KR100667899B1 - 저온 다결정 폴리 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의레이저 어닐링 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치(LTPS TFT LCD)를 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 대면적화 되고 있는 유리 기판의 크기에 대응하지 못하여 불균일한 빔 분포를 보이는 엑시머 레이저 어닐링(ELA)장치의 빔 분포를 개선하기 위하여, 레이저 스캐닝 빔을 메인 레이저 스캐닝 빔과 메인 레이저 스캐닝 빔의 세기 감소를 보상하는 보상 레이저 빔으로 구성하고, 레이저 스캐닝 빔의 폭과 길이를 스캐닝 조건에 맞게 조정함으로써 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 결정화도의 균일성을 개선할 수 있는 레이저 어닐링 장치 및 방법을 제공한다.
저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치, LTPS TFT LCD, 엑시머 레이저 어닐링, ELA
Description
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 어닐링 공정에서 기판에 조사되는 레이저 빔 폭 구성을 보여주는 도면,
도 2는 도 1의 레이저 빔 폭에 대한 에너지 밀도의 구현과정을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 어닐링 장치의 구성과 이를 이용한 레이저 어닐링 방법을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 어닐링 장치의 구성과 이를 이용한 레이저 어닐링 방법을 보여주는 도면,
도 5는 본 발명에서 사용되는 빔분할기의 예시도,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 어닐링 공정에서 기판에 조사되는 레이저 빔 폭 구성을 보여주는 도면,
도 7은 종래기술에 따른 레이저 어닐링 공정에서 레이저 빔의 빔 폭에 대한 에너지 밀도를 보여주는 도면.
본 발명은 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치(Low Temperature Poly Silicon Thin Film Transistor Liquid Crystal Display ; LTPS TFT LCD)를 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 대면적화 되고 있는 유리 기판의 크기에 대응하지 못하여 불균일한 빔 분포를 보이는 엑시머 레이저 어닐링(Excimer Laser Annealing ; ELA)장치의 빔 분포를 개선하기 위하여, 레이저 스캐닝 빔을 메인 레이저 스캐닝 빔과 메인 레이저 스캐닝 빔의 세기 감소를 보상하는 보상 레이저 빔으로 구성하고, 레이저 스캐닝 빔의 폭과 길이를 스캐닝 조건에 맞게 조정함으로써 저온 다결정 실리콘 박막의 결정화도의 균일성을 개선할 수 있는 레이저 어닐링 장치 및 방법을 제공한다.
박막 트랜지스터의 채널로 사용되는 반도체의 전기적, 물리적 특성을 조절하기 위해서는 반도체의 성분인 비정질 실리콘에 대한 열처리를 수행함으로써 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 결정화시킬 필요가 있는데, 반도체층으로서 비정질 실리콘막 또는 단결정 실리콘막 등의 실리콘막을 유리 기판에 적합한 저온에서 증착하는 경우에 증착된 실리콘 박막은 낮은 결정성을 가진다.
실리콘은 통상 결정 상태에 따라 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)과 결정질 실리콘(Crystalline Silicon)으로 구분될 수 있는데, 비정질 실리콘은 비교적 낮은 온도에서 박막(Thin Film)으로 증착 가능한 장점이 있는 반면, 원자배열에 규 칙이 없어 전기적 특성이 비교적 떨어지고 대면적화가 어려운 단점이 있다. 그러나 결정질 실리콘은 전류의 흐름도가 비정질 실리콘에 비해 100배 이상 개선된 특징을 가지며, 특히 결정립(Grain)의 크기가 증가할수록 전기적 특성이 개선된다.
따라서 용융점이 낮은 유리 등의 절연기판을 활용하는 액정표시장치 제조공정에서는 절연기판 상에 비정질 실리콘 박막을 증착한 후 이를 결정질 실리콘 박막으로 변화시켜 사용하게 되는데, 증착된 실리콘 박막이 낮은 결정성을 가지므로, 실리콘 박막을 결정화시키거나 또는 결정화도(Crystallinity)를 향상시키기 위하여 통상적으로 퍼니스 어닐링(Furnace Annealing), 급속 열적 어닐링(Rapid Thermal Annealing) 및 레이저 어닐링(Laser Annealing) 등의 열처리 공정이 수반된다.
퍼니스 어닐링은 보통 600?? 이상의 고온에서 수행되므로 유리 기판에 적용시키기 부적합하며, 급속 열적 어닐링은 유기기판의 변형을 초래하거나 박막의 결정질이 악화되는 문제점이 있다. 즉, 유리 기판 상에서 양호한 결정도를 가지는 다결정 실리콘 박막을 제조하기 위해서는 저온 열처리 공정(LTPS)이 필수적인데, 레이저 어닐링은 피조사면에 한하여 열처리가 이루어지므로 박막 트랜지스터의 반도체 박막을 제조하는데 가장 유용하다.
퍼니스 어닐링이나 급속 열적 어닐링 등과 같은 일반적인 열처리 공정은 OLED(Organic Light Emitting Diode, 유기발광다이오드) 또는 LCD(Liquid Crystal Display, 액정표시장치)의 기판으로 사용되는 유리 기판이 600?? 이상이 되어 제품이 손상될 위험이 커지므로 엑시머 레이저를 이용한 어닐링 방법이 주로 사용되는 추세이기 때문에 레이저 어닐링은 높은 에너지를 갖는 레이저 빔을 결정화가 요구 되는 부분의 비정질 실리콘박막에 조사하는 것으로서, 수십 나노초(nsec) 정도의 순간적인 가열에 의해 결정화가 일어나므로 유리 기판에 손상을 주지 않는 장점이 있기 때문이다.
레이저 어닐링은 소정의 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔을 대상 물질에 조사함으로써 상기 물질의 물리적 특성 변화를 얻기 위한 것으로서, 특히 비정질 실리콘을 결정질 실리콘으로 변화시키기 위해서 고 에너지 밀도의 엑시머 레이저를 비정질 실리콘 박막에 조사함으로써, 이를 용융 및 결정화시켜 결정질 실리콘 박막을 얻는다.
엑시머 레이저를 이용하여 제작된 다결정 실리콘 박막의 전기적 특성은 일반적인 열처리 방법으로 제작된 다결정 실리콘 박막보다 우수하다. 이는 엑시머 레이저 조사에 의해 비정질 실리콘박막이 액체 상태로 용융된 후 고체로 고상화될 때 실리콘 원자들이 우수한 결정성을 갖는 그레인 형태로 재배열되기 때문이다. 예를 들어, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 전기적 이동도가 1 내지 2cm2/Vsec 정도이고, 일반적인 열처리 방법으로 제작된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 전기적 이동도가 10 내지 20cm2/Vsec 정도인 반면에, 엑시머 레이저를 이용하여 제작된 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 전기적 이동도는 100cm2/Vsec가 넘는 값을 가진다.
레이저 어닐링은 레이저 빔을 발진시켜 호모게나이저(Homogenizer)나 빔 익스팬더(Beam Expander)를 사용하여 확대, 균질화하고 원통 렌즈(Cylindrical Lens)에 의해 집광함으로써 수 mm x 수십 cm 규격의 장방형 단면적을 가진 선형 레이저 빔을 생성시키고 피조사면에 조사시킴으로써 이루어진다. 통상적으로, 레이저 어닐 링용 레이저 빔의 광원으로서는 엑시머 레이저(Excimer Laser)의 펄스 레이저 빔이 이용된다. 레이저 빔은 피조사체인 실리콘 박막에 대해 일정한 간격(이하,'스캔피치'라고 함)을 두고 스캐닝되면서 조사된다.
도 7은 종래기술에 따른 레이저 어닐링 공정에서 레이저 빔의 빔 폭에 대한 에너지 밀도를 보여주는 도면으로서, 도시된 바와 같은 에너지 밀도를 갖는 종래의 레이저 빔은 전체 피조사면과 대비하여 상대적으로 작은 빔 폭을 가진다. 따라서 종래의 레이저 어닐링 장치는 충분한 면적의 피조사면에 대한 스캐닝을 한 번에 수행할 수 없다. 또한, 종래의 레이저 어닐링 장치를 이용하여 레이저 빔에 조사되는 실리콘 박막에서 결정성 향상을 꾀하고, 대면적 기판에 대응하기 위해서는 사다리꼴(또는, 가우스분포함수 형상)의 에너지 밀도를 가진 빔이 여러 번 반복되어 조사되어야만 한다.
그러나 도 7과 같은 종래기술에 따른 레이저 어닐링 공정에서 사용되는 레이저 빔의 빔 프로파일이 구형파의 형상이 아니므로, 레이저 빔이 주사되면서 동일한 에너지 밀도의 빔이 균일하게 조사되지 않기 때문에, 결정성을 향상시키기 위해 조사되는 레이저 빔의 최소 에너지 밀도 미만이 되는 스캔피치(SP)부분에서는 실리콘 박막의 결정성이 달라지게 되어 전체적인 기판의 결정화 균일도가 악화된다.
이를 해결하기 위해서는 실리콘 박막의 결정성이 결정되는 소정 시간 내에 단위 피조사면적 당 조사되는 레이저 빔의 에너지 밀도가 일정해야 하는데, 빔 폭(BW)과 스캔피치(SP) 및 동일 피조사면에 대한 피조사 샷 수(n)를 정밀하게 조절하기가 매우 곤란하기 때문에 어닐링된 실리콘 박막의 결정성 균일도(Uniformity)가 악화되는 문제점이 있다.
한편, 대면적 기판에 일정한 에너지 밀도의 레이저 빔을 주사할 수 없고, 처음부터 높은 에너지 밀도의 레이저 빔을 조사할 경우 에너지가 지나치게 높아 실리콘 박막의 결정화의 불균일 현상이 증가되므로, 비교적 낮은 에너지 밀도의 레이저 빔으로 열처리하여 결정화시킨 다음, 결정성을 향상시키기 위하여 비교적 높은 에너지 밀도로 열처리하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 이 또한 동일한 피조사면에는 동일한 에너지 밀도의 레이저 빔이 가해져야 실리콘 박막의 결정화 균일도가 향상되므로 빔 폭(BW)과 스캔피치(SP) 및 동일 피조사면에 대한 피조사 샷 수(n)를 정밀하게 조절해야 하므로 어닐링된 실리콘 박막의 결정성 균일도(Uniformity)가 악화되는 문제점이 상존한다.
따라서 상기한 종래의 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치를 형성하기 위한 레이저 어닐링 장치 및 공정의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 대면적의 비정질 실리콘 박막을 고밀도, 고균일도로 레이저 어닐링 할 수 있는 레이저와 광학계 및 그 전달수단을 이용한 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치를 형성하기 위 한 새로운 형태의 레이저 어닐링 광학장치의 구성과 이를 이용한 레이저 어닐링 방법에 관한 것으로서, 레이저, 다수의 빔 분할기가 설치된 회전판형의 빔 분할장치, 광학장치 및 그 전달수단으로 구성된 레이저 어닐링 장치와 이를 이용한 레이저 어닐링 방법에 관한 것이다. 이하에서는 본 발명의 구체적 실시 예를 들어 본 발명의 구성 및 원리를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 어닐링 공정에서 기판에 조사되는 레이저 빔 폭 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 레이저 빔 폭에 대한 에너지 밀도의 구현과정을 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 어닐링 공정은 대면적 기판에 대응하여 충분한 레이저 빔 폭을 형성함으로써 고밀도, 고균일한 레이저 빔을 이용하여 빠른 시간 내에 레이저 어닐링 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 생산성을 높일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 대면적 기판에 대응하는 레이저 빔 폭을 갖도록 하기 위하여 본 발명은, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 메인 레이저 빔(121)과, 메인 레이저 빔(121)을 좌우에서 보상하는 보상 레이저 빔(123a, 123b)으로 구성되며, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 길이방향의 정렬 또는 레이저 빔의 출사 각도를 조정하여 조사되는 레이저 빔을 일렬로 정렬하여, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 어닐링을 위한 균일한 소정의 에너지 밀도를 유지하면서 대면적 기판에 대응하는 레이저 빔 폭을 갖도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 어닐링 장치의 구성과 이 를 이용한 레이저 어닐링 방법을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 어닐링 장치의 구성과 이를 이용한 레이저 어닐링 방법을 보여주는 도면이며, 도 5는 본 발명에서 사용되는 빔분할기의 예시도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 어닐링 공정에서 기판에 조사되는 레이저 빔 폭 구성을 보여주는 도면이다. 이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치 및 이를 이용한 어닐링 방법을 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치는 메인 레이저 빔(121)을 조사하는 메인 레이저 유닛(340)과, 메인 레이저 유닛(340)의 좌우에서 보상 레이저 빔(121)을 조사하는 제1보상 레이저 유닛(350) 및 제2보상 레이저 유닛(360)으로 구성된다.
메인 레이저 유닛(340)은 제1갠트리(320)에 장착되어 좌우 이송동작을 수행할 수 있도록 이송장치(341)를 구비한다. 이송장치(341)는 각 유닛들(340, 350, 360)이 유리 기판(310) 상의 각각의 비정질 실리콘(311) 패널을 어닐링 할 수 있도록 공지의 선형 구동수단에 의해서 각 갠트리(320, 330) 상에서 이동한다. 각 갠트리들(320, 330)은 스테이지(300) 상에 형성된 가이드 수단(370)을 따라 X축을 따라 이동할 수 있다. 또한, 각 갠트리들(320, 330)에 탑재된 각 유닛들(340, 350, 360)은 갠트리 상에서 Y축 방향으로 이송될 수 있을 뿐만 아니라, 높이를 조절하여 Z축을 따라 이동하여 유리 기판(310)까지의 높이를 변동시킴으로써 유리 기판(310)에 입사되는 레이저 빔 폭을 변화시킬 수 있다.
초기 메인 레이저 빔(121)은 레이저 발진장치(343)에서 출사되고, 출사된 메 인 레이저 빔(121)은 조절장치(345)를 거쳐 빔 전달장치(347)로 입사되어 유리 기판(410)에 증착된 각각의 비정질 실리콘(311) 패널을 어닐링한다. 상기 조절장치(345) 및 전달장치(347)는 초기에 발진장치(343)에서 발진된 레이저 빔의 불균일한 에너지 분포도를 조절하여 평행하고 균일한 레이저 빔의 특성을 구현하기 위한 것으로서, 그 구성은 당업자에게 자명한 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
제1 및 제2 보상 레이저 유닛(350, 360)은 메인 레이저 유닛(340)과 정렬하여 도 1 및 도 2에 도시된 광폭 레이저 빔을 구현하기 위하여, 메인 레이저 유닛(340)에 삽입 정렬 또는 일정한 간격을 유지하며 레이저 빔의 출사 각도를 조정할 수 있는 거리만큼 이격되어 제2갠트리(330)에 장착된다. 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(350, 360) 또한 제2갠트리(330)에서 좌우 이송동작을 수행할 수 있도록 이송장치(351, 361)를 각각 구비하며, 각기 구비되는 광학장치를 통하여 보상 레이저 빔(123a, 123b)을 출사한다.
도 3은 제1보상 레이저 유닛(350)에 구비되는 보상 레이저 발진장치(353)에서 출사되는 보상 레이저 빔(123b)을 빔 분할장치(357)를 이용하여 제1보상 레이저 유닛(350)의 조절장치(355) 및 제2보상 레이저 유닛(360)으로 분할, 전달한다. 빔 분할장치(357)는 도 5에 도시된 바와 같은 빔 분할장치(500)로서, 빔 분할장치(500)는 미러회전판(510) 및 미러회전판(510) 상에 다수 구비되는 빔 분할기(520)로 구성되는데, 빔 분할기(520)는 반사율 대 투과율이 50:50, 45:55, 40:60 등 다양한 비율로 설정될 수 있다.
빔 분할장치(357)에서 분할되어 조절장치(355)로 입사된 레이저 빔은 전달장 치(359)를 거쳐 제1보상 레이저 빔(123b)으로 출사되고, 제2보상 레이저 유닛(360)으로 전달된 레이저 빔은 반사경(363)에 의해 제2보상 레이저 유닛(360)의 조절장치(365)로 반사, 입사되어 전달장치(367)를 통해 제2보상 레이저 빔(123a)으로 출사된다.
도 4는 도 3의 레이저 어닐링 장치의 변형 예로서, 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(450, 460)에 보상 레이저 빔을 최초 출사하는 발진장치(483), 빔 분할장치(485), 반사경(487, 487)이 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(450, 460)과 따로 분리된 형태로 보상 레이저 광학장치(480)를 구성한 것이다. 보상 레이저 광학장치(480)는 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(450, 460)과 함께 제2갠트리(430)를 따라 이송할 수 있도록 이송장치(481)에 의해 제2갠트리(430)와 결합된다.
이하, 도 3, 도 4 및 도 6을 참조하여 상술한 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치를 이용하여 수행되는 레이저 어닐링 공정을 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유리 기판(310) 상에 증착된 각각의 비정질 실리콘 패널(311)을 어닐링하기 위해 제1갠트리(320) 및 제2갠트리(330)를 스테이지(300) 상에 구비되어 있는 가이드 수단(370)을 따라 X축으로 이동시켜 최초 정렬 위치에 정렬한다. 이때, 메인 레이저 유닛(340)과 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(350, 360)이 정렬되며, 각각 어닐링할 위치에 일렬로 X축 및 Y축에 정밀하게 정렬된다. 그리고 제1갠트리(320) 및 제2갠트리(330)가 동시에 가이드 수단(370)을 따라 X축으로 이동하면서 출사되는 메인 레이저 빔(121) 및 보상 레이저 빔(123a, 123b)이 유리 기판(310)에 입사되면서 대면적 어닐링을 수행하게 된다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이 메인 레이저 빔(121)과 보상 레이저 빔(123a, 123b)이 기판(100)에 수직으로 조사되는 경우에는 메인 레이저 유닛(340)이 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(350, 360) 사이에 끼워져서 정렬해야 하는데, 도 6에 도시된 바와 같이 보상 레이저 빔(127a, 127b)이 수직 조사되는 메인 레이저 빔(125)과 대비하여 경사지게 조사되는 경우에는 메인 레이저 유닛(340)과 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(350, 360)을 일렬로 정렬할 필요가 없으며, 이에 따라 제1갠트리(320) 및 제2갠트리(330)의 정렬 또한 기구적으로 자유롭게 운용될 수 있다.
도 4에 도시된 변형 예에서도 도 3에 도시된 바와 마찬가지로 제1갠트리(420) 및 제2갠트리(430)를 스테이지(400) 상에 구비되어 있는 가이드 수단(470)을 따라 X축으로 이동시켜 최초 정렬 위치에 정렬한다. 이때, 메인 레이저 유닛(440)이 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(450, 460) 사이에 끼워지고, 정렬 또는 일정한 간격을 유지하여 레이저 빔의 출사 각도를 조정하며, 각각 어닐링 할 위치에 맞추어 X축 및 Y축에 정밀하게 정렬된다. 그리고 제1갠트리(420) 및 제2갠트리(430)가 동시에 가이드 수단(470)을 따라 Y축으로 이동하면서 출사되는 메인 레이저 빔(121) 및 보상 레이저 빔(123a, 123b)이 유리 기판(410)에 입사되면서 대면적 어닐링을 수행하게 된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 메인 레이저 빔(121)과 보상 레이저 빔(123a, 123b)이 기판(100)에 수직으로 조사되는 경우에는 메인 레이저 유닛(440)이 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(450, 460) 사이에 끼워져서 정렬해야 하는데, 도 6에 도시된 바와 같이 보상 레이저 빔(127a, 127b)이 수직 조사되는 메인 레이저 빔 (125)과 대비하여 경사지게 조사되는 경우에는 메인 레이저 유닛(440)과 제1 및 제2 보상 레이저 유닛(450, 460)을 일렬로 정렬할 필요가 없으며, 이에 따라 제1갠트리(420) 및 제2갠트리(430)의 정렬 또한 기구적으로 자유롭게 운용될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 보상 레이저 빔(127a, 127b)이 수직 조사되는 메인 레이저 빔(125)과 대비하여 경사지게 조사되거나, 보상 레이저 빔(127a, 127b)을 수직으로 조사하고 메인 레이저 빔(125)이 이와 대비하여 경사지게 조사할 수도 있으며, 보상 레이저 빔(127a, 127b)과 메인 레이저 빔(125)을 모두 같은 방향 또는 서로 다른 방향으로 경사지게 조사할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서는 X축 방향으로 정렬한 후에 Y축 방향을 정렬하는 경우를 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 어닐링을 위한 정렬은 Y축 방향을 먼저 정렬한 후에 X축 방향을 정렬할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서 설명된 바와 같은 빔 분할장치(357, 485)가 도 5에 상세히 도시되어 있다. 빔 분할장치(500)는 도시된 바와 같이 미러회전판(510) 상에 빔 분할기(520)가 구비된 회전형 빔 분할장치를 사용한다. 회전형 빔 분할장치는 공지된 기술 수단이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다. 공정 조건에 따라 빔 분할장치의 반사율과 투과율이 적절히 조절될 수 있다. 또한 본 발명의 범위 내에서 레이저 빔을 분할하기 위해서 회전형 빔 분할장치 대신에 공지된 편광 분할장치를 사용할 수도 있다. 또한 본 발명의 실시 예에서는 하나의 광 분할기를 사용하여 레이저 빔을 2개로 분할하였으나, 광폭 빔을 형성하기 위해 2개 이상의 빔 분할장치를 사용하여 레이저 빔을 그 이상으로 분할할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 장치 및 방법은 레이저 어닐링에 사용되는 레이저 빔을 메인 레이저 빔과 메인 레이저 빔의 세기 감소를 보상하는 보상 레이저 빔으로 구성하고, 레이저 빔의 폭과 길이를 어닐링 조건에 맞게 조정함으로써 대면적화 되고 있는 유리 기판의 크기에 대응하여 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 결정화도의 균일성을 개선할 수 있다.
이상 본 발명의 내용을 구체적 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시 예는 본 발명의 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명이 속하는 분야의 기술자는 본원의 특허청구범위에 기재된 원리 및 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변형 또는 변경할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 기재된 사항과 그 균등영역을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치를 형성하기 위한 대면적의 비정질 실리콘 박막을 레이저 빔의 에너지 밀도가 균일한 광폭의 빔을 사용하여 레이저 어닐링 함으로써 제품의 불량률을 줄이고 고밀도, 고균일도의 액정표시장치를 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 하나의 스테이지 상에서 단일 공정으로 대면적 기판에 대응하는 레이저 어닐링 공정을 수행함으로써 유리 기판 크기의 대형화에 용이하며, 레 이저 및 광학장치의 연속적인 어닐링 공정을 수행할 수 있으므로 공정지연이 없이 액정표시장치의 제조공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 레이저 에너지 밀도를 높이기 위한 레이저 및 광학장치의 추가적인 기구 및 장치 없이 원하는 균일한 에너지의 빔 폭을 갖는 레이저 빔을 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (11)
- 비정질 실리콘이 증착된 액정표시장치의 기판이 재치되어 가공되는 스테이지;상기 스테이지와 수평인 제1방향으로 이동 가능하도록 상기 스테이지에 설치된 제1갠트리;상기 기판에 메인 레이저 빔을 보상 레이저 빔과 일렬로 정렬하여 레이저 빔을 동시에 입사시켜 상기 비정질 실리콘을 어닐링하는 메인 레이저 유닛;상기 메인 레이저 유닛을 상기 제1갠트리 상에서 상기 스테이지와 수평을 이루면서 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 이동시키는 제1이송수단;상기 스테이지와 수평인 제1방향으로 이동 가능하도록 상기 스테이지에 설치된 제2갠트리;상기 기판에 보상 레이저 빔을 출사하여 상기 메인 레이저 빔을 좌우에서 일렬로 정렬하여 레이저 빔을 동시에 입사시켜 보상하여 상기 비정질 실리콘을 어닐링하는 한 쌍의 보상 레이저 유닛;상기 한 쌍의 보상 레이저 유닛을 상기 제2갠트리 상에서 상기 스테이지와 수평을 이루면서 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 각각 이동시키는 제2이송수단;을 포함하여,상기 기판에 임의의 2차원 방향으로 상기 메인 레이저 유닛 및 상기 보상 레이저 유닛을 순차적으로 제어하여 상기 비정질 실리콘을 어닐링하는 것을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 한 쌍의 보상 레이저 유닛은,상기 메인 레이저 유닛의 좌우에 정렬하여 상기 보상 레이저 빔이 상기 메인 레이저 유닛에서 출사되는 상기 메인 레이저 빔을 좌우에서 보상하도록 상기 제2갠트리 상에서 상기 메인 레이저 유닛의 너비보다 큰 간격으로 서로 이격되어 위치함을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 메인 레이저 유닛 및 상기 보상 레이저 유닛은,상기 기판에 출사하는 메인 레이저 빔 및 보상 레이저 빔을 서로 일정한 각도를 이루면서 동시에 입사시켜 상기 비정질 실리콘을 어닐링 함을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 장치.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 메인 레이저 유닛 및 상기 보상 레이저 유닛은,상기 제1갠트리 및 제2갠트리 상에서 각각 상기 스테이지와 수직을 이루는 방향으로 이동 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 장치.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 한 쌍의 보상 레이저 유닛은,단일한 레이저 발진장치로부터 출사되고, 빔 분할장치에 의해 분할된 레이저 빔을 수광하여 상기 메인 레이저 빔을 좌우에서 각각 보상하는 보상 레이저 빔을 출사하는 것을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 단일 레이저 발진장치는,상기 한 쌍의 보상 레이저 유닛 및 상기 한 쌍의 보상 레이저 유닛과 분리된 광학장치 중 어느 한 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 빔 분할장치는,입사되는 레이저 빔의 반사율과 투과율이 서로 다른 다수의 빔 분할기가 회전판 상에 소정 각도 이격되어 구비된 것을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 장치.
- 레이저 어닐링 장치를 이용하여 액정표시장치의 기판에 증착된 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 형성하는 방법에 있어서,하나의 스테이지에 설치되고, 제1방향으로 이동이 가능한 제1갠트리 및 제2갠트리에 메인 레이저 유닛 및 한 쌍의 보상 레이저 유닛을 제1이송수단 및 제2이송수단에 의해 각각 탑재하고,상기 스테이지 상에 구비되는 가이드 수단을 따라 상기 제1갠트리 및 제2갠트리를 일정한 간격을 유지하면서 상기 제1방향으로 정렬하며, 상기 제1이송수단 및 제2이송수단을 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 이동시켜 상기 메인 레이저 유닛 및 한 쌍의 보상 레이저 유닛을 상기 제2방향으로 정렬하고 상기 제1갠트리 및 제2갠트리를 동시에 일정한 속도로 상기 제1방향으로 이동시켜,상기 스테이지에 로딩된 기판에 메인 레이저 빔 및 좌우 보상 레이저 빔을 각각 일렬로 정렬하여 레이저 빔을 동시에 입사시켜 형성된 광폭의 레이저 빔으로 비정질 실리콘을 어닐링하는 것을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 메인 레이저 유닛 및 상기 보상 레이저 유닛은,상기 스테이지에 로딩된 기판에 메인 레이저 빔 및 보상 레이저 빔을 서로 일정한 각도를 이루면서 동시에 입사시켜 형성된 광폭의 레이저 빔으로 비정질 실리콘을 어닐링 하는 것을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표 시장치의 레이저 어닐링 방법.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 제1갠트리 및 제2갠트리는,동시에 이동하면서 일정한 간격을 유지할 수 있도록 소정 위치에 위치센서가 탑재되는 것을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 방법.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 한 쌍의 보상 레이저 유닛은,상기 메인 레이저 유닛의 메인 레이저 빔의 에너지 밀도 분포 및 폭에 따라 각각의 보상 레이저 빔의 초점위치를 조정 가능한 것을 특징으로 하는 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의 레이저 어닐링 방법.
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2005
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| KR101421643B1 (ko) * | 2011-12-20 | 2014-07-24 | 삼성디스플레이 주식회사 | 도킹 유도장치 |
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