KR100848096B1 - 다결정용 레이저 조사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 다결정용 레이저 조사 장치가 레이저빔을 일정하게 조사하는 주파수 제어 모드인 경우에는 개폐부를 이용하여 정확한 위치에만 비정질 규소의 박막에 레이저빔이 조사될 수 있도록 한다. 또한 레이저 조사 위치는 찾은 경우에 레이저빔을 발진하여 조사하는 위치 제어 모드인 경우에는 제어부에 기판 밖의 지점까지 레이저 조사 위치로 입력하여 스캐닝 단계를 바꾸는 시간에도 기판 밖의 지점에서도 레이저 조사 위치를 찾아 레이저빔의 발진이 일정한 간격으로 이루어지도록 한다.
레이저빔, 주파수제어모드, 위치제어모드, 샤터

Description

다결정용 레이저 조사 장치{A DEVICE IRRADIATING LASER FOR FORMING POLYSILICON }
도 1a는 레이저를 조사하여 비정질 규소를 다결정 규소로 결정화하는 순차적 측면 고상 결정 공정을 개략적으로 도시한 개략도이고,
도 1b는 순차적 측면 고상 결정 공정을 통하여 비정질 규소가 다결정 규소로 결정화되는 과정에서 다결정 규소의 미세 구조를 도시한 도면이고,
도 1c는 비정질 규소를 다결정 규소로 결정화하는 순차적 측면 고상 결정 공정에서 단위 스캐닝 단계를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주파수 제어 모드의 다결정용 레이저 조사 장치의 구조를 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 위치 제어 모드의 다결정용 레이저 조사 장치의 구조를 도시한 구성도이다.
이 발명은 다결정용 레이저 조사 장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 비정질 규소에 레이저를 조사하여 다결정 규소로 결정화하기 위해 사용하는 다결정용 레이저 조사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전극이 형성되어 있는 두 기판 및 그 사이에 주입되어 있는 액정 물질을 포함하며, 두 기판은 가장자리에 둘레에 인쇄되어 있으며 액정 물질을 가두는 봉인재로 결합되어 있으며, 두 기판 사이에 산포되어 있는 간격재에 의해 지지되고 있다.
이러한 액정 표시 장치는 두 기판 사이에 주입되어 있는 이방성 유전율을 갖는 액정 물질에 전극을 이용하여 전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 화상을 표시하는 장치이다. 이때, 전극에 전달되는 신호를 제어하기 위해 박막 트랜지스터를 사용한다.
액정 표시 장치에 사용되는 가장 일반적인 박막 트랜지스터는 비정질 규소를 반도체층으로 사용한다.
이러한 비정질 규소 박막 트랜지스터는 대략 0.5-1 ㎠/Vsec 정도의 이동도(mobility)를 가지고 있는 바, 액정 표시 장치의 스위칭 소자로는 사용이 가능하지만, 이동도가 작아 액정 패널의 상부에 직접 구동 회로를 형성하기는 부적합한 단점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 극복하기 위해 전류 이동도가 대략 20-150 ㎠/Vsec 정도가 되는 다결정 규소를 반도체층으로 사용하는 다결정 규소박막 트랜지스터 액정 표시 장치가 개발되었는바, 다결정 규소 박막 트랜지스터는 비교적 높은 전류 이동도를 갖고 있으므로 구동 회로를 액정 패널에 내장하는 칩 인 글래스(Chip In Glass)를 구현할 수 있다.
다결정 규소의 박막을 형성하는 기술로는, 기판의 상부에 직접 다결정 규소를 고온에서 증착하는 방법, 비정질 규소를 적층하고 600℃ 정도의 고온으로 결정화하는 고상 결정화 방법, 비정질 규소를 적층하고 레이저 등을 이용하여 열처리하는 방법 등이 개발되었다. 그러나 이러한 방법들은 고온 공정이 요구되기 때문에 액정 패널용 유리 기판에 적용하기는 어려움이 있으며, 불균일한 결정입계로 인하여 박막 트랜지스터사이의 전기적인 특성에 대한 균일도를 저하시키는 단점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 결정립계의 분포를 인위적으로 조절할 수 있는 순차적 측면 고상 결정(sequential lateral solidification) 공정이 개발되었다. 이는 다결정 규소의 그레인이 레이저가 조사된 액상 영역과 레이저가 조사되지 않은 고상 영역의 경계에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 기술이다. 이때, 레이저빔은 슬릿 모양을 가지는 마스크의 투과 영역이 통과하여 비정질 규소를 완전히 녹여 비정질 규소층에 슬릿 모양의 액상 영역을 형성한 다음, 액상의 비정질 규소는 냉각되면서 결정화가 이루어지는데, 결정은 레이저빔이 조사되지 않은 고상 영역의 경계에서부터 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장하고 그레인들의 성장은 액상 영역의 중앙에서 서로 만나면 멈추게 된다. 이러한 측면 고상 결정 공정은 레이저빔을 조사할 때 비정질 규소가 형성된 기판이 탑재되어 있는 기판을 가로 방향으로 이용하면서 이루어지며, 이러한 단위 스캐닝 단계를 가로 방향으로 반복하여 기판의 전체 영역으로 실시한다.
이러한 측면 고상 결정 공정을 실시할 때 레이저빔의 주파수를 일정하게 유 지하는 동시에 레이저빔을 정확한 위치에 조사하는 기술을 확보하는 것이 가장 중요한 과제이다.
본 발명의 목적은 측면 고상 결정 공정을 진행함에 있어서 레이저빔의 주파수를 일정하게 유지하는 동시에 레이저빔을 정확한 위치에 조사할 수 있는 레이저 조사 장치를 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 주파수 제어 모드의 레이저 조사 장치에는 개폐부를 추가되어 레이저빔의 조사 위치를 정밀하게 조절할 수 있다. 또한, 위치 제어 모드에는 제어부에 기판 밖에 해당하는 지점도 레이저 조사 위치로 설정되어 있어 스캐닝 단계가 바뀌더라도 레이저빔의 에너지를 균일하게 유지할 수 있다.
우선, 본 발명에 따른 주파수 제어 모드의 다결정 규소용 레이저 조사 장치는, 절연 기판 상에 형성된 비정질 규소의 반도체 박막에 일정한 주파수를 발진하여 레이저빔을 조사하는 다결정 규소용 레이저 조사 장치로서, 탑재되어 있는 기판을 지지하는 스테이지를 포함하는 챔버와, 레이저빔을 일정하게 생성하는 레이저 발진기와, 개폐를 통하여 레이저빔의 통과를 제어하는 개폐부와, 레이저빔을 박막으로 유도하는 조사부와, 기판의 위치를 감지하고 이미 설정되어 있는 개폐 위치와 감지된 개폐 위치를 비교하여 개폐부를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 위치 제어 모드의 레이저 조사 장치는 절연 기판 상에 형성된 비정질 규소의 반도체 박막에 샷의 위치를 찾아서 레이저빔을 조사하는 다결정용 레이저 조사장치로서, 탑재되어 있는 기판을 지지하는 스테이지를 포함하는 챔버와, 샷의 위치를 찾았을 때 레이저빔을 생성하는 레이저 발진기와, 레이저빔을 박막으로 유도하는 조사부와, 기판의 위치를 감지하여 이미 설정되어 있는 레이저 조사 위치와 비교하고 샷의 위치를 찾았을 때 레이저빔을 생성할 수 있도록 레이저 발진기를 제어하며, 기판 밖의 지점도 레이저 조사 위치로 기록되어 있는 제어부를 포함한다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 다결정용 레이저 조사 장치의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1a는 레이저를 조사하여 비정질 규소를 다결정 규소로 결정화하는 순차적 측면 고상 결정 공정을 개략적으로 도시한 개략도이고, 1b는 순차적 측면 고상 결정 공정을 통하여 비정질 규소가 다결정 규소로 결정화되는 과정에서 다결정 규소의 미세 구조를 도시한 도면이다.
도 1a에서 보는 바와 같이, 순차적 측면 고상 결정 공정은 슬릿 패턴으로 형성되어 있는 투과 영역(310)을 가지는 마스크(300)를 이용하여 레이저빔을 조사하여 절연 기판의 상부에 형성되어 있는 비정질 규소층(200)을 국부적으로 완전히 녹여 투과 영역(310)에 대응하는 비정질 규소층(200)에 액상 영역(210)을 형성한다. 이때, 도 1b에서 보는 바와 같이 다결정 규소의 그레인은 레이저가 조사된 액상 영역(210)과 레이저가 조사되지 않은 고상 영역(220)의 경계에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다. 그레인들의 성장은 액상 영역의 중앙에서 서로 만나면 멈추게 되며, 이러한 공정을 그레인의 성장 방향으로 진행하면 그레인의 측면 성장을 원하는 정도의 다양한 입자 크기로 형성할 수 있다.
하나의 예로, 그레인의 입자 크기를 마스크의 슬릿 패턴의 폭만큼 성장시키기 위해서 측면 고상 결정 공정에서는 도 1c에서 보는 바와 같이 투과 영역(310)인 슬릿 패턴이 두 영역(301, 302)으로 분리되어 있으며, 서로 다른 두 영역에서 엇갈리게 배치되어 있는 마스크(300)를 사용한다. 측면 고상 결정 공정에서 마스크(300)를 기판에 대하여 가로(x축) 방향으로 영역(301, 302)의 폭만큼 이동하면서 샷(shot) 단위로 레이저빔을 조사하는데, 두 영역(301, 302)에서 서로 엇갈리게 배치되어 있는 투과 영역(310)을 통하여 레이저빔은 y축 방향으로 연속적으로 조사되어 비정질 규소층의 액상 영역에서 그레인은 세로(y축) 방향으로 슬릿 패턴의 폭만큼 성장하게 된다.
이러한 측면 고상 결정 공정을 기판의 전체 영역으로 실시하기 위해서는 가로 방향으로 샷(shot) 단위로 레이저빔을 조사하는 단위 스캐닝 단계를 세로 방향으로 반복하여 실시하며, 통상적으로 공정 진행시에 레이저빔을 조사하는 레이저 조사 장치의 위치는 고정시킨 상태에서 기판이 탑재되어 있는 스테이지를 이동하면서 진행한다.
이때, 레이저 조사 장치는 크게 주파수 제어 모드와 위치 제어 모드로 분리할 수 있다.
여기서, 주파수 제어 모드는 레이저 발진 주파수를 일정하게 하고 이에 맞추 어 기판이 탑재되어 있는 스테이지를 일정한 속도로 이동하면서 레이저빔을 조사하는 방식이다. 하지만, 정확한 위치를 설정하여 레이저빔을 조사하는 것이 아니므로 스테이지의 미세한 속도 변화 또는 이동시 미세한 위치 변화로 인하여 기판 이동시 샷간의 오정렬이 발생하여 정밀도를 확보할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 정확한 위치에서 기판에 레이저빔을 조사할 수 있는 주파수 제어 모드의 레이저 조사 장치에 대하여 제1 실시예를 통하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주파수 제어 모드의 다결정용 레이저 조사 장치의 구조를 도시한 구성도이다. 도 2는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 박막 트랜지스터의 제조 방법에서 사용하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주파수 제어 모드의 다결정용 레이저 조사 장치의 일례를 도시하고 있다.
우선, 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 주파수 제어 모드의 다결정용 레이저 조사 장치는, 글래스 기판 등의 절연 기판(100)상에 형성된 비정질 규소의 반도체 박막(200)에 일정한 주파수를 발진하여 레이저빔을 조사하기 위한 장치로서, 탑재되어 있는 기판(100)의 위치를 고정하여 지지하는 스테이지(410)를 포함하는 챔버(400)와 발진을 통하여 일정한 주파수로 레이저빔을 일정하게 생성하는 레이저 발진기(500)와 샤터(shutter) 등과 같은 개폐 수단을 통하여 통과하는 레이저빔을 통과 여부를 제어하는 개폐부(600)와 레이저빔을 기판(100) 상부의 박막(200)으로 유도하는 조사부(700)와 챔버(400) 내부의 스테이지(410) 또 는 기판(100)의 위치를 감지하고 이미 설정되어 있는 개폐 위치와 비교하고 감지된 개폐 위치와 설정된 개폐 위치가 일치하는지 여부를 판단하여 개폐부(600)의 개폐 여부를 제어하는 제어부(800)를 포함한다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 주파수 제어 모드의 레이저 조사 장치에서는 제어부(800)에서 감지된 개폐 위치와 설정된 개폐 위치가 일치하는지 여부를 판단하여, 두 위치의 데이터가 일치하지 않는 경우에는 통과하는 레이저빔을 차단하고, 두 위치의 데이터가 일치하는 경우에만 통과하는 레이저빔이 개폐부(600)를 통과할 수 있도록 제어함으로써 정확한 위치에서 레이저빔을 조사하여 비정질 규소층을 다결정 규소층으로 결정화할 수 있다.
한편, 위치 제어 모드는 샷의 위치를 각각 찾아서 이미 설정되어 있는 위치와 찾은 기판 또는 스테이지의 위치가 일치하면 레이저빔을 발진시켜 조사하는 방식이다. 이 방식은 샷의 위치를 찾아서 주파수를 발진하여 레이저빔을 조사함으로써 정밀도가 매우 좋은 장점을 가지고 있으나, 주파수가 일정하지 않다는 단점을 가지고 있다. 즉, 일단 기판이나 스테이지의 위치를 찾은 다음 발진하는 위치 제어 모드에서는 한번의 스캐닝 단계를 마친 다음, 다음 스캐닝 단계를 실시하기 위해 스캐닝 라인을 바꾸는 이동 시간동안 레이저빔을 발진하지 않는다. 이에 따라 통상적으로 300Hz 정도로 발진되던 레이저빔이 이동 시간 동안에는 갑자기 1Hz 정도로 갑자기 발진 속도가 떨어지게 된다. 이는 레이저 튜브의 온도를 순간적으로 떨어뜨려 다음 스캐닝 단계의 샷을 시작할 때 레이저빔의 에너지 변화를 야기한다. 따라서 이러한 위치 제어 방식은 하나의 단위 스캐닝 단계에서 레이저빔의 에너지 가 불균일하게 적용하기 곤란한 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 정확한 위치에서 기판에 레이저빔을 조사할 수 있는 동시에 레이저빔의 에너지를 균일하게 유지할 수 있는 위치 제어 모드의 레이저 조사 장치에 대하여 제2 실시예를 통하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 위치 제어 모드의 다결정용 레이저 조사 장치의 구조를 도시한 구성도이다. 도 3은 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 박막 트랜지스터의 제조 방법에서 사용하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 위치 제어 모드의 다결정용 레이저 조사 장치의 일례를 도시하고 있다.
우선, 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 위치 제어 모드의 다결정용 레이저 조사 장치는, 글래스 기판 등의 절연 기판(100)상에 형성된 비정질 규소의 반도체 박막(200)에 샷의 위치를 찾아서 주파수를 발진하여 레이저빔을 조사하기 위한 장치로서, 탑재되어 있는 기판(100)의 위치를 고정하여 지지하는 스테이지(410)를 포함하는 챔버(400)와 샷의 위치를 찾았을 때만 정확한 위치에서 레이저빔을 조사하기 위해 레이저빔을 생성하는 레이저 발진기(510)와 레이저빔을 기판(100) 상부의 박막(200)으로 유도하는 조사부(700)와 챔버(400) 내부의 스테이지(410) 또는 기판(100)의 위치를 감지하여 이미 설정되어 있는 레이저 조사 위치와 비교하고 샷의 위치를 찾았을 때 레이저 발진기(510)의 레이저 발진을 제어하는 제어부(810)를 포함한다. 이때, 제어부(810)는 스캐닝 단계를 바꿀 때, 즉 레이저빔의 조사 위치가 기판(100)의 샷 위치가 아니고 기판(100) 밖으로 벗어나더라도 레이저 발진기(510)가 레이저빔을 일정한 시간 간격으로 발진시켜 레이저빔의 에너지가 떨어지지 않도록 킬 수 있도록 기판의 샷 위치뿐아니라 기판(100) 밖의 위치까지 기억되어 있다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 위치 제어 모드의 레이저 조사 장치에서는 제어부(810)에는 기판(100) 밖에 해당하는 지점도 레이저빔의 조사 위치로 기억되어 있어, 단위 스캐닝 단계를 바꿀 때 레이저빔 조사 위치가 기판(100)을 벗어나더라도 이미 제어부(810)에 설정되어 있는 기판 밖의 위치를 찾는 경우에 레이저 발진기(510)는 레이저빔을 발진한다. 따라서, 스캐닝 단계를 변경하는 동안에도 일정한 간격으로 레이저빔을 조사하여 이어지는 다음 스캐닝 단계에서도 레이저빔의 에너지를 균일하게 유지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (2)

  1. 절연 기판 상에 형성된 비정질 규소의 반도체 박막에 일정한 주파수를 발진하여 레이저빔을 조사하는 다결정 규소용 레이저 조사 장치로서,
    탑재되어 있는 상기 기판을 지지하는 스테이지를 포함하는 챔버,
    레이저빔을 일정하게 생성하는 레이저 발진기,
    개폐를 통하여 레이저빔의 통과를 제어하는 개폐부,
    레이저빔을 상기 박막으로 유도하는 조사부,
    상기 기판의 위치를 감지하고 이미 설정되어 있는 개폐 위치와 감지된 개폐 위치를 비교하여 상기 개폐부를 제어하는 제어부
    를 포함하는 다결정용 레이저 조사 장치.
  2. 절연 기판 상에 형성된 비정질 규소의 반도체 박막에 샷의 위치를 찾아서 레이저빔을 조사하는 다결정용 레이저 조사장치로서,
    탑재되어 있는 기판을 지지하는 스테이지를 포함하는 챔버,
    샷의 위치를 찾았을 때 레이저빔을 생성하는 레이저 발진기,
    레이저빔을 상기 박막으로 유도하는 조사부,
    상기 기판의 위치를 감지하여 이미 설정되어 있는 레이저 조사 위치와 비교하고 샷의 위치를 찾았을 때 레이저빔을 생성할 수 있도록 상기 레이저 발진기를 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 기판은 박막이 형성되어 있는 제1 영역과 상기 레이저 발진기의 진행 방향이 바뀌는 제2 영역으로 나뉘고, 상기 제어부는 상기 제2 영역도 상기 제1 영역과 동일하게 레이저 조사 위치로 인식하여 레이저빔을 생성할 수 있도록 상기 레이저 발진기를 제어하는 다결정용 레이저 조사 장치.
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