KR20060010959A - Method and system for catalytic metal doping for low temperature poly si(ltps) crystallization - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대면적 기판 위에 단위 면적(㎠)당 1012개 이하의 원자들을 증착시킬 수 있는 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 도핑방법에 관한 것이다. The present invention relates to a metal catalyst doping apparatus and doping method for silicon low temperature crystallization capable of depositing up to 10 12 atoms per unit area (cm 2) on a large area substrate.
본 발명은 특수한 목적으로 구성된 스퍼터 건과, 플라즈마 반사판, 스퍼터링 방식, 플라즈마 제어 등을 포함하고 있으며, 안정성과 재현성을 가지고 스퍼터링 수율을 최소화함으로써, 생산품의 높은 양산성과 재현성을 원천적으로 확보할 수 있는 도핑장치 및 도핑방법을 제공한다. The present invention includes a sputter gun configured for a special purpose, a plasma reflector, a sputtering method, a plasma control, and the like, and a doping that can secure a high yield and reproducibility of a product by minimizing sputtering yield with stability and reproducibility. An apparatus and a doping method are provided.
본 발명에서 제공하는 도핑장치와 도핑방법은 금속촉매 물질을 낮은 수율의 스퍼터링 방식으로 도핑하고, 기판과 타겟의 배치를 수직으로 설정하며, 금속촉매의 도핑 정도를 조절할 수 있는 동시에 스퍼터건 이송식의 도핑방식을 채택한 것을 특징으로 한다. The doping apparatus and doping method provided by the present invention can be used to sputter the metal catalyst material in a low yield sputtering method, to set the placement of the substrate and the target vertically, and to adjust the degree of doping of the metal catalyst. It is characterized by adopting the doping method.
스퍼터링, 금속촉매 도핑, 실리콘 저온 결정화Sputtering, Metal Catalyst Doping, Silicon Low Temperature Crystallization
Description
도 1은 2개의 전극 사이에 존재하는 전기력선을 보여주는 개략도1 is a schematic diagram showing an electric field line existing between two electrodes
도 2는 일반적인 스퍼터링장치의 구성을 보여주는 개략도2 is a schematic view showing the configuration of a typical sputtering apparatus
도 3은 플라즈마 내의 양이온들이 타겟면으로 돌진할 때 발생하는 현상을 보여주는 개략도3 is a schematic diagram showing what happens when cations in the plasma rush to the target surface
도 4는 본 발명에 따른 금속촉매 도핑장치의 원리를 보여주는 개략도Figure 4 is a schematic diagram showing the principle of the metal catalyst doping apparatus according to the present invention
도 5는 본 발명에 따른 금속촉매 도핑장치의 요부를 보여주는 평면도 및 측면도5 is a plan view and a side view showing the main portion of the metal catalyst doping apparatus according to the present invention;
도 6a,6b는 본 발명에 따른 금속촉매 도핑장치의 전체적인 구성을 보여주는 정면도 및 측단면도6A and 6B are front and side cross-sectional views showing the overall configuration of the metal catalyst doping apparatus according to the present invention.
도 7은 본 발명의 금속촉매 도핑장치를 적용한 클러스터 툴 방식의 양산용 설비를 보여주는 개략도Figure 7 is a schematic diagram showing the mass production equipment of the cluster tool method applying the metal catalyst doping apparatus of the present invention
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 : 스퍼터 건 11 : 반사판10: sputter gun 11: reflector
12 : 타겟 13 : 플라즈마12
14 : 기판 15 : 지지대14
16 : 게이트 17 : 본체16
18 : 기판지지대 19 : 리프트18: substrate support 19: lift
20 : 힌지 21 : 대향판20: hinge 21: facing plate
22 : 준비영역 23 : 도핑영역 22: preparation area 23: doping area
24 : 정지영역 25 : 플라즈마센서24: stop area 25: plasma sensor
26 : 진공펌프 27 : 상부도어26: vacuum pump 27: upper door
28 : 하부도어 29 : 도어지지대28: lower door 29: door support
30 : 진공로봇 31 : 로딩챔버30: vacuum robot 31: loading chamber
32 : 언로딩챔버 33 : 제어장치32: unloading chamber 33: control device
34 : 주름관 35 : 볼스크류34: corrugated pipe 35: ball screw
36 : 모터 37 : 가이드바36: motor 37: guide bar
38 : 리니어베어링 39 : 직선봉38: linear bearing 39: straight rod
40 : 연결체40: connector
본 발명은 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 도핑방법에 관 한 것으로서, 더욱 상세하게는 낮은 수율(yield)의 스퍼터링 방식을 채용하고 스퍼터건의 형태를 새롭게 구성하여 비정질 실리콘 박막의 결정화를 위한 금속촉매의 도핑을 균일하고 효과적으로 수행할 수 있으며, 특히 실리콘 저온 결정화 공정의 재현성과 안정성을 확보할 수 있는 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 도핑방법에 관한 것이다. The present invention relates to a metal catalyst doping apparatus and a doping method for silicon low temperature crystallization, more specifically, to adopt a low yield (split sputtering) method and newly configured the shape of the sputter gun to the metal for crystallization of amorphous silicon thin film The doping of the catalyst can be carried out uniformly and effectively, and particularly relates to a metal catalyst doping apparatus and doping method for silicon low temperature crystallization that can ensure the reproducibility and stability of the silicon low temperature crystallization process.
1966년 Weimer에 의해서 디스플레이 스위치 소자로서 TFT의 사용 가능성이 제안된 이래 많은 과학자들의 노력으로 오늘날 가전제품이나 컴퓨터, 통신 시스템을 비롯하여 폭넓은 영역에 다양하게 적용하여 실생활에 이용하는 수준에 이르렀다.Since the suggestion of the use of TFT as a display switch device by Weimer in 1966, many scientists' efforts have reached the level of practical use by applying it to a wide range of fields including home appliances, computers and communication systems.
초기의 평판 디스플레이에는 마네틱 액정을 사용하였지만 후에 CdSe와 비정질 실리콘을 사용하는 등 물질 자체도 다양하게 제안되어 개발되었다.In the early flat panel display, a magnetic liquid crystal was used. Later, various materials were proposed and developed, such as CdSe and amorphous silicon.
비정질 실리콘을 사용하는 평판형 디스플레이는 대면적 증착이 가능할 뿐만 아니라 면적에 대한 균일성 및 공정과 공정 간에 재현성이 우수하고, 저온 증착이 가능하여 폴리머나 유리를 기판으로 사용할 수 있는 장점을 가지고 있기 때문에 광범위하게 채택되고 있다.A flat panel display using amorphous silicon is not only capable of large area deposition, but also has excellent uniformity over area, reproducibility between processes, and low temperature deposition so that polymer or glass can be used as a substrate. It is widely adopted.
그러나, 폴리머나 유리를 기판으로 사용하기 위해서는 TFT 제작 공정의 모든 열처리 과정이 유리에 변형이 발생하는 온도 이하에서 수행되어야 하기 때문에 결정화를 위한 온도 및 시간을 단축시키는 것은 매우 중요한 일로 받아들여지고 있다.However, in order to use polymer or glass as a substrate, shortening the temperature and time for crystallization is considered to be very important because all the heat treatment processes of the TFT fabrication process must be performed below the temperature at which deformation occurs in the glass.
능동형(active matrix) OLED의 경우에도 OLED에 박막 트랜지스터(TFT)를 접 목한 것으로써 저온 결정화 공정(LTPS, low temperature poly Si) TFT 기술이 필수적으로 대두되고 있다. In the case of active matrix OLED, low temperature crystallization process (LTPS) TFT technology is emerging as a combination of thin film transistor (TFT) to OLED.
최근에 저온 poly-Si TFT 평판 디스플레이를 생산하기 위한 양산성의 결정화 방식들은 다양하게 시도되고 있으며, 넓은 공간을 가진 로(爐)에 가열하고자 하는 기판을 넣고 가열하는 방식과 높은 에너지의 엑시머 레이저 빔을 기판 위에 주사하여 가열하는 ELA 방식 등이 대표적인 방식으로 알려져 있다.Recently, mass-produced crystallization methods for producing low temperature poly-Si TFT flat panel displays have been variously attempted, and a method of heating a substrate to be heated in a furnace having a large space and a high energy excimer laser beam are used. The ELA method which scans and heats on a board | substrate is known as a typical method.
비정질 상태의 실리콘에 결정화가 일어나는 상변화(phase transition) 온도는 700℃가 넘기 때문에 대부분의 기판 재료로 쓰이는 유리나 폴리머 등은 견딜 수 없는 상태의 온도가 된다.Since the phase transition temperature at which the crystallization occurs in the amorphous silicon is over 700 ° C, glass or polymer, which is used for most substrate materials, becomes unacceptable.
따라서, 기판 물질의 상변화가 일어나는 온도보다 낮은 상태의 열을 주입해서 실리콘을 결정화해야 하며, 이를 위해 주로 금속촉매를 사용하고 있다. Therefore, silicon must be crystallized by injecting heat at a temperature lower than the temperature at which the phase change of the substrate material occurs, and a metal catalyst is mainly used for this purpose.
비정질 실리콘 표면에 금속촉매를 넣어주기 위해 스퍼터링 방식이 주로 적용되고 있으며, 일반적으로 주입하는 금속촉매의 양이 1015atom/㎠ 내외가 대부분이기 때문에 결정화는 쉽게 이뤄지고 있으나, 폴리 실리콘의 알갱이 크기(grain size)가 매우 작은 단점을 가지고 있다.The sputtering method is mainly applied to put the metal catalyst on the surface of the amorphous silicon. In general, crystallization is easily performed because the amount of the injected metal catalyst is about 10 15 atom / ㎠, but the grain size of the polysilicon (grain size has a very small disadvantage.
따라서, 비정질 실리콘 표면에 주입되는 금속촉매는 최대한 양을 줄이면서 도핑 영역의 수(1012atom/㎠ 이하)로 균일하게 안정적으로 주입하는 것이 가장 중요하다. Therefore, it is most important that the metal catalyst injected on the amorphous silicon surface be uniformly and stably injected with the number of doped regions (10 12 atom / cm 2 or less) while reducing the amount as much as possible.
일부 공개된 특허 내용에 의하면 타겟과 기판 사이에 그물망 또는 파이프 셀 블럭을 설치함으로써 기판으로 입사되는 금속촉매의 수를 줄이려는 노력들도 하고 있으나, 이들 중간 차폐물들은 스퍼터되어 여기에 축적되는 타겟 물질들로 인해 기판에 수많은 불순물들이 유입되게 되며, 이러한 방식들은 바람직한 해결책이라 할 수 없다.Some published patents also seek to reduce the number of metal catalysts entering the substrate by installing a mesh or pipe cell block between the target and the substrate, but these intermediate shields are sputtered and accumulated therein. As a result, numerous impurities are introduced into the substrate, which is not a desirable solution.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 특수한 형태의 스퍼터링 방식을 채택하여 니켈과 같은 금속촉매를 비정질 실리콘 표면에 매우 작은 양(1012atom/㎠)으로 주입할 수 있고, TFT-LCD 또는 능동형 OLED와 같은 디스플레이 영역은 물론이고 태양전지 분야에서도 적용이 가능하며, 생산품의 품질 향상 및 재현성을 원천적으로 확보할 수 있는 것은 물론, 이를 산업용 양산 라인에 직접 접목이 가능한 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 도핑방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been devised in view of the above, and by adopting a special type of sputtering method, a metal catalyst such as nickel can be injected in a very small amount (10 12 atom / cm 2) onto an amorphous silicon surface, and TFT -It can be applied not only to the display area such as LCD or active OLED, but also to the solar cell field, and to ensure the quality improvement and reproducibility of the product at the source, and to apply the low temperature crystallization of silicon that can be directly applied to industrial mass production line An object of the present invention is to provide a metal catalyst doping apparatus and a doping method.
일반적으로 물질을 박막화 하는 방법은 물리적인 방법과 화학적인 방법의 두 가지 방법이 있다.In general, there are two methods of thinning a material, a physical method and a chemical method.
이중 물리적인 방법은 공정이 비교적 간단하고 고순도의 물질을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다.The dual physical method has the advantage that the process is relatively simple and high purity materials can be obtained.
대부분의 공정에서는 기판 위에 물질을 박막으로 성장시킬 때 단위시간당 물질이 쌓이는 두께 즉, 증착률이 높은 것을 원한다.Most processes require a high deposition rate, ie, the thickness of the material accumulation per unit time when the material is grown on a substrate as a thin film.
스퍼터링 방식의 경우도 마찬가지이다.The same applies to the sputtering method.
스퍼터링 방식을 이용하여 좋은 특성을 가진 원하는 박막을 빠르게 성장시키기 위해서는 기판의 온도, 인가된 전력, 기판과 타겟의 거리, 용기 내의 가스의 압력이 최적조건에 맞춰져 있어야 한다. In order to quickly grow a desired thin film with good properties using sputtering, the temperature of the substrate, the applied power, the distance between the substrate and the target, and the pressure of the gas in the vessel must be optimized.
그러나, 본 발명이 적용되는 분야는 매우 적은 금속 물질을 주입하여 촉매로 적용하기 위한 것이기 때문에 높은 증착률을 필요로 하지 않는다. However, the field to which the present invention is applied does not require a high deposition rate because it is intended to apply very little metal material to the catalyst.
따라서, 본 발명은 박막화 공정 장비 중의 하나인 스퍼터 방식을 특수하게 제조하여 원하는 양의 물질을 박막화가 아닌 도핑 영역의 매우 적은 양을 주입시키기 위한 것이다.Therefore, the present invention is to specially manufacture the sputter method, one of the thin film processing equipment, to inject a very small amount of the doped region into the desired amount of material rather than thinning.
본 발명의 도핑방법에서 금속촉매로 적용할 수 있는 스퍼터링 타겟물질은 니켈, 백금, 티타늄 등의 물질 중 하나 또는 이들의 합금물질 등이 있다. In the doping method of the present invention, the sputtering target material that can be applied as a metal catalyst includes one of nickel, platinum, titanium and the like, or an alloy material thereof.
이들 중 알루미늄과 금, 은 등의 금속들은 실리콘 경계면에서 실리콘 확산에 의한 준안정상태의 실리사이드 상을 형성하며, 이 실리사이드는 결정화 에너지를 낮추는 역할을 하게 되어 실리콘의 결정화를 촉진하는 반면, 니켈과 티타늄 등의 금속들은 열처리에 의한 금속의 확산이 지배적으로 일어나며, 이들 금속과 실리콘 경계면에서 실리콘 층 방향으로 금속 확산에 의한 실리사이드 상을 형성하고, 이러한 실리사이드가 결정화를 촉진하여 결정화 온도를 낮추는 역할을 한다. Among these, metals such as aluminum, gold, and silver form a metastable silicide phase due to silicon diffusion at the silicon interface, and the silicide lowers the crystallization energy and promotes the crystallization of silicon, whereas nickel and titanium Such metals dominate the diffusion of metals by heat treatment, and form silicide phases due to metal diffusion in the direction of the silicon layer at the interface between these metals and silicon, and these silicides promote crystallization to lower the crystallization temperature.
또한, 니켈에 의한 금속 유도 결정화는 니켈 실리사이드의 마지막 상(phase) 인 NiSi2가 결정화 핵으로 작용하여 결정화를 촉진한다. In addition, metal induced crystallization with nickel promotes crystallization by acting as the crystallization nucleus of NiSi 2 , the final phase of nickel silicide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 저온 결정화 금속촉매 도핑장치 및 도핑방법, 즉 스퍼터링 방식을 이용한 도핑장치 및 방법을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is characterized by a silicon low temperature crystallized metal catalyst doping apparatus and doping method, that is, a doping apparatus and method using a sputtering method.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시한 바와 같이, 여기서는 2개의 전극 사이에 형성되는 전기력선을 보여주고 있다.As shown in Fig. 1, the electric force lines formed between two electrodes are shown here.
평행한 전극에 전위차가 발생하면 두 전극(100,110) 사이에는 균일한 형태의 전기력선(120)이 발생하게 되며, 이 중 하나의 전극(100)이 점 형태로 작아지게 되면 균일하던 전기력선(120)은 한 방향으로 모아지게 된다.When a potential difference occurs in parallel electrodes, an
따라서, 이러한 경우에서 볼 수 있듯이 전극이 작은 쪽의 전기력선에 대한 밀도가 더 커짐을 알 수 있다.Therefore, as can be seen in this case, it can be seen that the density of the electric field lines of the smaller electrode is larger.
도 2에 도시한 바와 같이, 여기서는 위의 전극과 전기력선 간의 원리를 적용한 스퍼터링장치를 개략적으로 보여주고 있다. As shown in FIG. 2, a sputtering apparatus using the principle between the electrode and the electric line of force is schematically shown here.
스퍼터 타겟(130)에 음극이 연결되어 있고, 나머지 부분 즉, 진공용기(140), 건 쉴드(150), 기판(160)이 모두 접지(0 V, 상대적인 양극)에 연결되어 있다.The negative electrode is connected to the
따라서, 음극인 스퍼터 타겟(130)과 이를 제외한 다른 부분들 사이에 전기장이 존재하게 되고, 이러한 전기장의 밀도는 스퍼터 타겟(130) 앞면에서 최대가 되기 때문에 플라즈마가 진공용기 내부에 골고루 분포되어 있는 것이 아니고, 음극인 스퍼터 타겟(130) 근처에 집중적으로 발생하게 되는 것이다.Therefore, an electric field exists between the
이러한 내용은 V'/V = {A'/A}4의 관계로 설명할 수 있으며, 여기에서 A와 A'는 두 전극의 면적을 각각 나타내고, V와 V'는 양단 전극이 이루는 전위를 나타낸다.This can be explained by the relationship of V '/ V = {A' / A} 4 , where A and A 'represent the areas of the two electrodes, and V and V' represent the potentials of the electrodes at both ends. .
여기서, 미설명 부호 170은 높은 전기장 밀도로 인해 발생되는 플라즈마 영역을 나타내고, 180은 스퍼터된 물질의 진행방향을 나타낸다. Here,
도 3은 이렇게 하여 발생된 플라즈마 내의 양 이온들이 음극인 타겟 방향으로 돌진할 때 타겟면 상에서 발생되는 세가지 현상을 보여주고 있다. FIG. 3 shows three phenomena that occur on the target surface when positive ions in the plasma thus generated rush toward the target, which is the cathode.
(a)는 이온들이 타겟의 표면 근처에 도달할 경우 표면 위에서 다른 기체 분자들이나 물질들과 반응을 할 수 있음을 보여주는 화학 반응(chemical reaction) 현상이고, (b)는 타겟 표면에 돌진하는 이온들의 역학적인 에너지에 의해 타겟물질들이 튀어 나가는 스퍼터링(sputtering) 현상이며, (c)는 입사하는 이온들이 기판 물질들 사이를 뚫고 들어가는 이온 임플란테이션(ion implantation) 현상이다. (a) is a chemical reaction phenomenon that shows that ions can react with other gas molecules or materials on the surface when they reach near the surface of the target, and (b) is a Sputtering is a phenomenon in which target materials are thrown out by dynamic energy, and (c) is an ion implantation phenomenon in which incident ions penetrate between substrate materials.
위와 같은 현상은 언제나 모두 일어나고 있으며, 단지 어떤 현상을 가장 많이 일어나게 하여 이용하는 가에 따라 공정 내용이 결정되게 된다.The above phenomena are always happening, and the process content is determined only by what causes the most phenomenon.
스퍼터 장치는 이들 현상 중 (b)와 같은 현상을 많이 발생하게 한 장치이다. The sputtering device is a device that causes a large number of phenomena such as (b) among these phenomena.
여기서, 도면부호 190은 입사 이온, 200은 타겟물질, 210은 기판물질을 각각 나타낸다. Here,
도 4는 스퍼터링 방식을 이용한 수직축(off-axis) 도핑장치의 개념을 보여주고 있다. 4 shows a concept of an off-axis doping apparatus using a sputtering method.
상기 도핑장치는 타겟 물질을 도핑 물질로 사용할 목적을 가지고 있기 때문에 증착률이 높은 것은 바람직한 일이 아니다.Since the doping apparatus has a purpose of using a target material as a doping material, a high deposition rate is not desirable.
따라서, 본 발명에서는 증착률을 낮게 하기 위해서 타겟면과 기판면이 마주보고 있는 일반적인 형태의 on-axis 스퍼터링 방식을 적용하지 않고, on-axis 스퍼터링 방식에 비해 증착률을 1/10 이하로 줄일 수 있는 효과가 있는 off-axis 스퍼터링 방식을 적용하였다. Therefore, in the present invention, the deposition rate can be reduced to 1/10 or less compared to the on-axis sputtering method without applying a general on-axis sputtering method in which the target surface and the substrate surface face each other in order to lower the deposition rate. The off-axis sputtering method was applied.
본 발명에서 제공하는 도핑장치는 기본적으로 증착률을 제어할 수 있게 하기 위해서 스퍼터 건(10)의 정면에 스테인레스 스틸 재질의 반사판(11)을 구비하였다.The doping apparatus provided in the present invention basically includes a
상기 반사판(11)은 타겟면에 바라보는 평행한 상태에서 반시계방향으로 45°까지 각도를 조절할 수 있게 함으로써, 타겟(12)의 근처에서 발생되는 플라즈마(13)를 기판(14)이 있는 방향으로 모아주고 밀어주는 역할을 할 수 있다.The reflecting
바람직한 타겟 물질은 니켈, 백금, 티타늄 등의 촉매용 금속 물질을 사용한다. Preferred target materials use catalyst metal materials such as nickel, platinum, titanium and the like.
대부분의 스퍼터 건들은 증착률을 높이기 위한 방안으로 스퍼터 건에 강한 자석을 내장한 마그네트론 스퍼터 건의 형태를 이루고 있다.Most sputter guns are in the form of magnetron sputter guns with strong magnets in the sputter gun as a way to increase the deposition rate.
플라즈마 내의 전자들은 자기장에 의해 로렌쯔 힘을 받아 타겟 주위를 맴돌게 되고, 이로 인한 플라즈마 밀도를 크게 향상 시키는 결과를 얻게 되기 때문에 높은 증착률을 필요로 하는 일반적인 공정에서는 반드시 마그네트론 건 형태를 적용해야만 한다.The electrons in the plasma are driven by the Lorentz force by the magnetic field and revolve around the target, resulting in a significant improvement in the plasma density. Therefore, the magnetron gun type must be applied in the general process requiring high deposition rate.
그러나, 본 발명에서는 도핑 정도의 증착률을 얻으면 충분하기 때문에 자석 을 채용하지 않은 상태의 스퍼터 건(non magnetron) 형태를 적용하였으며, 별도의 냉각수 공급은 하지 않았다.However, in the present invention, since it is sufficient to obtain a deposition rate of the doping degree, a sputter gun (non magnetron) type without a magnet is used, and no separate coolant is supplied.
도 5는 본 발명에 따른 금속촉매 도핑장치의 요부를 보여주는 평면도 및 측면도이다. 5 is a plan view and a side view showing the main portion of the metal catalyst doping apparatus according to the present invention.
도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 스퍼터 건을 비정질 실리콘이 증착된 기판 위로 이송시키면서 금속촉매 물질을 기판 위에 뿌려주는 과정을 보여준다.As shown in FIG. 5, the process of spraying a sputter gun onto a substrate on which amorphous silicon is deposited shows a process of spraying a metal catalyst material onto the substrate.
스퍼터 건(10)에 장착되어 있는 타겟(12)과 이것으로부터 일정간격을 유지하는 반사판(11) 사이에 플라즈마(13)가 형성되고, 이것들을 포함하는 스퍼터 건(10) 전체는 기판(14)의 상부를 이송하면서 기판(14)에 증착되어 있는 비정질 실리콘 박막 위에 금속촉매를 도핑하게 된다.
이때의 스퍼터 건(10)의 이송 속도에 따라 도핑정도를 제어하는 효과를 얻을 수 있다. At this time, it is possible to obtain the effect of controlling the degree of doping in accordance with the feed rate of the sputter gun (10).
여기서, 기판(14)의 크기가 370 x 470㎜인 것을 적용하였을 경우, 타겟(12)의 크기는 40 x 550 x 10㎜ 정도가 바람직하다.Here, when the size of the
상기 기판(14)으로 향하는 플라즈마(13)의 양은 도 4에서 언급한 반사판(11)의 방향, 즉 각도를 조절하여 제어할 수 있게 된다.The amount of
이를 위하여, 상기 반사판(11)은 스퍼터 건(10)에서 연장되는 양쪽 2개의 지지대(15) 사이에 양단 지지되면서 핀체결을 통한 회전가능한 구조로 장착되고, 따라서 쉽게 원하는 방향으로 돌릴 수 있다. To this end, the reflecting
또한, 스퍼터 건(10)의 이송은 모터(36)와 볼스크류(35)가 담당한다. In addition, the
즉, 스퍼터 건(10)의 앙단부에는 진공용 리니어베어링(38)이 부착되어 있고, 상기 리니어베어링(38)은 본체(17)상에 양편 나란하게 고정되는 두 개의 가이드바(37)를 따라 미끄러질 수 있게 되어 있다. That is, a vacuum
또한, 스퍼터 건(10)의 이송을 위해 모터(36)의 축에 연결되어 있는 볼스크류(35)와 스퍼터 건(10)의 몸체에서 연장 형성되어 있는 연결체(미도시)가 스크류 결합되어 있으며, 모터(36)가 작동하면 볼스크류(35)에 의해 회전운동이 선형운동으로 전환되면서 스퍼터 건(10)이 이송될 수 있게 된다. In addition, a
이렇게 볼스크류를 진공 내부에 위치시키는 방식 이외에 외부에 위치시키는 방식을 적용할 수 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 상술하기로 한다. In addition to the method of positioning the ball screw inside the vacuum it can be applied to the method of positioning outside, which will be described in detail later.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 금속촉매 도핑장치의 전체적인 구성을 보여주는 정면도 및 측단면도이다. 6A and 6B are front and side cross-sectional views showing the overall configuration of the metal catalyst doping apparatus according to the present invention.
도 6a 및 6b에 도시한 바와 같이, 후면부의 게이트(16)를 통해서 본체(17)의 내부로 들어온 기판(14)은 기판 지지대(18)상에 놓여지고, 계속해서 리프트(19)의 작동에 따라 힌지(20)를 중심으로 회전하는 기판 지지대(18)와 함께 한쪽 방향으로 들어 올려져 대향판(21)의 위치에 도달함과 동시에 고정된다. As shown in Figs. 6A and 6B, the
이렇게 본체(17) 내의 대향판(21)과 나란하게 하면서 기판(14)을 수직에 가깝게 세워서 고정함으로써, 도핑공정 중 발생할 수 있는 불순물의 유입을 최소화 할 수 있다. As described above, the
기판(14)의 전면쪽에는 타겟물질을 포함하는 스퍼터 건(10)이 배치되어 기판 면을 따라 이송하게 된다. The
상기 스퍼터 건(10)의 작업영역은 이송거리에 따라 준비영역(22), 도핑영역(23), 정지영역(24)의 3단계 영역으로 구성된다. The working area of the
상기 준비영역(22)은 도핑을 위해 처음 플라즈마를 띄우고 스퍼터 건(10)이 공정조건 확인시까지 대기하는 영역을 말하고, 도핑영역(23)은 실제 기판(14) 위에 금속촉매 물질이 도핑되는 영역을 말하며, 정지영역(24)은 도핑을 끝낸 스퍼터 건(10)이 원래의 위치로 돌아오기 위한 반환지점을 말한다.The
이때의 플라즈마 상태는 공정에서 요구하는 도핑의 정도에 따라 플라즈마가 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있다.At this time, the plasma state may or may not exist depending on the degree of doping required in the process.
상기 스퍼터 건(10)이 이송하며 도핑을 진행할 때 준비영역에서는 가속이, 도핑영역에서는 등속도가, 정지영역에서는 감속이 일어나도록 모터를 이용한 타겟 이송 속도제어장치가 갖추어져 있다. When the
5×10-6Torr 이하의 정해진 기본 진공에 도달하면 본체(17) 내의 압력이 5∼20mTorr가 되게 아르곤 가스를 주입하고 플라즈마를 발생시킨다.When a predetermined basic vacuum of 5 × 10 −6 Torr or less is reached, argon gas is injected to generate pressure of 5 to 20 mTorr in the
발생된 플라즈마의 상태를 항상 일정하게 유지시키는 일은 도핑공정의 재현성과 균일성을 위해 매우 중요하다.Maintaining a constant state of the generated plasma at all times is very important for the reproducibility and uniformity of the doping process.
따라서, 본 발명에서는 플라즈마 센서(25)를 준비영역(22)의 플라즈마 영역 속에 고정하여 정해진 플라즈마 밀도상태를 항상 확인할 수 있게 하였다.Therefore, in the present invention, the
원하는 플라즈마 밀도값을 플라즈마 제어장치에 입력(예를 들면, 입력값을 "x"라 한다)하고, 측정된 플라즈마 밀도가 입력값의 허용치 내의 범위(예를 들면, -a<x<+a)로 검출되어야만 스퍼터 건(10) 이송용 모터(36)가 구동될 수 있도록 하였다. The desired plasma density value is input to the plasma controller (e.g., the input value is referred to as "x"), and the measured plasma density is within a range of the allowable value of the input value (e.g., -a < x < + a). The
여기서, 본 발명의 구성이 적용되는 스퍼터 건은 진공의 환경 속에서 구동하여야 하기 때문에 저진공과 고진공 펌프(26)를 사요하여 본체(17) 내의 기체를 배기하게 되며, 도핑장치 내부의 트러블을 해결하기 용이하도록 상부도어(27)와 하부도어(28)를 각각 설치하고, 이들 도어들은 도어지지대(29)와 진공 밀봉이 이루어지게 하였다. Here, since the sputter gun to which the configuration of the present invention is applied must be driven in a vacuum environment, a low vacuum and a
또한, 기판 지지대(18)는 내부에 히터나 열선을 내장하여 금속 도핑이 이루어지고 있는 동안 기판을 400℃ 이하로 가열할 수 있게 하였다. In addition, the
또한, 상기 리프트(19)는 공기압이나 리니어모터 등과 같은 기구를 이용하여 기판지지대(18)를 들어 올리는 역할을 하게 되며, 다른 구현예로서 리프트를 대신하여 기판지지대(18)의 힌지부분에 모터를 설치하여 회전운동을 시키는 방식을 적용할 수 있다. In addition, the
본 발명에서는 공기압실린더를 사용하여 설정된 각도만큼 기판지지대(18)를 들어올릴 수 있는 방식을 적용하였다. In the present invention, a method of lifting the
예를 들면, 공기압실린더가 작동하면 리프트(19)가 상승하면서 그 상단부에 있는 플레이트로 기판지지대(18)의 저면을 밀어 올려주게 되므로 기판지지대(18)는 힌지부분을 축으로 회전되면서 수직에 가깝게 세워질 수 있게 되고, 대향판(21)에 접하면서 고정될 수 있게 된다. For example, when the pneumatic cylinder is operated, the
또한, 본 발명에서는 스퍼터 건(10)의 이송방식에 대한 다른 구현예를 제공 한다. In addition, the present invention provides another embodiment of the transfer method of the sputter gun (10).
이를 위하여, 도핑이 이루어지는 공간의 내부에서 양편 나란하게 배치되는 가이드바(37)에 스퍼터 건(10)의 양단부가 지지되고, 스퍼터 건(10)의 후면부에는 직선봉(39)이 길게 연결되는 동시에 직선봉(39)의 후단에 있는 연결체(40)가 직선봉(39)과 나란한 볼스크류(35)에 스크류 결합되므로서, 모터(36)의 작동과 함께 직선봉(39)이 움직이면서 스퍼터 건(10)을 준비영역에서 도핑영역을 거쳐 정지영역까지 이송시켜줄 수 있게 된다. To this end, both ends of the
진공유지를 위하여 직선봉(39)의 주변은 본체(17)와 연결체(40)에 각각 양단 고정되면서 접히거나 펴질 수 있는 주름관(34)으로 둘러쌓이게 된다.In order to maintain the vacuum, the periphery of the
또한, 상기 대향판(21)은 도 1에서와 같이 양단 전극 사이에 형성되는 전기장의 세기는 양단에 인가하는 전압에 비례하고, 양단 전극 사이의 거리에 반비례하는 E=V/d를 만족하기 때문에 플라즈마 밀도를 일정하게 해야 하는 본 발명의 도핑장치에서는 기판과 동일한 위치에 전극 역할을 할 수 있는 금속 도체로 이루어지게 된다. In addition, since the strength of the electric field formed between the electrodes at both ends of the
도 7은 본 발명에서 제공하는 도핑장치를 적용한 바람직한 양산용 클러스터 툴의 예를 보여주고 있다.7 shows an example of a preferred mass production cluster tool to which the doping apparatus provided by the present invention is applied.
도 7에 도시한 바와 같이, 진공로봇(30)을 가운데 두고 로딩챔버(31) 및 언로딩챔버(32)와 도핑작업을 위한 스퍼터 건을 포함하는 다수의 본체(17)들이 방사상으로 배치되고, 따라서 로딩챔버(31)에 장착된 기판들은 진공로봇(30)에 의해 순차적으로 각각의 도핑공정, 즉 본체(17)로 옮겨져 도핑공정이 수행된 후 언로딩챔 버(32)로 위치되는 과정이 순차적으로 수행될 수 있게 된다. As shown in FIG. 7, a plurality of
여기서, 미설명 부호 33은 이들 방사상의 공정장치들을 전자적으로 제어하기 위한 제어장치를 나타낸다. Here,
이상에서와 같이 본 발명에서 제공하는 실리콘 저온 결정화를 위한 금속촉매 도핑장치 및 도핑방법은 다음와 같은 효과를 나타낸다. As described above, the metal catalyst doping apparatus and doping method for silicon low temperature crystallization provided in the present invention have the following effects.
① AM OLED 제조공정 분야에서는 물론이고 TFT LCD 또는 태양전지 제조공정에서 필요로 하는 폴리머 또는 유리표면 위에 증착된 비정질 실리콘 박막을 다결정으로 상변화시킴에 있어서 촉매 역할을 하는 금속물질을 효과적으로 도핑할 수 있는 효과가 있다. ① In the field of AM OLED manufacturing process, it is possible to effectively dop the metal material which acts as a catalyst in changing the amorphous silicon thin film deposited on the surface of the polymer or glass needed for TFT LCD or solar cell manufacturing process into polycrystalline. It works.
② 기판 면에 스퍼터 건이 등속도로 이송하며 도핑을 위한 스퍼터링이 수행되기 때문에 균일한 형태의 도핑을 기대할 수 있는 효과가 있다. ② The sputter gun is transferred to the substrate surface at the same speed and sputtering is performed for doping, so it is possible to expect a uniform doping.
③ 스퍼터 건이 준비영역에서 플라즈마 상태를 점검한 후 도핑작업을 수행하기 때문에 도핑 정도의 불안전 현상을 막을 수 있는 효과가 있다. ③ Because the sputter gun checks the plasma state in the preparation area and performs the doping operation, it is effective to prevent the instability of the degree of doping.
④ 평판형 디스플레이 제조공정 중의 최대 병목현상이 일어나고 있는 실리콘 저온 결정화 공정에서의 재현성 및 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다. ④ It is effective to secure the reproducibility and stability in the low temperature silicon crystallization process, which is the biggest bottleneck in the flat panel display manufacturing process.
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