KR101372424B1 - 결정질 실리콘 박막 형성 방법 및 이를 위한 결정질 실리콘 박막 형성 장치 - Google Patents

결정질 실리콘 박막 형성 방법 및 이를 위한 결정질 실리콘 박막 형성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결정질 실리콘 박막 형성 방법 및 이를 위한 결정질 실리콘 박막 형성 장치에 관한 것이다.
본 발명의 결정질 실리콘 박막 형성 방법은 유리 기판의 상부에 비정질 실리콘 박막을 형성하는 비정질 실리콘 박막 형성 단계와, 상기 유리 기판을 상기 유리 기판보다 열 질량이 큰 열분산판의 상면에 안착시키는 유리 기판 안착 단계와, 상기 유리 기판과 열분산판을 소정의 예비 가열 온도로 가열하는 예비 가열 단계 및 상기 유리 기판의 상면에 형성된 비정질 실리콘 박막에 플래시 램프의 광선을 조사하는 플래시 램프 조사 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 결정질 실리콘 박막 형성 장치는 열분산판에 안착되어 이송되며 상면에 실리콘 박막이 형성된 유리 기판을 400℃ 이상으로 가열하는 예비 가열부와, 상기 가열로로부터 이송되는 상기 유리 기판을 600℃ 이상으로 가열하는 플래시 램프 가열부 및 상기 공정 챔버로부터 이송되는 유리 기판을 냉각하는 냉각부를 포함하며, 상기 공정 챔버는 몸체를 이루는 하우징부와 플래시 램프를 조사하는 플래시 램프부 및 상기 유리 기판과 열분산판을 수평으로 이송시키는 챔버 롤러를 포함하여 형성될 수 있다.

Description

결정질 실리콘 박막 형성 방법 및 이를 위한 결정질 실리콘 박막 형성 장치{Method of forming crystalline silicone thin film and Apparatus for the same method}
본 발명은 결정질 실리콘 박막 형성 방법 및 이를 위한 결정질 실리콘 박막 형성 장치에 관한 것이다.
유리 기판에 다결정 실리콘 박막을 형성하는 방법에는 1)고상 결정화(Solid Phase Crystallization) 방법, 2)엑사이머 레이저 결정화(Excimer laser crystallization: ELC) 방법, 3)금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization: MIC) 방법, 4)마이크로파(Microwave) 가열 결정화 방법 등이 있다. 먼저, 고상 결정화 방법은 비정질 실리콘 박막을 유리 기판에 증착한 후에 550~750℃의 온도에서 수 분에서 수십 시간 동안 열처리하여 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 방법이다. 엑사이머 레이저 결정화 방법은 엑사이머 레이저를 비정질 실리콘 박막에 순간적으로 조사하여 유리 기판의 상부에 증착된 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 방법이다. 금속 유도 결정화 방법은 비정질 실리콘 박막에 금속원소(Ni, Pd, Au, Ag, Cu 등)를 첨가한 후에 상대적으로 저온에서 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 방법이다.
고상 결정화 방법은 550~750℃의 온도에서 장시간 열처리가 필요하여 유리 기판의 변형을 유발할 가능성이 매우 높으며, 고상 결정화에 의해 형성된 다결정 실리콘 박막은 결정립계 내부에 많은 결정 결함이 있어 높은 성능의 반도체 소자에 적용하기 어렵다. 엑사이머 레이저 결정화 방법은 상대적으로 저온에서 다결정 실리콘 박막을 제조할 수 있으나, 레이저 조사량에 따른 다결정 실리콘 박막의 결정립 구조가 매우 불균일하고, 특히 공정 범위가 매우 좁아 균일한 결정질을 갖는 다결정 실리콘 박막을 제조하는데 어려움이 있으며, 대면적 유리 기판에의 적용에 어려움이 있다.
한편, 상기와 같은 결정화 방법의 문제점을 극복하기 위한 방법으로 플래시 램프를 사용하는 결정화 방법이 보고되고 있다. 플래시 램프 결정화 방법은 크세논(Xenon)이나 크립톤(Krypton)를 포함하는 방전 램프로 300~800nm의 파장을 갖는 광선을 비정질 실리콘 박막에 조사하여 결정화시키는 방법이다. 플래시 램프 결정화 방법은 대면적의 비정질 실리콘 박막의 결정화가 가능하고 엑사이머 레이저 결정화 방법에 비하여 저가격으로 결정화가 가능하다.
그러나, 플래시 램프 결정화 방법은 다음과 같은 문제점이 있다. 우선 플래시 램프는 파장 대역이 300~800nm로, 엑사이머 레이저에 비하여 길게 되므로, 실리콘 박막에서의 광 흡수 깊이가 상대적으로 깊게 된다. 일반적으로 반도체 소자에 사용되는 비정질 실리콘 박막은 두께가 0.1㎛ 미만이다. 따라서, 플래시 램프 결정화 방법은 비정질 실리콘 박막이 전체적으로 가열되어 비정질 실리콘 박막과 접합되어 있는 유리 기판의 상부가 함께 가열되어 유리 기판의 열 변형을 유발하게 된다.
또한, 플래시 램프 결정화 방법은 유리 기판이 가열되는 문제를 해결하기 위하여 플래시 램프의 조사 시간을 1usec~수msec로 제어하여 유리 기판의 순간 가열 지속 시간(duration time)을 최소화하는 방법이 보고되고 있다. 그러나, 플래시 램프의 조사 시간도 레이저의 수십 nsec에 비해 1000배 이상 길게 되어 유리 기판의 열적 변형과 손상을 완전히 제거되지 못하고 있다.
현재까지 보고되고 있는 바에 따르면, 플래시 램프의 낮은 파워 영역에서 진행되는 결정화 방법은 다결정 실리콘 박막의 결정성이 매우 낮아 만족할 소자 특성을 얻지 못하고 있으며, 높은 파워영역에서 진행되는 결정화 방법은 유리 기판의 열적 변형 및 깨짐, 실리콘 박막의 벗겨짐 및 열적 변형 등의 문제가 해결되지 못하고 있다. 특히, 유리 기판의 손상은 대면적 공정에서 더욱 심각한 상황이다.
본 발명은 열적 안정성이 낮은 기판에 결정성이 우수하고 균일한 결정립을 갖는 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있는　결정질 실리콘 박막 형성 방법 및 이를 위한 결정질 실리콘 박막 형성 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 결정질 실리콘 박막 형성 방법은 유리 기판의 상부에 비정질 실리콘 박막을 형성하는 비정질 실리콘 박막 형성 단계와, 상기 유리 기판을 상기 유리 기판보다 열 질량이 큰 열분산판의 상면에 안착시키는 유리 기판 안착 단계와, 상기 유리 기판과 열분산판을 소정의 예비 가열 온도로 가열하는 예비 가열 단계 및 상기 유리 기판의 상면에 형성된 비정질 실리콘 박막에 플래시 램프의 광선을 조사하는 플래시 램프 조사 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 열분산판은 수정(quartz) 또는 세라믹으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 열분산판은 판상이며, 상기 유리 기판보다 면적과 높이가 크게 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 예비 가열 온도는 400℃보다 높으며, 바람직하게는 400℃보다 높으며 상기 유리 기판의 왜곡점보다 낮게 설정될 수 있다.
또한, 상기 예비 가열 온도는 상기 유리 기판의 왜곡점보다 높게 설정되며, 상기 예비 가열 단계는 유리 기판의 예비 가열과 함께 비정질 실리콘 박막의 결정화가 진행될 수 있다.
또한, 상기 플래시 램프 조사 단계는 상기 플래시 램프가 적어도 2회로 조사되어 스캐닝 방식으로 조사되도록 진행되며, 상기 플래시 램프의 1회 조사 영역은 상기 유리 기판의 폭보다 크며 유리 기판의 길이보다 작은 영역일 수 있다. 또한 상기 플래시 램프 조사 단계에서 상기 열분산판은 20 내지 300mm/sec의 이송속도로 이송될 수 있다. 또한, 상기 예비 가열 단계와 상기 플래시 램프 조사 단계는 서로 인접한 별도의 공정 챔버에서 연속적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 결정질 실리콘 박막 형성 장치는 적어도 하나의 가열로를 포함하고, 열분산판에 안착되어 이송되며 상면에 실리콘 박막이 형성된 유리 기판을 400℃ 이상으로 가열하는 예비 가열부와, 상기 가열로와 인접하여 설치되는 적어도 하나의 공정 챔버를 포함하며, 상기 가열로로부터 이송되는 상기 유리 기판을 600℃ 이상으로 가열하는 플래시 램프 가열부 및 상기 공정 챔버와 인접하여 설치되는 적어도 하나의 냉각로를 포함하고, 상기 공정 챔버로부터 이송되는 유리 기판을 냉각하는 냉각부를 포함하며, 상기 공정 챔버는 몸체를 이루는 하우징부와 플래시 램프를 조사하는 플래시 램프부 및 상기 유리 기판과 열분산판을 수평으로 이송시키는 챔버 롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 열분산판은 수정 또는 세라믹으로 형성되며, 상기 유리 기판보다 두께가 크도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 플래시 램프부는 상기 공정 챔버의 내부에 상기 유리 기판의 이송 방향과 수직한 방향으로 배치되는 적어도 하나의 플래시 램프와 상기 플래시 램프의 후방에 설치되어 상기 플래시 램프의 광을 반사하는 반사판 및 투명한 재질로 형성되며, 상기 플래시 램프의 전방에 설치되는 보호판을 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 결정질 실리콘 박막 형성 방법과 결정질 실리콘 박막 형성 장치에 따르면 플래시 램프에 의한 실리콘 박막의 가열 전에 유리 기판에 대하여 예비 가열을 진행함으로써 플래시 램프의 가열 과정에서 플래시 램프 조사 영역과 비조사 영역에서의 유리 기판의 온도 편차를 감소시켜 유리 기판이 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 결정질 실리콘 박막 형성 방법과 결정질 실리콘 박막 형성 장치에 따르면 유리 기판의 상부에 형성된 실리콘 박막에 플래시 램프를 조사하기 전에 유리 기판을 열분산판에 안착시켜 예비 가열함으로써 유리 기판의 왜곡점 이상으로 예비 가열하는 경우에도 유리 기판이 변형되거나 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 결정질 실리콘 박막 형성 방법과 결정질 실리콘 박막 형성 장치에 따르면 플래시 램프에 의한 가열 과정에서 유리 기판을 열분산판에 안착시킨 상태에서 가열하게 되므로 플래시 램프 조사 영역의 상부와 하부에서의 온도 편차를 감소시켜 유리 기판이 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 결정질 실리콘 박막 형성 방법의 공정 순서도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 결정질 실리콘 박막 형성 장치의 구성도를 나타낸다.
도 3은 도 2의 결정질 실리콘 박막 형성 장치에서 예비 가열부의 단면 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 2의 결정질 실리콘 박막 형성 장치에서 플래시 램프 가열부의 단면 사시도를 나타낸다.
도 5는 유리 기판의 예비 가열 온도에 따른 평탄도 변화를 나타낸다.
도 6은 열분산판의 사용 여부에 따른 유리 기판의 평탄도 변화를 나타낸다.
도 7은 열분산판의 사용 여부에 따른 유리 기판의 온도 변화를 나타낸다.
이하에서 실시예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 결정질 실리콘 박막 형성 방법 및 이를 위한 결정질 실리콘 박막 형성 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 결정질 실리콘 박막 형성 방법은, 도 1을 참조하면, 비정질 실리콘 박막 형성 단계(S10), 유리 기판 안착 단계(S20), 예비 가열 단계(S30) 및 플래시 램프 조사 단계(S40)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 결정질 실리콘 박막 형성 방법은 플래시 램프 조사 단계(S40) 이후에 유리 기판을 냉각하는 냉각 단계(S50)를 더 포함하여 진행될 수 있다.
상기 결정질 실리콘 박막 형성 방법은 유리 기판의 상부에 형성된 실리콘 박막에 플래시 램프를 조사하기 전에 유리 기판을 열분산판에 안착시키고 예비 가열함으로써 플래시 램프로 실리콘 박막을 가열하는 과정에서 유리 기판이 변형되거나 파손되는 것을 방지하게 된다.
상기 비정질 실리콘 박막 형성 단계(S10)는 유리 기판의 상부에 비정질 실리콘 박막을 형성하는 단계이다. 상기 비정질 실리콘 박막은 유리 기판의 상면에 전체적으로 형성된다. 또한, 상기 비정질 실리콘 박막은 유리 기판의 상면에 버퍼층이 형성되는 경우에 버퍼층의 상면에 형성된다. 상기 비정질 실리콘 박막은 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)으로 형성될 수 있다. 상기 비정질 실리콘 박막의 형성 방법은 일반적으로 사용되는 방법이 사용되므로 여기서 구체적인 설명은 생략한다.
상기 유리 기판 안착 단계(S20)는 유리 기판을 유리 기판보다 열 질량이 큰 열분산판의 상면에 안착시키는 단계이다. 상기 유리 기판은 열분산판의 상면에 전체적으로 접촉되도록 안착된다. 따라서, 상기 유리 기판은 열을 열분산판으로 효과적으로 분산 방열하게 된다.
상기 열분산판은 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 산화물 또는 실리콘나이트라이드(Si3N4)을 포함하는 질화물과 같은 세라믹 또는 수정(quartz)으로 형성될 수 있다. 상기 열분산판은 바람직하게는 투명한 재질이며 상대적으로 내열성이 우수한 수정으로 형성된다. 상기 수정은 투명한 재질이므로 플래시 램프에 의하여 가열되지 않게 되므로, 유리 기판의 열을 효율적으로 분산시키게 된다. 또한, 상기 수정은 내열성이 우수하므로 예비 가열 단계(S30)와 플래시 램프 조사 단계(S40)에서 유리 기판을 안정적으로 지지하게 된다.
또한, 상기 열분산판은 유리 기판보다 열 질량(thermal mass)이 크게 된다. 여기서 열 질량은 물체가 열을 저장할 수 있는 용량을 의미한다. 또한, 상기 열 질량은 물체가 전체적으로 균일한 물질로 형성되는 경우에 물체의 중량을 의미할 수 있다. 상기 열분산판은 유리 기판보다 두께가 크게 형성되어 열 질량이 유리 기판보다 크게 된다. 이때, 상기 열분산판은 유리 기판을 전체적으로 지지해야 하므로 유리 기판보다 면적이 크게 된다. 따라서, 상기 열분산판은 플래시 램프에 의하여 실리콘 박막이 가열되는 과정에서, 유리 기판으로 전달되는 열을 효과적으로 분산시켜 유리 기판의 온도가 상승되는 것을 최소화하게 된다. 또한, 상기 열분산판은 플래시 램프에 의하여 유리 기판의 상부가 가열되는 경우에 발생되는 열을 효과적으로 분산시켜 유리 기판의 국부적인 가열에 의하여 유리 기판의 변형을 방지하게 된다.
또한, 상기 열분산판은 예비 가열 단계(S30)에서 유리 기판이 예비 가열 온도로 가열되는 경우에 유리 기판의 열적 변형을 방지하게 된다. 즉, 상기 유리 기판은 국부적인 온도 편차가 아니더라도 일정 온도 이상으로 가열되는 경우에 전체적으로 변형이 유발될 수 있으며, 열분산판은 유기 기판을 전체적으로 지지하여 열 변형이 발생되는 것을 방지하게 된다.
상기 예비 가열 단계(S30)는 유리 기판과 열분산판을 소정의 예비 가열 온도로 가열하는 단계이다. 상기 예비 가열 단계(S30)는 플래시 램프 조사에 따른 유리 기판의 열적 변형을 방지하게 위하여 플래시 램프 조사 전에 진행된다.
상기 유리 기판의 열적 변형은 유리 기판의 국부적인 온도 상승에 기인하게 된다. 상기 플래시 램프는 이하에 설명하는 바와 같이 비정질 실리콘 박막을 국부적으로 가열하게 되므로, 하부에 위치하는 유리 기판에 수평 방향으로 국부적인 온도 편차를 유발하게 된다. 또한, 상기 플래시 램프는 조사 조건에 따라 유리 기판의 상부를 국부적으로 가열하게 되어 유리 기판에 수직 방향으로 국부적인 온도 편차를 유발하게 된다.
따라서, 상기 예비 가열 단계(S30)는 유리 기판을 미리 가열함으로써, 유리 기판에서 플래시 램프의 조사 영역과 비조사 영역 사이의 온도 차이를 최소화하여 유리 기판의 변형과 손상을 방지하게 된다.
상기 예비 가열 온도는 적어도 400℃로 설정된다. 상기 예비 가열 온도가 너무 낮게 되면, 플래시 램프의 조사에 따른 유리 기판의 국부적인 온도 편차를 감소시키는데 충분하지 않게 된다. 따라서, 상기 예비 가열 온도가 높을수록 유리 기판의 국부적인 온도 편차를 최소화시킬 수 있다.
또한, 상기 예비 가열 단계(S30)는 유리 기판의 예비 가열과 함께 비정질 실리콘 박막의 고상 결정화가 진행되도록 이루어질 수 있다. 즉, 상기 예비 가열 단계(S30)에서 예비 가열 온도를 유리 기판의 왜곡점 이상으로 설정하게 되면, 유리 기판의 예비 가열과 비정질 실리콘 박막의 고상 결정화를 함께 진행할 수 있다. 상기 유리 기판은 내열성 유리인 경우에 왜곡점이 670℃정도이다. 따라서, 상기 유리 기판은 670℃ 이상의 온도로 가열되는 경우에 예비 가열과 함께 비정질 실리콘 박막의 고상 결정화가 진행된다. 다만, 상기 예비 가열 단계(S30)에 따라 형성되는 다결정 실리콘 박막은 결정화 온도가 상대적으로 낮게 되므로 내부에 결함이 존재하게 되며 결정성이 낮게 된다.
또한, 상기 예비 가열 단계(S30)는 유리 기판이 열분산판에 안착된 상태에서 진행되므로, 유리 기판은 예비 가열 온도 특히, 왜곡점 이상으로 가열되더라도 변형되지 않게 된다.
상기 플래시 램프 조사 단계(S40)는 유리 기판의 상면에 형성된 실리콘 박막에 플래시 램프의 광선을 조사하는 단계이다. 보다 구체적으로는, 상기 플래시 램프 조사 단계(S40)는 유리 기판의 상면에 형성된 실리콘 박막에 플래시 램프를 조사하여 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화시키게 된다. 또한, 상기 플래시 램프 조사 단계(S40)는 실리콘 박막이 예비 가열 단계(S30)에서 다결정 실리콘 박막으로 결정화된 경우에 다결정 실리콘 박막의 내부 결함을 감소시키고 결정성을 증가시키게 된다.
상기 플래시 램프 조사 단계(S40)는 유리 기판이 예비 가열 단계(S30)에서 예비 가열 온도 이상으로 가열된 후에 진행되므로, 유리 기판에서 플래시 램프가 조사되는 조사 영역과 플래시 램프가 조사되지 않는 비조사 영역의 온도 차이가 최소화되므로 유리 기판의 손상이 방지된다. 또한, 상기 플래시 램프 조사 단계(S40)는 플래시 램프에 의하여 실리콘 박막과 함께 유리 기판의 상부가 국부적으로 가열하게 되더라도 유리 기판의 수직 방향에 따른 온도 차이를 최소화하게 되어 유리 기판의 손상이 방지된다.
또한, 상기 플래시 램프 조사 단계(S40)는 유리 기판이 열분산판에 안착된 상태에서 실리콘 박막에 플래시 램프가 조사되도록 진행된다. 상기 열분산판은 상기에서 언급한 바와 같이 유리 기판보다 열 질량이 크게 되도록 형성되며, 바람직하게는 유리 기판보다 두께가 두꺼운 판상으로 형성된다. 상기 유리 기판은 일반적으로 0.3~2mm의 두께이므로, 열분산판은 바람직하게는 적어도 3mm의 두께로 형성된다. 또한, 상기 열분산판은 바람직하게는 수정과 같은 투명 재질의 물질로 형성된다. 따라서, 상기 유리 기판은 플래시 램프의 조사에 의하여 상부가 국부적으로 가열하게 되더라도, 열분산판이 유리 기판의 열을 효과적으로 분산시키게 되므로 유리 기판의 수직 방향에 따른 온도 차이를 최소화하게 되어 유리 기판의 변형이 방지된다. 이때, 상기 열분산판은 투명 재질이므로 플래시 램프에 의하여 가열되지 않으므로 유리 기판의 열을 보다 효율적으로 분산시키게 된다.
상기 플래시 램프 조사 단계(S40)는 플래시 램프의 조사 시간 및 파워를 조절하여 소정 온도로 유리 기판의 표면에 형성된 실리콘 박막을 가열하게 된다. 상기 플래시 램프는 파장 대역이 300~800nm이며, 조사 시간이 1usec~수십msec로 제어되며, 파워가 1~10000 Joules/pulse로 제어될 수 있다.
또한, 상기 플래시 램프 조사 단계(S40)는 유리 기판의 이송 속도를 조절하여 실리콘 박막의 가열 온도를 제어할 수 있게 된다. 이때, 유리 기판의 이송 속도는 플래시 램프의 조사 주기와 연관되어 결정된다. 상기 플래시 램프의 조사 주기는 유리 기판의 이송 속도와 연관되어 유리 기판의 동일한 영역이 적어도 1회 조사되도록 설정된다. 상기 열분산판의 상기 유리 기판은 10mm/sec 내지 1000mm/sec의 이송 속도로 이송된다. 또한, 상기 유리 기판은 바람직하게는 20mm/sec 내지 300mm/sec의 이송 속도로 이송된다. 상기 이송 속도가 너무 작게 되면, 실리콘 박막의 처리 효율이 감소되며, 유리 기판에서 플래시 램프의 조사 영역의 온도가 과도하게 상승되어 비조사 영역과의 온도 차이가 발생될 수 있다. 또한, 상기 이송 속도가 너무 빠르면, 실리콘 박막에 대하여 충분한 가열이 이루어지지 않을 수 있다.
상기 냉각 단계(S50)는 플래시 램프에 의하여 가열된 유리 기판을 100℃ 또는 상온으로 냉각시키는 단계이다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 결정질 실리콘 박막 형성 방법을 위한 결정질 실리콘 박막 형성 장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 결정질 실리콘 박막 형성 장치의 구성도를 나타낸다. 도 3은 도 2의 결정질 실리콘 박막 형성 장치에서 예비 가열부의 단면 사시도를 나타낸다. 도 4는 도 2의 결정질 실리콘 박막 형성 장치에서 플래시 램프 가열부의 단면 사시도를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 결정질 실리콘 박막 형성 장치는, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 예비 가열부(100)와 플래시 램프 가열부(200)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 결정질 실리콘 박막 형성 장치는 냉각부(300)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 결정질 실리콘 박막 형성 장치는 바람직하게는 예비 가열부(100)와 플래시 램프 가열부(200)가 별도의 챔버로 구성된다. 상기 결정질 실리콘 박막 형성 장치는 비정질 실리콘 박막이 형성된 유리 기판(10)을 별도의 열분산판(20)에 안착시킨 상태에서 예비 가열과 플래시 램프 가열을 진행하여 다결정 실리콘 박막으로 결정화하게 된다. 따라서, 상기 결정질 실리콘 박막 형성 장치는 예비 가열과 플래시 램프 가열 과정에서 유리 기판(10)의 수평 방향 및 수직 방향에서의 온도 편차를 최소화하게 된다. 따라서, 상기 결정질 실리콘 박막 형성 장치는 실리콘 박막의 결정화 과정에서 유리 기판(10)의 변형을 최소화하게 된다.
상기 예비 가열부(100)는 이송되는 유리 기판(10)을 소정의 예비 가열 온도로 가열하여 플래시 램프 가열부(200)로 이송하게 된다. 상기 예비 가열부(100)는 적어도 1개의 가열로(furnace)(110)를 포함하여 형성되며, 유리 기판(10)의 가열 온도를 고려하여 적정한 수의 가열로(110)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 가열부가 적어도 2개의 가열로(110)로 형성되는 경우에, 각 가열로(110)는 온도가 독립적으로 제어되도록 형성된다. 따라서, 상기 예비 가열부(100)는 각 가열로(110)가 각각 단계별로 적정한 온도로 설정되어 유지되며, 바람직하게는 마지막 가열로(110)는 설정 온도를 플래시 램프 가열부(200)의 온도의 온도와 동일 또는 낮은 온도로 설정된다. 예를 들면, 상기 플래시 램프 가열부(200)의 실리콘 박막의 열처리 온도가 600℃이면, 가열부는 바람직하게는 3개의 가열로(110)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 첫 번째 가열로(110)는 별도의 장입부(도면에 도시하지 않음)에서의 예열온도를 고려하여 300℃이상으로 유지되며, 두 번째 가열로(110)와 세 번째 가열로(110)는 열처리 온도인 600℃이상으로 유지하게 된다. 즉, 반도체 소자는 저온에서는 빠르게 가열온도를 상승시켜도 변형이 방지될 수 있으나, 고온에서는 변형이 발생할 가능성이 있으므로 서서히 가열온도를 상승시키는 것이 바람직하게 된다. 따라서, 상기 예비 가열부(100)는 가열로(110)의 유지 온도를 저온에서는 빠르게 가열되고, 고온에서는 서서히 가열되도록 설정하는 것이 바람직하게 된다.
상기 가열로(110)는, 도 2를 참조하면, 몸체를 이루는 몸체부(120)와 몸체부(120) 내부에서 열을 발생시키는 가열 수단(130) 및 유리 기판(10)과 열분산판(20)을 수평으로 이송시키는 롤러(140)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 가열로(110)는 일 측에 열분산판(20)과 유리 기판(10)이 장입되는 입구(112)와 타 측에 열분산판(20)과 유리 기판(10)이 배출되는 출구(114)가 소정 높이로 형성된다. 또한, 상기 가열로(110)는 내부에 열분산판(20)이 이송되어 가열되는 위치를 감지하는 위치센서(도면에 표시하지 않음)를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 가열로(110)는 내부에 질소 가스와 같은 불활성 가스를 일정하게 공급하는 가스 공급수단(도면에 표시하지 않음)을 구비할 수 있다.
한편, 상기 가열로(110)는 공급되는 가스에 의하여 내부가 일정한 분위기의 양압으로 유지될 수 있으며, 외부의 공기가 유입되는 것이 방지되어 내부 온도가 보다 균일하게 유지될 수 있다. 상기 가스 공급수단은 바람직하게는 가스가 가열로(110)의 상부에서 내부로 공급되고 가열로(110)의 하부로 배출되도록 구성된다.
상기 몸체부(120)는 가열로(110)의 외관을 이루는 외측 하우징(122)과, 외측 하우징(122)의 내부에서 상하로 소정 공간이 이격되어 설치되는 단열재(123a, 123b)와, 단열재(123a, 123b)의 내측으로 소정간격 이격되어 상부와 하부에 설치되며 가열로(110)의 열처리 공간을 형성하는 내측 하우징(124a, 124b)을 포함하여 형성된다.
상기 외측 하우징(122)은 내구성을 위하여 스테인레스 스틸과 같은 내구성이 있는 재질로 형성된다.
상기 단열재(123a, 123b)는 상부 단열재(123a)와 하부 단열재(123b)로 형성되며, 열전도성이 낮은 세라믹과 같은 재질로 형성될 수 있다. 상기 단열재(123a, 123b)는 외측 하우징(122)과 내측 하우징(124a, 124b)의 사이에 형성된다.
상기 내측 하우징(124a, 124b)은 바람직하게는 석영으로 형성되어 내부의 열처리 공간이 오염되는 것을 방지하게 된다. 상기 내측 하우징(124a, 124b)에서 상부의 위치하는 상부 하우징(124a)은 상부로 돌출되는 상부 홈(124c)을 형성하여 실리콘 박막에 공간을 형성함으로써 보다 균일한 온도 분포를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 내측 하우징(124a, 124b)에서 하부에 위치하는 하부 하우징(124b)은 하부로 돌출되는 하부 홈(124d)을 포함하여 형성된다. 상기 하부 홈은 내부에 설치되는 롤러(140)를 수용하게 된다.
한편, 상기 예비 가열부(100)는 각각의 가열로(110)가 연결될 때 내측 하우징(124a, 124b)이 서로 결합되도록 하여 외부의 공기가 유입되거나 내부의 공기가 외부로 유출되는 것을 최대한 방지하게 된다.
상기 가열 수단(130)은 제 1 발열체(132)를 포함하여 형성된다. 또한 상기 가열 수단(130)은 가열로(110)의 입구(112)와 출구(114)의 상부와 하부에 설치되는 제 2 발열체(134)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 가열 수단(130)은 열전대(136)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 가열 수단(130)은 내측 하우징(124a, 124b)과 제 1 발열체(132) 사이에서 내측 하우징(124a, 124b)에 인접하여 형성되는 전도판(138)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 발열체(132)는 내측 하우징(124a, 124b)과 단열재(132a, 132b) 사이에 소정 간격으로 설치되며, 열처리 공간을 소정 온도로 가열하게 된다. 상기 제 1 발열체(132)는 가열로(110)의 상부에만 설치될 수 있으며, 상부와 하부 모두에 설치될 수 있음은 물론이다. 상기 제 1 발열체(132)는 가열로(110)의 설정 온도에 따라 적정한 위치와 수량으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 발열체(132)는 전체적으로 하나의 발열체로 형성되기보다는 독립적으로 제어되는 소정 개수로 형성되며, 가열로(110)의 수평면을 기준으로 구분되는 소정 영역에 각각 설치되어 제어되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 가열로(110)를 9개의 영역으로 구분하여 각각의 영역에 제 1 발열체(132)를 설치하여 가열로(110)의 내부 온도를 제어할 수 있다. 상기 제 1 발열체(132)는 저항히터 또는 램프히터가 사용될 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 발열체(134)는 가열로(110)의 입구(112)와 출구(114)의 상부와 하부에 설치되어 입구(112)와 출구(114)의 온도가 내측보다 낮게 되는 것을 방지하게 된다. 즉, 상기 가열로(110)의 입구(112)와 출구(114)는 외부로 열이 누출되므로 상대적으로 온도가 낮게 되므로 별도의 발열체를 설치하여 온도를 내측과 동일하게 되도록 유지할 수 있다. 상기 제 2 발열체(134)는 제 1 발열체(132)와 마찬가지로 저항히터 또는 램프히터가 사용될 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 열전대(136)는 상부 하우징(124a)에 근접한 위치에 설치되어 가열로(110)의 온도를 측정하게 된다. 상기 열전대(136)의 온도 측정 결과를 근거로 제 1 발열체(132)를 제어하게 된다. 한편, 상기 제 1 발열체(132)가 영역별로 독립적으로 설치되는 경우에는 열전대(136)도 제 1 발열체(132)에 대응되어 독립적으로 설치된다. 또한, 상기 열전대(136)는 열처리 공간 내에도 설치되어 열처리 공간 내의 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 전도판(138)은 제 1 발열체(132)와 내측 하우징(124a, 124b)의 사이에 설치되는 상부 전도판(138a)과 하부 전도판(138b)를 포함하여 형성된다. 상기 전도판(138)은 상부 전도판(138a) 또는 하부 전도판(138b)만 형성될 수 있다. 상기 전도판(138)은 제 1 발열체(132)와 내측 하우징(124a, 124b)의 사이에 형성되는 열처리 공간의 수평면적에 상응하는 면적으로 설치되며, 제 1 발열체(132)의 열이 내측 하우징(124a, 124b)으로 균일하게 전달되도록 한다. 상기 전도판(138)은 열전도성이 우수한 금속 또는 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전도판(138)은 스테인레스 스틸, 구리, 알루미늄, 알루미나와 같은 재질로 형성될 수 있다.
상기 롤러(140)는 대략 원기둥 형상으로 형성되며, 바람직하게는 내측 하우징(224a, 124b)과 동일한 재질인 수정(quartz)으로 형성되어 열분산판(20)의 이송 과정에서 마찰에 따른 오염 물질의 발생이 최소화되도록 한다.
상기 롤러(140)는 가열로(110)의 내측 하우징(124a, 124b)의 내측에 소정 간격으로 다수 개가 설치된다. 상기 롤러(140)는 가열로(110)의 크기와 이송되는 열분산판(20)의 크기에 따라 소정 간격으로 형성된다. 상기 롤러(140)는 열분산판(20)의 이송방향, 즉, 입구(112)와 출구(114)의 방향에 수직한 방향으로 설치되며 외측 하우징(122)의 외부로 연장되어 별도의 회전수단(도면에 표시하지 않음)에 의하여 회전된다.
상기 롤러(140)는 내측 하우징(124a, 124b)의 내부에서 소정 높이로 형성되며, 바람직하게는 가열로(110)의 입구(112)와 출구(114)의 바닥면보다 높은 위치로 형성되어 이송되는 열분산판(20)의 하면이 입구(112)와 출구(114)의 바닥면에 접촉되지 않도록 한다.
상기 롤러(140)는 유리 기판(10)을 10mm/sec에서 1000mm/sec으로 이송하며 바람직하게는 20~300mm/sec로 이송할 수 있도록 회전된다.
상기 플래시 램프 가열부(200)는 적어도 하나의 공정 챔버(210)를 포함하여 형성된다. 상기 플래시 램프 가열부(200)는 플래시 램프를 사용하여 유리 기판(10)의 상면에 형성된 비정질 실리콘 박막을 결정질 실리콘 박막으로 결정화하거나, 예비 가열부(100)에서 결정화된 다결정 실리콘 박막을 어닐링하여 다결정 실리콘 박막의 내부 결함을 감소시키고 결정성을 증가시키게 된다.
상기 공정 챔버(210)는 몸체를 이루는 하우징부(220)와 플래시 램프부(240) 및 유리 기판(10)과 열분산판(20)을 수평으로 이송시키는 챔버 롤러(250)를 포함하여 형성된다. 상기 공정 챔버(210)는 하우징부(220)의 내부에서 열을 발생시키는 보조 가열 수단(230)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 공정 챔버(210)는 일 측에 열분산판(20)이 장입되는 챔버 입구(212)와 타 측에 열분산판(20)이 배출되는 챔버 출구(214)가 소정 높이로 형성된다.
상기 하우징부(220)는 공정 챔버(210)의 외관을 이루는 외부 하우징(222)과, 외부 하우징(222)의 내부에서 상하로 소정 공간이 이격되어 설치되는 챔버 단열재(223a, 223b)와 챔버 단열재(223a, 223b)의 내측으로 소정간격 이격되어 상부와 하부에 각각 설치되며 공정 챔버(210)의 열처리 공간을 형성하는 내부 하우징(224)를 포함하여 형성된다. 상기 외부 하우징(222)은 가열로(110)의 외측 하우징(120)과 동일 또는 유사하게 형성되므로 여기서 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 챔버 단열재(223a, 223b)는 가열로의 단열재(123a, 123b)와 동일 또는 유사하게 형성되므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 내부 하우징(224)은 제 1 내부 하우징(224a)과 제 2 내부 하우징(224b)을 포함하여 형성된다. 상기 제 1 내부 하우징(224a)과 제 2 내부 하우징(224b)은 바람직하게는 석영으로 형성되어 내부의 열처리 공간이 오염되는 것을 방지하게 된다.
상기 제 1 내부 하우징(224a)은 바람직하게는 상부로 돌출되는 램프 수용홈(224c)을 포함하여 형성된다. 상기 램프 수용홈(224c)은 제 1 내부 하우징(224a)에서 상부 방향으로 돌출되는 사각 형상의 홈으로 형성되며 내부에 플래시 램프부(240)가 설치된다. 따라서, 상기 램프 수용홈(224c)은 플래시 램프의 수용에 적정한 면적과 깊이를 갖도록 형성된다.
또한, 상기 제 2 내부 하우징(224b)은 하부로 돌출되는 제 2 롤러 홈(224d)을 포함하여 형성된다. 상기 제 2 롤러 홈(224d)은 내부에 설치되는 챔버 롤러(250)를 수용하게 된다.
상기 보조 가열 수단(230)은 제 1 챔버 발열체(232)와 챔버 열전대(236)를 포함하여 형성된다. 또한 상기 보조 가열 수단(230)은 공정 챔버(210)의 챔버 입구(212)와 챔버 출구(214)의 상부와 하부에 설치되는 제 2 챔버 발열체(234)를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 보조 가열 수단(230)은 공정 챔버(210)의 하부에 위치하는 제 1 챔버 발열체(232)와 제 2 내부 하우징(224b)의 사이에 챔버 전도판(238)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 챔버 발열체(232)는 내부 하우징(224)과 챔버 단열재(232a, 232b) 사이에 소정 간격으로 설치되며, 공정 챔버(210)의 온도를 적정 온도로 유지하게 된다. 따라서, 상기 공정 챔버(210)는 유리 기판(10)이 전체적으로 일정 온도 이상으로 유지되도록 함으로써, 유리 기판(10)이 플래시 램프의 광에 의하여 부분적으로 가열되는 경우에도 조사 영역과 비조사 영역의 온도 편차가 증가되는 것을 방지하게 된다. 상기 공정 챔버(210)는 바람직하게는 공정 챔버(210)에 인접하고 있는 가열로(110)의 설정 온도와 같거나 높도록 설정될 수 있다.
상기 제 1 챔버 발열체(232)는 공정 챔버(210)의 상부에만 설치될 수 있으며, 상부와 하부 모두에 설치될 수 있음은 물론이다. 상기 제 1 챔버 발열체(232)는 공정 챔버(210)의 설정온도에 따라 적정한 수량으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 챔버 발열체(232)는 가열로(110)의 제 1 발열체(132)와 동일한 구조와 방식으로 배치되도록 형성될 수 있다.
상기 제 2 챔버 발열체(234)는 공정 챔버(210)의 챔버 입구(212)와 챔버 출구(214)의 상부와 하부에 각각 설치되어 챔버 입구(212)와 챔버 출구(214)의 온도가 내측보다 낮게 되는 것을 방지하게 된다. 상기 제 2 챔버 발열체(234)는 제 1 챔버 발열체(232)와 마찬가지로 저항 히터 또는 램프 히터가 사용될 수 있으며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 챔버 열전대(236)는 상부의 제 1 내부 하우징(224a)에 근접한 위치에 설치되어 공정 챔버(210)의 온도를 측정하게 된다. 상기 챔버 열전대(236)의 온도 측정 결과를 근거로 제 1 챔버 발열체(232)가 제어된다.
상기 챔버 전도판(238)은 제 1 챔버 발열체(232)와 내부 하우징(224)의 사이에 각각 설치되는 상부 챔버 전도판(238a)과 하부 챔버 전도판(238b)을 포함하여 형성된다. 상기 챔버 전도판(238)은 제 1 챔버 발열체(232)와 내부 하우징(224)(224a, 224b)의 사이에 열처리 공간의 수평면적에 상응하는 면적으로 설치되며, 제 1 챔버 발열체(232)의 열이 내부 하우징(224)으로 균일하게 전달되도록 한다. 즉, 상기 제 1 챔버 발열체(232)가 소정 간격으로 형성되므로 내부 하우징(224)은 국부적으로 온도 차이가 있을 수 있으며, 내부의 열처리 공간에서도 이러한 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 챔버 전도판(238)은 제 1 챔버 발열체(232)의 열이 보다 균일하게 내부 하우징(224)으로 전달될 수 있도록 하여 준다. 상기 챔버 전도판(238)은 열전도성이 우수한 금속 또는 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 챔버 전도판(238)은 스테인레스 스틸, 구리, 알루미늄, 알루미나와 같은 재질로 형성될 수 있다.
상기 플래시 램프부(240)는 플래시 램프(242)와 반사판(244) 및 보호판(246)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 플래시 램프부(240)는 플래시 램프(242)의 광을 실리콘 박막에 조사하여 가열하게 된다. 상기 플래시 램프부(240)는 유리 기판(10)의 폭보다 크며, 유리 기판(10)의 길이보다 작은 영역인 조사 영역에 플래시 램프(242)의 광을 조사하게 된다. 여기서 상기 조사 영역은 플래시 램프(242)의 광이 한 번에 조사되는 영역을 의미한다. 또한, 상기 유리 기판(10)의 폭은 유리 기판(10)의 이송 방향을 기준으로 유리 기판(10)의 이송 방향에 수직인 방향과 같은 방향에서의 유리 기판(10)의 크기를 의미하며, 유리 기판(10)의 길이는 이송 방향과 같은 방향에서의 유리 기판(10)의 크기를 의미한다. 따라서, 상기 플래시 램프부(240)는 스캐닝 방식으로 유리 기판(10)에 플래시 램프(242)의 광을 조사하게 된다.
따라서, 상기 플래시 램프(242)는 조사 영역에 대응되는 영역에 설치된다. 또한, 상기 플래시 램프(242)는 유리 기판(10)의 이송 방향과 수직인 방향을 배치된다. 또한, 상기 플래시 램프(242)는 조사 영역의 길이에 따라 적어도 2개가 설치되는 경우에 유리 기판(10)의 이송 방향을 따라 일정 간격으로 배치되도록 형성된다.
상기 플래시 램프(242)는 크세논(Xenon)이나 크립톤(Krypton)를 포함하는 방전 램프로 300 ~ 800nm의 파장을 갖는 광선을 1usec ~ 수십msec의 짧은 시간 동안 조사하는 램프를 의미한다. 상기 플래시 램프(242)는 유리 기판(10)의 폭보다 큰 길이를 가지며, 조사 영역의 길이에 대응되는 영역에 광을 조사할 수 있는 적정한 개수로 형성된다.
상기 반사판(244)은 플래시 램프(242)의 후방 즉, 플래시 램프(242)와 제 1 내부 하우징(224a) 사이에 설치된다. 상기 반사판(244)은 바람직하게는 스테인레스 스틸, 알루미늄과 같은 반사 효율이 높은 금속 재질로 형성된다. 한편, 상기 반사판(244)은 제 1 내부 하우징(224a)이 스테인레스 스틸로 형성되는 경우에 제 1 내부 하우징(224a)이 반사판(244)의 역할을 할 수 있도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 반사판(244)이 제 1 내부 하우징(224a)과 일체로 형성될 수 있다.
상기 보호판(246)은 수정(quartz)와 같은 투명한 재질로 형성되며, 플래시 램프(242)의 하부에 설치된다. 또한, 상기 보호판(246)은 제 1 내부 하우징(224a)의 램프 수용홈(224c)을 밀폐하도록 형성된다. 따라서, 상기 보호판(246)은 플래시 램프(242)가 손상되는 것을 방지하면서 플래시 램프(242)의 광이 실리콘 박막으로 조사되도록 한다.
상기 챔버 롤러(250)는 가열로(110)의 롤러(140)와 동일 또는 유사하게 형성되므로 여기서 구체적인 설명은 생략한다. 상기 챔버 롤러는 유리 기판(10)을 10mm/sec에서 1000mm/sec으로 이송하며 바람직하게는 20~300mm/sec로 이송할 수 있도록 회전된다.
상기 냉각부(300)는 예비 가열부(100)와 마찬가지로 적어도 2개의 냉각 로(310)를 포함하여 형성되며, 공정 챔버(210)로 부터 이송되는 다결정 실리콘 박막이 형성된 유리 기판(10)을 유리 기판(10)이 변형되지 않는 소정의 온도로 냉각시키게 된다. 상기 냉각부(300)는 바람직하게는 다수개의 냉각로(310)가 단계적으로 온도가 설정되어 유리 기판(10)이 냉각 과정에서 손상되지 않으면서 신속하게 냉각될 수 있도록 형성된다.
상기 냉각부(300)의 냉각로(310)는 예비 가열부(100)의 가열로(110)와 동일 또는 유사하므로 여기서 자세한 설명은 생략한다.
다음은 본 발명의 구체적인 실시예와 비교예에 대하여 설명한다.
도 5는 유리 기판의 예비 가열 온도에 따른 평탄도 변화를 나타낸다. 도 6은 열분산판의 사용 여부에 따른 유리 기판의 평탄도 변화를 나타낸다. 도 7은 열분산판의 사용 여부에 따른 유리 기판의 온도 변화를 나타낸다.
구체적인 실시예와 비교예는 상기에서 설명한 결정질 실리콘 박막 형성 장치를 사용하여 진행하였다. 상기 결정질 실리콘 박막 형성 장치는 가열로 2개로 형성된 예비 가열부와 1개의 공정 챔버로 형성된 플래시 램프 가열부 및 2개의 냉각로로 형성된 냉각부로 형성되었다.
본 실시예와 비교예에 사용된 유리 기판은 두께가 0.7mm이며, 결정화 전에 측정된 평탄도가 평균 0.39mm이었다. 상기 유리 기판은 열분산판의 상면에 안착되어 예비 가열과 결정화가 진행되었다. 상기 열분산판은 두께가 4mm이며, 유리 기판보다 큰 면적을 갖도록 형성되었다.
상기 유리 기판은 예비 가열부의 가열로로 장입시켜 이송하면서 예비 가열을 진행하였다. 실시예의 예비 가열 온도는 400℃, 500℃, 600℃로 하였으며, 예비 가열 시간은 20분으로 하였다. 따라서, 상기 유리 기판은 가열로에서 예비 가열 온도에 도달한 후에 20분 동안 예비 가열되도록 이송되었다. 상기 유리 기판은 플래시 램프 가열부의 공정 챔버로 이송되어 플래시 램프에 의하여 가열되었다. 이때, 상기 유리 기판은 약 25분 동안 플래시 램프의 광이 조사되었다. 상기 유리 기판은 다시 냉각로로 이송되어 냉각이 진행되었다.
한편, 비교예는 예비가열 미실시, 100℃, 200℃, 300℃의 예비 가열 온도에서 유리 기판을 예비 가열을 진행하였다. 이때, 비교예는 예비 가열 온도를 제외한 다른 조건들을 실시예와 동일하게 하였다. 또한, 비교예는 플래시 램프 가열과 냉각도 실시예와 동일하게 하였다.
또한, 또 다른 비교예는 예비 가열과 플래시 램프 가열 및 냉각을 실시예와 동일한 조건으로 실시하면서 열분산판을 사용하지 않고 결정화를 진행하였다.
상기 유리 기판은 결정화가 완료된 후에 각각 평탄도를 측정하였다. 상기 유리 기판은, 도 5에 도시된 바와 같이, 예비 가열 온도가 증가할수록 평탄도가 낮게 나타나고 있어 변형이 발생하지 않음을 알 수 있다. 상기 유리 기판은 예비 가열 온도가 400℃이상인 경우에 초기의 평탄도와 유사한 평탄도를 가지며 변형되지 않고 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 유리 기판은 결정화 과정에서 각 단계별로 유리 기판의 온도를 파이로미터(pyrometer)를 사용하여 측정하였다. 상기 파이로미터는 가열로와 공정 챔버 및 냉각로의 상부에 형성되는 관통 홀에 장착되어 유리 기판의 상면 온도를 측정하였다.
또한, 상기 유리 기판은, 도 6에 도시된 바와 같이, 열분산판을 사용하지 않는 경우에 평탄도가 더 높게 나타나고 있음을 알 수 있다. 상기 유리 기판은 예비 가열 온도가 400℃ 이상인 경우에도 평탄도가 높게 나타나 변형이 진행되었음을 알 수 있다.
또한, 상기 유리 기판은, 도 7에 도시된 바와 같이, 열분산판을 사용한 경우에 플래시 램프 가열 과정에서 유리 기판의 온도가 예비 가열 온도보다 10℃ 정도 상승하게 된다. 그러나, 상기 유리 기판은 열분산판을 사용하지 않은 경우에 50℃정도 상승하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 유리 기판은 평탄도 측정 결과를 함께 고려할 때 열분산판을 사용하지 않은 경우에 예비 가열 온도보다 높은 온도로 상승하게 되므로 변형이 더 심하게 진행되고 있음을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 예비 가열부 110: 가열로
120: 몸체부 130: 가열 수단
140: 롤러 200: 플래시 램프 가열부
210: 공정 챔버 220: 하우징부
240: 플래시 램프부 230: 보조 가열 수단
250: 챔버 롤러 300: 냉각부
310: 냉각로

Claims (12)

  1. 유리 기판의 상부에 비정질 실리콘 박막을 형성하는 비정질 실리콘 박막 형성 단계;
    상기 유리 기판을 상기 유리 기판보다 열 질량이 큰 열분산판의 상면에 안착시키는 유리 기판 안착 단계:
    상기 유리 기판과 열분산판을 소정의 예비 가열 온도로 가열하는 예비 가열 단계 및
    상기 유리 기판의 상면에 형성된 비정질 실리콘 박막에 플래시 램프의 광선을 조사하는 플래시 램프 조사 단계를 포함하며,
    상기 플래시 램프 조사 단계는 상기 플래시 램프가 적어도 2회로 조사되어 스캐닝 방식으로 조사되도록 진행되며, 상기 플래시 램프의 1회 조사 영역은 상기 유리 기판의 폭보다 크며 유리 기판의 길이보다 작은 영역인 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열분산판은 수정(quartz) 또는 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열분산판은 판상이며, 상기 유리 기판보다 면적과 높이가 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 예비 가열 온도는 400℃보다 높은 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 예비 가열 온도는 400℃보다 높으며 상기 유리 기판의 왜곡점보다 낮은 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 예비 가열 온도는 상기 유리 기판의 왜곡점보다 높게 설정되며,
    상기 예비 가열 단계는 유리 기판의 예비 가열과 함께 비정질 실리콘 박막의 결정화가 진행되는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 플래시 램프 조사 단계에서 상기 열분산판은 20 내지 300mm/sec의 이송속도로 이송되는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 예비 가열 단계와 상기 플래시 램프 조사 단계는 서로 인접한 별도의 공정 챔버에서 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 방법.
  10. 적어도 하나의 가열로를 포함하고, 열분산판에 안착되어 이송되며 상면에 실리콘 박막이 형성된 유리 기판을 400℃ 이상으로 가열하는 예비 가열부와
    상기 가열로와 인접하여 설치되는 적어도 하나의 공정 챔버를 포함하며, 상기 가열로로부터 이송되는 상기 유리 기판을 600℃ 이상으로 가열하는 플래시 램프 부 및
    상기 공정 챔버와 인접하여 설치되는 적어도 하나의 냉각로를 포함하고, 상기 공정 챔버로부터 이송되는 유리 기판을 냉각하는 냉각부를 포함하며,
    상기 공정 챔버는 몸체를 이루는 하우징부와 플래시 램프를 조사하는 플래시 램프부 및 상기 유리 기판과 열분산판을 수평으로 이송시키는 챔버 롤러를 포함하며,
    상기 플래시 램프부는 적어도 하나의 플래시 램프를 포함하며, 상기 플래시 램프가 적어도 2회로 조사되어 스캐닝 방식으로 조사되며, 상기 플래시 램프의 1회 조사 영역은 상기 유리 기판의 폭보다 크며 유리 기판의 길이보다 작게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 열분산판은 수정 또는 세라믹으로 형성되며, 상기 유리 기판보다 두께가 크도록 형성되는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 플래시 램프부는
    상기 공정 챔버의 내부에 상기 유리 기판의 이송 방향과 수직한 방향으로 배치되는 적어도 하나의 플래시 램프와
    상기 플래시 램프의 후방에 설치되어 상기 플래시 램프의 광을 반사하는 반사판 및
    투명한 재질로 형성되며, 상기 플래시 램프의 전방에 설치되는 보호판을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 결정질 실리콘 박막 형성 장치.
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