KR20060129834A - 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이의 제조설비 - Google Patents

다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이의 제조설비 Download PDF

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KR20060129834A
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Abstract

제조비용을 감소시킨 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이의 제조설비가 개시되어 있다. 다결정 실리콘 박막의 제조방법은 우선, 제1 레이저 빔을 조사하여 기판 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화하다. 광을 조사하여 결정화된 표면을 균일한 영역 및 불균일한 영역으로 구분한다. 불균일한 영역으로 제2 레이저 빔을 조사하여 다결정 실리콘 입자의 비율을 측정한다. 다결정 실리콘 입자의 비율이 준치 이하인 경우, 불균일한 영역에 제3 레이저 빔을 조사하여 재결정화한다. 이와 같이, 다결정 실리콘 박막의 표면 중 불균일한 영역에 제3 레이저 빔을 조사하여 재결정화함으로써, 다결정 실리콘 박막의 제조비용을 감소시킬 수 있다.
다결정 실리콘 박막, 균일성 평가, 결정성 평가, 재결정화

Description

다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이의 제조설비{METHOD FOR MAKING A POLY CRYSTALLINE SILICON THIN FILM AND EQUIPMENT FOR MAKING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1의 제조방법 중 결정화 빔을 조사하여 아몰퍼스 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화하는 단계를 도시한 개념도이다.
도 3은 도 1의 제조방법 중 결정화 빔에 의해 다결정 실리콘 박막의 표면의 균일성 또는 결정성을 평가하는 단계를 도시한 개념도이다.
도 4는 도 3에서 결정성을 평가한 후의 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조설비를 나타낸 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : XY 스테이지 110 : 기판
112 : 다결정 실리콘 박막 200 : 결정화 레이저
210 : 결정화 빔 300 : 테스트 레이저
310 : 테스트 빔 400 : 빔 감지부
500 : 평가 시스템부 610 : 카세트 거치부
620 : 이송 로봇 630 : 결정화부
640 : 균일성 평가부 650 : 결정성 평가부
660 : 재결정화부
본 발명은 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이의 제조설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조비용을 감소시킨 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이의 제조설비에 관한 것이다.
종래의 액정 표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 스위칭(switching) 소자로 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 채용해 왔으나, 최근에는 고화질의 표시품질이 요구됨에 따라 동작속도가 빠른 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(Poly Crystalline Silicon Thin Film Transistor; poly-Si TFT)를 많이 채용하고 있다.
상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(poly-Si TFT)에서 다결정 실리콘 박막을 형성하는 방법은 다결정 실리콘 박막을 직접 기판 상에 형성하는 방법과, 비정질 실리콘 박막을 기판 상에 형성시킨 후 상기 비정질 실리콘 박막을 열처리하여 다결정 실리콘 박막을 형성하는 방법 등이 있다.
일반적으로 상기 액정 표시장치(LCD)에 사용되는 유리기판은 600도씨 이상이 되는 일반적인 열처리 공정에서 변형이 일어날 수 있기 때문에, 상기 비정질 실리 콘 박막을 열처리하는 방법으로는 엑시머 레이저(Excimer Laser)로 이용한 방법이 사용된다. 이러한 엑시머 레이저에 의한 열처리 방법(Excimer Laser Annealing, ELA)은 높은 에너지를 갖는 레이저 빔(beam)을 상기 비정질 실리콘 박막에 조사하는 것으로, 수십 나노초(ns)의 순간적인 가열에 의해 상기 비정질 실리콘 박막이 결정화되어 상기 유리기판에 손상을 주지 않는 장점을 갖는다.
그러나, 상기 엑시머 레이저에 의한 결정화 방법은 상기 엑시머 레이저의 발진 출력의 변동하여 기준범위 외의 출력이 나오기 때문에, 불균일하며 결정성이 낮은 불량 다결정 실리콘 박막을 제조할 수 있으며, 그 결과 상기 다결정 실리콘 박막의 수율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 보수(maintenance) 시기에 가까운 엑시머 레이저를 사용할 경우, 상기 불량 다결정 실리콘 박막을 제조할 확률이 증가하며, 그에 따라 상기 엑시머 레이저의 수명보다 빠르게 상기 엑시머 레이저 내의 튜브(tube)를 교체해야하는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 불균일한 부분에 레이저 빔을 재조사하여 재결정화함으로써 제조비용을 감소시킨 다결정 실리콘 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 제조방법에 의한 다결정 실리콘 박막의 제조설비를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조방법은 제1 레이저 빔을 조사하여 기판 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화하는 단계와, 광을 조사하여 상기 결정화된 다결정 실리콘 박막의 표면을 균일한 영역 및 불균일한 영역으로 구분하는 단계와, 상기 불균일한 영역 내의 다결정 실리콘 박막으로 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 불균일한 영역 내의 전체 입자 중 다결정 실리콘 입자의 비율을 측정하는 단계와, 상기 다결정 실리콘 입자의 비율이 기준치 이하인 경우, 상기 불균일한 영역에 제3 레이저 빔을 조사하여 상기 불균일한 영역을 재결정화하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 결정화된 다결정 실리콘 박막의 표면을 균일한 영역 및 불균일한 영역으로 구분하는 단계는 상기 결정화된 다결정 실리콘 박막의 표면으로 제4 레이저 빔을 조사하는 단계와, 상기 표면으로부터 반사된 상기 제4 레이저 빔의 강도를 측정하는 단계와, 상기 측정된 강도를 이용하여 상기 표면에 형성된 불순물 입자의 개수를 카운팅하는 단계와, 상기 카운팅된 불순물 입자의 개수를 기준 입자수와 비교하여 상기 표면을 균일한 영역과 불균일한 영역으로 구분하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 불균일한 영역 내의 전체 입자 중 다결정 실리콘 입자의 비율을 측정하는 단계는 상기 불균일한 영역 내의 다결정 실리콘 박막의 표면으로 복수의 파장을 갖는 제2 레이저 빔들을 조사하는 단계와, 상기 표면으로부터 반사된 제2 레이저 빔들의 강도를 측정하는 단계와, 상기 파장에 따른 상기 측정된 강도의 변화율을 기준 변화율과 비교하여 상기 균일한 영역 내의 전체의 입자 중 다결정 실리콘 입자의 비율을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조설비는 결정화부, 균일성 평가부, 결정성 평가부 및 재결정화부를 포함한다. 상기 결정화부는 제1 레이저 빔을 조사하여 기판 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화한다. 상기 균일성 평가부는 상기 결정화된 다결정 실리콘 박막의 표면의 균일성을 평가한다. 상기 결정성 평가부는 상기 균일성이 평가된 다결정 실리콘 박막의 표면의 결정성을 평가한다. 상기 재결정화부는 상기 결정성이 평가된 다결정 실리콘 박막의 표면 중 불균일한 영역에 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 불균일한 영역을 재결정화한다.
이러한 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이의 제조설비에 의하면, 다결정 실리콘 박막의 표면 중 불균일한 영역에 재결정화 레이저 빔을 조사하여 재결정화함으로써, 다결정 실리콘 박막의 제조하는 데 소요되는 제조비용을 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
<다결정 실리콘 박막 제조방법의 실시예>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 도 1의 제조방법 중 결정화 빔을 조사하여 아몰퍼스 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화하는 단계를 도시한 개념도이고, 도 3은 도 1의 제조방법 중 결정화 빔에 의해 다결정 실리콘 박막의 표면의 균일성 또는 결정성을 평가하는 단계를 도시한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 다결정 실리콘 박막의 제조방법 중 첫 번째 단계로, 결정화 빔(210)을 조사하여 기판(110) 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막(112)으로 결정화한다(S110). 이때, 상기 아몰퍼스 실리콘 박막은 이전 단계의 제조설비에서 상기 기판(110) 상에 증착된 것이다.
상기 기판(112)은 XY-스테이지(100) 상에 배치된다. 상기 기판(112)의 상하좌우의 움직임은 상기 XY-스테이지(100)가 상하좌우로 이동함에 따라 이루어진다.
상기 결정화 빔(210)은 상기 XY-스테이지(100)의 상부에 배치된 결정화 레이저(200)에 의해 발생되며, 상기 결정화 레이저(200)는 단파장, 고출력 및 고효율의 레이저 빔을 발생시키는 엑시머(excimer) 레이저인 것이 바람직하고, 예를 들어 약 308nm의 파장을 갖는 XeCl계 엑시머 레이저이다. 상기 결정화 빔(210)의 주파수는 200 Hz 내지 400 Hz 의 범위를 갖고, 바람직하게 약 300 Hz 인 것이 바람직하다. 또한, 상기 결정화 빔(210)은 폭이 짧고 길이가 긴 빔인 것이 바람직하다.
상기 다결정 실리콘 박막(112)으로 결정화되는 것을 설명하면, 상기 결정화 빔(210)을 소정 간격 이격시키며 상기 기판(110)의 아몰퍼스 실리콘 박막 상으로 조사한다. 상기 결정화 빔(210)의 이동 간격은 상기 결정화 빔(210)의 폭보다 작은 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 상기 결정화 빔(210)의 폭의 1/2인 것이 좋다.
상기 결정화 빔(210)은 상기 아몰퍼스 실리콘 박막을 부분적으로 완전 액화시키고, 상기 액화된 아몰퍼스 실리콘 박막은 측면 성장(lateral growth)을 하여 상기 다결정 실리콘 박막(112)으로 결정화된다.
도 2에서 도시된 상기 결정화 방법은 상기 결정화 빔(210)을 직접 상기 아몰 퍼스 실리콘 박막 상으로 여러 번 조사하여 상기 다결정 실리콘 박막(112)으로 결정화하는 것을 설명하였으나, 이와 다르게 상기 결정화 방법은 보다 넓은 결정화 빔(210)을 마스크에 의해 걸러내어 상기 아몰퍼스 실리콘 박막 상으로 부분적으로 조사하여 상기 다결정 실리콘 박막(112)으로 결정화할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 아몰퍼스 실리콘 박막을 상기 다결정 실리콘 박막(112)으로 결정화한 후, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면의 균일성을 평가하여, 상기 표면을 균일한 영역과 불균일한 영역으로 구분한다(S120). 이때, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면의 균일성을 평가하는 방법은 테스트 빔(310)을 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면으로 조사하여 반사시키고, 상기 반사된 테스트 빔(310)의 강도를 측정함으로써 이루어진다.
구체적으로 설명하면, 상기 기판(112)의 상부에 배치된 테스트 레이저(300)는 상기 테스트 빔(310)을 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면으로 조사한다. 이때, 상기 기판(112)을 이동시키면서 상기 테스트 빔(310)을 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면으로 조사한다. 상기 조사된 테스트 빔(310)은 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면의 성질에 따라 강도가 변화되어 반사된다. 즉, 상기 반사되는 테스트 빔(310)의 강도는 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면의 균일한 정도에 따라 변화한다.
상기 반사된 테스트 빔(310)은 상기 기판(112)의 상부에 배치된 빔 감지부(400)로 입사되고, 상기 빔 감지부(400)는 상기 반사된 테스트 빔(310)의 강도를 센싱(sensing)한다. 이때, 상기 빔 감지부(400)는 상기 반사된 테스트 빔(310)을 센싱하기 좋은 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 빔 감지부(400)는 평가 시스템부(500)와 전기적으로 연결되고, 상기 센싱된 테스트 빔(310)의 강도를 신호로 변환하여 상기 평가 시스템부(500)로 인가한다.
상기 평가 시스템부(500)는 상기 변환된 신호를 입력받아 데이터를 처리하고, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면 중 균일한 영역과 불균일한 영역을 구분하여 표시한다. 상기 불균일한 영역임을 결정하는 방법은 예를 들어, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면위치에 따른 상기 반사된 테스트 빔(310)의 강도를 측정하여 불순물 입자를 카운팅(counting)함으로써 이루어진다. 즉, 상기 카운팅된 불순물 입자의 개수가 소정의 기준치와 비교하여, 상기 표면을 상기 균일한 영역 및 불균일한 영역으로 분류한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면의 균일성을 평가한 후, 상기 표면 전체가 균일하다고 판단된 경우, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면의 결정성을 다시 평가한다(S130). 또는 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면의 균일성을 평가한 후, 상기 표면의 일부만이 균일하다고 판단된 경우, 상기 표면 중 균일한 부분의 결정성을 평가한다(S140).
상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면의 결정성은 상기 표면의 균일성을 측정하는 장치를 이용하여 측정될 수 있다. 즉, 상기 결정성의 평가는 상기 테스트 빔(310)을 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면으로 조사하여 반사시키고, 상기 반사된 테스트 빔(310)의 강도를 측정함으로써 이루어진다. 바람직하게 상기 결정성의 평가는 복수의 파장을 갖는 테스트 빔(310)들을 수 차례 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면으로 조사하여 각각의 파장에 따른 상기 반사된 테스트 빔(310)들의 강도를 측정한다.
상기 결정성의 평가를 위한 상기 반사된 테스트 빔(310)의 강도는 예를 들어, 분광 엘립소 메터(ellipso meter) 또는 라만(raman) 산란 측정기에 의해 측정될 수 있다. 상기 분광 엘립소 메터(ellipso meter)는 상기 테스트 빔(310)을 이용하여 얇은 막의 특성을 알아보는 장치로, 상기 테스트 빔(310)들의 파장(λ)에 따른 물질 고유의 굴절률(n) 및 소광계수(k)를 측정하는 장치이고, 상기 라만(raman) 산란 측정기는 상기 테스트 빔(310)들의 파장(λ)에 따른 물질의 분자 및 격자 진동수, 즉 분자의 진동모드와 대칭성, 형태를 측정하는 장치이다.
상기 분광 엘립소 메터에 대해 간단히 설명하면, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면으로부터 반사된 테스트 빔(310)의 특성, 예를 들어 강도 및 편광 상태 등을 측정한다. 상기 분광 엘립소 메터는 상기 테스트 빔(310)의 특성을 분석하여 상기 표면에 있어서의 복합 굴절률(nk) 및 두께 등을 측정한다. 이때, 상기 복합 굴절율은 굴절률(n) 및 소광계수(k)의 곱을 의미한다.
도 4는 도 3에서 결정성을 평가한 후의 데이터를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 4는 파장에 따른 복합 굴절률(nk)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상기 테스트 빔(310)이 조사된 곳에 아몰퍼스 실리콘 입자가 있을 경우, 상기 테스트 빔(310)의 파장에 따른 복합 굴절률의 변화는 예를 들어 완만한 S-자 곡선을 갖는 제1 곡선 그래프(a-Si)를 나타내고, 상기 테스트 빔(310)이 조사된 곳에 다결정 실리콘 입자가 있을 경우, 상기 파장에 따른 복합 굴 절률의 변화는 예를 들어 보다 급격한 경사의 S-자 곡선을 갖는 제2 곡선 그래프(poly-Si)를 나타낸다. 또한, 상기 테스트 빔(310)이 조사된 곳에 상기 아몰퍼스 실리콘 입자와 상기 다결정 실리콘 입자가 혼합되어 있을 경우, 상기 파장에 따른 복합 굴절률의 변화는 상기 혼합 비율에 따라 상기 제1 곡선 그래프(a-Si) 및 제2 곡선 그래프(poly-Si) 사이의 그래프를 나타낸다. 이와 같이, 상기 분광 엘립소 메터는 상기 파장에 따른 복합 굴절률의 변화를 분석하여, 상기 아몰퍼스 실리콘 입자와 상기 다결정 실리콘 입자의 혼합비율을 측정한다.
상기 라만 산란 측정기에 대해 간단히 설명하면, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면에 일정한 파장의 테스트 빔(310)을 조사하여 산란시키고, 상기 산란된 테스트 빔(310)의 강도를 측정합니다. 상기 산란된 테스트 빔(310) 중 대부분은 상기 파장을 갖고 있지만, 일부는 상기 표면의 진동 모드의 주파수에 따른 변화된 파장을 갖는다. 상기 라만 산란 측정기는 상기 파장이 변화된 테스트 빔(310)을 분석하여 분자나 결정의 형태 및 대칭성에 대한 정보를 검출한다. 이와 같이, 상기 라만 산란 측정기는 상기 분자나 결정의 형태 및 대칭성을 분석하여, 상기 아몰퍼스 실리콘 입자와 상기 다결정 실리콘 입자의 혼합비율을 측정한다.
이때, 상기 결정성의 평가에 있어서 합격 및 불합격을 나누는 제1 기준은 상기 표면의 전체 입자 중에 상기 다결정 실리콘 입자의 제1 비율로 정한다. 바람직하게, 상기 표면의 전체 입자 중에 상기 다결정 실리콘 입자의 제1 비율은 대략 90 % 내지 95 % 이상인 것이 좋다.
이어서, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면 전체의 결정성을 평가한 결 과, 상기 표면의 전체 입자 중에 상기 다결정 실리콘 입자의 제1 비율이 상기 제1 기준의 이하인 경우, 상기 결정화 빔(210)을 다시 상기 표면에 조사하여 결정화 공정을 다시 수행하고(S110), 상기 제1 기준 이상인 경우, 본 제조공정의 다음 공정으로 상기 기판(110)을 이송한다(S190).
반면, 상기 표면 중 균일한 부분의 결정성을 평가한 결과, 상기 균일한 부분의 전체 입자 중에 상기 다결정 실리콘 입자의 제2 비율이 상기 제1 기준의 이하인 경우, 상기 결정화 빔(210)을 다시 상기 표면에 조사하여 결정화 공정을 다시 수행하고(S110), 상기 제1 기준 이상인 경우, 상기 표면의 불균일한 부분의 결정성을 평가한다(S150).
상기 표면의 불균일한 부분의 결정성을 평가하기 위해서는 우선, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면 중 불균일한 부분을 특정한다. 즉, 상기 균일성 및 결정성 평가에 의한 결과를 분석하여, 상기 결정성을 평가하기 위한 상기 표면의 불균일한 부분을 특정한다. 상기 불균일한 부분의 특정은 자동화된 시스템(미도시)에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 표면의 불균일한 부분을 특정하면, 이어서 상기 불균일한 부분의 결정성을 평가한다(S150). 상기 불균일한 부분의 결정성 평가는 위에서 상술된 상기 균일한 부분의 결정성 평가와 동일하므로 그 자세한 설명은 생각하기로 한다.
상기 불균일한 부분의 결정성을 평가한 후, 합격 및 불합격을 나누는 제2 기준은 상기 표면의 전체 입자 중에 상기 다결정 실리콘 입자의 제3 비율로 정한다. 바람직하게, 상기 표면의 전체 입자 중에 상기 다결정 실리콘 입자의 제3 비율은 대략 90 % 내지 95 % 이상인 것이 좋다.
상기 불균일한 부분의 결정성을 평가한 결과, 상기 불균일한 부분의 전체 입자 중에 상기 다결정 실리콘 입자의 제3 비율이 상기 제2 기준 이상인 경우, 본 제조공정의 다음 공정으로 상기 기판(110)을 이송한다(S190).
반면, 상기 불균일한 부분의 결정성을 평가한 결과, 상기 불균일한 부분의 전체 입자 중에 상기 다결정 실리콘 입자의 제3 비율이 상기 제2 기준 이하인 경우, 상기 불균일한 부분이 재결정화 가능한지를 판단한다(S160).
우선, 상기 불균일한 부분의 결정성을 평가한 결과 상기 제2 기준 이하이지만 재결정화가 가능한 경우에는 상기 불균일한 부분에 재결정화 빔을 조사하여 상기 불균일한 부분만을 재결정화한다(S170).
상기 재결정화 빔은 재결정화 레이저(미도시)에서 발생되며, 상기 결정화 빔(210)보다 고주파를 갖는 빔이다. 이때, 상기 재결정화 빔은 0.5 Hz 내지 5 Hz의 범위의 주파수를 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 1 Hz의 주파수를 갖는다. 이와 같이, 상기 재결정화 레이저는 저주파의 빔을 발생하기 때문에, 보수(maintenance) 시기에 가까운 엑시머 레이저를 사용할 수 있다.
상기 재결정화 빔은 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면 중 불균일한 부분에만 조사되어, 상기 불균일한 부분을 다시 결정화시킨다. 상기 불균일한 부분만을 재결정화한 후, 다시 상기 불균일한 부분의 결정성을 재평가를 수행한다(S150). 상기 결정성의 재평가 결과에 따라 다음의 공정을 수행한다.
반면, 상기 불균일한 부분의 결정성을 평가한 결과 상기 제2 기준 이하일 뿐 만 아니라 재결정화도 불가능한 경우에는 상기 기판(110)을 제거한다(S180). 이때, 상기 기준 이하이며, 재결정화도 불가능한 경우는 상기 기판(110)에 심각한 불량이 발생하여 다시 사용할 수 없는 경우를 의미한다. 이처럼, 재결정화가 불가능한 기판(110)을 제거함으로써, 다른 기판(110)이 본 단계의 제조공정을 수행하도록 유도한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 제조공정에 의하면, 상기 다결정 실리콘 박막(112)의 표면 중 불균일한 부분만을 특정하고, 상기 불균일한 부분에만 상기 재결정화 빔을 조사하여 재결정화함으로써, 상기 다결정 실리콘 박막(112)을 제조하는 데 소요되는 제조비용을 감소시킬 수 있다. 특히, 상기 결정화 레이저가 보수할 시기에 가까워져 상기 다결정 실리콘 박막의 표면 중 일부에 불량을 시키는 경우, 상기 표면 중 불량이 발생된 부분만 재결정화함으로써, 상기 결정화 레이저의 사용 수명을 보다 증가시킬 수 있다.
<다결정 실리콘 박막의 제조설비>
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막의 제조설비를 나타낸 개념도이다.
도 5를 참조하면, 다결정 실리콘 박막의 제조설비는 카세트 거치부(610), 이송 로봇(620), 결정화부(630), 균일성 평가부(640), 결정성 평가부(650) 및 재결정화부(660)를 포함한다.
상기 카세트 거치부(610)는 복수의 기판(110)들이 탑재된 카세트(10)를 거치시킨다. 즉, 상기 카세트 거치부(610)는 전 단계의 제조공정을 마친 후 이송되어온 카세트(10)를 거치시키고, 본 단계의 제조공정에 의해 가공된 기판(110)을 탑재한 카세트(10)를 거치시킨다. 상기 카세트 거치부(610)는 복수개의 카세트(10)들을 거치시키기 위해 소정의 면적을 갖는 것이 바람직하다.
상기 이송 로봇(620)은 상기 기판(110)을 상기 카세트(10), 결정화부(630), 균일성 평가부(640), 결정성 평가부(650) 및 재결정화부(660) 사이로 왕복 이송한다. 예를 들어, 상기 이송 로봇(620)은 상기 카세트(10)로부터 상기 기판(110) 하나를 꺼내 상기 결정화부(630) 내로 이송하거나, 상기 결정화부(630) 내에 배치된 기판(110)을 다시 상기 균일성 평가부(640)로 이송한다. 상기 이송 로봇(620)은 이송할 수 있는 범위를 증가시키기 위해 상하로 이동이 가능하며, 서로 연결되며 회전이 가능한 복수의 팔들을 가지는 것이 바람직하다.
상기 결정화부(630)는 상기 이송 로봇(620)에 의해 상기 카세트(610)로부터 상기 기판(110) 하나를 이송 받는다. 상기 결정화부(630)는 결정화 레이저(미도시) 및 상기 기판(110)을 지지하여 이송하는 XY-스테이지(미도시)를 포함하고, 상기 결정화 레이저는 결정화 빔을 조사하여 상기 기판(110) 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화한다. 이때, 상기 결정화 빔은 상기 XY-스테이지에 의해 이송되는 기판 상에 조사됨에 따라, 상기 아몰퍼스 실리콘 박막 전 영역을 상기 다결정 실리콘 박막으로 결정화할 수 있다.
상기 균일성 평가부(640)는 상기 이송 로봇(620)에 의해 상기 결정화부(630)로부터 상기 기판(110)을 이송받고, 상기 기판(110) 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 표면의 균일성을 평가한다.
상기 균일성 평가부(640)는 예를 들어, 제1 테스트 레이저(미도시), 제1 빔 감지부(미도시) 및 제1 평가 시스템부(미도시)을 포함한다. 상기 제1 테스트 레이저는 제1 테스트 빔을 발생시켜 상기 다결정 실리콘 박막의 표면으로 조사한다. 상기 조사된 제1 테스트 빔은 상기 표면에서 반사되어 상기 제1 빔 감지부로 입사된다. 상기 제1 빔 감지부는 상기 입사된 제1 테스트 빔의 강도를 측정하여 제1 데이터 신호를 상기 제1 평가 시스템부으로 인가하고, 상기 제1 평가 시스템부는 상기 제1 데이터 신호를 분석하여 상기 다결정 실리콘 박막의 표면의 균일성을 측정한다.
상기 결정성 평가부(650)는 상기 이송 로봇(620)에 의해 상기 균일성 평가부(640)로부터 상기 기판(110)을 이송받고, 상기 기판(110) 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 표면의 결정성을 평가한다. 상기 결정성 평가부(650)는 예를 들어, 제2 테스트 레이저(미도시), 제2 빔 감지부(미도시) 및 제2 평가 시스템부(미도시)을 포함한다. 상기 결정성 평가부(650)는 상기 균일성 평가부와 동일한 방법에 의해 상기 다결정 실리콘 박막의 표면의 결정성을 평가할 수 있다.
상기 재결정화부(660)는 상기 이송 로봇(620)에 의해 상기 결정성 평가부(650)로부터 상기 기판(110)을 이송 받는다. 상기 재결정화부(660)는 재결정화 레이저(미도시)를 포함하며, 상기 재결정화 레이저는 상기 다결정 실리콘 박막의 표면 중 불균일한 부분에 재결정화 빔을 조사하여 상기 불균일한 부분을 재결정화한다. 이때, 상기 재결정화 빔은 상기 결정화 빔보다 저주파의 레이저 빔인 것이 바람직하며, 예를 들어, 상기 결정화 빔의 주파수는 200 Hz 내지 400 Hz 의 범위를 갖고, 상기 재결정화 빔은 0.5 Hz 내지 5 Hz의 범위를 갖는다.
이와 같이, 상기 제조설비가 상기 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 박막의 균일성 및 결정성을 평가하여 불량이 발생된 부분만을 재결정화함으로써, 상기 다결정 실리콘 박막을 제조하는 데 소요되는 제조비용을 보다 감소시킬 수 있다.
이와 같은 다결정 실리콘 박막의 제조방법 및 이의 제조설비에 따르면, 다결정 실리콘 박막의 표면의 균일성 및 결정성을 평가하여 불균일한 부분만을 특정하고, 불균일한 부분에만 재결정화 빔을 조사하여 재결정화함으로써, 다결정 실리콘 박막을 제조하는 데 소요되는 제조비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 결정화 레이저가 보수할 시기에 가까워져 다결정 실리콘 박막의 표면 중 일부에 불량을 발생시키는 경우, 불량이 발생된 부분만 재결정화함으로써, 보수할 시기에 가까워진 결정화 레이저도 사용할 수 있고, 그 결과 결정화 레이저의 사용 수명을 보다 증가시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 제1 레이저 빔을 조사하여 기판 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화하는 단계;
    광을 조사하여 상기 결정화된 다결정 실리콘 박막의 표면을 균일한 영역 및 불균일한 영역으로 구분하는 단계;
    상기 불균일한 영역 내의 다결정 실리콘 박막으로 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 불균일한 영역 내의 전체 입자 중 다결정 실리콘 입자의 비율을 측정하는 단계; 및
    상기 다결정 실리콘 입자의 비율이 기준치 이하인 경우, 상기 불균일한 영역에 제3 레이저 빔을 조사하여 상기 불균일한 영역을 재결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3 레이저 빔의 주파수는 상기 제1 레이저 빔의 주파수보다 낮은 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔의 주파수는 200 Hz 내지 400 Hz 의 범위를 갖고, 상기 제3 레이저 빔은 0.5 Hz 내지 5 Hz의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 결정화된 다결정 실리콘 박막의 표면을 균일한 영역 및 불균일한 영역으로 구분하는 단계는
    상기 결정화된 다결정 실리콘 박막의 표면으로 제4 레이저 빔을 조사하는 단계;
    상기 표면으로부터 반사된 상기 제4 레이저 빔의 강도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 강도를 이용하여 상기 표면에 형성된 불순물 입자의 개수를 카운팅하는 단계; 및
    상기 카운팅된 불순물 입자의 개수를 기준 입자수와 비교하여 상기 표면을 균일한 영역과 불균일한 영역으로 구분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 불순물 입자는 상기 표면에 형성된 다결정 실리콘 입자를 제외한 나머지 입자인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 불균일한 영역 내의 전체 입자 중 다결정 실리콘 입자의 비율을 측정하는 단계는
    상기 불균일한 영역 내의 다결정 실리콘 박막의 표면으로 복수의 파장을 갖는 제2 레이저 빔들을 조사하는 단계;
    상기 표면으로부터 반사된 제2 레이저 빔들의 강도를 측정하는 단계; 및
    상기 파장에 따른 상기 측정된 강도의 변화율을 기준 변화율과 비교하여, 상 기 균일한 영역 내의 전체 입자 중 다결정 실리콘 입자의 비율을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조방법.
  7. 제1 레이저 빔을 조사하여 기판 상에 형성된 아몰퍼스 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화하는 결정화부;
    상기 결정화된 다결정 실리콘 박막의 표면의 균일성을 평가하는 균일성 평가부;
    상기 균일성이 평가된 다결정 실리콘 박막의 표면의 결정성을 평가하는 결정성 평가부; 및
    상기 결정성이 평가된 다결정 실리콘 박막의 표면 중 불균일한 영역에 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 불균일한 영역을 재결정화하는 재결정화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조설비.
  8. 제7항에 있어서, 복수의 기판들이 탑재된 카세트을 거치시키는 카세트 거치부; 및
    상기 기판을 상기 카세트, 결정화부, 균일성 평가부, 결정성 평가부 및 재결정화부 사이로 왕복 이송하는 이송 로봇을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조설비.
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