KR101108169B1 - 연속 측면 결정화용 마스크 및 이를 구비하는 연속 측면 결정화 장치 - Google Patents

연속 측면 결정화용 마스크 및 이를 구비하는 연속 측면 결정화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속 측면 결정화용 마스크에 관한 것으로, 상세하게는 활성층의 결정화 패턴에 기인한 중첩영역(Y-OL) 및 사선 얼룩이 발생하는 현상을 방지할 수 있는 연속 측면 결정화용 마스크에 관한 것이다.
본 발명은 제1 방향으로 이동하면서, 레이저 발생장치에서 발산하는 레이저를 선택적으로 투과시키는 마스크를 포함하며, 상기 마스크는 상기 제1 방향의 폭보다 상기 제1 방향에 대해 수직인 제2 방향의 폭이 더 긴 슬릿들을 다수 개 구비하고, 상기 각각의 슬릿은 상기 제1 방향에 대하여 소정 각도 기울어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 측면 결정화용 마스크를 제공한다.

Description

연속 측면 결정화용 마스크 및 이를 구비하는 연속 측면 결정화 장치{Mask for Sequential Lateral Solidification and Sequential Lateral Solidification apparatus therewith}
본 발명은 연속 측면 결정화용 마스크 및 이를 구비하는 연속 측면 결정화 장치에 관한 것으로, 상세하게는 활성층의 결정화 패턴에 기인한 중첩영역(Y-OL) 및 사선 얼룩이 발생하는 현상을 방지할 수 있는 연속 측면 결정화용 마스크 및 이를 구비하는 연속 측면 결정화 장치에 관한 것이다.
액티브 매트릭스형(Active Matrix type, AM) 유기 발광 표시장치는 각 픽셀마다 픽셀 구동회로를 구비하며, 이 픽셀 구동회로는 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터를 포함한다. 박막 트랜지스터를 구성하는 실리콘으로는 비정질 실리콘 또는 다결정질 실리콘이 사용된다.
픽셀 구동회로에 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous silicon TFT: a-Si TFT)는 소스, 드레인 및 채널을 구성하는 반도체 활성층이 비정질 실리콘이기 때문에 1㎠/Vs 이하의 낮은 전자 이동도를 갖는다. 이에 따라 최근에는 상기 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 다결정질 실리콘 박막 트랜지스터(polycrystalline silicon TFT: poly-Si TFT)로 대체하는 경향으로 가고 있다. 상기 다결정질 실리콘 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 전자 이동도가 크고, 빛의 조사에 대한 안정성이 우수하다. 따라서, 이 다결정질 실리콘 박막 트랜지스터는 AM 유기 발광 표시장치의 구동 및/또는 스위칭 박막 트랜지스터의 활성층으로 사용되기에 매우 적합하다.
상기와 같은 다결정질 실리콘을 여러 가지 방법으로 제작할 수 있는 데, 이는 다결정 실리콘을 직접 증착하는 방법과, 비정질 실리콘을 증착한 후 결정화하는 방법으로 크게 두 가지로 구분될 수 있다.
다결정질 실리콘을 직접 증착하는 방법에는 열화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), Photo CVD, HR(hydrogen radical) CVD, ECR(electron cyclotron resonance) CVD, PE(Plasma Enhanced) CVD, LP(Low Pressure) CVD 등의 방법이 있다.
한편, 비정질 실리콘을 증착한 후 결정화하는 방법에는 고상결정화(Solid Phase Crystallization: SPC)법, 엑시머 레이저(Excimer Laser Crystallization: ELC)법, 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization: MIC)법, 금속 유도 측면 결정화(Metal Induced Lateral Crystallization: MILC)법, 연속측면고상화(Sequential Lateral Solidification: SLS)법 등이 있다.
그런데, 상기 고상결정화법은 600℃ 이상의 고온에서 장시간 유지되어야 하므로 그 실용성이 현저히 떨어지며, 엑시머 레이저법은 저온 결정화를 이룰 수 있다는 장점이 있지만 레이저 빔을 광학계를 이용해 넓힘으로써 균일성이 떨어지는 단점이 있다. 한편, 금속 유도 결정화법은 비정질 실리콘의 표면에 금속 박막을 증착한 후 이를 결정화 촉매로 삼아 실리콘막의 결정화를 진행해 나가는 것으로 결정화 온도를 낮출 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 이 금속 유도 결정화법 또한 다결정질 실리콘막이 금속에 의해 오염되어 있어 이 실리콘 막으로 형성한 박막 트랜지스터 소자의 특성이 불량하게 되며, 형성되는 결정 또한 크기가 작고 무질서한 문제가 있었다.
연속 측면 고상화법(이하 SLS법 이라 함)은 실리콘의 결정립(Grain)이 액상과 고상의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직한 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 마스크를 이용하여 특정 영역에 레이저 빔을 투과시켜 비정질 실리콘의 일부를 용융시키고, 용융된 실리콘의 부분과 용융되지 않은 실리콘의 부분의 경계로부터 용융된 실리콘의 부분으로 결정성장이 이루어지도록 함으로써 결정화를 이루는 것이다. 이 SLS법은 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly-Si)의 제조방법으로 주목받고 있다.
이러한 SLS기술을 실현하기 위한 SLS 장비는 이하, 도 1에 도시한 바와 같다.
상기 SLS 장비(32)는 레이저 빔(34)을 발생하는 레이저 발생장치(36)와, 상기 레이저 발생장치를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈(40)와, 기판(44)에 레이저 빔을 나누어 조사시키는 마스크(38)와, 상기 마스크(38)의 상, 하부에 위치하여 상기 마스크를 통과한 레이저빔(34)을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈(42)로 구성된다.
상기 레이저빔 발생장치(36)는 광원에서 가공되지 않은 레이저빔을 방출시키고, 어테뉴에이터(미도시)를 통과시켜 레이저빔의 에너지 크기를 조절하고, 상기 집속렌즈(40)를 통해 레이저 빔(34)을 조사하게 된다.
상기 마스크(38)에 대응되는 위치에는 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판(44)이 고정된 x-y스테이지(46)가 위치한다. 이때, 상기 기판(44)의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 상기 x-y스테이지(46)를 미소하게 이동하여 줌으로써 결정영역을 확대해 나가는 방법을 사용한다.
전술한 구성에서, 상기 마스크(38)는 상기 레이저 빔을 통과시키는 투과영역(A)과, 레이저 빔을 차단하는 차단영역(B)으로 구분된다. 상기 차단영역(B)의 너비(투과영역 사이의 거리)는 결정립의 측면성장 길이를 결정한다.
전술한 바와 같은 종래의 SLS 결정화 장비를 이용하여 실리콘을 결정화하는 방법을 알아본다.
일반적으로, 결정질 실리콘은 상기 기판에 절연막인 버퍼층(buffer layer)(미도시)을 형성하고, 상기 버퍼층 상부에 비정질 선행 막을 증착한 후에 이를 이용하여 형성한다. 상기 비정질 선행 막은 일반적으로 화학 기상증착법(CVD)등을 이용하여 기판에 증착하게 되며, 이는 박막 내에 수소를 많이 함유하고 있다. 상기 수소는 열에 의해 박막을 이탈하는 특징이 있기 때문에, 상기 비정질 선행 막을 1차로 열처리하여 탈수소화 과정을 거치는 것이 필요하다. 왜냐하면, 수소를 미리 제거하지 않은 경우에는 결정박막의 표면이 매우 거칠어져 전기적으로 특성이 좋지 않기 때문이다.
그런데, 레이저 빔을 이용한 결정화는 기판의 전 면적을 동시에 결정화할 수 없다. 왜냐하면, 레이저 빔의 빔 폭과 마스크(도 1의 38)의 크기가 제한되어 있기 때문에, 대면적으로 갈수록 상기 하나의 마스크(도 1의 38)를 여러 번 정렬하고, 그때마다 결정화 과정을 반복함으로써 결정화가 이루어진다. 이때, 상기 단일 마스크의 축소면적만큼 결정화된 영역을 한 블록이라 정의하면, 상기 한 블록 내의 결정화 또한 다차(多次)의 레이저 빔 조사를 통해 이루어진다.
이하, 도 2는 종래의 실리콘 결정화에 사용되는 마스크의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 마스크(60)의 구성은, x-방향으로 한번 이동(single scan)하면서 결정화 공정을 진행하여 2샷(2 shot) 효과(2번의 샷으로 한 블록의 결정화를 완료하는 것임)를 얻을 수 있는 구성이다.
도시한 바와 같이, 마스크(60)는 투과 영역(A)과 차단 영역(B)으로 구성되며, 투과 영역(A)은 가로 방향으로 연장된 스트라이프 형상으로 구성된다. 이때, 상기 투과 영역(A)은 상부와 하부에 일정 간격 이격하여 구성되며, 이격된 영역에 대응하는 일 끝단에 상기 상하에 구성되는 투과 영역(A)과 근접하게 또 하나의 투과 영역(A)이 위치하는 형상으로 구성한다.
상기 상/하에 위치한 투과 영역(A) 사이의 이격 영역의 길이(d)는 투과 영역(A)의 길이(L)와 비교하여 작고, 상기 세 개의 투과 영역(A)은 폭(W)과 길이(L)가 모두 동일하도록 설계된 것이다.
이와 같이 하면, 상기 마스크의 상부로부터 레이저빔을 조사하였을 경우, 멜팅 영역에서는 비정질 실리콘층의 양측 계면에서 결정립이 각각 측면 성장하게 되고, 각 측면 성장한 결정립(grain)은 결정립계(grainboundary)가 충돌하면서 성장을 멈추게 되며, 측면 성장한 결정립 사이에 핵 생성 영역이 존재하지 않게 된다. 이와 같이 x-방향으로의 싱글 스캔(single scan)을 통해 2샷의 결정화 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 통상의 폴리실리콘 박막의 제조 방법에서 사용되는 마스크의 구조를 사용하여 결정화하는 방법을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 투과 패턴과 불투과 패턴을 구비하는 통상의 마스크(60)를 사용하여 먼저 기판(70)상에 형성된 비정질 실리콘에 레이저를 조사하여 비정질 실리콘이 용해된 후 고형화되면서 폴리실리콘을 형성하게 된다.
그리고 나서, 도 3b에 도시된 바와 같이, x축 방향으로 일정 거리만큼 마스크를 쉬프트 한 후 다시 레이저를 조사하면 비정질 실리콘과 투과 영역이 중첩되는 부분의 결정화된 영역의 폴리실리콘은 도 3c에 도시된 바와 같이, 다시 용해되어 결정화된다. 이와 같은 방법으로 연속적으로 계속하여 스캔하면서 레이저를 조사하여 비정질 실리콘과 투과 영역의 마스크 패턴이 중첩되는 부분에서의 폴리실리콘이 용해되고 다시 고형화되면서 결정화가 이루어진다.
이와 같이, 마스크를 x축을 따라 이동시키면서 마스크의 상부로 레이저빔을 조사하여, 연속적으로 하부의 비정질 실리콘을 결정화시켜서 x축 방향의 결정화를 완료하고 나면, 도 3d에 도시된 바와 같이, 마스크를 y축 방향으로 일정 정도 이동한 후, 다시 x축을 따라 마스크를 이동시키면서 비정질 실리콘을 결정화시키게 된다.
그런데, 이 경우 비정질 실리콘이 y축 방향으로 단절되지 아니하고 연속적으로 형성되도록 하기 위해서는, 마스크를 y축 방향으로 일정 정도 이동시킬 때, 마스크의 투과영역(A)의 일 부분이 이미 결정화된 비정질 실리콘의 일부와 중첩되도록 한 후, 결정화를 진행해야만 한다. 즉, 기 형성된 상측의 결정영역의 일부와 새롭게 형성될 하측의 결정영역의 일부가 중첩되는 중첩영역(Y-OL)이 필연적으로 발생하게 되며, 이러한 중첩영역(Y-OL)은 불균일 영역으로써 결정화 품질을 저하시킨다는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다결정질 실리콘재 활성층으로 인해 중첩영역(Y-OL) 및 사선 얼룩이 발생하는 현상을 방지할 수 있는 연속 측면 결정화용 마스크 및 이를 구비하는 연속 측면 결정화 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 제1 방향으로 이동하면서, 레이저 발생장치에서 발산하는 레이저를 선택적으로 투과시키는 마스크를 포함하며, 상기 마스크는 상기 제1 방향의 폭보다 상기 제1 방향에 대해 수직인 제2 방향의 폭이 더 긴 슬릿들을 다수 개 구비하고, 상기 각각의 슬릿은 상기 제1 방향에 대하여 소정 각도 기울어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 측면 결정화용 마스크를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 슬릿들 중 일부는 나머지 일부에 비하여 길이가 길게 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 슬릿들의 양단부 중 적어도 일 단부는 상기 레이저가 조사되는 영역 외부로 연장 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다수 개의 슬릿들은 하나 이상의 블록으로 그루핑(grouping) 될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 슬릿들의 총 개수는 홀수일 수 있다.
다른 측면에 관한 본 발명은, 레이저 발생장치; 기판이 안착되며 상기 레이저 발생장치에서 발산하는 레이저가 조사되는 스테이지; 및 상기 제1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 연속 측면 결정화용 마스크를 포함하는 연속 측면 결정화 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 연속 측면 결정화용 마스크는 상기 스테이지의 X-pitch 및 Y-pitch를 최대화시키도록 형성될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 연속 측면 결정화용 마스크 및 이를 구비하는 연속 측면 결정화 장치로 인하여 중첩영역(Y-OL) 및 사선 얼룩이 발생하는 현상을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 SLS 결정화 장비를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 연속 측면 결정화용 마스크를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 종래의 연속 측면 결정화용 마스크를 이용한 결정화 공정을 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 측면 결정화용 마스크의 구성을 도시한 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 A의 확대도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 마스크를 이용한 연속 측면 결정화 방법을 공정 순서에 따라 도시한 공정 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다 .
본 발명의 일 실시예에 따른 연속 측면 결정화용 마스크는, 레이저빔의 스캔 방향(scan direction)과 평행한 슬릿(slit)의 제1 방향 폭이, 레이저빔의 스캔 방향과 수직한 제2 방향 폭보다 짧게 구성되는 이른바 버티컬(vertical) 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 측면 결정화용 마스크의 구성을 도시한 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 A의 확대도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연속 측면 결정화용 마스크(100)는 각 슬릿(Slit)의 제1 방향(x방향) 즉 레이저 빔의 스캔 방향의 폭을, 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향(y방향)의 폭보다 짧게 구성하는 것을 특징으로 한다. 더불어, 상기 각각의 슬릿은 상기 제1 방향(x방향) 및 제2 방향(y방향)에 대하여 소정 각도 틸트(tilt)되어 있는 것을 일 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 종래의 연속 측면 결정화용 마스크는 레이저빔의 스캔 방향(scan direction)과 평행한 제1 방향의 슬릿 폭이, 레이저빔의 스캔 방향과 수직한 제2 방향의 슬릿 폭보다 짧게 구성되는 이른바 수평(horizontal) 구조로 형성되는 것이 일반적이었다. 그러나 이 경우 기 형성된 상측의 결정영역의 일부와 새롭게 형성될 하측의 결정영역의 일부가 중첩되는 중첩영역(Y-OL)이 필연적으로 발생하게 된다는 문제점이 존재하였다.
한편, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 마스크를 버티컬(vertical) 구조로 형성하고자 하는 시도가 있었다. 그런데, 픽셀(Pixel) 배치 상 박막 트랜지스터(TFT)는 일정 배열을 가지게 되며, SLS 결정화 후 발생하는 돌기도 마찬가지로 일정 배열을 가지게 된다. 이때 특정 위치(사선 위치)에 해당하는 박막 트랜지스터(TFT)에 돌기 개수가 한 개 더 많게 혹은 적게 배열할 수 있고, 이러한 특성이 사선 방향의 픽셀(pixel)을 기준으로 주기적으로 변하게 되어, 결과적으로 사선 얼룩이 발생한다는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 마스크가 버티컬(vertical) 구조로 형성되는 동시에, 마스크의 각 슬릿이 레이저 빔의 스캔 방향에 대하여 소정 각도 틸트(tilt)되어 있는 것을 일 특징으로 한다.
상세히, 본 발명의 일 실시예에 관한 연속 측면 결정화용 마스크(100)에는 제1 방향(x방향) 즉 레이저 빔의 스캔 방향의 폭보다, 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향(y방향)의 폭이 길게 형성된 복수 개의 슬릿이 형성되어 있다. 여기서, 상기 슬릿들은 제2 방향(y방향)에 대하여 소정 각도(θ) 만큼 틸트 되어 있다. 또한, 상기 슬릿들 중 일부는 마스크(100)의 상단부부터 하단부까지 길게 이어져 있는 long 슬릿(LS)이며, 상기 슬릿들 중 나머지 일부는 long 슬릿(LS)에 비하여 일부분이 잘려있는 short 슬릿(SS)이다.
한편, 상기 마스크(100)는 복수 개의 블록(B)으로 분할되어 있는 것으로 볼 수 있다. 여기서 각각의 블록(B)의 일 측은 short 슬릿(SS)으로 이루어져 있으며, 나머지 부분은 long 슬릿(LS)으로 이루어져 있다.
한편, 상기 슬릿들의 단부(ES)는 마스크(100)의 투과 영역 외측으로 연장 형성되어 있다. 이와 같이 각 슬릿들의 단부가 마스크(100)의 투과 영역 외측으로 연장 형성됨으로써, 슬릿의 상하 부분에 오버랩 영역이 형성되어 결정화 시 데드 존(dead zone)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 측면 결정화용 마스크를 설계하기 위하여, 다음과 같은 과정을 거칠 수 있다.
먼저 설계 과정에서 사용될 변수들은 다음과 같이 정의할 수 있다.
L = 슬릿 폭(slit width)
S = 슬릿 간 거리
n1 = short 슬릿 수
n2 = 슬릿 블록(slit block) 수
n4 = 총 슬릿 수
n5 = long 슬릿 수
θ = 슬릿의 틸트 각(tilt angle)
W' = short 슬릿 영역 폭
W = 레이저 빔 폭(Beam width)
l' = 단위 레이저 빔 길이(하나의 블록에 해당하는 레이저 빔 길이)
l = 레이저 빔 길이(Beam length)
먼저, SLS 장비(도 1의 32 참조)를 고려하여, 슬릿 폭(L), 슬릿 간 거리(S) 및 슬릿의 틸트 각(θ)을 결정한다. 여기서, 슬릿 폭(L), 슬릿 간 거리(S) 및 슬릿의 틸트 각(θ)에 따라 패턴 간 오버랩 영역과 결정 돌기부터 패턴 에지(edge)까지의 간격이 달라지는데, 이는 결정화 후 박막 트랜지스터(TFT)의 특성 및 화질에 영향을 주는 인자가 된다. 특히 결정 돌기 간격은 박막 트랜지스터(TFT)의 균일성 및 이동성(mobility) 등의 특성에 영향을 주는데, 장치마다 원하는 특성에 맞게 적정 마진을 참고하여 결정할 수 있다.
슬릿 폭(L), 슬릿 간 거리(S) 및 슬릿의 틸트 각(θ)가 결정되면 수학식 1에 의하여 short 슬릿 영역 폭(W')이 연산되고, short 슬릿 영역 폭(W')이 결정되면 수학식 2에 의하여 단위 레이저 빔 길이(l')가 연산된다.
Figure 112010015514012-pat00001
Figure 112010015514012-pat00002
다음으로, 슬릿 블록 수(n2)와 short 슬릿 수(n1)를 결정한다. 여기서, 슬릿 블록 수(n2)와 short 슬릿 수(n1)는 레이저 빔 길이(l)와 연관된 요소이므로, SLS 장비(도 1의 32 참조)의 레이저 발생장치(도 1의 36 참조)에서 발생하는 빔의 사양에 맞추어 결정할 수 있을 것이다.
슬릿 블록 수(n2)와 short 슬릿 수(n1)가 결정되면 수학식 3에 의하여 레이저 빔 길이(l)가 연산된다. 여기서, 상기 레이저 빔 길이(l)는 설비의 사양에 따라 결정할 수 있을 것이다.
Figure 112010015514012-pat00003
다음으로, 블록(block) 내 총 슬릿 수(n4)를 결정한다. 여기서, 상기 블록(block) 내 총 슬릿 수(n4) 또한 설비의 사양에 따라 결정할 수 있을 것이다.
블록(block) 내 총 슬릿 수(n4)가 결정되면 수학식 4에 의하여 레이저 빔 폭(W)이 연산된다.
Figure 112010015514012-pat00004
또한, short 슬릿 수(n1)와 블록(block) 내 총 슬릿 수(n4)로부터 long 슬릿 수(n5)의 개수가 연산된다.
상기 계산된 값들을 기초로 하여 X-pitch와 Y-pitch를 연산한다. 참고로, 본 발명의 SLS 장비(도 1의 32 참조)에서 사용하는 레이저(Laser)는 펄스(Pulse) 타입으로, 일반적으로 1초에 300번(300Hz) 펄스(pulse)를 만들어주어 300번 샷(shot)을 찍어주는 구조이다. 이때, 샷과 샷 간에 스테이지가 이동하는 거리를 스캔 피치(scan pitch)라고 하며, 특히 x방향으로 이동하면 X-pitch, y방향으로 이동하면 Y-pitch가 된다.
이와 같은 X-pitch 및 Y-pitch는 수학식 5 및 수학식 6에 의하여 연산될 수 있다.
Figure 112010015514012-pat00005
Figure 112010015514012-pat00006
상기 X-pitch와 Y-pitch가 커지면, 스테이지의 이동 속도가 빨라지므로 공정 시간이 줄어들고 수율이 향상될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 측면 결정화용 마스크의 설계는 X-pitch와 Y-pitch를 최대화시키는 방향으로 진행되어야 한다.
또한, 총 슬릿 수(n4)는 홀수인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 총 슬릿 수(n4)가 홀수로 형성되어야만 실제 레이저 빔을 스캔할 때 패턴의 중복이 방지되어, 결정화 균일성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
이와 같은 본 발명에 의하여, 마스크의 슬릿들을 버티컬 패턴으로 배치함으로써 y방향의 중첩영역(Y-OL)의 발생을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 버티컬 패턴으로 배치된 마스크의 슬릿들을 일정 각도 틸트시킴으로써 사선 얼룩의 발생을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 상술한 연속 측면 결정화용 마스크를 이용하여 결정화를 수행하는 방법을 구체적으로 설명한다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 마스크를 이용한 연속 측면 결정화 방법을 공정 순서에 따라 도시한 공정 평면도이다.(이하, 도시한 마스크의 형상은 축소 렌즈의 배율만큼 축소된 것이며, 슬릿은 곧 레이저빔이라 상정할 수 있다.)
도 5에 도시한 바와 같이, 비정질막이 형성된 기판(200)을 x-y 스테이지(도 1의 46 참조)에 고정하고, 본 발명에 따른 마스크(도 4a의 100 참조)를 축소렌즈를 사이에 두고 기판(200)상에 위치시킨다.
다음으로, 상기 마스크(도 4a의 100 참조)의 상부로 레이저빔을 조사하면, 상기 마스크(도 4a의 100 참조)의 슬릿을 통해 막대형상으로 성형된 레이저빔이 축소렌즈에 의해 일정배율로 축소되어 비정질막에 조사된다. 이때, 상기 레이저빔은 완전용융 에너지대 이상의 에너지를 가지고 조사되며 따라서, 레이저빔이 조사된 영역은 완전 용융된 후 결정화된다.
이와 같이 결정화된 결정영역(C1,C2,C3.. )은 마스크(도 4a의 100 참조)의 각 슬릿의 개수만큼 발생하게 되며, 각 결정영역(C1,C2,C3)은 서로 마주보는 방향으로 측면 성장한 결정립으로 구성된 제1 결정영역(G1)과 제2 결정영역(G2)으로 형성된다. 이때, 전술한 각 결정영역(C1,C2,C4)은 결정립(204a, 204b)의 성장방향인 x- 방향으로는 결정립의 불연속적인 성장이 발생하지 않는다.
다음으로, 도 6에 도시한 바와 같이, 1차 레이저빔의 조사에 의한 결정화가 완료된 후, x-y 스테이지를 -x방향으로 이동하는데 이때 이동거리는 앞서 설명한 바와 같이, 마스크(도 4a의 100 참조)의 폭만큼 즉, n4 * (L+S)만큼 이동하면서 결정화를 진행한다.
다음으로, 도 7에 도시한 바와 같이, x 방향으로의 레이저빔의 스캔에 의한 결정화가 완료되면, 다시 x-y 스테이지를 y 방향으로 움직이지 않고, x 방향으로 (L+S)/2 움직인다. 즉, 마지막으로 결정화된 영역(C1,C2......Cn)에서 상기 마스크가 (L+S)/2 움직여 기판(200)의 상부에 대응된다. 이러한 경우, 상기 마스크의 슬릿은 이미 결정화된 결정 영역의 사이 영역(N)에 위치하게 된다.
따라서, 도 8에 도시한 바와 같이, x 방향으로의 결정화가 완료된 후 마스크를 (L+S)/2 만큼 이동한 후 1차 레이저빔을 조사하여 결정화를 진행한 후에는, 다시 상기 마스크의 크기만큼 즉, n(L+S)만큼 x-y 스테이지를 x 방향으로 움직이면서 결정화를 진행한다. 따라서, x 방향과 -x 방향으로 결정화를 진행함으로써 2샷의 레이저빔 조사를 통해 일정영역의 결정화가 완료되는 결과를 얻을 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하여, 마스크의 슬릿들을 버티컬 패턴으로 배치함으로써 y방향의 중첩영역(Y-OL)의 발생을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 버티컬 패턴으로 배치된 마스크의 슬릿들을 일정 각도 틸트시킴으로써 사선 얼룩의 발생을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
32: SLS 장비 34: 레이저 빔
36: 레이저 발생장치 40:집속렌즈
44: 기판 38: 마스크
42: 축소렌즈

Claims (7)

  1. 제1 방향으로 이동하면서, 레이저 발생장치에서 발산하는 레이저빔을 선택적으로 투과시키는 마스크를 포함하며,
    상기 마스크는 상기 레이저빔의 스캔 방향인 상기 제1 방향의 폭보다 상기 제1 방향에 대해 수직인 제2 방향의 폭이 더 긴 슬릿들을 다수 개 구비하고,
    상기 각각의 슬릿은 상기 제1 방향에 대하여 소정 각도 기울어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 측면 결정화용 마스크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 슬릿들 중 일부는 나머지 일부에 비하여 길이가 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 측면 결정화용 마스크.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 슬릿들의 양단부 중 적어도 일 단부는 상기 레이저빔이 조사되는 영역 외부로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 측면 결정화용 마스크.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 다수 개의 슬릿들은 하나 이상의 블록으로 그루핑(grouping) 되는 것을 특징으로 하는 연속 측면 결정화용 마스크.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 슬릿들의 총 개수는 홀수인 것을 특징으로 하는 연속 측면 결정화용 마스크.
  6. 레이저 발생장치;
    기판이 안착되며 상기 레이저 발생장치에서 발산하는 레이저빔이 조사되는 스테이지; 및
    상기 제1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 연속 측면 결정화용 마스크를 포함하는 연속 측면 결정화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연속 측면 결정화용 마스크는 상기 스테이지의 X-pitch 및 Y-pitch를 최대화시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 측면 결정화 장치.
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