KR100587368B1

KR100587368B1 - Ｓｌｓ 결정화 장치

Info

Publication number: KR100587368B1
Application number: KR1020030043647A
Authority: KR
Inventors: 정윤호
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2006-06-08
Also published as: CN1314995C; CN1576967A; KR20050002277A; US20040262272A1; US7326876B2

Abstract

본 발명은 SLS 결정화를 위한 광학 특성 향상 및 결정화 박막의 애블레이션(ablation)에 의한 광학 손실을 방지하고자 하는 SLS 결정화 장치에 관한 것으로, SLS 결정화 장치는 레이저 빔을 발생하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원을 통해 방출된 레이저 빔을 집속하고 패턴 변경하여 기판 상에 조사하는 영사부와, 상기 영사부 하부에 상기 레이저 광원으로 기판으로 입사되는 광은 투과시키며, 기판에서 상기 영사부로 역입사되는 광은 차단시키는 레이저 빔 스플리터와, 상기 기판을 장착한 스테이지를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

SLS, SLS 결정화 장치, 레이저 빔 스플리터(laser beam splitter), 애블레이션(ablation)

Description

ＳＬＳ 결정화 장치{Device for Sequential Lateral Solidification of silicon}

도 1은 레이저 에너지 밀도별 비정질 실리콘의 입자의 크기를 나타낸 그래프

도 2는 종래의 레이저 열처리를 개략적으로 나타낸 단면도

도 3은 결정화가 일부 진행된 기판을 나타낸 평면도

도 4는 레이저 빔 1회 조사 후, 투과부에 대응되는 비정질 실리콘층의 부위가 결정화된 상태를 나타낸 도면

도 5는 종래의 SLS 결정화 장치를 나타낸 개략도

도 6은 종래의 SLS 결정화 장치를 이용하여 결정화시 발생하는 역반사 현상을 도시한 도면

도 7은 종래의 SLS 결정화 장치를 이용하여 결정화시 발생하는 박막의 애블레이션 현상을 도시한 도면

도 8은 본 발명의 SLS 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면

도 9는 도 8의 레이저 빔 스플리터를 도시한 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

60 : 기판 70 : 레이저 빔 스플레터

71, 72 : 반사 방지막 80 : 영사부

본 발명은 실리콘 결정화에 관한 것으로 특히, SLS 결정화 장비의 광학 특성 향상 및 결정화 박막의 애블레이션(ablation)에 의한 광학 손실을 방지하고자 하는 SLS 결정화 광학 장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력을 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이 하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.

이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어 졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다.

따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되 기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징으로 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.

이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막트랜지스터가 형성된다.

그리고 제 2 유리 기판(칼라필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R,G,B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 실(seal)재에 의해 합착되어 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.

이때, 액정 주입 방법은 상기 실재에 의해 합착된 두 기판 사이를 진공 상태 로 유지하여 액정 용기에 상기 액정 주입구가 잠기도록 하면 삼투압 현상에 의해 액정이 두 기판 사이에 주입된다. 이와 같이 액정이 주입되면 상기 액정 주입구를 밀봉재로 밀봉하게 된다.

상기 일반적인 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 상기 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.

현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.

이러한 박막 트랜지스터의 반도체층으로는 전계 효과 이동도가 높으며, 광 전류가 적어 다결정 실리콘이 주로 이용된다.

상기 다결정 실리콘의 제조 방법은 공정 온도에 따라 저온 공정과 고온 공정으로 나눌 수 있으며, 이 중 고온 공정은 공정 온도가 1000℃ 근처로 절연 기판의 변형 온도 이상의 온도 조건이 요구되어, 유리 기판은 내열성이 떨어지므로 열 저항력이 높은 고가의 석영 기판을 써야 된다는 점과, 이 고온 공정에 의한 다결정 실리콘 박막의 경우 성막시 높은 표면 조도(surface roughness)와 미세 결정립 등의 저품위 결정성으로, 저온 공정에 의한 다결정 실리콘보다 소자 응용 특성이 떨 어진다는 단점이 있으므로, 저온 증착이 가능한 비정질 실리콘을 이용하여 이를 결정화시켜 다결정 실리콘으로 형성하는 기술이 연구/개발되고 있다.

상기 저온 공정은 레이저 열처리(laser annealing), 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization) 등으로 분류할 수 있다.

이 중 레이저 열처리 공정은 펄스(pulse) 형태의 레이저 빔을 기판 상에 조사하는 방법을 이용하는데, 이 펄스 형태의 레이저 빔에 의하면 용융과 응고가 10~10² 나노세컨드(nano second) 단위로 반복되어 진행되는 방식으로써, 하부 절연기판에 가해지는 데미지(damage)를 최소화시킬 수 있는 장점을 가져 저온 결정화 공정에서 가장 주목받고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 레이저 열처리 공정에 따른 실리콘의 결정화 방법에 대해서 설명한다.

도 1은 레이저 에너지 밀도별 비정질 실리콘의 입자의 크기를 나타낸 그래프이다.

도 1과 같이, 비정질 실리콘의 결정화는 레이저 에너지의 세기에 따라 제 1, 제 2, 제 3 영역으로 분류할 수 있다.

제 1 영역은 부분 용융 영역(partial melting region)으로, 비정질 실리콘층의 표면만이 용융될 정도의 세기로 레이저 에너지가 비정질 실리콘층에 조사되는 영역이며, 상기 제 1 영역에서는 이러한 조사 후 비정질 실리콘층의 표면의 부분 용융이 이뤄지고, 고상화(solidification) 과정을 거쳐 상기 비정질 실리콘층 표면 에 작은 결정 입자가 형성된다.

제 2 영역은 완전 용융 근접 영역(near-complete melting region)으로, 상기 제 1 영역보다 레이저 에너지 세기를 높여 비정질 실리콘층이 거의 용융될 정도로 레이저 에너지를 조사하는 영역이며, 용융 후 남아있는 작은 핵들을 씨드(seed)로 하여 결정을 성장시켜 제 1 영역에 비해 성장한 결정 입자를 얻을 수 있으나, 균일한 결정 입자를 얻기는 곤란하다. 여기서, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역에 비해 상당히 소폭이다.

제 3 영역은 완전 용융 영역(complete melting region)으로, 상기 제 2 영역보다 레이저 에너지 세기를 높여 비정질 실리콘층을 모두 용융시킬 정도로 레이저를 조사하는 영역이며, 비정질 실리콘층이 모두 용융된 후 고상화가 진행되어 균일한 결정 핵 생성(homogeneous nucleation)이 가능하여 조사 후, 미세한(fine) 균일 결정 입자로 이루어진 결정 실리콘층이 형성된다.

다결정 실리콘을 제조하는 공정에서는 제 2 영역대의 에너지 밀도를 이용하여 균일하게 조대한 결정 입자를 형성하기 위하여, 레이저 빔의 조사 횟수 및 중첩비를 조절한다.

그러나, 다결정 실리콘의 다수 개의 결정 입자 경계부는 전류 흐름의 장애요소로 작용하여 신뢰성 있는 박막 트랜지스터 소자를 제공하기 어렵고, 다수개의 결정 입자 내에서는 전자간의 충돌에 의한 충돌 전류 및 열화에 의해 절연막이 파괴되어 제품 불량을 초래하는 문제점을 갖고 있으므로, 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 실리콘 결정 입자가 액상 실리콘과 고상 실리콘의 경계면에서, 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 SLS(Sequential Lateral Solidification) 기술에 의해 단결정 실리콘을 형성하는 기술(Robert S. Sposilli, M.A. Crowder, and James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.452, 956~957, 1997)이 제안되었다.

상기 SLS 기술에서는, 레이저 에너지 크기와 레이저 빔의 조사 범위 및 이동 거리(translation distance)를 적절히 조절하여, 실리콘 결정 입자를 소정의 길이만큼 측면 성장시킴으로써, 비정질 실리콘을 단결정 수준으로 결정화시킬 수 있다.

이러한 SLS 공정에 이용되는 조사 장치는 좁은 영역에 빔을 집중시키게 되므로 넓은 면적의 기판에 적층된 비정질 실리콘층을 동시에 다결정질로 변화시킬 수 없다. 따라서, 기판의 조사 위치를 변경시키도록, 비정질 실리콘층이 적층된 기판을 스테이지에 장착한 후, 소정 면적에 조사가 이루어진 후, 기판을 이동시켜 다음 면적을 조사시키는 방식으로 기판의 전 영역에 조사가 이루어지도록 한다.

도 2는 종래의 레이저 열처리를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2와 같이, 기판(20) 상에 버퍼층(21), 비정질 실리콘층(22)을 차례대로 형성한 후, 이 비정질 실리콘층(22)이 형성된 기판(20) 상에 투과부와 차단부가 순차 교차하는 레이저 빔 패턴 마스크(미도시)를 배치한 후, 상기 비정질 실리콘층(22)에 레이저 조사 공정을 진행한다.

상기 비정질 실리콘층(22)은 일반적으로 화학 기상 증착법(CVD)등을 사용하여 기판(20)에 증착하게 되는데, 증착 직후 상기 비정질 실리콘층(22) 내에 수소를 많이 함유하고 있다. 수소는 열에 의해 박막을 이탈하는 특징이 있기 때문에, 상기 비정질 실리콘층(22)을 1차로 열처리하여 탈수소화 과정을 진행한다. 이는, 수소를 미리 제거하지 않은 경우에는 결정화된 실리콘층의 표면이 매우 거칠어져 전기적으로 특성이 좋지 않기 때문이다.

도 3은 결정화가 일부 진행된 기판을 나타낸 평면도이다.

도 3과 같이, 비정질 실리콘층(22)의 상부에 위치한 레이저 빔 패턴 마스크(미도시)를 통해 레이저 빔을 1회 조사한다. 이 때, 조사되는 레이저빔은 상기 레이저 빔 패턴 마스크에 구성된 다수의 투과부(A)로 통과되어, 조사되는 부위의 비정질 실리콘층(22)이 녹아 액상화한다. 이와 같은 경우, 상기 레이저 에너지의 정도는 조사 부위의 상기 비정질 실리콘층이 완전히 녹을 정도의 고 에너지 영역대(complete melting region)를 사용한다.

이와 같이, 레이저 빔의 조사 후 비정질 실리콘 영역과 완전히 용융되어 액상화된 실리콘 영역의 계면(32)으로부터 조사 영역 쪽으로 실리콘 그레인(silicon grain)(33)의 측면성장이 진행된다. 그레인의 측면성장은 상기 계면(32)에 대해 수직하는 방향으로 일어난다.

비정질 실리콘층(22)의 투과부에 대응되는 조사되는 부위에서는 레이저 빔 패턴 마스크의 투과부(A)의 폭이 상기 실리콘 그레인 성장 길이의 두배 보다 작으면, 상기 실리콘영역의 양측 계면에서 안쪽으로 수직하게 성장한 양측의 그레인은 중간지점(31)에서 부딪히게 되면서 성장을 멈추게 된다.

이러한 1회 조사를 통한 결정화 공정으로, 상기 레이저 빔 패턴 마스크(도 2의 3)에 구성한 투과부(A)의 수만큼 한블럭 내에 결정화된 영역이 발생한다.

이어, 실리콘 그레인을 더욱 성장시키기 위해서는 상기 기판이 형성된 스테이지를 이동시켜 상기 조사된 부위에 인접한 영역을 조사하여 상기 1회 노광에서 형성된 결정에 연결되는 결정을 형성한다. 마찬가지로, 조사시 순간적으로 완전히 용융된 조사 부위는 양측으로부터 측상으로 결정이 형성된다. 일반적으로 레이저 조사 공정으로 진행되는 인접한 조사부와 연결된 결정성장의 길이는 일반적으로 1.5 내지 2㎛의 길이로 성장하게 된다.

레이저 빔의 빔폭과 레이저 빔 패턴 마스크의 크기가 제한되어 있기 때문에, 레이저 빔(laser beam)을 이용한 결정화는 기판(20)의 전 면적에 동시에 이루어질 수 없다. 따라서, 기판의 사이즈가 대면적으로 갈수록 상기 하나의 레이저 빔 패턴 마스크를 여러번 정렬하고, 그 때마다 결정화 과정을 반복함으로써 결정화가 이루어진다.

이 때, 상기 단일 레이저 빔 패턴 마스크의 축소면적만큼 결정화 된 영역을 한 블록이라 정의하면, 상기 한 블록내의 결정화 또한 다수의 레이저 빔 조사를 통해 이루어진다.

도 4는 레이저 빔 1회 조사 후, 투과부에 대응되는 비정질 실리콘층의 부위가 결정화된 상태를 나타낸 도면이다.

도 4와 같이, 비정질 실리콘층(22)의 상부에 위치한 상기 레이저 빔 패턴 마스크(미도시)를 통해 레이저 빔을 1회 조사한다. 이 때, 조사되는 레이저빔은 상기 레이저 빔 패턴 마스크에 구성된 다수의 투과부(A)로 통과되어, 조사되는 부위의 비정질 실리콘층(22)이 녹아 액상화한다. 이와 같은 경우, 상기 레이저 에너지의 정도는 조사 부위의 상기 비정질 실리콘층이 완전히 녹을 정도의 고 에너지 영역대(complete melting region)를 사용한다.

이와 같은 공정을 다수 반복하여, 도 3에 도시한 바와 같이 한블럭(C)에 해당하는 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 실리콘 결정화 방법은 레이저 빔 패턴 마스크의 투과부(A)가 차단부(B)에 비해 상대적으로 폭이 작기 때문에, 한 블록의 영역을 결정화하기 위해 스테이지가 여러번 미소 이동함으로써 결정화되는 방법이다.

도 5는 일반적인 SLS 결정화 장치를 나타낸 개략도이다.

도 5와 같이, 상기 SLS 결정화 장치는 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생장치(41)와, 상기 레이저 발생장치(41)를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈(42)와, 기판(50)에 레이저 빔을 나누어 조사시키는 레이저 빔 패턴 마스크(43)와, 상기 레이저 빔 패턴 마스크(43)의 하부에 위치하여 상기 레이저 빔 패턴 마스크(43)를 통과한 레이저빔을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈(44)로 구성된다.

상기 레이저빔 발생장치(41)는 엑시머 레이저(Excimer Laser)로서 308nm의 XeCl나 248nm의 KrF가 주로 이용된다. 상기 레이저 발생장치(41)는 가공되지 않은 레이저 빔(laser beam)을 방출시키며, 상기 방출된 레이저 빔은 어테뉴에이터(atenuator, 미도시)를 통과하여 에너지 크기를 조절한 후, 상기 집속렌즈(42)를 통해 조사되게 된다.

상기 레이저 빔 패턴 마스크(43)에 대응되어 비정질 실리콘층이 증착된 기판(50)이 고정된 X-Y스테이지가 위치한다.

이때, 상기 기판(50)의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 상기 X-Y스테이지를 미소하게 이동하여 줌으로써 결정 영역을 점진적으로 확대해 나가는 방법을 사용한다.

여기서, 상기 레이저 빔 패턴 마스크(43)는 상기 레이저 빔을 통과시키는 투과부(A)와, 레이저 빔을 흡수하는 차단부(B)로 구분된다. 상기 투과부(A)의 폭은 1회 노광시 형성되는 그레인의 측면성장 길이를 결정한다.

여기서, 상기 레이저 빔을 방출시키는 레이저 발생장치(41) 이후 배치되는, 레이저 빔의 세기 및 크기, 패턴을 조절하는 집속 렌즈, 레이저 빔 패턴 마스크, 축소 렌즈 등의 부위를 영사부(projection lens, 45)로 통칭한다.

도 6은 종래의 SLS 결정화 장치를 이용하여 결정화시 발생하는 역반사 현상을 도시한 도면이다.

도 6과 같이, 종래의 SLS 결정화 장치를 이용하여 실리콘층이 전면 증착된 기판(50)을 스테이지 상에 장착하여 이를 미소 이동함으로써, 결정화 공정을 진행하면 기판(50)에 조사된 레이저 빔이 상기 기판(50) 표면에서 일부 반사되어 다시 영사부(45)로 입사되어 들어간다. 이 경우, 영사부(45)로 입사된 레이저 빔은 상기 영사부(45) 내의 집속 렌즈나, 축소 렌즈 등의 렌즈의 표면으로 다시 반사되어 기판에 재조사될 수 있다.

이러한 기판(50) 상으로 재입사된 레이저 빔은 원래의 레이저 광원으로 조사되는 레이저 빔과는 경로가 다르기 때문에 노이즈(noise)로 작용하여 SLS 결정화 장치의 특성을 저하시키거나, 결정화 특성 불량을 발생시키는 고스트(ghost) 현상의 원인이 될 수 있다.

도 7은 종래의 SLS 결정화 장치를 이용하여 결정화시 발생하는 박막의 애블레이션 현상을 도시한 도면이다.

도 7과 같이, 일반적으로 SLS 결정화 장치를 이용하여 진행할 때, 조사시 레이저 빔의 에너지 빔의 에너지 밀도가 기판(50) 상에 증착된 박막의 실리콘층에 비해 매우 높을 수 있다.

이 경우, 기판(50)에 조사된 레이저 빔에 의해서 박막의 실리콘층이 고상(solid)에서 기상(vaper)으로 변하여 증발하는 애블레이션(ablation) 현상이 일어난다. 이 때, 상기 증발된 기상의 실리콘은 상기 영사부(45) 내의 렌즈 표면(주로 축소 렌즈)에 파티클(particle, 51) 형태로 부착된다.

레이저 조사가 반복적으로 진행되면 될수록, 이러한 애블레이션 현상으로 인한 영사부(45) 내 렌즈 표면의 파티클 증착이 심해지는데, 이로 인해 렌즈는 광학 특성을 손상받게 된다.

상기와 같은 종래의 SLS 결정화 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

기판 상에 형성된 실리콘층에 SLS 결정화 공정을 진행하기 위해서는 수 ㎛의 선폭을 갖는 미세 레이저 빔을 형성시켜야 한다. 이를 위해서 레이저 발생 장치로부터 나오는 레이저 빔의 패턴을 변경할 수 있도록 영사부 내에 레이저 빔 패턴 마스크와 집속 렌즈와 축소 렌즈 등을 구비하여 SLS 결정화 장치를 구성한다.

이 경우, 레이저 빔이 영사부를 거쳐 기판에 조사될 때, 일부 레이저 빔이 기판에 의해서 반사가 되어 영사부로 입사가 된 후, 기판에 반사되어 영사부로 입사가 된 후, 기판에 재조사 될 수 있다. 이는 원하는 부위에 결정화를 이루는데 노이즈 성분으로 작용하게 된다.

또한, 기판 상에 박막 상태로 형성된 실리콘층에 레이저 조사시 순간적으로 입사되는 레이저 빔의 밀도는 매우 높을 수 있는 데, 이 경우 박막 실리콘층의 일부가 기상(vapor)으로 변하여 렌즈 표면에 부착된다. 이러한 현상이 반복되면 반복될수록 렌즈는 손상되어 원래의 광학 기능을 상실하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 SLS 결정화 장비의 광학 특성 향상 및 결정화 박막의 애블레이션(ablation)에 의한 광학 손실을 방지하고자 하는 SLS 결정화 광학 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 SLS 결정화 장치는 레이저 빔을 발생하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원을 통해 방출된 레이저 빔을 집속하고 패턴 변경하여 기판 상에 조사하는 영사부와, 상기 영사부 하부에 상기 레이저 광원에서 기판으로 입사되는 광은 투과시키며, 기판에서 상기 영사부로 역입사되는 광은 차단시키는 레이저 빔 스플리터와, 상기 기판을 장착한 스테이지를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

상기 영사부는 상기 레이저 광을 집광시키는 집속렌즈와, 상기 레이저 광을 소정의 패턴으로 조사시키는 레이저 빔 패턴 마스크와, 상기 소정 패턴의 레이저 광을 축소시키는 축소 렌즈를 포함하여 이루어진다.

상기 레이저 빔 스플리터는 상하부 표면에 반사 방지막을 더 구비하여 형성된다.

상기 반사 방지막은 교체 가능한 것이다.

상기 레이저 빔 스플리터는 상기 기판으로부터 상기 영사부로 역입사되는 광의 99%이상 차단한다.

상기 레이저 빔 스플리터는 양측으로 경사를 갖도록 조절 가능하다.

상기 레이저 빔 스플리터의 경사는 조사할 영역과 필요 레이저 세기에 의해 조절되낟.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 SLS 결정화 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명의 SLS 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 8과 같이, 본 발명의 상기 SLS 결정화 장치는 박막의 실리콘층이 장착된 기판(60)과, 레이저 빔을 발생하는 레이저 광원(65)과, 상기 레이저 광원(65)을 통해 방출된 레이저 빔을 집속하고 패턴 변경하여 상기 기판(60) 상에 조사하는 영사부(80)와, 상기 영사부(80) 하부에 상기 레이저 광원(65)에서 상기 기판(60)으로 입사되는 광은 투과시키며, 상기 기판(60)에서 상기 영사부(80)로 역입사되는 광은 차단시키는 레이저 빔 스플리터(laser beam splitter)(70)와, 상기 기판(60)을 장착한 스테이지(67)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 영사부(80)는 도시되어 있지는 않지만 레이저 빔을 집속하고 패턴 변경하여 기판(60)에 조사하는 기능을 갖는 것으로, 이를 충족하기 위해 다음과 같이 구성된다.

즉, 상기 레이저 광원(65)을 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈와, 상기 기판(50)에 레이저 빔을 나누어 조사시키는 레이저 빔 패턴 마스크와, 상 기 레이저 빔 패턴 마스크의 하부에 위치하여 상기 레이저 빔 패턴 마스크를 통과한 레이저빔을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈로 구성된다.

여기서, 상기 레이저빔 광원(65)은 엑시머 레이저(Excimer Laser)로서 308nm의 XeCl나 248nm의 KrF가 주로 이용된다. 상기 레이저 광원(65)은 가공되지 않은 레이저 빔(laser beam)을 방출시키며, 상기 방출된 레이저 빔은 어테뉴에이터(atenuator, 미도시)를 통과하여 에너지 크기를 조절한 후, 상기 집속렌즈를 통해 조사되게 된다.

상기 레이저 빔 패턴 마스크에 대응되어 비정질(amorphous)의 박막 실리콘층이 증착된 기판(60)이 고정된 스테이지(67)가 위치한다.

이 때, 상기 기판(50)의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 상기 스테이지(67)를 미소하게 이동하여 줌으로써 결정 영역을 점진적으로 확대해 나가는 방법을 사용한다.

한편, 레이저 빔이 상기 레이저 광원(65)으로부터 상기 영사부(80)를 거쳐 기판(60)에 조사될 때, 일부 빔이 상기 기판(60)에 의해서 반사가 되어 다시 상기 영사부(80) 내의 렌즈로 입사된 후 상기 기판(60)에 재조사가 될 수 있다. 이는 원하는 부위에 결정화를 진행하는 데 노이즈 성분의 작용을 한다. 이를 방지하기 위해서 본 발명의 SLS 결정화 장치는 상기 영사부 하단에 레이저 빔 스플리터(70)를 구비한다.

상기 레이저 빔 스플리터(70)는 상기 레이저 광원으로부터 기판(60)으로 입사되는 레이저 빔은 통과시키며, 상기 기판(60)으로부터 다시 영사부(80)로 입사되 는 레이저 빔을 차단하는 기능을 갖는다. 따라서, 기판(60)에서 영사부(80)로 역입사되는 레이저 빔의 성분을 고려하지 않고, 결정화 공정을 진행할 수 있으며, 노이즈 성분없이 원하는 결정질 패턴 구현이 가능하게 된다.

여기서, 상기 빔 스플리터(70)의 투과율은 99.x%이며, 상기 빔 스플리터(70)를 투과한 레이저 빔이 다시 역입사되는 성분은 1%내외인 것이 바람직하다.

또한, 상기 레이저 빔 스플리터(70)는 레이저 조사시 순간적으로 레이저 에너지 밀도가 높을 때 일어나는 기판(60)상의 박막의 실리콘층의 애블레이션 현상에 대해 일종의 보호막으로 작용하여 영사부(80) 내 렌즈 표면 손상을 방지할 수 있다.

이 경우, 애블레이션 현상으로 기상화된 실리콘 파티클은 상기 레이저 빔 스플레터(70) 표면에 달라붙게 되며, 상기 레이저 빔 스플리터(70)의 광학 기능을 손상할 정도로 실리콘 파티클이 증착되었을 때는 상기 레이저 빔 스플리터(70)를 대체하도록 한다.

일반적으로 영사부(80)에 구성하는 집속 렌즈나, 축소 렌즈 등은 상기 레이저 빔 스플리터(70)에 비해 상당히 고가로, 대체하는데 비용 부담이 크다. 본 발명과 같이, 상기 레이저 빔 스플리터(70)를 박막 실리콘층의 애블레이션에 대한 1차적인 보호막으로 이용하였을 때 보다 저가로 최상의 광학 효율을 갖는 장치로 교체할 수 있어, 이는 상당히 의의가 있다.

한편, 상기 레이저 빔 스플리터는 양측으로 경사를 갖도록 조절 가능하며, 상기 경사의 조절은 기판상의 조사가 이루어지는 부위와 조사시 해당 영역에 필요 한 레이저 세기에 의해 결정된다.

도 9는 도 8의 레이저 빔 스플리터를 도시한 도면이다.

도 9와 같이, 레이저 빔 스플리터(70)는 상하부 표면에 반사 방지막(Anti-Reflection Layer)(71, 72)을 구비할 수 있다.

상기 반사 방지막(71, 72)은 상기 레이저 빔 스플리터(70)를 투과하는 레이저 빔이 특정의 방향성을 갖도록 반사되는 성분을 차단하는 기능을 갖는다.

또한, 상기 반사 방지막(71, 72)은 상기 레이저 빔 스플리터(70) 자체의 보호막으로 작용하여 상술한 애블레이션 현상이 일어났을 때, 상기 레이저 빔 스플리터(70) 전체가 아니라, 상기 반사 방지막(71, 72)만을 제거하여 다시 원래의 광학 효율을 회복할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 SLS 결정화 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 레이저 광원으로부터 기판으로 입사되는 레이저 빔이 특정한 방향성을 갖고 입사되는 성분만 있고, 다시 역반사되는 성분이 없도록 레이저 빔 스플리터를 영사부 하단에 장착하여 레이저 빔의 역반사 성분으로 인한 노이즈 발생을 방지할 수 있다.

둘째, 레이저 조사시 순간적으로 레이저 에너지 밀도가 커져 박막의 실리콘층이 기상으로 들뜨는 애블레이션 현상에 대해 레이저 빔 스플리터를 영사부에 대한 일차적인 보호막을 이용할 수 있다.

셋째, 고가의 영사부 내 렌즈 손상을 방지할 수 있어 비용을 절감할 수 있 다.

넷째, 영사부 내 렌즈 손상을 방지하여 SLS 결정화 장치의 광학 기능을 유지하여 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims

레이저 빔을 발생하는 레이저 광원;

상기 레이저 광원을 통해 방출된 레이저 빔을 집속하고 패턴 변경하여 기판 상에 조사하는 영사부;

상기 영사부 하부에 상기 레이저 광원에서 기판으로 입사되는 광은 투과시키며, 기판에서 상기 영사부로 역입사되는 광은 차단시키는 레이저 빔 스플리터; 및

상기 기판을 장착한 스테이지를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 영사부는

상기 레이저 광을 집광시키는 집속렌즈;

상기 레이저 광을 소정의 패턴으로 조사시키는 레이저 빔 패턴 마스크; 및

상기 소정 패턴의 레이저 광을 축소시키는 축소 렌즈를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 레이저 빔 스플리터는 상하부 표면에 반사 방지막을 더 구비하여 형성된 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.
제 3항에 있어서,

상기 반사 방지막은 교체 가능한 것임을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 레이저 빔 스플리터는 상기 기판으로부터 상기 영사부로 역입사되는 광의 99%이상 차단함을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 레이저 빔 스플리터는 양측으로 경사를 갖도록 조절 가능한 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.
제 6항에 있어서,

상기 레이저 빔 스플리터의 경사는 조사할 영역과 필요 레이저 세기에 의해 조절됨을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.