專利名稱：平面顯示裝置的制造裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用將激光照射在絕緣基板上形成的半導體膜上，進行膜質量的改善或晶粒的擴大或模擬單晶化而形成的薄膜晶體管構成的平面顯示裝置的制造裝置。
背景技術：
現在，液晶顯示裝置或有機EL顯示裝置，利用在玻璃或熔融石英等基板上的非晶硅膜形成的薄膜晶體管開關形成圖像。如果在該基板上能同時形成驅動像素晶體管的驅動電路，則能期待制造成本的急劇降低及可靠性的提高。
可是，目前由于形成晶體管的活性層的硅膜的結晶性劣化，以遷移率為代表的薄膜晶體管的性能低，難以制作要求高速高功能的電路。為了制作這些高速高功能的電路，就需要遷移率高的薄膜晶體管，為了實現這一點，有必要改善硅薄膜的結晶性。
作為該結晶性改善的方法，迄今采用受激準分子激光退火方法。該方法是將受激準分子激光照射在玻璃等絕緣基板上形成的非晶硅膜(遷移率為1cm2/Vs以下)上，將非晶硅膜變成多晶硅膜，來改善遷移率。通過照射受激準分子激光獲得的多晶體膜的晶粒直徑為數百nm左右，遷移率為150cm2/Vs左右，對于驅動像素的薄膜晶體管來說，具有足夠的性能，但為了適用于構成需要使驅動顯示面板的驅動電路等高速工作的電路的薄膜晶體管，性能還是不足。另外，以下也將薄膜晶體管簡稱為晶體管。
另外，在晶界形成數10nm～100nm的突起成為晶體管的耐壓下降的原因。另外，還有下列缺點由于受激準分子激光在脈沖之間的能量的離散大，所以工藝容限窄，由于使用有毒氣體，所以設備成本大，另外由于需要定期地更換高價的振蕩管，所以運輸成本極大等。
作為解決這些問題的方法，在專利文獻1中公開了這樣的內容利用EO調制器(電光學元件)，以任意的時間幅度將脈沖化了的連續(xù)振蕩固體激光的第二高次諧波會聚成線狀，在硅薄膜上掃描，進行激光照射的方法，促使硅的熔融時間延長、冷卻速度降低，謀求晶粒的增大。
在上述現有技術中，在玻璃基板上形成的非晶硅薄膜上，進行LD(激光二極管)激勵連續(xù)振蕩固體激光的第二高次諧波掃描，使晶體沿激光的掃描方向生長，能獲得超過500cm2/Vs的遷移率。所獲得的多晶膜不發(fā)生突起，如果能獲得具有該程度的遷移率的硅薄膜，則能形成性能充分的驅動電路，能實現所謂系統(tǒng)在面板上(system-on-panel)。
日本專利申請?zhí)亻_2003-124136號公報[專利文獻2]日本專利申請?zhí)亻_2003-53578號公報[專利文獻3]日本專利申請?zhí)亻_平11-283933號公報發(fā)明內容由激光振蕩器進行振蕩的激光，其空間強度分布屬于高斯函數型。因此，利用激光照射進行硅薄膜的質量改善時，如果將激光的空間強度分布仍然為高斯函數型的激光照射在硅薄膜上，則由于照射區(qū)域中心部和端部的熔融時間不同，所以生成了結晶性不均勻的硅膜，不能獲得所希望的性能的硅膜。即，采用任何激光整形方法，都需要使照射激光的空間強度分布均勻，或者整形成所希望的形狀。
LD激勵固體激光的相干長度非常長，即相干性非常強。因此，象現在低溫多晶硅批量生產技術中采用的受激準分子激光的整形光學系統(tǒng)那樣，如果應用多波段陣列等光束分割方式的激光整形方法，則激光分割時發(fā)生的衍射、激光重疊時產生的干涉的影響出現分布，所以照射硅膜時整形成良好的分布是非常困難的。因此，作為固體激光的激光整形光學元件，最好采用由衍射光學元件、鮑威爾透鏡這樣的單體構成的光學元件。
可是，在該方法中存在應解決的以下課題。即，象上述衍射光學元件、鮑威爾透鏡那樣，利用由單體元件對激光的空間強度分布進行整形方式的光學元件，獲得所希望的強度分布時，與在光學元件設計中設定了入射激光的空間強度分布和光束直徑的入射條件嚴格地一致，而且使激光對激光整形光學元件的入射位置象設計中決定的規(guī)定的位置那樣一致，成為非常重要的要素。這些要素中，缺少任意一個，激光也會偏離所希望的分布。
批量生產裝置以長時間工作為前提，所以存在許多如下重要因素振蕩器內的共振器的調整的偏離、激光介質的熱變形或光學系統(tǒng)的劣化等、以及激光強度的分布、光軸、光束直徑隨時間的變化，所以應抑制由這些因素引起的激光特性的變化，必須采取充分的對策。照射在硅膜上的激光的強度分布偏離所希望的分布意味著所形成的硅膜的結晶性不均勻。
在用上述晶體膜作成TFT及平面顯示裝置的情況下，由于結晶性不均勻，所以不能組成性能充分的晶體管，成為電路工作不良和畫面亮度不均勻的原因，結果存在產品合格率下降的問題。為了解決這樣的問題，設計出了各種激光變化控制機構。
例如，在專利文獻2中，提出了測定、推斷光束剖面，根據與基準剖面之間的偏移，對放大器的透鏡的相對位置進行反饋控制的方法?？墒?，該發(fā)明只是使激光光束直徑變化的技術，所以不能解決上述的空間強度分布的形狀變化的問題。
另外，專利文獻3公開了為了消除受激準分子激光器的氣體更換時、或透射窗更換時產生的光軸偏移引起的照射能量強度的變化，驅動一個反射鏡進行調整，使強度分布達到最佳的技術?？墒?，該技術由于使用一個反射鏡進行光軸調整，所以不可能使入射激光和均化器的相對角度、位置等返回所希望的位置，所以不能根本上解決光軸偏移。
本發(fā)明的目的在于改善上述的問題，提供一種在長時間工作中使激光的空間強度分布、光束直徑、光軸經常保持所希望的狀態(tài)，穩(wěn)定地形成性能均勻的硅晶膜的平面顯示裝置的制造裝置，提高平面顯示裝置的制造裝置的合格率。
為了達到上述目的，本發(fā)明的一種平面顯示裝置的制造裝置，用將激光照射在絕緣基板上形成的硅膜上進行膜質量的改善而形成的薄膜晶體管構成平面顯示裝置，其特征在于包括將照射在上述硅膜上的上述激光的強度分布調整成所希望的強度分布的激光強度分布整形單元；用來使入射到上述激光強度分布整形單元中的激光強度分布保持為規(guī)定的強度分布的強度分布保持單元；檢測入射到上述激光強度分布整形單元中的激光的空間強度分布的激光空間強度分布檢測單元；對所取得的空間強度分布信號進行處理，抽出光束直徑形狀和光束直徑的信息的處理單元；用來根據用上述處理單元取得的信息，將上述光束直徑控制為規(guī)定的數值的光束直徑控制單元；用來檢測入射到上述激光強度分布整形單元中的激光的光軸偏移的光軸偏移檢測單元；以及用來將入射到上述激光強度分布整形單元中的激光的光軸控制為規(guī)定的光軸的光軸控制單元。
如果采用實現這樣的方法的本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置，則能穩(wěn)定地使具有所希望的空間強度分布的激光照射在硅薄膜上，能以較高的合格率形成有均勻的結晶性的硅薄膜。
如果采用本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置，則通過經常監(jiān)視使干涉性過高的固體激光入射到激光整形光學元件中的激光、或由激光整形光學元件整形后的激光的強度分布，用非常靈敏的固體激光整形光學元件對光束直徑的不規(guī)則變化進行硅膜的改質時，能保證照射的激光的均勻性，而且能減少不良面板。


從下面結合附圖的描述，可以很容易了解本發(fā)明的上述及其他特點、目的和優(yōu)點。附圖中圖1是表示作為本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例1的激光退火裝置的簡略結構的斜視圖。
圖2是表示用本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例1照射線狀激光，形成模擬單晶前后的硅膜的狀態(tài)的平面圖。
圖3是說明通過用本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例1照射激光，進行硅膜的結晶的工序的斜視圖。
圖4是表示通過改變射向衍射光學元件的激光的入射路徑而整形了的激光強度分布變化的形態(tài)的平面圖。
圖5是表示通過改變射向鮑威爾透鏡的激光的入射路徑而整形了的激光強度分布變化的形態(tài)的平面圖。
圖6是表示用本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例1照射不均勻的空間強度分布被整形了的激光，進行硅膜的結晶化時形成的晶體狀態(tài)的平面圖。
圖7是表示通過改變入射到衍射光學元件的激光的空間強度分布而整形了的激光強度分布變化的形態(tài)的平面圖。
圖8是表示通過改變入射到衍射光學元件的激光的光束直徑而整形了的激光強度分布變化的形態(tài)的平面圖。
圖9是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例1中進行入射到激光整形光學元件的激光的空間強度分布和光束直徑修正的工序的一例的斜視圖。
圖10是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中進行激光整形光學元件的入射位置的修正的工序的一例的斜視圖。
圖11是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中進行激光整形光學元件的入射位置的修正的工序的一例的斜視圖。
圖12是在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中，將用分布測定器進行了多點檢測的激光積分強度作為各檢測位置的函數，繪成曲線進行表示的圖。
圖13是表示在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中由于激光入射到激光整形光學元件的位置發(fā)生偏移，激光整形強度分布變得不均勻的形態(tài)的一例的斜視圖。
圖14是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中進行入射到激光整形光學元件的位置的修正的工序的一例的斜視圖。
圖15是在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中用分布測定器進行了多點檢測的激光積分強度作為各檢測位置的函數，繪成曲線進行表示的圖。
圖16是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例3中進行入射到激光整形光學元件的位置的修正的工序的一例的斜視圖。
具體實施例方式
以下，參照實施例的附圖，詳細說明本發(fā)明的實施形態(tài)。
圖1是表示作為本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例1的激光退火裝置的簡略結構的斜視圖。包括下列部分激光源采用LD激勵連續(xù)振蕩固體激光器1；調整振蕩的連續(xù)波激光3的輸出用的ND濾波器2；調制時間用的EO調制器4；經常穩(wěn)定地調整成同一空間強度分布、光束直徑的激光用的空間濾波器及光束放大器5；分支出一部分激光用的激光分支機構6；測量分支出來的激光的空間強度分布的光束分布測定器7；處理用分布測定器7測定的空間強度分布信號，抽出光束直徑和空間強度分布信號，進行與基準值的比較的信號處理部8；根據該信號處理結果，驅動光束放大器的驅動器9；具有驅動機構11、13的光軸調整用反射鏡10及12；光軸調整用的虹彩光圈14；激光整形光學元件15；將輸出的激光分支出一部分用的激光分支機構16；檢測分支出來的激光的空間強度分布用的激光空間強度分布檢測機構17；對用該檢測機構17檢測的信號進行對應于需要的處理的信號處理部18；對驅動機構11、13進行驅動的驅動器19；放置硅薄膜的玻璃基板20；放置基板的臺21；檢測臺21的位置用的線性編碼器(也稱為線性標度盤)22；對線性編碼器22發(fā)生的脈沖信號計數，每隔預先設定的脈沖數，將控制信號發(fā)送給驅動EO調制器4用的驅動器24的控制裝置23；測定由整形光學元件15整形的激光的空間強度分布用的光束分布測定器25；對由分布測定器25測定的空間強度分布和基準強度分布進行比較的信號處理裝置26；以及對驅動機構13進行驅動的驅動器27等。
激光振蕩器1采用發(fā)生紫外或可見波長的連續(xù)振蕩光的振蕩器，特別是根據輸出的大小、輸出的穩(wěn)定性等，激光二極管激勵YVO4激光器或激光二極管激勵YAG激光器的二次諧波(波長532nm)為最佳?？墒?，不限定于此，可以使用氬激光器、YVO4或YAG激光器的三次或四次諧波、用光纖耦合的多個半導體激光器等。
除了EO調制器4以外，還能使用AO(音響光學)調制器。但是，一般說來AO調制器與EO調制器相比，雖然存在驅動頻率低、衍射效率為70％～80％稍低的缺點，但能使用。這樣，通過使用EO調制器4或AO調制器等調制器，在從激光振蕩器1經常輸出激光的狀態(tài)下，能在任意時刻(或位置)開始照射被照射部，并經過任意的輸出變化，在任意時刻結束照射。即，能進行任意的時間調制。
圖2是表示用本發(fā)明的平面顯示裝置的實施例1，照射線狀激光，形成模擬單晶前后的硅膜的狀態(tài)的平面圖。這里說明了使進行了時間調制的激光照射在硅膜上時硅膜的變化、形成的多晶薄膜的形狀和性能。如圖2(a)所示，使會聚成線狀的激光28相對于基板上形成的硅薄膜29(在此情況下，起始試樣也可以是非晶硅薄膜、多晶硅薄膜中的任意一種)掃描，進行結晶化。
在被照射了線狀激光28的硅薄膜熔融、再凝固的過程中，如圖2(b)所示，晶粒沿激光掃描方向、即沿橫向生長，在激光照射結束的地方晶體生長結束。用該橫向生長晶體30形成晶體管時，如果設定得相對于沿激光掃描方向生長的晶粒平行地形成源區(qū)31·漏區(qū)32·溝道區(qū)33，則能形成晶界不橫斷溝道33內的晶體管，能獲得與在遷移率、閾值電壓離散的面上用單晶形成的晶體管近似的性能，以下將沿前面所述的激光掃描方向生長的橫向生長多晶體30稱為模擬單晶。
其次，說明使用上述的制造裝置時的顯示裝置的制造工序的一個實施例。圖3是說明用本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例1，通過照射激光進行硅膜的結晶化的工序的斜視圖。圖3(a)中代表性地示出了由大型基板制造的多個面板(構成平面顯示裝置的面板(顯示面板)、通常形成數十～數百個面板)中相鄰的兩個面板。這里，作為面板的試樣，使用在玻璃基板的一個主面上通過絕緣體薄膜形成了非晶硅薄膜的基板。在各面板上形成顯示區(qū)(像素區(qū))、掃描線驅動電路區(qū)、以及信號線驅動電路區(qū)。在本實施例中，示出了在上述顯示區(qū)中形成用多晶薄膜構成柵的像素晶體管、在信號線驅動電路區(qū)、掃描線驅動電路區(qū)中形成用模擬單晶構成柵的能高速驅動的晶體管的例。另外，在本實施例中，雖然示出了只使上述三個區(qū)多晶化，形成晶體管的例子，但除了上述三個區(qū)以外，也可以形成設置稱為D/A變換器的電路用的區(qū)。
如圖3(a)所示，將形成了非晶硅薄膜150的大型基板151放置在臺(圖中未示出)上，使受激準分子激光152沿箭頭所示的方向掃描，通過沿基板全部表面照射在非晶硅薄膜150上，變換成多晶硅薄膜153。其次，如圖3(b)所示，用EO調制器一邊進行時間調制，一邊使會聚成線狀的固體激光154相對于用箭頭表示的方向進行掃描，有選擇地只在所希望的區(qū)域155、156中形成信號線驅動電路形成時必要的性能的模擬單晶。另外，一般通過移動基板進行掃描，但也可以移動激光。
如果在基板全部表面上，信號線驅動電路區(qū)的結晶化結束，則使基板旋轉90度，如圖3(c)所示，為了形成掃描線驅動電路，照射進行了時間調制的線狀激光157，有選擇地只在所希望的區(qū)域158、159中形成模擬單晶。在此情況下，也可以從臺上暫時排除基板，旋轉后再次使基板返回臺上進行退火，還可以通過旋轉光學系統(tǒng)，使激光旋轉90度。另外，雖然說明了進行掃描時，以一定周期、或者以任意的周期，反復進行激光的通斷，進行照射的例子，但也可以一直以導通狀態(tài)進行激光掃描。
這樣反復進行掃描，使面板內的掃描線驅動電路區(qū)158、159全部模擬單晶化，照射結束。
另外，在本實施例中，雖然說明了將激光的能量密度設定為形成模擬單晶的能量密度，進行結晶化的例子，但在掃描線驅動電路區(qū)中所要求的晶體是多晶的情況下，也可以將能量密度設定為適合于形成多晶粒的能量密度，進行結晶化。另外，由照射受激準分子激光進行的多晶化和由照射固體激光進行的有選擇的模擬單晶化工序，就受激準分子激光器和固體激光器來說，既可以分別在不同的退火室中作為另外的工序進行，也可以將來自受激準分子激光光學系統(tǒng)和固體激光光學系統(tǒng)的激光引導到一個退火室中進行。
反復進行以上的工作，對基板全部表面進行掃描，結束退火。由此，基板151內的各面板，其像素部的遷移率為150cm2/Vs左右的多晶硅膜，在掃描線驅動電路區(qū)及信號線驅動電路區(qū)(也包括其他外圍電路區(qū)中，被變換成遷移率為300～400cm2/Vs的多晶硅(模擬單晶硅)膜。以上是關于制造工序的實施例的說明。
照射在硅膜上的激光3利用激光整形光學元件15形成為線狀(或矩形)光束。通常，來自氣體激光振蕩器或固體激光振蕩器的輸出光束通常呈圓形，具有高斯形的能量分布，所以不能直接用于本發(fā)明的激光退火。如果振蕩器輸出充分大，則通過使光束直徑充分大，從比較均勻的中心部分切出必要的形狀，就能獲得任意形狀的大致均勻的能量分布，但光束的周邊部分被舍去能量的大部分被浪費掉。
為了解決該缺點，將高斯形的分布變換成均勻的分布，而利用激光整形光學元件15。將鮑威爾透鏡和柱面透鏡組合在激光整形光學元件15中的部件，使用了衍射形光學元件等，有各種形式的部件，但如果是能會聚成線狀，而且能實現縱向均勻的、或適合于退火的能量分布的部件，那么使用什么樣的部件都可以。橫向分布均勻也好，高斯分布也好。另外，為了提高仍保持用激光整形光學元件15整形的激光3的強度分布的能量密度，也可以在激光整形光學元件15和玻璃基板之間插入物鏡(圖中未示出)，使所希望的強度分布的投影縮小。
這里，用圖說明在入射到衍射光學元件、稱為鮑威爾透鏡的激光整形光學元件中的激光的入射位置偏離了規(guī)定位置的情況下，由整形激光強度分布及激光照射形成的多晶硅薄膜受到的影響。
圖4是表示由于激光對衍射光學元件的入射路徑變化而導致整形的激光強度分布變化的形態(tài)的平面圖。圖4(a)是表示激光對衍射光學元件的入射位置為理想情況下的激光強度分布圖。衍射光學元件36是這樣設計的具有高斯函數型的強度分布的激光入射到元件中心時，在光投射面上形成均勻分布。入射激光37呈高斯函數型強度分布38，而且激光的中心位置、傳播方向相對于光軸39一致。
該情況下的光軸39，意味著通過衍射光學元件36的中心位置后沿相對于衍射光學元件表面垂直的方向延伸的軸。即衍射光學元件36的中心和激光37的中心一致。在這樣的狀態(tài)下，入射了激光37時，光投射面40上的整形激光強度分布41如所設計的那樣呈均勻的分布。可是如圖4(b)所示，在入射激光43的傳播方向相對于通過衍射光學元件42的中心的光軸45偏移了的情況下，或者在衍射光學元件42的入射面上的入射位置偏移了的情況下，光投射面46上的整形激光強度分布47被破壞而呈不均勻分布。
圖5是表示由于激光對衍射光學元件的入射路徑變化而導致整形的激光強度分布變化的形態(tài)的平面圖，示出了入射到鮑威爾透鏡上的激光的入射位置偏離規(guī)定位置的情況。圖5(a)是表示激光對鮑威爾透鏡的入射位置為理想情況下的激光強度分布圖。鮑威爾透鏡48是這樣設計的具有高斯函數型的強度分布的激光入射到元件中心時，光投射面上形成均勻分布。入射激光49呈高斯函數型強度分布50，而且激光的中心位置、傳播方向相對于光軸51一致。該情況下的光軸51，意味著通過鮑威爾透鏡48的中心位置后沿相對于衍射光學元件表面垂直的方向延伸的軸。即鮑威爾透鏡48的中心和激光49的中心一致。
在這樣的狀態(tài)下入射了激光49時，光投射面52上的整形激光強度分布53如所設計的那樣呈均勻的分布?？墒?，如圖5(b)所示，在入射激光55的傳播方向相對于通過鮑威爾透鏡54的中心的光軸57偏移了的情況下，或者在鮑威爾透鏡54的入射面上的入射位置偏移了的情況下，光投射面58上的整形激光強度分布59被破壞而呈不均勻分布。
圖6是表示使用本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例1，照射對不均勻的空間強度分布進行了整形的激光，進行了硅膜的結晶化時形成的晶體的狀態(tài)的平面圖，示出了使具有上述不均勻整形激光強度分布的47、59的激光照射在硅膜上，進行了結晶化時形成的晶體的形態(tài)。使具有會聚成線狀的不均勻強度分布的激光(圖中未示出)相對于基板上形成的硅薄膜130(在此情況下，起始試樣也可以是非晶硅薄膜、多晶硅薄膜中的任意一種)掃描，進行結晶化。
照射了線狀激光的硅膜的熔融時間與照射激光的強度分布的高低有關，如果照射高強度激光，則伴隨硅膜的熔融時間的延長，形成促進了橫向生長的晶體131。反之，如果照射低強度激光，則熔融時間短，不能充分地促進橫向生長，形成粒徑小的晶體132。如果用晶體131、132，相對于溝道133、134沿激光掃描方向生長的晶粒平行地形成晶體管，則在用晶體131形成的晶體管的溝道133內不存在晶界，所以能獲得高遷移率，但在用晶體132形成的晶體管的溝道134內，幾個晶界橫斷溝道內電流方向，所以發(fā)生遷移率、閾值電壓的特性離散這樣的不良現象。
另外，用圖7、圖8說明在入射到衍射光學元件、稱為鮑威爾透鏡的激光整形光學元件中的激光的強度分布、光束直徑偏離了規(guī)定的值的情況下，整形激光強度分布受到的影響。圖7是表示通過改變入射到衍射光學元件的激光的空間強度分布而整形了的激光強度分布變化的形態(tài)的平面圖。另外，圖8是表示通過改變入射到衍射光學元件的激光的光束直徑而整形了的激光強度分布變化的形態(tài)的平面圖。
圖7(a)是表示激光對衍射光學元件的入射強度分布與衍射光學元件設計時假定的強度分布一致時的整形激光強度分布圖。衍射光學元件81是這樣設計的具有高斯函數型的強度分布的激光入射到元件中心時，在光投射面上形成均勻分布。入射激光82呈高斯函數型強度分布83，而且激光的中心位置、傳播方向相對于光軸84一致。該情況下的光軸84，意味著通過衍射光學元件81的中心位置后沿相對于衍射光學元件表面垂直的方向延伸的軸。即，衍射光學元件81的中心和激光82的中心一致。
在這樣的狀態(tài)下，入射了激光82時，光投射面85上的整形激光強度分布86如所設計的那樣呈均勻的分布?？墒侨鐖D7(b)所示，在入射到衍射光學元件87的中心的激光88的強度分布隨著時間的推移而偏移了規(guī)定的分布，變成90所示的分布的情況下，光投射面92上的整形激光強度分布93被破壞而呈不均勻分布。另外，89表示光軸。
圖8(a)是表示對衍射光學元件入射的激光的光束直徑與衍射光學元件設計時假定的激光的光束直徑一致時的整形激光強度分布圖。衍射光學元件111是這樣設計的具有高斯函數型的強度分布的激光入射到元件中心時，在光投射面上形成均勻分布。入射激光112呈高斯函數型強度分布113，而且激光的中心位置、傳播方向相對于光軸114一致。該情況下的光軸114，意味著通過衍射光學元件111的中心位置后沿相對于衍射光學元件111表面垂直的方向延伸的軸。即，衍射光學元件111的中心和激光112的中心一致。
在這樣的狀態(tài)下，入射了激光112時，光投射面115上的整形激光強度分布116如所設計的那樣呈均勻的分布。可是，如圖8(b)所示，在入射到衍射光學元件117的中心的激光118的光束直徑由于某種原因，高斯函數型119的光束直徑偏離了規(guī)定的數值，而變成了120的情況下，光投射面122上的整形激光強度分布123被破壞而呈不均勻分布。
如上所述，衍射光學元件、稱為鮑威爾透鏡的激光整形光學元件，與用多個透鏡分割成多條激光，在某一光透射面上使分割的激光重合的所謂的多透鏡陣列方式的整形光學系統(tǒng)，其性質顯著不同。用單體進行激光整形的光學元件的設計，通常，嚴格地假定強度分布、激光的元件入射位置，進行精密地決定元件上的各單元中的衍射效率、透鏡的曲率、厚度的參數的工作，決定元件形狀。入射的激光的相對強度分布即使稍微破壞了設計中使用的形狀、即使稍微偏離了入射的位置，各單元中的衍射效率的變化、聚光情況的變化會很大。
即，在試著將激光整形為所設計的形狀的情況下，只是入射位置、強度分布形狀、光束直徑與設計值一致的激光被整形為所希望的分布。因此，在用該激光整形光學元件進行激光照射，獲得了性能穩(wěn)定的硅膜的情況下，存在必須設置在裝置工作中經常穩(wěn)定地保持激光強度分布的機構的課題。在適合于實施本發(fā)明的顯示裝置的制造方法的激光退火裝置中，為了解決以上的問題，具有以下所示的機構。以下，一邊進行圖示一邊詳細地說明其形態(tài)。
在圖1中，用具有空間濾波器的光束放大器5、具有使入射到激光整形光學元件15中的激光的入射位置保持一定用的驅動機構11的反射鏡10、以及具有驅動機構13的反射鏡12，使入射到激光整形光學元件15中的激光的強度分布經常保持一定。上述放大器5有調整激光空間強度分布的機構，上述反射鏡10、12有調整激光對激光整形光學元件15的入射位置的(即調整激光的光軸的)機構。
首先，作為本發(fā)明的實施例，一邊按照圖9一邊對激光的強度分布偏離了規(guī)定的形狀、光束直徑情況下的檢測方法及調整方法進行說明。圖9是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例1中進行入射到激光整形光學元件的激光的空間強度分布和光束直徑修正的工序的一例的平面圖。如圖9(a)所示，具有空間濾波器的光束放大器5由兩個凸透鏡97、103、以及穿通了直徑為數微米左右的孔的金屬板98構成。凸透鏡103被保持在由步進電動機驅動的透鏡保持機構(圖中未示出)上，如箭頭所示，沿著平行于光軸的方向，相對于光軸108移動。
光束放大器5呈這樣的結構用一個凸透鏡103接受用另一個凸透鏡暫時會聚的激光108的所謂開普勒型放大器·準直儀結構，有沿著光軸的方向平行地改變凸透鏡之間的相對距離，調整光束直徑的機構。另外，作為空間濾波器將開孔的金屬板98配置在凸透鏡焦點位置上。
如圖9(b)所示，由金屬板98構成的空間濾波器有這樣的機構由于激光振蕩器的激勵光學系統(tǒng)隨時間的推移而發(fā)生的變化、位置偏移、激光棒的熱變形等主要原因，在入射的激光除了基本模式外，還包括高次模式，或包括空間噪聲，或從原來的高斯函數型強度分布96變化成破壞了的形狀95的情況下，由凸透鏡97會聚的激光分量中，只使焦點位置最集中的分量、即基本模式分量101通過，焦點位置的其他不同的光、即其他模式分量或空間噪聲99、100被阻斷。經常插入空間濾波器(金屬板98)，能使入射到激光整形光學元件中的激光經常保持基本模式的高斯函數型強度分布。這里用的空間濾波器的形狀可以是孔徑固定的形狀，也可以是能同時調整激光的空間模式和激光輸出功率這樣的孔徑可變的可變光圈形狀。
圖1中，利用配置在光軸上的分光器和玻璃板等將一部分激光分支出來的機構6，將通過了光束放大器5的激光分支出一部分，用分布測定器7測定分支分量。根據需要，上述測定值利用檢測信號處理部8進行A/D變換，進行高斯調整等處理，抽出光束強度分布的形狀、光束直徑信息。然后，與預先登錄的規(guī)定的形狀(高斯函數型)、數值(標準化強度的1/e2的光束直徑)進行比較，計算光束直徑的規(guī)定值的差分。上述差分(光束直徑的變化)達到了某一閾值以上時，為了使差分接近零，從信號處理部8將脈沖信號發(fā)送給安裝了凸透鏡103的透鏡保持·驅動機構，使步進電動機進行驅動，改變放大器的放大率，進行光束直徑調整。
這樣，調整放大器的放大率，直至出射激光110的光束直徑返回規(guī)定的值為止，在返回了的時刻結束調整。在本實施例中，入射到光束放大器5中的激光107(圖9(a))的光束直徑與有規(guī)定的光束直徑的高斯函數型強度分布96進行比較，示出了放大了的情況的例。當然，在光束直徑窄的情況下也能采用同樣的調整方法。另外，在上述實施例中，雖然示出了構成光束放大器的兩個凸透鏡中，使下游側的凸透鏡103具有驅動機構的例，但也可以使上游側的凸透鏡97具有驅動機構，進行光束直徑調整。但，在驅動上游側的凸透鏡97的情況下，為了改變透鏡97和空間濾波器98的相對距離，空間濾波器98也有必要安裝在驅動機構上，保持與透鏡的相對距離。
另外，附加這樣的機構在信號處理部8的處理中，通過調整處理將空間強度分布的形狀作為數學式抽出時，在算出的數學式偏離了高斯函數規(guī)定的值以上的情況下，發(fā)出通知該情況的報警，根據情況的不同，使工作中斷。
另外，在本實施例中，雖然示出了測定在光束放大器之后立即分支出來的激光的強度分布的例子，但檢測激光的場所也可以在入射到激光整形光學元件15之前。在此情況下，由于能測定靠近實際的入射激光的狀態(tài)的空間強度分布，所以能進行精度更好的調整。另外，也可以在進行了上述光束直徑調整后，根據需要，用配置在基板臺21上的光束分布測定器25測定整形激光的空間強度分布，將其結果反饋給放大器5，對透鏡103的配置進行微調整。以上，是關于本發(fā)明的實施例1的對激光進行分支，該激光的強度分布偏離了規(guī)定的形狀、光束直徑的情況下的檢測方法及調整方法的說明。
其次，作為本發(fā)明的實施例2，說明檢測入射到激光整形光學元件中的激光的入射位置的偏移，修正成規(guī)定的入射位置的機構。首先，用圖10進行本發(fā)明的概要、結構的說明，用圖11至圖15詳細說明使用本實施例的入射位置修正機構的修正方法。
圖10是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中進行激光整形光學元件的入射位置的修正的工序的一例的斜視圖，是表示圖1所示的平面顯示裝置的制造裝置內，相當于本實施例的激光照射位置調整機構及照射光學系統(tǒng)的簡略結構圖。本調整機構至少由兩個光軸調整用反射鏡201、203；接受脈沖信號、驅動反射鏡201、203的驅動機構202、204；虹彩光圈205(可變光圈)和分光器209；光束分布測定器210；對由光束分布測定器210檢測的信號進行處理的信號處理部(圖中未示出)；以及根據處理的信號將脈沖信號發(fā)送給反射鏡驅動機構的反射鏡驅動機構驅動器(圖中未示出)構成，如圖10所示，是相對于激光整形光學元件207、臺211配置上述要素而構成的機構。
在激光光軸相對于規(guī)定的光軸200偏移了的情況下，將光軸的偏移作為光束分布測定器210的受光面上的激光照射位置的偏移檢測，根據需要對檢測結果進行信號處理，根據其結果對光軸調整反射鏡201、203進行反饋控制，修正成規(guī)定的光軸200。具有驅動機構202的反射鏡201和具有驅動機構204的反射鏡203能就至少任意的一個軸(以下稱X軸)和垂直于X軸的軸(以下稱Y軸)這樣的兩個軸調整光軸。按照規(guī)定光軸200傳播的激光在反射鏡201、203的表面上反射，通過了虹彩光圈205(可變光圈)的孔的中心后，相對于激光整形光學元件207的表面垂直地入射到元件的中心點208上。
配置在光軸200上的虹彩光圈205的孔徑是可變的，除了調整時以外，相對于光束直徑能將孔開放得足夠大。另外，激光整形光學元件207配置得使整形激光212恰好適合于在臺210上進行退火所希望的空間強度分布。另外，激光整形光學元件207具有由保持和驅動機構(圖中未示出)支撐，調整時能離開光軸移動，調整結束后準確地返回到規(guī)定位置的機構。
在激光整形光學元件207和臺211之間，相對于光軸呈45度角配置分光器209，以便將激光分支出一部分，測量分支的激光的強度分布。分支的激光213用能進行檢測的分光器210檢測激光強度分布，作為二維空間信息。這里，將通過了虹彩光圈205的中心206和激光整形光學元件207的中心208的激光212在臺211上的坐標規(guī)定為基準坐標(X0、Y0)，將用分光器209分支的激光213在分布測定器210上的坐標規(guī)定為基準坐標(X0’、Y0’)。
虹彩光圈205的中心206、激光整形光學元件207的中心208、以及臺211上的基準坐標(X0、Y0)全部存在于同一個光軸上，另外虹彩光圈205的中心206、激光整形光學元件207的中心208、以及分布測定器210上的基準坐標(X0’、Y0’)通過分光器209后也全部存在于同一個光軸上。另外，上述坐標(X0、Y0)和(X0’、Y0’)將分光器209夾在中間，等效地配置各要素。
即，通過使分光器209和臺211之間的距離與分光器209和分布測定器210的受光面之間的距離等效地配置分光器209、分布測定器210，能用分布測定器210觀察臺上的基準坐標(X0、Y0)中的激光的空間強度分布。在分光器209、分布測定器210被固定，而激光光軸200偏離了規(guī)定的方向的情況下，相對于基準坐標(X0’、Y0’)的偏移，在分布測定器210上能作為激光照射位置在基準坐標(X0’、Y0’)中的偏移被檢測出來，所以為了使分布測定器210上的照射位置返回基準坐標，通過調整反射鏡的傾斜度，能使光軸返回規(guī)定的狀態(tài)。
其次，具體地說明將發(fā)生了偏移的光軸修正到原來的狀態(tài)的工序。圖11是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中進行激光整形光學元件的入射位置的修正的工序的一例的斜視圖，表示激光光軸偏離了理想的光軸時的激光光軸調整的一個工序。另外，圖12是在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中，將用分布測定器進行了多點檢測的激光積分強度作為各檢測位置的函數，繪成曲線用曲線表示的圖，圖13是表示在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中由于激光入射到激光整形光學元件的位置發(fā)生偏移，激光整形強度分布變得不均勻的形態(tài)的一例的斜視圖。然后，圖14是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中進行激光整形光學元件的入射位置的修正的工序的一例的斜視圖，圖15是在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例2中用分布測定器，將多個點檢測的激光積分強度作為各檢測位置的函數，繪成曲線用曲線表示的圖。
如圖11所示，圖10所示的光軸200變成光軸200’。其結果，如圖13所示，基板臺上的激光照射位置從基準坐標(X0、Y0)變成偏離到(X1、Y1)的狀態(tài)。在基準坐標(X0、Y0)中，雖然形成了適合于退火的空間強度分布218，但在照射位置偏離到(X1、Y1)的情況下，不只是照射位置坐標偏移，而且強度不均勻，形成了不適合退火的空間強度分布219?；氐焦廨S調整工序，X軸、Y軸獨立地進行光軸調整。
在本實施例中，雖然詳細地說明X軸的調整工序，省略Y軸的調整工序，但對任意的軸來說，以下說明的調整方法基本上都適用。首先，從光軸上移動激光整形光學元件207。其次將虹彩光圈205的孔相對于光束直徑設定得充分小。其次從驅動器將信號發(fā)送給反射鏡201得驅動機構202，使反射鏡旋轉，改變光軸，以便激光在臺210上沿X軸方向掃描。
另外，這時將反射鏡203看作是固定的。在此情況下，激光200’在虹彩光圈205上沿一個軸方向移動(激光200’橫切光圈205的孔)。用光圈205切出的一部分激光200’利用分光器209進行分支，用分布測定器210檢測。分布測定器210受光面上的激光晃動時與光圈上的激光的晃動有關，對應于反射鏡201的變動，光軸變化成光軸214、215、216時，在分布測定器210上激光也沿一個軸方向掃描。
這時，激光的強度分布呈高斯函數形狀，用虹彩光圈205切出的激光的積分強度在激光的中心與虹彩光圈205的中心206一致時、即激光光軸與光軸216一致時達到最大，如果進行左右掃描，則積分強度按照高斯函數減少。利用該現象算出照射位置離開基準坐標的偏移。每一次掃描時用分布測定器210測量用虹彩光圈205切出的激光的積分強度，如果繪成曲線作為分布測定器210受光面上的檢測位置函數，則如圖12所示能獲得峰值平緩的曲線217。
根據需要，通過調整等處理，抽出該曲線的中心位置X2’的坐標，算出與基準坐標X0’的差分，在該差分為規(guī)定值以上的情況下，如圖14所示，反饋給驅動反射鏡203的驅動機構204，沿著使差分減少的方向旋轉反射鏡203。然后再旋轉反射鏡202，使激光在虹彩光圈205上掃描，用分布測定器210進行激光的檢測，與上述相同，算出將激光積分強度作為照射位置坐標的函數繪成的曲線的中心坐標和基準坐標的差分。
反復進行該工序，直至差分收斂到規(guī)定值以下為止，如圖15所示，進行光軸調整，直至曲線220的極大值和基準坐標X0’收斂在規(guī)定的值以內為止，在收斂在規(guī)定的值以內的時刻，結束X軸方向的光軸調整。其次，對Y軸也進行與上述同樣的光軸調整，返回到規(guī)定的基準坐標Y0’為止。最后，使虹彩光圈205的孔徑相對于峰值直徑開放成充分大的孔，使激光整形光學元件207返回規(guī)定的位置，激光光軸200’在反射鏡203以后通過虹彩光圈205的中心206，對激光整形光學元件207表面垂直入射，而且通過了中心208的整形激光返回照射在臺210的基準坐標(X0、Y0)上的狀態(tài)。
另外，進行了上述光軸調整后，也可以根據需要，將配置在臺上的分布測定器25驅動到基準坐標為止，測定整形激光的空間強度分布，在信號處理部中處理其結果，反饋給反射鏡203，進行光軸的微調整。另外，在本實施例中雖然將用分布測定器檢測的激光的積分強度作為信號用，但除此以外也可以將分布測定器上的峰值強度作為信號用，還可以將用虹彩光圈切出的激光的相對強度、或相對能量作為分布測定器受光面上的位置函數，如果是能繪成曲線的方法，那么采用什么樣的方法都可以。另外，在本實施例中雖然示出了使用CCD型的光束分布測定器作為檢測光軸偏移用的檢測機構的例，但除此以外，如果是使刀刃或矩形狹縫在功率計上掃描，測定光束形狀的類型的光束分布測定器等，能將激光照射位置作為二維空間信息檢測的機構，那么用什么樣的檢測機構進行都可以。
其次，作為與上述不同的實施例，說明用與上述不同的方法檢測對激光整形光學元件入射的激光的入射位置偏移，修正成規(guī)定的入射位置的機構。圖16是說明在本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置的實施例3中進行激光整形光學元件的入射位置的修正的工序的一例的斜視圖，是表示本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置內，相對于本實施例的激光照射位置調整機構及照射光學系統(tǒng)的簡略結構圖。
本實施例的激光照射位置調整機構至少由兩個光軸調整用反射鏡251、253；接受脈沖信號、驅動反射鏡251、253的驅動機構252、254；至少兩個虹彩光圈255、256(可變光圈)；分光器259；光束分布測定器或光電二極管這樣的激光強度檢測機構260；對由該檢測機構260檢測的信號進行處理的信號處理部(圖中未示出)；以及根據處理的信號將脈沖信號發(fā)送給反射鏡驅動機構的反射鏡驅動機構驅動器(圖中未示出)構成，如圖16所示，是相對于激光整形光學元件257、臺261配置上述要素構成的機構。
在激光光軸相對于規(guī)定的光軸250偏移了的情況下，將光軸的偏移作為通過虹彩光圈255、256照射在光強度檢測機構260的受光面上的激光的積分強度的振幅變化檢測，根據需要對檢測結果進行信號處理，根據其結果對光軸調整反射鏡251、253進行反饋控制，修正成規(guī)定的光軸。首先，將由保持和驅動機構(圖中未示出)支撐的激光整形光學元件257驅動到光軸以外。其次，將虹彩光圈255、256設定得相對于光束直徑充分地小，用光束分布測定器等光強度檢測機構260檢測通過的機構強度信號。
此后，在檢測信號處理部(圖中未示出)中，對光強度信號進行A/D變換等處理，算出信號的電平。對該計算值和預先登錄的信號電平(預先調整光軸、虹彩光圈的配置，使通過虹彩光圈255、256的光量達到最大)進行比較，在比規(guī)定的值低的情況下進行光軸的調整。以下按順序說明光軸調整。與上述實施例相同，就至少任意的一個軸(以下稱X軸)和垂直于X軸的軸(以下稱Y軸)這樣的兩個軸獨立地進行調整，返回規(guī)定的光軸。如圖16所示，進行兩個反射鏡251、253的傾斜度的調整。
從驅動器(圖中未示出)將信號發(fā)送給反射鏡251的驅動機構252，使激光軸變化。另外，這時反射鏡253被看作是固定的。在此情況下，激光250在虹彩光圈255上沿一個軸方向移動(激光250橫切光圈255的孔)。用光圈255切出的一部分激光250再利用虹彩光圈256切出，用分光器259只將通過了兩個虹彩光圈255、256的激光分支出一部分，用強度檢測機構260進行檢測。強度檢測機構260受光面上的激光晃動時與光圈上的激光的晃動有關，對應于反射鏡251的變動，如果激光沿X方向掃描，則在強度檢測機構260上激光也沿一個軸方向掃描。
這時，激光的強度分布呈高斯函數形狀，用虹彩光圈205切出的激光的積分強度在掃描中的某一點具有峰值，如果使激光在該點左右掃描，則積分強度按照高斯函數減少。利用該現象調整反射鏡的傾斜度，以便積分強度達到峰值。然后使反射鏡253旋轉，使激光沿X軸方向掃描，對反射鏡253的傾斜度進行反饋控制，以便激光積分強度達到最大。
反復進行上述的工序，直至在X軸方向上積分強度達到最大為止，結束X軸方向的光軸調整。然后關于Y軸方向，對反射鏡251、253的傾斜度進行反饋控制，直至積分強度達到最大為止，達到了最大時，結束Y軸方向的光軸調整。最后將虹彩光圈255、256的孔徑開放，使其相對于光束直徑變得充分大，使激光整形光學元件257返回規(guī)定的位置，本實施例的光軸調整結束。另外，進行了上述光軸調整后，也可以根據需要，將配置在臺上的分布測定器25驅動到基準坐標處，測定整形激光的空間強度分布，在信號處理部中對該結果進行處理，反饋給反射鏡253，進行光軸的微調整。
如上所述，如果采用本發(fā)明的平面顯示裝置的制造裝置，則能經常測定激光強度分布、激光的光束直徑、光軸的偏移，且由于設有檢測到了這些值隨時間變化時能自動地返回規(guī)定的狀態(tài)的進行反饋的機構，所以能提高生產率，降低制造成本。
雖然本說明書只就幾個實施方式進行了描述和說明，但應該理解，在不脫離由后附的權利要求的范圍的情況下可進行各種改變和修改。因此，我們并不想用此處所描述和示出的細節(jié)限制本發(fā)明，而是力求在后附的權利要求的范圍內覆蓋所有的這類改變和修改。
權利要求
1.一種平面顯示裝置的制造裝置，用將激光照射在絕緣基板上形成的硅膜上進行膜質量的改善而形成的薄膜晶體管構成平面顯示裝置，其特征在于包括將照射在上述硅膜上的上述激光的強度分布調整成所希望的強度分布的激光強度分布整形單元；用來使入射到上述激光強度分布整形單元中的激光強度分布保持為規(guī)定的強度分布的強度分布保持單元；檢測入射到上述激光強度分布整形單元中的激光的空間強度分布的激光空間強度分布檢測單元；對所取得的空間強度分布信號進行處理，抽出光束直徑形狀和光束直徑的信息的處理單元；用來根據用上述處理單元取得的信息，將上述光束直徑控制為規(guī)定的數值的光束直徑控制單元；用來檢測入射到上述激光強度分布整形單元中的激光的光軸偏移的光軸偏移檢測單元；以及用來將入射到上述激光強度分布整形單元中的激光的光軸控制為規(guī)定的光軸的光軸控制單元。
2.根據權利要求1所述的平面顯示裝置的制造裝置，其特征在于上述激光強度分布保持單元包括兩個凸透鏡、以及配置在用上述凸透鏡聚焦的上述激光的聚光點上的一個空間濾波器，通過使上述聚焦激光通過上述空間濾波器，將空間噪聲除去。
3.根據權利要求1所述的平面顯示裝置的制造裝置，其特征在于上述光束直徑控制單元由上述激光強度分布整形單元中使用的兩個凸透鏡、以及沿光軸方向驅動上述凸透鏡的驅動單元構成。
4.根據權利要求1所述的平面顯示裝置的制造裝置，其特征在于上述光軸控制單元包括至少具有兩個驅動機構的反射鏡、以及至少一個孔的直徑可變的虹彩光圈。
5.根據權利要求1所述的平面顯示裝置的制造裝置，其特征在于作為上述激光，使用連續(xù)振蕩固體激光、或時間調制的連續(xù)振蕩固體激光、或脈沖振蕩固體激光中的任一種。
全文摘要
提供一種平面顯示裝置的制造裝置。設有一直測定激光的空間強度分布及光軸的偏移的機構，入射到激光整形光學元件上的入射激光偏離了規(guī)定的條件時，對測定的信號進行處理，根據該處理結果，利用配置在光軸上的被插入構成光束放大器的透鏡的焦點位置的空間濾波器，使入射到激光整形光學元件上的激光的光束形狀、光束直徑、入射位置一直保持預定的條件。因此，能在構成平面顯示裝置的顯示面板的絕緣基板上，以高合格率穩(wěn)定地形成有均勻的結晶性的硅薄膜。
文檔編號H01L21/84GK1649082SQ20041009833
公開日2005年8月3日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權日2004年1月30日
發(fā)明者矢崎秋夫, 本鄉(xiāng)幹雄, 波多野睦子, 野田剛史 申請人:株式會社日立顯示器