KR20050028156A - Ｓｌｓ 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘의 결정화를 위한 레이저 조사시 오버랩 영역을 조정하여 회로부 또는 화소부의 박막 트랜지스터의 특성 불량으로 의해 발생하는 라인 형태의 화질 불량을 방지한 SLS 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법에 관한 것으로, 본 발명의 SLS 장비는 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생 장치와, 상기 레이저 빔을 집속하는 집속 렌즈와, 상기 레이저 빔을 구비된 소정의 투과부를 통해 통과시키는 마스크와, 상기 마스크로 투과된 레이저 빔을 축소시켜 레이저 빔 패턴으로 투과시키는 축소 렌즈와, 화소부와 구동부로 정의되며, 상기 레이저 빔 패턴이 조사되는 기판과, 상기 기판이 장착되는 이동 스테이지 및 상기 기판에 대응되는 레이저 빔 패턴의 조사 부위를 감지한 후, 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역을 제어하는 위치 감지기를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

ＳＬＳ 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법{Device used in Sequential Lateral Solidification and Method for Crystallizing Silicon with the same}
본 발명은 실리콘 결정화 방법에 관한 것으로 특히, 실리콘의 결정화를 위한 노광시 오버랩 영역을 조정하여 회로부 또는 화소부의 박막 트랜지스터의 특성 불량으로 인해 발생하는 라인 형태의 화질 불량을 방지한 SLS 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력을 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이 하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어 졌음에도 불구하고 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다.
따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징으로 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막트랜지스터가 형성된다.
그리고 제 2 유리 기판(칼라필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R,G,B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.
이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 실(seal)재에 의해 합착되어 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.
이때, 액정 주입 방법은 상기 실재에 의해 합착된 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 용기에 상기 액정 주입구가 잠기도록 하면 삼투압 현상에 의해 액정이 두 기판 사이에 주입된다. 이와 같이 액정이 주입되면 상기 액정 주입구를 밀봉재로 밀봉하게 된다.
상기 일반적인 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 상기 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이러한 박막 트랜지스터의 반도체층으로는 전계 효과 이동도가 높으며, 광 전류가 적어 다결정 실리콘이 주로 이용된다.
상기 다결정 실리콘의 제조 방법은 공정 온도에 따라 저온 공정과 고온 공정으로 나눌 수 있으며, 이 중 고온 공정은 공정 온도가 1000℃ 근처로 절연 기판의 변형 온도 이상의 온도 조건이 요구되어, 유리 기판은 내열성이 떨어지므로 열 저항력이 높은 고가의 석영 기판을 써야 된다는 점과, 이 고온 공정에 의한 다결정 실리콘 박막의 경우 성막시 높은 표면 조도(surface roughness)와 미세 결정립 등의 저품위 결정성으로, 저온 공정에 의한 다결정 실리콘보다 소자 응용 특성이 떨어진다는 단점이 있으므로, 저온 증착이 가능한 비정질 실리콘을 이용하여 이를 결정화시켜 다결정 실리콘으로 형성하는 기술이 연구/개발되고 있다.
상기 비정질 실리콘을 저온 증착하고 이를 결정화하는 방법은 레이저 열처리(laser annealing), 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization) 등으로 분류할 수 있다.
이 중 레이저 열처리 공정은 펄스(pulse) 형태의 레이저 빔을 기판 상에 조사하는 방법을 이용하는데, 이 펄스 형태의 레이저 빔에 의하면 용융과 응고가 10~102 나노세컨드(nano second) 단위로 반복되어 진행되는 방식으로써, 하부 절연기판에 가해지는 데미지(damage)를 최소화시킬 수 있는 장점을 가져 저온 결정화 공정에서 가장 주목받고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 레이저 열처리 공정에 따른 실리콘의 결정화 방법에 대해서 설명한다.
도 1은 레이저 에너지 밀도별 비정질 실리콘의 입자의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 1과 같이, 비정질 실리콘의 결정화는 레이저 에너지의 세기에 따라 제 1, 제 2, 제 3 영역으로 분류할 수 있다.
제 1 영역은 부분 용융 영역(partial melting region)으로, 비정질 실리콘층의 표면만이 용융될 정도의 세기로 레이저 에너지가 비정질 실리콘층에 조사되는 영역이며, 상기 제 1 영역에서는 이러한 조사 후 비정질 실리콘층의 표면의 부분 용융이 이뤄지고, 고상화(solidification) 과정을 거쳐 상기 비정질 실리콘층 표면에 작은 결정 입자가 형성된다.
제 2 영역은 완전 용융 근접 영역(near-complete melting region)으로, 상기 제 1 영역보다 레이저 에너지 세기를 높여 비정질 실리콘층이 거의 용융될 정도로 레이저 에너지를 조사하는 영역이며, 용융 후 남아있는 작은 핵들을 씨드(seed)로 하여 결정을 성장시켜 제 1 영역에 비해 성장한 결정 입자를 얻을 수 있으나, 균일한 결정 입자를 얻기는 곤란하다. 여기서, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역에 비해 상당히 소폭이다.
제 3 영역은 완전 용융 영역(complete melting region)으로, 상기 제 2 영역보다 레이저 에너지 세기를 높여 비정질 실리콘층을 모두 용융시킬 정도로 레이저를 조사하는 영역이며, 비정질 실리콘층이 모두 용융된 후 고상화가 진행되어 균일한 결정 핵 생성(homogeneous nucleation)이 가능하여 조사 후, 미세한(fine) 균일 결정 입자로 이루어진 결정 실리콘층이 형성된다.
다결정 실리콘을 제조하는 공정에서는 제 2 영역대의 에너지 밀도를 이용하여 균일하게 조대한 결정 입자를 형성하기 위하여, 레이저 빔의 조사 횟수 및 중첩비를 조절한다.
그러나, 다결정 실리콘의 다수 개의 결정 입자 경계부는 전류 흐름의 장애요소로 작용하여 신뢰성 있는 박막 트랜지스터 소자를 제공하기 어렵고, 다수개의 결정 입자 내에서는 전자간의 충돌에 의한 충돌 전류 및 열화에 의해 절연막이 파괴되어 제품 불량을 초래하는 문제점을 갖고 있으므로, 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 실리콘 결정 입자가 액상 실리콘과 고상 실리콘의 경계면에서, 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 SLS(Sequential Lateral Solidification) 기술에 의해 단결정 실리콘을 형성하는 기술(Robert S. Sposilli, M.A. Crowder, and James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.452, 956~957, 1997)이 제안되었다.
상기 SLS 기술에서는, 레이저 에너지 크기와 레이저 빔의 조사 범위 및 이동 거리(translation distance)를 적절히 조절하여, 실리콘 결정 입자를 소정의 길이만큼 측면 성장시킴으로써, 비정질 실리콘을 단결정 수준으로 결정화시킬 수 있다.
이러한 SLS 공정에 이용되는 조사 장치는 좁은 영역에 빔을 집중시키게 되므로 넓은 면적의 기판에 적층된 비정질 실리콘층을 동시에 다결정질로 변화시킬 수 없다. 따라서, 기판의 조사 위치를 변경시키도록, 비정질 실리콘층이 적층된 기판을 스테이지에 장착한 후, 소정 면적에 조사가 이루어진 후, 기판을 이동시켜 다음 면적을 조사시키는 방식으로 기판의 전 영역에 조사가 이루어지도록 한다.
도 2는 일반적인 SLS 조사 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2와 같이, 상기 SLS 조사 장치는 레이저 빔을 발생하는 레이저 발생장치(1)와, 상기 레이저 발생장치(1)를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈(2)와, 기판(10)에 레이저 빔을 나누어 조사시키는 마스크(3)와, 상기 마스크(3)의 하부에 위치하여 상기 마스크(3)를 통과한 레이저빔을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈(4)로 구성된다.
상기 레이저 발생장치(1)는 엑시머 레이저(Excimer Laser)로서 308nm의 XeCl나 248nm의 KrF가 주로 이용된다. 상기 레이저 발생장치(1)는 가공되지 않은 레이저 빔(laser beam)을 방출시키며, 상기 방출된 레이저 빔은 어테뉴에이터(atenuator, 미도시)를 통과하여 에너지 크기를 조절한 후, 상기 집속렌즈(2)를 통해 조사되게 된다.
상기 마스크(3)에 대응되어 비정질 실리콘층이 증착된 기판(10)이 고정된 X-Y스테이지(5)가 위치한다.
이때, 상기 기판(10)의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 상기 X-Y스테이지(5)를 미소하게 이동하여 줌으로써 결정 영역을 점진적으로 확대해 나가는 방법을 사용한다.
여기서, 상기 마스크(3)는 상기 레이저 빔을 통과시키는 투과부(A)와, 레이저 빔을 차단하는 차단부(B)로 구분된다. 상기 투과부의 폭은 1회 노광시 형성되는 그레인의 측면성장 길이를 결정한다.
이하, 도 2의 일반적인 SLS 조사 장치를 이용한 종래의 실리콘을 결정화하는 방법을 알아본다.
도 3은 종래의 레이저 열처리를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3과 같이, 기판(20) 상에 버퍼층(21), 비정질 실리콘층(22)을 차례대로 형성한 후, 이 비정질 실리콘층(22)이 형성된 기판(20) 상에 투과부와 차단부가 순차 교차하는 마스크(미도시)를 배치한 후, 상기 비정질 실리콘층(22)에 레이저 조사 공정을 진행한다.
상기 비정질 실리콘층(22)은 일반적으로 화학 기상 증착법(CVD)등을 사용하여 기판(20)에 증착하게 되는데, 증착 직후 상기 비정질 실리콘층(22) 내에 수소를 많이 함유하고 있다. 수소는 열에 의해 박막을 이탈하는 특징이 있기 때문에, 상기 비정질 실리콘층(22)을 1차로 열처리하여 탈수소화 과정이 필요하다. 수소를 미리 제거하지 않은 경우에는 결정화된 실리콘층의 표면이 매우 거칠어져 전기적으로 특성이 좋지 않으므로, 이를 방지하고자 함이다.
도 4는 도 2의 SLS 조사 장치를 이용하여 1회 조사 후, 투과부에 대응되는 비정질 실리콘층의 부위가 결정화된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4와 같이, 비정질 실리콘층(22)의 상부에 위치한 상기 마스크(미도시)를 통해 레이저 빔을 1회 조사한다. 이 때, 조사되는 레이저빔은 상기 마스크에 구성된 다수의 투과부(A)로 통과되어, 조사되는 부위의 비정질 실리콘층(22)이 녹아 액상화한다. 이와 같은 경우, 상기 레이저 에너지의 정도는 조사 부위의 상기 비정질 실리콘층이 완전히 녹을 정도의 고 에너지 영역대(complete melting region)를 사용한다.
이와 같이, 레이저 빔의 조사 후 비정질 실리콘 영역과 완전히 용융되어 액상화된 실리콘 영역의 계면(32)으로부터 조사 영역 쪽으로 실리콘 그레인(silicon grain)(33)의 측면성장이 진행된다. 그레인의 측면성장은 상기 계면(32)에 대해 수직하는 방향으로 일어난다.
비정질 실리콘층(22)의 투과부에 대응되는 조사되는 부위에서는 마스크의 투과부(A)의 폭이 상기 실리콘 그레인 성장 길이의 두배 보다 작으면, 상기 실리콘영역의 양측 계면에서 안쪽으로 수직하게 성장한 양측의 그레인은 중간지점(31)에서 부딪히게 되면서 성장을 멈추게 된다.
이러한 1회 조사를 통한 결정화 공정으로, 상기 마스크(도 2의 3)에 구성한 투과부(A)의 수만큼 한블럭 내에 결정화된 영역이 발생한다.
이어, 실리콘 그레인을 더욱 성장시키기 위해서는 상기 기판이 형성된 스테이지를 이동시켜 상기 조사된 부위에 인접한 영역을 조사하여 상기 1회 노광에서 형성된 결정에 연결되는 결정을 형성한다. 마찬가지로, 조사시 순간적으로 완전히 용융된 조사 부위는 양측으로부터 측상으로 결정이 형성된다. 일반적으로 레이저 조사 공정으로 진행되는 인접한 조사부와 연결된 결정성장의 길이는 일반적으로 1.5 내지 2㎛의 길이로 성장하게 된다.
레이저 빔의 빔폭과 마스크의 크기가 제한되어 있기 때문에, 레이저 빔(laser beam)을 이용한 결정화는 기판(20)의 전 면적에 동시에 이루어질 수 없다. 따라서, 기판의 사이즈가 대면적으로 갈수록 상기 하나의 마스크를 여러번 정렬하고, 그 때마다 결정화 과정을 반복함으로써 결정화가 이루어진다.
이 때, 상기 단일 마스크의 축소면적만큼 결정화 된 영역을 한 블록이라 정의하면, 상기 한 블록내의 결정화 또한 다수의 레이저 빔 조사를 통해 이루어진다.
그러나, 이러한 종래의 실리콘 결정화 방법은 마스크의 투과부(A)가 차단부(B)에 비해 상대적으로 폭이 작기 때문에, 한 블록의 영역을 결정화하기 위해 스테이지가 여러 번 미소 이동함으로써 결정화되는 방법이므로, 상기 마스크 또는 스테이지를 이동하는 총 소요시간이 전체 결정화 공정시간에 대해 큰 비중을 차지하게 되어 공정 수율이 감소하는 원인이 된다.
이하, 차단부의 폭을 줄여 투과부와 대등한 수준으로 형성한 종래의 마스크와 이를 이용하여 레이저 조사시 결정화 상태를 살펴본다.
도 5는 종래의 SLS 조사 장치에 이용되는 다른 형태의 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 5와 같이, 종래의 SLS 조사 장치에 이용되는 다른 형태의 마스크(40)는 가로 방향으로 형성된 투과부(A)와 차단부(B)가 교차하여 나타난다. 이러한 투과부(A)와 차단부(B)의 폭 크기(a, b)는 조절 가능하다. 도 5에는 투과부(A)의 폭(a)이 차단부(B)의 폭(b)과 거의 대등하게 도시되어 있는데, 이 경우 1회 조사에서 노광되지 않는 영역을 2회 조사에서 노광하는 방식으로 한 블록에 내에 해당하는 기판을 2 회 노광하여 결정화가 가능하다.
여기서, 상기 마스크(40)를 통한 레이저 빔 1 펄스에 대응되는 기판 상의 조사되는 블록의 가로 길이는 L이며, 세로 길이 S에 해당된다. 이 경우, 상기 블록의 크기는 마스크의 투과부(A) 영역에 바로 대응되는 것이 아니라, SLS 장치 내 축소 렌즈의 축소 비가 계산된 크기이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 마스크를 이용하여 레이저를 조사 후 결정화된 상태를 나타낸 평면도이다.
도 6a와 같이, 레이저 조사 장치를 이용하여 도 5의 마스크(40)를 통해 비정질 실리콘층 상에 레이저 빔을 1차 조사하면, 레이저 빔이 상기 마스크(40)에 구성된 다수의 투과부(A)로 통과되어, 제 1 조사부(Ia)의 비정질 실리콘층이 완전히 용융되며, 이어 액상화된 실리콘 영역의 계면으로부터 실리콘 그레인(silicon grain)의 측면성장이 진행된다. 상기 그레인의 측면성장은 상기 1차 조사에서 액상화된 제 1 조사부(Ia)와 비조사부와의 계면에 대해 수직하는 방향으로 일어난다.
도 6b와 같이, 도 5의 마스크(40)의 투과부(A)가 상기 비정질 실리콘층의 1차 조사시 비조사부에 대응되도록 상기 기판을 이동하여 2차 레이저 빔을 조사하면, 상기 1차 조사에서 형성된 그레인들이 씨드(seed)로 작용하여 계속하여 성장함으로 제 2 조사부(Ib)의 양측에서 형성된 그레인들이 제 2 조사부(Ib)의 중심부에서 만난다. 여기서는 제 2 조사부(Ib)가 1차 조사의 비조사부에 대응되므로, 2차 조사에서 형성되는 그레인들의 측면 성장 길이는 1차 노광에서 형성되는 그레인들의 2배 정도가 된다.
상기 1, 2차 조사로 비정질 실리콘층에 상기 마스크(40)의 투과 블록인 가로(L), 세로(S) 길이에 대응되는 면적에 결정화가 이루어지기 위해서는, 2차 조사에서 상기 마스크(40)에 대해 투과부 폭(a)과 차단부 폭(b)을 더한 길이의 1/2 길이((a+b)/2)로 상기 비정질 실리콘층이 장착된 기판을 결정 형성 방향으로 이동시켜 레이저 조사 공정을 진행한다.
도 7은 종래의 기판 상에 도 5의 마스크를 이용하여 결정화를 진행하는 방법을 나타낸 평면도이며, 도 8은 도 7의 기판의 소정 블록에서 결정 후 오버랩 영역을 나타낸 평면도이다.
도 7과 같이, 종래의 기판 원판(60) 상에 진행하는 실리콘 결정화는 도면 상에 도시하는 순서대로 이루어진다.
즉, 먼저, 기판 원판(60) 상의 조사 부위를 우측부터 좌측으로 투과부 빔 길이(L)에 대응되는 만큼 (-)X축으로 이동(①)하여 기판 원판(60)에 가로 방향에 대해 진행한다.
이어, 기판 원판(60) 상의 조사 부위를 상측에서 하측으로 투과부(a) 및 차단부(b)의 1/2 폭((a+b)/2)만큼 (-)Y축으로 이동(②)한다. 그리고, 다시 이어, 기판 원판(60) 상의 조사 부위를 좌측부터 우측으로 투과부 빔 길이(L)에 대응되는 만큼 (+)X축으로 이동(③)하여, 상기 ①이동에서 상기 마스크(40)에 대응된 기판 원판(60)상의 블록 중 노광되지 않은 영역에 대해 결정화를 진행한다.
이어, 상기 마스크(40)의 세로 길이(S)에 대응되어 (-)Y축으로 이동(④)한 후, 같은 방식으로 상기 ①부터 ③까지의 과정을 반복하여 결정화 공정을 진행한다.
이러한 결정화 공정은 일반적으로, 마스크(40)를 고정시킨 상태에서 상기 기판 원판(60)을 이동시켜 결정화를 진행하게 되는데, 이 때 상술한 결정화가 이루어지는 방향에 대해 반대 방향으로 기판 원판(60)을 이동시키면 된다.
즉, ①에서는 (+)X축으로 투과부(A)의 빔 길이(L)만큼 이동시키며 각 이동 후 마스크를 통해 대응되는 기판 원판(60)상의 부위에 결정화를 진행하며, ②에서는 상기 기판 원판(60)을 (+)Y축 방향으로 상기 투과부+차단부의 1/2 폭((a+b)/2)으로 이동시킨 후, 다시 ③에서 (-)X축 방향으로 투과부의 빔 길이(L)만큼 이동시키고, 각 이동 후 마스크(40)를 통해 대응되는 기판 원판(60)상의 부위에 결정화를 진행한다.
이와 같이, 상기 ① 내지 ③의 이동을 통해, X축 방향에 대해 상기 마스크(40)의 길이(S)에 대응되는 기판 원판(60)의 부위에 대한 결정화를 완료하면, 상기 마스크(40)의 길이(S)만큼 상기 기판 원판(60)을 (+)Y축 방향으로 이동시킨 후, 다시 ①내지 ③의 이동을 통한 결정화를 진행한다.
도면에서 헤칭이 이루어진 부위는 일방향으로 기판 이동 후 최초 조사가 이루어지는 부분을 나타낸다.
한편, 도 8과 같이, 도 7의 순서로 기판 원판(60)을 이동시켜 결정화를 진행할 때, 기판 원판(60)의 소정 영역을 관찰해보면, 인접한 레이저 조사 영역간 상기 투과부가 2번 이상 대응되는 레이저 빔(laser beam) 오버랩 영역이 발생한다. 즉, 상기 기판 원판(60)을 X축 방향으로 L만큼 이동시켜 조사시 O1과 같은 오버랩 영역이 발생하며, Y축 방향으로 (a+b)/2만큼 이동시켜 조사시에는 O2와 같은 오버랩 영역이 발생한다. 오버랩 영역들(O1, O2) 중, X축 또는 Y축의 어느 일 방향으로만 오버랩된 2중 조사된 부위들(51, 52)도 있으며, X축, Y축 모두 오버랩된 4중 조사된 부위(53)도 있다.
이러한 오버랩 영역들(51, 52, 53)에서는 실리콘 결정화 공정시에 형성되는 그레인들에 단절이 이루어져 이 부위에 소자가 위치할 경우, 이동도가 떨어지는 문제점이 나타난다.
도 9는 종래의 실리콘 결정화 방법에 따라 기판 상의 마스크에 대응되는 블록과 레이저 빔의 오버랩 부위를 나타낸 개략 평면도이다.
도 9와 같이, 종래의 실리콘 결정화 방법에서는 레이저 빔이 상술한 마스크(40)를 통해 해당 블록별(C1, C2, ...., CM, CN, ....)로 기판(60) 상에 조사될 때, 레이저 빔이 오버랩된 부위가 이후 형성되는 화소부(70)의 소정 화소(71)의 소자(TFT) 형성 영역 또는 게이트 드라이버(61) 또는 소오스 드라이버(62)의 소자 형성부에 오게 되는데, 이 부위의 결정성은 균일하지 않기 때문에, 레이저 빔 오버랩된 영역에 형성되는 소자는 레이저 빔이 오버랩되지 않은 영역에 형성된 소자에 비해 이동도(mobility)가 떨어져 특성이 열화된다.
종래의 실리콘 결정화 방법은 SLS 결정화 기술을 적용하여 결정화를 진행한 후, 반도체층의 패턴을 형성하고 게이트 드라이버(61) 및 소오스 드라이버(62)의 회로 및 화소부의 소자를 형성하는 것이다. 이 때, 결정화 공정시 발생되는 레이저 빔 오버랩 영역을 고려하지 않고 소자를 배치한다.
이러한 레이저 빔의 오버랩 영역은 블록별(C1, C2, ...., CM, CN,....)로 X축 또는 Y축의 소정의 라인 형태로 발생하는데, 오버랩 영역에 위치한 화소들의 경우, 오버랩되지 않은 영역의 화소의 비해 결정성이 다르기 때문에 소정 블록의 라인형의 화질 불량이 발생하게 되며, 또한, 레이저 빔의 오버랩 영역이 게이트 드라이버 또는 소오스 드라이버의 특정 소자 형성부에 위치하게 되면, 게이트 라인 또는 데이터 라인의 라인 불량이 발생할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 실리콘 결정화 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
SLS 결정화 기술로 결정화 공정을 진행하면 레이저 빔(Laser Beam) 오버랩 영역이 발생한다. 이 영역은 결정화 특성이 불균일하기 때문에 화소부의 TFT 소자 영역이나 게이트 드라이버나 소오스 드라이버의 회로부에 배치되면, 특성 불균일에 의한 라인형태의 화질 불량을 발생시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 실리콘의 결정화를 위한 레이저 조사시 오버랩 영역을 조정하여 회로부 또는 화소의 박막 트랜지스터의 특성 불량으로 인해 발생하는 라인 형태의 화질 불량을 방지한 SLS 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 SLS 장비는 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생 장치와, 상기 레이저 빔을 집속하는 집속 렌즈와, 상기 레이저 빔을 구비된 소정의 투과부를 통해 통과시키는 마스크와, 상기 마스크로 투과된 레이저 빔을 축소시켜 레이저 빔 패턴으로 투과시키는 축소 렌즈와, 화소부와 구동부로 정의되며, 상기 레이저 빔 패턴이 조사되는 기판과, 상기 기판이 장착되는 이동 스테이지 및 상기 기판에 대응되는 레이저 빔 패턴의 조사 부위를 감지한 후, 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역을 제어하는 위치 감지기를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 레이저 발생 장치로부터 출사되는 레이저 빔 크기를 상기 기판에 형성될 화소의 크기에 따라 조절하는 감쇄기를 더 포함한다.
상기 위치 감지기는 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보를 상기 이동 스테이지에 피드백시켜 현재 레이저 빔 패턴과 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역을 제어한다.
상기 마스크는 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보에 따라 이어 조사되는 레이저 빔 패턴의 크기를 제어하는 개구 조절 패턴을 더 구비한다.
상기 화소부는 교차되어 형성되는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인으로 복수개의 화소가 정의되며, 상기 구동부는 구동을 위한 소자의 형성부와 소자의 비형성부로 구분되어 정의된다.
상기 레이저 빔 패턴의 오버랩 영역은 화소부에서는 상기 게이트 라인 및 데이터 라인 형성 부위에 대응되며, 구동부에서는 소자의 비형성부에 대응된다.
상기 이동 스테이지의 레이저 빔 조사에 따른 이동은 상기 화소부에 형성될 일 화소의 가로(x) 및 세로(y) 크기의 각각 정수배되는 면적(mx × ny)(m, n은 각각 정수)을 단위로 하여 이루어진다.
상기 위치 감지기는 상기 기판의 4변 중 하나의 변을 제외한 부위에 각각 대응되어 형성된다.
상기 레이저 빔 패턴의 조사 후 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역에 대응하여 서로 마주보는 변의 위치한 위치 감지기를 통해 오버랩 영역의 제 1 방향을 감지한 후, 나머지 하나의 위치 감지기를 이동시켜 상기 오버랩 영역의 제 2 방향을 감지한다.
또한, 본 발명의 SLS 장비를 이용한 실리콘 결정화 방법은 상기 위치 감지기에 의해 감지되는 상기 기판 상에 조사되는 레이저 빔 패턴 조사 부위의 정보를 통해 인접한 레이저 빔 패턴간의 오버랩 영역이 화소부에서는 게이트 라인 및 데이터 라인 형성 부위에 구동부에서는 비소자 형성 부위에 대응되도록 제어하여 레이저 조사를 진행하는 단계를 포함하여 이루어짐을 그 특징이 있다.
여기서, 상기 레이저 발생 장치의 출사측에 감쇄기를 더 구비하여 출사되는 레이저 빔 크기를 상기 기판에 형성될 화소의 크기에 따라 조절시킨다.
상기 위치 감지기는 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보를 상기 이동 스테이지에 피드백시켜 현재 레이저 빔 패턴과 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역을 제어한다.
상기 마스크는 개구 조절 패턴을 더 구비하여 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보에 따라 이어 조사되는 레이저 빔 패턴의 크기를 제어한다.
상기 이동 스테이지의 레이저 빔 조사에 따른 이동은 상기 화소부에 형성될 일 화소의 가로(x) 및 세로(y) 크기의 각각 정수배되는 면적(mx × ny)(m, n은 각각 정수)을 단위로 하여 이루어진다.
상기 위치 감지기는 상기 기판의 4변 중 하나의 변을 제외한 부위에 각각 대응되어 형성된다.,
상기 레이저 빔 패턴의 조사 후 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역에 대응하여 서로 마주보는 변의 위치한 위치 감지기를 통해 오버랩 영역의 제 1 방향을 감지한 후, 나머지 하나의 위치 감지기를 이동시켜 상기 오버랩 영역의 제 2 방향을 감지한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실리콘 결정화 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 10은 본 발명의 SLS 장비를 나타낸 개략도이다.
도 10과 같이, 본 발명의 SLS 장비는 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생 장치(130)와, 상기 레이저 빔을 집속하는 집속 렌즈(132)와, 상기 레이저 빔을 구비된 소정의 투과부(A)를 통해 통과시키는 마스크(100)와, 상기 마스크(100)로 투과된 레이저 빔을 축소시켜 레이저 빔 패턴으로 투과시키는 축소 렌즈(134)와, 화소부와 구동부로 정의되며, 상기 레이저 빔 패턴이 조사되는 기판(90)과, 상기 기판(90)이 장착되는 이동 스테이지(136) 및 상기 기판(90)에 대응되는 레이저 빔 패턴의 조사 부위를 감지한 후, 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역을 제어하는 위치 감지기(94)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 위치 감지기(94)는 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보를 상기 이동 스테이지(136)에 피드백시켜 현재 레이저 빔 패턴과 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역을 제어하는 것이다.
상기 SLS 장비를 이루어진 실리콘 결정화 공정에서, 상기 기판(90) 상에 조사되는 레이저 빔 패턴간의 오버랩 영역은 상기 기판(90)에 형성될 액정 패널의 비소자 형성 부위에 대응된다. 즉, 액정 패널의 화소부에 있어서는 게이트 라인 및 데이터 라인 부위에 상기 레이저 빔 패턴간의 오버랩 영역을 대응시키고, 구동부에 있어서는 비소자 형성부에 대응시킨다.
상기 마스크(100)는 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보에 따라 이어 조사되는 레이저 빔 패턴의 크기를 제어하는 개구 조절 패턴(102a, 102b)을 더 구비한다. 이 때, 상기 마스크(100)는 양측에 지지할 수 있는 지지대(101)가 형성된다.
여기서, 상기 개구 조절 패턴(102a, 102b)은 가로 슬릿 형상으로 형성된 마스크(100)의 투과부(A)의 가로 폭을 조절하는 기능을 갖는다.
상기 레이저 발생 장치(130)는 상기 기판(90)에 형성될 액정 패널(도 12의 80 참조)의 사이즈에 따라 화소의 크기가 변경됨을 감안하여 상기 레이저 발생 장치(130)로부터 출사되는 레이저 빔 크기를 조절하는 감쇄기(120)를 더 포함할 수 있다. 즉, 다양한 크기의 액정 패널에 따라 상기 감쇄기(120)의 감쇄비를 조절하여 레이저 빔 패턴 간의 오버랩 영역이 비소자 형성부에 대응되도록 조정하여 실리콘 결정화를 위한 레이저 조사를 진행하도록 한다.
도 11은 본 발명에 따른 도 10의 SLS 장치의 일 레이저 빔 패턴에 대응되는 기판 상의 투과 블록을 나타낸 평면도이다.
도 11과 같이, 도 10의 SLS 장비의 개구부에 대응되는 레이저 빔 마스크는, 좌우로 투과부의 너비를 조절하는 상기 개구부의 개구 조절 패턴(102a, 102b)과 기판 원판 상에 대응되는 레이저 빔 블록 사이즈를 조정하는 레이저 빔 조사 블록 조정용 패턴(105)을 구비함으로써, 기판 원판 상의 레이저 조사 부위를 제어할 수 있다.
상기 감쇄기(120)는 액정 패널에 형성되는 화소의 크기에 따라 레이저 발생 장치로부터 출사되는 레이저 빔 크기를 제어하는 것이고, 상기 개구 조절 패턴(102a, 102b)은 마스크를 통해 투과된 기판(90) 상에 조사되는 레이저 빔 패턴의 개구 크기(mx ×ny)를 제어하는 것이다. 따라서, 상기 감쇄기(120)는 기판(90)에 형성되는 액정 패널의 사이즈에 따라 그 감쇄비를 달리할 수 있으며, 상기 개구 조절 패턴(102a, 102b)은 직접적으로 상기 위치 감지기로부터 인가받은 위치 정보에 따라 오버랩 부위를 조정하기 위해 좌우 양측으로 쉬프팅하는데 이용할 수 있다.
도 12는 도 10의 SLS 장치의 위치 감지기에 대응되는 기판을 나타낸 평면도이다.
도 12와 같이, 본 발명의 실리콘 결정화 방법에 이용되는 기판(90)은 실리콘층이 전면 증착된 글래스 원판으로, 상기 기판(90) 내에 복수개의 액정 패널용 TFT 어레이 기판(80)이 형성된다. 또한, 상기 각 액정 패널용 TFT 어레이 기판(80)에는 화소 영역을 정의하는 서로 교차된 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과 상기 화소 영역에 형성된 복수개의 화소 전극으로 이루어진 화소부와 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 구동 신호를 인가하는 구동부가 정의되어 있으며, 각 화소부 및 구동부의 소자 형성부의 위치 정보를 가진 상태에서 실리콘 결정화 공정을 진행하게 된다.
상기 기판(90) 상에는 액정 패널(80)의 상하부 기판 얼라인을 위해 네 모서리에 얼라인 키(93a, 93b, 93c, 93d)가 구비되며, 상기 기판(90)이 장착된 SLS 장비에 형성된 위치 감지기(94a, 94b, 94c)가 상기 기판(90)의 소정 위치에 대응되어 기판(90) 상에 레이저 빔 패턴간의 오버랩 영역을 감지하고 있다.
이 때, 상기 기판(90)은 이동 스테이지 상에 장착되어 있는데, 이 경우, 상기 위치 감지기(94a, 94b, 94c)는 상기 기판(90)의 네 변의 한 변을 제외한 위치에 대응되도록 SLS 장비에 형성된다. 도시된 도면에는 상기 위치 감지기(94a, 94b, 94c)가 이동 스테이지 상에 형성되어 있다. 즉, 이동 스테이지 상에 상기 기판(90)이 고정되어 장착되어 있으므로, 상기 위치 감지기(94a, 94b, 94c)가 기판(90) 상에 대응되어 도시되어 있다.
여기서, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 형성 위치에 대한 위치 정보를 근거로, 상기 위치 감지기(94a, 94b, 94c)로부터 레이저 빔 패턴이 기판(90)상에 조사되는 위치 정보를 SLS 장비에 피드백(feedback)시켜 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 되는 영역을 제어하도록 한다.
상기 위치 감지기(94a, 94b, 94c)로부터 레이저 빔 패턴이 기판(90) 상에 대응되는 위치를 감지하는 방법은 다음과 같다.
즉, 도 12와 같이, 기판(90)의 위아래에 대응되어 형성된 제 1, 제 3 위치 감지기(94a, 94c)를 레이저 빔 패턴에 대응되도록 X축 방향으로 이동시켜, Y축 방향의 레이저 빔 패턴의 조사 부위를 판단한다. 이어, 상기 제 2 위치 감지기(94b)를 레이저 빔 패턴에 대응되도록 Y축 방향으로 이동시켜 X축 방향의 레이저 빔 패턴의 조사 부위를 판단한다. 이 때, 상기 제 1 내지 제 3 위치 감지기(94a, 94b, 94c)가 위치하는 부위는 상기 레이저 빔 패턴의 에지부로 다음 레이저 빔 패턴과의 오버랩이 이루어지는 부위이다.
이와 같이, 상기 위치 감지기(94a, 94b, 94c)로부터 레이저 빔 패턴의 기판(90)상의 조사 위치를 판단하여, 화소부의 게이트 라인 및 데이터 라인 형성 부위 및 구동부의 비소자 형성부에 대응시켜 다음 레이저 빔 패턴의 오버랩 영역이 대응되도록 조정하여 레이저 조사를 진행한다.
상기 기판(90)은 글래스 원판 전면에 비정질 실리콘층이 증착된 것으로, 상기 기판(90) 상에는 결정화 이후의 소정 물질의 증착 및 패터닝 등으로 액정 패널용 TFT 어레이 기판이 복수개 형성된다. 상기 복수개의 TFT 어레이 기판 각각에는 디스플레이 기능을 하는 복수개의 화소로 이루어진 화소부와, 상기 화소부에 구동 신호를 인가하는 구동부가 구분되어 정의된다.
상기 이동 스테이지의 레이저 빔 조사에 따른 이동은 상기 화소부에 형성될 일 화소의 가로(x) 및 세로(y) 크기의 각각 정수배되는 면적(mx × ny)(m, n은 각각 정수)을 단위로 하여 이루어진다.
이하, 상기 기판(90) 상에 형성되는 액정 패널용 TFT 어레이 기판(80)을 통해 레이저 빔 패턴의 오버랩 영역이 대응되는 부위를 자세히 살펴본다.
도 13은 도 12의 기판에 형성된 액정 패널용 TFT 어레이 기판과 상기 액정 패널용 TFT 어레이 기판에 대응되는 레이저 빔 패턴의 오버랩 영역을 나타낸 개략 평면도이다.
도 13과 같이, 액정 패널용 TFT 어레이 기판은 화소부와 구동부로 크게 나뉘어진다.
상기 화소부(85)에는 수직으로 교차되는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인이 교차하여 정의되는 화소 영역(86)에 형성된 화소 전극이 형성된다. 상기 화소 영역(86)에는 또한, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차점에 인접하여 박막 트랜지스터가 형성된다.
그리고, 구동부는 상기 게이트 라인에 구동 신호를 인가하는 게이트 드라이버(82)와, 데이터 라인에 구동 신호를 인가하는 소오스 드라이버(81)로 이루어진다. 상기 게이트 드라이버(82) 및 소오스 드라이버(81)에는 복수개의 게이트 라인들 및 데이터 라인들에 구동 신호를 인가하기 위해, 액정 패널용 TFT 어레이 기판(80)에 형성된 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인들을 여러 개의 군으로 나누어 신호를 인가한다. 각 군에 대응하여 상기 게이트 라이버(82) 및 소오스 드라이버(81)에는 드라이브 IC가 형성되며, 이 경우, 각 드라이브 IC별로 여러개의 소자로 이루어진 회로부가 형성된다. 각 군에 대응되는 드라이브 IC들 사이는 소정 간격으로 이격되어 있다.
따라서, 상기 화소부에서 있어서는 상기 게이트 라인 및 데이터 라인 부위에 오버랩 영역이 대응되며 상기 구동부에 있어서는 상기 드라이브 IC들 사이, 즉, 소자가 형성되지 않은 부위에 오버랩 영역이 대응되도록 한다.
본 발명의 실리콘 결정화 방법은 상기 레이저 빔 패턴의 오버랩 영역이 화소부(85)에서는 상기 게이트 라인 및 데이터 라인 형성 부위에 대응되며, 구동부(81, 82)에서는 소자의 비형성부에 대응된다.
본 발명의 SLS 장비를 이용한 실리콘 결정화 방법은 다음의 순서로 이루어진다.
먼저, 비정질 실리콘(amorphous silicon) 박막이 전면 증착된 기판(80)을 준비한다.
이어, 상기 기판(80)을 SLS 장비(도 10 참조)의 이동 스테이지(136)에 장착한다.
이어, 상기 기판(80) 상에 소정의 투과부(A) 및 차단부(B)가 정의된 마스크(100)를 위치시킨다.
이어, 상기 기판(80)이 장착된 이동 스테이지(136)를 이동시켜 상기 투과부(A)를 통해 투과되는 레이저 빔 패턴이 대응되는 상기 기판(90) 상의 블록을 변화시키며 해당 블록(C1, C2, ...., KM, KN,...)에 대한 결정화를 진행한다.
이 때, 상기 레이저 빔 패턴의 조사 후 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역(O1, O2)에 대응하여 서로 마주보는 변의 위치한 위치 감지기(도 12의 94a, 94c 참조)를 통해 오버랩 영역의 제 1 방향을 감지한 후, 나머지 하나의 위치 감지기를 이동시켜 상기 오버랩 영역(O1, O2)에 대응하여 제 2 방향(도 12의 94b 참조)을 감지한다. 여기서, 상기 오버랩 영역(O1, O2) 영역은 각 레이저 빔 패턴이 대응되는 해당 블록의 에지부이다.
본 발명의 SLS 장비를 이용한 실리콘 결정화 방법은 상기 위치 감지기(94a, 94b, 94c)에 의해 감지되는 위치 정보를 SLS 장비에 피드백시켜 현재 조사되는 레이저 빔 패턴에 인접한 레이저 빔 패턴간의 오버랩 영역이, 화소부(85)에서는 게이트 라인 및 데이터 라인 형성 부위(85내의 86을 제외한 부위)에 구동부(81, 82)에서는 비소자 형성 부위에 대응되도록 제어하여 레이저 조사를 진행하는 하는 것이다.
상기 액정 패널용 TFT 어레이 기판(80)에 형성되는 화소는 액정 패널의 사이즈에 따라 변경될 수 있는 크기로, 상기 화소 크기의 변경으로 인한 오버랩 영역의 조정은 이는 SLS 장비에 감쇄기의 감쇄비를 조절하여 별도의 마스크 변경없이 해결할 수 있다.
상기 마스크(100)는 개구 조절 패턴(102a, 102b)을 더 구비하여 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보에 따라 이어 조사되는 레이저 빔 패턴의 크기를 제어하도록 한다.
상기 이동 스테이지(도 10의 136참조)의 레이저 빔 조사에 따른 이동은 상기 화소부에 형성될 일 화소의 가로(x) 및 세로(y) 크기의 각각 정수배되는 면적(mx × ny)(m, n은 각각 정수)을 단위로 하여 이루어진다.
본 발명의 실리콘 결정화 방법은 마스크를 투과한 레이저 빔 패턴의 조사 부위인 블록들(K1, K2, ...., KM, KN, ....)간의 오버랩 영역(O1, O2)이, 화소부(85)에서는 게이트 라인 및 데이터 라인 형성 부위에 대응되며, 구동부(81, 82)에서는 비소자 형성부에 대응되도록 하여 이루어진다. 따라서, 결정화 공정 이후, 화소부(85) 및 구동부(81, 82)에 형성될 소자(TFT : Thin Film Transistor)의 채널(channel)에 상기 레이저 빔 패턴의 오버랩 영역(O1, O2)이 대응되지 않게 되어, 기판(80) 전체에 균일한 이동도를 갖는 소자를 형성할 수 있게 된다.
여기서, 상기 화소부(85)에 있어서, 게이트 라인 및 데이터 라인들 형성 부위(화소부(85) 내의 86 이외의 부위)에 오버랩 영역이 대응되도록 하는 이유는 상기 게이트 라인 및 데이터 라인들 상에는 소자가 형성되어 직접적으로 채널 형성 부위가 되지 않을 뿐 아니라, 상기 라인들은 일정 피치(pitch)로 이격되어 형성되기 때문에, 연속되는 레이저 빔 패턴에 기판(80)의 다음 블록을 대응시킴에 있어, 가로 및 세로의 길이를 각각 x, y로 갖는 일 화소(일 화소 전극, 해당 화소 전극을 구동시키는 해당 게이트 라인 및 데이터 라인으로 영역 정의)의 정수배에 해당하는 면적(mx × ny)만큼 기판(90)을 이동시키면 각 레이저 빔 패턴의 에지(경계부)가 기판의 게이트 라인 및 데이터 라인들 형성부위에 위치시키기 용이하기 때문이다.
또한, 게이트 드라이버(82)나 소오스 드라이버(81)의 소자는 상기 화소부(85)의 각 라인별 해당 신호를 인가하도록 하거나 또는 복수개의 라인을 하나의 군으로 묶어 소정 신호를 인가하도록 형성되므로, 상기 화소부(85)의 게이트 라인 및 데이터 라인(도면에서 화소부 내의 화소 이외의 부위)의 위치에 맞추어 레이저 빔의 오버랩 영역을 정한 후, 이후 상기 화소부(85)의 게이트 라인이나 데이터 라인의 연장선에 대응되는 상기 게이트 드라이버(81) 또는 소오스 드라이버(82) 부위에는 소자가 형성되지 않도록 조정한다. 이 때, 상기 게이트 드라이버(81)나 소오스 드라이버(82)에 형성되는 소자도 화소부(85)에 형성되는 소자와 동일 재료이며 또한, 동일한 패터닝 공정에서 형성되기 때문에, 이 때의 게이트 드라이버(81) 및 소오스 드라이버(82)에 형성되는 각 소자 형성 위치는 게이트 라인 및 데이터 라인의 패터닝 공정에서 조절 가능하다.
일반적으로, 폴리 실리콘 TFT(Thin Film Transistor) 액정 표시 장치는 기판(도 13의 90 참조)에 비정질 실리콘 박막을 전면 증착하고, 결정화하여 결정질 실리콘화한 후, 이를 패터닝하여 소자의 반도체층으로 형성한다. 이어, 금속 물질을 증착하고 이를 패터닝하여 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인을 형성하며, 상기 반도체층과 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극으로 이루어진 소자를 형성하게 된다. 즉, 결정화를 먼저 진행한 후, 화소부(85)의 소자와 게이트 드라이버(81) 및 소오스 드라이버(82)의 소자가 형성되는 것이다.
따라서, 레이저 빔 패턴간의 오버랩 영역이 실제 화소부와 구동부에 형성되는 게이트 라인 및 데이터 라인이나 비소자 형성부에 대응되는 지를 알 수 있는 때는 상기 구동부의 게이트 라인 및 데이터 라인이 패터닝되어 형성될 때이다.
본 발명의 실리콘 결정화 방법에 이용되는 기판(80)은 각 화소부의 화소 형성 부위에 대한 정보를 미리 가지고 있어, 레이저 빔 패턴간의 오버랩 영역이 화소부에 있어서는 게이트 라인 및 데이터 라인 형성 부위에 대응되며, 구동부에 있어서는 비화소 영역에 대응되도록 하는 것이다. 이를 위해서는 상기 레이저 빔 조사 패턴의 위치를 감지하는 위치 감지기가 SLS 장비에 구비되어 있어야 한다.
또한, 레이저 빔 1 펄스에 의해서 결정화되는 블록의 면적이 화소 면적의 정수배가 되도록 조정(블록의 가로 및 세로 모두 화소의 정수배가 되도록 조정)하며, 상기 기판을 이동시키며 발생하는 인접한 레이저 빔들간의 라인 형태의 오버랩 영역의 폭이 데이터 라인 또는 게이트 라인의 폭보다 작게 조절한다.
또한, 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버에 위치하는 소자는 상기 게이트 라인 또는 데이터 라인의 연장선상에 위치하지 않도록 조정한다.
이러한 인접한 레이저 빔간의 오버랩 영역을 게이트 라인 또는 데이터 라인에 위치시키는 본 발명의 사상을 일반적인 플랫 패널 디스플레이(flat panel display)에 적용할 경우, 제품의 화소 크기가 변하면 1 펄스 레이저 빔 조사에 의해서 결정화되는 면적의 크기도 조정이 되어야 하기 때문에 도 11과 같이, 각각의 제품의 사양에 따라 화소 사이즈의 가로(x), 세로(y) 길이에 정수배로 비례하는 마스크가 필요하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 실리콘 결정화 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
라인 형의 인접한 레이저 빔의 오버랩 영역을 소자가 형성되지 않는 부위인 화소부에서는 게이트 라인 및 데이터 라인에 대응시키고, 구동부에서는 비소자 형성부에 대응시킴으로, 게이트 드라이버, 소오스 드라이버 및 화소부의 소자 형성에 결정화 오버랩이 발생하여 소자 특성의 불균일 발생하는 현상을 방지할 수 있으며, 라인 형태의 화질 불량을 개선할 수 있다.
또한, 이러한 레이저 빔의 조사는, SLS 장비에 별도의 위치 감지기를 구비하고, 레이저 빔 패턴에 대해 기판을 화소의 가로의 길이의 정수배 또는 세로의 길이의 정수배만큼 이동시키며 이루어짐으로, 레이저 빔 패턴간 오버랩 영역을 액정 패널 전체에 있어서, 비소자 형성부에 대응시켜 전체적으로 이동도가 균일한 액정 패널을 구현할 수 있다.
도 1은 레이저 에너지 밀도별 비정질 실리콘의 입자의 크기를 나타낸 그래프
도 2는 일반적인 SLS 조사 장치를 나타낸 개략도
도 3은 종래의 레이저 열처리를 개략적으로 나타낸 단면도
도 4는 탈수소화 과정을 거치고 임의의 영역이 결정화된 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 나타낸 평면도
도 5는 종래의 SLS 조사 장치에 이용되는 다른 형태의 마스크를 나타낸 평면도
도 6a 및 도 6b는 도 5의 마스크를 이용하여 레이저를 조사 후 결정화된 상태를 나타낸 평면도
도 7은 종래의 기판 상에 도 5의 마스크를 이용하여 결정화를 진행하는 방법을 나타낸 평면도
도 8은 도 7의 기판의 소정 블록에서 결정 후 오버랩 영역을 나타낸 평면도
도 9는 종래의 실리콘 결정화 방법에 따라 기판 상의 마스크에 대응되는 블록과 레이저 빔의 오버랩 부위를 나타낸 개략 평면도
도 10은 본 발명의 SLS 장치를 나타낸 개략도
도 11은 도 10의 SLS 장치의 일 레이저 빔 패턴에 대응되는 기판 상의 투과 블록을 나타낸 평면도
도 12는 도 10의 SLS 장치의 위치 감지기에 대응되는 기판을 나타낸 평면도
도 13은 도 12의 기판에 형성된 액정 패널용 TFT 어레이 기판과 상기 액정 패널용 TFT 어레이 기판에 대응되는 레이저 빔 패턴의 오버랩 영역을 나타낸 개략 평면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
80 : 액정 패널용 TFT 어레이 기판 81 : 게이트 드라이버
82 : 소오스 드라이버 85 : 화소부
86 : 화소 영역 90 : 기판
93a 내지 93d : 정렬 키 94a 내지 94c : 위치 감지기
100 : 마스크 101 : 마스크 지지대
102a, 102b : 개구 조절 패턴 105 : 블록 조정용 패턴
120 : 감쇄기 130 : 레이저 빔 발생 장치
132 : 집속 렌즈 134 : 축소 렌즈
136 : 스테이지
Cn, Kn : 조사 블록 O : 오버랩 영역
x : 일 화소의 가로 길이 y : 일 화소의 세로 길이

Claims (16)

  1. 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생 장치;
    상기 레이저 빔을 집속하는 집속 렌즈;
    상기 레이저 빔을 구비된 소정의 투과부를 통해 통과시키는 마스크;
    상기 마스크로 투과된 레이저 빔을 축소시켜 레이저 빔 패턴으로 투과시키는 축소 렌즈;
    화소부와 구동부로 정의되며, 상기 레이저 빔 패턴이 조사되는 기판;
    상기 기판이 장착되는 이동 스테이지; 및
    상기 기판에 대응되는 레이저 빔 패턴의 조사 부위를 감지한 후, 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역을 제어하는 위치 감지기를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 SLS 장비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 발생 장치로부터 출사되는 레이저 빔 크기를 상기 기판에 형성될 화소의 크기에 따라 조절하는 감쇄기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SLS 장비.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 위치 감지기는 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보를 상기 이동 스테이지에 피드백시켜 현재 레이저 빔 패턴과 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역을 제어함을 특징으로 하는 SLS 장비.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 마스크는 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보에 따라 이어 조사되는 레이저 빔 패턴의 크기를 제어하는 개구 조절 패턴을 더 구비함을 특징으로 하는 SLS 장비.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 화소부는 교차되어 형성되는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인으로 복수개의 화소가 정의되며, 상기 구동부는 구동을 위한 소자의 형성부와 소자의 비형성부로 구분되어 정의됨을 특징으로 하는 SLS 장비.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 레이저 빔 패턴의 오버랩 영역은 화소부에서는 상기 게이트 라인 및 데이터 라인 형성 부위에 대응되며, 구동부에서는 소자의 비형성부에 대응됨을 특징으로 하는 SLS 장비.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이동 스테이지의 레이저 빔 조사에 따른 이동은 상기 화소부에 형성될 일 화소의 가로(x) 및 세로(y) 크기의 각각 정수배되는 면적(mx × ny)(m, n은 각각 정수)을 단위로 하여 이루어짐을 특징으로 하는 SLS 장비.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 위치 감지기는 상기 기판의 4변 중 하나의 변을 제외한 부위에 각각 대응되어 형성됨을 특징으로 하는 SLS 장비.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 레이저 빔 패턴의 조사 후 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역에 대응하여 서로 마주보는 변의 위치한 위치 감지기를 통해 오버랩 영역의 제 1 방향을 감지한 후, 나머지 하나의 위치 감지기를 이동시켜 상기 오버랩 영역의 제 2 방향을 감지함을 특징으로 하는 SLS 장비.
  10. 제 1항의 SLS 장비를 이용한 실리콘 결정화 방법에 있어서,
    상기 위치 감지기에 의해 감지되는 상기 기판 상에 조사되는 레이저 빔 패턴 조사 부위의 정보를 통해 인접한 레이저 빔 패턴간의 오버랩 영역이 화소부에서는 게이트 라인 및 데이터 라인 형성 부위에 구동부에서는 비소자 형성 부위에 대응되도록 제어하여 레이저 조사를 진행하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 레이저 발생 장치의 출사측에 감쇄기를 더 구비하여 출사되는 레이저 빔 크기를 상기 기판에 형성될 화소의 크기에 따라 조절시킴을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 위치 감지기는 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보를 상기 이동 스테이지에 피드백시켜 현재 레이저 빔 패턴과 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역을 제어함을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 마스크는 개구 조절 패턴을 더 구비하여 감지된 레이저 빔 패턴의 조사 부위에 대한 정보에 따라 이어 조사되는 레이저 빔 패턴의 크기를 제어함을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 이동 스테이지의 레이저 빔 조사에 따른 이동은 상기 화소부에 형성될 일 화소의 가로(x) 및 세로(y) 크기의 각각 정수배되는 면적(mx × ny)(m, n은 각각 정수)을 단위로 하여 이루어짐을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 위치 감지기는 상기 기판의 4변 중 하나의 변을 제외한 부위에 각각 대응되어 형성됨을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 레이저 빔 패턴의 조사 후 이어 조사되는 레이저 빔 패턴과의 오버랩 영역에 대응하여 서로 마주보는 변의 위치한 위치 감지기를 통해 오버랩 영역의 제 1 방향을 감지한 후, 나머지 하나의 위치 감지기를 이동시켜 상기 오버랩 영역의 제 2 방향을 감지함을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.
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