JP5593182B2 - 逐次的横方向結晶化方法 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザマスクに関し、より詳しくは、非晶質シリコンを結晶化するレーザマスク及びこれを利用した逐次的横方向結晶化方法に関する。
表示装置は、画像を表示する装置であって、最近、有機発光表示装置(organiclight emitting diode display)が注目されている。
有機発光表示装置は、自発光特性を有し、液晶表示装置(liquid crystal displayay device)とは異なって別途の光源を要しないので、厚みと重量とを減らすことができる。また、有機発光表示装置は、低い消費電力、高い輝度、及び高い反応速度などの高品位特性を表す。
有機発光表示装置は、複数の薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)を含み、薄膜トランジスタを構成する構成要素のうち、アクティブ層(active layer)は、ポリシリコン(polysilicon)で構成される。
一般に、ポリシリコンは、非晶質シリコンから結晶化された複数のシリコン結晶粒で構成され、隣接するシリコン結晶粒間の界面が電流の流れの障害要素として作用する。特に、ポリシリコンを構成する複数のシリコン結晶粒のそれぞれの大きさが小さい場合、電流の流れの障害要素として作用する隣接するシリコン結晶粒間の界面がより多くなるという問題点があった。
最近、このような問題点を改善するために、ポリシリコンを構成するシリコン結晶粒が液状シリコンと固相シリコンの境界面で垂直方向に成長するという事実を利用して、シリコン結晶粒の大きさを大きくすることができる逐次的横方向結晶化(sequential lateral solidification、SLS)技術が開発された。
このような、逐次的横方向結晶化技術は、レーザマスクを通じて非晶質シリコンに照射されるレーザビームのエネルギーの大きさ、照射範囲、及び移動距離を適切に調節して、シリコン結晶粒を所定の長さ程度に側面成長させることにより、非晶質シリコンを単結晶シリコンに近いように結晶化させることができる。
つまり、逐次的横方向結晶化技術は、レーザマスクを通じて非晶質シリコンにレーザビームを照射して非晶質シリコンを結晶化させる技術である。このとき、使用されるレーザマスクは、レーザビームが透過する光透過部、及びレーザビームが遮断される光遮断部を含む。
しかし、レーザ装置から発振されてレーザマスクを通じて非晶質シリコンに照射されたレーザビームが非晶質シリコンから反射され、この反射されたレーザビームが再びレーザマスクから再反射されて、非晶質シリコン上の所望しない位置に連続的に再照射されることにより、非晶質シリコン上の所望しない位置に不良性結晶化が生じるという問題点があった。つまり、レーザマスクを通ったレーザビームが、レーザマスク及び非晶質シリコンの反射によって相殺、干渉、及び補償されて、非晶質シリコンに結晶化差が発生する問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、非晶質シリコンに結晶化差が発生することが抑制されるレーザマスク、及びこれを利用した逐次的横方向結晶化方法を提供することにある。
本発明の第1側面は、光透過部、及び光透過部を介在して相互離隔する光遮断部を含むマスク基板と、光遮断部に対応してマスク基板に位置し、凹凸形状を有する凹凸部とを含むレーザマスクを提供する。
マスク基板は、第1面、及び第1面と対向する第2面を含むベース基板をさらに含み、光遮断部は、ベース基板の第1面及び第2面のいずれか一つ以上の上に位置することができる。
光遮断部は、ベース基板の第1面上に位置する第1サブ遮断部、及び第2面上に位置する第2サブ遮断部を含み、凹凸部は、第1サブ遮断部に対応する第1サブ凹凸部、及び第2サブ遮断部に対応する第2サブ凹凸部を含むことができる。
光遮断部はクロム(Cr)を含むことができる。
凹凸部はクロムを含むことができる。
凹凸部は光遮断部と一体に形成することができる。
光遮断部は耐熱樹脂を含むことができる。
第1サブ凹凸部及び第2サブ凹凸部のいずれか一つは均一な凹凸形状を有し、他の一つは不均一な凹凸形状を有することができる。
第1サブ凹凸部及び第2サブ凹凸部は均一な凹凸形状を有することができる。
第1サブ凹凸部及び第2サブ凹凸部は不均一な凹凸形状を有することができる。
ベース基板は石英(quartz)を含むことができる。
レーザマスクは逐次的横方向結晶化方法に用いられることができる。
また、本発明の第2の側面は、絶縁基板上に非晶質シリコン層を形成する段階と、光透過部、及び光透過部を介在して相互離隔する光遮断部を含むマスク基板と、光遮断部に対応してマスク基板に位置し、凹凸形状を有する凹凸部とを含むレーザマスクを非晶質シリコン層上に配置する段階と、レーザ装置から発振されたレーザビームをレーザマスクを通じて非晶質シリコン層に照射する段階と、レーザビームの重畳を利用して非晶質シリコン層を結晶化する段階とを含む逐次的横方向結晶化方法を提供する。
レーザマスクのマスク基板は、第1面、及び第1面と対向する第2面を含むベース基板をさらに含み、光遮断部はベース基板の第1面及び第2面のいずれか一つ以上の上に位置し、レーザビームをレーザマスクを通じて非晶質シリコン層に照射する段階は、凹凸部に照射されるレーザビームが凹凸部によって散乱して行うことができる。
以上説明したように、本発明によれば、非晶質シリコンに結晶化差の発生が抑制されたレーザマスク、及びこれを利用した逐次的横方向結晶化方法が提供される。
本発明の第1実施形態によるレーザマスクを示す平面図である。 図1のII−II線に沿った断面図である。 本発明の第1実施形態によるレーザマスクを利用した逐次的横方向結晶化方法を示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態によるレーザマスクを利用した逐次的横方向結晶化方法を説明するための図面である。 本発明の第1実施形態によるレーザマスクを利用した逐次的横方向結晶化方法を説明するための図面である。 本発明の第1実施形態によるレーザマスクを利用した逐次的横方向結晶化方法を説明するための図面である。 本発明の第1実施形態によるレーザマスクを利用した逐次的横方向結晶化方法を説明するための図面である。 本発明の第2実施形態によるレーザマスクを示す断面図である。 本発明の第3実施形態によるレーザマスクを示す断面図である。 本発明の第4実施形態によるレーザマスクを示す断面図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の種々の実施形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の相異な形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限られない。
本発明を明確に説明するために、説明上不必要な部分は省略し、明細書の全体にわたって同一または類似する構成要素に対しては同一の参照符号を付ける。
また、種々の実施形態において、同一の構成を有する構成要素に対しては同一の符号を付けて代表的に第1実施形態で説明し、その他の実施形態では第1実施形態とは異なる構成についてのみ説明する。
また、図面に示した各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜のために任意で示したので、本発明が必ずしも図示したものに限られることではない。
図面において、種々の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して表した。また、図面において、説明の便宜上、一部層及び領域の厚さを誇張して表した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるというとき、これは他の部分の「直ぐ上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。
また、以下で非晶質シリコンの結晶化方法として、逐次的横方向結晶化方法を代表的に説明するが、これに限定されず、本発明によるレーザマスクはレーザビームを結晶化手段として使用する全ての結晶化方法に用いることができる。
以下、図1及び図2を参照して、本発明の第1実施形態によるレーザマスク101について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態によるレーザマスクを示す平面図である。
図1に示したように、本発明の第1実施形態によるレーザマスク101は、レーザ装置のレーザマスクとして用いられ、特に、逐次的横方向結晶化(sequential lateral solidification、SLS)方法に利用される。レーザマスク101は、光透過部LT及び光遮断部LIを含む。
光透過部LTは一方向に延長されており、レーザマスク101がレーザ装置のレーザマスクとして用いられる場合、レーザビームが透過する部分である。
光遮断部LIは、光透過部LTを介在して位置し、レーザマスク101がレーザ装置のレーザマスクとして用いられる場合、レーザビームが遮断される部分である。光遮断部LIは、レーザビームの一部を遮断して、光透過部LTの幅ほどレーザビームの幅を設定する役割を果たす。
図2は、図1のII−IIに沿った断面図である。
本発明の第1実施形態によるレーザマスク101は、ベース基板100、及び凹凸部200をさらに含む。
ベース基板100は、第1面110、及び第1面110と対向する第2面120を含む。ベース基板100の第1面110及び第2面120は板面形状であり、第1面110の上には第1サブ遮断部LI1が位置し、第2面120の上には第2サブ遮断部LI2が位置する。第1サブ遮断部LI1及び第2サブ遮断部LI2は、上述した光遮断部LIを構成する。
ベース基板100は、透明な石英(quartz)からなり、隣接する光遮断部LIの間に位置する部分は、光透過部LTとして機能する。
凹凸部200は、光遮断部LIに対応してベース基板100の上に位置し、凹凸形状を有している。凹凸部200は、光遮断部LIと一体に形成され、クロム(Cr)からなる。つまり、光遮断部LIもクロムからなる。
凹凸部200は、第1サブ凹凸部210及び第2サブ凹凸部220を含む。第1サブ凹凸部210は第1サブ遮断部LI1に対応し、第2サブ凹凸部220は第2サブ遮断部LI2に対応する。第1サブ凹凸部210及び第2サブ凹凸部220は不均一な凹凸形状を有し、凹凸形状によって第1サブ凹凸部210または第2サブ凹凸部220に照射されるレーザビームを散乱させる役割を果たす。このような凹凸部200の散乱機能については後述する。凹凸部200は、半透過マスクまたはスリットマスク(slit mask)などのハーフトーンマスク(halftone mask)を用いたフォトリソグラフィ(photolithography)技術を利用してベース基板100の上に形成することができる。
このように、本発明の第1実施形態によるレーザマスク101は、逐次的横方向結晶化方法に利用されるレーザマスクであり、凹凸部200の散乱機能を利用してレーザビームの被照射体である非晶質シリコンの結晶化の不良を抑制する機能を有することをまず明らかにする。
以下、図3乃至図7を参照して、本発明の第1実施形態によるレーザマスク101を利用した逐次的横方向結晶化方法について説明する。本発明の第1実施形態によるレーザマスク101を利用した逐次的横方向結晶化方法において、レーザビームLBとして、エネルギー密度がガウシアンプロファイル(Gaussian profile)を有するエキシマ(eximer)レーザビームが利用される。
図3は、本発明の第1実施形態によるレーザマスクを利用した逐次的横方向結晶化方法を示すフローチャートである。図4乃至図7は、本発明の第1実施形態によるレーザマスクを利用した逐次的横方向結晶化方法を説明するための図面である。
最初に、図3及び図4に示したように、絶縁基板10の上に非晶質シリコン層20を形成する(S110)。
具体的に、絶縁基板10の上に非晶質シリコン層20を蒸着する。このとき、絶縁基板10と非晶質シリコン層20との間にバッファ層(buffer layer)を形成することができ、バッファ層としてシリコン酸化膜(SiOx)またはシリコン窒化膜(SiNx)などを形成することができる。
次に、レーザマスク101を非晶質シリコン層20の上に配置する(S120)。
具体的に、非晶質シリコン層20の上にレーザマスク101を配置した後、非晶質シリコン層20の全体領域で結晶化しようとする領域にレーザマスク101の光透過部LTが対応するように、非晶質シリコン層20の上にレーザマスク101を整列する。
次に、図5に示したように、レーザビームLBをレーザマスク101を通じて非晶質シリコン層20に照射する(S130)。
具体的に、レーザ装置LAから発振されたレーザビームLBを、レンズ(lens)などの光学系OP及びレーザマスク101を通じて非晶質シリコン層20に照射する。このとき、レーザ装置LAから最初発振されたレーザビームLBの第1幅W1は、レーザマスク101の光遮断部LIによって一部が遮断されると同時に、光透過部LTを経て第2幅W2に変化して、非晶質シリコン層20に照射される。非晶質シリコン層20でレーザビームLBが照射される部分は、結晶化しようとする第1領域A1であり、隣接する第1領域A1の間に位置する第2領域A2は、後に結晶化するか、または結晶化しない部分である。
ここで、レーザビームLBは、レーザマスク101を通るとき、レーザビームLBの一部がレーザマスク101に反射されて再び光学系OPに向かうようになる。また、レーザビームLBは、非晶質シリコン層20に照射されるとき、レーザビームLBの一部が非晶質シリコン層20に反射されてレーザマスク101に向かうようになり、再びレーザマスク101によって再反射されて非晶質シリコン層20に再照射される。このように、レーザマスク101及び非晶質シリコン層20によって反射されるレーザビームLBは、レーザマスク101の凹凸部200によって散乱し、これについては以下で詳細に説明する。
図6は、本発明の第1実施形態によるレーザマスクを通じたレーザビームの経路を説明するための図面である。
図6に示したように、最初にレーザ装置LAから発振された第1ビームB1(実線)は、光学系OP及びレーザマスク101を通じて非晶質シリコン層20に照射される。このとき、レーザマスク101の第1面110の上に位置する第1サブ遮断部LI1に対応する第1サブ凹凸部210によって反射される第1ビームB1(実線)は、第1サブ凹凸部210によって散乱することにより、第2散乱ビームB2(点線)に変換されて光学系OPの方向に照射される。この後、第2散乱ビームB2(点線)は光学系OPによって反射されることにより、第3散乱ビームB3(二点鎖線)に変換され、レーザマスク101の光透過部LTを通じて非晶質シリコン層20の第1領域A1に照射される。
このような第3散乱ビームB3(二点鎖線)は、所望しないレーザビームLBであるが、第1サブ凹凸部210によって散乱することにより、非晶質シリコン層20の第1領域A1の全体にわたって均一に照射されるので、非晶質シリコン層20の第1領域A1の所望しない部分に結晶化不良が発生しない。
また、最初にレーザ装置LAから発振されてレーザマスク101の光透過部LTを通じて非晶質シリコン層20に照射された第1ビームB1(実線)は、非晶質シリコン層20によって反射されることにより、第4反射ビームB4(点線)に変換されてレーザマスク101の第2面120の上に位置する第2サブ遮断部LI2に対応する第2サブ凹凸部220の方向に照射される。この後、第4反射ビームB4(点線)は、第2サブ凹凸部220によって反射されると同時に散乱することにより、第5散乱ビームB5(二点鎖線)に変換されて非晶質シリコン層20の第2領域A2に照射される。
このような、第5散乱ビームB5(二点鎖線)は、所望しないレーザビームLBであると同時に、所望しない位置の非晶質シリコン層20の第2領域A2に照射されるが、第2サブ凹凸部220によって散乱することにより、非晶質シリコン層20第2領域A2の全体にわたって均一に照射されるので、非晶質シリコン層20の第2領域A2に結晶化不良が発生しない。特に、非晶質シリコン層20の第2領域A2が、後に結晶化させる部分である場合、第5散乱ビームB5(二点鎖線)によって非晶質シリコン層20を構成する分子が予め浮く(excite)状態で維持されるため、後に第2領域A2を結晶化させるとき、より短時間に第2領域A2を結晶化させることができる。
以上のように、レーザ装置LAから発振されたレーザビームLBは、レーザマスク101を通って光学系OPにより反射されて非晶質シリコン層20の第1領域A1に照射されるか、または非晶質シリコン層20により反射され、レーザマスク101により再反射されて非晶質シリコン層20の第2領域A2に照射されても、レーザマスク101の第1サブ凹凸部210及び第2サブ凹凸部220によって散乱して反射されることにより、非晶質シリコン層20に対する所望しない結晶化不良が抑制される。
次に、図7に示したように、レーザビームLBの重畳を利用して非晶質シリコン層20を結晶化する(S140)。
図7は、本発明の第1実施形態によるレーザマスク101を利用した逐次的横方向結晶化方法でレーザビームの重畳程度を示した図面である。
図7において、曲線はレーザビームのエネルギー密度に関するプロファイル(profile)を示し、説明の便宜上、非晶質シリコン層20のうちのレーザビームが重畳する第1領域A1を中心に表した。
具体的に、非晶質シリコン層20、レーザビームLB、及びレーザマスク101が相対移動して、非晶質シリコン層20が形成された絶縁基板10の上に互いに一定の間隔離隔するように第1レーザビームLB1が照射され、隣接する第1レーザビームLB1間の領域には互いに一定の間隔重畳するように第2レーザビームLB2、第3レーザビームLB3、及び第4レーザビームが照射される。このとき、互いに隣接するレーザビームLBは、非晶質シリコン層20を溶融させるエネルギー密度開始地点より高いエネルギー密度領域で重畳する。このように、第1レーザビームLB1を基準に互いに一定の間隔重畳するようにレーザビームLBを重畳することは、図面上の第1方向に絶縁基板10を移動させることにより、レーザマスク101の光透過部LTに対応する絶縁基板10の位置移動に応じたことであり、このような逐次的横方向結晶化方法によって非晶質シリコン層20を構成する非晶質シリコンが、第2方向に単結晶シリコンと近いように結晶化される。
以上のような工程により、非晶質シリコン層20の非晶質シリコンが単結晶シリコンと近いように結晶化されると同時に、所望しない位置に発生する結晶化不良が抑制される。
このように、本発明の第1実施形態によるレーザマスク101、及びこれを利用した逐次的横方向結晶化方法は、レーザ装置LAから発振されたレーザビームLBが光学系OPまたはレーザマスク101により反射されて、所望しない位置の非晶質シリコン層20に照射されても、光学系OPまたはレーザマスク101によって反射されるレーザビームLBが、レーザマスク101の凹凸部200により散乱されて均一に非晶質シリコン層20に照射されることにより、非晶質シリコン層20に対する所望しない結晶化不良が抑制される。
以下、図8を参照して、本発明の第2実施形態によるレーザマスク102について説明する。
図8は、本発明の第2実施形態によるレーザマスクを示す断面図である。
図8に示したように、本発明の第2実施形態によるレーザマスク102の光遮断部LIは、クロムからなる第1サブ遮断部LI1及び第2サブ遮断部LI2を含む。第1サブ遮断部LI1及び第2サブ遮断部LI2は、レーザ装置LAから発振されてレーザマスク102を通るレーザビームLBの幅を設定する役割を果たす。
凹凸部202は耐熱樹脂を含み、第1サブ遮断部LI1の上に位置する第1サブ凹凸部212、及び第2サブ遮断部LI2の上に位置する第2サブ凹凸部222を含む。
第1サブ凹凸部212及び第2サブ凹凸部222は均一な凹凸形状を有し、凹凸形状により第1サブ凹凸部212または第2サブ凹凸部222に照射されるレーザビームLBを散乱させる役割を果たす。第1サブ凹凸部212及び第2サブ凹凸部222は、設定された凹凸形状を有することにより、第1サブ凹凸部212または第2サブ凹凸部222によって散乱して反射されるレーザビームLBの方向を設定することができる。より詳しくは、第1サブ凹凸部212及び第2サブ凹凸部222は、第1サブ凹凸部212及び第2サブ凹凸部222によって反射されて非晶質シリコン層20に照射されるレーザビームLBの照射位置を設定することにより、非晶質シリコン層20の全体にわたって均一にレーザビームLBが照射される。
本発明の第2実施形態によるレーザマスク102の凹凸部202は、PDMS(polydimethylsiloxane)などからなるスタンプを用いた印刷技術を利用して、ベース基板100の上に形成することができる。
このように、本発明の第2実施形態によるレーザマスク102は、レーザ装置LAから発振されてレーザビームLBが光学系OPまたはレーザマスク102により反射されて所望しない位置の非晶質シリコン層20に照射されても、光学系OPまたはレーザマスク102によって反射されるレーザビームLBが、レーザマスク102の凹凸部202により散乱して均一に非晶質シリコン層20に照射されることにより、非晶質シリコン層20に対する所望しない結晶化不良が抑制される。
以下、図9を参照して、本発明の第3実施形態によるレーザマスク103について説明する。
図9は、本発明の第3実施形態によるレーザマスクを示す断面図である。
図9に示したように、本発明の第3実施形態によるレーザマスク103の光遮断部LIは、凹凸部203と一体に形成される。光遮断部LIの第1サブ遮断部LI1と対応する第1サブ凹凸部213は均一な凹凸形状を有し、光遮断部LIの第2サブ遮断部LI2と対応する第2サブ凹凸部223は不均一な凹凸形状を有する。
このように、本発明の第3実施形態によるレーザマスク103は、レーザ装置LAから発振されたレーザビームLBが、光学系OPまたはレーザマスク103により反射されて所望しない位置の非晶質シリコン層20に照射されても、光学系OPまたはレーザマスク103によって反射されるレーザビームLBが、レーザマスク103の凹凸部203により散乱して均一に非晶質シリコン層20に照射されることにより、非晶質シリコン層20に対する所望しない結晶化不良が抑制される。
以下、図10を参照して、本発明の第4実施形態によるレーザマスク104について説明する。図10は、本発明の第4実施形態によるレーザマスクを示す断面図である。
図10に示したように、本発明の第4実施形態によるレーザマスク104の光遮断部LIは、凹凸部204と一体に形成される。光遮断部LIの第1サブ遮断部LI1と対応する第1サブ凹凸部214は不均一な凹凸形状を有し、光遮断部LIの第2サブ遮断部LI2と対応する第2サブ凹凸部224は均一な凹凸形状を有する。
第2サブ凹凸部224は、平坦な(flat)板面に溝Gを有して形成される。第2サブ凹凸部224は、平坦な板面を有する低反射層(anti reflect layer)に溝Gをパターニングして形成することができる。
このように、本発明の第4実施形態によるレーザマスク104は、レーザ装置LAから発振されたレーザビームLBが、光学系OPまたはレーザマスク104により反射されて、所望しない位置の非晶質シリコン層20に照射されても、光学系OPまたはレーザマスク104によって反射されるレーザビームLBが、レーザマスク104の凹凸部204によって散乱して均一に非晶質シリコン層20に照射されることにより、非晶質シリコン層20に対する所望しない結晶化不良が抑制される。
以上、本発明について好ましい実施形態を通じて説明したが、本発明はこれらに限定されず、次に記載する特許請求の範囲の概念と範囲を逸脱しない限り、多様な修正及び変形が可能であることを本発明が属する技術分野における者であれば簡単に理解できる。
10 絶縁基板
20 非晶質シリコン層
100 ベース基板
101、102、103、104 レーザマスク
200、202、203、204 凹凸部
210、212 第1サブ凹凸部
220、222 第2サブ凹凸部
OP 光学系
LB レーザビーム
LT 光透過部
LI 光遮断部
LI1 第1サブ遮断部
LI2 第2サブ遮断部

Claims (2)

  1. 絶縁基板上に非晶質シリコン層を形成する段階と、
    光遮断部、前記光遮断部を介在して相互離隔する少なくとも2の光透過部を含むマスク基板と、前記光遮断部に対応して前記マスク基板に位置し、凹凸形状を有する凹凸部とを含むレーザマスクを前記非晶質シリコン層上に配置する段階と、
    レーザ装置から発振されたレーザビームを、前記レーザマスクの、前記2の光透過部の間に介在する光遮断部の少なくとも一部を除いた領域に照射し、前記2の光透過部を透過したレーザビームが前記非晶質シリコン層に照射される段階と、
    前記レーザビームの重畳を利用して前記非晶質シリコン層を結晶化する段階と、
    を含む、逐次的横方向結晶化方法。
  2. 前記レーザマスクの前記マスク基板は、第1面、及び前記第1面と対向する第2面を含むベース基板をさらに含み、前記光遮断部は、前記ベース基板の前記第1面及び前記第2面のいずれか一つ以上の上に位置し、
    前記レーザビームを前記レーザマスクを通じて前記非晶質シリコン層に照射する段階は、前記凹凸部に照射される前記レーザビームが前記凹凸部によって散乱して行われる、請求項1に記載の逐次的横方向結晶化方法。
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