KR100720452B1 - 레이저 조사 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마스크의 변경을 갖는 레이저 조사 장치와, 이를 이용하여 대면적 기판의 Y축 스테이지 이동을 줄여 공정 시간을 단축한 실리콘 결정화 방법에 관한 것이다. 본 발명의 레이저 조사 장치는 서로 동일한 형상의 투과부가 다른 위치에 형성된 동일한 크기의 n(2이상의 자연수)개의 영역이 정의된 마스크와, 상기 마스크의 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 마스킹하는 차광 패턴을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하며, 이를 이용한 실리콘 결정화 방법은 상기 레이저 조사 장치를 준비한 후 기판을 스테이지 상에 장착하는 단계와, 상기 마스크의 제 1 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 마스킹함으로써 상기 마스크의 제 1 영역에 대응되는 상기 기판상의 블록에 레이저 조사를 진행하는 단계와, 상기 마스크의 제 1 영역에 상기 기판상의 다음 블록이 대응되도록 상기 스테이지를 차례로 이동시키며 기판의 일 방향 조사를 완료하는 단계와, 상기 스테이지의 방향을 전환하여 상기 마스크의 나머지 영역에 대응하여 조사하여 상기 투과부의 길이 방향에 대한 각 블록의 결정화를 완료하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
SLS(Sequential Lateral Solidification), 레이저 빔 패턴 마스크(laser beam pattern mask), 마스크 이동, 스테이지 이동

Description

레이저 조사 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법{Device of Annealing Laser Beam and Method for Sequential Lateral Solidification Silicon Using the same}
도 1은 레이저 에너지 밀도별 비정질 실리콘의 입자의 크기를 나타낸 그래프
도 2는 일반적인 SLS 조사 장치를 나타낸 개략도
도 3은 종래의 레이저 열처리를 개략적으로 나타낸 단면도
도 4는 탈수소화 과정을 거치고 임의의 영역이 결정화된 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 나타낸 평면도
도 5는 도 2의 SLS 조사 장치를 이용하여 1회 조사 후, 투과부에 대응되는 비정질 실리콘층의 부위가 결정화된 상태를 나타낸 도면
도 6은 종래의 SLS 조사 장치에 이용되는 다른 형태의 마스크를 나타낸 평면도
도 7a 및 도 7c는 도 6의 마스크를 이용하여 진행하는 종래의 실리콘 결정화 방법을 순서대로 나타낸 평면도
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 8의 마스크를 이용하여 진행하는 실리콘 결정화 방법을 순서대로 나타낸 평면도
도 10a 내지 도 10e는 도 8의 마스크를 이용하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도
도 11은 본 발명의 제 3 실시예 따른 실리콘 결정화 방법에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 도 11의 마스크를 이용하여 진행하는 실리콘 결정화 방법을 순서대로 나타낸 평면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
60, 100, 120 : 마스크 70, 110, 130 : 기판
D, E, F : 투과부 G : 차단부
I : 제 1 영역 Ⅱ : 제 2 영역
Ⅲ : 제 3 영역
L : 투과부 길이 S : 투과 블록의 세로 길이
s1, s2 , s3 : 일 투과부의 폭 l : 일 결정화부의 길이
d, e, f : 일 결정화부의 폭 s : 투과 블록에 대응되는 결정화 블록
본 발명은 실리콘 결정화에 관한 것으로 특히, 마스크의 변경을 갖는 레이저 조사 장치와, 이를 이용하여 대면적 기판의 Y축 스테이지 이동을 줄여 공정 시간을 단축한 실리콘 결정화 방법에 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 사용되기 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 상태로 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 떨어진다는 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 조사장치와 이를 이용한 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 표면에 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 일반적인 SLS 조사 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2와 같이, 상기 SLS 조사 장치는 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생장치(1)와, 상기 레이저 발생장치(1)를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈(2)와, 기판(10)에 레이저 빔을 나누어 조사시키는 마스크(3)와, 상기 마스크(3)의 하부에 위치하여 상기 마스크(3)를 통과한 레이저빔을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈(4)로 구성된다.
상기 레이저빔 발생장치(1)는 엑시머 레이저(Excimer Laser)로서 308nm의 XeCl나 248nm의 KrF가 주로 이용된다. 상기 레이저 발생장치(1)는 가공되지 않은 레이저 빔(laser beam)을 방출시키며, 상기 방출된 레이저 빔은 어테뉴에이터(atenuator, 미도시)를 통과하여 에너지 크기를 조절한 후, 상기 집속렌즈(2)를 통해 조사되게 된다.
상기 마스크(3)에 대응되어 비정질 실리콘층이 증착된 기판(10)이 고정된 X- Y스테이지(5)가 위치한다.
이때, 상기 기판(10)의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 상기 X-Y스테이지(5)를 미소하게 이동하여 줌으로써 결정 영역을 점진적으로 확대해 나가는 방법을 사용한다.
여기서, 상기 마스크(3)는 상기 레이저 빔을 통과시키는 투과부(A)와, 레이저 빔을 흡수하는 차단부(B)로 구분된다. 상기 투과부의 폭은 1회 노광시 형성되는 그레인의 측면성장 길이를 결정한다.
이하, 도 2의 일반적인 SLS 조사 장치를 이용한 종래의 실리콘을 결정화하는 방법을 알아본다.
도 3은 종래의 레이저 열처리를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3과 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 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 4는 탈수소화 과정을 거치고 임의의 영역이 결정화된 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 나타낸 평면도이다.
도 4와 같이, 레이저 빔의 빔폭과 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 마스크를 여러번 정렬하고, 그 때마다 결정화 과정을 반복함으로써 결정화가 이루어진다.
이 때, 상기 단일 마스크의 축소면적(C)만큼 결정화 된 영역을 한 블록이라 정의하면, 상기 한 블록내의 결정화 또한 다수의 레이저 빔 조사를 통해 이루어진다.
도 5는 도 2의 SLS 조사 장치를 이용하여 1회 조사 후, 투과부에 대응되는 비정질 실리콘층의 부위가 결정화된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5와 같이, 비정질 실리콘층(22)의 상부에 위치한 상기 마스크(미도시)를 통해 레이저 빔을 1회 조사한다. 이 때, 조사되는 레이저빔은 상기 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 수 직하는 방향으로 일어난다.
비정질 실리콘층(22)의 투과부에 대응되는 조사되는 부위에서는 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 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.
이와 같은 공정을 다수 반복하여, 도 4에 도시한 바와 같이 한블럭(C)에 해당하는 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 실리콘 결정화 방법은 마스크의 투과부(A)가 차단부(B)에 비해 상대적으로 폭이 작기 때문에, 한 블록의 영역을 결정화하기 위해 스테이지가 여러번 미소 이동함으로써 결정화되는 방법이므로, 상기 마스크 또는 스테이지를 이동하는 총 소요시간이 전체 결정화 공정시간에 대해 큰 비중을 차지하게 되어 공정 수율이 감소하는 원인이 된다.
이하, 차단부의 폭을 줄여 투과부와 대등한 수준으로 형성한 종래의 마스크와 이를 이용하여 레이저 조사시 결정화 상태를 살펴본다.
도 6은 종래의 SLS 조사 장치에 이용되는 다른 형상의 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 6과 같이, 종래의 SLS 장비에 이용되는 마스크(40)는 가로 방향으로 형성된 투과부(A)와 차단부(B)가 교차하여 나타난다. 이러한 투과부(A)와 차단부(B)의 폭(p, q) 크기는 조절 가능하다. 도 6에는 투과부(A)가 차단부(B)와 거의 대등한 폭으로 도시되어 있는데, 이 경우 1회 조사에서 노광되지 않는 영역을 2회 조사에서 노광하는 방식으로 한 블록에 대해 2 회 노광으로 결정화가 가능하다.
여기서, 1회 조사에서 레이저 빔은 상기 마스크(40)의 복수개의 투과부(A)들을 통과하여 기판 상에 멀티 라인 어레이 형태로 결정화 블록이 형성된다. 이 때, 상기 결정화 블록에 대응되는 마스크(40) 상의 상기 복수개의 투과부(A)와 상기 투과부(A)들 사이에 차단부(B)를 포함하는 부위를 투과 블록이라 하며, 이 때, 상기 투과 블록의 세로 길이는 S이며, 가로 길이는 투과부(A)의 길이와 일치하고 그 값은 L이다.
도 7a 및 도 7c는 도 6의 마스크를 이용하여 진행하는 종래의 실리콘 결정화 방법을 순서대로 나타낸 평면도이다.
일반적인 레이저 빔 조사 장치는 마스크(40) 하부에 축소 렌즈를 배치시켜 구성되는데, 이로 인해 상기 마스크(40)를 투과하여 실제 기판(50)상으로 조사되는 레이저 빔 패턴은, 상기 축소 렌즈가 갖는 소정의 축소비로 축소된 형상이다. 예를 들어, 축소 렌즈의 축소비가 5일 경우, 상기 마스크(40)의 일 투과부(A)의 길이 및 폭이 각각 L, p 이라면, 상기 투과부(A)에 대응되어 실제 기판(50) 상에 레이저 빔 조사가 이루어지는 일 결정화부의 길이(l) 및 폭(a)은 각각 L/5, p/5의 값을 갖는다.
여기서는 레이저 1 펄스가 상기 마스크(40)를 투과하여 축소 렌즈를 거쳐 실제 기판(50) 상에 조사된 1결정화 블록의 가로 및 세로의 길이를 각각 l 및 s로 상정하여 결정화 공정을 진행한다.
도 7a와 같이, 기판(50)을 스테이지(미도시) 상에 장착하고, 상기 마스크(40)를 기판(50)에 대응되어 정렬시킨 후, 도 7b와 같이, 상기 스테이지를 (+)X축으로 1결정화 블록의 가로 길이(l)만큼 이동시켜 상기 마스크(40)에 대응되는 상기 기판(50)의 위치를 변경하며 상기 마스크(40)가 갖는 투과부(A) 개수대로 라인상의 결정화를 진행한다.
이와 같이, 도 7c와 같이, (+)X축 방향의 결정화를 각 투과부(A)별로 상기 기판(50)의 가로에 대해 완료한 후, 상기 기판(50)이 장착된 스테이지를 (+)Y축으로 일 결정화부와 폭(a)만큼 이동시켜 상기 마스크(40)의 투과부(A)에 비정질 영역이 대응되도록 한다.
그럼 다음, 다시 상기 스테이지를 (-)X축으로 1 결정화 블록의 가로 길이(l)만큼 이동시켜 상기 마스크(40)에 대응되는 상기 기판(50)의 위치를 변경하며 상기 마스크(25)가 갖는 투과부(A) 개수대로 라인상의 결정화를 진행한다.
이와 같이, (-)X축 방향의 결정화를 각 투과부(A)별로 상기 기판(50)의 가로 에 대해 완료하게 되면, 기판(50)의 가로에 대해 일 결정화 블록의 세로 길이(s)와 일 결정화부의 폭(a)을 더한 세로 길이(s+a)만큼 결정화가 이루어진다.
이어, 상기 기판(50)을 1 결정화 블록의 세로 길이(s)만큼 (+)Y축 방향으로 이동시킨 후, 상기 도 7a 내지 도 7c의 과정을 차례로 반복하여 기판 전면에 대해 X축 방향의 결정화를 완료한다.
상술한 종래의 결정화 방법은 X축 방향에 대해 결정화를 진행하는 방법에 대해 기술하였는데, 상기 마스크(40)를 90°회전시켜 Y축 방향에 대해 결정화를 진행하는 방식도 가능하다.
그러나, 상기와 같은 종래의 실리콘 결정화 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
(+)X축 또는 (-)X축으로 일방향으로 결정화 진행 후, 다시 (-)X축 또는 (+)X축으로 방향 전환하여 1차 레이저 조사 결정화가 이루어진 결정화부들의 사이에 비결정화부에 대한 레이저 조사를 하기 위해 (+)Y축 또는 (-)Y축으로의 미세 이동이 있어야 한다. 일반적으로 일 결정화부의 폭보다 작은 사이즈로 움직이는데, 그 사이즈는 0.1 내지 수㎛ 수준이다.
이 경우 (+)X축 또는 (-)X축의 일 방향성을 갖는 스테이지는 일정 속도로 이동하고 있는 상태에서 소정 시간 멈추었다가, 다시 (+)Y축 또는 (-)Y축으로의 이동을 가져야 한다. 이 때, 스테이지는 일정 속도를 가진 상태에서 소정 시간 멈춘 상 태까지 감속 시간(t1)과, 스테이지가 멈춘 시간(t2) 및 다시 (-)X축 또는 (+)X축으로 일정 속도로 이동시키기 위한 가속 시간(t3)이 요구된다.
따라서, 실제 결정화를 위해 일 방향성을 가지고 움직인 공정 시간보다 방향 전환시 요구되는 시간(t1+t2+t3)이 많아지고, 이 때, 이전 상태와 다른 상태로 움직임을 나타냄으로 에러가 발생될 확률이 크다. 특히, 이러한 현상은 대면적의 기판일수록 심해지는 경향을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 마스크의 변경을 갖는 레이저 조사 장치와, 이를 이용하여 대면적 기판의 Y축 스테이지 이동을 줄여 공정 시간을 단축한 실리콘 결정화 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 조사 장치는 서로 동일한 형상의 투과부가 다른 위치에 형성된 동일한 크기의 n(2이상의 자연수)개의 영역이 정의된 마스크와, 상기 마스크의 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 마스킹하는 차광 패턴을 더 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 마스크와 차광 패턴을 지지하며, 상기 마스크를 상기 일 영역에 해당되는 길이만큼 양측으로 이동할 수 있는 이동 수단을 더 포함하여 이루어진다.
상기 마스크의 각 영역의 투과부는 일 방향성을 갖고 평행하게 복수개 형성된다.
상기 마스크의 제 1 영역에서 제 n 영역까지의 투과부는, 상기 투과부의 길 이 방향과 반대 방향에서 소정 거리차를 두고 차례로 형성된다.
상기 소정 거리차는 상기 각 투과부의 폭보다 작거나 같다.
상기 마스크의 각 투과부는 가로 길이 방향으로 형성된다.
상기 마스크의 일 투과부가 대응되는 기판상의 일 결정화부의 폭은 레이저 펄스 1회 조사로 성장하는 그레인 사이즈의 2배보다 작거나 같다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 조사 장치는 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생장치와, 상기 레이저 발생장치를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈와, 서로 동일한 형상의 투과부가 다른 위치에 형성된 동일한 크기의 n개의 영역이 정의된 마스크와, 상기 마스크의 하부에 위치하여 상기 마스크를 통과한 레이저 빔을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈와, 상기 마스크의 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역들을 마스킹하는 차광 패턴과, 상기 마스크와 차광 패턴을 지지하며, 상기 마스크를 상기 일 영역에 해당되는 길이만큼 좌우로 이동할 수 있는 이동 수단을 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.
그리고, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 결정화 방법은 동일한 형상의 투과부가 서로 다른 위치에 형성된 동일한 크기의 n개의 영역이 정의된 마스크와, 상기 마스크의 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 마스킹하는 차광 패턴을 구비한 레이저 조사 장치를 준비하는 제 1 단계와, 상기 마스크에 대응하여 기판을 스테이지에 상에 장착하는 제 2 단계와, 상기 마스크의 제 1 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 마스킹함으로써 상기 마스크의 제 1 영역에 대응되는 상기 기판상의 블록에 레이저 조사를 진행하는 제 3 단계와, 상기 마스크의 제 1 영역에 상기 기판상의 다음 블록이 대응되도록 상기 스테이지를 차례로 이동시키는 제 4 단계와, 상기 제 3, 제 4 단계를 반복하여 상기 마스크의 제 1 영역에 대한 기판의 일 방향 조사를 완료하는 제 5 단계와, 상기 스테이지의 방향을 전환하는 제 6 단계와, 하여 상기 마스크의 제 2 영역에서 제 n 영역까지 차례로 오픈된 영역에 대응하여 상기 제 5 단계 및 제 6단계를 반복하여 진행하여 상기 투과부의 길이 방향에 대한 각 블록의 결정화를 완료하는 제 7 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 기판 상의 블록은 상기 제 1 영역 내지 제 n 영역이 기판상의 동일한 부위에 대응되어 레이저 조사가 이루어지는 부위이다.
상기 블록의 가로 길이는 상기 일 투과부의 길이가 대응되며, 상기 블록의 세로 길이 대해서는 상기 제 1 영역의 투과부로부터 제 n 영역의 투과부를 동일 블록에서 오버랩했을 때 각 투과부 폭길이를 합한 길이에 대응된다.
상기 제 4 단계의 스테이지 이동 거리는 상기 각 영역의 일 투과부의 길이에 대응되는 기판 상의 길이에 해당한다.
상기 제 4 단계의 상기 스테이지 이동은 (+)X축 방향으로 이루어진다.
상기 스테이지 이동은 상기 마스크의 각 영역에 대응하여 (+)X축 방향 또는 (-)X축 방향으로 전환된다.
상기 스테이지를 (+)Y축 방향으로 상기 블록의 세로 길이만큼 이동시키는 제 8단계를 더 포함한다.
상기 마스크는 이동수단을 구비하여 영역간의 (+)X축 방향과 (-)X축의 방향 간의 이동 전환시 영역간 이동을 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실리콘 결정화 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 8과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법에 이용되는 마스크(60)는 제 1, 제 2 영역(I, Ⅱ)으로 이분되어 정의되며, 각 영역의 차단부(G)와 투과부(D, E)가 서로 반전된 위치에 형성된다.
상기 마스크(60)의 각 영역의 투과부(D, E) 및 차단부(G)는 가로 방향(X축 방향)으로 복수개 서로 교차하여 형성된다. 즉, 상기 마스크(60)의 각 영역의 투과부(D, E)는 서로 보상적(complementary) 위치에 형성된다.
상기 투과부(D, E)와 차단부(G)의 폭(s1, s2) 크기는 조절 가능하다. 도 8에는 투과부(D, E)가 차단부(G)와 거의 대등한 폭으로 도시되어 있다. 상기 마스크(60)의 상기 투과부(D, E)들과, 상기 투과부들 사이에 차단부(G)를 포함한 투과 블록의 세로 길이는 S이며, 이 때, 상기 각 투과부(D, E)들의 길이는 L이다.
본 발명의 레이저 조사 장치는 마스크(60)와 상기 마스크(60) 하부에 축소 렌즈 및 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 가리는 차광패턴을 구비하므로, 도 9a와 같이, 레이저 빔이 본 발명의 레이저 조사 장치를 통과하여 상기 기판(70) 상에 조사하는 부위는, 상기 마스크(60) 일 영역의 투과부 패턴이 축소 렌즈의 축소비로 나뉘어진 크기이다. 그리고, 상기 마스크(60)의 제 1 영역(I)의 일 투과부(D)의 길이가 L이고, 일 투과부(D)의 폭이 s1 일 때, 상기 일 투과부(D)에 대응되어 기판(70) 상에 형성되는 일 결정화부의 길이는 ℓ, 폭은 d 값을 갖는다. 또한, 본 발명의 결정화 방법에서는 상기 마스크(60)의 영역들(I, Ⅱ)을 차례로 기판(70) 상에 대응시켜 상기 마스크(60)에 구비된 투과부들(D, E)에 의해 1회의 레이저 조사가 이루어지는 부위가 블록(block)으로 정의된다. 상기 블록은 상기 마스크의 투과 블록(SxL 의 면적)의 면적에 상기 레이저 조사 장치의 축소 렌즈의 축소비가 적용된 영역이며, 그 영역은 s x ℓ의 면적을 갖는다.
상술한 마스크가 포함된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저 조사 장치(도 2 참조)는 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생장치와, 상기 레이저 발생장치를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈와, 서로 동일한 형상의 투과부가 다른 위치에 형성된 동일한 크기의 n개의 영역이 정의된 마스크(60)와, 상기 마스크(60)의 하부에 위치하여 상기 마스크(60)를 통과한 레이저 빔을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈와, 상기 마스크의 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역들을 마스킹하는 차광 패턴(미도시)을 포함하여 이루어진다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 도 8의 마스크를 이용하여 진행하는 실리콘 결정화 방법을 순서대로 나타낸 평면도이다.
상기 제 1 실시예에 따른 레이저 조사 장치를 이용한 실리콘 결정화 방법은 먼저, 도 9a와 같이, 상기 마스크(60)의 제 1 영역(I)을 오픈하고, 제 2 영역(Ⅱ)을 마스킹한 상태에서, 1차 레이저 조사를 진행한다.
도 9b와 같이, 상기 마스크(60)의 제 1 영역(I)의 오픈상태는 그대로 유지한 상태에서, 상기 스테이지를 (+)X축 방향으로 블록의 가로 길이(ℓ)로 이동시키며, 상기 제 1 영역(I)의 투과부(D)에 따라 상기 기판 상의 각 블록들에 (-)X축 방향으로 결정화를 진행하여 기판(70)의 가로 길이에 대한 투과부(D)에 대응되는 조사를 완료한다. 여기서, 블록이란 상기 마스크(60)에 구비된 투과부들로 기판 상에 1회 조사가 이루어지는 영역을 의미한다. 이 때, 상기 마스크(60)의 투과 블록(SxL 의 면적)에 대응되는 기판의 부위가 블록으로 정의되며, 그 영역은 기판(70) 상에서 s x ℓ의 면적에 해당된다.
도 9c와 같이, 차광 패턴을 이동시켜 상기 마스크(60)의 제 2 영역(Ⅱ)을 오픈하고, 제 1 영역(I)을 마스킹한 상태에서, 상기 스테이지를 (-)X축 방향으로 블록의 가로 길이(ℓ)만큼 이동시키며, 상기 제 2 영역(Ⅱ)의 투과부(E)에 따라 상기 기판(70) 상의 각 블록들의 나머지 비정질 영역에 (+)X축 방향의 결정화를 진행한다.
여기에서, 상기 마스크(60)의 영역간의 이동은 차광 패턴을 비 오픈 영역에 대응시켜 이루어질 수도 있으며, 마스크(60)를 영역간의 간격으로 슬라이딩시켜 이루어질 수도 있다. 이 때, 마스크(60)를 영역간의 간격으로 슬라이딩시키기 위해서는 별도의 이동수단이 레이저 조사 장치에 더 구비되어야 한다.
이어, 상기 스테이지를 각 블록들의 세로 길이(s)에 대해 (+)Y축 방향으로 이동하고, 다시 상기 마스크(60)의 제 I 영역(I)을 오픈하도록 한 후, 상술한 도 9a 내지 도 9c의 과정을 차례로 반복하여 기판(70) 전면에 대해 결정화를 실시한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법은 마스크(60)를 고정한 상태에서 "기판의 가로 길이×블록의 세로 길이" 면적에 대해 마스크의 일 영역의 투과부에 따른 조사를 (+)X축 방향으로 스테이지를 이동시키며 진행한 후, 다시 마스크에 대응되는 차광 패턴을 이동시켜 나머지 영역에 대해 기판을 대응시켜 (-)X축 방향으로 스테이지를 이동시키며 각 블록들에 레이저를 조사한다. 상기 "기판의 가로 길이×블록의 세로 길이"의 면적 내에서 Y축 스테이지의 미소 이동이 없게 되어 상당한 시간 감소의 효과를 얻을 수 있다.
특히, 종래와 같은 하나의 패턴으로 이루어진 마스크를 이용하여 진행하였을 때, 마스크에 대응되는 기판상의 블록에 1차 조사시 결정화가 이루어지지 않은 비 정질 영역을 조사하기 위해 미세 이동을 갖는 Y축 이동이 자주 필요한데, 본 발명의 이러한 이동 공정을 생략하고, 블록의 세로 길이에 해당되는 Y축 이동만이 요구되어, 대면적으로 진행되는 실리콘 결정화 공정의 시간을 상당히 감소시킬 수 있고, Y축 이동시 발생하는 에러를 방지할 수 있다.
한편, 상기 2 영역으로 구분된 마스크(60)를 동일하게 적용하여, 기판(70)의 각 블록에 대응하여 마스크(60)의 각 영역에 대한 조사를 진행하여, 블록별 결정화를 취한 후, 스테이지를 이동시키는 방식도 가능하다.
이하에서, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 10a 내지 도 10e는 도 8의 마스크를 이용하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법은 먼저, 도 8의 마스크가 구비된 본 발명의 레이저 조사 장치를 준비한 다음, 상기 마스크에 대응하여 기판을 스테이지 상에 장착한다.
도 10a와 같이, 차광 패턴을 이동시켜 마스크의 제 1 영역(I)을 선택적으로 오픈하고, 나머지 제 2 영역(Ⅱ)을 마스킹하여, 기판(70) 상의 소정 블록에 1차 레이저 조사를 진행한다.
여기서, 상기 기판 상의 소정 블록은 상기 기판 상의 블록은 상기 제 1 영역(I) 및 제 2 영역(Ⅱ)이 기판(70)상의 동일한 부위에 대응되어 레이저 조사가 이루어지는 부위를 말한다.
상기 마스크(60)의 일 투과부(D)가 대응되는 기판상의 일 결정화부의 폭(d) 은 레이저 펄스 1회 조사로 성장하는 그레인 사이즈의 2배보다 작거나 같다.
이어, 도 10b와 같이, 차광 패턴을 이동시켜 상기 마스크(60)를 일 영역만큼 (-)X축으로 이동시켜, 상기 제 2 영역(Ⅱ)이 오픈되며 상기 제 1 영역(I)이 마스킹되도록 하여 상기 블록의 1차 조사시 결정화가 이루어지지 않은 비정질 영역에 2차 레이저 조사를 진행한다.
도 10c와 같이, 상기 마스크(60)가 기판(70) 상에 다음 블록에 대응되도록 상기 스테이지를 (+)X축으로 블록의 가로 길이(ℓ)만큼 이동시킨 후, 3차 레이저 조사를 진행한다. 이 경우, 마스크(60)는 상기 2차 레이저 조사의 마스크 위치와 동일하여 제 2 영역이 오픈된 상태를 유지하고 있다.
도 10d와 같이, 차광 패턴을 이동시켜 상기 마스크(60)의 일 영역만큼 (+)X축으로 이동시켜, 다시 상기 제 1 영역(I)이 오픈되며 상기 제 2 영역(Ⅱ)이 마스킹되도록 하여 3차 조사시 결정화가 이루어지지 않은 블록의 비정질 영역에 4차 레이저 조사를 진행한다.
이와 같이, 상기 기판이 위치하는 스테이지를 (+)X축 방향으로 블록의 가로 길이(ℓ)만큼 차례로 이동시키며, 도 10a 내지 도 10d의 과정을 반복하여 기판의 가로 방향에 대해 블록의 세로 길이(s)에 대한 결정화를 완료한다. 이 경우, 기판의 가로 길이×블록의 세로 길이에 대한 면적에 대한 결정화가 완료된 것이다.
도 10e와 같이, 상기 기판(70)이 장착된 스테이지를 (+)Y축으로 상기 블록의 세로 길이(s)만큼 이동시킨다.
이어, (-)X축으로 상기 스테이지를 방향 전환한 후, 다시 도 10a 내지 도 10e의 과정을 차례로 반복하여 비정질 상태의 다음 블록에 대한 조사를 진행함으로써, 기판 전면에 결정화 공정을 완료한다.
이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법은 제 1 실시예와 마찬가지로, 기판의 가로 길이에 대하여 일 블록의 결정화를 진행하는 Y축 이동이 생략되는 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 마스크의 이동이 각 블록별로 이루어져 마스크 이동시 발생하는 시간에 의해 변수가 작용되며, 제 1 실시예에서 차광 패턴을 영역별에 대응시켜 움직여 차단하는 방식과는 달리 제 2 실시예에서는 별도의 마스크를 이동시키는 이동 수단을 구비하여야 하므로, 장비적인 애로 사항이 있어, 실현화하는데 문제점이 있을 수 있다.
이하, 영역을 3개로 나누어 형성한 마스크와, 이를 이용하여 진행하는 본 발명의 제 3실시예에 따른 실리콘 결정화 방법에 대해 살펴본다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예 따른 실리콘 결정화 방법에 이용되는 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 11과 같이, 이용되는 마스크(100)는 동일한 크기의 제 1, 제 2, 제 3 영역(I, Ⅱ, Ⅲ)으로 나누어 정의되며, 각 영역의 차단부(G)와 투과부(D, E, F)가 서로 반전된 위치에 형성된다.
상기 마스크(100)의 각 영역의 투과부(D, E, F) 및 차단부(G)는 X축 방향으로 복수개 서로 교차하여 형성된다.
상기 투과부(D, E, F)는 각 영역에서 동일한 형상으로 동일한 길이(L)와 폭을 갖는다.
그리고, 상기 마스크에 대응되는 기판은 상기 제 1 내지 제 3 영역을 한 영역에 오버랩하였을 때의 각 투과부(D, E, F)들의 총 면적(세로 길이 S, 가로 길이 L)에 대응되어 일 블록(가로 길이 ℓ, 세로 길이 s)을 갖는다.
도 11의 마스크는 상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저 조사 장치에 그대로 적용할 수 있다.
상기 레이저 조사 장치를 이용한 레이저 조사 공정은, 상기 마스크(100)의 제 1 영역(I)을 오픈하고, 나머지 영역을 마스킹하여 상기 제 1 영역(I)의 투과부(D)로 기판 상에 1차 레이저 조사 공정을 진행하고, 이어, 차례로 상기 마스크(100)를 좌측으로 일 영역만큼 이동(translation)한 후, 일 영역만을 오픈하여 제 2, 제 3 영역(Ⅱ, Ⅲ)에 대해 조사 공정을 진행한다.
이 때, 차광패턴은 상기 마스크(100)가 오픈되는 영역을 제외한 나머지 영역에 대응되도록 위치시킨다.
본 발명의 레이저 조사 장치는 마스크(100)와 상기 마스크(100) 하부에 축소 렌즈 및 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 가리는 차광패턴을 구비하므로, 레이저 빔이 본 발명의 레이저 조사 장치를 통과하여 상기 기판(110) 상에 조사하는 부위는, 상기 마스크(100) 일 영역의 투과부 패턴이 축소 렌즈의 축소비로 나뉘어진 크기이다.
이 경우, 상기 마스크(100)에 대응되어 축소 렌즈를 통해 기판상에 조사되는 결정화부의 가로 길이는 ℓ이며, 그 폭은 각 영역별로 d, e, f이다. 도 11에서는 상기 투과부의 크기는 각 영역별로 일치하여 상기 각 영역의 폭(d, e, f)이 같은 값을 가지나, 이러한 폭은 영역별로 다른 값을 가지도록 충분히 변경 가능하다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법은, 먼저, 도 11의 마스크(100)가 구비된 본 발명의 레이저 조사 장치를 준비한 다음, 상기 마스크(100)에 대응하여 기판(110)을 스테이지에 상에 장착한다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 도 11의 마스크를 이용하여 진행하는 실리콘 결정화 방법을 순서대로 나타낸 평면도이다.
도 12a와 같이, 마스크의 제 1 영역(I)을 선택적으로 오픈하고, 제 2, 제 3 영역(Ⅱ, Ⅲ)을 마스킹하여, 기판(110) 상의 소정 블록에 레이저 조사를 진행한다.
여기서, 상기 기판 상의 소정 블록은 상기 기판 상의 블록은 상기 제 1 내지 제 3 영역(I, Ⅱ, Ⅲ)이 기판(110)상의 동일한 부위에 대응되어 레이저 조사가 이루어지는 부위를 말한다. 즉, 상기 기판 상의 블록의 가로 길이(l)는 상기 일 투과부의 길이(L)에 대응하며, 상기 기판 상의 블록의 세로 길이(s)는 상기 제 1 영역의 투과부로부터 제 3 영역의 투과부를 동일 블록에서 오버랩했을 때 각 투과부 폭길이를 합한 길이(S)에 대응한다.
상기 마스크(100)의 일 투과부(D)가 대응되는 기판상의 일 결정화부의 폭(d)은 레이저 펄스 1회 조사로 성장하는 그레인 사이즈의 2배보다 작거나 같다.
이어, 도 12b와 같이, 상기 제 1 영역(I)이 오픈된 상태를 유지하고, 상기 스테이지를 블록의 가로 길이(ℓ)만큼 (+)X축 방향으로 이동시키며, 상기 마스크(100)의 투과부(D)에 대응되는 상기 블록상의 부위에 레이저 조사를 진행하여 기판(110)의 가로 방향에 대한 결정화를 완료한다.
도 12c와 같이, 상기 마스크(100)를 일 영역만큼 다시 (+)X축으로 이동시켜 상기 제 2 영역(Ⅱ)만이 오픈되도록 하여 상기 마스크(100)의 투과부(E)에 대응되는 상기 블록상의 비정질 영역에 레이저 조사를 진행한다. 이 경우, 상기 일 투과부(E)에 대응되어 기판(11)상에 1회 조사로 형성되는 일 결정화부는 크기는 가로 ℓ, 세로 e의 크기를 갖는다. 여기서, 상술한 제 1 영역(I)에 조사로 형성된 결정화부와 만나는 부위의 결정화부에서는 그레인의 측상 성장이 있게 된다.
상기 스테이지를 상기 투과부의 가로 길이에 대응되는 블록의 가로 길이(ℓ)만큼 (-)X축 방향으로 이동시켜 상기 기판(110)상에 상기 블록의 가로 길이(ℓ)만큼 마스크(100)의 제 2 영역(Ⅱ)에 의한 결정화를 완료한다.
도 12d와 같이, 마스크(100)의 제 3 영역을 선택적으로 오픈한 후, 다시 기판(110)이 장착된 스테이지를 (+)X축으로 블록의 가로 길이(ℓ)만큼 차례로 이동시키며, 레이저 조사를 진행하여 기판상의 가로 길이에 대해 정의되는 각 블록의 결정화를 완료한다.
이러한 결정화를 기판(110)의 가로 길이에 대해 블록의 세로 길이(s)만큼 진행한 후에는, 상기 기판(110)이 장착된 스테이지를 (+)X축에서 (-)X축으로, 또는 (-)X축에서 (+)X축으로 방향 전환하는데, 이 때, (+)Y축으로 블록의 세로 길이만큼 이동이 있으며, 나머지 Y축의 미소 이동이 없게 된다.
이러한 본 발명의 제 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법은, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로 기판(110)의 가로 길이에 대하여 일 블록의 결정화를 진행하는 Y축 이동이 생략되며, 따라서, 대면적으로 발전하는 기판의 결정화시 공정 시간을 단축을 가져올 수 있다.
상술한 실리콘 결정화 방법은 상기 마스크의 영역을 늘리는 등과 같이, 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 변경 실시할 수 있는 범위 내에 있다.
상기와 같은 본 발명의 레이저 조사 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 마스크를 복수개의 영역으로 구분하고 각 영역 내 투과부가 서로 다른 영역에 형성하도록 패터닝하고, 기판 상에 대응되는 마스크의 부위를 일 영역으로 선택적으로 하여 레이저 조사를 진행함으로써, "기판의 가로 길이×블록의 세로 길이" 면적에 대해 미세한 Y축 스테이지 이동이 생략되어 대면적 결정화에 용이하다.
둘째, Y축 스테이지의 미세 이동을 생략하여 스테이지 정지시간 및 방향 전환 시간을 단축시켜 공정 시간을 단축한다.
셋째, Y축 스테이지 미세 이동시 발생하는 에러를 제거한다.

Claims (19)

  1. 서로 동일한 형상의 투과부가 보상적 위치에 형성된, 동일한 크기의 제 1 영역 내지 제 n(2이상의 자연수) 영역이 정의된 마스크;
    상기 마스크의 영역들 중 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 마스킹하는 차광 패턴; 및
    상기 마스크와 차광 패턴을 지지하며, 상기 마스크를 상기 차광 패턴에 대해 상기 마스크의 일 영역에 해당되는 면적만큼 양측으로 이동할 수 있는 이동 수단 을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크 각 영역의 투과부는 일 방향성을 갖고 평행하게 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크의 제 1 영역에서 제 n 영역까지의 투과부는, 상기 투과부의 길이 방향과 반대 방향에서 소정 거리차를 두고 차례로 배치된 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 소정 거리차는 상기 각 투과부의 폭보다 작거나 같음을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크의 각 투과부는 상기 마스크의 가로 길이 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크의 일 투과부가 대응되는 기판상의 일 결정화부의 폭은 레이저 펄스 1회 조사로 성장하는 그레인 사이즈의 2배보다 작거나 같음을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  8. 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생장치;
    상기 레이저 발생장치를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈;
    서로 동일한 형상의 투과부가 다른 위치에 형성된 동일한 크기의 n(2이상의 자연수)개의 영역이 정의된 마스크;
    상기 마스크의 하부에 위치하여 상기 마스크를 통과한 레이저 빔을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈;
    상기 마스크의 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역들을 마스킹하는 차광 패턴; 및
    상기 마스크와 차광 패턴을 지지하며, 상기 차광 패턴을 상기 마스크에 대해 상기 일 영역에 해당되는 면적만큼 좌우로 이동할 수 있는 이동 수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  9. 동일한 형상의 투과부가 서로 다른 위치에 형성된 동일한 크기의 제 1 영역 내지 제 n(2이상의 자연수) 영역이 정의된 마스크와, 상기 마스크의 일 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 마스킹하는 차광 패턴을 구비한 레이저 조사 장치를 준비하는 제 1 단계;
    상기 마스크에 대응하여 기판을 스테이지에 상에 장착하는 제 2 단계;
    상기 마스크의 제 1 영역만을 오픈하고 나머지 영역을 마스킹함으로써 상기 마스크의 제 1 영역에 대응되는 상기 기판상의 블록에 레이저 조사를 진행하는 제 3 단계;
    상기 마스크의 제 1 영역에 상기 기판상의 다음 블록이 대응되도록 상기 스테이지를 이동시키는 제 4 단계;
    상기 제 3, 제 4 단계를 반복하여 상기 마스크의 제 1 영역에 대한 기판의 일 방향 조사를 완료하는 제 5 단계;
    상기 스테이지의 방향을 전환하는 제 6 단계; 및
    상기 마스크의 제 2 영역에서 제 n 영역까지 차례로 오픈된 영역에 대응하여 상기 제 5 단계 및 제 6단계를 반복하여 진행하여 상기 투과부의 길이 방향에 대한 각 블록의 결정화를 완료하는 제 7 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기판 상의 블록은 상기 제 1 영역 내지 제 n 영역이 기판상의 동일한 부위에 대응되어 레이저 조사가 이루어지는 부위인 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 기판 상의 블록의 가로 길이는 상기 마스크의 일 투과부의 길이가 대응되며, 상기 기판 상의 블록의 세로 길이 대해서는 상기 마스크의 제 1 영역의 투과부로부터 제 n 영역의 투과부를 동일 블록에서 오버랩했을 때 각 투과부 폭길이를 합한 길이에 대응됨을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 마스크의 각 영역에 형성된 투과부의 길이 방향은 X축 방향임을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 제 4 단계의 스테이지 이동 거리는 상기 각 영역의 일 투과부의 길이에 대응되는 기판 상의 길이에 해당하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제 4 단계의 상기 스테이지 이동은 (+)X축 방향으로 이루어짐을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제 6단계의 스테이지의 방향 전환은 상기 마스크의 각 영역에 대응하여 (+)X축 방향 또는 (-)X축 방향으로 이루어짐을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 스테이지를 (+)Y축 방향으로 상기 블록의 세로 길이만큼 이동시키는 제 8단계를 더 포함함을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  17. 제 9항에 있어서,
    상기 마스크는 이동수단을 구비하여 영역간의 (+)X축 방향과 (-)X축의 방향 간의 이동 전환시 영역간 이동을 함을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크를 이용하여 레이저 조사가 진행되는 기판을 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 스테이지를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치.
  19. 제 8항에 있어서,
    상기 마스크를 이용하여 레이저 조사가 진행되는 기판을 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 스테이지를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 조사 장치
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