JP2007201447A - シリコン結晶化マスクとこれを有するシリコン結晶化装置及びシリコン結晶化方法 - Google Patents

シリコン結晶化マスクとこれを有するシリコン結晶化装置及びシリコン結晶化方法 Download PDF

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Abstract


【課題】レーザビームの照射領域の中心部に発生する核を除去してシリコンの電気的な特性を向上させたシリコン結晶化マスクとこれを有するシリコン結晶化装置及びシリコン結晶化方法を提供する。
【解決手段】シリコン結晶化マスクは、入射光を透過させ、第１方向に沿って並列に配置される複数の第１スリットと、入射光を透過させ、第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して第１方向に沿って並列配置され、第１スリットの間に対応する位置に配置される複数の第２スリットとを有し、第１スリットの第２方向に沿う第１中心線は、第１スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、第２スリットの第２方向に沿う第２中心線は、第２スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、複数の第２スリットは、第２スリットの第２中心線が少なくとも一つの隣接する第１スリットの第１中心線からオフセットされるように位置合わせされる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、シリコン結晶化マスクとこれを有するシリコン結晶化装置及びシリコン結晶化方法に関し、より詳細には、シリコンの電気的な特性を向上させるためのシリコン結晶化マスクとこれを有するシリコン結晶化装置及びシリコン結晶化方法に関する。
従来の液晶表示装置（ＬＣＤ）は、スイッチング素子として非晶質シリコン薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ ＴＦＴ）を用いていたが、近年では高画質の表示品質が求められることに応じて動作速度の速い多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴ）を主に用いられている。特に、電流によって駆動される有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を有する有機発光表示装置において多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴ）が主に用いられる。
多結晶シリコン薄膜トランジスタにおいて多結晶シリコン薄膜を形成する方法は、多結晶シリコン薄膜を直接基板上に形成する方法と、非晶質シリコン薄膜を基板上に形成させた後、非晶質シリコン薄膜を熱処理して多結晶シリコン薄膜を形成する方法などがある。ここで、熱処理による方法は、一般的にレーザによって行われる。
レーザによる熱処理方法を簡単に説明すると、レーザで発生したレーザビームは基板上に照射されて非晶質シリコン薄膜を液体状に溶融させる。溶融したシリコンは、核を中心として成長して優秀な結晶性を有する複数のグレイン（ｇｒａｉｎ）形態に再配列され、その結果、非晶質シリコン薄膜はより高い電気伝導度を有する多結晶シリコン薄膜に変化する。
レーザから発生したレーザビームは、直接基板上に照射してもよいが、一般的にマスクを経由して基板上に照射される。ここで、マスクは、レーザビームを透過する複数のスリットを具備する。マスクを経由して基板上に照射されたレーザビームは、非晶質シリコン薄膜を溶融させる。
レーザビームによって溶融された非晶質シリコン薄膜は、溶融されない固相非晶質シリコン薄膜が成長核として作用して、レーザビームが照射された領域の側端部から中心部に向かって横方向成長する。このような横方向成長を通じて、非晶質シリコン薄膜は前記多結晶シリコン薄膜に変更される。
しかし、横方向成長の途中、レーザビームが照射された領域のうち、中心部から別途の核が発生してそこから成長することがある。特に、マスクのスリットの幅が大きい場合、中心部から核が発生する確率が更に増加する。中心部から発生した核は、多結晶シリコン薄膜において、結晶化不良として作用して、多結晶シリコン薄膜の電気的な特性を低下させるという問題があった。
そこで、本発明は上記従来のシリコン結晶化マスクにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、レーザビームの照射領域の中心部に発生する核を除去してシリコンの電気的な特性を向上させたシリコン結晶化マスクを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記シリコン結晶化マスクを具備したシリコン結晶化装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記シリコン結晶化装置を用いるシリコン結晶化方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明によるシリコン結晶化マスクは、入射光を透過させ、第１方向に沿って並列に配置される複数の第１スリットと、入射光を透過させ、前記第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して前記第１方向に沿って並列配置され、前記第１スリットの間に対応する位置に配置される複数の第２スリットとを有し、前記各々の第１スリットの前記第２方向に沿う第１中心線は、各々の第１スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、前記各々の第２スリットの前記第２方向に沿う第２中心線は、各々の第２スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、前記複数の第２スリットは、各々の第２スリットの第２中心線が少なくとも一つの隣接する第１スリットの第１中心線からオフセットされるように位置合わせされることを特徴とする。
上記目的を達成するためになされた本発明によるシリコン結晶化装置は、レーザビームを発生させるレーザ発振部と、前記レーザビームのうち、一部を透過し他の一部を遮断し、前記透過したレーザビームの一部をアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が形成された基板に照射して、少なくとも一部分の前記アモルファスシリコンを多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）に変換させるシリコン結晶化マスクとを有し、前記シリコン結晶化マスクは、前記レーザビームを透過し、第１方向に沿って並列に配置される複数の第１スリットと、前記レーザビームを透過させ、前記第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して前記第１方向に沿って並列に配置され、前記第１スリットの間に対応する位置に配置される複数の第２スリットを含み、前記各々の第１スリットの前記第２方向に沿う第１中心線は、各々の第１スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、前記各々の第２スリットの前記第２方向に沿う第２中心線は、各々の第２スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、前記各々の第２スリットの第２中心線は、少なくとも一つの隣接する第１スリットの第１中心線からオフセットされることを特徴とする。
上記目的を達成するためになされた本発明によるシリコン結晶化方法は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が形成された基板を準備する段階と、レーザビームをマスクを通じて前記基板の一部領域に照射して、前記アモルファスシリコンの一部を結晶化させる段階と、前記マスクを前記基板に対して相対的に所定間隔に移動させる段階と、前記レーザビームを前記移動したマスクを通じて前記基板の他の一部領域に照射して、前記アモルファスシリコンの他の一部を結晶化させる段階とを有し、前記マスクは、前記レーザビームを透過させ、第１方向に沿って並列に配置された第１スリットと、前記レーザビームを透過させ、前記第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して前記第１方向に沿って並列に配置された第２スリットとを含み、前記各々の第１スリットは、実質的に同一の面積を有するように第１スリットを分ける前記第２方向に沿う第１中心線を有し、前記各々の第２スリットは、実質的に同一の面積を有するように第２スリットを分ける前記第２方向に沿う第２中心線を有し、前記第２スリットの第２中心線は、前記第１スリットの第１中心線からオフセットされることを特徴とする。
本発明に係るシリコン結晶化マスクとこれを有するシリコン結晶化装置及びシリコン結晶化方法によれば、各第２スリットの第２中心線が各第１スリットと重なるように形成することによって、反復的に照射されたレーザビームによって第２中心線に沿って形成された結晶突起及び結晶化不良部を除去することができ、それによって多結晶シリコンの電気的な特性がより向上して表示装置の表示品質をより向上させることができるという効果がある。
次に、本発明に係るシリコン結晶化マスクとこれを有するシリコン結晶化装置及びシリコン結晶化方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
＜シリコン結晶化マスクの第１の実施例＞
図１は、本発明の第１の実施例によるシリコン結晶化装置を示す概略構成図である。
図１を参照すると、本実施例によるシリコン結晶化装置は、レーザ発振部１００、パルス幅拡張部２００、ビーム均一化光学部３００、シリコン結晶化マスク４００、ビーム反射部５００、及びビーム投射部６００を含む。
レーザ発振部１００は、レーザビーム３０を連続にまたは断続に発生させる。レーザ発振部１００は、短波長、高出力及び高効率のレーザビーム３０を発生させるエキシマーレーザであることが望ましい。
エキシマーレーザから発生したレーザビーム３０の波長は、一例として、３００ｎｍ〜３１０ｎｍを有し、望ましくは約３０８ｎｍを有する。レーザビーム３０の周波数は、一例として、３００Ｈｚ〜６０００Ｈｚの範囲を有し、望ましくは約３００Ｈｚを有する。ここで、レーザビーム３０が約３００Ｈｚの周波数を有する場合、レーザビーム３０のパルスは、約３．３３ｍｓごとに反復される。レーザビーム３０のパルス幅は、一例として、約２５ｎｓである。
パルス幅拡張部２００は、レーザ発振部１００と隣接する位置に配置され、レーザ発振部１００で発生したレーザビーム３０のパルス幅をより拡張させる。具体的に説明すると、レーザビーム３０のパルス幅２５ｎｓから２５０ｎｍに１０倍拡張させる。ここで、レーザビーム３０のパルス幅が１０倍に拡張される場合、レーザビーム３０のエネルギー密度は、１０％〜５０％減少する傾向がある。
パルス幅拡張部２００は、一例として、レーザビーム３０を透過及び反射させる複数の光学板を含む。光学板は、透過するレーザビーム３０と反射するレーザビーム３０を所定時間に遅延（ｄｅｌａｙ）させて互いに結合させ、これによってレーザビーム３０のパルス幅がより拡張される。
ビーム均一化光学部３００は、パルス幅拡張部２００と隣接する位置に配置され、パルス幅拡張部２００から出射されたレーザビーム３０の位置によるエネルギ密度の分布を均一化させる。一般的に、レーザビーム３０のパルス一つのエネルギ密度はガウス分布を有するものの、このようなガウス分布を方形波のように実質的にエネルギ密度が均一の分布を有するように変更させる。
ビーム均一化光学部３００は、一例として、レーザビーム３０を複数のサブレーザビームに分割させる複数の分割レンズを含む。分割レンズのそれぞれは、レーザビーム３０を分割して複数のサブレーザビームを発生させ、このようなサブレーザビームを互いに混合してエネルギ密度の分布を均一化する。
シリコン結晶化マスク４００は、ビーム均一化光学部３００から出射されたレーザビーム３０のうち、一部を透過し、他の一部を遮断する。シリコン結晶化マスク４００は、レーザビーム３０のうち、透過した一部をアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が形成された基板７００に照射して、少なくとも一部分のアモルファスシリコンを結晶化させて多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）に変換させる。
ビーム反射部５００は、レーザビーム３０の経路を変更させる。ビーム反射部５００は、第１反射鏡５１０、第２反射鏡５２０、及び第３反射鏡５３０を含む。
第１反射鏡５１０は、ビーム均一化光学部３００とシリコン結晶化マスク４００との間に配置され、ビーム均一化光学部３００から出射されたレーザビーム３０を反射させてシリコン結晶化マスク４００に入射させる。
第２反射鏡５２０は、シリコン結晶化マスク４００の下部に配置され、シリコン結晶化マスク４００を透過したレーザビーム３０を第３反射鏡５３０に反射させる。
第３反射鏡５３０は、第２反射鏡５２０から所定距離、離隔して、第２反射鏡５２０から反射されたレーザビーム３０をビーム投射部６００に反射させる。ここで、第２反射鏡５２０と第３反射鏡５３０との間には、レーザビーム２０の光学特性を向上させるための複数のレンズ（図示せず）及び複数の鏡（図示せず）を配置することができる。
ビーム投射部６００は、第３反射鏡５３０の下部に配置され、第３反射鏡５３０から反射されたレーザビーム３０の大きさを変更して基板７００上に照射する。ビーム投射部６００は、一例として、レーザビーム３０の大きさを１／５に縮小させる。即ち、ビーム投射部６００は、レーザビーム３０の大きさを縮小して基板７００上に照射する。
ここで、基板７００は、ステージ１０上に配置されて支持され、ステージ１０は、基板移送装置（図示せず）によって所定の位置に移動することができる。このように、基板移送装置が基板７００を支持するステージ１０を移送することによって、シリコン結晶化マスク４００は、基板７００に対して相対的に移動することとなり、その結果、シリコン結晶化マスク４００を透過したレーザビーム３０は、基板７００の全領域に照射され、アモルファスシリコンを全て多結晶シリコンに変換させる。
図２は、図１のシリコン結晶化装置によって基板のアモルファスシリコンが結晶化する過程を説明するための概略平面図である。
図２を参照すると、シリコン結晶化マスク４００は、基板７００に対して相対的に上下左右に反復して移動する。即ち、シリコン結晶化マスク４００を通じて基板７００に照射されるレーザビーム３０の位置を上下左右に反復して（例えば、ラスタスキャンパターン）移動させる。
具体的に例を挙げて説明すると、シリコン結晶化マスク４００が基板７００の左側端部から右側端部に所定の間隔を移動しながら、一番目のスキャンが行われる。即ち、一番目のスキャンのとき、シリコン結晶化マスク４００を透過したレーザビーム３０が基板７００の左側端部から右側端部に移動しながら断続に照射される。
一番目のスキャンが終わった後、シリコン結晶化マスク４００がスキャン方向に垂直に所定の間隔、移動する。即ち、基板７００に照射されるレーザビーム３０がスキャン方向に垂直に所定間隔に移動する。
その後、シリコン結晶化マスク４００が基板７００の右側端部から左側端部に所定の間隔に移動しながら、二番目のスキャンが行われる。即ち、二番目のスキャンのとき、シリコン結晶化マスク４００を透過したレーザビーム３０が基板７００の右側端部から左側端部に移動しながら断続に照射される。
二番目のスキャンが終わった後、シリコン結晶化マスク４００がスキャン方向に垂直に所定の間隔、移動する。即ち、基板７００に照射されるレーザビーム３０がスキャン方向に垂直に所定の間隔に再び移動する。
このような方法で、シリコン結晶化マスク４００を透過したレーザビーム３０が基板７００の左側及び右側を往復してｎ回移動することによって、ｎ番目のスキャン（ｎ−ｔｈ ｓｃａｎ）が行われる。ｎ番目のスキャンを通じて、シリコン結晶化マスク４００を透過したレーザビーム３０が基板７００の全ての領域に照射される。その結果、基板７００上に形成されたアモルファスシリコンが全て結晶化され多結晶シリコンに変換される。
図３は、図１のシリコン結晶化装置のうち、シリコン結晶化マスクを示す平面図である。
図３を参照すると、本実施例によるシリコン結晶化マスク４００は、平面から見たとき、レーザビーム３０が透過する透過部４１０及びレーザビーム３０を遮断する遮断部４２０を含む。ここで、シリコン結晶化マスク４００のサイズは約１２５ｍｍ×６ｍｍであることが望ましい。
遮断部４２０は、レーザビーム３０を遮断する金属物質からなり、望ましくはクロム（Ｃｒ）からなる。ここで、透過部４１０は、遮断部４２０が形成されない部分を意味する。
透過部４１０は、レーザビーム３０が透過する複数の第１スリット４１２及び複数の第２スリット４１４を含む。第１スリット４１２は、第１方向に沿って並列に配置される。第２スリット４１４は、第１スリット４１２から第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して第１方向に沿って並列に配置され、第１スリット４１２の間に対応する位置に配置される。または、それぞれの第２スリット４１４は、第１スリット４１２のエンドスリットに近接した位置に配置することができる。
第１スリット４１２及び第２スリット４１４それぞれは、長方形状を有することが望ましいが、これとは違って、結晶成長を誘導しうる他の形状を有することもできる。長方形状は、第１方向に第１長さ（Ｓ１）を有し、第２方向に第２長さ（Ｓ２）を有する。一例として、第１長さ（Ｓ１）は、２５μｍ〜３５μｍの範囲を有し、第２長さ（Ｓ２）は２８００μｍ〜３５００μｍの範囲を有し、望ましくは、第１長さ（Ｓ１）は、約２７．５μｍであり、第２長さ（Ｓ２）は約３０００μｍである。
図４は、図３の「Ａ」部分を拡大した平面図である。図４は、二つの第１スリット４１２と三つの第２スリット４１４を示す。以下、本実施例で、多数の線は第１スリット４１２と第２スリット４１４の相対的な位置を示すための参照番号として用いられるだけであり、前記線が実質的な構造を示すためのものではない（例えば、第１スリット４１２及び第２スリット４１４の物理的な境界を限定するものではない）。
図４を参照すると、第１スリット４１２及び第２スリット４１４それぞれは、長方形状を有する。ここで、第１スリット４１２の間隔（Ｄ）は、２．５μｍ〜１０μｍの範囲を有し、望ましくは７．５μｍである。第２スリット４１４の間隔は、第１スリット４１２の間隔（Ｄ）と同一である。したがって、各第１スリット４１２及び第２スリット４１４を透過して基板７００に照射されるレーザビーム３０の間隔は、第１スリット４１２の間隔（Ｄ）の１／５に縮小されて１．５μｍになる。
第１上端線４１２ａは、第１スリット４１２の上端部に沿って第２方向に延長し、第１方向に延長する第１スリット４１２の角と実質的に直交する。第１下端線４１２ｂは、第１スリット４１２の下端部に沿って第２方向に延長し、第１方向に延長する第１スリット４１２の角と実質的に直交する。各第１スリット４１２の中央には、第１上端線４１２ａ及び第１下端線４１２ｂと平行に第２方向に延長した仮想の第１中心線４１２ｃが形成される。
また、第２上端線４１４ａは、第２スリット４１４の上端部に沿って第２方向に延長され、第１方向に延長した第２スリット４１４の角と実質的に直交する。第２下端線４１４ｂは、第２スリット４１４の下端部に沿って第２方向に延長し、第１方向に延長した第２スリット４１４の角と実質的に直交する。各第２スリット４１４の中央には第２上端線４１４ａ及び第２下端線４１４ｂと平行に第２方向に延長した仮想の第２中心線４１４ｃが形成される。第１中心線４１２ｃと第２中心線４１４ｃは、第１スリット及び第２スリットを実質的に同等の領域に分割する。図示した実施例のように、第１スリット４１２と第２スリット４１４が四角形状である場合、第１中心線４１２ｃ及び第２中心線４１４ｃは、四角形状の短辺を二等分する。
本実施例で、第２中心線４１４ｃは、各スリット４１２の第１上端線４１２ａと第１中心線４１２ｃとの間に形成される。
ここで、互いに近接する第１下端線４１２ｂと第２上端線４１４ａとの間の間隔を第１オーバーラップ間隔（ＬＡ１）と定義し、互いに近接する第１上端線４１２ａと第２中心線４１４ｃとの間隔を第２オーバーラップ間隔（ＬＢ１）と定義する。
本実施例で、第１オーバーラップ間隔ＬＡ１は、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ１）と同一の長さを有する。一例として、第１スリット４１２及び第２スリット４１４の第１長さ（Ｓ１）が約２７．５μｍであり、第１スリット４１２及び第２スリット４１４の第１長さ（Ｓ１）が約２７．５μｍであり、第１スリット４１２及び第２スリット４１４の間隔（Ｄ）が７．５μｍである場合、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ１）及び第２オーバーラップ間隔（ＬＢ１）は、約６．２５μｍである。
図５は、図３のシリコン結晶化マスクを透過したレーザビームが基板に照射され、アモルファスシリコンの一部が結晶化した状態を単純化して示した平面図であり、図６は、図５のＩ−Ｉ’線に沿って見た断面図である。
図５及び図６を参照すると、シリコン結晶化マスク４００を透過したレーザビーム３０は、基板７００に照射されてアモルファスシリコン層７３０の一部を結晶化する。ここで、基板７００は、ベース基板７１０、シリコン保護層７２０、及びアモルファスシリコン層７３０を含む。ベース基板７１０は、一例として、透明なガラスまたは石英からなり、シリコン保護層７２０はアモルファスシリコン層７３０とベース基板７１０との間に形成されてアモルファスシリコン層７３０を保護する。
レーザビーム３０が基板７００に照射されると、アモルファスシリコン層７３０の一部は、溶融されて横方向成長をする。即ち、溶融されたアモルファスシリコン層７３０は、溶融されないアモルファスシリコン層７３０を成長核として横方向に成長しながら結晶化する。横方向成長を通じて結晶化した多結晶シリコン７３２の中央には所定の高さに突出した結晶突起７３４が形成される。結晶突起７３４は、結晶化した多結晶シリコン７３２の長手方向に沿って形成される。
一般的に、溶融されたアモルファスシリコン層７３０が横方向成長をする期間、レーザビーム３０が照射された領域のうち、中心で別途の核が発生する可能性がある。前記核は所定の大きさに成長すると、結晶化した多結晶シリコン７３２内に結晶化不良部７３４ａを形成させる。結晶化不良部７３４ａは、一般的に結晶突起７３４の長手方向に沿って形成される。例えば、結晶化不良部７３４ａは、多結晶シリコン領域に比べて小さい結晶大きさ（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）として特徴づけることができる。
結晶突起７３４及び結晶化不良部７３４ａは、多結晶シリコン７３２の電気的な特性、一例として電気伝導度を低下させる。特に、結晶化不良部７３４ａは、結晶突起７３４に比べて多結晶シリコン７３２の電気的な特性を更に低下させる。
図７は、レーザビームを所定間隔に移動させて基板上に二回照射して、アモルファスシリコンの一部を結晶化した状態を示す平面図であり、図８は、従来のシリコン結晶化マスクを用いてアモルファスシリコンの一部を結晶化した状態を示す平面図である。
図７を参照すると、レーザビーム３０を基板７００に所定距離に移動して反復的に照射することで、結晶突起７３４の一部及び結晶化不良部７３４ａの一部を除去する（例えば、高品質の多結晶になるまで結晶化を反復する）。
具体的に例を挙げて説明すると、まずシリコン結晶化マスク４００を透過したレーザビーム３０を基板７００に１次照射して第１多結晶シリコン（１ＳＨＯＴ）を形成する。ここで、第１多結晶シリコン（１ＳＨＯＴ）の中央には結晶突起７３４及び結晶化不良部７３４ａが形成される。
その後、シリコン結晶化マスク４００を透過したレーザビーム３０を所定間隔に離隔して、基板７００に２次照射する。レーザビーム３０の２次照射によって第２多結晶シリコン（２ＳＨＯＴ）が形成される。ここで、第２中心線４１４ｃは、各第１スリット４１２の第１上端線４１２ａと第１中心線４１２ｃとの間に形成されることによって、２次に照射されたレーザビーム３０が第２中心線４１４ｃに沿って形成された結晶突起７３４及び結晶化不良部７３４ａを再溶融して再結晶化する（図４参照）。それによって、第２中心線４１４ｃに沿って形成された結晶突起７３４及び結晶化不良部７３４ａが（少なくとも一部分は）レーザビーム３０の第２次照射によって除去される。
一方、図８のように、従来のシリコン結晶化マスク４００を用いてレーザビーム３０を基板７００に反復的に照射しても、第２中心線４１４ｃに沿って形成された結晶突起７３４及び結晶化不良部７３４ａは除去されない。なぜなら、従来のシリコン結晶化マスク４００では、各第２スリット４１４の第２中心線４１４ｃが第１スリット４１２の正中央に形成されるためである。
したがって、本実施例のように、第２中心線４１４ｃは、各第１スリット４１２の第１上端線４１２ａと第１中心線４１２ｃとの間に形成されることによって、反復的に照射されたレーザビーム３０によって第２中心線４１４ｃに沿って形成された結晶突起７３４及び結晶化不良部７３４ａを（一部または全部）除去することができる。
＜シリコン結晶化マスクの第２の実施例＞
図９は、本発明の第２の実施例によるシリコン結晶化装置のうち、シリコン結晶化マスクの一部を示した平面図である。本発明の第２の実施例によるシリコン結晶化装置は、シリコン結晶化マスクを除くと、上述した第１の実施例のシリコン結晶化装置と同一の構成を有するので、その重複する説明は省略し、同一の構成要素については同一の参照符号及び名称を用いる。
図９を参照すると、本実施例によるシリコン結晶化マスク４００は、平面的に見たとき、レーザビーム３０が透過する透過部４３０及びレーザビーム３０を遮断する遮断部４２０を含む。ここで、透過部４３０は、遮断部４２０が形成されない部分を示す。
透過部４３０は、レーザビーム３０が透過する複数の第１スリット４３２及び複数の第２スリット４３４を含む。第１スリット４３２は、第１方向に沿って並列に配置される。第２スリット４３４は、第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して第１方向に沿って並列に配列され、第１スリット４３２の間に対応する位置に配置される。
第１スリット４３２及び第２スリット４３４のそれぞれは、長方形状を有する。ここで、第１スリット４３２及び第２スリット４３４の間隔（Ｄ）は、２．５μｍ〜１０μｍの範囲を有し、望ましくは７．５μｍである。
第１上端線４３２ａは、第１スリット４３２の上端部に対応し、第１下端線４３２ｂは、第１スリット４３２の下端部に対応する。図９は、各第１スリット４３２の中央に沿って第２方向に延長し、第１上端線４３２ａと第１下端線４３２ｂとの中間に位置した仮想の第１中心線４３２ｃを示す。また、第２上端線４３４ａは、第２スリット４３４の上端部に対応し、第２下端線４３４ｂは、第２スリット４３４の下端部に対応する。各第２スリット４３４の中央に沿って第２方向に延長し、第２上端線４３４ａと第２下端線４３４ｂとの中間に位置した仮想の第２中心線４３４ｃが図示される。
本実施例で、第２中心線４３４ｃは、第１スリット４３２の第１上端線４３２ａと第１中心線４３２ｃとの間に形成される。
ここで、互いに近接する第１下端線４３２ｂと第２上端線４３４ａとの間の間隔を第１オーバーラップ間隔（ＬＡ２）と定義し、互いに近接する第１上端線４３２ａと第２中心線４３４ｃとの間隔を第２オーバーラップ間隔（ＬＢ２）と定義する。
本実施例で、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ２）は、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ２）より長い長さを有する。一例として、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ２）は、１．６μｍ〜２．９μｍの範囲を有し、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ２）は、０．１μｍ〜１．４μｍの範囲を有する。望ましくは、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ２）が１．６μｍである場合、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ２）は１．４μｍであり、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ２）が２．９μｍである場合、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ２）は０．１μｍである。
ここで、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ２）は、０．１μｍより短くないことが望ましい。第２オーバーラップ間隔（ＬＢ２）は、０．１μｍより短い場合、シリコン結晶化装置の誤差範囲内に入る。したがって、図７のようにレーザビーム３０を反復的に再照射しても、シリコン結晶化装置の特性によって第２中心線４３４ｃに沿って形成された結晶突起７３４及び結晶化不良部７３４ａが除去されない。
＜シリコン結晶化マスクの第３の実施例＞
図１０は、本発明の第３の実施例によるシリコン結晶化装置のうち、シリコン結晶化マスクの一部を示す平面図である。本発明の第３の実施例によるシリコン結晶化装置は、シリコン結晶化マスクを除くと、前述した第１の実施例のシリコン結晶化装置と同一の構成を有するので、その重複する説明は省略し、同一の構成要素に対しては同一の参照符号及び名称を付与する。
図１０を参照すると、本実施例によるシリコン結晶化マスク４００は、平面的に見たとき、レーザビーム３０が透過する透過部４４０及びレーザビーム３０を遮断する遮断部４２０を含む。ここで、透過部４４０は、遮断部４２０が形成されない部分を示す。
透過部４４０は、レーザビーム３０が透過する複数の第１スリット４４２及び複数の第２スリット４４４を含む。第２スリット４４２は、第１方向に沿って並列に配置される。第２スリット４４４は、第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して第１方向に沿って並列配置され、第１スリット４４２の間に対応する位置に配置される。
第１スリット４４２及び第２スリット４４４それぞれは、長方形を有する。ここで、第１スリット４４２及び第２スリット４４４の間隔（Ｄ）は、２．５μｍ〜１０μｍの範囲を有し、望ましくは７．５μｍである。
第１上端線４４２ａは第１スリット４４２の上端部に対応し、第１下端線４４２ｂは第１スリット４４２の下端部に対応する。第１上端線４４２ａと第１下端線４４２ｂは、実質的に第１方向と直交する。第１中心線４４２ｃは、第１スリット４４２の中央に沿って第２方向に延長し、第１上端線４４２ａと第１下端線４４２ｂと中間に位置する。
また、第２上端線４４４ａは、第２スリット４４４の上端部に対応され、第２下端線４４４ｂは、第２スリット４４４の下端部に対応する。第２上端線４４４ａと第２下端線４４４ｂは、第１方向と実質的に直交する。第２中心線４４４ｃは、第２スリット４４４の中央に沿って第２方向に延長し、第２上端線４４４ａと第２下端線４４４ｂとの中間に位置する。
本実施例で、第２中心線４４４ｃは、各第１スリット４４２の第１上端線４４２ａと第１中心線４４２ｃとの間に形成される。
ここで、互いに近接する第１下端線４４２ｂと第２上端線４４４ａとの間隔を第１オーバーラップ間隔（ＬＡ３）と定義し、互いに近接する第１上端線４４２ａと第２中心線４４４ｃとの間隔を第２オーバーラップ間隔（ＬＢ３）と定義する。
本実施例で、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ３）は、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ３）より短い距離を有する。一例として、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ３）は、０．１μｍ〜１．４μｍの範囲を有し、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ３）は、１．６μｍ〜２．９μｍの範囲を有する。望ましくは、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ３）が１．４μｍである場合、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ３）は１．６μｍであり、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ３）が０．１μｍである場合、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ３）は２．９μｍである。
ここで、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ３）は、シリコン結晶化装置が誤差範囲に入らないように０．１μｍより短くないことが望ましい。
＜シリコン結晶化マスクの第４の実施例＞
図１１は、本発明の第４の実施例によるシリコン結晶化装置のうち、シリコン結晶化マスクの一部を示した平面図である。本発明の第４の実施例によるシリコン結晶化装置は、シリコン結晶化マスクを除くと、前述した第１の実施例のシリコン結晶化装置と同一の構成を有するので、その重複する説明は省略し、同一の構成要素に対しては、同一の参照符号及び名称を付与する。
図１１を参照すると、本実施例によるシリコン結晶化マスク４００は、平面的に見たとき、レーザビーム３０が透過される透過部４５０及びレーザビーム３０が遮断される遮断部４２０を含む。ここで、透過部４５０は、遮断部４２０が形成されない部分を示す。
透過部４５０は、レーザビーム３０が透過する複数の第１スリット４５２及び複数の第２スリット４５４を含む。第１スリット４５２は、第１方向に沿って並列に配置される。第２スリット４５４は、第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔され、第１方向に沿って並列に配置され、第１スリット４５２の間に対応する位置に配置される。
第１スリット４５２及び第２スリット４５４それぞれは、長方形状を有する。ここで、第１スリット４５２及び第２スリット４４４の間隔（Ｄ）は、２．５μｍ〜１０μｍの範囲を有し、望ましくは７．５μｍである。
第１上端線４５２ａは、第１スリット４５２の上端部に対応し、第１下端線４５２ｂは第１スリット４５２の下端部に対応する。第１上端線４５２ａと第１下端線４５２ｂは、第１方向と実質的に直交する。第１中心線４５２ｃは、第１スリット４５２の中央に沿って第２方向に延長し、第１上端線４５２ａと第１下端線４５２ｂの中央に位置する。
また、第２上端線４５４ａは、第２スリット４５４の上端部に対応し、第２下端線４５４ｂは前記第２スリット４５４の下端部に対応し、第２上端線４５４ａと第２下端線４５４ｂは、第１方向と実質的に直交する。第２中心線４５４ｃは、第２スリット４５４の中央に沿って第２方向に延長し、第２上端線４５４ａと第２下端線４５４ｂとの中間に位置する。
本実施例で、具体的に第２中心線４５４ｃは、各第１スリット４５２の第１下端線４５２ｂと第１中心線４５２ｃとの間に形成される。
ここで、互いに近接する第１上端線４５２ａと第２下端線４５４ｂとの距離を第１オーバーラップ間隔（ＬＡ４）に定義し、互いに近接する第１下端線４５２ｂと第２中心線４５４ｃとの間隔を第２オーバーラップ間隔（ＬＢ４）に定義する。
本実施例で、第１オーバーラップ間隔（Ｌ４）は、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ４）と同一の長さを有することが望ましい。これと違って、第１オーバーラップ（ＬＡ４）は、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ４）より長い長さを有するか、短い長さを有してもよい。
第１オーバーラップ間隔（ＬＡ４）及び第２オーバーラップ間隔（ＬＢ４）が互いに同一の長さを有する場合、一例として、約６．２５μｍであることが望ましい。
一方、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ４）が第２オーバーラップ間隔（ＬＢ４）より長い長さを有する場合、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ４）は、１．６μｍ〜２．９μｍの範囲を有し、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ４）は、０．１μｍ〜１．４μｍの範囲を有し、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ４）が第２オーバーラップ間隔（ＬＢ４）より短い長さを有する場合、第１オーバーラップ間隔（ＬＡ４）は、０．１μｍ〜１．４μｍの範囲を有し、第２オーバーラップ間隔（ＬＢ４）は１．６μｍ〜２．９μｍの範囲を有する。
尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
本発明の第１実施例によるシリコン結晶化装置を示す概略構成図である。 図１のシリコン結晶化装置によって基板のアモルファスシリコンが結晶化する過程を説明するための平面図である。 図１のシリコン結晶化装置のうち、シリコン結晶化マスクを示す平面図である。 図３の「Ａ」部分を拡大した平面図である。 図３のシリコン結晶化マスクを透過したレーザビームが基板に照射され、アモルファスシリコンの一部が結晶化した状態を単純化して示した平面図である。 図５のＩ−Ｉ’線に沿って見た断面図である。 レーザビームを所定間隔に移動させて基板上に二回照射して、アモルファスシリコンの一部を結晶化した状態を示す平面図である。 従来のシリコン結晶化マスクを用いてアモルファスシリコンの一部を結晶化した状態を示す平面図である。 本発明の第２の実施例によるシリコン結晶化装置のうち、シリコン結晶化マスクの一部を示した平面図である。 本発明の第３の実施例によるシリコン結晶化装置のうち、シリコン結晶化マスクの一部を示す平面図である。 本発明の第４の実施例によるシリコン結晶化装置のうち、シリコン結晶化マスクの一部を示した平面図である。
符号の説明
１０ ステージ
３０ レーザビーム
１００ レーザ発振部
２００ パルス幅拡張部
３００ ビーム均一化光学部
４００ シリコン結晶化マスク
４１０、４３０、４４０ 透過部
４１２、４３２、４４２、４５２ 第１スリット
４１２ａ、４３２ａ、４４２ａ、４５２ａ 第１上端線
４１２ｂ、４３２ｂ、４４２ｂ、４５２ｂ 第１下端線
４１２ｃ、４３２ｃ、４４２ｃ、４５２ｃ 第１中心線
４１４、４３４、４４４、４５４ 第２スリット
４１４ａ、４３４ａ、４４４ａ、４５４ａ 第２上端線
４１４ｂ、４３４ｂ、４４４ｂ、４５４ｂ 第２下端線
４１４ｃ、４３４ｃ、４４４ｃ、４５４ｃ 第２中心線
４２０ 遮断部
５００ ビーム反射部
６００ ビーム投射部
７００ 基板
７１０ ベース基板
７２０ シリコン保護層
７３０ アモルファスシリコン層
７３２ 多結晶シリコン
７３４ 結晶突起
７３４ａ 結晶化不良部

Claims (21)

  1. 入射光を透過させ、第１方向に沿って並列に配置される複数の第１スリットと、
    入射光を透過させ、前記第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して前記第１方向に沿って並列配置され、前記第１スリットの間に対応する位置に配置される複数の第２スリットとを有し、
    前記各々の第１スリットの前記第２方向に沿う第１中心線は、各々の第１スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、
    前記各々の第２スリットの前記第２方向に沿う第２中心線は、各々の第２スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、
    前記複数の第２スリットは、各々の第２スリットの第２中心線が少なくとも一つの隣接する第１スリットの第１中心線からオフセットされるように位置合わせされることを特徴とするシリコン結晶化マスク。
  2. 前記各々の第１及び第２スリットは長方形状を有し、
    前記各々の第１スリットは、前記第２方向に延長された第１上端線に沿う第１上端部と前記第２方向に延長された第１下端線に沿う第１下端部とを含み、
    前記各々の第２スリットは、前記第２方向に延長された第２上端線に沿う第２上端部と前記第２方向に延長された第２下端線に沿う第２下端部とを含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコン結晶化マスク。
  3. 前記第２スリットの前記第２中心線は、第２スリットに隣接する前記第１スリットの第１上端線と第１中心線との間に形成され、
    前記第２スリットに隣接する前記第１スリットの前段第１スリットの第１下端線と第２スリットの第２上端線との間隔は第１オーバーラップ間隔であり、
    前記第１スリットの第１上端線と前記第２スリットの第２中心線との間隔は第２オーバーラップ間隔であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン結晶化マスク。
  4. 前記第１オーバーラップ間隔は、前記第２オーバーラップ間隔と同一であることを特徴とする請求項３に記載のシリコン結晶化マスク。
  5. 前記第１オーバーラップ間隔は、前記第２オーバーラップ距離より長いことを特徴とする請求項３に記載のシリコン結晶化マスク。
  6. 前記第１オーバーラップ間隔は、１．６μｍ〜２．９μｍの範囲を有し、前記第２オーバラップ間隔は、０．１μｍ〜１．４μｍの範囲を有することを特徴とする請求項５に記載のシリコン結晶化マスク。
  7. 前記第１オーバーラップ間隔は、前記第２オーバーラップ間隔より短いことを特徴とする請求項３記載のシリコン結晶化マスク。
  8. 前記第１オーバーラップ間隔は、０．１μｍ〜１．４μｍの範囲を有し、前記第２オーバーラップ間隔は、１．６μｍ〜２．９μｍの範囲を有することを特徴とする請求項７記載のシリコン結晶化マスク。
  9. 前記第２スリットは、第２スリットの第２中心線が第２スリットに隣接する前記第１スリットの第１下端線と第１中心線との間に形成されるように配置され、
    前記第２スリットに隣接する前記第１スリットの次段第１スリットの第１上端線と前記第２スリットの第２下端線との間隔は第１オーバーラップ間隔であり、
    前記第１スリットの第１下端線と前記第２中心線との間隔は第２オーバーラップ間隔であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン結晶化マスク。
  10. 前記第１オーバーラップ間隔は、前記第２オーバーラップ間隔と同一であることを特徴とする請求項９に記載のシリコン結晶化マスク。
  11. 前記第１オーバーラップ間隔は、前記第２オーバーラップ間隔より長いことを特徴とする請求項９に記載のシリコン結晶化マスク。
  12. 前記第１オーバーラップ間隔は、１．６μｍ〜２．９μｍの範囲を有し、前記第２オーバーラップ間隔は、０．１μｍ〜１．４μｍの範囲を有することを特徴とする請求項１１に記載のシリコン結晶化マスク。
  13. 前記第１オーバーラップ間隔は、前記第２オーバーラップ間隔より短いことを特徴とする請求項９に記載のシリコン結晶化マスク。
  14. 前記第１オーバーラップ間隔は、０．１μｍ〜１．４μｍの範囲を有し、前記第２オーバーラップ間隔は、１．６μｍ〜２．９μｍの範囲を有することを特徴とする請求項１３に記載のシリコン結晶化マスク。
  15. 前記各々の第１及び第２スリットは、前記第１方向に第１長さを有し、前記第２方向に第２長さを有し、
    前記各々の第１及び第２スリットの前記第１長さは、２０μｍ〜３５μｍの範囲を有し、前記各々の第１及び第２スリットの前記第２長さは２８００μｍ〜３５００μｍの範囲を有することを特徴とする請求項２に記載のシリコン結晶化マスク。
  16. 前記第１スリット間の隣接間隔及び前記第２スリット間の隣接間隔は、２．５μｍ〜１０μｍの範囲を有することを特徴とする請求項２に記載のシリコン結晶化マスク。
  17. レーザビームを発生させるレーザ発振部と、
    前記レーザビームのうち、一部を透過し他の一部を遮断し、前記透過したレーザビームの一部をアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が形成された基板に照射して、少なくとも一部分の前記アモルファスシリコンを多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）に変換させるシリコン結晶化マスクとを有し、
    前記シリコン結晶化マスクは、前記レーザビームを透過し、第１方向に沿って並列に配置される複数の第１スリットと、
    前記レーザビームを透過させ、前記第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して前記第１方向に沿って並列に配置され、前記第１スリットの間に対応する位置に配置される複数の第２スリットを含み、
    前記各々の第１スリットの前記第２方向に沿う第１中心線は、各々の第１スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、
    前記各々の第２スリットの前記第２方向に沿う第２中心線は、各々の第２スリットを実質的に同一の面積を有する２部分に分け、
    前記各々の第２スリットの第２中心線は、少なくとも一つの隣接する第１スリットの第１中心線からオフセットされることを特徴とするシリコン結晶化装置。
  18. 前記レーザビームのパルス幅を拡張させるパルス幅拡張部と、
    前記レーザビームの位置によるエネルギーの密度分布を均一化するビーム均一化光学部と、
    前記レーザビームの大きさを変更させるビーム投射部とを更に有することを特徴とする請求項１７に記載のシリコン結晶化装置。
  19. 前記レーザビームの方向を変更させるビーム反射部を更に有することを特徴とする請求項１８に記載のシリコン結晶化装置。
  20. アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が形成された基板を準備する段階と、
    レーザビームをマスクを通じて前記基板の一部領域に照射して、前記アモルファスシリコンの一部を結晶化させる段階と、
    前記マスクを前記基板に対して相対的に所定間隔に移動させる段階と、
    前記レーザビームを前記移動したマスクを通じて前記基板の他の一部領域に照射して、前記アモルファスシリコンの他の一部を結晶化させる段階とを有し、
    前記マスクは、前記レーザビームを透過させ、第１方向に沿って並列に配置された第１スリットと、
    前記レーザビームを透過させ、前記第１方向と直交する第２方向に所定距離、離隔して前記第１方向に沿って並列に配置された第２スリットとを含み、
    前記各々の第１スリットは、実質的に同一の面積を有するように第１スリットを分ける前記第２方向に沿う第１中心線を有し、
    前記各々の第２スリットは、実質的に同一の面積を有するように第２スリットを分ける前記第２方向に沿う第２中心線を有し、
    前記第２スリットの第２中心線は、前記第１スリットの第１中心線からオフセットされることを特徴とするシリコン結晶化方法。
  21. 前記アモルファスシリコンが結晶化されて形成された多結晶シリコンの中央には所定の高さで突出した結晶突起が形成され、
    前記結晶突起は、前記レーザビームが再照射されて一部除去されることを特徴とする請求項２０に記載のシリコン結晶化方法。
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