KR101296556B1 - 폴리실리콘 결정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리실리콘 결정화 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리실리콘 결정화 장치는 챔버와 챔버내에 형성되고, 아몰퍼스 실리콘이 형성된 기판을 안착하기 위한 스테이지와, 아폴퍼스 실리콘으로 레이저빔을 주사하는 투사렌즈와, 최소한 상기 레이저빔이 조사되는 영역에 한해서는 개구부를 갖는 차단막을 구비하고, 차단막의 일측에서는 질소기체 블로잉(N2)을 실시하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리실리콘 결정화 장치{Apparatus for Crystallization of Polysilicon}
도 1은 종래의 폴리실리콘 결정화 장치를 나타내는 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 폴리실리콘 결정화 장치를 나타내는 도면.
도 4는 결정화 단계에서 얼룩불량을 나타내는 도면.
도 5는 질소기체의 유량조절로 얼룩불량을 제거한 것을 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2, 52 : 챔버 4, 54 : 스테이지
6, 56 : 기판 76 : 차단막
74 : 분사부 14, 64 : 투사렌즈
본 발명은 폴리실리콘 결정화 장치에 관한 것으로, 특히 엑시멈 레이저의 투사렌즈의 오염을 방지하고, 폴리실리콘에 발생하는 얼룩 불량을 방지할 수 있는 폴 리실리콘 결정화 장치에 관한 것이다.
통상, 액정표시소자(Liquid Crystal Display; LCD)는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널에 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 이 경우, 액정셀들을 스위칭하는 소자로서 통상 박막트랜지스터(Thin film Transistor; TFT)가 이용되고 있다.
이러한 액정표시소자에 이용되는 박막트랜지스터는 반도체층으로 아몰퍼스(Amorphous) 실리콘 또는 폴리(Poly) 실리콘을 이용한다. 아몰퍼스 실리콘형 박막트랜지스터는 아몰퍼스 실리콘막의 균일성이 비교적 좋아 특성이 안정된 장점을 가지고 있다. 그러나, 아몰퍼스 실리콘형 박막트랜지스터는 전하 이동도가 낮아 응답 속도가 느리다는 단점을 가지고 있다. 이에 따라, 아몰퍼스 실리콘형 박막트랜지스터는 빠른 응답 속도를 필요로 하는 고해상도 표시 패널이나 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버의 구동 소자로는 적용이 어려운 단점을 가지고 있다.
폴리실리콘형 박막트랜지스터는 전하 이동도가 높음에 따라 빠른 응답 속도를 필요로 하는 고해상도 표시 패널에 적합할 뿐만 아니라 주변 구동 회로들을 표시 패널에 내장할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이에 따라, 폴리실리콘형 박막트랜지스터를 이용한 액정 표시 장치가 대두되고 있다.
폴리실리콘 박막트랜지스터를 제조하기 위해 폴리실리콘을 결정화하는 방법은 고상결정(Solid Phase Crystallization : SPC) 방법, 금속유도결정화(Metal Induced Crystallization : MIC) 방법 및 엑시머 레이저 어닐링(Excimer Laser Annealing : ELA) 방법 등이 있다.
도 1은 폴리실리콘 결정화 장치로서 종래의 엑시머 레이저 어닐링 장치를 나타내는 단면도이다.
종래의 엑시머 레이저 어닐링 장치는 진공의 챔버(2)와, 기판(6)을 안착하기 위한 스테이지(4)와 챔버(2)의 상측에서 레이저빔을 조사하기 위한 투사렌즈(14)를 구비한다.
투사렌즈(14)는 광원(도시하지 않음)에서 발생하여 기판의 일측면 이상의 폭을 가지는 레이저빔을 기판(6)위에 형성된 아몰퍼스 실리콘(8)에 주사함으로써 실리콘 결정화를 행한다.
투사렌즈(14)에서 수직으로 주사되는 레이저빔으로 기판(6)위에 형성된 아몰퍼스 실리콘(8)의 전면을 결정화하기 위해 스테이지(4)는 레이저빔의 폭의 수직방향(D)으로 이동한다.
챔버(2)를 진공으로 유지하는 것은 결정화시에 실리콘(Si)과 산소(O2)의 반응에 의해 생성된 이산화규소(SiO2)에 의해 결정화 표면이 거칠어 질 수 있기 때문에 산소를 효과적으로 제거하기 위함이다. 하지만 이러한 방법은 결정화 과정에서 아몰퍼스 실리콘이 멜팅(Melting)되면서 발생하는 실리콘 가스(Si-fume)가 투사렌즈에 흡착되어 투사렌즈(14)를 오염시킨다. 이에 따라 레이저빔의 투과율이 저하되고 균일하지 못한 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 투사렌즈의 오염을 방지하면서, 폴리실리콘막의 얼룩 불량을 방지 할 수 있는 폴리실리콘 결정화 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폴리실리콘 결정화 장치는 챔버와 챔버내에 형성되고, 아몰퍼스 실리콘이 형성된 기판을 안착하기 위한 스테이지와 아폴퍼스 실리콘으로 레이저빔을 주사하는 투사렌즈와, 최소한 상기 레이저빔이 조사되는 영역에 한해서는 개구부를 갖는 차단막을 구비하고, 차단막의 일측에서는 질소기체 블로잉(N2)을 실시하는 것을 특징으로 한다.
질소기체 블로잉은 개구부 방향으로 실시되어 결정화시 발생하는 가스가 투사렌즈에 흡착되는 것을 물리적으로 방지한다.
질소기체 블로잉은 50ℓpm 이하로 실시하는 것이 바람직하다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 폴리실리콘 결정화 장치를 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 폴리실리콘 결정화 장치는 챔 버(52)와, 기판(56)을 안착하기 위한 스테이지(54)와, 레이저빔(68)을 주사하기 위한 투사렌즈(64) 및 차단막(76)을 구비한다.
투사렌즈(64)는 광원(도시하지 않음)에서 발생하여 기판의 폭보다 넓은 폭을 가지는 레이저빔(68)을 기판(56)위에 형성된 아몰퍼스 실리콘(armorphous silicon, 58)에 주사함으로써 실리콘 결정화를 행한다.
스테이지(54)는 투사렌즈(64)에서 수직으로 주사되는 레이저빔(68)을 이용하여 기판(56)위에 형성된 아몰퍼스 실리콘(58)의 전면을 순차적으로 결정화하기 위해 레이저빔 폭의 수직방향(D)으로 이동한다. 이를 위해 챔버(52)에는 스테이지(54)를 이동시킬 수 있는 수단이 형성되는데, 일례로 상기 챔버(52)의 바닥면에 고정된 다수의 롤러(60)를 이용할 수 있다. 이 경우 상기 스테이지(54)는 상기 롤러(60)에 접촉하여 상기 롤러(60)의 회전에 의해 이동 가능하다. 한편 상기 롤러(60) 각각은 적어도 상기 스테이지(54)의 폭의 길이보다 긴 길이를 가질 수 있다. 즉 도면 3에서와 같이 상기 롤러(60)의 길이(d1)는 상기 스테이지(54)의 폭(d2)의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
차단막(76)은 투사렌즈(64)를 둘러싸는 영역에서 박스 형태로 형성되며, 아랫부분이 꺽어진 형태를 가지고, 투사렌즈(64)를 통해 주사되는 레이저빔(68)이 통과하는 경로에 대해서는 개구부(78)를 가진다. 차단막(76)의 일측에는 분사부(74)가 형성된다.
분사부(74)는 질소 기체를 분사하여 질소기체 블로잉(N2 blownig)을 진행한다. 이러한 분사부(74)는 차단막(76)의 측면에서 형성되고, 분사부(74)를 통하여 진행되는 질소기체 블로잉은 개구부(78)를 통하여 질소기체(N2)를 분사한다. 이를 통해 결정화가 이루어지는 부분에서 산소기체(O2) 농도를 조절할 수 있고, 결정화시에 발생되는 질소 가스(Si-fume)로 인한 투사렌즈(64)의 오염을 방지한다.
특히, 이러한 질소 기체 블로잉은 질소 기체 유량을(N-fume)ℓpm이하로 하는 것이 바람직하다. 이는 질소 기체의 유량을 50ℓpm 이상으로 할 경우 결정화 진행시 멜팅(melting)된 실리콘에 물리적인 힘이 가해져서 도 4의 'A'영역에서 보는 바와 같이 얼룩무늬의 불량이 발생할 수 있기 때문이다. 이러한 얼룩은 액정 패널 등의 표시장치에서 육악으로 식별이 가능할 정도가 되어 표시품질의 심각한 장애가 된다.
따라서, 질소 기체의 유량을 50ℓpm이하로 조절함에 따라 도 5와 같이 얼룩무늬 불량이 없는 폴리실리콘 결정화를 실시할 수 있다. 좀 더 구체적으로는 1ℓpm/㎠ 로 50ℓpm 이하의 유량이 되도록 설정한다.
한편 질소 기체의 유량을 지나치게 작게 할 경우에는 결정화가 이루어지는 부분에서의 산소 기체(O2) 농도가 적정치 않거나, 결정화가 진행시 실리콘이 멜팅되는 과정에서 발생하는 질소 가스에 의한 투사렌즈 오염을 방지하는 역할이 미흡해진다. 따라서, 질소 기체 유량은 5ℓpm 이상을 유지하는 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로 질소 기체 유량은 5ℓpm~15ℓpm 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리실리콘 결정화 장치에 의하면 질소기체 블로잉을 통하여 결정화시 발생되는 질소 가스에 의한 투사렌즈의 오염을 방지하고, 결정화가 이루어지는 부분에서의 산소기체 농도를 조절할 수 있다. 특히, 질소기체 블로잉 과정에서 질소기체의 유량을 실험을 통한 통계적인 데이타를 바탕 으로 가장 적절한 수치를 제시함으로써 질소기체의 충돌로 인한 물리적인 원인으로 발생하는 얼룩 불량도 개선할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (7)

  1. 챔버;
    상기 챔버내에 형성되고, 아몰퍼스 실리콘이 형성된 기판을 안착하기 위한 스테이지;
    상기 아폴퍼스 실리콘으로 레이저빔을 주사하는 투사렌즈;
    상기 투사렌즈를 감싸고 있고, 최소한 상기 레이저빔이 조사되는 영역에 한해서는 개구부를 가지고, 아랫부분이 꺾어진 형태의 차단막;
    상기 챔버의 바닥면에 고정된 다수의 롤러를 구비하고,
    상기 차단막의 일측에서는 질소기체 블로잉(N2)을 실시하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 결정화장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소기체 블로잉은 상기 개구부 방향으로 실시되어 결정화시 발생하는 가스가 상기 투사렌즈에 흡착되는 것을 물리적으로 방지하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 결정화장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 질소기체 블로잉은 1ℓpm/㎠의 유량으로 50ℓpm 이하로 실시되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 결정화장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 질소기체 블로잉은 1ℓpm/㎠의 유량으로 5~15ℓpm로 실시되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 결정화장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저빔은 일정폭을 가지고, 상기 스테이지는 상기 레이저빔 폭의 수직 방향으로 기판을 이동시키는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 결정화장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 롤러에 접촉하여 상기 롤러의 회전에 의해 이동 가능한 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 결정화장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 롤러 각각의 길이는 적어도 상기 스테이지의 폭의 길이보다 긴 폴리실리콘 결정화장치.
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