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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