KR20040076332A - 규소 결정화 시스템 및 규소 결정화 방법 - Google Patents

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Abstract

레이저 발생 장치; 레이저 발생 장치에서 발생한 레이저빔을 제어하는 복수개의 광계; 광계를 통과한 레이저빔의 조사에 의해 다결정 규소층으로 결정화되는 비정질 규소층이 증착된 절연 기판을 장착할 수 있는 스테이지를 포함하고, 광계는 수평 방향이 짧고 수직 방향이 긴 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계인 제1 광계, 수평 방향이 길고 수직 방향이 짧은 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계인 제2 광계를 포함하는 규소 결정화 시스템.

Description

규소 결정화 시스템 및 규소 결정화 방법{Crystallization system of silicon and crystallization method of silicon}
본 발명은 다결정 규소(poly silicon)를 형성하는 시스템 및 다결정 규소를 형성하는 방법에 관한 것으로서, 특히, 박막 트랜지스터 표시판의 다결정 규소층을 형성하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 규소는 결정상태에 따라 비정질 규소(amorphous silicon)와 결정질 규소(crystalline silicon)로 나눌 수 있다. 비정질 규소는 낮은 온도에서 증착하여 박막(thin film)을 형성하는 것이 가능하여, 주로 낮은 용융점을 가지는 유리를 기판으로 사용하는 액정 패널(liquid crystal panel)의 스위칭 소자에 많이 사용한다.
그러나, 비정질 규소 박막은 낮은 전계 효과 이동도 등의 문제점으로 표시소자의 대면적화에 어려움이 있다. 그래서, 높은 전계 효과 이동도(30㎠/VS)와 고주파 동작특성 및 낮은 누설전류(leakage current)의 전기적 특성을 가진 다결정 규소(poly crystalline silicon)의 응용이 요구되고 있다.
특히, 다결정 규소 박막의 전기적 특성은 그레인(grain)의 크기에 큰 영향을 받는다. 즉, 그레인의 크기가 증가함에 따라 전계 효과 이동도도 따라 증가한다.
따라서, 이러한 점을 고려하여 규소를 다결정화 하는 방법이 큰 이슈로 떠오르고 있으며, 최근 들어 에너지원을 레이저로 하여 규소 결정의 측면성장을 유도하여 거대한 다결정 규소를 제조하는 SLS(sequential lateral solidification)(연속적 측면 고상화)기술이 제안되었다.
이러한 SLS 기술은 규소 그레인이 액상 규소와 고상 규소의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 레이저빔(laser beam) 에너지의 크기와 레이저빔의 조사범위의 이동을 광계(optic system) 및 마스크를 이용하여 적절하게 조절하여 규소 그레인을 소정의 길이만큼 측면성장 시킴으로서 비정질 규소층을 결정화시키는 것이다.
이때, 레이저빔은 슬릿 모양을 가지는 마스크의 투과 영역을 통과하여 비정질 규소를 완전히 녹이고, 비정질 규소층에 슬릿 모양의 액상 영역을 형성한다. 이어서, 액상의 비정질 규소는 냉각되면서 결정화가 이루어지는데, 결정은 레이저가 조사되지 않은 고상 영역과 액상 영역의 경계면에서부터 성장하고, 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다. 그리고, 그레인들의 성장은 액상 영역의 중앙에서 서로 만나면 멈추게 된다. 이러한 공정은 마스크의 슬릿 패턴을 그레인의 성장 방향에 대해 수직으로 이동하면서 진행된다. 그리고, 이러한 공정을 비정질 규소층의 전 영역을 통하여 진행하며, 이때 그레인의 크기는 슬릿 패턴의 폭만큼 성장한다.비정질 규소층의 전 영역이 결정화 되도록 하기 위해 슬릿 패턴은 마스크 내의 둘 이상의 영역에서 슬릿 패턴의 폭만큼 어긋나게 배치되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 기술로 액정 표시 패널의 다결정 규소층을 형성하는 경우, 단일의 광계(optic system)를 사용하기 때문에 전체 액정 표시 패널의 영역에 조사하는 레이저빔의 형상 및 에너지는 동일하다. 따라서, 각 영역에 가장 적합한 레이저빔의 형상 및 에너지를 얻을 수는 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 형상 및 에너지의 레이저빔을 조사함으로써 액정 표시 장치의 양산성 및 특성을 동시에 향상시키는 규소 결정화 시스템 및 규소 결정화 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 규소 결정화 시스템을 도시한 개략도이고,
도 2는 다결정 규소층이 형성되는 액정 표시 패널의 화소 영역, 게이트 회로 영역 및 데이터 회로 영역을 도시한 도면이고,
도 3은 레이저를 조사하여 비정질 규소를 다결정 규소로 결정화하는 순차적 고상 결정 공정을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 순차적 측면 결정화 공정을 통하여 비정질 규소가 다결정 규소로 결정화되는 과정에서 다결정 규소의 미세 구조를 도시한 도면이고,
도 5는 2 샷 순차적 측면 결정화 공정에서 마스크의 이동 위치와 그에 따른 조사 영역을 도시한 도면이고,
도 6은 n 샷 순차적 측면 결정화 공정에서 마스크의 이동 위치와 그에 따른 조사 영역을 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 규소 결정화 시스템을 도시한 개략도이고,
도 8은 도 7에 도시된 레이저빔 분할기의 설명도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ; 레이저 발생 장치 21 ; 제1 광계
22 ; 제2 광계 30 ; 스테이지
210 ; 액상 영역 220 ; 고상 영역
300 ; 2 샷 마스크 310 ; 슬릿 패턴
600 ; 6 샷 마스크
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 규소 결정화 시스템은 레이저 발생 장치; 상기 레이저 발생 장치에서 발생한 레이저빔을 제어하는 복수개의 광계; 상기 광계를 통과한 레이저빔의 조사에 의해 다결정 규소층으로 결정화되는 비정질 규소층이 증착된 절연 기판을 장착할 수 있는 스테이지를 포함하고, 상기 광계는 수평 방향이 짧고 수직 방향이 긴 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계인 제1 광계, 수평 방향이 길고 수직 방향이 짧은 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계인 제2 광계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 광계에는 2 샷 마스크와 상기 비정질 규소층 중 화소 영역 및 게이트 회로 영역이 대응되며, n은 정수를 나타낼 때, 상기 제2 광계에는 n 샷마스크와 상기 비정질 규소층 중 데이터 회로 영역이 대응되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 2 샷 마스크는 상기 레이저빔이 투과되는 투과 영역을 정의하는 슬릿 패턴이 서로 어긋나게 배열되어 있는 두 개의 슬릿 영역을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 n 샷 마스크는 상기 레이저빔이 투과되는 투과 영역을 정의하는 슬릿 패턴이 서로 일부 중첩되게 배열되어 있는 n 개의 슬릿 영역을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 레이저 발생 장치가 상기 화소 영역 및 게이트 회로 영역에 레이저빔을 조사하는 경우에는 상기 제1 광계를 대응시키고, 상기 레이저 발생 장치가 상기 데이터 회로 영역에 레이저빔을 조사하는 경우에는 상기 제2 광계를 대응시키는 광계 위치 제어기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 레이저 발생 장치에서 발생한 레이저빔을 분할하여 동시에 상기 화소 영역, 게이트 회로 영역 및 데이터 회로 영역에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 분할기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 레이저빔 분할기는 상기 레이저빔 발생 장치에서 발생한 레이저빔을 동일한 에너지의 복수개의 서브 레이저빔으로 분할하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 규소 결정화 방법은 절연 기판 위에 비정질 규소층을 증착하는 단계; 레이저빔이 투과되는 투과 영역을 정의하는 슬릿 패턴을 가지는 마스크를 이용하여 결정화를 진행하는 순차적 측면 결정화 공정에 있어서, 수평 방향으로의 상기 레이저빔의 이동을 스캐닝이라 하고, 수평방향이 짧고 수직 방향이 긴 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계를 제1 광계, 수평 방향이 길고 수직 방향이 짧은 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계를 제2 광계라 할 때, 상기 비정질 규소층 중 화소 영역 및 게이트 회로 영역에는 제1 광계를 이용하여 2 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행하고, n은 정수를 나타낼 때, 상기 비정질 규소층 중에서 데이터 회로 영역에는 제2 광계를 이용하여 n 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행하여 상기 비정질 규소층을 다결정 규소층으로 결정화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 2 샷 순차적 측면 결정화 공정은 상기 슬릿 패턴이 서로 어긋나게 배열되어 있는 두 개의 슬릿 영역을 가지는 2 샷 마스크를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 n 샷 순차적 측면 결정화 공정은 적어도 상기 슬릿 패턴이 서로 일부가 중첩되게 배열되어 있는 n 개의 슬릿 영역을 가지는 n 샷 마스크를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 레이저 발생 장치가 상기 화소 영역 및 게이트 회로 영역에 레이저빔을 조사할 때는 광계 위치 제어기에 의해 상기 제1 광계를 대응시키고, 레이저 발생 장치가 상기 데이터 회로 영역에 레이저빔을 조사할 때는 광계 위치 제어기에 의해 상기 제2 광계를 대응시키는 것이 바람직하다.
또한, 레이저빔 분할기에 의해 분할된 서브 레이저빔이 동시에 상기 화소 영역, 게이트 회로 영역 및 데이터 회로 영역에 조사되는 것이 바람직하다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 규소 결정화 시스템 및 규소 결정화 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 규소 결정화 시스템이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 규소 결정화 시스템은 레이저 발생 장치(10)와, 레이저 발생 장치(10)에서 발생한 레이저빔(1)의 형상 및 에너지를 제어하는 복수개의 광계(20)를 포함한다. 그리고, 복수개의 광계(20)를 통과한 레이저빔(1)이 조사되는 비정질 규소층(150)이 증착된 절연 기판(110)을 포함한다. 이러한 절연 기판(110)은 스테이지(30) 위에 배치된다.
스테이지(30) 위에 장착되어 있는 절연 기판(110) 위에는 비정질 규소층(150)이 형성되어 있다. 이러한 비정질 규소층(150)에 레이저 발생 장치(10)에서 발생한 레이저빔(1)을 조사하여 다결정 규소층으로 결정화한다. 이러한 다결정 규소층이 형성되는 액정 표시 패널(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 화소 영역(101), 게이트 회로 영역(102) 및 데이터 회로 영역(103)으로 구분된다. 이중에서 고성능의 박막 트랜지스터가 요구되는 영역은 디지털 컨버터(digital converter) 및 아날로그 컨버터(analog converter)가 형성되어 있는 데이터 회로영역(103)이다.
따라서, 액정 표시 패널의 대부분을 차지하는 화소 영역(101)과 게이트 회로 영역(102)은 양산성이 좋은 2 샷 순차적 측면 결정화 공정(2 shot SLS process)으로 결정화하고, 고성능 박막 트랜지스터가 요구되는 데이터 회로 영역(103)은 n 샷 순차적 측면 결정화 공정(n shot SLS process)으로 결정화해서 양산성을 확보하면서 데이터 회로 영역(103)의 고특성을 동시에 실현할 수 있게 된다.
이하에서 2 샷 순차적 측면 결정화 공정과 n 샷 순차적 측면 결정화 공정에 대해 상세히 설명한다.
우선, 2 샷 순차적 측면 결정화 공정에 대해 설명한다.
도 3은 레이저를 조사하여 비정질 규소를 다결정 규소로 결정화하는 순차적 고상 결정 공정을 개략적으로 도시한 개략도이고, 도 4는 2 샷 순차적 측면 결정화 공정을 통하여 비정질 규소가 다결정 규소로 결정화되는 과정에서 다결정 규소의 미세 구조 및 마스크의 이동을 도시한 도면이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 2 샷 순차적 측면 결정화 공정은 슬릿 패턴(310)으로 형성되어 있는 투과 영역(310)을 가지는 2 샷 마스크(300)를 통하여 레이저빔을 조사한다. 그리고, 절연 기판(110)의 상부에 형성되어 있는 비정질 규소층(150)을 국부적으로 완전히 녹여 투과 영역(310)에 대응하는 비정질 규소층(150)에 액상 영역(210)을 형성한다. 이때, 다결정 규소의 그레인은 레이저가 조사된 액상 영역(210)과 레이저가 조사되지 않은 고상 영역(220)의 경계면(230)에서 각각 그 경계면에 대하여 수직 방향(도 4 참조, A방향)으로 성장한다. 그레인들의 성장은액상 영역(210)의 중앙(231)에서 서로 만나면 멈추게 된다.
도 4는 슬릿 패턴이 형성되어 있는 2 샷 마스크를 이용하여 순차적 측면 결정화 공정을 진행하였을 경우 형성되는 다결정 규소의 그레인 구조를 나타낸 것으로 그레인은 A 방향으로 성장하였음을 알 수 있다.
여기서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 수평 방향이 긴 형상의 슬릿 패턴(310)을 가지는 2 샷 마스크를 이용하여 그레인의 크기를 슬릿 패턴의 폭(W)만큼 성장시키기 위해서는 투과 영역(310)을 정의하는 슬릿 패턴이 그레인의 성장 방향(A 방향)으로 슬릿 패턴의 폭(w)만큼 엇갈리도록 배치되어 있는 2 샷 마스크를 이용한다. 그리고, 이러한 2 샷 마스크를 이용하여 비정질 규소층에 레이저를 조사하는 결정화 공정을 진행할 때, 슬릿 패턴의 길이 방향(B 방향)으로 2 샷 마스크(300)의 1/2 크기만큼 2 샷 마스크(300)를 이동하여 레이저빔을 조사한다. 이때 슬릿 패턴의 폭 방향(A 방향)으로 이웃하는 비정질 규소층에 연속적으로 레이저가 조사되어 그레인의 성장은 슬릿 패턴의 폭 방향(A 방향)으로 연속적으로 이루어진다. 따라서, 슬릿 패턴의 폭(w) 크기의 그레인이 연속적으로 성장된다.
이 경우 레이저빔을 한번 조사하는 단위 공정을 샷(Shot)이라 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 차 샷을 진행한 후 2 샷 마스크를 마스크 가로 길이의 반만큼 이동하여 제2 차 샷을 진행함으로써 2 샷 마스크에 해당되는 크기의 비정질 규소층이 모두 결정화된다.
그리고, 이러한 샷을 반복해서 진행하며 레이저빔과 2 샷 마스크(300)를 슬릿 패턴의 길이 방향(B 방향)으로 수평 이동하는 것을 스캐닝이라 한다. 그리고,이러한 수평 방향으로의 스캐닝의 마지막 지점에서 수직방향으로 레이저빔을 이동하는 것을 스텝핑이라 한다. 이러한 스텝핑 후에 B 방향의 반대 방향으로 스캐닝을 다시 진행한다. 이러한 공정을 반복함으로써 비정질 규소층의 모든 부분이 균일하게 결정화된다.
도 5는 2 샷 순차적 측면 결정화 공정에서 2 샷 마스크의 이동 과정을 도시한 도면이다.
우선, 도 5에서 보는 바와 같이, 다결정 규소용 2 샷 마스크(300)는 투과 영역(310)을 정의하는 슬릿 패턴들로 이루어진 제1 및 제2 슬릿 영역(G, H)을 가진다. 이때, 제1 및 제2 슬릿 영역(G, H)에 형성되어 있는 슬릿 패턴(310)들은 모두 가로 방향이 긴 형상이며, 각 영역(G, H)에서 동일한 간격을 두고 세로 방향으로 배열되어 있으며, 두 영역(G, H)의 슬릿 패턴(310)은 서로 일정한 간격만큼 어긋나게 배치되어 있다.
이러한 2 샷 마스크를 이용한 순차적 측면 결정화 공정에서는, 도 5에서 보는 바와 같이 제1 차 샷(shot) 공정을 진행할 때, 2 샷 마스크(300)를 제1 차 샷의 마스크 위치로 이동하여 레이저빔을 조사한다. 이어, 제2 차 샷(shot) 공정을 진행할 때, 2 샷 마스크(300)를 제2 차 샷의 마스크 위치로 이동하여 레이저빔을 조사한다. 이 때, 제1 차 샷의 마스크의 제2 슬릿 영역(H)과 제2 차 샷의 마스크의 제1 슬릿 영역(G)이 중첩되도록 2 샷 마스크(300)를 마스크 가로 크기의 반만큼 이동한다.
이렇게 여러 차례의 샷을 반복하며 오른쪽 방향으로 스캐닝하며 레이저빔을조사하여 비정질 규소층(150)의 어느 하나의 수평 라인을 다결정 규소층으로 결정화한다. 그리고, 레이저빔의 제1 차 스캐닝의 오른쪽 마지막 지점에서 레이저빔을 아래쪽으로 스텝핑한다. 이러한 레이저빔을 오른쪽에서 왼쪽으로 제2 차 스캐닝하며 조사한다. 따라서, 제1 차 스캐닝에 의해 다결정 규소층으로 결정화된 수평 라인에 인접한 다른 하나의 수평 라인을 다결정 규소층으로 결정화한다. 이러한 공정을 반복함으로써 모든 수평 라인이 다결정 규소층으로 결정화되어 모든 비정질 규소층(150)이 결정화된다.
즉, 이러한 2 샷 순차적 측면 결정화 공정은 2 샷 마스크(300)를 수평 방향으로 마스크 가로 크기의 반만큼 이동하며 스캐닝한 후 다시 마스크 세로 크기만큼 수직 방향으로 이동한 후 다시 수평 방향의 스캐닝을 반복하는 방식으로서, 액정 표시 패널의 어느 한 영역에서의 결정화가 단지 제1 차 샷 및 제2 차 샷만으로 완전히 이루어지므로 양산에 있어서 유리한 방식이다. 그리고, 이 때 형성되는 그레인의 크기는 슬릿 패턴의 폭만큼 된다.
그리고, 이러한 2 샷 순차적 측면 결정화 공정은 수직 방향이 긴 2 샷 마스크(300)를 이용하므로, 수평 방향이 짧고 수직 방향이 긴 형상의 레이저빔을 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, n 샷 순차적 측면 결정화 공정을 설명한다.
도 6은 n 샷 순차적 측면 결정화 공정에서 n 샷 마스크의 이동 과정을 도시한 도면으로, n이 6인 경우의 6 샷 순차적 측면 결정화 공정을 나타낸 도면이다. n 샷 순차적 측면 결정화 공정에서의 n은 정수로서 3 내지 6정도가 양산성의 문제점을 고려할 때 바람직하나, 고성능의 박막 트랜지스터를 요구하는 장치에서는 6 이상도 가능하다.
우선, 도 6에서 보는 바와 같이, 6 샷 마스크(600)는 6 개의 슬릿 영역을 가진다. 즉, 6 샷 마스크(300)는 투과 영역(610)을 정의하는 슬릿 패턴들로 이루어진 제1 슬릿 영역(G), 제2 슬릿 영역(H), 제3 슬릿 영역(I), 제4 슬릿 영역(J), 제5 슬릿 영역(K) 및 제6 슬릿 영역(L)을 가진다. 이러한 6개의 슬릿 영역의 각각에는 레이저빔이 투과되는 슬릿 패턴(610)이 세로 방향으로 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
본 발명의 6 샷 마스크에는 세로 방향으로 슬릿 패턴(610)이 2개가 형성되어 있다. 각각의 슬릿 영역에 형성되어 있는 2개의 슬릿 패턴 중 상부에 형성되어 있는 것을 제1 슬릿 패턴(611), 하부에 형성되어 있는 것을 제2 슬릿 패턴(612)이라 한다.
이때, 제1 슬릿 영역(G)에 형성되어 있는 제1 슬릿 패턴(611g)과 제2 슬릿 영역(H)에 형성되어 있는 제1 슬릿 패턴(611h)은 가로선 상에서 일부가 중첩되도록 형성되어 있다. 또한, 제1 슬릿 영역(G)에 형성되어 있는 제2 슬릿 패턴(612g)과 제2 슬릿 영역(H)에 형성되어 있는 제2 슬릿 패턴(612h)은 가로선 상에서 일부가 중첩되도록 형성되어 있다. 제2 슬릿 영역(H)의 제1 및 제2 슬릿 패턴(611h, 612h)과 제3 슬릿 영역(I)의 제1 및 제2 슬릿 패턴(611j, 612j)도 동일하게 형성되어 있으며, 나머지 제3, 제4, 제5 및 제6 슬릿 영역(I, J, K, L)도 동일하다. 그리고, 제6 슬릿 영역(L)의 제1 슬릿 패턴(611l)과 제1 슬릿 영역(G)의 제2 슬릿패턴(612g)은 가로선 상에서 일부가 중첩되도록 형성되어 있다.
이러한 6 샷 마스크를 이용한 순차적 측면 결정화 공정에서는, 도 6에서 보는 바와 같이 제1 차 샷(shot) 공정을 진행할 때, 6 샷 마스크(300)를 제1 차 샷의 마스크 위치로 이동하여 레이저빔을 조사한다. 이어, 제2 차 샷(shot) 공정을 진행할 때, 6 샷 마스크(300)를 제2 차 샷의 마스크 위치로 이동하여 레이저를 조사한다. 이 때, 제1 차 샷 공정 시 6 샷 마스크의 제2 슬릿 영역(H)과 제2 차 샷 공정 시 6 샷 마스크의 제1 슬릿 영역(G)이 중첩되도록 6 샷 마스크(300) 가로 크기의 1/6 만큼 6 샷 마스크(300)를 이동한다.
이렇게 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 차 샷 공정을 진행하면 6 샷 마스크 크기에 해당되는 부분만큼 다결정 규소층이 결정화된다. 그러므로, 오른쪽 방향으로 스캐닝하며 레이저빔을 조사하여 이러한 여러 번의 샷 공정을 반복함으로써 비정질 규소층의 어느 하나의 수평 라인을 다결정 규소층으로 결정화한다. 그리고, 레이저빔의 제1 차 스캐닝의 오른쪽 마지막 지점에서 레이저빔을 아래쪽으로 스텝핑한다. 이러한 레이저빔을 오른쪽에서 왼쪽으로 제2 차 스캐닝하며 조사한다. 따라서, 제1 차 스캐닝에 의해 다결정 규소층으로 결정화된 수평 라인에 인접한 다른 하나의 수평 라인을 다결정 규소층으로 결정화한다. 이러한 공정을 반복함으로써 모든 수평 라인이 다결정 규소층으로 결정화되어 모든 비정질 규소층이 결정화된다.
즉, 이러한 6 샷 순차적 측면 결정화 공정은 6 샷 마스크(600)를 수평 방향으로 마스크 가로 크기의 1/6만큼 이동하며 반복적으로 스캐닝한 후 다시 마스크세로 크기만큼 수직 방향으로 이동한 후 다시 수평 방향의 스캐닝을 반복하는 방식으로서, 이 경우 형성되는 그레인의 크기는 슬릿 패턴의 폭(w)의 6/2 배, 즉, 3 배만큼 된다. 따라서 그레인의 크기가 증가되므로 매우 큰 전하 이동도를 가지는 박막 트랜지스터 기판을 얻을 수 있다.
동일하게, n 샷 순차적 측면 결정화 공정은 n 개의 슬릿 영역을 가지는 n 샷 마스크를 수평 방향으로 마스크 가로 크기의 1/n만큼 이동하며 반복적으로 스캐닝한 후 다시 마스크 세로 크기만큼 수직 방향으로 이동한 후 다시 수평 방향의 스캐닝을 반복하는 방식으로서, 이 경우 형성되는 그레인의 크기는 슬릿 패턴의 폭(w)의 n/2 배만큼 된다. 즉, n이 큰 마스크를 이용함에 따라 그레인의 크기가 증가하게 된다. 따라서, 높은 전기적 특성의 박막 트랜지스터 기판을 얻기 위해서는 n 샷 순차적 측면 결정화 공정이 더 유리하다
그리고, 이러한 n 샷 순차적 측면 결정화 공정은 수평 방향이 긴 n 샷 마스크를 이용하므로, 수평 방향이 길고 수직 방향이 짧은 형상의 레이저빔을 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 액정 표시 패널의 대부분을 차지하는 화소 영역(101)과 게이트 회로 영역(102)은 양산성이 좋은 2 샷 순차적 측면 결정화 공정으로 결정화하고, 고특성이 요구되는 데이터 회로 영역(103)은 n 샷 순차적 측면 결정화 공정으로 결정화한다. 이를 위해 2 샷 순차적 측면 결정화 공정에는 수평 방향이 짧고 수직 방향이 긴 형상의 레이저빔이 바람직하고, n 샷 순차적 측면 결정화 공정에는 수평 방향이 길고 수직 방향이 짧은 형상의 레이저빔이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 레이저빔의 형상을 제어하기 위해 레이저빔 발생 장치와 비정질 규소층간의 경로 사이에는 복수개의 광계(20)가 위치한다.
복수개의 광계는 수평 방향이 짧고 수직 방향이 긴 형상의 레이저빔을 형성하는 광계인 제1 광계(21)와, 수평 방향이 길고 수직 방향이 짧은 형상의 레이저빔을 형성하는 광계인 제2 광계(22)를 포함한다.
제1 광계(21)는 수평 방향이 짧고 수직 방향이 긴 형상인 다양한 모양과 크기의 레이저빔을 형성하는 다수 개의 제1 서브 광계를 포함한다. 그리고, 제2 광계(22)도 수평 방향이 길고 수직 방향이 짧은 형상인 다양한 모양과 크기의 레이저빔을 형성하는 제2 서브 광계를 포함한다.
제1 광계(21)에는 2 샷 마스크(300)와 비정질 규소층 중 화소 영역(101) 및 게이트 회로 영역(102)에 대응되어 2 샷 순차적 측면 결정화 공정이 진행된다. 그리고, 제2 광계(22)에는 n 샷 마스크(600)와 상기 비정질 규소층 중 데이터 회로 영역(103)부가 대응되어 n 샷 순차적 측면 결정화 공정이 진행된다.
즉, 비정질 규소층 중 화소 영역(101)에 2 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행할 경우에는 레이저 발생 장치(10)가 화소 영역(101)에 레이저빔을 조사한다. 그리고, 광계 위치 제어기(40)를 이용하여 레이저 발생 장치(10)와 화소 영역(101)간의 경로 사이에 복수개의 제1 광계(21) 중 어느 하나를 위치시켜 2 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행시킨다.
그리고, 데이터 회로 영역(103)에 n 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행할 경우에는 레이저 발생 장치(10)가 데이터 회로 영역(103)에 레이저빔을 조사한다.그리고, 광계 위치 제어기(40)를 이용하여 레이저 발생 장치(10)와 데이터 회로 영역(103)간의 경로 사이에 복수개의 제2 광계(22) 중 어느 하나를 위치시켜 n 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행시킨다.
그리고, 비정질 규소층 중 게이트 회로 영역(102)에 2 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행할 경우에는 레이저 발생 장치(10)가 게이트 회로 영역(102)에 레이저빔을 조사한다. 그리고, 광계 위치 제어기(40)를 이용하여 레이저 발생 장치(10)와 게이트 회로 영역(102)간의 경로 사이에 복수개의 제1 광계(21) 중 어느 하나를 위치시켜 2 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행시킨다.
따라서, 두개 이상의 광계가 해당되는 영역에서 위치 제어에 의해 자동으로 교체되어 다른 형태의 빔이 선별적으로 조사되도록 하여 2 샷 순차적 측면 결정화 공정과 2 샷 순차적 측면 결정화 공정을 동시에 구현할 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 규소 결정화 시스템 및 규소 결정화 방법이 도 7에 도시되어 있다. 여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.
도 7에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 규소 결정화 시스템이 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 규소 결정화 시스템은 레이저 발생 장치(10)와, 레이저 발생 장치(10)에서 발생한 레이저빔의 형상 및 에너지를 제어하는 복수개의 광계(20)를 포함한다. 그리고, 복수개의 광계를 통과한 레이저빔이 조사되는 비정질 규소층(150)이 증착된 절연 기판(110)을 포함한다. 이러한 절연 기판(110)은 스테이지(30) 위에 배치된다.
그리고, 레이저빔 분할기(50)가 레이저 발생 장치(10)와 복수개의 광계(20)간의 레이저빔의 경로에 위치한다. 레이저빔 분할기(50)는 레이저 발생 장치(10)에서 발생한 레이저빔(1)을 동일한 에너지의 복수개의 서브 레이저빔(2)으로 분할한다. 서브 레이저빔(2)은 동시에 비정질 규소층(150)의 화소 영역(101), 게이트 회로 영역(102) 및 데이터 회로 영역(103)에 조사되어 화소 영역(101) 및 게이트 회로 영역(102) 위에는 제1 광계(21)가 위치하여 2 샷 순차적 측면 결정화 공정이 진행되고, 데이터 회로 영역(103) 위에는 제2 광계(22)가 위치하여 n 샷 순차적 측면 결정화 공정이 진행된다.
도 8에는 레이저빔 분할기의 개략도가 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, n개의 미러가 내부에 배치되어 있다. 레이저 발생 장치(10)에서 발생한 레이저빔 에너지를 1이라 할 때, 제1 미러(M1)는 레이저빔 에너지의 1/n만 투과시키고 나머지인 1-(1/n)은 반사한다. 따라서, 제1 미러(M1)에서 반사된 레이저빔 에너지인 1-(1/n)은 제2 미러(M2)로 입사되어 제2 미러(M2)에서 1/n이 반사되고, 1-(2/n)이 투과된다.
그리고, 제2 미러(M2)에서 투과된 1-(2/n)은 제3 미러(M3)로 입사되어 제3 미러(M3)에서 1/n이 반사되고, 1-(3/n)이 투과된다.
즉, 제1 미러(M1)는 레이저빔 에너지의 1/n만 투과시키는 렌즈를 사용하고, 제k 미러(Mk)(k=2,…,n)는 레이저빔 에너지의 1-(k/n)만 투과시키는 렌즈를 사용한다면 모든 서브 레이저빔(2)의 에너지가 전제 레이저빔 에너지의 1/n로 동일하게 분할된다.
또한, 이렇게 분할된 n 개의 서브 레이저빔(2)을 이용하여 2 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행한다면 양산성이 n배 증가하게 된다.
본 발명에 따른 규소 결정화 시스템 및 그 방법은 복수개의 광계를 이용하여 다양한 형상 및 에너지의 레이저빔을 비정질 규소층에 선택적 또는 동시에 조사함으로써, 액정 표시 장치의 양산성 및 특성을 동시에 향상시킨다는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 레이저 발생 장치;
    상기 레이저 발생 장치에서 발생한 레이저빔을 제어하는 복수개의 광계;
    상기 광계를 통과한 레이저빔의 조사에 의해 다결정 규소층으로 결정화되는 비정질 규소층이 증착된 절연 기판을 장착할 수 있는 스테이지;
    를 포함하고,
    상기 광계는 수평 방향이 짧고 수직 방향이 긴 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계인 제1 광계, 수평 방향이 길고 수직 방향이 짧은 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계인 제2 광계를 포함하는 규소 결정화 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 광계에는 2 샷 마스크와 상기 비정질 규소층 중 화소 영역 및 게이트 회로 영역이 대응되며, n은 정수를 나타낼 때, 상기 제2 광계에는 n 샷 마스크와 상기 비정질 규소층 중 데이터 회로 영역이 대응되는 규소 결정화 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 2 샷 마스크는 상기 레이저빔이 투과되는 투과 영역을 정의하는 슬릿 패턴이 서로 어긋나게 배열되어 있는 두 개의 슬릿 영역을 가지는 규소 결정화 시스템.
  4. 제2항에서,
    상기 n 샷 마스크는 상기 레이저빔이 투과되는 투과 영역을 정의하는 슬릿 패턴이 서로 일부 중첩되게 배열되어 있는 n 개의 슬릿 영역을 가지는 규소 결정화 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에서,
    상기 레이저 발생 장치가 상기 화소 영역 및 게이트 회로 영역에 레이저빔을 조사하는 경우에는 상기 제1 광계를 대응시키고, 상기 레이저 발생 장치가 상기 데이터 회로 영역에 레이저빔을 조사하는 경우에는 상기 제2 광계를 대응시키는 광계 위치 제어기를 더 포함하는 규소 결정화 시스템.
  6. 제3항 또는 제4항에서,
    상기 레이저 발생 장치에서 발생한 레이저빔을 분할하여 동시에 상기 화소 영역, 게이트 회로 영역 및 데이터 회로 영역에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 분할기를 더 포함하는 규소 결정화 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 레이저빔 분할기는 상기 레이저빔 발생 장치에서 발생한 레이저빔을 동일한 에너지의 복수개의 서브 레이저빔으로 분할하는 규소 결정화 시스템.
  8. 절연 기판 위에 비정질 규소층을 증착하는 단계;
    레이저빔이 투과되는 투과 영역을 정의하는 슬릿 패턴을 가지는 마스크를 이용하여 결정화를 진행하는 순차적 측면 결정화 공정에 있어서,
    수평 방향으로의 상기 레이저빔의 이동을 스캐닝이라 하고, 수평 방향이 짧고 수직 방향이 긴 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계를 제1 광계, 수평 방향이 길고 수직 방향이 짧은 형상의 레이저빔을 형성하는 복수개의 광계를 제2 광계라 할 때,
    상기 비정질 규소층 중 화소 영역 및 게이트 회로 영역에는 제1 광계를 이용하여 2 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행하고, n은 정수를 나타낼 때, 상기 비정질 규소층 중에서 데이터 회로 영역에는 제2 광계를 이용하여 n 샷 순차적 측면 결정화 공정을 진행하여 상기 비정질 규소층을 다결정 규소층으로 결정화하는 단계;
    를 포함하는 규소 결정화 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 2 샷 순차적 측면 결정화 공정은 상기 슬릿 패턴이 서로 어긋나게 배열되어 있는 두 개의 슬릿 영역을 가지는 2 샷 마스크를 이용하는 규소 결정화 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 n 샷 순차적 측면 결정화 공정은 적어도 상기 슬릿 패턴이 서로 일부가중첩되게 배열되어 있는 n 개의 슬릿 영역을 가지는 n 샷 마스크를 이용하는 규소 결정화 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에서,
    레이저 발생 장치가 상기 화소 영역 및 게이트 회로 영역에 레이저빔을 조사할 때는 광계 위치 제어기에 의해 상기 제1 광계를 대응시키고, 레이저 발생 장치가 상기 데이터 회로 영역에 레이저빔을 조사할 때는 광계 위치 제어기에 의해 상기 제2 광계를 대응시키는 규소 결정화 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에서,
    레이저빔 분할기에 의해 분할된 서브 레이저빔이 동시에 상기 화소 영역, 게이트 회로 영역 및 데이터 회로 영역에 조사되는 규소 결정화 방법.
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