KR100572519B1 - 레이저 결정화 공정용 마스크 및 상기 마스크를 이용한레이저 결정화 공정 - Google Patents

레이저 결정화 공정용 마스크 및 상기 마스크를 이용한레이저 결정화 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 기판과 마스크의 얼라인 특성을 향상시킬 수 있는 패턴 구조를 가지는 레이저 결정화 공정용 마스크 및 상기 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정을 제공하기 위하여, 마스크와 레이저 빔 간의 얼라인을 위한 얼라인 패턴을 가지는 마스크와, 상기 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정을 제공함으로써, 레이저 빔의 센터링 여부를 판단한 다음 공정을 진행할 수 있어 레이저 빔의 탑 햇 영역을 모두 결정화 에너지로 이용할 수 있고, 상기 탑 햇 영역의 위치를 파악하기 위한 얼라인 패턴으로서, 스트라이프 패턴외에도 다수 개의 서브 슬릿패턴이 서로 이격되게 배치된 구조로 형성함에 따라, 센터링 여부를 좀 더 정밀하게 판단할 수 있으며, 멀티패턴 구조 마스크에 적용시, 서로 다른 결정화 특성이 요구되는 다수 개의 기판 영역을 하나의 마스크로 결정화처리할 수 있으므로, 공정 효율을 높이고, 제조 비용은 낮추어 생산수율을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

레이저 결정화 공정용 마스크 및 상기 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정{A Mask for Laser Crystallization Process and Laser Crystallization Process using the mask}
도 1은 일반적인 구동회로부 일체형 액정표시장치의 개략도.
도 2는 종래의 원패턴 구조 레이저 마스크에 대한 도면.
도 3a 내지 3c는 상기 도 2에 따른 마스크 패턴을 이용한 레이저 결정화 공정용 레이저 빔에 대한 도면으로서, 도 3a는 평면도, 도 3b는 상기 도 3a의 절단선 "IIIa-IIIa"에 따라 절단된 단면도이고, 도 3c는 절단선 "IIIb-IIIb"에 따라 절단된 단면도.
도 4a, 4b는, 레이저 빔이 미스 얼라인 된 경우를 설명하기 위한 도면.
도 5, 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 얼라인 패턴을 가지는 원패턴 구조 마스크에 대한 도면으로서, 도 5는 마스크 전체 평면도이고, 도 6은 상기 도 5의 영역 "VIa"에 대한 확대 도면.
도 7a, 7b은 상기 도 6의 슬릿 패턴에 대한 변형예를 도시한 도면으로서, 도 7a는 1라인 구조 슬릿 패턴, 도 7b는 2라인 구조 슬릿 패턴에 대한 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 얼라인 패턴을 가지는 멀티패턴구조 마스크에 대한 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 마스크 110 : 마스크 패턴
112 : 제 1 패턴 그룹 116 : 제 2 패턴 그룹
120 : 얼라인 패턴
본 발명은 실리콘 박막의 레이저 결정화 공정에 관한 것이며, 특히 레이저 결정화 공정용 마스크와, 상기 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 그 중 색 재현성 등이 우수한 액정표시장치(liquid crystal display)가 활발하게 개발되고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 삽입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직임으로써 액정 분자의 움직임에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
전술한 액정표시장치로는, 화면을 표시하는 최소 단위인 화소별로 전압을 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비되는 액티브 매트릭스형(active matrix type) 액정표시장치가 주류를 이루고 있는데, 최근에는다결정 실리콘(poly-Si)을 이용한 박막트랜지스터를 채용하는 액정표시장치가 널리 연구 및 개발되고 있다. 다결정 실리콘을 이용한 액정표시장치에서는 박막트랜지스터와 구동 회로를 동일 기판 상에 형성할 수 있으며, 박막트랜지스터와 구동 회로를 연결하는 과정이 불필요하므로 공정이 간단해진다. 또한, 다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비해 전계효과 이동도가 100 내지 200 배 정도 더 크므로 응답 속도가 빠르고, 온도와 빛에 대한 안정성도 우수한 장점이 있다.
도 1은 일반적인 구동회로부 일체형 액정표시장치의 개략도이다.
도시한 바와 같이, 동일 기판(2) 상에 구동회로부(3)와 화소부(4)가 구성되어 있다.
상기 화소부(4)는 기판(2)의 중앙부에 위치하고, 이 화소부(4)의 좌측 및 상부에는 각각 게이트 및 데이터 구동회로부(3a, 3b)가 위치하고 있다.
상기 화소부(4)에는 상기 게이트 구동회로부(3a)와 연결된 다수 개의 게이트 배선(6)과 상기 데이터 구동회로부(3b)와 연결된 다수 개의 데이터 배선(8)이 교차하는 영역으로 정의되는 화소 영역 상에 화소 전극(10)이 형성되어 있고, 상기 화소 전극(10)과 연결되어 일종의 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있 다.
상기 게이트 및 데이터 구동회로부(3a, 3b)는 각각 게이트 및 데이터 배선(6, 8)을 통해 화소 전극(10)에 주사 신호 및 데이터 신호를 공급하기 위한 장치이다.
그리고, 상기 게이트 및 데이터 구동회로부(3a, 3b)는 외부신호 입력단(12)과 연결되어 있어, 이 외부신호 입력단(12)을 통하여 들어온 외부신호를 조절하여 상기 화소 전극(10)에 출력하는 역할을 한다.
도면으로 상세히 제시하지 않았지만, 상기 박막트랜지스터는 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극으로 이루어지고, 구동회로부 일체형 액정표시장치에서는 전술한 바와 같이 이동도 특성을 고려하여 다결정 실리콘 물질을 이용하여 반도체층을 형성한다.
다결정 실리콘으로의 결정화 공정은 레이저빔 조사를 통한 레이저 열처리 공정이 주류를 이루고 있다. 그러나, 레이저빔이 조사된 실리콘막의 표면 온도는 약 1400 ℃ 정도가 되므로, 실리콘막의 표면은 산화되기가 쉽다. 특히, 이러한 레이저 열처리 결정화 방법에서는 레이저빔의 조사가 다수 회 이루어지기 때문에, 대기 중에서 레이저 열처리를 실시할 경우 레이저빔이 조사된 실리콘막의 표면이 산화되어 SiO2가 생성된다. 따라서, 레이저 열처리는 약 10-7 내지 10-6 torr 정도의 진공에서 실시해야 한다.
이러한 레이저 열처리에 의한 결정화 벙법의 단점을 보완하기 위해, 최근 레 이저를 이용하여 순차측면고상법(sequential lateral solidification : 이하 SLS 방법이라고 함)에 의해 결정화하는 방법이 제안되어 널리 연구되고 있다.
SLS 방법은 실리콘의 그레인(grain)이 실리콘 액상영역과 실리콘 고상영역의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 레이저 에너지의 크기와 레이저빔의 조사 범위를 적절하게 이동하여 그레인을 소정의 길이만큼 측면성장시킴으로써, 실리콘 그레인의 크기를 향상시킬 수 있는 비정질 실리콘 박막의 결정화 방법(Robert S. Sposilli, M. A. Crowder, and James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 452, 956∼957, 1997)이다. SLS 방법은 기판 상에 실리콘 그레인의 크기가 획기적으로 큰 SLS 실리콘 박막을 형성함으로써, 단결정 실리콘 채널 영역을 가지는 박막트랜지스터의 제조를 가능하게 한다.
이러한 레이저 결정화 공정에서는, 수 ㎛의 마스크를 배치하고, 기판을 x, y 방향으로 이동해가면서 실리콘 박막의 결정화 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.
이하, 종래의 레이저 결정화 공정용 마스크 패턴 구조에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 원패턴 구조 레이저 마스크에 대한 도면으로서, 2-샷(two-shot) 방식 레이저 결정화 공정용 마스크를 일 예로 도시하였다.
도시한 바와 같이, 수 ㎛의 폭을 가지는 다수 개의 슬릿(13)이 서로 일정간격 이격된 구조의 마스크 패턴(14)을 가지는 마스크(16)가 배치되어 있다.
상기 마스크 패턴(14)은, 제 1, 2 블럭(IIa, IIb)으로 구성되고, 제 1, 2 블 럭(IIa, IIb) 내 슬릿(13)들은 서로 엇갈리게 배치되어 있다. 상기 슬릿(13)과 대응되게 배치되는 기판 영역을 하나의 결정화 단위 영역으로 정의했을 때, 상기 마스크 패턴(14)에 의하면 두 번의 레이저 빔샷에 의해 하나의 단위 영역의 결정화를 완성할 수 있다.
그리고, 상기 마스크 패턴(14)을 두르는 영역 "IIc"는, 레이저 결정화 공정시 균일한 에너지 밀도를 가지는 레이저 빔이 조사되는 영역 범위에 해당된다.
이하, 도 3a 내지 3c는 상기 도 2에 따른 마스크 패턴을 이용한 레이저 결정화 공정용 레이저 빔에 대한 도면으로서, 도 3a는 평면도, 도 3b는 상기 도 3a의 절단선 "IIIa-IIIa"에 따라 절단된 단면도이고, 도 3c는 절단선 "IIIb-IIIb"에 따라 절단된 단면도이다.
도 3a에서, 레이저 빔(20)은 완전용융 영역대의 에너지 밀도를 가지며, 중앙부에 위치하는 제 1 영역(IIIc)과, 완전용융 영역대보다 낮은 에너지 밀도를 가지며 상기 제 1 영역(IIIc)의 외곽부에 위치하는 제 2 영역(IIId)으로 이루어진다.
도 3b, 3c에서와 같이 레이저 빔(20)의 프로파일(profile)을 살펴보면, 제 1 영역(IIIc)은 탑햇(top hat) 영역을 이루는 영역으로서, 에너지 밀도가 균일한 탑햇 영역대의 레이저 빔(20)을 이용하여 결정화를 진행해야 균일한 특성의 결정화막을 형성할 수 있으므로, 마진(margin)을 고려하여 실질적으로 마스크 패턴과 대응되는 영역 범위(IIIe)는 제 1 영역(IIIc) 내부에 위치해야 한다.
그러나, 종래의 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정에서는, 마스크 교체시 또는 공정 간 대기 시간이 길거나, 장시간 공정일 경우, 도 4a, 4b에서와 같이 마 스크(16)와 레이저 빔(20)이 미스 얼라인될 수 있으며, 이에 따라 레이저 빔의 제 1 영역(IIIc)이 마스크 패턴(14)과 정확하게 중첩되지 않게 된다.
즉, 탑햇 영역의 에지부(IV)의 불균일한 에너지 밀도가 피결정화 기판 상에 조사되어, 결정화 특성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 기판과 마스크의 얼라인 특성을 향상시킬 수 있는 패턴 구조를 가지는 레이저 결정화 공정용 마스크 및 상기 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 마스크와 레이저 빔 간의 얼라인을 위한 얼라인 패턴을 가지는 마스크와, 상기 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에 따른 얼라인 패턴은 멀티패턴 구조 마스크 및 상기 마스크를 이용한 결정화 공정에도 적용할 수 있다.
멀티패턴 구조 마스크는, 구동회로부 일체형 액정표시장치에서와 같이, 화면 구현부 박막트랜지스터와 구동 회로부 박막트랜지스터의 이동도 특성이 다르기 때문에, 이에 따라 마스크 패턴 구조가 다른 여러 장의 마스크가 요구되는 경우, 공정을 단순화하고 제조비용을 줄이기 위한 목적으로 제안된 마스크에 해당된다.
그러나, 상기 멀티패턴 구조 마스크는 공정 특성 상, 하나의 마스크를 슬라이딩(sliding)시키면서 결정화 공정을 진행하기 때문에, 원패턴 구조 마스크를 이 용한 결정화 공정보다 레이저 빔의 센터링 공정이 더욱 요구된다.
전술한 마스크의 슬라이딩은, 한 예로, 기판의 화면 구현부에 배치되는 마스크 패턴과 구동 회로부에 배치되는 마스크 패턴이 다르게 적용됨에 따라, 해당 영역별로 마스크 패턴을 변경하는 작업을 의미하는 것이고, 레이저 빔의 센터링 공정이란 마스크 패턴과 레이저 빔의 중심부를 일치시켜, 탑햇 영역대 레이저 빔이 마스크 패턴과 대응되게 얼라인시키는 공정을 의미한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 소정의 마스크 패턴을 이용하여 실리콘 박막을 결정화시키는 레이저 결정화 공정용 마스크에 있어서, 레이저 결정화 공정에 이용되는 마스크 패턴과; 상기 마스크 패턴과 대응되는 크기를 가지는 제 1 패턴 그룹과, 상기 제 1 패턴 그룹의 외곽부에서 방사상의 패턴 구조를 이루는 제 2 패턴 그룹으로 이루어진 얼라인 패턴을 포함하며, 상기 얼라인 패턴은 레이저 빔의 얼라인 공정용 패턴인 레이저 결정화 공정용 마스크를 제공한다.
상기 제 2 패턴 그룹은 다수 개의 슬릿 패턴으로 이루어지고, 상기 슬릿 패턴은 스트라이프 패턴(stripe pattern)으로 이루어지며, 상기 슬릿 패턴은, 다수 개의 서브 슬릿패턴이 서로 일정간격 이격되게 배치된 구조로 이루어지고, 상기 슬릿 패턴은, 상기 서브 슬릿패턴의 조합으로 이루어진 1 라인 구조이며, 상기 슬릿 패턴은, 상기 서브 슬릿패턴의 조합으로 이루어진 복수라인 구조를 이루며, 상기 라인별 서브 슬릿패턴은 서로 엇갈리게 배치되고, 상기 라인간 서브 슬릿패턴의 중첩거리는, 상기 서브 슬릿패턴간 이격거리보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크는, 하나의 마스크 패턴을 가지는 원패턴 구조 마스크인 것을 특징으로 한다.
상기 마스크는, 서로 일정간격 이격되게 배치된 다수 개의 마스크 패턴을 가지는 멀티패턴 구조 마스크이고, 상기 마스크 패턴 들은 서로 다른 패턴 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 패턴은, 서로 일정간격 이격되게 배치된 다수 개의 슬릿을 포함하고, 상기 레이저 빔의 얼라인 공정은, 상기 얼라인 패턴을 이용한 레이저 결정화 공정 후 결정화된 패턴의 대칭성 비교를 통해 이루어지며, 상기 레이저 빔은, 완전용융 에너지 밀도를 가지는 균일한 영역대의 탑햇(top hat) 영역을 가지며, 상기 탑햇 영역의 레이저 빔은 마스크 패턴보다 큰 조사 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 상기 제 1 항에 따른 얼라인 패턴을 가지는 마스크를 구비하는 단계와; 상기 마스크의 얼라인 패턴을 통해 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 단계와; 상기 결정화된 패턴의 대칭성 측정을 통해, 상기 레이저 빔을 얼라인시키는 단계와; 상기 위치조정된 레이저 빔 및 마스크를 이용하여, 상기 기판을 결정화시키는 단계를 포함하는 레이저 결정화 공정용 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정을 제공한다.
상기 레이저 빔을 얼라인시키는 단계는, 상기 얼라인 패턴과 레이저 빔의 중심을 맞추는 센터링(centering) 단계를 포함하고, 상기 얼라인 패턴은, 다수 개의 서브 슬릿 패턴이 일정간격 이격되게 위치하는 구조의 슬릿 패턴의 조합으로 이루어지고, 상기 레이저 빔을 얼라인시키는 단계에서는, 상기 서브 슬릿패턴에 의해 결정화된 영역의 개수 비교를 통해 이루어지며, 상기 서브 슬릿패턴의 개수는 영상촬영 수단, 광학현미경, SEM(scanning electron microscope) 중 어느 하나를 이용하여 판단하고, 상기 영상촬영 수단은 CCD 카메라(charged-coupled device camera)인 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 결정화 공정은, 완전용융 영역대의 레이저 에너지 밀도를 이용하여 측면고상 결정화시키는 공정인 SLS(sequential lateral solidification) 결정화 공정인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예 들을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
-- 제 1 실시예 --
도 5, 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 얼라인 패턴을 가지는 원패턴 구조 마스크에 대한 도면으로서, 도 5는 마스크 전체 평면도이고, 도 6은 상기 도 5의 영역 "VIa"에 대한 확대 도면이다.
도 5에 도시된 마스크(100) 내에는, 레이저 결정화 공정을 위한 마스크 패턴(110)과, 상기 마스크 패턴(110)과 일정간격 이격되며, 상기 마스크 패턴(110) 과 대응되는 크기의 제 1 패턴 그룹(112)과, 상기 제 1 패턴(112)의 주변부를 두르는 위치에 방사상(放射狀) 패턴 구조를 이루는 제 2 패턴 그룹(116)으로 이루어진 얼라인 패턴(120)이 형성되어 있다.
상기 얼라인 패턴의 구체적인 구조에 대해서 도 6을 참조하여 상세히 설명하면, 상기 얼라인 패턴(120)의 상기 제 1 패턴 그룹(112)은 마스크 패턴(110)과 대응된 크기를 가지는 사각틀 형상의 제 1a 패턴(112a)과, 상기 제 1a 패턴(112a) 내에 위치하며, 레이저 빔의 균일도를 평가하기 위한 다수 개 홀형상의 제 2a 패턴(112b)으로 이루어진다.
그리고, 상기 제 2 패턴 그룹(116)은, 상기 제 1 패턴 그룹(112)의 네변 외곽부에 각각 위치하는 제 2a 패턴 그룹(116a)을 주요 패턴으로 하여, 제 1 패턴 그룹(112)의 모서리부에서 부채꼴 형상을 이루며 각각 형성된 제 2b 패턴 그룹(116b)을 보조 패턴으로 포함할 수 있다.
상기 제 2 패턴 그룹(116)은, 레이저 빔의 탑햇 에지부(edge part)의 위치를 파악하기 위한 다수 개의 슬릿 패턴(118)으로 이루어져, 상기 제 2 패턴 그룹(116)을 거쳐 결정화된 영역의 비교를 통해 레이저 빔과 마스크 패턴 간의 센터링(중심부 맞춤) 여부를 판단할 수 있다.
본 실시예에서, 가장 핵심적인 얼라인 패턴(120)은 실질적으로 전술한 제 2 패턴 그룹(116), 좀 더 구체적으로는 제 2a 패턴그룹(116a)에 해당되고, 제 2 패턴 그룹(116)을 이루는 슬릿 패턴(118) 들은 스트라이프 패턴(stripe pattern) 구조로 이루어져 있다.
도면에서, 영역 "VIb"은 마스크(100)와 레이저 빔이 정상 센터링된 경우 레이저 빔의 조사 범위를 나타낸 것으로, 이 경우 상/하/좌/우 영역 "VIb"와 중첩되는 제 2 패턴 그룹(116)과 중첩되는 영역이 서로 대칭됨을 알 수 있다.
그러나, 영역 "VIc"의 경우, 영역 "VIb"보다 우측으로 치우쳐져 있어서, 마스크 패턴(110)의 좌측부분이 영역"VIb"와 비중첩되므로, 레이저 빔의 센터링이 조정되어야 함을 알 수 있고, 센터링 조정은 상, 하, 좌, 우 제 2 패턴 그룹(116)과 서로 대칭되게 중첩되는 지점을 기준으로 한다.
이하, 도 7a, 7b은 상기 도 6의 슬릿 패턴에 대한 변형예를 도시한 도면으로서, 도 7a는 1라인 구조 슬릿 패턴, 도 7b는 2라인 구조 슬릿 패턴에 대한 도면이다.
도 7a는, 서브 슬릿패턴(210)이 일정간격(d1) 이격되게 배치되어 있는 구조로 하나의 슬릿 패턴(212)을 이루고 있다. 즉, 하나의 슬릿 패턴(212)이 다수 개의 서브 슬릿패턴(210)의 조합으로 이루어짐에 따라, 레이저 빔 조사 후 결정화된 영역이 서브 슬릿패턴(210)과 대응되게 형성되므로, 한 예로 전체 얼라인 패턴에서 좌, 우측 서브 슬릿패턴(210)의 갯수의 비교로 센터링 여부를 판별할 수 있다.
이하, 도 7b는, 상기 도 7a보다 측정 패턴을 조밀하게 판단하기 위해 상기 도 7a와 같은 구조의 슬릿 패턴 그룹(220)이 2 라인으로 구성된 슬릿 패턴(222)으로 이루어져 있으며, 상기 슬릿 패턴 그룹(220) 간 서브 슬릿 패턴(224)의 중첩거리(d2)의 조정을 통해 기준 해상도 이상의 값을 가질 수 있게 된다.
도면으로 제시하지 않았지만, 본 발명에서는 2 라인 이상의 복수 라인으로 구성된 슬릿 패턴 그룹으로 슬릿 패턴을 구성하는 변형예도 포함한다.
복수라인으로 슬릿 패턴을 구성하는 경우에는, 한 예로 서로 이웃하는 라인의 이격거리의 최대값을 1 ㎛라고 했을 때, 라인별 슬릿 패턴의 중첩거리를 0.2 ㎛씩 이동되게 배치하는 것으로 최대 5 라인으로 구성할 수 있다.
단, 상기 라인간 서브 슬릿패턴(224)의 중첩거리(d2)는, 상기 서브 슬릿패턴(224)간 이격거리(d1)보다 작은 값에서 선택된다.
본 발명에 따른 얼라인 패턴은, 레이저 빔의 센터링 뿐만 아니라, 상, 하, 좌, 우의 결정화된 슬릿의 개수를 측정하여 레이저 마스크의 로테이션(rotation) 여부도 판단할 수 있다.
이러한 결정화된 서브 슬릿패턴의 개수는 하부 피결정 기판에 영상촬영 수단을 배치하여 판단하거나, 외부 광학현미경 또는 SEM(scanning electron microscope) 등으로 판단할 수도 있다.
전술한 영상촬영 수단은, 한 예로 CCD 카메라(charged-coupled device camera)를 들 수 있다.
-- 제 2 실시예 --
본 실시예는, 마스크를 슬라이딩시키면서 결정화를 진행할 때, 레이저 빔을 마스크 패턴과 쉽게 센터링(centering)할 수 있는 얼라인패턴 구조를 가지는 멀티패턴구조 마스크에 대한 실시예이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 얼라인 패턴을 가지는 멀티패턴구조 마스크에 대한 평면도로서, 상기 제 1 실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 간략히 한다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 마스크(250)에는 레이저 결정화 공정을 위한 마스크 패턴(252)이 다수 개 형성되어 있고, 일측에는 얼라인 패턴(254)이 형성되어 있다. 상기 얼라인 패턴(254)은 마스크 패턴(252)과 대응되는 크기의 제 1 패턴 그룹(254a)과, 상기 제 1 패턴 그룹(254a)의 주변부에서 방사상의 패턴 구조를 이루는 제 2 패턴 그룹(254b)으로 이루어져 있다.
상기 다수 개의 마스크 패턴(252)은, 한 예로 서로 일정간격 이격된 제 1 내지 제 3 마스크 패턴(252a, 252b, 252c)으로 이루어져 있고, 서로 이웃하는 마스크 패턴(252)은 서로 다른 패턴 구조를 가지고 있다.
상기 얼라인 패턴(254)은, 상기 마스크 패턴(252)을 이용한 레이저 결정화 공정 전에, 상기 마스크(250)와 레이저 빔 간의 센터링 여부를 판단하기 위한 패턴으로서, 실질적으로 제 2 패턴 그룹(254b)과 레이저 빔 간의 중첩 영역의 대칭성 여부를 통해 판단할 수 있다.
상기 얼라인 패턴(254)을 이루는 패턴 들의 구체적인 구조는, 상기 제 1 실시예를 그대로 적용할 수 있다.
본 실시예에 따른 얼라인 패턴을 가지는 멀티패턴구조 마스크에 의하면, 보다 빠르고 정확하게 레이저 빔을 센터링할 수 있기 때문에, 마스크의 회전 및 슬라이딩이 빈번한 공정에서도 레이저 빔의 미스 얼라인을 최소화하여 결정화 공정 특 성을 향상시킬 수 있다.
-- 제 3 실시예 --
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이저 결정화 공정용 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정에 대한 공정흐름도이다.
ST1은, 레이저 결정화 공정용 마스크에 얼라인 패턴을 형성하는 단계이다.
상기 마스크에는 레이저 결정화 공정에 이용되는 마스크 패턴과, 상기 마스크 패턴과 대응되는 제 1 패턴 그룹과, 제 1 패턴을 두르는 영역에서 방사상의 패턴 구조로 이루어진 제 2 패턴 그룹으로 이루어진 얼라인 패턴을 형성하는 단계이다.
상기 제 2 패턴 그룹은, 다수 개의 슬릿 패턴으로 이루어지며, 상기 슬릿 패턴은 스트라이프 패턴 또는 다수 개의 서브 슬릿 패턴이 일정간격 이격되게 배치된 구조의 1 라인 또는 복수 라인 구조로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 마스크는, 원패턴 구조 마스크 또는 멀티패턴 구조 마스크에 해당된다.
ST2는, 레이저 결정화 공정을 진행하기 전에, 상기 얼라인 패턴에 레이저 빔을 조사한 다음, 얼라인 패턴을 통해 결정화된 패턴의 대칭성을 측정하여, 레이저 빔의 센터링 여부를 판단하는 단계를 포함하여, 상기 레이저 빔을 얼라인시키는 단계이다.
이 단계는, 특히 마스크의 교체시 또는 공정 중단 후 다시 시작할 경우, 또 는 장시간 공정 중간중간에 할 수 있다.
ST3, 상기 센터링 공정을 거친 레이저 빔과 마스크를 이용하여 레이저 결정화 공정을 진행하는 단계이다.
본 실시예에 따른 레이저 결정화 공정은, 한 예로 완전용융 영역대의 에너지 밀도를 이용하여 측면고상결정화 방법에 의해 실리콘 박막을 결정화시키는 SLS 결정화 공정에 해당된다.
본 발명은 상기 실시예 들로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 얼라인 패턴을 가지는 레이저 결정화 공정용 마스크와, 상기 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정에 의하면, 레이저 빔의 센터링 여부를 판단한 다음 공정을 진행할 수 있어 레이저 빔의 탑 햇 영역을 모두 결정화 에너지로 이용할 수 있고, 상기 탑 햇 영역의 위치를 파악하기 위한 얼라인 패턴으로서, 스트라이프 패턴외에도 다수 개의 서브 슬릿패턴이 서로 이격되게 배치된 구조로 형성함에 따라, 센터링 여부를 좀 더 정밀하게 판단할 수 있으며, 멀티패턴 구조 마스크에 적용시, 서로 다른 결정화 특성이 요구되는 다수 개의 기판 영역을 하나의 마스크로 결정화처리할 수 있으므로, 공정 효율을 높이고, 제조 비용은 낮추어 생산수율을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 소정의 마스크 패턴을 이용하여 실리콘 박막을 결정화시키는 레이저 결정화 공정용 마스크에 있어서,
    레이저 결정화 공정에 이용되는 마스크 패턴과;
    상기 마스크 패턴과 대응되는 크기를 가지는 제 1 패턴 그룹과, 상기 제 1 패턴 그룹의 외곽부에서 방사상의 패턴 구조를 이루는 제 2 패턴 그룹으로 이루어진 얼라인 패턴을 포함하며,
    상기 얼라인 패턴은 레이저 빔과 상기 마스크 패턴을 얼라인하기 위한 얼라인 공정용 패턴이고,
    상기 제 2 패턴 그룹의 방사상의 패턴 구조는, 상기 얼라인 패턴을 이용한 레이저 결정화 공정 후 결정화된 패턴의 대칭성 비교를 통해 상기 레이저 빔의 얼라인 여부를 판단하도록, 상기 제 1 패턴 그룹을 기준으로 대칭된 구조인
    레이저 결정화 공정용 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 패턴 그룹은 다수 개의 슬릿 패턴으로 이루어지고, 상기 슬릿 패턴은 스트라이프 패턴(stripe pattern)으로 이루어진 레이저 결정화 공정용 마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬릿 패턴은, 다수 개의 서브 슬릿패턴이 서로 일정간격 이격되게 배치 된 구조로 이루어지는 레이저 결정화 공정용 마스크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬릿 패턴은, 상기 서브 슬릿패턴의 조합으로 이루어진 1 라인 구조인 레이저 결정화 공정용 마스크.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬릿 패턴은, 상기 서브 슬릿패턴의 조합으로 이루어진 복수라인 구조를 이루며, 상기 라인별 서브 슬릿패턴은 서로 엇갈리게 배치되는 레이저 결정화 공정용 마스크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 라인간 서브 슬릿패턴은 서로 중첩되고 상기 각 라인의 서브 슬릿패턴은 서로 이격되며, 상기 라인간 서브 슬릿패턴의 중첩거리는 상기 각 라인의 서브 슬릿패턴간 이격거리보다 작은 값을 가지는 레이저 결정화 공정용 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크는, 하나의 마스크 패턴을 가지는 원패턴 구조 마스크인 레이저 결정화 공정용 마스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크는, 서로 일정간격 이격되게 배치된 다수 개의 마스크 패턴을 가지는 멀티패턴 구조 마스크인 레이저 결정화 공정용 마스크.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴 들은 서로 다른 패턴 구조를 가지는 레이저 결정화 공정용 마스크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은, 서로 일정간격 이격되게 배치된 다수 개의 슬릿을 포함하는 레이저 결정화 공정용 마스크.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은, 완전용융 에너지 밀도를 가지는 균일한 영역대의 탑햇(top hat) 영역을 가지며, 상기 탑햇 영역의 레이저 빔은 마스크 패턴보다 큰 조사 범위를 가지는 레이저 결정화 공정용 마스크.
  13. 상기 제 1 항에 따른 레이저 결정화 공정용 마스크를 구비하는 단계와;
    상기 레이저 결정화 공정용 마스크의 얼라인 패턴을 통해 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판 상에 레이저 빔을 조사하여 결정화 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 결정화 패턴의 대칭성 측정을 통해, 상기 레이저 빔과 상기 레이저 결정화 공정용 마스크를 얼라인하는 단계와;
    상기 얼라인된 레이저 빔 및 레이저 결정화 공정용 마스크를 이용하여, 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 단계
    를 포함하는 레이저 결정화 공정용 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 얼라인시키는 단계는, 상기 얼라인 패턴과 레이저 빔의 중심을 맞추는 센터링(centering) 단계를 포함하는 레이저 결정화 공정용 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 얼라인 패턴은, 다수 개의 서브 슬릿 패턴이 일정간격 이격되게 위치하는 구조의 슬릿 패턴의 조합으로 이루어지고, 상기 레이저 빔을 얼라인시키는 단계에서는, 상기 서브 슬릿패턴에 의해 결정화된 영역의 개수 비교를 통해 이루어지는 레이저 결정화 공정용 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 서브 슬릿패턴의 개수는 영상촬영 수단, 광학현미경, SEM(scanning electron microscope) 중 어느 하나를 이용하여 판단하는 레이저 결정화 공정용 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 영상촬영 수단은 CCD 카메라(charged-coupled device camera)인 레이저 결정화 공정용 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 레이저 결정화 공정은, 완전용융 영역대의 레이저 에너지 밀도를 이용하여 측면고상 결정화시키는 공정인 SLS(sequential lateral solidification) 결정화 공정인 레이저 결정화 공정용 마스크를 이용한 레이저 결정화 공정.
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