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KR20140143812A - 레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법 - Google Patents

레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법 Download PDF

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KR20140143812A
KR20140143812A KR1020147030252A KR20147030252A KR20140143812A KR 20140143812 A KR20140143812 A KR 20140143812A KR 1020147030252 A KR1020147030252 A KR 1020147030252A KR 20147030252 A KR20147030252 A KR 20147030252A KR 20140143812 A KR20140143812 A KR 20140143812A
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amorphous silicon
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미찌노부 미즈무라
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브이 테크놀로지 씨오. 엘티디
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 아몰퍼스 실리콘막(5)에 레이저 광을 조사하여 어닐 처리하는 레이저 어닐 장치이며, 일정한 펄스 폭을 갖는 일정 파장의 제1 레이저 광 L1을 발생하는 제1 펄스 레이저(6)와, 상기 제1 레이저 광 L1보다도 펄스 폭 및 파장이 긴 제2 레이저 광 L2를 발생하는 제2 펄스 레이저(7)와, 상기 제1 레이저 광 L1과 상기 제2 레이저 광 L2를 동일한 광축에 합성하는 합성 수단(8)과, 상기 제1 및 제2 펄스 레이저(6, 7)에 작용하여 상기 제1 및 제2 레이저 광 L1, L2의 발생 타이밍을 제어하는 제어 수단(3)을 구비하고, 상기 제어 수단(3)은 상기 제1 레이저 광 L1이 상기 제2 레이저 광 L2의 펄스 폭 내의 미리 정해진 타이밍에서 발생하도록 상기 제1 펄스 레이저(6)를 제어하는 것이다.

Description

레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법 {LASER ANNEALING DEVICE AND LASER ANNEALING METHOD}
본 발명은 아몰퍼스 실리콘막에 레이저 광을 조사하여 어닐 처리하는 레이저 어닐 장치에 관한 것으로, 특히 레이저 에너지의 이용 효율을 향상시켜 어닐 처리를 효율적으로 행할 수 있도록 한 레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법에 관한 것이다.
종래의 레이저 어닐 장치는, 기판의 주면에 섬형상으로 형성된 복수의 피어닐막 각각에 간헐적으로 이동하는 레이저 광을 조사하여, 상기 복수의 피어닐막을 원하는 특성을 갖는 막이 되도록 어닐하는 것으로, 스폿 형상의 레이저 광을 피어닐막에 복수회 거듭 조사함으로써 피어닐막을 어닐하도록 되어 있었다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 평9-45632호 공보
그러나, 이와 같은 종래의 어닐 장치에 있어서는, 조사하는 레이저 광은 단일 파장의 자외선 레이저 광이었으므로, 레이저 광의 조사에 의해 예를 들어 아몰퍼스 실리콘막이 용융하면 자외선의 레이저 광의 흡수율이 저하된다는 문제가 있었다. 따라서, 아몰퍼스 실리콘막의 심부까지 용융이 충분히 행하여지지 않아, 폴리실리콘화가 불충분해지는 경우가 있었다.
또한, 1대의 광원 장치에서 발생된 1개의 레이저 광으로부터 스폿 형상의 복수의 레이저 광을 생성하여 피어닐막의 복수 개소를 동시에 어닐 처리할 수 있도록 하고자 한 경우에는, 레이저 광의 조사 에너지가 저하되므로, 레이저 에너지가 보다 큰 대형의 광원 장치가 필요해져, 어닐 장치의 제조 비용이 높아진다는 문제가 있다.
이들 문제에 대해서는, 피어닐막을 레이저 광의 복수 샷에 의해 어닐하는 것도 생각할 수 있지만, 어닐 처리 효율이 저하되어, 어닐 처리 공정의 택트가 길어진다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은, 이러한 문제점에 대처하고, 레이저 에너지의 이용 효율을 향상하여 어닐 처리를 효율적으로 행할 수 있도록 한 레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 레이저 어닐 장치는, 아몰퍼스 실리콘막에 레이저 광을 조사하여 어닐 처리하는 레이저 어닐 장치이며, 일정한 펄스 폭을 갖는 일정 파장의 제1 레이저 광을 발생하는 제1 펄스 레이저와, 상기 제1 레이저 광보다도 펄스 폭 및 파장이 긴 제2 레이저 광을 발생하는 제2 펄스 레이저와, 상기 제1 레이저 광과 상기 제2 레이저 광을 동일한 광축에 합성하는 합성 수단과, 상기 제1 및 제2 펄스 레이저에 작용하여 상기 제1 및 제2 레이저 광의 발생 타이밍을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 제1 레이저 광이 상기 제2 레이저 광의 펄스 폭 내의 미리 정해진 타이밍에서 발생되도록 상기 제1 펄스 레이저를 제어하는 것이다.
이와 같은 구성에 의해, 제어 수단에서 제1 펄스 레이저를 제어하여 일정한 펄스 폭을 갖는 일정 파장의 제1 레이저 광을 발생하고, 제2 펄스 레이저를 제어하여 제1 레이저 광보다도 펄스 폭 및 파장이 긴 제2 레이저 광을 발생하고, 합성 수단으로 제1 레이저 광과 제2 레이저 광을 동일한 광축에 합성하여 아몰퍼스 실리콘막에 제1 및 제2 레이저 광을 조사하여 어닐 처리한다. 이때, 제어 수단에서 제1 레이저 광이 제2 레이저 광의 펄스 폭 내의 미리 정해진 타이밍에서 발생되도록 제1 펄스 레이저를 제어한다.
바람직하게는, 상기 제어 수단은, 상기 제1 펄스 레이저를 제어하여 상기 제1 레이저 광의 발생 타이밍을 상기 제2 레이저 광의 펄스 폭 내에서 조정 가능하게 하는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 상기 제1 펄스 레이저는, 파장이 355㎚ 또는 532㎚인 상기 제1 레이저 광을 발생하고, 상기 제2 펄스 레이저는 파장이 1064㎚인 상기 제2 레이저 광을 발생하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 레이저 어닐 방법은, 일정한 펄스 폭을 갖는 일정 파장의 제1 레이저 광과, 상기 제1 레이저 광보다도 펄스 폭 및 파장이 긴 제2 레이저 광을 동일한 광축에 합성하여 아몰퍼스 실리콘막에 조사하여, 어닐 처리하는 레이저 어닐 방법이며, 상기 제2 레이저 광을 발생하여 상기 아몰퍼스 실리콘막에 조사하는 단계와, 상기 제1 레이저 광을 상기 제2 레이저 광의 펄스 폭 내의 미리 정해진 타이밍에서 발생하여 상기 아몰퍼스 실리콘막에 조사하는 단계를 행하는 것이다.
바람직하게는, 상기 제1 레이저 광은, 파장이 355㎚ 또는 532㎚이고, 상기 제2 레이저 광은 파장이 1064㎚인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 제1 레이저 광의 조사에 의해 아몰퍼스 실리콘막이 용융하여 그 제1 레이저 광의 흡수율이 저하되어도, 그 제1 레이저 광보다도 파장이 긴 제2 레이저 광을 흡수하여 아몰퍼스 실리콘막의 용융이 진행되고, 아몰퍼스 실리콘막을 심부까지 어닐 처리할 수 있다. 따라서, 종래 기술에 있어서의 자외선의 레이저 광만을 사용하는 경우보다도, 레이저 에너지의 이용 효율을 향상시킬 수 있어, 어닐 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 레이저 어닐 장치의 실시 형태를 도시하는 정면도이다.
도 2는 상기 실시 형태에 있어서 사용되는 제2 펄스 레이저의 일 구성예를 도시하는 평면도이다.
도 3은 상기 제2 펄스 레이저에 있어서, Q 스위치의 포켈스 셀의 인가 전압을 제어하여 롱 펄스의 제2 레이저 광의 생성에 대해 도시하는 설명도이고, (a)는 통상의 제어를 나타내는 그래프, (b)는 인가 전압을 점감했을 때의 그래프이다.
도 4는 상기 도 3의 (b)에 있어서 인가 전압의 점감 구배에 1회의 변곡점이 발생하도록 인가 전압을 제어했을 때에 생성되는 레이저 펄스에 대해 나타내는 그래프이다.
도 5는 상기 제2 펄스 레이저에 있어서 사용되는 레이저용 어테뉴에이터의 일 구성예를 도시하는 평면도이다.
도 6은 상기 레이저용 어테뉴에이터에 의한 1펄스의 레이저 광에 있어서의 특정 시간의 에너지가 선택적으로 저감되는 모습을 도시하는 설명도이고, (a)는 저감 전의 상태를 나타내고, (b)는 저감 후의 상태를 나타낸다.
도 7은 상기 실시 형태에 있어서 사용되는 제1 및 제2 레이저 광의 펄스파형 의 일례를 나타내는 설명도이고, (a)는 제1 레이저 광을 나타내고, (b)는 제2 레이저 광을 나타낸다.
도 8은 각종 무기 재료의 파장대 광흡수 계수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 레이저 어닐 방법에 있어서, 어닐 처리를 위해 유효하게 작용하는 레이저 에너지를 도시하는 설명도이고, (a)는 제2 레이저 광의 펄스 폭 내의 소정의 타이밍에서 제1 레이저 광을 발생시킨 경우를 나타내고, (b)는 제1 및 제2 레이저 광을 동시에 발생시킨 경우를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 레이저 어닐 장치의 실시 형태를 도시하는 정면도이다. 이 레이저 어닐 장치는 아몰퍼스 실리콘막에 레이저 광을 조사하여 어닐 처리하는 것으로, 광원 장치(1)와, 조명 장치(2)와, 제어 수단(3)을 구비하고 있다.
상기 광원 장치(1)는 기판(4) 상에 성막된 아몰퍼스 실리콘막(5)을 어닐 처리하기 위한 레이저 광을 생성하는 것이고, 제1 펄스 레이저(6)와, 제2 펄스 레이저(7)와, 합성 수단(8)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 제1 펄스 레이저(6)는, 예를 들어 펄스 폭 W1이 20nsec, 파장 λ1이 355㎚ 또는 532㎚인 제1 레이저 광 L1을 발생하는 것으로, 예를 들어 비선형 광학 결정을 이용하여 파장이 1064㎚인 기본파로부터 파장 변환하여 생성되는 공지의 YAG 레이저이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 제1 레이저 광 L1이 λ1=355㎚인 레이저 광인 경우에 대해 설명한다. 또한, 제1 펄스 레이저(6)는 YAG 레이저에 한정되지 않고, 단파장의 레이저 광을 발생하는 것이라면, 예를 들어 엑시머 레이저 등이어도 되지만, 여기에서는, YAG 레이저의 경우에 대해서 설명한다.
상기 제2 펄스 레이저(7)는 제1 레이저 광 L1보다도 펄스 폭 및 파장이 긴 제2 레이저 광 L2를 발생하는 것으로, 예를 들어 펄스 폭 W2가 350nsec, 파장 λ2가 1064㎚인 레이저 광을 생성하는 YAG 레이저이다. 또한, 제2 펄스 레이저(7)는 YAG 레이저에 한정되지 않고, 장파장의 레이저 광을 발생하는 것이라면, 예를 들어 CO2 레이저 등이어도 되지만, 여기에서는 YAG 레이저인 경우에 대해 설명한다.
보다 상세하게는, 제2 펄스 레이저(7)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 공진기(9)와, 광 증폭기(10)와, 레이저용 어테뉴에이터(11)를 제2 레이저 광 L2의 진행 방향 상류부터 하류를 향해 이 순서대로 배치하여 구비하고 있다.
상기 공진기(9)는 레이저 광을 왕복시켜 정재파를 발생시키는 것이고, 공진기 미러로서의 프론트 미러(12) 및 리어 미러(13) 사이에, 도시를 생략한 플래시 램프에 의해 여기되어 레이저 광을 발생하는 레이저 매질로서의 예를 들어 ND:YAG 로드(14)와, 그 ND:YAG 로드(14)의 후방에 배치되고, 편광 소자로서의 편광 빔 스플리터(15), λ/4 파장판(16) 및 포켈스 셀(17)을 포함하는 Q 스위치(18)를 구비하여 구성되어 있다.
이 경우, 상기 포켈스 셀(17)에 대한 인가 전압은, 별도로 설치한 도시를 생략한 제어부에 의해 점감하도록 제어되고, 제2 레이저 광 L2의 펄스 폭을 확대할 수 있도록 되어 있다.
이에 대해 설명하면 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 포켈스 셀(17)에 대한 인가 전압을 급격하게 끌어 내리는(인하) 통상의 제어에 대해, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 포켈스 셀(17)에 대한 인가 전압을 점감하도록 제어한 경우에는, 펄스 폭이 예를 들어 10ns에서 70ns로 확대된다. 이것은, 공진기(9) 내에서의 발진에 있어서, Q 스위치(18)로부터의 복귀 출력 에너지가 시간축에서 서서히 증가됨과 함께 통상의 에너지보다도 낮으므로, ND:YAG 로드(14) 내의 에너지 취출도 천천히 되고, Q 스위치(18) 내에서의 펄스 발진 시간이 연장되어, 출력되는 펄스 폭이 길어진 것이다.
또한, 포켈스 셀에 대한 인가 전압의 점감 구배에, 도 4에 도시한 바와 같은, 적어도 1회의 변곡점이 발생하도록 인가 전압을 제어하면, 펄스 폭을 더욱 확대할 수 있다. 이와 같이, 포켈스 셀(17)에 대한 인가 전압을 제어함으로써, 펄스 폭 W2가 350nsec인 제2 레이저 광 L2를 생성할 수 있다.
또한, 상기 공진기(9)의 하류에는, 광 증폭기(10)가 설치되어 있다. 이 광 증폭기(10)는 레이저 광의 펄스 에너지를 증폭하여 출력하는 것으로, 예를 들어 ND:YAG 로드가 사용된다.
또한, 상기 광 증폭기(10)의 하류에는, 레이저용 어테뉴에이터(11)가 설치되어 있다. 이 레이저용 어테뉴에이터(11)는, 제2 레이저 광 L2의 에너지를 저감하는 것으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 레이저 광 L2의 광로 상에 크로스니콜 상태로 배치된 편광 소자로서의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터(19A, 19B)와, 그 제1 및 제2 편광 빔 스플리터(19A, 19B) 사이에, 입사하는 직선 편광(예를 들어 P 편광)에 대하여 광학 축이 45°를 이루도록 배치되고, 전압의 인가에 의해 내부를 통과하는 레이저 광의 편광면을 회전시키는 전기 광학 소자로서의 포켈스 셀(20)과, 그 포켈스 셀(20)에 대한 인가 전압값 및 인가 타이밍을 제어하는 제어부(21)를 구비하여 구성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서 사용하는 포켈스 셀(20)은, 일례로서 최대 -3.6㎸의 전압 인가에 의해 λ/4 파장판의 효과를 얻을 수 있는 것으로, 제1 및 제2 포켈스 셀(20A, 20B)을 직렬로 나란히 배치함과 함께 인가 전압을 최대 -3.6㎸로 병렬 제어함으로써, 제1 및 제2 포켈스 셀(20A, 20B)의 조합으로 λ/2 파장판의 효과를 얻을 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 제1 및 제2 포켈스 셀(20A, 20B)의 인가 전압을, 예를 들어 0㎸ 내지 -3.6㎸까지 변화시켰을 때, 레이저용 어테뉴에이터(11)의 광투과율은 0％ 내지 100％까지 변화하게 된다.
또한, 상기 레이저용 어테뉴에이터(11)는, 포켈스 셀(20)의 인가 전압을 시간에 의해 제어함으로써, 1펄스의 레이저 광의 포락선을 이루고, 레이저 에너지를 시간축을 따라 균일하게 할 수 있다. 예를 들어, 레이저용 어테뉴에이터(11)에, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같은 시간 tn 내에 과대한 펄스 에너지를 방출하는 롱 펄스의 제2 레이저 광 L2가 입력되는 경우, 예를 들어 이 펄스 에너지를 50％ 저감하고자 할 때에는, 시간 tn 내의 제1 및 제2 포켈스 셀(20A, 20B)로의 인가 전압을 -1.8㎸로 하고, 시간 tn 경과 후는 -3.6㎸로 제어한다.
이에 의해, 최초의 시간 tn 내에 레이저용 어테뉴에이터(11)를 투과하는 제2 레이저 광 L2의 투과율이 50％로 저감되고, 시간 tn 경과 후는 투과율이 100％로 된다. 따라서, 도 6의 (a)에 도시하는 롱 펄스의 제2 레이저 광 L2는, 최초의 시간 tn 내의 레이저 강도가 50％ 저감되고, 시간 tn 경과 후의 레이저 강도는 원래의 강도가 그대로 유지되게 된다. 그 결과, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 1펄스 내의 레이저 강도가 전체 폭에 걸쳐 대략 일정해진다.
또한, 도 2에 있어서, 부호 22는 편광 빔 스플리터이고, 부호 23은 레이저 빔의 직경을 확장하는 빔 익스팬더이고, 부호 24는 반사 미러이다.
상기 제1 펄스 레이저(6)의 광로와 상기 제2 펄스 레이저(7)의 광로의 합류점에는, 합성 수단(8)이 설치되어 있다. 이 합성 수단(8)은 제1 레이저 광 L1과 제2 레이저 광 L2를 동일한 광축에 합성하는 것이고, 예를 들어 λ1=355㎚인 제1 레이저 광 L1을 투과하고, λ2=1064㎚인 제2 레이저 광 L2를 반사시키는 다이크로익 미러이다.
상기 광원 장치(1)의 하류측에는, 조명 장치(2)가 설치되어 있다. 이 조명 장치(2)는 기판(4) 상의 아몰퍼스 실리콘막(5)의 미리 정해진 피어닐 영역에 레이저 광을 조사시키는 것이고, 레이저 광의 진행 방향 상류로부터 하류를 향해, 제1 플라이아이 렌즈(25)와, 제1 콘덴서 렌즈(26)와, 제2 플라이아이 렌즈(27)와, 빔 스캐너(28)와, 제2 콘덴서 렌즈(29)를 구비하여 구성되어 있다.
상기 제1 플라이아이 렌즈(25)는, 레이저 광의 횡단면 내의 강도 분포를 균일하게 함과 함께, 레이저 광의 광속을 확대하는 빔 익스팬더의 기능을 하는 것이고, 동일 평면내에 복수의 볼록 렌즈를 배치하여 구비한 것이다.
광축상에서 상기 제1 플라이아이 렌즈(25)의 후초점에 전초점을 합치시켜 제1 콘덴서 렌즈(26)가 설치되어 있다. 이 제1 콘덴서 렌즈(26)는, 제1 플라이아이 렌즈(25)를 사출한 후, 발산하는 레이저 광의 광속을 후술하는 제2 플라이아이 렌즈(27)에 입사하도록 조절하기 위한 것이다.
상기 제2 플라이아이 렌즈(27)는 레이저 광의 횡단면 내의 강도 분포를 균일하게 하기 위한 것이고, 동일면 내에 복수의 볼록 렌즈를 배치하여 구비한 1쌍의 렌즈 어레이를 대응하는 볼록 렌즈의 중심축이 합치되도록 대향 배치된 구성으로 되어 있다.
상기 빔 스캐너(28)는, 서로 수직인 방향으로 편향 동작을 행하는 각기둥 형상의 제1 및 제2 전기 광학 결정 소자(30, 31) 및 그 제1 및 제2 전기 광학 결정 소자(30, 31) 사이에 레이저 광의 편광면을 90° 회전하여 제2 전기 광학 결정 소자(31)의 결정 축에 맞추는 λ/2 파장판(32)을 구비하여 구성되어 있고, 제1 및 제2 전기 광학 결정 소자(30, 31)의 광축에 평행한 대향면에 각각 1쌍의 전극(33A, 33B)이 설치되어 있다. 이 경우, 제1 전기 광학 결정 소자(30)의 1쌍의 전극(33A)과 제2 전기 광학 결정 소자(31)의 1쌍의 전극(33B)은 설치 위치가 광축을 중심으로 서로 90도 어긋난 관계를 이루고 있다.
상기 제2 콘덴서 렌즈(29)는 상기 제2 플라이아이 렌즈(27)의 광축상의 후초점 위치에 전초점을 합치시켜 설치되어 있고, 기판(4) 상에 조사하는 레이저 광을 평행광으로 하는 기능을 한다.
상기 광원 장치(1)의 제1 펄스 레이저(6)와, 제2 펄스 레이저(7)에 전기적으로 접속하여 제어 수단(3)이 설치되어 있다. 이 제어 수단(3)은, 제1 및 제2 펄스 레이저(6, 7)에 작용하여 제1 및 제2 레이저 광 L1, L2의 발생 타이밍을 제어하는 것으로, 상세하게는, 제1 레이저 광 L1이 제2 레이저 광 L2의 펄스 폭 W2 내의 미리 정해진 타이밍에서 발생하도록 제1 펄스 레이저(6)를 제어하도록 되어 있다.
보다 상세하게는, 제어 수단(3)은, 제1 펄스 레이저(6)를 제어하여 제1 레이저 광 L1의 발생 타이밍을 제2 레이저 광 L2의 펄스 폭 W2 내에서 조정할 수 있도록 하고 있다. 이에 의해, 아몰퍼스 실리콘막(5)에 조사하는 레이저 광의 조사 에너지를 적절히 조정할 수 있다.
다음에, 이와 같이 구성된 레이저 어닐 장치의 동작에 대해 설명한다.
우선, 표면에 아몰퍼스 실리콘막(5)을 성막한 기판(4)을 상면에 재치한 도시를 생략한 스테이지가, 그 상면에 평행한 면내를 이차원 방향으로 이동되어 기판(4) 상의 피어닐 영역의 중심이 조명 장치(2)의 광축에 합치된다.
다음에, 제2 펄스 레이저(7)의 포켈스 셀(17)의 인가 전압의 점감 구배가 도시를 생략한 제어부에 의해 미리 정해진 점감 구배가 되도록 제어되고, 예를 들어 펄스 폭 W2=350nsec, 파장 λ2=1064㎚인 롱 펄스의 제2 레이저 광 L2가 생성된다.
이 제2 레이저 광 L2는, 후속의 광 증폭기(10)에 의해 일정 레벨까지 증폭된 후, 레이저용 어테뉴에이터(11)의 제1 및 제2 포켈스 셀(20A, 20B)의 인가 전압을 병렬 제어함으로써, 미리 실험에 의해 확인된 어닐 처리에 필요 충분한 에너지 강도까지 저감된다. 또한, 동시에, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 1펄스 내의 레이저 강도가 전체 폭에 걸쳐 대략 일정하게 된다. 그리고, 제2 레이저 광 L2는 합성 수단(8)의 다이크로익 미러에서 반사되어 후단의 조명 장치(2)에 입사된다.
한편, 제어 수단(3)에 의해 제어되어 제1 펄스 레이저(6)가 제2 펄스 레이저(7)의 구동으로부터 일정 시간 지연되어 구동되고, 예를 들어 펄스 폭 W1=20nsec, 파장 λ1=355㎚의, 예를 들어 도 7의 (a)에 도시한 바와 같은 쇼트 펄스의 제1 레이저 광 L1이 생성된다. 그리고, 이 제1 레이저 광 L1은 합성 수단(8)의 다이크로익 미러를 투과하여, 제2 레이저 광 L2와 동일한 광축에 합성되어 조명 장치(2)에 입사된다.
상기 합성된 제1 및 제2 레이저 광 L1, L2는, 조명 장치(2)에 의해 빔 직경이 확대되어, 강도 분포가 균일하게 된 후, 빔 스캐너(28)에 의해 기판(4) 표면 상을 2차원 방향으로 편향되어 조사 위치가 조정된다. 이에 의해, 제1 및 제2 레이저 광 L1, L2가 간섭하는 일 없이 기판(4) 상에 강도 분포가 균일한 레이저 광을 조사할 수 있다. 그 결과, 그 피어닐 영역의 아몰퍼스 실리콘막(5)은 용융 재결정화하여 폴리실리콘에 상변화한다.
여기서, 제1 및 제2 레이저 광 L1, L2에 의한 어닐 처리에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 일반적으로, 실리콘(Si)은 레이저 광의 파장이 길어질수록 광 흡수율이 저하되는 것이 알려져 있다. 따라서, 일반적으로, 아몰퍼스 실리콘막(5)을 어닐 처리하는 경우에는, 광 흡수율이 높은, 예를 들어 파장이 355㎚ 등의 자외선의 레이저 광이 사용되고 있다.
한편, 용융된 실리콘은 자외선의 흡수율이 낮은 것도 알려져 있다. 따라서, 자외선 레이저 광의 조사 에너지가 충분히 높지 않은 경우에는, 자외선 레이저 광의 조사에 의해 아몰퍼스 실리콘막(5)의 표면이 용융되면, 그 후의 자외선 레이저 광의 흡수율이 저하되어 아몰퍼스 실리콘막(5)의 심부까지 충분히 용융시킬 수 없는 경우가 일어날 수 있다. 그로 인해, 아몰퍼스 실리콘막(5)을 심부까지 충분히 폴리실리콘화할 수 없는 경우도 있을 수 있다.
이에 대해, 도 8에 도시한 바와 같이, 장파장의 예를 들어 1064㎚인 레이저 광은 실리콘에 흡수되기 어려우므로, 일반적으로는, 레이저 어닐 처리에 사용되는 경우는 없다. 그러나, 장파장의 레이저 광은 용융된 실리콘에는 흡수되기 쉬워지는 것도 알려져 있다.
따라서, 본 발명에 있어서는, 우선, 단파장의 제1 레이저 광 L1에 의해 아몰퍼스 실리콘막(5)을 용융시킨 후, 장파장의 제2 레이저 광 L2에 의해 아몰퍼스 실리콘막(5)을 심부까지 용융시키도록 한 것이다.
상세하게는, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 레이저 광 L2를 발생시켜아몰퍼스 실리콘막(5)에 조사한 후, 그 제2 레이저 광 L2의 펄스 폭 W2 내에서 일정한 타이밍, 예를 들어 제2 레이저 광 L2의 발생 시각(펄스의 상승 시각)으로부터 t=100nsec 후의 타이밍에서 제1 레이저 광 L1을 발생시킨다. 이 경우, 제1 레이저 광 L1이 조사될 때까지는, 아몰퍼스 실리콘막(5)은 제2 레이저 광 L2를 흡수하지 않으므로, 아몰퍼스 실리콘막(5)은 용융되지 않는다. 그러나, 제1 레이저 광 L1의 조사에 의해, 아몰퍼스 실리콘막(5)이 일단 용융되면, 그 후는 아몰퍼스 실리콘막(5)은 제2 레이저 광 L2를 흡수하여 보다 깊이 용융된다. 이 경우, 제1 및 제2 레이저 광 L1, L2에 있어서, 아몰퍼스 실리콘막(5)의 어닐 처리에 적용되는 에너지는 도 9의 (a)의 사선을 그은 영역의 에너지이다.
본 발명에 있어서는, 제1 레이저 광 L1의 발생 타이밍을 제2 레이저 광 L2의 펄스 폭 W2 내에서 적절히 조정함으로써, 레이저 광의 조사 에너지를 조정할 수 있도록 되어 있다. 예를 들어, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 레이저 광 L2의 발생과 동시에 제1 레이저 광 L1을 발생시킨 경우에는, 아몰퍼스 실리콘막(5)의 어닐 처리에 적용되는 에너지는, 도 9의 (b)의 사선을 그은 영역의 에너지가 되고, 도 9의 (a)에 비해 조사 에너지를 증가시킬 수 있다. 당연히, 그의 반대도 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 아몰퍼스 실리콘막(5) 상의 1개소의 피어닐 영역을 어닐 처리하는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 조명 장치(2)의 제2 콘덴서 렌즈(29)의 광 사출측에, 복수의 피어닐 영역에 대응해 복수의 마이크로렌즈를 배열하여 구비한 마이크로렌즈 어레이를 배치하여, 1개의 합성 레이저 광으로부터 복수의 합성 레이저 광을 생성하여 복수의 피어닐 영역을 동시에 어닐 처리할 수 있도록 해도 된다. 이 경우, 레이저 에너지의 이용 효율이 종래 기술에 비해 높으므로, 사용하는 펄스 레이저는 종래 기술보다도 파워가 작은 것을 적용할 수 있다.
또한, 기판(4)을 상기 마이크로렌즈의 배열 방향과 교차하는 방향으로 일정 속도로 반송하면서, 사전에 촬상 수단에 의해 촬영하여 복수의 피어닐 영역을 검출하여, 그 피어닐 영역이 검출되고 나서 기판(4)이 일정 거리 이동하여 상기 복수의 피어닐 영역이 마이크로렌즈 어레이의 복수의 마이크로렌즈의 바로 아래에 도달했을 때에, 제1 및 제2 레이저 광 L1, L2를 발생시키도록 제1 및 제2 펄스 레이저(6, 7)를 제어해도 된다. 이에 의해, 기판(4)의 반송 방향과 교차하는 방향의 열(列) 형상의 복수의 피어닐 영역을 일괄 어닐 처리함과 함께, 기판 반송 방향으로 차례차례 어닐 처리하여 기판(4)의 전체면에 걸쳐 어닐 처리할 수 있다.
3 : 제어 수단
5 : 아몰퍼스 실리콘막
6 : 제1 펄스 레이저
7 : 제2 펄스 레이저
8 : 합성 수단
L1 : 제1 레이저 광
L2 : 제2 레이저 광

Claims (5)

  1. 아몰퍼스 실리콘막에 레이저 광을 조사하여 어닐 처리하는 레이저 어닐 장치로서,
    일정한 펄스 폭을 갖는 일정 파장의 제1 레이저 광을 발생하는 제1 펄스 레이저와,
    상기 제1 레이저 광보다도 펄스 폭 및 파장이 긴 제2 레이저 광을 발생하는 제2 펄스 레이저와,
    상기 제1 레이저 광과 상기 제2 레이저 광을 동일한 광축에 합성하는 합성 수단과,
    상기 제1 및 제2 펄스 레이저에 작용하여 상기 제1 및 제2 레이저 광의 발생 타이밍을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 제1 레이저 광이 상기 제2 레이저 광의 펄스 폭 내의 미리 정해진 타이밍에서 발생하도록 상기 제1 펄스 레이저를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 제1 펄스 레이저를 제어하여 상기 제1 레이저 광의 발생 타이밍을 상기 제2 레이저 광의 펄스폭 내에서 조정 가능하게 한 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 펄스 레이저는 파장이 355㎚ 또는 532㎚인 상기 제1 레이저 광을 발생하고,
    상기 제2 펄스 레이저는, 파장이 1064㎚인 상기 제2 레이저 광을 발생하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  4. 일정한 펄스 폭을 갖는 일정 파장의 제1 레이저 광과, 상기 제1 레이저 광보다도 펄스 폭 및 파장이 긴 제2 레이저 광을 동일한 광축에 합성하여 아몰퍼스 실리콘막에 조사하여, 어닐 처리하는 레이저 어닐 방법으로서,
    상기 제2 레이저 광을 발생하여 상기 아몰퍼스 실리콘막에 조사하는 단계와,
    상기 제1 레이저 광을 상기 제2 레이저 광의 펄스폭 내의 미리 정해진 타이밍에서 발생하여 상기 아몰퍼스 실리콘막에 조사하는 단계를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 레이저 광은 파장이 355㎚ 또는 532㎚이고,
    상기 제2 레이저 광은 파장이 1064㎚인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
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