으로 회전하여 필름(22)을 권취한다. 이에 의하여, 마이크로 렌즈 기판(4)의 양 가장자리부(4a, 4b)에 설치된 한 쌍의 가이드(25) 사이에 걸쳐진 필름(22)이 일정 속도로 연속적으로 또는 일정한 시간 간격으로 일정량씩 이동한다. 따라서, 레이저 빔(Lb)의 조사에 의하여 증기화하여 TFT 기판(10)면과 마이크로 렌즈 기판(4)과의 사이에 부유한 실리콘 증기 (오염 물질)는 필름(22)면에 부착하고, 마이크로 렌즈(20)면에는 부착하지 않는다. 이 때, 필름(22)은 일정 속도로 연속적으로 또는 일정한 시간 간격으로 일정량씩 이동하고 있기 때문에, 오염 물질이 부착하여 허용 이상으로 더러워진 필름(22)면은 하류쪽으로 이동하여, 마이크로 렌즈 기판(4)의 아래쪽에는 상시 일정 이상의 투과율을 가진 필름(22)면이 존재하게 된다. 따라서, 레이저 빔(Lb)의 투과율은 상시 허용치 이상으로 유지되어, 레이저 어닐링 처리를 적절하게 행할 수 있다. 또한, 실험에 있어서는, 레이저 빔 (Lb)를 1000 쇼트하였을 때, 필름(22)의 투과율이 대략 허용 한계의 약 7%만 저하하는 것이 알려져 있다. 따라서, 예를 들면 레이저 빔(Lb)을 1000 쇼트할 때마다 필름(22)을 한 쌍의 가이드(25) 사이의 거리에 상당하는 양만큼 이동시키면 좋다.

이 때, 송출 릴(23)의 회전축(26)에 연결된 백 텐션용 모터(27)가, 도 4에서 화살표 B로 나타내는 필름(22)의 송출 방향과는 반대 방향의 회전력을 발생시켜, 필름(22)에 송출 방향과는 반대 방향의 장력을 가하고 있다. 따라서, 필름(22)에는 백 텐션이 걸리고, 필름(22)은 한 쌍의 가이드(25) 사이에 펼쳐서 설치된 상태가 된다. 그러나, 상기 한 쌍의 가이드(25) 의 간격은 종래 기술에 있어서의 한 쌍의 롤 사이의 거리에 비하여 훨씬 더 좁게 할 수 있고, 필름(22)에 백 텐션이 걸리더라도 필름(22)의 상기 한 쌍의 가이드(25) 사이의 부분에는 필름(22)의 이동 방향에 평행한 세로 주름의 발생이 억제된다. 따라서, 필름(22)을 투과하여 TFT 기판(10) 위에 조사되는 레이저 빔(Lb)의 조사 패턴 형상은 마스크(3)의 개구(16)와 대략 동일한 형상이 유지되고 TFT 기판(10)의 TFT 형성 영역(9)을 정밀도 좋게 어닐링 처리할 수 있다.

기판 반송 방향의 일련의 어닐링 처리가 종료되면, TFT 기판(10)은 고속으로 스타트 위치까지 되돌아간다. 그 후, 기판 반송 방향과 교차하는 방향으로 일정 거리만큼 스텝 이동되어, 전술한 바와 같이 하여 인접 영역에 대한 어닐링 처리가 실행된다. 그리고, 이것을 반복함으로써, TFT 기판(10) 전면의 어닐링 처리를 실시한다. 또한, 화살표 A 방향의 1회째의 어닐링 처리가 종료되면, TFT 기판(10)을 기판 반송 방향과 교차하는 방향으로 마스크(3)에 대하여 상대적으로 일정 거리만큼 스텝 이동하고, 그 후, 반송 방향을 반전하여 화살표 A와는 반대 방향으로 TFT 기판(10)을 반송하면서, 전술한 바와 같이 하여 인접 영역에 대한 어닐링 처리를 실행하여도 좋다.

상기 어느 경우에도, 예를 들면 기판 반송 방향의 종점 위치에 포토 센서를 설치하고, TFT 기판(10)에 대한 1회째의 어닐링 처리가 종료되면, 필름(22)의 투과율을 측정하여 레이저 빔(Lb)의 허용 쇼트 회수를 어림하여도 좋다. 구체적으로는, 필름(22)의 이동을 정지한 상태에서 기판을 종점 위치까지 반송하면서 1회째의 어닐링 처리를 실행한 후, 필름(22)의 투과율을 계측하여 투과율의 저하량을 산출하고, 1회째의 어닐링 처리 실행시에 있어서의 레이저 빔(Lb)의 쇼트 회수로부터 투과율의 허용 저하량에 대한 허용 쇼트 회수를 어림한다. 그리고, 이후, 레이저 빔(Lb)의 쇼트 회수가 이 어림한 허용 쇼트 회수가 될 때마다 필름(22)을 일정량만큼 스텝 이동시키도록 한다. 이에 의하여, 필름(22)의 스텝 이동의 타이밍을 판단하기 위한 레이저 빔(Lb)의 허용 쇼트 회수가 필름(22)의 투과율의 실측값으로부터 설정되므로, 필름(22)의 투과율을 일정값 이상으로 안정적으로 유지할 수 있고, 어닐링 처리를 상시 적절하게 실행할 수 있다.

또한, 이상의 설명에서는, TFT 기판(10)이 표시장치용 기판인 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 기판은 아몰퍼스 실리콘막을 형성한, 예를 들면 반도체 기판 등 어떤 것이어도 좋다.

1 반송 수단
3 마스크
4 마이크로 렌즈 기판
9 TFT 형성 영역 (피어닐링 영역)
10 TFT 기판
16 개구
20 마이크로 렌즈
22 필름
23 송출 릴
24 권취 릴
25 가이드
Lb 레이저 빔

Claims

기판 위에 형성된 아몰퍼스 실리콘막에 복수의 레이저 빔을 조사하여 어닐링 처리하는 레이저 어닐링 장치로서,
상기 기판 위의 피어닐링 영역의 형상과 서로 유사한 형상의 복수의 개구를 형성한 마스크와,
상기 마스크의 상기 복수의 개구를 각각 통과한 상기 복수의 레이저 빔을, 한 면에 형성한 복수의 마이크로 렌즈를 통하여 상기 기판 위에 모아서 상기 아몰퍼스 실리콘막에 일정한 광에너지를 부여하는 마이크로 렌즈 기판과,
반원주상의 형상을 이루고, 상기 마이크로 렌즈 기판을 사이에 두고 그 양 가장자리부의 위치에 축심을 대략 평행하게 하여 마주보고 배치되며, 정부가 상기 마이크로 렌즈의 정부의 위치보다 상기 기판쪽으로 돌출된 한 쌍의 가이드와,
상기 한 쌍의 가이드 사이에 이동 가능하게 펼쳐서 설치되고 상기 레이저 빔을 투과하는 필름을 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
제1항에 있어서, 상기 마스크를 사이에 두고 한쪽에 상기 필름을 송출하는 송출 릴을 구비하고, 다른 한쪽에 상기 필름을 권취하는 권취 릴을 구비하며, 상기 한 쌍의 가이드 사이를 일정한 백 텐션이 가하여진 상태로 상기 필름을 일정 속도로 연속적으로 또는 일정한 시간 간격으로 일정량씩 통과 가능하게 한 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판을 상기 한 쌍의 가이드의 축심과 교차하는 방향으로 일정 속도로 이동시키는 반송 수단을 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은 표시장치용의 박막 트랜지스터 (이하,「TFT」라고 부른다) 기판으로, 상기 피어닐링 영역은 TFT 형성 영역인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는 상기 마이크로 렌즈의 정부와 상기 필름과의 사이, 또는 상기 필름과 상기 기판과의 사이에 초점을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
일정 형상의 복수의 개구를 형성한 마스크와, 이 마스크의 상기 복수의 개구에 각각 대응시켜 복수의 마이크로 렌즈를 설치한 마이크로 렌즈 기판을 사이에 두고 기판 위에 형성된 아몰퍼스 실리콘막에 복수의 레이저 빔을 조사하여 어닐링 처리하는 레이저 어닐링 방법으로서,
반원주상의 형상을 이루고, 상기 마이크로 렌즈 기판을 사이에 두고 그 양 가장자리부의 위치에 축심을 대략 평행하게 하여 마주보고 배치되며, 정부가 상기 마이크로 렌즈의 정부의 위치보다 상기 기판쪽으로 돌출된 한 쌍의 가이드 사이에 펼쳐서 설치한 상태로, 상기 레이저 빔을 투과하는 필름을 상기 한 쌍의 가이드의 축심과 교차하는 방향으로 이동시키는 단계와,
상기 기판을 상기 마이크로 렌즈 기판과 마주보게 하여 상기 필름의 이동 방향으로 일정 속도로 이동시키는 단계와,
상기 복수의 마이크로 렌즈를 통과하고, 상기 필름을 투과한 복수의 레이저 빔을 상기 기판 위에 모아서, 상기 아몰퍼스 실리콘막에 일정한 광에너지를 부여하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.