KR100980846B1 - 다결정 실리콘 박막 제조장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다결정 실리콘 박막 제조장치 및 방법을 제공한다. 상기 다결정 실리콘 박막 제조장치는 챔버, 상기 챔버의 일측에 설치되고 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 기판을 지지하기 위한 기판 지지대, 상기 기판을 상기 기판 지지대로 로딩하기 위한 기판 로딩부와 상기 기판 지지대의 기판을 언로딩하기 위한 기판 언로딩부를 구비하고 상기 기판 로딩부와 상기 기판 언로딩부를 동시에 이동시키는 기판 로딩/언로딩 유닛 및, 상기 기판에 구비된 도전성 박막에 전원을 인가하기 위하여 상기 기판 지지대에 대향되는 상기 챔버의 타측에 설치되는 전원인가용 전극을 포함한다. 상기 전원인가용 전극은 상기 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 비정질 실리콘 박막을 결정화시킨다.
Figure R1020080102164
실리콘, 제조

Description

다결정 실리콘 박막 제조장치 및 방법{Apparatus and Method for Manufacturing Poly-Si Thin Film}
본 발명은 다결정 실리콘 박막 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질 실리콘의 상부나 하부 등에 구비된 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 이를 통하여 다결정 실리콘 박막을 제조하는 다결정 실리콘 박막 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
통상, 비정질 실리콘(a-Si)은 전하 운반체인 전자의 이동도 및 개구율이 낮고, CMOS 공정에 부합되지 못하는 단점을 가지고 있다.
반면, 다결정 실리콘(Poly-Si) 박막 소자는, 비정질 실리콘 TFT(a-Si TFT)에서는 불가능하였던, 영상신호를 화소에 기입하는데 필요한 구동회로를 화소 TFT-array와 같이 기판 상에 구성하는 것이 가능하다. 따라서, 다결정 실리콘 박막 소자에서는 다수의 단자와 드라이버 IC와의 접속이 불필요하게 되므로, 생산성과 신뢰성을 높이고 패널의 두께를 줄일 수 있다.
또한, 다결정 실리콘 TFT 공정에서는 실리콘 LSI의 미세가공 기술을 그대로 이용할 수 있으므로, 배선 등에서 미세구조를 형성할 수 있다. 따라서, 비정질 실 리콘 TFT에서 보이는 드라이버 IC의 TAB 실장 상의 피치(pitch) 제약이 없으므로, 화소 축소가 용이하고 작은 화각에 다수의 화소를 실현할 수 있다.
그리고, 이러한 다결정 실리콘을 능동층에 이용한 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터와 비교할 때, 스위치 능력이 높고 자기 정합에 의해 능동층의 채널 위치가 결정되기 때문에, 소자 소형화 및 CMOS화가 가능하다는 특징이 있다. 이러한 이유로 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 액티브 매트릭스형 플랫 패널 디스플레이(예를 들면, 액정 표시 장치, 유기 EL) 등의 화소 스위치 소자로 사용하여 대화면화 및 드라이버가 내장된 COG(Chip On Glass) 제품의 실용화에 주요한 소자로 대두되고 있다.
이와 같은 다결정 실리콘 TFT를 제조하는 방법으로는 고온 조건에서 제조하는 방법과 저온 조건에서 제조하는 기술이 있는데, 고온 조건에서 형성하기 위해서는 기판으로 석영 등의 고가의 재질을 사용하여야 하므로 대면적화에 적당하지 않다. 따라서, 저온 조건에서 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘으로 대량으로 제조하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 저온의 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로는 고상 결정화(SPC: Solid Phase Crystallization)법, 금속유도 결정화(MIC: Metal Induced Crystallization)법, 금속유도측면 결정화(MILC: Metal Induced Lateral Crystallization)법, 엑시머 레이저 결정화(ELC: Excimer Laser Crystallization) 법 등이 있다.
SPC 법은 저가의 장비를 사용하여 균일한 결정질을 얻을 수는 있으나, 높은 결정화 온도와 장시간을 요구하기 때문에, 유리 기판과 같이 열변형 온도가 상대적으로 낮은 기판을 사용할 수 없고 생산성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 이러한 SPC 법에 의한 경우, 통상적으로 600 ~ 700℃의 온도에서 약 1 ~ 24 시간 동안 비정질 실리콘 박막에 어닐링 작업을 실시해야 결정화가 가능하다.
또한, SPC 법에 의해 제조된 다결정 실리콘의 경우에는 비정질상으로부터 결정상으로의 고상 상변태시 쌍정 성장(twin-growth)을 동반하므로, 형성된 결정립 내에 매우 많은 결정격자 결함들을 함유하고 있다. 이러한 인자들은 제조된 다결정 실리콘 TFT의 전자 및 홀의 이동도(mobility)를 감소시키고 문턱 전압(threshold voltage)을 상승시키는 요인으로 작용한다.
MIC 법은 비정질 실리콘이 특정 금속과 접촉함으로써 그것의 결정화가 SPC 법에 의한 결정화 온도보다 훨씬 낮은 온도에서 이루어지는 장점을 가지고 있다. 이러한 MIC 법을 가능하게 하는 금속으로는 Ni, Pd, Ti, Al, Ag, Au, Co, Cu, Fe, Mn 등이 있으며, 이들 금속들은 비정질 실리콘과 반응하여 공정상(eutectic phase) 또는 실리사이드상(silicide phase)을 형성하여 저온 결정화를 촉진시킨다. 그러나, MIC 법을 다결정 실리콘 TFT 제작의 실제 공정에 적용시킬 경우 채널(channel) 내에 금속의 심각한 오염 문제를 야기시킨다.
MILC 법은 MIC 법의 응용기술로서, 채널 위에 금속을 증착하는 대신 게이트 전극을 형성한 후, 자기 정렬된 구조에서 소스 및 드레인 위에 금속을 얇게 증착하여 금속유도결정화(metal induced crystallization)를 유발한 후, 채널 쪽으로 측면 결정화를 유도하는 기술이다. 이와 같은 MILC 법에 가장 많이 사용되는 금속으 로는 Ni 및 Pd을 들 수 있다. 이러한 MILC 법으로 제조된 다결정 실리콘은 SPC 법에 비하여 우수한 결정성 및 높은 전계 효과 이동도(field effect mobility)를 보임에도 불구하고, 높은 누설 전류 특성을 보인다고 알려져 있다.
다시 말하면, MILC 법의 경우, 금속 오염 문제는 MIC 법에 비하여 감소하기는 하였으나, 아직도 완전히 해결하지 못한 실정이다. 한편, MILC 법을 개량한 방법으로 전계유도방향성 결정화법(FALC: Field Aided Lateral Crystallization)이 있다. MILC 법에 비하여 FALC 법은 결정화 속도가 빠르며 결정화 방향의 이방성을 보이지만, 이 역시 금속의 오염 문제를 완전히 해결하지는 못하고 있다.
이상의 MIC 법, MILC 법, FALC 법 등의 결정화 방법은 SPC 법에 비하여 결정화 온도를 낮추었다는 점에서는 효과적이나, 결정화 시간이 여전히 길다는 점과, 모두 금속에 의하여 결정화가 유도되는 공통점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 결정화 방법들도 금속의 오염 문제라는 점에서는 자유롭지 못하다.
한편, 최근 개발된 ELC 법은 금속의 오염 문제를 해결하면서 유리기판 위에 저온 공정으로 다결정 실리콘 박막을 제조하는 것을 가능하게 한다. 즉, LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법으로 증착된 비정질 실리콘 박막은 엑시머 레이저의 파장인 자외선 영역(λ = 308 ㎚)에 대한 흡수 계수가 매우 크기 때문에, 적정한 에너지 밀도에서 쉽게 비정질 실리콘 박막의 용융이 일어나게 된다.
이러한 비정질 실리콘 박막을 엑시머 레이저에 의해 결정화시키는 경우, 용융 및 응고의 과정을 매우 짧은 시간 내에 동반하게 된다. 이러한 관점에서 볼 때, ELC 법은 엄밀한 의미에서 저온 공정은 아니다.
그러나, ELC 공정은 엑시머 레이저에 의해 크게 영향을 받은 국부적인 용융 영역에서 매우 빠르게 진행되는 용융 및 응고에 의해 결정화되는 과정을 거치므로, 기판을 손상시키지 않으면서 극히 짧은 시간(수십 nano-sec 단위) 내에 다결정 실리콘을 제조할 수 있다. 즉, 유리기판/절연층/비정질 실리콘 박막으로 이루어진 모재의 비정질 실리콘 상에 레이저가 극히 짧은 시간에 조사되면, 비정질 실리콘 박막만이 선택적으로 가열되어, 하층에 위치한 유리기판의 손상 없이 결정화가 이루어진다.
또한, 액상에서 고상으로의 상변태시 생성되는 다결정 실리콘의 경우, 고상 결정화를 통해 생성되는 다결정 실리콘의 경우보다, 열역학적으로 안정된 결정립 구조를 보이고 결정립 내의 결정 결함이 현저히 감소될 수 있는 장점이 있으므로, ELC 법으로 제조된 다결정 실리콘은 다른 여타의 결정화법들의 결과물보다 우수하다.
그럼에도 불구하고, ELC 법은 몇 가지 중대한 단점들을 가지고 있다.
예를 들어, 레이저 빔 자체의 조사량이 불균일하다는 레이저 시스템 상의 문제점과, 조대한 결정립을 얻기 위한 레이저 에너지 밀도의 공정 영역이 극히 제한되어 있다는 레이저 공정 상의 문제점, 그리고 대면적에 샷(shot) 자국이 남는다는 문제점을 가지고 있다. 이들 두 요소들은 다결정 실리콘 TFT의 액티브층(active layer)를 구성하는 다결정 실리콘 박막의 결정립 크기의 불균일성을 야기시킨다. 또한, 액상에서 고상으로의 상변태를 동반하며 생성되는 다결정 실리콘의 경우 부 피 팽창이 수반되므로, 결정립계가 만들어지는 지점으로부터 표면쪽으로 심한 돌출(protrusion) 현상이 일어난다. 이러한 현상은 후속 공정인 게이트 절연층에도 직접적인 영향을 미치게 되는데, 다결정 실리콘/게이트 절연층 계면의 불균일한 평탄도에 의한 절연 파괴 전압(breakdown voltage) 감소 및 핫 캐리어 응력(hot carrier stress) 등의 소자 신뢰성에 심각한 영향을 미치고 있다.
최근에는, 상기 설명한 ELC 법의 불안정성을 해결하기 위하여 SLS(Sequential Lateral Solidification) 법이 개발되어 레이저 에너지 밀도의 공정 영역을 안정화하는데 성공하였지만, 여전히 shot 자국 및 표면 쪽으로 돌출(protrusion) 현상을 해결하지 못하였으며, 또한 평판 디스플레이 산업이 급속히 발전하고 있는 현재의 추세로 비추어 볼 때, 조만간 양산화가 필요하게 될 1 m × 1 m 크기 이상인 기판의 결정화 공정에 레이저를 이용하는 기술은 여전히 문제점을 가지고 있다. 더욱이, ELC 법과 SLS 법의 실행을 위한 장비는 매우 고가이므로, 초기 투자비와 유지비가 많이 소요된다는 문제점도 가지고 있다.
따라서, 레이저 결정화법의 장점들, 즉, 짧은 시간 내에 공정이 이루어지기 때문에 하부의 기판에 손상을 주지 않는다는 점과, 고온 상변태에 의해 결함이 거의 없는 매우 양질의 결정립을 생성할 수 있다는 점을 가지면서, 그러한 레이저 결정화법의 단점들, 즉, 국부적인 공정에 따른 조사량 불균일성 및 공정상의 제한 등과 고가 장비를 사용해야 하는 문제점들을 해결할 수 있는 비정질 실리콘 박막의 결정화 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.
특히, 최근 차세대 평판 디스플레이의 응용에 많은 주목을 받고 있는 능동형 유기-EL(Active Matrix Organic Light Emitting Diode)의 경우, TFT-LCD가 전압 구동인데 반하여, 전류 구동 방식이기 때문에 대면적 기판에서의 결정립 크기의 균일도가 매우 중요한 인자이다. 그러므로, 레이저를 사용하는 ELC 방법 또는 SLS 방법에 의한 저온 결정화 방법이 한계에 부딪히고 있는 것이 평판 디스플레이 산업체들이 안고 있는 현실이다. 이러한 사실을 고려할 때, 레이저를 사용하지 않는 방식에 의한 저온 결정화에 의하여 양질의 다결정 실리콘 박막을 제조하는 신기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 한국특허출원 제2005-73076호에서, 실리콘 박막의 하부에 도전층을 개재한 다음 상기 도전층에 전원을 인가하여 그것의 주울 가열에 의해 발생한 고열에 의해, 상기 실리콘 박막의 결정화, 결정격자 결함 치유, 도펀트의 활성화, 열산화 공정 등을 행하는 실리콘 박막의 어닐닝 방법을 제시한 바 있다.
이상과 같은 방법은 유리기판의 열변형을 유발하지 않고, 결정격자 결함이 거의 존재하지 않으며, MIC 및 MILC 등의 결정화 방법에 의하여 제조된 다결정 실리콘 박막에서 나타나는 촉매 금속의 오염으로부터 완전히 자유로우며, 동시에 ELC 방법에 의하여 제조된 다결정 실리콘 박막에서 나타나는 표면 돌출 현상을 수반하지 않는 다결정 실리콘 박막을 제공하는 장점이 있다.
따라서, 이와 같은 매우 혁신적인 방법에 의하여 다결정 실리콘 박막을 원활하게 제조하기 위해서는 이상과 같은 방법에 따라 다결정 실리콘 박막이 제조될 수 있도록 기판을 매우 정확한 위치로 로딩하고 또 그 로딩된 기판 상의 매우 정확한 위치에 전원을 인가할 수 있는 다결정 실리콘 박막 제조장치 및 그를 이용한 다결정 실리콘 박막 제조방법이 꼭 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다결정 실리콘 박막이 제조될 수 있도록 기판을 매우 정확한 위치로 로딩하고 또 그 로딩된 기판 상의 매우 정확한 위치에 전원을 인가할 수 있는 다결정 실리콘 박막 제조장치 및 방법을 제공하는데에 있다.
그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 비정질 실리콘의 상부나 하부 등에 구비된 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울열을 발생시키고 이를 통하여 다결정 실리콘 박막을 제조할 수 있는 다결정 실리콘 박막 제조장치 및 방법을 제공하는데에 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또다른 과제는 기판을 로딩하는 작업과 언로딩하는 작업을 동시에 수행함으로써, 공정 진행에 소요되는 전체 시간을 단축할 수 있는 다결정 실리콘 박막 제조장치 및 방법을 제공하는데에 있다.
이상과 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면, 다결정 실리콘 박막 제조장치가 제공된다. 상기 다결정 실리콘 박막 제조장치는 챔버, 상기 챔버의 일측에 설치되고 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 기판을 지지하기 위한 기판 지지대, 상기 기판을 상기 기판 지지대로 로딩하기 위한 기판 로딩부와 상기 기판 지지대의 기판을 언로딩하기 위한 기판 언로딩부를 구비하고 상기 기판 로딩부와 상기 기판 언로딩부를 동시에 이동시키는 기판 로딩/언로딩 유닛 및, 상기 기판에 구비된 도전성 박막에 전원을 인가하기 위하여 상기 기판 지지대에 대향되는 상기 챔버의 타측에 설치되는 전원인가용 전극을 포함하되 상기 전원인가용 전극은 상기 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
다른 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 상기 챔버의 하부측에 설치될 수 있고, 상기 전원인가용 전극은 상기 기판 지지대에 대향되는 상기 챔버의 상부측에 설치될 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 다결정 실리콘 박막 제조장치는 상기 기판 지지대에 연결되고, 상기 기판 지지대 상에 위치한 기판의 도전성 박막이 상기 전원인가용 전극에 접촉될 수 있도록 상기 기판 지지대를 상기 전원인가용 전극 측으로 상승시키는 기판 승강유닛을 더 포함할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 상호 일정간격 이격된 한 쌍으로 이루어질 수 있고, 그 상면에 상기 기판이 위치되도록 상기 챔버의 하측부에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 기판 지지대에는 각각 그 상면에 위치되는 기판을 흡착 고정하기 위하여 진공이 제공되는 적어도 하나의 흡착홀이 형성될 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 다결정 실리콘 박막 제조장치는 상기 흡착홀에 진공라인을 매개로 연결되며 상기 흡착홀로 상기 기판을 흡착 고정하기 위한 진공을 제공하는 진공유닛을 더 포함할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 다결정 실리콘 박막 제조장치는 상기 기판 지지대의 측면들에 설치되어 상기 기판 지지대 상에 위치되는 기판을 얼라인하는 얼라인 유닛을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 얼라인 유닛은 상기 기판 지지대 상에 위치되는 기판이 얼라인되도록 상기 기판 지지대의 전ㆍ후 및 좌ㆍ우 방향에 위치한 측면들에 각각 설치되어 상기 기판의 전면과 후면 및 좌ㆍ우측면을 각각 밀어주어 얼라인할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛은 상기 기판 로딩부와 상기 기판 언로딩부를 상호 일정간격 이격되게 연결하는 지지플레이트를 더 구비할 수 있고, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛은 상기 지지플레이트를 이동시킴으로 상기 기판 로딩부와 상기 기판 언로딩부를 동시에 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛은 리니어 모터 방식을 이용하여 상기 지지플레이트를 이동시킬 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 챔버는 기판 로딩 영역과 전원 인가 영역 및 기판 언로딩 영역으로 순차적으로 구획될 수 있고, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛은 상기 기판 로딩부와 상기 기판 언로딩부를 동시에 이동시키되, 상기 기판 로딩부는 상기 기판 로딩 영역과 상기 전원 인가 영역의 사이를 왕복 이동시키고, 상기 기판 언로딩부는 상기 기판 로딩부를 왕복 이동시킬 때 상기 전원 인가 영역과 상기 기판 언로딩 영역의 사이를 왕복 이동시킬 수 있다.
한편, 이상과 같은 과제를 구현하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따르면, 챔버 내부에 구비된 기판 로딩부에 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 제1 기판을 로딩하는 단계, 상기 기판 로딩부로 로딩된 제1 기판을 기판 지지대 측으로 이송하는 단계, 상기 기판 지지대를 상승시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판의 도전성 박막이 상기 기판 지지대의 상부에 배치된 전원인가용 전극에 접촉되도록 하는 단계, 상기 전원인가용 전극을 통해 상기 제1 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계, 상기 기판 지지대를 하강시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 상기 기판 로딩부로부터 일정간격 이격되게 배치된 기판 언로딩부로 이송되도록 하는 단계, 상기 기판 로딩부로 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 제2 기판을 로딩하는 단계 및, 상기 기판 로딩부로 로딩된 제2 기판을 상기 기판 지지대 측으로 이송시키면서 상기 기판 언로딩부로 이송된 제1 기판을 기판 언로딩 영역으로 이송하는 단계를 포함하는 다결정 실리콘 박막 제조방법이 제공된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 챔버는 기판 로딩 영역과 전원 인가 영역 및 상기 기판 언로딩 영역으로 순차적으로 구획될 수 있고, 상기 기판 로딩부는 상기 기판 로딩 영역과 상기 전원 인가 영역의 사이를 왕복 이동할 수 있으며, 상기 기판 언로딩부는 상기 기판 로딩부가 왕복 이동될 때 상기 전원 인가 영역과 상기 기판 언로딩 영역의 사이를 왕복 이동할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 기판 로딩부로 로딩된 제1 기판을 기판 지지대 측으로 이송하는 단계와 상기 기판 지지대를 상승시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판의 도전성 박막이 상기 기판 지지대의 상부에 배치된 전원인가용 전 극에 접촉되도록 하는 단계의 사이에는 상기 기판 지지대 측으로 이송된 기판을 진공을 이용하여 흡착 고정하는 단계가 더 포함될 수 있고, 상기 전원인가용 전극을 통해 상기 제1 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계와 상기 기판 지지대를 하강시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 상기 기판 로딩부로부터 일정간격 이격되게 배치된 기판 언로딩부로 이송되도록 하는 단계의 사이에는 상기 기판 지지대에 흡착 고정된 기판을 고정 해제하는 단계가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기와 같은 과제를 구현하기 위한 본 발명의 제3 관점에 따르면, 챔버 내부에 구비된 기판 로딩부에 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 제1 기판을 로딩하는 단계, 상기 기판 로딩부로 로딩된 제1 기판을 기판 지지대 측으로 이송하는 단계, 상기 기판 지지대를 1차 상승시킨 후 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 얼라인하는 단계, 상기 기판 지지대를 2차 상승시키어 상기 기판 지지대 상에서 얼라인된 제1 기판의 도전성 박막이 상기 기판 지지대의 상부에 배치된 전원인가용 전극에 접촉되도록 하는 단계, 상기 전원인가용 전극을 통해 상기 제1 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계, 상기 기판 지지대를 하강시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 상기 기판 로딩부로부터 일정간격 이격되게 배치된 기판 언로딩부로 이송되도록 하는 단계, 상기 기판 로딩부로 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 제2 기판을 로딩하는 단계 및, 상기 기판 로딩부로 로딩된 제2 기판을 상기 기판 지지대 측으로 이송시키면서 상기 기판 언로딩부로 이송된 제1 기판을 기판 언로딩 영역으로 이송하는 단계를 포함하는 다결정 실리콘 박막 제조방법이 제공된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 챔버는 기판 로딩 영역과 전원 인가 영역 및 상기 기판 언로딩 영역으로 순차적으로 구획될 수 있고, 상기 기판 로딩부는 상기 기판 로딩 영역과 상기 전원 인가 영역의 사이를 왕복 이동할 수 있으며, 상기 기판 언로딩부는 상기 기판 로딩부가 왕복 이동될 때 상기 전원 인가 영역과 상기 기판 언로딩 영역의 사이를 왕복 이동할 수 있다.
또다른 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대를 1차 상승시킨 후 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 얼라인하는 단계와 상기 기판 지지대를 2차 상승시키어 상기 기판 지지대 상에서 얼라인된 제1 기판의 도전성 박막이 상기 기판 지지대의 상부에 배치된 전원인가용 전극에 접촉되도록 하는 단계의 사이에는 상기 기판 지지대 측으로 이송된 기판을 진공을 이용하여 흡착 고정하는 단계가 더 포함될 수 있고, 상기 전원인가용 전극을 통해 상기 제1 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계와 상기 기판 지지대를 하강시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 상기 기판 로딩부로부터 일정간격 이격되게 배치된 기판 언로딩부로 이송되도록 하는 단계의 사이에는 상기 기판 지지대에 흡착 고정된 기판을 고정 해제하는 단계가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면, 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 기판을 매우 정확한 위치로 로딩하고 또 그 로딩된 기판 상의 매우 정확한 위치 곧, 도전성 박막에 미리 설정된 일정 위치에 전원을 정확히 인가할 수 있기 때문에, 전원 인가를 통한 주울열을 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막을 효율적으로 또 매우 균일하게 결정화시킬 수 있게 된다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 주울열을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 매우 원활하게 제조할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 제조장치 및 방법에 따르면, 기판을 로딩하는 작업과 언로딩하는 작업을 동시에 수행할 수 있기 때문에, 공정을 진행하는 데에 소요되는 전체 시간을 단축할 수 있게 되는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 제조장치의 바람직한 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 다결정 실리콘 박막 제조장치의 기판 로딩/언로딩 유닛이 일측으로 일정거리 이동된 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시한 다결정 실리콘 박막 제조장치의 기판 승강유닛이 기판 지지대를 일정거 리 상승시킨 상태를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 3에 도시된 기판 지지대가 일정거리 하강하여 기판 지지대에 지지되었던 제1 기판이 기판 언로딩부로 이송된 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 기판 로딩부에 제1 기판과는 다른 제2 기판이 로딩된 상태를 도시한 사시도이며, 도 6은 도 2와 유사하게 도 5에 도시된 기판 로딩부와 기판 언로딩부가 일측으로 일정거리 이동된 상태를 도시한 사시도이다. 또한, 도 7은 도 1에 도시된 기판 로딩/언로딩 유닛을 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절개한 단면도이고, 도 8은 도 1에 도시한 다결정 실리콘 박막 제조장치의 제어관계를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막 제조장치(100)는 챔버(110), 상기 챔버(110)의 일측 예를 들면, 하부측에 설치되고 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 기판(91,92)을 지지하기 위한 기판 지지대(150), 상기 기판(91,92)을 상기 기판 지지대(150)로 로딩하기 위한 기판 로딩부(121)와 상기 기판 지지대(150)의 기판(91,92)을 언로딩하기 위한 기판 언로딩부(122)를 구비하고 상기 기판 로딩부(121)와 상기 기판 언로딩부(122)를 동시에 이동시키는 기판 로딩/언로딩 유닛(120), 상기 기판(91,92)에 구비된 도전성 박막에 전원을 인가하기 위하여 상기 기판 지지대(150)에 대향되는 상기 챔버(110)의 타측 예를 들면, 상부측에 설치되는 전원인가용 전극(160) 및, 상기 다결정 실리콘 박막 제조장치(100)의 구동을 전반적으로 제어하는 중앙제어유닛(190)을 포함한다.
상기 챔버(110)는 다결정 실리콘 박막 제조공정이 진행되도록 내부에 밀폐된 공정진행공간을 제공한다. 상기 챔버(110) 내부에 제공되는 공정진행공간은 기판 로딩 영역(112)과 전원 인가 영역(114) 및 기판 언로딩 영역(116)으로 순차적으로 구획된다. 따라서, 기판(91,92)의 로딩으로부터 언로딩에 이르는 제반 다결정 실리콘 박막 제조공정은 이러한 공정진행공간 곧, 챔버(110)의 내부에서 진행된다.
그리고, 상기 챔버(110)의 일측 곧, 기판 로딩 영역(112)에 인접한 측면에는 외부로부터 기판(91,92)이 로딩되도록 기판 로딩홀(미도시)이 형성되고, 상기 챔버(110)의 타측 곧, 상기 기판 언로딩 영역에 인접한 측면에는 상기 기판 로딩홀을 통해 로딩된 기판(91,92)이 챔버(110) 내부에서 박막 결정화 공정을 경유한 다음 외부로 이송되도록 기판 언로딩홀(미도시)이 형성된다.
따라서, 본 발명 다결정 실리콘 박막 제조장치(100)에 구비된 로봇 암과 같은 기판이송유닛(미도시)은 상기 기판 로딩홀을 통해 기판(91,92)을 챔버(110) 내부로 로딩한 다음, 소정 시간 경과 후, 상기 기판 언로딩홀을 통해 상기 챔버(110) 내부의 기판(91,92)을 외부로 언로딩한다. 이때, 상기 기판 로딩홀과 기판 언로딩홀은 도시되지 않은 도어(door)에 의해 선택적으로 개폐되도록 설치된다.
상기 기판 지지대(150)는 그 상면에 상기 기판(91,92)이 위치 또는 안착되도록 상기 챔버(110)의 내부 하측에 설치되되 상호 일정간격 이격되게 설치되는 한 쌍으로 이루어진다. 이때, 상기 한 쌍의 기판 지지대(150)에는 각각 상기 안착되는 기판(91,92)을 흡착 고정하기 위하여 진공이 제공되는 적어도 하나의 흡착홀(151)이 형성되고, 상기 흡착홀(151)의 상단은 상기 기판 지지대(150)의 상면으로 노출된다. 그리고, 상기 흡착홀(151)에는 진공라인(153)을 매개로 진공유닛(152)이 연 결된다. 상기 진공유닛(152)은 상기 진공라인(153)을 통하여 상기 흡착홀(151)로 상기 기판(91,92)을 흡착 고정하기 위한 진공을 제공한다. 따라서, 상기 한 쌍의 기판 지지대(150)에 안착되는 기판(91,92)은 상기 흡착홀(151)을 통해 제공되는 진공에 의하여 상기 기판 지지대(150)의 상면에 흡착 고정된다.
여기서, 상기 진공라인(153)의 일부분 또는 전체는 일정길이만큼 신축가능한 벨로우즈 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 진공유닛(152)은 상기 벨로우즈 형태의 진공라인(153)으로 인하여 상기 기판 지지대(150)가 일정거리 상승된 경우에도 상기 기판 지지대(150)로 진공을 제공할 수 있게 된다.
상기 기판 로딩/언로딩 유닛(120)은 상기 챔버(110)의 내부에서 상기 기판 로딩부(121)와 상기 기판 언로딩부(122)를 동시에 이동시키되, 상기 기판 로딩부(121)는 상기 기판 로딩 영역(112)과 상기 전원 인가 영역(114)의 사이를 왕복 이동시키고, 상기 기판 언로딩부(122)는 상기 기판 로딩부(121)를 왕복 이동시킬 때 상기 전원 인가 영역(114)과 상기 기판 언로딩 영역(116)의 사이를 왕복 이동시킨다.
구체적으로, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛(120)은 상기 기판 로딩부(121)와 상기 기판 언로딩부(122)를 상호 일정간격 이격되게 하는 지지플레이트(123)를 더 구비하되, 상기 지지플레이트(123)를 이동시킴으로 상기 기판 로딩부(121)와 상기 기판 언로딩부(122)를 동시에 이동시킨다. 즉, 상기 기판 언로딩부(122)는 상기 기판 로딩부(121)로부터 일정간격 이격되게 배치되며, 상기 지지플레이트(123)는 상기 기판 로딩부(121)와 상기 기판 언로딩부(122)에 각각 연결됨으로써 상기 기판 로딩부(121)와 상기 기판 언로딩부(122)가 상호 일정간격 이격되게 배치되도록 한다. 이때, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛(120)은 리니어 모터 방식을 이용하여 상기 지지플레이트(123)를 이동시킬 수 있다.
그리고, 상기 기판 로딩부(121)와 상기 기판 언로딩부(122)에는 각각 전술한 바와 같은 진공유닛(152)과 연결되는 흡착홀(121a,122a)이 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 기판 로딩부(121)와 상기 기판 언로딩부(122)로 로딩 또는 이송되는 기판들(91,92)은 상기 흡착홀(121a,122a)을 통해 제공되는 진공에 의해 그 진공이 제공되는 시간만큼 그 기판 로딩부(121)와 기판 언로딩부(122)에 흡착 고정될 수도 있다.
도 2 내지 도 7을 참조하여 이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛(120)은 전술한 기판 로딩부(121)와 기판 언로딩부(122) 및 지지플레이트(123) 외에, 상기 챔버(110)의 바닥부에 설치되는 고정자(140)와 상기 고정자(140)로부터 이동가능하게 설치되며 상기 지지플레이트(123)의 하부에 결합되는 가동자(130) 및 상기 가동자(130)의 이동을 가이드하도록 설치된 가이드를 더 구비한다.
상기 고정자(140)는 상기 기판(91,92)의 이송 방향을 따라 상기 챔버(110)의 바닥면에 길게 설치되는 고정 플레이트(141)와, 상기 고정 플레이트(141)의 길이 방향을 따라 상기 고정 플레이트(141)의 상면 중앙부에 설치되는 고정 코어(142) 및, 상기 고정 코어(142)의 상부에 서로 다른 극성을 갖도록 순차적으로 교번되게 배치되는 다수의 영구자석들(143)로 구성된다.
그리고, 상기 가동자(130)는 상기 고정 플레이트(141)의 상부에 이동가능하게 설치되는 이동 플레이트(131)와, 상기 고정 코어(142) 및 상기 다수의 영구 자석들(143)에 대향되도록 상기 이동 플레이트(131)의 밑면 중앙부에 설치되는 이동 코어(132) 및, 상기 이동 코어(132)에 권취되며 전원이 인가되는 코일(133)로 구성된다. 따라서, 상기 코일(133)로 전원이 인가되는 경우, 상기 코일(133)에는 전자기력이 작용될 수 있으며, 상기 가동자(130)와 상기 가동자(130)에 연결되는 지지플레이트(123) 등은 상기 전자기력과 상기 영구자석들 (143)간의 척력에 의해 미리 설정된 일정 방향으로 이동될 수 있게 된다.
상기 가이드는 상기 가동자(130)의 이동 방향을 한정하는 역할을 한다. 즉, 상기 가동자(130)는 상기 고정 플레이트(141)의 길이 방향을 따라 상기 고정 플레이트(1410의 상면 양측 가장자리부에 각각 직선 형태로 곧게 설치되는 한 쌍의 LM 가이드(126) 및 상기 한 쌍의 LM 가이드(126)에 각각 결합되어 슬라이딩 되도록 상기 이동 플레이트(131)의 밑면 양측 가장자리부에 각각 설치되는 LM 블럭(125)으로 구성된다. 따라서, 상기 코일(133)과 상기 영구자석들(143) 간의 척력에 의해 상기 가동자(130)가 이동될 시, 상기 가동자(130)는 상기와 같은 LM 가이드(126)와 LM 블럭(125)의 결합 및 그 기능으로 인하여 상기 고정 플레이트(141)의 길이 방향을 따라 이동되어지게 된다.
상기 전원인가용 전극(160)은 상기 챔버(110)의 상측부에 설치되되 한 쌍으로 설치되고, 상기 챔버(110)의 상측부에 설치된다. 그리고, 상기 전원인가용 전극(160)은 전원라인(162)을 매개로 전원공급유닛(161)에 전기적으로 연결된다. 따 라서, 상기 전원공급유닛(161)이 전원라인(162)을 통하여 상기 전원인가용 전극(160)으로 전원을 공급하면, 상기 전원인가용 전극(160)은 상기 도전성 박막에 공급되는 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 비정질 실리콘 박막을 결정화시킨다.
한편, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 제조장치(100)는 기판 지지대(150)에 연결되고, 상기 기판 지지대(150) 상에 위치한 기판(91,92)의 도전성 박막이 상기 전원인가용 전극(160)에 접촉될 수 있도록 상기 기판 지지대(150)를 상기 전원인가용 전극(160) 측으로 상승시키는 기판 승강유닛(156)을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 기판 승강유닛(156)은 상기 챔버(110)의 내측 하부 곧, 상기 기판 지지대(150)의 하부측에 설치되고, 상기 기판 지지대(150)를 상기 챔버(110)의 하부측에서 그 상부측에 위치한 상기 전원인가용 전극(160) 측으로 이동시킬 수 있다. 다시 말하면, 상기 기판 승강유닛(156)은 전원인가공정이 진행되도록 상기 기판(91,92)이 안착된 기판 지지대(150)를 그 상부에 위치한 전원인가용 전극(160) 측으로 상승시켜 상기 기판 지지대(150) 상에 안착된 기판(91,92)이 상기 전원인가용 전극(160)에 접촉되도록 할 수 있고, 상기 전원인가공정이 종료되면 상기 기판(91,92)이 상기 전원인가용 전극(160)으로부터 분리되도록 상기 기판(91,92)이 안착된 기판 지지대(150)를 원래의 위치로 복귀 곧, 하강시킬 수 있다.
여기서, 상기 기판 승강유닛(156)은 상술한 바와 같이, 상기 기판 지지대(150)를 일정거리 상승 및 하강시킬 수 있는 유닛으로, 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 승강유닛(156)은 상기 챔버(110)의 내부 밑면에 설치되는 피스톤과 상기 피스톤으로부터 일정거리 상하 왕복 이동되는 피스톤 로드(157)를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 제조장치(100)는 상기 기판 지지대(150)의 측면들에 설치되어 상기 기판 지지대(150)에 안착되는 기판(91,92)을 얼라인하는 얼라인 유닛(155)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 얼라인 유닛(155)은 상기 기판 지지대(150) 상에 안착되는 기판(91,92)이 얼라인되도록 상기 기판 지지대(150)의 전ㆍ후 및 좌ㆍ우 방향에 위치한 측면들에 각각 설치되어 상기 기판(91,92)의 전면과 후면 및 좌ㆍ우측면을 각각 밀어줌으로써 상기 기판(91,92)을 얼라인할 수 있다.
이하, 도 9a 내지 도 10를 참조하여, 이상과 같이 구성되는 다결정 실리콘 박막 제조장치(100)를 이용한 다결정 실리콘 박막 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 9a 내지 도 9h는 도 1에 도시한 다결정 실리콘 박막 제조장치를 이용하여 실리콘 박막을 결정화하는 방법을 도시한 도면들이고, 도 10은 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 제조방법의 바람직한 실시예를 도시한 순서도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 제조방법은 결정화될 박막인 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 제1 기판(91)을 챔버(110) 내부에 설치된 기판 로딩/언로딩 유닛(120)의 기판 로딩부(121)로 로딩하 는 단계(S10)를 포함한다. 이때, 제1 기판(91)의 로딩은 로봇암과 같은 기판이송유닛이 이용될 수 있다. 즉, 상기 기판이송유닛은 그 상부에 제1 기판(91)을 안착시킨 다음, 챔버(110)에 마련된 기판 로딩홀을 통해 도 4a와 같이 챔버(110) 내부로 이동되고, 이동된 후에는 소정거리 하강되어 챔버(110) 내부에 설치된 기판 로딩/언로딩 유닛(120)의 기판 로딩부(121)의 상면에 제1 기판(91)이 안착되도록 하게 된다.
다음, 기판 로딩부(121)의 상면에 제1 기판(91)이 안착되면, 상기 제1 기판(91)을 이송한 기판이송유닛은 기판 로딩홀을 통해 챔버(110)의 외부로 이동하게 되고, 도어는 챔버(110)의 기판 로딩홀을 밀폐하게 된다. 그리고, 도어가 챔버(110)의 기판 로딩홀을 밀폐하면, 전술한 중앙제어유닛(190)은 기판 로딩부(121)의 상면에 위치 또는 안착된 제1 기판(91)의 비정질 실리콘 박막이 결정화되도록 후술하는 바와 같이 제반 공정을 진행하게 된다.
즉, 제1 기판(91)이 기판 로딩부(121)의 상면에 안착되고, 도어가 챔버(110)의 기판 로딩홀을 밀폐하면, 기판 로딩/언로딩 유닛(120)은 기판 로딩부(121)로 로딩된 제1 기판(91)을 기판 지지대(150) 측으로 이송하게 된다(S12).
이후, 중앙제어유닛은 기판 승강유닛(156)을 이용하여 기판 지지대(150)를 소정높이만큼 1차 상승시킨 후, 얼라인 유닛(155)을 이용하여 기판 지지대(150) 상에 위치된 제1 기판(91)을 얼라인하게 된다(S14).
다음, 제1 기판(91)이 기판 지지대(150) 상에서 얼라인되면, 진공유닛(152)은 기판 지지대(150)에 형성된 흡착홀(123)로 진공을 제공하게 된다. 따라서, 기판 지지대(150) 상에 위치된 제1 기판(91)은 이상과 같이 공급되는 진공에 의하여 기판 지지대(150)의 상면에 흡착 고정된다(S16).
다음, 제1 기판(91)이 흡착 고정되면, 기판 승강유닛(156)은 전원인가용 전극(160)에 대향되도록 상기 챔버(110)의 하측부에 설치된 상기 기판 지지대(150)를 상기 전원인가용 전극(160) 측으로 상승시켜 상기 전원인가용 전극(160)이 상기 제1 기판(91)의 도전성 박막에 접촉되도록 하게 된다(S18).
계속하여, 전원인가용 전극(160)이 상기 제1 기판(91)의 도전성 박막에 접촉되면, 상기 전원인가용 전극(160)은 상기 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키게 된다(S20). 이때, 이와 같은 전원 인가 공정이 진행될 때, 상기 전원인가용 전극(160)의 하부측에 배치된 기판 로딩/언로딩 유닛(120)은 가동자(130)와 고정자(140)로 구성된 리니어 모터를 이용하여 기판 로딩부(121)와 기판 언로딩부(122)를 원래의 위치로 복귀시키게 된다. 다시 말하면, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛(120)의 기판 로딩부(121)는 기판 로딩 영역(112)에서 전원 인가 영역(114)으로 이동된 상태인 바, 기판 로딩/언로딩 유닛(120)은 전원 인가 영역(114)으로 이동된 기판 로딩부(121)를 기판 로딩 영역(112)으로 이송하게 된다. 또한, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛(120)의 기판 언로딩부(122)는 상기 전원 인가 영역(114)에서 상기 기판 언로딩 영역(116)으로 이동된 상태인 바, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛(120)은 상기 기판 로딩부(121)를 이송할 때 상기 기판 언로딩 영역(116)으로 이동된 기판 언로딩부(122)를 상기 전원 인가 영역(114)으로 동시에 이송하게 된다.
다음, 이상과 같은 전원 인가에 의해 비정질 실리콘 박막이 결정화되면, 중앙제어유닛(190)은 상기 제1 기판(91)으로 제공되는 진공을 차단하여 상기 흡착 고정된 제1 기판(91)을 고정 해제시키게 되고(S22), 고정 해제시킨 후에는 상기 전원인가용 전극(160) 측으로 이동된 기판 지지대(150)를 원래의 위치로 복귀 곧, 하강시켜 상기 기판 지지대(150) 상에 위치된 제1 기판(91)을 상기 전원인가용 전극(160)으로부터 분리시키게 되고, 분리시킨 후에는 그 분리된 제1 기판(91)을 계속 하강시켜 이미 챔버(110)의 전원 인가 영역(114)으로 이송된 기판 로딩/언로딩 유닛(120)의 기판 언로딩부(122)로 이송하게 된다(S24).
계속하여, 결정화된 제1 기판(91)이 기판 로딩/언로딩 유닛(120)의 기판 언로딩부(122)로 이송될 때, 로봇암과 같은 기판이송유닛은 이미 챔버(110)의 기판 로딩 영역(112)으로 이송된 기판 로딩/언로딩 유닛(120)의 기판 로딩부(121)로 아직 박막 결정화가 되지 않은 제2 기판(92)을 로딩하게 된다(S26).
이후, 제2 기판(92)이 기판 로딩부(121)로 로딩되면, 상기 기판 로딩/언로딩 유닛(120)은 상기 기판 로딩부(121)로 로딩된 제2 기판(92)을 기판 지지대(150) 측으로 이송시키면서 기판 언로딩부(122)로 이송된 제1 기판(91)을 챔버(110)의 기판 언로딩 영역(116)으로 이송하게 된다(S28).
따라서, 기판 로딩/언로딩 유닛(116)에 의하여 제1 기판(91)과 제2 기판(92)이 이상과 같이 이송되면, 중앙제어유닛(190)은 로봇암과 같은 기판이송유닛을 통해 기판 언로딩 영역(116)으로 이송된 제1 기판(91)을 외부로 언로딩하게 되고(S30), 또 이상과 같은 동작과 함께 상기 기판 지지대(150)로 이송된 제2 기 판(92)을 상기 제1 기판(91)의 이동경로를 따라 이송하면서 박막 결정화 공정을 진행하게 된다(S32).
따라서, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 제조방법에 따르면, 기판 로딩부(121)와 기판 언로딩부(122)를 구비한 기판 로딩/언로딩 유닛(120)을 이용하여 서로 다른 기판인 제1 기판(91)과 제2 기판(92) 등을 동시에 이송할 수 있기 때문에, 단위시간 대비 매우 많은 양의 기판(91,92)을 박막 결정화시킬 수 있는 매우 양호한 효과가 있다.
또한, 이상에서 설명한 다결정 실리콘 박막 제조방법에서는 기판(91,92)을 1차 상승시킨 다음 얼라인하고, 또 얼라인 후에는 다시 기판(91,92)을 2차로 상승시키어 기판(91,92)에 전원을 인가하는 방법을 채택하였는데, 이상과 같은 방법은 필요에 따라 생략되거나 다른 형태로 변경될 수 있다. 예를 들면, 이상과 같은 얼라인 작업은 기판(91,92)의 종류나 공정의 종류 또는 장치의 종류 등에 따라서 생략될 수도 있고, 또 기판 상승과 함께 동시에 진행될 수도 있다.
이상, 본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 제조장치의 바람직한 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 다결정 실리콘 박막 제조장치의 기판 로딩/언로딩 유닛이 일측으로 일정거리 이동된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 다결정 실리콘 박막 제조장치의 기판 승강유닛이 기판 지지대를 일정거리 상승시킨 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 기판 지지대가 일정거리 하강하여 기판 지지대에 지지되었던 제1 기판이 기판 언로딩부로 이송된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 기판 로딩부에 제1 기판과는 다른 제2 기판이 로딩된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 2와 유사하게 도 5에 도시된 기판 로딩부와 기판 언로딩부가 일측으로 일정거리 이동된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 기판 로딩/언로딩 유닛을 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 8은 도 1에 도시한 다결정 실리콘 박막 제조장치의 제어관계를 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9h는 도 1에 도시한 다결정 실리콘 박막 제조장치를 이용하여 실리콘 박막을 결정화하는 방법을 도시한 도면들이다.
도 10은 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 제조방법의 바람직한 실시예를 도시한 순서도이다.

Claims (17)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 일측에 설치되고, 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 기판을 지지하기 위한 기판 지지대;
    상기 기판을 상기 기판 지지대로 로딩하기 위한 기판 로딩부와 상기 기판 지지대의 기판을 언로딩하기 위한 기판 언로딩부를 구비하고, 상기 기판 로딩부와 상기 기판 언로딩부를 동시에 이동시키는 기판 로딩/언로딩 유닛; 및,
    상기 기판에 구비된 도전성 박막에 전원을 인가하기 위하여 상기 기판 지지대에 대향되는 상기 챔버의 타측에 설치되는 전원인가용 전극을 포함하되,
    상기 전원인가용 전극은 상기 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 상기 챔버의 하부측에 설치되고,
    상기 전원인가용 전극은 상기 기판 지지대에 대향되는 상기 챔버의 상부측에 설치되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 기판 지지대에 연결되고, 상기 기판 지지대 상에 위치한 기판의 도전성 박막이 상기 전원인가용 전극에 접촉될 수 있도록 상기 기판 지지대를 상기 전원인가용 전극 측으로 상승시키는 기판 승강유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 상호 일정간격 이격된 한 쌍으로 이루어지고, 그 상면에 상기 기판이 위치되도록 상기 챔버의 하측부에 설치되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판 지지대에는 각각 그 상면에 위치되는 기판을 흡착 고정하기 위하여 진공이 제공되는 적어도 하나의 흡착홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 흡착홀에 진공라인을 매개로 연결되며, 상기 흡착홀로 상기 기판을 흡착 고정하기 위한 진공을 제공하는 진공유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 지지대의 측면들에 설치되어 상기 기판 지지대 상에 위치되는 기판을 얼라인하는 얼라인 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 얼라인 유닛은 상기 기판 지지대 상에 위치되는 기판이 얼라인되도록 상기 기판 지지대의 전ㆍ후 및 좌ㆍ우 방향에 위치한 측면들에 각각 설치되어 상기 기판의 전면과 후면 및 좌ㆍ우측면을 각각 밀어주어 얼라인하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 로딩/언로딩 유닛은 상기 기판 로딩부와 상기 기판 언로딩부를 상호 일정간격 이격되게 연결하는 지지플레이트를 더 구비하고,
    상기 기판 로딩/언로딩 유닛은 상기 지지플레이트를 이동시킴으로 상기 기판 로딩부와 상기 기판 언로딩부를 동시에 이동시키는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기판 로딩/언로딩 유닛은 리니어 모터 방식을 이용하여 상기 지지플레 이트를 이동시키는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버는 기판 로딩 영역과 전원 인가 영역 및 기판 언로딩 영역으로 순차적으로 구획되고,
    상기 기판 로딩/언로딩 유닛은 상기 기판 로딩부와 상기 기판 언로딩부를 동시에 이동시키되, 상기 기판 로딩부는 상기 기판 로딩 영역과 상기 전원 인가 영역의 사이를 왕복 이동시키고, 상기 기판 언로딩부는 상기 기판 로딩부를 왕복 이동시킬 때 상기 전원 인가 영역과 상기 기판 언로딩 영역의 사이를 왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조장치.
  12. 챔버 내부에 구비된 기판 로딩부에 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 제1 기판을 로딩하는 단계;
    상기 기판 로딩부로 로딩된 제1 기판을 기판 지지대 측으로 이송하는 단계;
    상기 기판 지지대를 상승시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판의 도전성 박막이 상기 기판 지지대의 상부에 배치된 전원인가용 전극에 접촉되도록 하는 단계;
    상기 전원인가용 전극을 통해 상기 제1 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계;
    상기 기판 지지대를 하강시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 상기 기판 로딩부로부터 일정간격 이격되게 배치된 기판 언로딩부로 이송되도록 하는 단계;
    상기 기판 로딩부로 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 제2 기판을 로딩하는 단계; 및,
    상기 기판 로딩부로 로딩된 제2 기판을 상기 기판 지지대 측으로 이송시키면서 상기 기판 언로딩부로 이송된 제1 기판을 기판 언로딩 영역으로 이송하는 단계를 포함하는 다결정 실리콘 박막 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 챔버는 기판 로딩 영역과 전원 인가 영역 및 상기 기판 언로딩 영역으로 순차적으로 구획되고,
    상기 기판 로딩부는 상기 기판 로딩 영역과 상기 전원 인가 영역의 사이를 왕복 이동하며,
    상기 기판 언로딩부는 상기 기판 로딩부가 왕복 이동될 때 상기 전원 인가 영역과 상기 기판 언로딩 영역의 사이를 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 기판 로딩부로 로딩된 제1 기판을 기판 지지대 측으로 이송하는 단계와 상기 기판 지지대를 상승시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판의 도전성 박막이 상기 기판 지지대의 상부에 배치된 전원인가용 전극에 접촉되도록 하는 단계의 사이에는 상기 기판 지지대 측으로 이송된 기판을 진공을 이용하여 흡착 고정하는 단계가 더 포함되고,
    상기 전원인가용 전극을 통해 상기 제1 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계와 상기 기판 지지대를 하강시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 상기 기판 로딩부로부터 일정간격 이격되게 배치된 기판 언로딩부로 이송되도록 하는 단계의 사이에는 상기 기판 지지대에 흡착 고정된 기판을 고정 해제하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조방법.
  15. 챔버 내부에 구비된 기판 로딩부에 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 제1 기판을 로딩하는 단계;
    상기 기판 로딩부로 로딩된 제1 기판을 기판 지지대 측으로 이송하는 단계;
    상기 기판 지지대를 1차 상승시킨 후, 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 얼라인하는 단계;
    상기 기판 지지대를 2차 상승시키어 상기 기판 지지대 상에서 얼라인된 제1 기판의 도전성 박막이 상기 기판 지지대의 상부에 배치된 전원인가용 전극에 접촉되도록 하는 단계;
    상기 전원인가용 전극을 통해 상기 제1 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계;
    상기 기판 지지대를 하강시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 상기 기판 로딩부로부터 일정간격 이격되게 배치된 기판 언로딩부로 이송되도록 하는 단계;
    상기 기판 로딩부로 비정질 실리콘 박막과 도전성 박막을 구비한 제2 기판을 로딩하는 단계; 및,
    상기 기판 로딩부로 로딩된 제2 기판을 상기 기판 지지대 측으로 이송시키면서 상기 기판 언로딩부로 이송된 제1 기판을 기판 언로딩 영역으로 이송하는 단계를 포함하는 다결정 실리콘 박막 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 챔버는 기판 로딩 영역과 전원 인가 영역 및 상기 기판 언로딩 영역으로 순차적으로 구획되고,
    상기 기판 로딩부는 상기 기판 로딩 영역과 상기 전원 인가 영역의 사이를 왕복 이동하며,
    상기 기판 언로딩부는 상기 기판 로딩부가 왕복 이동될 때 상기 전원 인가 영역과 상기 기판 언로딩 영역의 사이를 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 기판 지지대를 1차 상승시킨 후, 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 얼라인하는 단계와 상기 기판 지지대를 2차 상승시키어 상기 기판 지지대 상에서 얼라인된 제1 기판의 도전성 박막이 상기 기판 지지대의 상부에 배치된 전원인가용 전극에 접촉되도록 하는 단계의 사이에는 상기 기판 지지대 측으로 이송된 기판을 진공을 이용하여 흡착 고정하는 단계가 더 포함되고,
    상기 전원인가용 전극을 통해 상기 제1 기판의 도전성 박막에 전원을 인가함으로써 주울(joule)열을 발생시키고 상기 발생된 주울열을 통하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 단계와 상기 기판 지지대를 하강시키어 상기 기판 지지대로 이송된 제1 기판을 상기 기판 로딩부로부터 일정간격 이격되게 배치된 기판 언로딩부로 이송되도록 하는 단계의 사이에는 상기 기판 지지대에 흡착 고정된 기판을 고정 해제하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조방법.
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