KR100606447B1 - 최적의 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법 - Google Patents

최적의 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100606447B1
KR100606447B1 KR1020030096871A KR20030096871A KR100606447B1 KR 100606447 B1 KR100606447 B1 KR 100606447B1 KR 1020030096871 A KR1020030096871 A KR 1020030096871A KR 20030096871 A KR20030096871 A KR 20030096871A KR 100606447 B1 KR100606447 B1 KR 100606447B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crystallization
test
thin film
silicon thin
mask
Prior art date
Application number
KR1020030096871A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050065107A (ko
Inventor
서현식
정윤호
김영주
유재성
Original Assignee
엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지.필립스 엘시디 주식회사 filed Critical 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority to KR1020030096871A priority Critical patent/KR100606447B1/ko
Priority to US11/017,826 priority patent/US7253010B2/en
Publication of KR20050065107A publication Critical patent/KR20050065107A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100606447B1 publication Critical patent/KR100606447B1/ko
Priority to US11/826,160 priority patent/US7759605B2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02488—Insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02678—Beam shaping, e.g. using a mask
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02678—Beam shaping, e.g. using a mask
    • H01L21/0268—Shape of mask
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02686—Pulsed laser beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10S117/903—Dendrite or web or cage technique
    • Y10S117/904—Laser beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

본 발명의 결정화방법은 테스트 마스크를 이용하여 최적의 포컬 플레인(focal plane)을 결정한 후 결정화를 진행함으로써 결정화공정을 개선하기 위한 것으로, 슬릿이 형성된 테스트 마스크를 마스크 스테이지에 로딩하는 단계; 상기 테스트 마스크를 통해 레이저빔을 조사하여 테스트용 비정질 실리콘 박막을 테스트 결정화하는 단계, 상기 테스트 결정화에 의해 결정화된 테스트용 실리콘 박막의 결정화 결과를 확인하는 단계 및 상기 테스트 결정화 결과로부터 상기 레이저빔이 조사된 테스트용 실리콘 박막을 가장 넓은 면적으로 결정화시키는 최적의 포컬 플레인을 결정하는 단계로 이루어진 포컬 플레인 결정단계; 상기 최적의 포컬 플레인이 형성되는 위치로 마스크 스테이지를 이동시키는 단계; 상기 마스크 스테이지에 결정화공정 마스크를 로딩하는 단계; 및 상기 결정화공정 마스크를 이용하여 소정 기판 위의 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 단계를 포함한다.
레이저 결정화, 포컬 플레인, 테스트 마스크

Description

최적의 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법{METHOD OF DECIDING BEST-FITTED FOCAL PLANE AND METHOD OF CRYSTALLIZATION USING THEREOF}
도 1은 조사되는 레이저 에너지 밀도에 대한 결정화된 실리콘 박막의 그레인 크기를 나타내는 그래프.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 그래프에서, 레이저 에너지 밀도에 따른 실리콘 결정화 메커니즘을 나타내는 단면도.
도 5는 레이저빔의 다양한 포컬 플레인 형태를 나타내는 예시도.
도 6a 내지 도 6c는 수평 결정화에 따른 결정화 과정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 포컬 플레인 결정방법을 위한 시스템을 개략적으로 나타내는 예시도.
도 8a 및 도 8b는 도 7에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 포컬 플레인 결정방법에 사용되는 테스트 마스크를 나타내는 예시도.
도 9는 도 8a에 도시된 테스트 마스크를 이용하여 결정화한 실리콘 박막의 SEM 측정결과를 나타내는 사진.
도 10은 본 발명의 포컬 플레인 결정방법을 나타내는 순서도.
도 11은 본 발명의 포컬 플레인 결정방법을 이용한 비정질 실리콘 박막의 결정화방법을 나타내는 순서도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
210,310 : 기판 240,340 : 이동 스테이지
265,365 : 광학렌즈 312 : 비정질 실리콘 박막
312' : 다결정 실리콘 박막 370,370A,370B : 레이저 마스크
375A,375B : 슬릿 380 : CCD
390 : 컴퓨터
본 발명은 결정화방법에 관한 것으로, 특히 테스트 마스크를 이용하여 최적의 포컬 플레인을 결정한 후 결정화를 진행함으로써 결정화공정을 개선시킨 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크 탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘(amorphous silicon) 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.
비정질 실리콘 박막 트랜지스터 기술은 1979년 영국의 LeComber 등에 의하여 개념이 확립되어 1986년에 3" 액정 휴대용 텔레비전으로써 실용화되었고 최근에는 50" 이상의 대면적 박막 트랜지스터 액정표시장치가 개발되었다.
그러나, 상기 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 전기적 이동도(<1cm2/Vsec)로는 1Mhz 이상의 고속 동작을 요구하는 주변회로에 이용하는데는 한계가 있다. 이에 따라 전계효과 이동도(field effect mobility)가 상기 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 큰 다결정 실리콘(polycrystalline silicon) 박막 트랜지스터를 이용하여 유리기판 위에 화소부와 구동회로부를 동시에 집적하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
다결정 실리콘 박막 트랜지스터 기술은 1982년에 액정 컬러 텔레비전이 개발된 이후로 캠코더 등의 소형 모듈에 적용하고 있으며, 낮은 감광도와 높은 전계효과 이동도를 가지고 있어 구동회로를 기판에 직접 제작할 수 있다는 장점이 있다.
이동도의 증가는 구동 화소수를 결정하는 구동회로부의 동작 주파수를 향상시킬 수 있으며 이로 인한 표시장치의 고정세화가 용이해진다. 또한, 화소부의 신호 전압의 충전 시간의 감소로 전달 신호의 왜곡이 줄어들어 화질 향상을 기대할 수 있다.
또한, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 높은 구동 전압(∼25V)을 갖는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 10V 미만에서 구동이 가능하므로 전력 소모를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상기와 같은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제작하는 방법으로는 크게 다결정 실리콘 박막을 기판 위에 직접 증착하는(as-deposition) 방법과 기판 위에 비정질 실리콘 박막을 증착한 뒤 열처리하여 결정화하는 방법이 있다. 특히, 저가의 유리기판을 사용하기 위해서는 저온 공정이 요구되며 구동회로부의 소자에 이용하기 위해서는 박막 트랜지스터의 전계효과 이동도를 향상시킬 수 있는 방법이 요구된다.
이 때, 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 열처리 방법에는 크게 고상 결정화(Solid Phase Crystallization; SPC)방법과 엑시머 레이저 어닐링(Eximer Laser Annealing; ELA)방법이 있다.
상기 고상 결정화는 예를 들면 600℃ 내외의 온도에서 다결정 실리콘 박막을 형성하기 위한 방법으로서 유리기판 위에 비정질 실리콘 박막을 형성한 후, 약 600℃에서 수 시간 내지 수십 시간 동안 가열처리를 함으로써 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 방법이다. 상기 고상 결정화방법으로 얻어진 다결정 실리콘 박막은 보통 수㎛ 수준의 비교적 큰 그레인(grain)을 가지나 상기 그레인 내에 결함(defect)이 많이 형성되어 있다는 단점이 있다. 상기 결함은 그레인 경계(grain boundary) 영역 다음으로 박막 트랜지스터의 성능에 좋지 않은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
상기 엑시머 레이저 어닐링방법은 저온에서 다결정 실리콘 박막을 제조하는 핵심적인 방법으로서 높은 에너지를 갖는 레이저빔을 비정질 실리콘 박막에 수십 nsec의 순간적인 조사에 의해 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 방법이다. 아주 짧은 시간에 비정질 실리콘의 용융과 결정화가 이루어지므로 유리기판이 전혀 손상을 입지 않는다는 장점이 있다.
또한, 엑시머 레이저를 이용하여 제작된 다결정 실리콘 박막은 일반적인 다른 열처리 방법으로 제작된 다결정 실리콘 박막보다 전기적 특성이 우수하다는 장점이 있다. 예를 들면, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 전계효과 이동도는 일반적으로 0.1∼0.2cm2/Vsec 정도이고 일반적인 열처리 방법으로 제작된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 전계효과 이동도는 10∼20cm2/Vsec 정도인데 반해, 상기 엑시머 레이저를 이용하여 제작한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 100cm2/Vsec가 넘는 전계효과 이동도 값을 가진다(IEEE Trans. Electron Devices, vol. 36, no. 12, p. 2868, 1989).
이하, 레이저를 이용한 결정화방식에 대해 자세히 살펴본다.
도 1은 조사되는 레이저 에너지 밀도에 대한 결정화된 실리콘 박막의 그레인 크기를 나타내는 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 제 1 영역(I)과 제 2 영역(II)에서는 레이저 에너지 밀도가 증가할수록 결정화된 다결정 실리콘 박막의 그레인 크기가 증가하고 있 는 것을 알 수 있다(IEEE Electron Dev. Lett., DEL-7, 276, 1986). 그러나, 제 3 영역(III)에서는, 즉 특정 에너지 밀도(Ec) 이상의 에너지가 조사되면 결정화된 다결정 실리콘 박막의 그레인 크기는 급격하게 감소하게 됨을 알 수 있다.
즉, 조사되는 레이저 에너지 밀도에 따라 실리콘 박막의 결정화 메커니즘이 다르다는 것을 알 수 있으며, 이를 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 그래프에서, 레이저 에너지 밀도에 따른 실리콘 결정화 메커니즘을 나타내는 단면도로써, 각 레이저 에너지 밀도에 따른 결정화과정을 순차적으로 나타내고 있다.
이 때, 레이저 어닐링에 의한 비정질 실리콘의 결정화 메커니즘은 레이저 조사 조건(레이저 에너지 밀도, 조사 압력, 기판 온도 등) 및 비정질 실리콘 박막의 물성적, 기하학적 특성(흡수계수, 열전도도, 질량, 불순물 함유도, 두께 등)과 같이 여러 가지 요인에 의해 영향을 받는다.
먼저, 도 2a 내지 2c에 도시된 바와 같이, 도 1 그래프의 제 1 영역(I)은 부분 용융 영역(partial melting region)으로 비정질 실리콘 박막(12)은 점선 부분까지만 결정화가 이루어지며 이 때 형성된 그레인(30)의 크기는 수백 Å 정도이다.
즉, 버퍼층(11)이 형성된 기판(10) 위의 비정질 실리콘 박막(12)에 제 1 영역(I)의 레이저가 조사되면 상기 비정질 실리콘 박막(12)은 녹게 되는데, 레이저빔에 직접 노출되는 비정질 실리콘 박막(12)의 표면에는 강한 레이저 에너지가 조사되고 비정질 실리콘 박막(12)의 하부에는 상대적으로 약한 레이저 에너지가 조사됨 으로써 비정질 실리콘 박막(12)의 일정 부분까지만 용융 되어 부분적인 결정화가 일어나게 된다.
이 때, 레이저 결정화에 의한 결정 성장 과정은 첫째가 레이저 조사에 따른 비정질 실리콘 표면층의 일차 용융(primary melting)이고, 둘째는 일차 용융층의 고상화에 따른 잠열(latent heat) 발생 및 이로 인한 하부층의 이차 용융(secondary melting)이고, 셋째가 고상화를 통한 결정 성장으로, 상기 결정 성장 과정에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.
레이저가 조사된 비정질 실리콘 박막은 용융 온도(1000℃)를 상회하게 되어 액상 상태로 용융(primary melting)된다. 이어, 상기 일차 용융층은 하부 실리콘 및 기판과 높은 온도차가 발생하여 고상핵화(solid phase nucleation) 및 고상화(solidification)가 발생할 때까지 급격하게 냉각되다. 레이저 조사에 따른 용융층은 상기 고상핵화 및 고상화가 일어날 때까지 유지되며, 이와 같은 용융 상태는 증발(ablation)이 일어나지 않는 범위에서는 레이저 에너지 밀도가 높을수록 또는 외부로의 열 방출이 적을수록 오랫동안 지속된다. 또한, 일차 용융층은 결정질 실리콘의 용융 온도(1400℃)보다 낮은 온도(1000℃)에서 용융 되므로 상기 용융층은 냉각되어 상변화 이하의 온도로 내려가는 과냉각(super-cooling) 상태로 유지되며, 이와 같은 과냉각 상태가 클수록, 즉 박막의 용융 온도가 낮거나 냉각 속도가 클수록 고상화시 핵 형성율(nucleation rate)의 증가를 가져와 미세(fine)한 결정 성장을 이루게 된다.
일차 용융층이 냉각되어 고상화가 시작되면 결정핵을 중심으로 상부방향으로 결정 성장이 이루어지며, 이 때 일차 용융층이 액상에서 고상으로의 상변화에 따른 잠열이 방출되어 고체 상태의 하부 비정질 실리콘 박막을 용융(secondary melting)시키며 다시 고상화를 통한 이와 같은 과정이 반복되어 결정이 성장하게 된다. 이 때의 하부 이차 용융층은 일차 용융층에 비해 보다 더 과냉각된 상태로 핵 생성율이 증가하여 결정 크기가 작아지게 된다.
따라서, 레이저 어닐링에 의한 결정화시 결정화 특성을 향상시키기 위해서는 고상화에 따른 냉각 속도를 늦추는 것이 효과적인 방법이며 이에 따라 기판 가열, 이중 빔 조사, 버퍼 절연층 삽입 등과 같이 흡수된 레이저 에너지의 외부로의 열 방출을 억제하여 냉각 속도를 늦추는 방법을 사용할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1 그래프의 제 2 영역(II)에 대한 실리콘 결정화 메커니즘을 순차적으로 나타내는 단면도로서, 상기 제 2 영역(II)은 완전 용융 근접 영역(near-complete melting region)을 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이, 3000∼4000Å 정도의 비교적 큰 크기의 그레인(30A~30C)을 가진 다결정 실리콘 박막이 하부 버퍼층(11)의 계면까지 형성되어 있다.
즉, 완전한 용융이 아닌 거의 완전한 용융에너지를 비정질 실리콘(12)에 조사하면 버퍼층(11)과 근접한 영역까지 비정질 실리콘 박막(12)이 용융 되게 된다. 이 때, 상기 용융된 실리콘 박막(12')과 버퍼층(11) 사이의 계면에 녹지 않은 고체 시드(seed)(35)들이 존재하게 되며 상기 시드가 결정화핵으로 작용하여 측면 성장을 유도함으로써 비교적 큰 그레인(30A~30C)을 형성시키게 된다(J. Appl. Phys. 82, 4086).
그러나, 상기 결정화는 녹지 않은 고체 시드(35)를 버퍼층(11)과의 계면에 남아 있을 수 있는 레이저 에너지를 조사하여야만 가능한 방법이기 때문에 공정창(process window)이 매우 좁은 단점을 가지고 있다. 또한, 상기 고체 시드(35)는 불균일하게 생성되기 때문에 이에 따라 결정화된 다결정 실리콘 박막의 그레인(30A~30C)은 서로 다른 결정화방향, 즉 서로 다른 결정화특성을 가지게 되는 단점을 가지고 있다.
마지막으로, 도 4a 내지 4c는 도 1의 그래프의 제 3 영역(III)에 해당하며 완전 용융 영역(complete melting region)에 대한 결정화 메커니즘을 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 영역에 해당하는 에너지 밀도에서는 매우 작은 크기의 그레인(30)이 불규칙하게 형성되어 있다.
즉, 레이저 에너지 밀도가 일정 수준(Ec) 이상이 될 때에는 비정질 실리콘 박막(12)에 충분한 에너지가 가해져서 상기 비정질 실리콘 박막(12)이 모두 용융 되게 되어 그레인으로 성장할 수 있는 고체 시드가 남겨있지 않게 된다. 이후, 강한 에너지의 레이저를 조사 받아 용융된 실리콘 박막(12')은 급격한 냉각 과정을 거치게 되면서 균일한 핵(30)생성이 일어나게 되어 그 결과 미세한 그레인(30)이 형성되게 된다.
상기 영역에서의 결정화는 넓은 공정창을 가지는 장점은 있으나 결정화된 실 리콘 박막의 그레인(30) 크기가 미세하다는 단점이 있다.
한편, 이와 같이 조사되는 레이저 에너지 밀도에 따라 상이한 결정화특성을 가진 다결정 실리콘 박막이 형성되므로 원하는 특성의 결정질 실리콘 박막을 얻기 위해서는 기판 위에 조사되는 레이저가 최적의 포컬 플레인(focal plane)을 가지도록 하는 것이 중요하다.
도 5는 상기 레이저빔의 다양한 포컬 플레인 형태를 나타내기 위한 예시도로써, 도면에 도시된 바와 같이 (a), (b) 및 (c)는 각각 레이저빔(260)의 포컬 플레인(focal plane)이 기판(210)의 하부층, 표면 및 기판 외부에 형성되는 딥 포커스(deep focus), 저스트 포커스(just focus) 및 언더 포커스(under focus)를 나타낸다.
이 때, 기판(210)의 표면에 레이저빔(260)의 포컬 플레인이 형성되는 저스트 포커스(b)로 결정화한 경우에는 가장 선명한 결정화 형태를 얻을 수 있는 반면에 딥 포커스(a)나 언더 포커스(c)의 경우에는 선명한 결정화 모양을 얻을 수 없게 된다.
즉, 레이저 결정화에서 선명한 결정화 모양은 비정질 실리콘 박막을 충분히 녹일 수 있을 정도의 레이저 에너지가 입사된다는 의미이며, 결정화공정을 진행하기 위해서는 조사되는 레이저의 포컬 플레인 상태가 전술한 저스트 포커스를 이루는 것이 매우 중요하다.
그러나, 지금까지는 결정화공정을 진행하기 전에 상기와 같은 포컬 플레인의 고려 없이 결정화를 진행한 후 결정화된 실리콘 박막의 결정화특성에 따라 레이저 장비 및 광학시스템을 보정 하였으므로, 이에 따라 결정화공정 시간 및 비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같은 문제는 새로운 결정화공정용 마스크를 마스크 스테이지에 로딩하는 경우를 비롯하여 레이저 장비 및 광학시스템의 재 세팅(setting)의 경우에도 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 테스트 마스크를 이용하여 최적의 포컬 플레인(focal plane)을 결정한 후 결정화를 진행함으로써 결정화공정을 개선시킨 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 최적의 포컬 플레인을 컴퓨터와 같은 장비를 이용하여 자동으로 결정하도록 한 포컬 플레인 결정방법을 제공하는 것이다.
기타 본 발명의 다른 특징 및 목적은 이하 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 포컬 플레인 결정방법은 슬릿이 형성된 테스트 마스크를 마스크 스테이지에 로딩하는 단계; 상기 테스트 마스크를 통해 레이저빔을 조사하여 소정의 비정질 실리콘 박막을 테스트 결정화하는 단계; 상기 테스트 결정화에 의해 결정화된 실리콘 박막의 결정화 결과를 확인하는 단계; 및 상기 테스트 결정화 결과로부터 상기 레이저빔이 조사된 실리콘 박막을 가장 넓은 면적으로 결정화시키는 최적의 포컬 플레인을 결정하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 테스트 마스크에 형성되는 슬릿은 소정의 광학 시스템 및 레이저 장비의 조건하에서 가질 수 있는 최소한의 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 슬릿은 0.5~2㎛ 정도의 크기를 가지는 원 형태, 도넛 형태, 또는 삼각형, 사각형 등의 다각형 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 테스트 마스크는 마스크 스테이지에 슬라이딩방식으로 로딩할 수 있다.
또한, 상기 테스트 결정화 결과를 확인하는 단계는 상기 테스트 결정화에 의해 결정화된 실리콘 박막의 결정화 상태를 인식하는 단계, 상기 인식된 결정화 상태를 컴퓨터로 전송하는 단계 및 상기 전송 받은 결정화 상태를 이미지 분석기로 분석하는 단계로 이루어질 수 있으며, 이때 CCD 카메라를 이용하며 상기 결정화된 실리콘 박막의 결정화 상태를 인식할 수 있다. 또한, 상기 이미지 분석은 상기 레이저빔이 조사된 실리콘 박막의 전체 면적에서 결정화된 영역이 차지하는 면적을 계산하는 방식으로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 마스크 스테이지를 상부 또는 하부 쪽으로 소정 거리만큼 이동시킨 후 상기 테스트 결정화를 반복하여 진행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 결정화방법은 슬릿이 형성된 테스트 마스크를 마스크 스테이지에 로딩하는 단계; 상기 테스트 마스크를 통해 레이저빔을 조사하여 테스트용 비정질 실리콘 박막을 테스트 결정화하는 단계, 상기 테스트 결정화에 의해 결정화된 테스트용 실리콘 박막의 결정화 결과를 확인하는 단계 및 상기 테스트 결정화 결과로부터 상기 레이저빔이 조사된 테스트용 실리콘 박막을 가장 넓은 면적으로 결정화시키는 최적의 포컬 플레인을 결정하는 단계로 이루어진 포컬 플레인 결정단계; 상기 최적의 포컬 플레인이 형성되는 위치로 마스크 스테이지를 이동시키는 단계; 상기 마스크 스테이지에 결정화공정 마스크를 로딩하는 단계; 및 상기 결정화공정 마스크를 이용하여 소정 기판 위의 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 단계를 포함한다.
이 때, 최적의 포컬 플레인을 결정한 후 이동 스테이지에 결정화를 위한 기판을 로딩 시키는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 테스크 마스크를 이용한 결정화 및 상기 결정화공정 마스크를 이용한 결정화는 펄스 레이저를 이용할 수 있다.
상기 레이저빔이 조사된 테스트용 실리콘 박막을 가장 넓은 면적으로 결정화시키는 최적의 포컬 플레인은 상기 테스트용 실리콘 박막을 완전히 용융시키는 완전 용융 조건을 만족하며, 이 때 상기 완전 용융 조건에서는 수평 결정화가 진행될 수 있다.
삭제
이 때, 상기 포컬 플레인을 결정하는 단계는 결정화공정에 이용되는 결정화 장비에서 진행할 수 있으며, 결정화공정과 동일한 레이저 장비 및 광학 시스템 조건에서 진행할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.
상기와 같은 본 발명의 포컬 플레인(focal plane) 결정방법 및 이를 이용한 일반적인 결정화방법은 레이저를 이용하여 실리콘 박막을 결정화하는 경우에 적용된다.
상기 레이저 결정화로는 펄스(pulse) 형태의 레이저를 이용한 엑시머 레이저 어닐링방법이 주로 이용되나, 근래에는 그레인을 수평방향으로 성장시켜 결정화특성을 획기적으로 향상시킨 순차적 수평 결정화(Sequential Lateral Solidification; SLS)방법이 제안되어 널리 연구되고 있다.
상기 순차적 수평 결정화는 그레인이 액상(liquid phase) 실리콘과 고상(solid phase) 실리콘의 경계면에서 상기 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로(Robert S. Sposilli, M. A. Crowder, and James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 452, 956~957, 1997), 레이저 에너지의 크기와 레이저빔의 조사범위를 적절하게 조절하여 그레인을 소정의 길이만큼 측면 성장시킴으로써 실리콘 그레인의 크기를 향상시킬 수 있는 결정화방법이다.
이러한 순차적 수평 결정화방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6a 내지 도 6c는 수평 결정화에 따른 결정화 과정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘 박막(112)이 완전히 용융되는 에너지 밀도 이상(즉, 전술한 도 1의 제 3 영역(III))의 레이저가 조사되면 상기 레이저를 조사 받은 부분의 비정질 실리콘 박막(112)은 완전히 용융 되게 된다.
이 때, 레이저가 조사되는 조사영역과 조사되지 않는 비-조사 영역은 미리 패턴화된 마스크를 이용함으로써 가능하게 된다.
이 때, 도 6b와 도 6c에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘 박막(112)에 충분한 에너지의 레이저가 조사되기 때문에 상기 비정질 실리콘 박막(112)을 완전히 녹이게 되지만 일정한 간격의 빔을 사용하여 녹이기 때문에 레이저가 조사되지 않은 비-조사 영역의 실리콘 박막(112)과 용융된 실리콘 박막(112') 경계면에 존재하는 고상 실리콘을 핵으로 하여 결정이 성장하게 된다.
즉, 레이저 에너지의 조사가 끝난 직후부터 용융된 실리콘 박막(112')은 좌우면, 즉 레이저가 조사되지 않은 비-조사 영역을 통해 냉각되게 된다. 이는 실리콘 박막(112, 112') 하부의 버퍼층(111) 또는 유리기판(110)보다 좌우면의 고상 비정질 실리콘 박막(112)이 더 큰 열전도도를 가지기 때문이다.
따라서, 용융된 실리콘 박막(112')은 중앙부보다 좌우의 고상과 액상의 계면에서 우선적으로 핵형성 온도에 도달하게 되어 상기 부분에서 결정핵이 형성되게 된다. 결정핵이 형성된 후부터는 온도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로, 즉 계면에서 중앙부로 그레인(130A, 130B)의 수평 성장이 일어나게 된다.
이와 같은 측면 결정 성장에 의해 큰 그레인(130A, 130B)이 형성되게 되며, 또한 제 3 영역의 에너지에서 공정을 진행하기 때문에 공정창이 넓은 장점을 가지게 된다.
한편, 이와 같이 우수한 결정화특성을 가진 다결정 실리콘 박막의 형성에는 기판 위에 조사되는 레이저가 최적의 포컬 플레인을 가지도록 하는 것이 중요한 요인으로 작용하다.
즉, 전술한 순차적 수평 결정화방법 등을 이용한 결정화공정을 진행하기 위해서는 조사되는 레이저의 포컬 플레인 상태가 저스트 포커스를 이루는 것이 매우 중요하다.
이에 따라 본 발명에서는 상기의 저스트 포커스를 형성하는 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 포컬 플레인 결정방법을 위한 시스템을 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 최적의 포컬 플레인을 결정하기 위해서 본 시스템은 기판(310)을 이동시키는 이동 스테이지(340), 상기 기판(310) 위에 레이저빔을 조사하는 레이저 장비(미도시), 마스크 스테이지에 로??되어 기판(310) 위에 테스트 패턴을 형성시키는 레이저 마스크(370), 상기 기판(310) 위에 증착된 실리콘 박막(미도시)의 결정화 상태를 인식하여 전송하는 CCD(Charge Coupled Device)(380) 및 상기 CCD(380)로부터 전송된 이미지를 분석하여 최적의 조건을 결정하는 컴퓨터(390)로 이루어져 있다.
이 때, 상기 레이저 마스크(370)와 기판(310) 사이에는 광학렌즈(365)가 위치하여 기판(310) 표면에 초점을 형성하게 된다. 한편, 상기 광학렌즈(365)는 일정 비율로 레이저빔의 밀도를 조절하는 프로젝트 렌즈로 구성될 수 있다.
또한, 상기 비정질 실리콘 박막에 조사되는 레이저는 비정질 실리콘 박막을 완전 용융 시키는 정도의 에너지 밀도를 가지게 된다.
또한, 상기 레이저 장비는 별도의 결정화 장비를 이용하는 것이 아니고, 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 결정화공정에 이용되는 레이저 장비를 이용하는 것으로 마스크 스테이지에 최적의 포컬 플레인을 형성하기 위한 테스트 마스크(370)가 로딩 되게 된다.
이 때, 본 발명에서는 최적의 포컬 플레인을 찾기 위해서 작은 결정화 슬릿을 가진 테스트 마스크(370)를 이용하여 이를 통과한 레이저빔에 의해 결정화된 비정질 실리콘 박막의 상태 변화를 이용하게 된다.
상기와 같이 작은 슬릿을 통과한 레이저빔은 정확히 저스트 포커스가 될 경우에 가장 많은 에너지의 레이저가 실리콘 박막에 입사되게 된다. 즉, 큰 슬릿의 마스크는 저스트 포커스가 아닌 경우에도 비정질 실리콘 박막의 완전 용융이 가능하기 때문이다. 이 때, 사용되는 슬릿은 광학 시스템 및 레이저 장비의 조건에 따라 다르지만 상기 조건하에서 가능한 가장 작은 크기의 슬릿을 사용하는 것이 바람직하다.
이 때, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 포컬 플레인 결정방법에 사용되는 테스트 마스크를 예를 들어 나타내는 예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 최적의 포컬 플레인을 찾기 위한 테스트 마스크(370)에는 0.5~2㎛ 정도의 작은(광학 시스템 및 레이저 장비의 조건에 따라 가능한 작은) 슬릿(375A, 375B)이 4개씩 형성되어 있다.
이 때, 상기 슬릿(375A, 375B)은 컴퓨터(390)의 이미지 분석기가 저스트 포커스에서의 이미지 면적을 용이하게 계산할 수 있도록 일정한 영역을 가진 작은 슬릿(375A, 375B)을 일정한 개수만큼 형성하기만 하면 된다. 이를 위해 도면에는 상기 슬릿의 형태가 원형 및 도넛(doughnut)형으로 되어있으나, 이는 이미지 면적을 용이하게 계산하기 위한 것으로 삼각형, 사각형 등의 다각형 또는 다른 어떠한 형태라도 무방하며, 상기 슬릿(375A, 375B)의 개수도 제한이 없다.
이 때, 상기와 같이 작은 슬릿(375A, 375B)을 통과한 레이저빔은 정확히 저스트 포커스가 될 경우에 가장 많은 에너지의 레이저가 실리콘 박막에 입사되어 상기 박막을 가장 넓은 면적으로 완전 용융 시키게 된다.
상기와 같은 테스트 마스크(370A)를 통과한 레이저빔에 의해 결정화된 비정질 실리콘 박막의 결정화된 형태는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 슬릿(375A) 패턴의 형태에 따른 원형의 결정질 실리콘 박막(312')이 비정질 실리콘 박막(312) 내에 형성되어 있다.
상기 레이저가 조사되어 결정화된 실리콘 박막(312')은 비-조사 영역의 비정질 실리콘 박막(312)에 비해 밝은 원 형태를 나타내고 있다.
이 때, 상기 사진은 1.4x1.4㎛의 슬릿을 통과한 레이저빔에 의해 실리콘 박막이 결정화된 형태를 나타내는 주사(走査) 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진이다.
한편, 이와 같이 작은 슬릿(370)을 통과한 레이저빔이 저스트 포커스가 될 때 가장 넓은 영역이 완전 용융이 되므로 이를 CCD 카메라(380)로 인식하여 최적의 포컬 플레인을 찾게 된다.
상기와 같이 구성된 시스템에 의한 본 발명의 포컬 플레인 결정방법을 도 10에서 상세히 설명한다.
우선, 최적의 포컬 플레인을 결정하기 위해 실리콘이 증착되어 있는 테스트 기판을 이동 스테이지에 로딩 한다. 상기 이동 스테이지는 결정화공정을 위한 레이저 장비에 설치되어 있으며, 본 발명의 포컬 플레인 결정공정은 결정화공정 장비를 이용하여 결정화공정 전에 진행되게 된다.
이후, 상기 레이저 장비의 마스크 스테이지에 테스트를 위한 테스트 마스크를 슬라이딩방식 등으로 로딩 한다(S401). 상기 테스트 마스크는 전술한 바와 같이 최적의 포컬 플레인을 찾기 위해 매우 작은 크기의 슬릿이 복수개 형성되어 있다.
이 때, 상기 슬릿은 컴퓨터의 이미지 분석기가 저스트 포커스에서의 이미지 면적을 용이하게 계산할 수 있도록 일정한 영역을 가진 작은 슬릿을 일정한 개수만큼 형성하기만 하면 된다.
다음으로, 상기 테스트 마스크에 형성된 작은 슬릿을 통해 레이저빔을 기판 위에 조사하여 테스트 결정화를 시작한다(S402). 이 때, 레이저 장비 및 광학 시스템은 결정화공정과 동일한 조건으로 세팅되어 테스트 결정화를 진행하게 된다.
이후, 상기와 같은 1 펄스 레이저 테스트의 결과를 CCD를 통해 인식하게 된다(S403).
이 때, 이상과 같은 테스트를 예상 가능한 포컬 플레인 영역에서 마스크 스테이지를 상하로 이동시키면서 반복 진행하게 되며, 상기 결과를 CCD가 인식하게 된다(403, 404).
한편, 상기 결과는 이미지 분석 기능을 가진 컴퓨터에 전송되어 가장 넓은 영역을 가진 포컬 플레인을 결정하게 되고, 이에 따라 마스크 스테이지를 상하로 이동시켜 최적의 포컬 플레인을 결정하게 된다(S405).
이 때, 상기 컴퓨터는 전송 받은 결정화 결과를 이미지 분석하여 최적의 포컬 플레인을 결정하게 되는데, 상기 최적의 포컬 플레인은 이미지 분석을 통해 결 정화된 영역의 면적이 가장 넓은 조건으로 결정되게 된다.
한편, 이와 같이 결정된 최적의 포컬 플레인을 이용하여 실리콘 박막을 결정화하는 공정을 설명하면 도 11에 나타난 바와 같다.
즉, 작은 슬릿 형태의 테스트 마스크를 레이저 마스크 스테이지에 로딩한 후 상기와 같은 포컬 플레인 결정방법을 거쳐 최적의 포컬 플레인을 결정한다(S501, S502).
이후, 이와 같이 결정된 최적의 포컬 플레인의 조건에 따라 마스크 스테이지를 최적의 위치로 이동시키게 된다(503).
다음으로, 상기 마스크 스테이지에 결정화공정용 마스크를 슬라이딩하고 결정화공정을 시작하게 된다(S504, 505).
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 포컬 플레인 결정방법은 테스트 마스크를 이용하여 결정화공정 전에 최적의 포컬 플레인을 결정하므로 결정화특성이 향상된 실리콘 박막을 얻을 수 있다.
또한, 상기와 같은 최적의 포컬 플레인을 컴퓨터와 같은 장비를 이용하여 자동으로 결정하도록 함으로써 용이하게 포컬 플레인을 결정할 수 있게 된다.

Claims (26)

  1. 슬릿이 형성된 테스트 마스크를 마스크 스테이지에 로딩하는 단계;
    상기 테스트 마스크를 통해 레이저빔을 조사하여 소정의 비정질 실리콘 박막을 테스트 결정화하는 단계;
    상기 테스트 결정화에 의해 결정화된 실리콘 박막의 결정화 결과를 확인하는 단계; 및
    상기 테스트 결정화 결과로부터 상기 레이저빔이 조사된 실리콘 박막을 가장 넓은 면적으로 결정화시키는 최적의 포컬 플레인(focal plane)을 결정하는 단계를 포함하는 포컬 플레인 결정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 테스트 마스크에 형성된 슬릿은 소정의 광학 시스템 및 레이저 장비의 조건하에서 가질 수 있는 최소한의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 슬릿은 0.5~2㎛ 정도의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿은 원 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 슬릿은 도넛 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿은 삼각형, 사각형 등의 다각형 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 테스트 마스크는 마스크 스테이지에 슬라이딩방식으로 로딩하는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 테스트 결정화 결과를 확인하는 단계는
    상기 테스트 결정화에 의해 결정화된 실리콘 박막의 결정화 상태를 인식하는 단계;
    상기 인식된 결정화 상태를 컴퓨터로 전송하는 단계; 및
    상기 전송 받은 결정화 상태를 이미지 분석기로 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  9. 제 8 항에 있어서, CCD(Charge Coupled Device) 카메라를 이용하여 상기 결정화된 실리콘 박막의 결정화 상태를 인식하는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 이미지 분석은 상기 레이저빔이 조사된 실리콘 박막의 전체 면적에서 결정화된 영역이 차지하는 면적을 계산하는 방식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 마스크 스테이지를 상부 또는 하부 쪽으로 소정 거리만큼 이동시킨 후 상기 테스트 결정화를 반복하여 진행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 테스트 결정화는 펄스 레이저를 이용하는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저빔이 조사된 실리콘 박막을 가장 넓은 면적으로 결정화시키는 최적의 포컬 플레인은 상기 실리콘 박막을 완전히 용융시키는 완전 용융 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  15. 삭제
  16. 슬릿이 형성된 테스트 마스크를 마스크 스테이지에 로딩하는 단계;
    상기 테스트 마스크를 통해 레이저빔을 조사하여 테스트용 비정질 실리콘 박막을 테스트 결정화하는 단계, 상기 테스트 결정화에 의해 결정화된 테스트용 실리콘 박막의 결정화 결과를 확인하는 단계 및 상기 테스트 결정화 결과로부터 상기 레이저빔이 조사된 테스트용 실리콘 박막을 가장 넓은 면적으로 결정화시키는 최적의 포컬 플레인을 결정하는 단계로 이루어진 포컬 플레인 결정단계;
    상기 최적의 포컬 플레인이 형성되는 위치로 마스크 스테이지를 이동시키는 단계;
    상기 마스크 스테이지에 결정화공정 마스크를 로딩하는 단계; 및
    상기 결정화공정 마스크를 이용하여 소정 기판 위의 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 단계를 포함하는 결정화방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 최적의 포컬 플레인을 결정한 후 이동 스테이지에 결정화를 위한 기판을 로딩하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 테스트 마스크에 형성된 슬릿은 소정의 광학 시스템 및 레이저 장비의 조건하에서 가질 수 있는 최소한의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 결정화방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 테스트 마스크를 이용한 결정화 및 상기 결정화공정 마스크를 이용한 결정화는 펄스 레이저를 이용하는 것을 특징으로 하는 포컬 플레인 결정방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 레이저빔이 조사된 테스트용 실리콘 박막을 가장 넓은 면적으로 결정화시키는 최적의 포컬 플레인은 상기 테스트용 실리콘 박막을 완전히 용융시키는 완전 용융 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 결정화방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 완전 용융 조건에서는 수평 결정화가 진행되는 것을 특징으로 하는 결정화방법.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제 16 항에 있어서, 상기 포컬 플레인을 결정하는 단계는 결정화공정에 이용되는 결정화 장비에서 진행하는 것을 특징으로 하는 결정화방법.
  26. 제 16 항에 있어서, 상기 포컬 플레인을 결정하는 단계는 결정화공정과 동일한 레이저 장비 및 광학 시스템 조건에서 진행하는 것을 특징으로 하는 결정화방법.
KR1020030096871A 2003-12-24 2003-12-24 최적의 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법 KR100606447B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030096871A KR100606447B1 (ko) 2003-12-24 2003-12-24 최적의 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법
US11/017,826 US7253010B2 (en) 2003-12-24 2004-12-22 Method of deciding focal plane and method of crystallization using thereof
US11/826,160 US7759605B2 (en) 2003-12-24 2007-07-12 Method of deciding focal plane and method of crystallization using thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030096871A KR100606447B1 (ko) 2003-12-24 2003-12-24 최적의 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050065107A KR20050065107A (ko) 2005-06-29
KR100606447B1 true KR100606447B1 (ko) 2006-07-31

Family

ID=34698475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030096871A KR100606447B1 (ko) 2003-12-24 2003-12-24 최적의 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법

Country Status (2)

Country Link
US (2) US7253010B2 (ko)
KR (1) KR100606447B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7976518B2 (en) 2005-01-13 2011-07-12 Corpak Medsystems, Inc. Tubing assembly and signal generator placement control device and method for use with catheter guidance systems
TWI298111B (en) * 2005-06-03 2008-06-21 Au Optronics Corp A mask used in a sequential lateral solidification process
JP2008221299A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Hitachi Via Mechanics Ltd レーザ加工装置
DE102015224963B3 (de) * 2015-12-11 2017-04-13 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung der Referenz-Fokuslage eines Laserstrahls

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4472055A (en) * 1980-09-02 1984-09-18 Amada Company, Limited Method and apparatus for detecting the focusing position in a laser machining apparatus
JPH01256114A (ja) * 1988-04-06 1989-10-12 Hitachi Ltd レーザアニール方法
JP3265668B2 (ja) * 1993-01-13 2002-03-11 株式会社ニコン ベストフォーカス位置の算出方法
US5757015A (en) * 1995-06-08 1998-05-26 Fujitsu Limited Charged-particle-beam exposure device and charged-particle-beam exposure method
JPH1076384A (ja) * 1996-08-30 1998-03-24 Amada Co Ltd レーザ加工機の焦点位置検出方法
JPH10193618A (ja) * 1996-11-13 1998-07-28 Canon Inc 液体噴射記録ヘッドおよびその製造方法
JPH10296475A (ja) * 1997-04-24 1998-11-10 Fuji Electric Co Ltd レーザ加工機
JPH11129081A (ja) * 1997-10-29 1999-05-18 Canon Inc レーザ加工装置及びその調整方法
JP2001023918A (ja) 1999-07-08 2001-01-26 Nec Corp 半導体薄膜形成装置
US6573531B1 (en) * 1999-09-03 2003-06-03 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods using sequential lateral solidification for producing single or polycrystalline silicon thin films at low temperatures
US6279147B1 (en) * 2000-03-31 2001-08-21 Advanced Micro Devices, Inc. Use of an existing product map as a background for making test masks
KR100400510B1 (ko) * 2000-12-28 2003-10-08 엘지.필립스 엘시디 주식회사 실리콘 결정화 장치와 실리콘 결정화 방법
KR100558678B1 (ko) * 2001-06-01 2006-03-10 엘지.필립스 엘시디 주식회사 폴리실리콘 결정화방법
US7133737B2 (en) * 2001-11-30 2006-11-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Program for controlling laser apparatus and recording medium for recording program for controlling laser apparatus and capable of being read out by computer
EP1329946A3 (en) * 2001-12-11 2005-04-06 Sel Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of semiconductor device including a laser crystallization step
US6621060B1 (en) * 2002-03-29 2003-09-16 Photonics Research Ontario Autofocus feedback positioning system for laser processing
US6974653B2 (en) * 2002-04-19 2005-12-13 Nikon Precision Inc. Methods for critical dimension and focus mapping using critical dimension test marks
DE10255628A1 (de) * 2002-11-28 2004-07-08 Siemens Ag Verfahren zur Bestimmung der Fokuslage eines Laserstrahls

Also Published As

Publication number Publication date
US20050139580A1 (en) 2005-06-30
KR20050065107A (ko) 2005-06-29
US7253010B2 (en) 2007-08-07
US20080011726A1 (en) 2008-01-17
US7759605B2 (en) 2010-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7635640B2 (en) Method of fabricating polycrystalline silicon thin film for improving crystallization characteristics and method of fabricating liquid crystal display device using the same
US6235614B1 (en) Methods of crystallizing amorphous silicon layer and fabricating thin film transistor using the same
KR100631013B1 (ko) 주기성을 가진 패턴이 형성된 레이저 마스크 및 이를이용한 결정화방법
US7816196B2 (en) Laser mask and crystallization method using the same
JP4355285B2 (ja) 結晶化方法、及び表示素子の製造方法
KR20040018140A (ko) 결정질 반도체 재료의 제조 방법 및 반도체 장치의 제조방법
JP4284272B2 (ja) レーザーマスク、レーザーマスクを利用したレーザー結晶化方法、及び平板表示装置の製造方法
CN100392803C (zh) 结晶方法及其装置
KR100662782B1 (ko) 레이저 마스크 및 이를 이용한 결정화방법
KR100606447B1 (ko) 최적의 포컬 플레인 결정방법 및 이를 이용한 결정화방법
US7767558B2 (en) Method of crystallizing amorphous silicon and device fabricated using the same
KR100710621B1 (ko) 박막트랜지스터형 어레이기판의 액티브층 제조방법
KR100296111B1 (ko) 실리콘박막을결정화하는방법과이를이용한박막트랜지스터제조방법
KR100595457B1 (ko) 마스크 얼라인 구현장치 및 이를 이용한 결정화방법
JP2000183357A (ja) 薄膜トランジスタ及びその製造方法
KR100700179B1 (ko) 실리콘 결정화 방법
KR100966431B1 (ko) 결정화 특성이 향상된 액정표시장치의 제조방법
KR100531413B1 (ko) 실리콘 결정화 방법
JP2005217301A (ja) 半導体デバイス、その前駆体および半導体デバイスの製造方法
JP2005175380A (ja) 半導体装置の製造方法、半導体装置および表示装置、半導体装置用基板及び表示装置用基板

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130619

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140630

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150629

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190617

Year of fee payment: 14