KR100701449B1 - Apparatus for catalytic metal doping for low temperature poly silicone crystallization and method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유리 또는 폴리머 기판 위에 코팅된 비정질 실리콘(a-Si)을 저온 결정화(Low Temperature poly-crystalline silicon)하는 과정에서 재현성과 안정성을 확보할 수 있는 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 도핑 방법을 개시한다. 본 발명은, 쳄버, 상기 쳄버 내에 설치되며 기판이 올려지며 이동 가능하게 배치되는 히터, 상기 히터와 동일한 평면상에 배치되는 대향 전극판, 상기 쳄버에 설치되며 선형적으로 이동하는 선형 구동부, 상기 선형 구동부에 의하여 선형적으로 이동하는 스퍼터 건을 포함하며, 상기 스퍼터 건은, 상기 선형 구동부에 결합되는 음극 전극, 상기 대향 전극판과 마주하는 방향으로 배치되는 음극 전극판을 포함한다.The present invention is a metal catalyst doping apparatus and doping for low temperature silicon crystallization to ensure reproducibility and stability in the process of low temperature poly-crystalline silicon (a-Si) coated on a glass or polymer substrate The method is disclosed. The present invention is a chamber, a heater is installed in the chamber and the substrate is mounted and moveable, the opposite electrode plate disposed on the same plane as the heater, a linear drive unit installed in the chamber and linearly moving, the linear And a sputter gun linearly moved by a drive unit, the sputter gun including a cathode electrode coupled to the linear drive unit and a cathode electrode plate disposed in a direction facing the counter electrode plate.
평판, 기판, 스퍼터링, 촉매, 스퍼터, 글라스, 폴리머 Plates, Substrates, Sputtering, Catalysts, Sputters, Glass, Polymers
Description
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시 예를 설명하기 위한 금속촉매 도핑 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a metal catalyst doping apparatus for explaining a first embodiment according to the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에서 스퍼터 건의 구조 및 대향 전극판과의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the structure of the sputter gun and the arrangement relationship with the counter electrode plate in the first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 실시 예의 플라즈마 밀도 그래프를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a plasma density graph of an embodiment according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시 예를 설명하기 위한 금속촉매 도핑 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.4 is a perspective view schematically showing a metal catalyst doping apparatus for explaining a second embodiment according to the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에서 스퍼터 건의 구조 및 대향 전극판의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a view for explaining the arrangement of the sputter gun and the arrangement of the counter electrode plates in the second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 금속 도핑장치에서 스퍼터 건의 기울어진 각도에 따른 스퍼터링 수율을 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing sputtering yield according to the inclination angle of the sputter gun in the metal doping apparatus according to the second embodiment of the present invention.
본 발명은 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 도핑 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리 또는 폴리머 기판 위에 코팅된 비정질 실리콘(a-Si)을 저온 결정화(Low Temperature poly-crystalline silicon)하는 과정에서 재현성과 안정성을 확보할 수 있는 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 도핑 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal catalyst doping apparatus and a doping method for silicon low temperature crystallization, and more particularly to a process of low temperature poly-crystalline silicon (a-Si) coated on a glass or polymer substrate The present invention relates to a metal catalyst doping apparatus and a doping method for silicon low temperature crystallization capable of ensuring reproducibility and stability.
일반적으로 디스플레이 분야는 반도체 메모리에 이어 첨단 과학 발전의 결과로 얻어진 최첨단 결과의 하나이다. 기존의 음극선관(Cathode-ray tube, CRT)은 기기가 가지는 특수성으로 인해 공간성의 한계를 극복하지 못했으며, 이를 대체하려는 노력은 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes), FED(Field emission display), PDP(Plasma display Panel)등의 방식으로 다양하게 시도되어 왔다. 이들 방식 중 최근 들어 차세대 디스플레이로 많은 기대를 모으고 있는 분야가 OLED 방식이다. OLED는 박막의 자체 발광을 이용하고 있기 때문에 다른 디스플레이 방식에 비해 응답속도가10-6초 영역으로 매우 빠를 뿐만 아니라 가볍고, 두께가 얇으며, 시야각이 넓고, 사용전력이 작으며, 두루마리형의 디스플레이가 가능한 장점을 가지고 있다. OLED 방식 중 능동형(active matrix, AM) OLED는 TFT LCD와 마찬가지로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 기본으로 채용하고 있기 때문에 박막 트랜지스터를 위해 비정질 실리콘에 비해 전자 이동속도가 빠른 결정립 실리콘 공정을 필요로 하고 있다.In general, the field of display is one of the most advanced results obtained as a result of advanced scientific developments following semiconductor memory. Conventional cathode-ray tube (CRT) did not overcome the limitations of spatiality due to the uniqueness of the device, and efforts to replace it have been made through TFT LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) and OLED (Organic Light Emitting Diodes). ), FED (Field emission display), PDP (Plasma display Panel) has been tried in various ways. Among these methods, the OLED method is a field that has recently attracted much expectation as the next generation display. The OLED light and was not only very fast to another display mode 10-6 seconds domain response speed compared to the use of so that the self-light emission of the thin-film, thin, thick, wide viewing angle, using the electric power was small, the display of the scroll-type Has the possible advantages. Active matrix (AM) OLED among OLED methods adopts thin film transistor (TFT) as a TFT LCD as a base, and thus requires a crystalline silicon process that has a faster electron transfer speed than amorphous silicon for thin film transistors. I am doing it.
디스플레이 기판 모재로 많이 사용되고 있는 투명 재료로는 일반 유리(glass) 종류와 석영(quartz)이 있으며, 사업성을 위해서는 유리 재질이 더 많이 선호되고 있다. 유리 기판 위에 결정립 실리콘을 만드는 방법에는 HWCVD(Hot Wire CVD)와 같이 직접적인 방법과 ELA(Excimer Laser Annealer)와 같이 간접적인 방법이 있다. 실리콘의 경우 비정질 상을 결정립으로 상변화를 이루기 위해서는 700℃ 이상의 열에너지가 필요하다. 그러나 유리의 글래스화(glass화) 온도는 약 640℃로 실리콘 상변화 온도보다 낮기 때문에 열에너지만을 사용하여 유리 기판 위에 증착된 비정질 실리콘을 결정화하는 것은 쉬운 일이 아니다. 따라서 유리가 상변화를 일으키는 온도보다 낮은 온도에서 실리콘 결정립을 만들어야 하며, 이러한 부분을 강조하여 공정을 저온 폴리 실리콘(이하 “LTPS” 또는 “저온 폴리”라 함.) 결정화 공정이라 부르고 있다. Transparent materials that are widely used as display substrate base materials include general glass and quartz, and glass materials are more preferred for business purposes. There are two methods of making grain silicon on a glass substrate: a direct method such as hot wire CVD (HWCVD) and an indirect method such as an Excimer Laser Annealer (ELA). In the case of silicon, thermal energy of 700 ° C. or more is required to achieve a phase change from the amorphous phase to the crystal grain. However, since the glassization temperature of glass is about 640 ° C., which is lower than the silicon phase change temperature, it is not easy to crystallize amorphous silicon deposited on the glass substrate using only thermal energy. Therefore, it is necessary to make silicon grains at a temperature lower than the temperature at which the glass causes the phase change, and this process is emphasized, and the process is called low temperature polysilicon (hereinafter referred to as "LTPS" or "low temperature poly") crystallization process.
이러한 LTPS 결정화 공정 기술은, 촉매 역할을 하는 금속 물질을 비정질 실리콘 박막 위에 단위 면적당 1013개 이하로 도핑(doping)시켜 열처리하는 LTPS 결정화 공정 기술이 개발되고 있으나, 촉매용 금속 물질을 원하는 초미세 두께를 가지는 박막으로 도핑하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있다. This LTPS crystallization process technology, LTPS crystallization process technology for the heat treatment by doping (doping) the metal material that acts as a catalyst to the amorphous silicon thin film to less than 10 13 per unit area has been developed, but the ultra-thin thickness of the desired metal material Doping into a thin film having a problem is not easy.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 입자의 도핑(1013원자/㎠ 이하, 참고로 일반적인 물질의 표면 1층(ML, mono-layer)을 이루고 있는 원자 수는 약 1015원자/㎠ 정도임)을 수행함에 있 어서 원하는 도핑 수준의 증착량인 0.1 Å 이하의 두께를 언제나 재현성 있게 맞출 수 있는 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 도핑 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to form a mono-layer (ML, mono-layer) of metal particles (10 13 atoms / cm 2 or less, for reference). Metal catalyst doping apparatus and doping method for silicon low temperature crystallization, which can attain reproducibly matching the thickness of 0.1 Å or less, which is the amount of deposition at a desired doping level, at a time of about 10 15 atoms / cm 2). It is.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 쳄버, 상기 쳄버 내에 설치되며 기판이 상부에 안착되는 히터, 상기 히터의 상부에 평면상에 배치되는 대향 전극판, 상기 쳄버에 양측에 설치된 선형 구동부, 상기 선형 구동부에 의하여 선형적으로 이동되는 스퍼터 건을 포함하며, 상기 스퍼터 건은 상기 선형 구동부에 결합되는 음극 전극, 상기 음극 전극에 결합되며, 상기 대향 전극판과 마주하는 방향으로 배치되는 음극 전극판을 포함하는 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a chamber, a heater is installed in the chamber and the substrate is seated on the upper side, the counter electrode plate disposed on a plane on the upper portion of the heater, the linear drive unit installed on both sides of the chamber, And a sputter gun linearly moved by a linear drive unit, the sputter gun coupled to the negative electrode coupled to the linear drive unit, the negative electrode coupled to the negative electrode plate disposed in a direction facing the counter electrode plate. It provides a metal catalyst doping apparatus for silicon low temperature crystallization comprising.
상기 스퍼터 건은 타겟면이 기판방향으로부터 0°~ ±90°까지 각도 중 어느 한 각도를 유지하는 방향에 고정될 수 있다.The sputter gun may be fixed to a direction in which the target surface maintains any one of angles from 0 ° to ± 90 ° from the substrate direction.
상기 음극 전극은 그 내부에 냉각수 통로가 제공되는 것이 바람직하다.The cathode electrode is preferably provided with a cooling water passage therein.
상기 스퍼터 건은 상기 음극 전극판의 측면들, 그리고 상기 음극 전극판의 위면이 가려지는 형태로 배치되는 것이 바람직하다.The sputter gun is preferably disposed in such a manner that the side surfaces of the cathode electrode plate and the top surface of the cathode electrode plate are covered.
상기 스퍼터 건은 기판 이송방향으로 폭이 10 ~50mm 이내 이며, 음극 전극판은 니켈 또는 니켈 합금으로 되는 것이 바람직하다.The sputter gun has a width in the substrate transfer direction of less than 10 ~ 50mm, the cathode electrode plate is preferably made of nickel or nickel alloy.
또한, 본 발명은 쳄버, 상기 쳄버 내에 설치되며 기판이 상부에 안착되는 히터, 상기 히터의 상부에 평면상으로 배치되는 대향 전극판, 상기 쳄버의 양측에 설 치된 선형 구동부, 상기 선형 구동부에 의하여 선형적으로 이동하는 스퍼터 건을 포함하는 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치를 이용한 도핑 방법에 있어서, 상기 스퍼터 건이 이동속도를 분당 1 ~ 6 m의 이동속도 이내로 이동하며 금속촉매를 도핑하는 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑 장치를 이용한 도핑 방법을 제공한다.In addition, the present invention is a chamber, the heater is installed in the chamber and the substrate is mounted on the upper side, the counter electrode plate disposed in a plane on top of the heater, the linear drive unit installed on both sides of the chamber, the linear by the linear drive unit A doping method using a metal catalyst doping apparatus for silicon low temperature crystallization including a sputter gun that moves in a moving manner, wherein the sputter gun moves a moving speed within a moving speed of 1 to 6 m per minute and the silicon low temperature crystallization doping the metal catalyst It provides a doping method using a metal catalyst doping apparatus for.
상기 스퍼터 건과 상기 대향 전극판의 거리가 50-100mm의 범위 이내 인 것이 바람직하다.Preferably, the distance between the sputter gun and the counter electrode plate is within a range of 50-100 mm.
상기 스퍼터 건에 인가되는 파워는 직류 300 ~ 1,000V, 또는 13.56㎒, 600W의 조건, 또는 1.0 ~ 10KHz, 200 ~ 500W의 조건을 가지는 것이 바람직하다.The power applied to the sputter gun preferably has a condition of 300 to 1,000 V, or 13.56 MHz, 600 W, or 1.0 to 10 KHz, 200 to 500 W.
상기 쳄버 내부에 주입되는 가스의 유량이 5 ~ 100 sccm 범위로 금속촉매를 도핑하는 것이 바람직하다.It is preferable that the flow rate of the gas injected into the chamber is doped with the metal catalyst in the range of 5 to 100 sccm.
상기 쳄버 내부에 주입되는 가스의 압력은 5 X 10-3 ~ 5 X 10-1 Torr 의 상태로 금속촉매를 도핑하는 것이 바람직하다.The pressure of the gas injected into the chamber is preferably doped with a metal catalyst in the state of 5 X 10 -3 ~ 5
상기 쳄버 내부에 주입되는 가스는 아르곤, 네온, 질소, 헬륨 또는 이들 가스의 혼합 형태 중의 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.The gas injected into the chamber is preferably made of any one of argon, neon, nitrogen, helium or a mixture of these gases.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시 예를 설명하기 위한 사시도로, 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치를 도시하고 있다. 본 발명에서 도시한 실리콘 저 온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치는, 진공을 형성할 수 있는 쳄버(1), 히터(3), 대향 전극판(5), 모터(M) 등의 구동원, 상기 구동원에 의하여 쳄버(1) 내에서 구동력을 전달하는 선형 구동부(7), 그리고 상기 선형 구동부에 결합된 스퍼터 건(9)을 포함한다.1 is a perspective view for explaining a first embodiment according to the present invention, showing a metal catalyst doping apparatus for low temperature silicon crystallization. The metal catalyst doping apparatus for silicon low temperature crystallization shown in the present invention is a drive source such as a
상기 쳄버(1)는 대략 직육면체 형태로 이루어지며 내부에 공간이 제공되는 구조를 가진다. 그리고 상기 쳄버(1)는 그 내부가 진공 상태로 이루어지는 것이 바람직하다. The
상기 히터(3)는 그 위에 기판(G)이 올려질 수 있다. 그리고 상기 히터(3)가 배치되는 면과 연장선상에는 대향 전극판(5)이 배치되는 것이 바람직하다.The
상기 히터(3)는 도핑 공정이 진행되는 동안 기판(G)이 고르게 350 ℃ 정도까지 가열될 수 있도록 온도 제어 장치(도시생략)와 연결되는 구조를 이루는 것이 바람직하다. 그리고 상기 대향 전극판(5)은 상기 스퍼터 건(9)이 선형으로 이동됨에 따라 스퍼터 건(9)에 제공되는 캐소드와 상대 전극 사이의 간격 변화로 달라질 수 있는 전기장의 변화가 발생되지 않도록 히터(3)의 면과 등전위를 이루게 구성되는 것이 바람직하다. The
본 발명에서 상기 히터(3)를 포함하는 대향 전극판(5)은 기판(G)이 안착된 상태에서 함께 이송이 가능한 통상의 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 히터(3)는 기판(G)이 올려질 수 있으며, 상기 기판(G)의 이송과 가열이 실시간으로 이루어질 수 있는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 히터(3)는 기판(G)을 가열시키면서 동시에 이송시킬 수 있는 구조면 어느 것이나 가능하다.In the present invention, the
상기 선형 구동부(7)는 스퍼터 건(9)을 쳄버(1) 내에서 선형적으로 이동시키기 위한 것으로, 모터(M)로 이루어지는 구동원, 상기 구동원에 의하여 회전하는 구동축(21), 상기 구동축(21)에 의하여 회전하는 한 쌍의 구동풀리(23, 25), 상기 구동풀리(23, 25)와 대응되는 위치에 배치되는 한 쌍의 종동풀리(27, 29), 그리고 상기 구동풀리(23, 25)와 상기 종동풀리(27, 29) 들 사이에 배치되는 벨트(31, 33)들을 포함한다. 상기 벨트(31, 33)들은 금속(steel) 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 선형 구동부(7)는 상기 도핑 모듈(9)을 이송시킬 수 있는 통상의 것이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 도면에 도시한 예에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 선형 구동부(7)는 기판(G)과 상기 도핑 모듈(9)이 선형적으로 상대 운동을 하는 구조이면 어느 것이나 적용될 수 있다.The linear drive unit 7 is for linearly moving the
상기 스퍼터 건(9)은, 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 상기 선형 구동부(7)에 결합되는 음극 전극(51), 상기 대향 전극판(5)과 마주하는 방향으로 배치되는 음극 전극판(55)을 포함한다. 특히 상기 스퍼터 건(9)은 대향 전극판(5)에 대하여 거리 d가 띄여지는 위치에 선형적으로 이동(도 2에서 화살표 방향 또는 그 역방향을 이동) 가능하게 배치되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the
상기 음극 전극(51)은 내부에 열을 식히기 위한 냉각수 통로가 마련되어 있다. 상기 냉각수 통로(51a)는, 음극 전극(51)의 길이 방향으로 배치되어 있으며, 별도의 냉각수 공급/순환장치(도시생략)와 연결되어 있다. 상기 냉각수 통로(51a)는 냉각수가 흐르면서 음극 전극판(55, '타겟' 이라고도 함)의 온도를 일정하게 유지하여 음극 전극판(55)의 표면 특성을 유지시키기 위한 것이다.The
그리고 상기 스퍼터 건(9)의 외주면에서는 음극 전극판(55)이 배치되는 부분을 제외한 부분을 감쌀 수 있도록 접지용 차폐부재(57)가 2mm의 다크 스페이스(dark space, 플라즈마가 존재하지 않는 공간) 간격으로 띄워져 결합되는 것이 바람직하다. 상기 차폐부재(57)는 히터면, 대향 전극판(5)과 함께 등전위(equipotential, 等電位)를 이루고 있어, 타겟면과 유리 기판 사이에 전기장이 형성될 수 있는 것이다. 이러한 스퍼터 건(9)은 음극전극(51)에 영구 자석을 배치하지 않음으로서 자기장에 의한 플라즈마 밀도 강화를 크게 낮출 수 있는 것이다. 이와 같이 쳄버(1) 내의 이송형 스퍼터 건에 영구자석을 삽입하지 않음으로써 자기장으로 인한 플라즈마 밀도 상승을 억제해 주고 단순히 균일하게 형성되는 전기장에 의한 촉매 금속의 도핑을 구현할 수 있도록 하는 것이다.On the outer circumferential surface of the
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시 예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 도 4의 주요 부분을 도시한 도면으로, 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치의 다른 예를 도시하고 있다. 본 발명의 제2 실시 예는 상술한 제1 실시 예와 비교하여 다른 부분만을 설명하고 상기 제1 실시 예와 동일한 부분은 상술한 제1 실시 예의 설명으로 대치한다.4 is a perspective view for explaining a second embodiment according to the present invention, Figure 5 is a view showing the main part of Figure 4, showing another example of a metal catalyst doping apparatus for low temperature silicon crystallization. The second embodiment of the present invention describes only the other parts compared to the first embodiment described above, and the same parts as the first embodiment are replaced with the description of the first embodiment described above.
본 발명의 제2 실시 예는 스퍼터 건(9)과 기판을 포함한 대향 전극판(5)이 서로 수직인 상태로 배치되는 점에 차이가 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시 예의 스퍼터 건(9)은 상술한 제1 실시 예와 동일한 구조를 가지며, 다만, 대향 전극판(5)의 면이 향하는 방향에 대하여 스퍼터 건(9)에 제공되는 음극 전극판(55)의 면이 향하는 방향이 서로 다른 각도(θ)를 이루어 배치되는 것이다. 이러한 각도는 음극 전극판과 유리 기판이 마주보고 있는 상태를 0°로 정했을 때, 도 5에 도시하고 있는 바와 같이 ±90°(직각)의 범위 내에서 조정될 수 있게 배치하였다. 이는 음극 전극판과 기판 사이의 거리를 인위적으로 띄우는 효과와 균일한 전기장 형성을 방해함으로써 0°도로 서로 마주보고 있을 때에 비해 증착률이 최대로 절반 이하로 줄어들게 하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 기판과 음극 전극판이 이룰 수 있는 각도(θ)는 0°와 ±45°, 그리고 ±90°등으로 조절이 가능하게 이루어지게 하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 제2 실시 예는 스퍼터 건(9)이 이를 지지하고 있는 부분인 선형 구동부(7)에 회전 가능하게 힌지 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 기판(G)과 이루는 각(±θ, 도면에서 수직선을 기준으로 좌우로 회전할 수 있는 각도)으로 스퍼터 건의 방향이 기울어질 수 있음을 의미한다. 그리고 이러한 스퍼터 건(9)의 회전 구조에 대한 상세한 도시는 생략하였으나, 별도의 모터 등에 의하여 회전이 제어될 수 있는 구조로 이루어지는 것도 가능하다. The second embodiment of the present invention differs in that the
도 6은 기판 면 방향에 대해 스퍼터 건의 기울어진 각도(θ)에 따른 스퍼터링 수율을 나타낸 곡선으로서 x 축은 기울어진 타겟의 각도를 y 축은 일반화된 값의 경향성을 보여주는 임의의 값(arbitrary, au, 경우에 따라서는 각도 변화에 따른 증착율 %)을 나타내고 있다. 도핑이 일어나는 스퍼터링 증착(a)과 기판 면에서 일어나는 re-sputter(e)의 합인 결과치(d)로 나타낼 수 있으며, 이들 수치는 모두 기판과 이루는 스퍼터 건의 각도 함수로 얻어질 수 있다.FIG. 6 is a curve showing the sputtering yield according to the inclination angle (θ) of the sputter gun with respect to the substrate plane direction, where the x axis represents an angle of the inclined target and the y axis represents a tendency of generalized values. In some cases, the deposition rate (%) according to the angle change is shown. It can be expressed as a result d, which is the sum of sputter deposition (a) in which doping takes place and re-sputter (e) in the surface of the substrate, all of which can be obtained as a function of the angle of the sputter gun with the substrate.
스퍼터링 증착률(21)은 타겟에 인가하는 전기적인 에너지 값에 직접적으로 비례하며, 만일 타겟에 인가하는 에너지 값을 줄이면 도 6의 곡선(a)로 나타나던 스퍼터링 증착 경향이 곡선(b)으로 감소될 수 있음을 쉽게 짐직할 수 있다. 여기서 알 수 있는 내용은 어느 값의 에너지를 타겟에 인가하더라도 타겟면과 기판이 이루고 있는 기울기 각도에 따라 스퍼터링 증착이 달라 질 수 있음을 짐작할 수 있다. 타겟 면이 ±90도로 어긋나 있을 때는 정면으로 마주보고 있는 상태인 0도 일때에 비해 스퍼터 증착이 절반으로 줄어드는 효과를 얻을 수 있음을 보여주고 있다.The sputtering
한편, 타겟에 인가하는 에너지 값을 줄이면 기판 면에서 일어나는 리스퍼터링(re-sputterring) 현상도 곡선(e)에서 곡선(f)으로 현격하게 줄어드는 경향을 나타내며, 이들 리스퍼터링 값(f)과 스퍼터링 증착값(b)의 합의 값으로 나타나는 순수 도핑량 곡선(C)과 같은 값을 얻게된다.On the other hand, if the energy value applied to the target is reduced, the re-sputtering phenomenon occurring on the surface of the substrate also tends to decrease remarkably from the curve (e) to the curve (f), and these resputtering values (f) and sputtering deposition are shown. The same value as the pure doping curve (C) is obtained as the sum of the values (b).
따라서 본 발명에서는 기판 면에 대해 스퍼터 건이 마주보는 각도에 따라 도핑량이 달라질 수 있음에 착안하여 타겟이 이송시에 일정한 각도를 유지한 채 이송하며 촉매 금속 도핑이 이루어지게 하였다.Therefore, in the present invention, the amount of doping may vary according to the angle of the sputter gun facing the substrate surface, so that the target metal is transported while maintaining a constant angle at the time of transport, so that the catalytic metal doping is performed.
한편, 상기 음극 전극판(55)은 니켈로 이루어지는 것이 바람직하다. On the other hand, the
이와 같이 이루어지는 본 발명의 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치를 이용한 박막의 금속 촉매를 도핑하는 방법에 대하여 설명한다.The method of doping the metal catalyst of the thin film using the metal catalyst doping apparatus for silicon low temperature crystallization of the present invention thus made will be described.
본 발명의 실리콘 저온 결정화를 위한 금속 촉매 도핑 장치를 이용한 박막의 금속 촉매를 도핑하는 방법에서, 적용되는 조건은 다음과 같다. 상기 스퍼터 건에 인가되는 파워는 직류 300 ~ 1,000V, 또는 13.56㎒, 600W의 조건, 또는 1.0 ~ 10KHz, 200 ~ 500W의 조건이 바람직하다. 상기 쳄버 내부에 주입되는 가스의 유량이 5 ~ 100 sccm 범위로 금속촉매를 도핑하는 것이 바람직하다. 상기 쳄버 내부에 주입되는 가스의 압력은 5 X 10-3 ~ 5 X 10-1 Torr 의 상태로 금속촉매를 도핑하는 것이 바람직하다.In the method of doping the metal catalyst of the thin film using the metal catalyst doping apparatus for silicon low temperature crystallization of the present invention, the conditions applied are as follows. The power applied to the sputter gun is preferably a condition of 300 to 1,000 V, or 13.56 MHz, 600 W, or 1.0 to 10 KHz, 200 to 500 W. It is preferable that the flow rate of the gas injected into the chamber is doped with the metal catalyst in the range of 5 to 100 sccm. The pressure of the gas injected into the chamber is preferably doped with a metal catalyst in the state of 5 X 10 -3 ~ 5 X 10 -1 Torr.
본 발명은 음극 전극판(55, 촉매 금속)이 니켈인 경우를 예로 설명한다. 음극 전극판(55)이 기판(G)에 대해 이송하지 않고 고정되어 있을 때, 일반적인 증착률(r, deposition rate)은 스퍼터 건(9)의 파워, 스퍼터 건(9)과 기판(G) 간의 거리(d)등에 의해 정해진다. 그리고 기판(G)에 증착되는 박막의 두께(t, thickness)는 증착률(r)과 기판(G)이 플라즈마에 노출되는 시간(s, exposetime)의 곱으로 정해진다. In the present invention, the case where the cathode electrode plate 55 (catalyst metal) is nickel will be described as an example. When the
따라서 실제 기판에 증착되는 박막의 두께를 줄이기 위해서는 음극 전극판(55)의 폭을 기판 길이보다 짧게 한 상태에서 정지해 있는 음극 전극판에 대해서 전체 기판(G)을 스캔(scan, 주사)하거나, 또는 정지해 있는 전체 기판에 대해서 음극 전극판이 속도 v로 스캔해야 한다. 즉, 폭이 x ㎜인 음극 전극판이 분당 v의 속도로 이송하며 정지해 있는 기판 전체 위면을 주사하며 증착이 이뤄진다면, 실제 기판(G)이 스퍼터 건(9)에 노출되는 시간은 음극 전극판(55)의 폭을 이동 방향을 고려한 전체 기판 총 길이로 나눈 값에 비례하고, 음극 전극판(55)의 이동 속도(기판에 대한 상대적인 속도)에 반비례하게 된다. Therefore, in order to reduce the thickness of the thin film deposited on the actual substrate, the entire substrate G is scanned (scanned) with respect to the stationary cathode electrode plate while the width of the
따라서 증착물질이 쌓이는 박막 두께(t)는, 증착률(r) X {(음극 전극판의 폭(x) / 기판 총 길이(l)} X {기판 총 길이(l) / 스퍼터 건의 이동속도(v)}가 된다. 이때 수식이 성립하기 위해서는 반드시 두 개의 전제조건을 가지게 되는데, 첫째는 음극 전극판(55)의 폭(x)이 주사가 일어나는 방향의 기판(G) 길이보다 반드시 짧아야 하는 것이고, 두 번째 조건은, 기판(G) 전체를 증착하기 위해서 음극 전극판(55)과 기판(G) 사이의 상대적인 속도(v)가 반드시 필요하므로 음극 전극판(55) 또는 기판(G)이 반드시 움직여야만 하고 이로 인한 상대적 이동 속도(v)가 0이 아닌 값을 가져야 하는 것이다. Therefore, the thickness (t) of the thin film on which the deposition material is deposited is the deposition rate (r) X {(the width of the negative electrode plate (x) / the total length of the substrate (l)) X {the total length of the substrate (l) / the speed of the sputter gun ( v)}, the formula must have two prerequisites, firstly, the width x of the
결론적으로 음극 전극판(55)의 동작 조건에 따라 정해지는 증착률 이외에 실제 기판에 증착되는 박막의 두께를 제어할 수 있는 요인으로 음극 전극판(55)의 폭(x)과 음극 전극판(55)과 기판(G)의 상대적인 속도차가 있어야만 수식이 성립하게 되어 있다. 이때 음극 전극판(55)의 폭(x)은 기판(G) 길이보다 짧아야 하고 이동 속도는 양의 값을 가져야 한다. 이에 대한 것을 수식으로 기술하면 다음과 같다.In conclusion, in addition to the deposition rate determined according to the operating conditions of the
여기에서 From here
x : 음극 전극판 폭 (cathode width)x: cathode electrode plate width
l : 기판 길이 (substrate length)l: substrate length
v : 스퍼터 건의 이동속도 (moving speed)v: moving speed of sputter gun
니켈 금속이 음극 전극판과 기판이 마주보며 정지된 상태로 증착이 이뤄질 경우 일반적으로 분당 약 4,000 Å의 증착률을 가지며, 음극 전극판(55)의 폭(x)이 40 mm인 스퍼터 건(9, 캐소오드)이 분당 1 m의 속도로 이송하며 기판(G) 전체를 지나가며 증착이 이뤄진다면, 실제 정지된 기판 면 이에 증착되는 박막의 두께(t)는 약 160 Å가 된다. 또, 음극 전극판(55)의 이송 속도를 분당 5 m로 이송하게 되면 160 Å이던 박막의 두께(t)는 1/5로 줄어든 약 32 Å이 된다. 따라서 본 발명에서는 바람직한 음극 전극판(55)의 폭(x)을 10 ~ 50 ㎜로 구성하였으며, 기판(G)에 대한 음극 전극판(55)의 이송 속도를 분당 1 ~ 6 m로 설정하였다. When the nickel metal is deposited with the cathode electrode plate and the substrate stationary, the sputter gun having a deposition rate of about 4,000 kPa / min and the width x of the
음극 전극판(55)에 전압 V를 인가하면 대향 전극판(5, 접지판, 음극 전극판에 대한 상대적인 양극 전극판)과 전위차 V가 형성되어 이들 전극 사이에 전기장 E가 발생하게 되며, 이 모습을 도 2에 나타내었다.When voltage V is applied to the
상기 쳄버(1)에 면적비의 차이가 큰 두 전극(음극 전극판, 양극 전극판) 사이에 5 X 10-3 ~ 5 X 10-1Torr 영역의 이온화 가스를 채우고 전압을 인가하면 면적이 작은 영역 둘레에 플라즈마가 발생하게 된다. 이때 인위적으로 가해 줄 수 있는 요인은 외부 전압 V이며, 이로 인해 양단의 거리 d에 의해 달라지는 물리량은 전기장이다. 전하 q가 전기장 E 속에 놓여 있으면 전하가 받는 힘은 전기장을 곱한 만큼의 힘을 받아 가속하게 된다. 따라서 플라즈마 이온화를 위해 전하에 가해지는 물리량은 전기장 E이며, 이를 위해 인위적으로 변화시킬 수 있는 요인은 전압 V와 양단 전극 사이의 거리 d임을 알 수 있다. 따라서 플라즈마 밀도는 전기장 E와 관련이 있으며, 동일한 전압 V를 인가했을 경우라도 평행한 양단 전극(55, 5) 사이의 거리 d를 2 배로 증가시키면 플라즈마 밀도가 1/2로 줄어드는 효과를 얻을 수 있다. 그러나 일반적으로 음극 전극판과 접지로 이뤄진 스퍼터 개념에서 면적비가 매우 크기 때문에 음극 전극판을 포인트 형태의 전극으로 생각할 수 있으며, 양단의 전극 사이 거리를 증가시키면 플라즈마 밀도는 지수함수적으로 급격하게 줄어들게 된다. 물론 스퍼터된 입자들도 45도의 방사형 분출이 일어나기 때문에 이로 인한 증착률 감소는 커질 수밖에 없다. 따라서 본 발명에서는 바람직한 전극(55, 5)사이의 거리는 30~45 ㎜이던 기존의 이격 거리를 50~100 ㎜로 증가시킨 것이며, 결과적으로 도 1에서 약 32 Å 이던 증착량을 6 Å이하로 줄이는 효과를 얻을 수 있다. Both the difference between the area ratio in the chamber (1) a large electrode (cathode electrode plate, a positive electrode plate) to 5 X 10 -3 ~ 5 X 10 -1 Torr filling the ionized gas in the area when a voltage is applied to a small area, the area between the The plasma is generated around the periphery. At this time, the factor that can be artificially applied is the external voltage V, and thus the physical quantity that is changed by the distance d between both ends is the electric field. If the charge q lies in the electric field E, the force it receives is accelerated by the force multiplied by the electric field. Therefore, it can be seen that the physical quantity applied to the electric charge for plasma ionization is the electric field E, and for this purpose, a factor that can be artificially changed is the distance d between the voltage V and the electrodes at both ends. Therefore, the plasma density is related to the electric field E. Even when the same voltage V is applied, the plasma density decreases to 1/2 when the distance d between the
또한, 본 발명은 스퍼터 건에 영구자석을 장착하지 않는 상태로 구동이 이뤄지며, 이로 인해 자기장이 없이 단지 전기장에 의해 플라즈마가 형성되도록 자석의 배치를 생략한 스퍼터 건(9)을 구비하고 있다. 이러한 구조는 두 개의 전극(55, 5)에 의해서만 전기장 E가 형성되기 때문에 모든 스퍼터링 증착장치에 적용되는 마그네트론 스퍼터 건에 비해 플라즈마 1/100 이하로 낮아지는 도 3의 그래프와 같이 비교적 균일하고 매우 낮은 밀도로 플라즈마가 형성된다. 따라서, 이러한 형태에서는 일반적인 마그네트론 스퍼터 케소오드에 비해 플라즈마 밀도가 낮기 때문에 1/100 정도 이하의 매우 낮은 증착률을 가지게 된다. 따라서 상술한 설명에서 약 6 Å 이던 증착률이 약 0.06 Å 이하로 낮아지는 결과치를 얻을 수 있게 된다. In addition, the present invention includes a
따라서 본 발명의 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 이를 이용한 방법에서, 상기한 조건으로 금속 촉매를 원하는 도핑 수준의 증착량인 0.1 Å 이하의 두께를 언제나 재현성 있게 맞출 수 있는 것이다.Therefore, in the metal catalyst doping apparatus for silicon low temperature crystallization of the present invention and the method using the same, it is possible to reproducibly match the thickness of 0.1 Å or less, which is the deposition amount of the desired metal doping level under the above conditions.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범 위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.
이와 같이 본 발명은 기판 면 위에 설치된 스퍼터 건이 등속도로 진행하며 스퍼터링이 수행되기 때문에 보다 균일한 형태의 금속 물질을 도핑할 수 있으며, AM OLED 제조공정 분야에서는 물론이고, TFT LCD 또는 태양전지 제조 공정에서 필요로 하는 유리 또는 폴리머 표면 위에 증착된 비정질 실리콘 박막을 폴리 실리콘으로 전환하는 공정에 매우 효과적이다.As described above, in the present invention, since the sputter gun installed on the substrate surface proceeds at a constant speed and sputtering is performed, the metal material can be doped in a more uniform form. It is very effective for the process of converting amorphous silicon thin film deposited on the glass or polymer surface as needed to polysilicon.
또한, 본 발명은 평판형 디스플레이 제조 공정 중의 최대 병목현상이 일어나고 있는 실리콘의 저온 폴리 결정화 공정에 재현성과 안정성이 확보할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can ensure the reproducibility and stability in the low-temperature polycrystallization process of silicon, the maximum bottleneck in the flat panel display manufacturing process can improve the productivity.
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