KR20060133332A - Ｓｌｓ결정화 마스크와, 이를 이용한 ｓｌｓ결정화 장치 및ｓｌｓ결정화 방법 - Google Patents

Ｓｌｓ결정화 마스크와, 이를 이용한 ｓｌｓ결정화 장치 및ｓｌｓ결정화 방법 Download PDF

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KR20060133332A KR1020050053133A KR20050053133A KR20060133332A KR 20060133332 A KR20060133332 A KR 20060133332A KR 1020050053133 A KR1020050053133 A KR 1020050053133A KR 20050053133 A KR20050053133 A KR 20050053133A KR 20060133332 A KR20060133332 A KR 20060133332A
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Abstract

본 발명은 SLS(Sequential Lateral Solidification, 순차적 측면 고상화) 결정화 마스크와, 이를 이용한 SLS 결정화 장치 및 SLS 결정화 방법에 관한 것으로서, 슬릿을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지도록, 상기 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도가 낮게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 높이고, 에너지 밀도가 높게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 낮춰서, 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지게 하여 비정질 실리콘을 균일하게 결정화하는 SLS 결정화 마스크와, 이를 이용한 SLS 결정화 장치 및 SLS 결정화 방법에 관한 것이다.
SLS 결정화 마스크, 슬릿, 개구율, 레이저 광, 에너지 밀도

Description

ＳＬＳ결정화 마스크와, 이를 이용한 ＳＬＳ결정화 장치 및 ＳＬＳ결정화 방법{SLS CRYSTALLIZING MASK, CRYSTALLIZING APPARATUS AND CRYSTALLIZING METHOD }
도 1은 종래 기술에 따른 SLS 결정화 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 SLS 결정화 마스크를 이용하여 SLS 결정화를 진행하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 SLS 결정화 마스크를 이용하여 SLS 결정화가 이루어진 기판의 SLS 결정화 상태를 스캔하여 나타낸 그림이다.
도 4는 레이저 광의 에너지 밀도에 따른 비정질 실리콘 입자의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SLS 결정화 장치의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크를 나타낸 평면도이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 광 조사에 대하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크를 이용하여 기판에 레이저 광을 조사한 후의 결정화 상태를 나타내는 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30, 300, 300a, 300b, 300c : SLS 결정화 마스크
31 : 슬릿 31 : 차단부
60, 600 : 기판 61 : 블록
100 : 레이저 발생기 200 : 집속 렌즈
400 : 축소 렌즈 500 : SLS 스테이지
601 : 버퍼층 602 : 실리콘 박막
611 : 제1 조사 영역 612 : 제2 조사 영역
본 발명은 SLS(Sequential Lateral Solidification, 순차적 측면 고상화) 결정화 마스크와, 이를 이용한 SLS 결정화 장치 및 SLS 결정화 방법에 관한 것으로서, 비정질 실리콘을 균일하게 결정화할 수 있는 SLS 결정화 마스크와, 이를 이용한 SLS 결정화 장치 및 SLS 결정화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘은 상태에 따라 비정질 실리콘, 다결정 실리콘과 단결정 실리콘으로 나눌 수 있다.
비정질 실리콘은 낮은 온도에서 기판에 증착시켜 박막으로 형성하여, 주로 낮은 융용점을 가지는 유리를 기판으로 사용하는 평판 표시 장치의 액정 패널에서 스위칭 소자를 형성할 때 많이 사용된다.
이러한 액정 패널에서 비정질 실리콘 박막 대신에 전자의 이동도가 100배 ~ 200배까지 높은 다결정 실리콘 박막을 사용하면, 다결정 실리콘 박막 위에 일반적인 반도체 공정을 적용하여 기판에 구동 회로를 내장시킬 수 있으며, 스위칭 소자의 신뢰도도 향상된다. 또한, 스위칭 소자를 작게 만들어 액정 패널의 해상도를 높일 수 있으며, 액정 패널의 소비 전력도 줄일 수 있다.
이와 같은 다결정 실리콘 박막은 결정화된 입자의 크기에 따라서 전기적 특성이 결정된다. 즉, 실리콘 결정 입자의 크기에 따라서 전자의 이동도가 증가하거나 감소한다.
따라서, 기판에 비정질 실리콘을 증착시킨 후에, 해당 비정질 실리콘 박막을 이용하여 균일한 결정 입자를 가지는 다결정 실리콘 박막을 제조하는 방법이 많이 연구되고 있으며, 최근에는 기판에 증착된 비정질 실리콘 박막 위에 레이저 광을 조사하여 실리콘 결정의 측면 성장을 유도하여 다결정 실리콘 박막을 제조하는 SLS 결정화 기술이 국제특허 'WO 97/45827'과 대한민국 공개특허 '2001-004129'에 제안되었다.
SLS 결정화 기술은 마스크의 슬릿을 통과한 레이저 광에 의해 비정질 실리콘이 국부적으로 완전 융용되어 다결정 실리콘으로 결정 성장시키는 기술로 기존의 ELA(Eximer Laser Annealing) 결정화 기술에 비해서 매우 큰 결정 성장을 유도할 수 있고, 기판 크기에 제약이 비교적 없고, 대기압에서 진행이 가능하기 때문에 차세대 결정화 기술로 주목받고 있다.
도 1 및 도 2는 각각 종래 기술에 따른 SLS 결정화 마스크 그리고 이를 이용한 SLS 결정화 방법을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 SLS 결정화 마스크(30)는 슬릿(31)이 일방향으로 복수개 형성되며 슬릿의 길이와 폭은 모두 동일하다.
도 2는 도 1에 도시된 SLS 결정화 마스크(30)를 이용한 SLS 결정화 방법을 나타낸 도면이다. 일반적으로 SLS 결정화를 진행하는 기판(60)의 크기는, 기판(60)에 조사되는 레이저 광의 사이즈에 비해서 매우 크기 때문에, 도 2와 같이 기판(60)의 조사 영역을 ①, ②, ③ 및 ④의 방향으로 이동시키면서 SLS 결정화를 진행하게 된다.
먼저, 기판(60)의 우측 상단에 SLS 결정화 마스크(30)를 이용하여 레이저 광을 조사하고, 조사 영역을 ① 방향으로 이동시켜서 직전 조사 영역과 일부가 겹치도록 하여 다시 레이저 광을 조사한다. 이때, 기판을 이동시킬 때에는 레이저 광이 조사되지 않도록 한다. 계속하여 조사 영역을 ① 방향으로 소정의 회수만큼 이동시켜서 레이저 광을 조사한다.
이어서, 기판(60)의 조사 영역을 ② 방향으로 이동시켜서 직전 조사 영역과 일부가 겹치도록 하여 다시 레이저 광을 조사한다. 도 1에 도시된 SLS 결정화 마스크(30)를 이용하면, 슬릿(31)의 폭이 차단부(32)의 폭보다 넓으므로, 조사 영역을 ② 방향으로 이동하는 회수는 한번이면 충분하다.
계속하여 기판(60)의 조사 영역을 ③ 방향으로 이동시켜서 직전 조사 영역과 일부가 겹치도록 하여 다시 레이저 광을 조사한다. 이 작업은 상기 소정의 회수만 큼 반복한다. 이와 같이 ①, ② 및 ③ 과정을 거치면, 기판(60)에서 블록(61)의 SLS 결정화가 이루어지게 된다.
다음으로, 조사 영역을 ④ 방향으로 블록(61)의 폭만큼 이동시켜서, 같은 방식으로 상기 ①, ② 및 ③의 과정을 반복하여 SLS 결정화를 진행한다.
도 3은 도 1의 SLS 결정화 마스크(30)를 이용하여 SLS 결정화가 이루어진 기판(60)의 SLS 결정화 상태를 스캔하여 나타낸 그림이다. 도 3을 참조하면, 도 2의 ①, ② 및 ③ 과정을 거쳐서 결정화된 블록(61)마다, 동일한 패턴으로 결정화가 불균일하게 일어나서 다수의 층이 형성된 모습을 볼 수 있다. 상기 다수의 층은 블록(61)의 가운데 부분을 중심으로 상, 하로 대칭을 이루면서 나타난다.
즉, 가운데 부분(67)은 레이저 광의 에너지 밀도가 가장 높게 나타나고, 가운데 부분의 상부와 하부(66, 68)는 레이저 광의 에너지 밀도가 가장 낮게 나타나며, 상단과 하단(65, 69)은 레이저 광의 에너지 밀도가 보통으로 나타난다.
도 4는 레이저 광으로 비정질 실리콘 박막을 단일 조사할 경우, 레이저 광의 에너지 밀도에 따른 결정 입자의 크기를 나타낸 그래프이다.
소정 에너지 밀도 이하의 영역(영역 1)에서는 그 레이저 에너지의 크기가 증가하면 결정입자의 크기는 서서히 증가하고, 소정 에너지 밀도 이상의 에너지 영역(영역 2)에서는 결정 입자의 크기가 급격히 증가한다. 그리고 그 이상의 에너지 영역(영역3)에서는 결정 입자의 크기는 급격히 작아진다. 즉, 비정질 실리콘 박막이 레이저 광에 의하여 용융된 후 냉각되어 형성된 결정 입자의 크기는 레이저 광의 에너지 밀도에 따라서 크게 달라진다.
도 4의 그래프를 참조하여 도 3의 블록(61)에서의 SLS 결정화 상태를 살펴보면, 크게 레이저 광의 에너지 밀도가 높은 부분, 에너지 밀도가 보통인 부분 그리고 에너지 밀도가 낮은 부분으로 나눌 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 다결정 실리콘 박막은 결정화된 입자의 크기에 따라서 전자의 이동도가 증가하거나 감소한다. 따라서, 결정이 불균일하게 성장된 다결정 실리콘 박막 위에 소자를 형성하면, 소자의 특성이 나빠지며 심한 경우에는 소자가 동작하지 않는 경우도 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 마스크의 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지게 하여 비정질 실리콘을 균일하게 결정화할 수 있는 SLS 결정화 마스크와, 이를 이용한 SLS 결정화 장치 및 SLS 결정화 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 일 방향으로 복수의 슬릿이 소정의 간격을 두고 형성되어, 조사되는 레이저 광의 일부를 차단하는 SLS 결정화 마스크에 있어서, 상기 복수의 슬릿을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지도록, 상기 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도가 낮게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도 -여기서 슬릿의 밀도는 마스크의 소정 부분의 개구율을 말한다- 는 높이고, 에너지 밀도가 높게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 낮추는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크가 제공된 다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판을 제공하는 단계와, 상기 비정질 실리콘 박막의 상부에 위치된 SLS 결정화 마스크에 레이저 광을 조사하여 상기 비정질 실리콘 박막의 일부분을 결정화하는 제1차 조사 단계와, 상기 결정화된 실리콘 박막과 인접한 비정질 실리콘 박막에 다시 레이저 광을 조사함으로써, 해당 비정질 실리콘 박막의 일부분을 결정화하는 제2차 조사 단계를 포함하며, 상기 마스크는 일 방향으로 복수의 슬릿이 소정의 간격을 두고 형성되며, 상기 복수의 슬릿을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지도록, 상기 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도가 낮게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 높이고, 에너지 밀도가 높게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 낮추는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 방법이 제공된다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 레이저 광을 생성하는 레이저 발생기와, 상기 레이저 발생기에서 생성된 레이저 광을 적어도 하나의 렌즈와 적어도 하나의 거울을 이용하여 받으며, X방향 또는 Y방향으로 움직이는 SLS 스테이지와, 상기 SLS 스테이지와 상기 레이저 발생기 사이에 위치하고, 일 방향으로 복수의 슬릿이 소정의 간격을 두고 형성되며, 상기 복수의 슬릿을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지도록, 상기 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도가 낮게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 높이고, 에너지 밀도가 높게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 낮추는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크를 포함하는 SLS 결정화 장치를 제공한다.
상기 슬릿의 밀도 조절은 슬릿의 폭을 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿의 밀도 조절은 슬릿과 슬릿사이의 간격을 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크는 각각 하나 이상의 슬릿을 포함하는 복수의 그룹으로 구성되고, 상기 그룹에 속하는 슬릿의 밀도는 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿의 밀도는, 상기 복수의 슬릿 중에서 가운데에 위치한 적어도 하나의 슬릿을 중심으로 대칭적으로 정해지는 것을 특징으로 한다.
상기 가운데에 위치한 슬릿의 폭은, 그 외 슬릿의 폭보다 좁은 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿의 폭은 서로 인접한 슬릿과의 간격보다 넓은 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SLS 결정화 장치의 개략도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 SLS 결정화 장치는, 레이저 발생기(100), 집속 렌즈(200), SLS 결정화 마스크(300), 축소 렌즈(400) 및 SLS 스테이지(500)를 포함하여 구성된다.
레이저 발생기(100)는 엑시머 레이저로서 308nm의 XeCl나 248nm의 KrF가 주로 이용된다. 상기 레이저 발생기(100)에서 방출된 가공되지 않은 레이저 광은, 도시되지 않은 광학계(렌즈 및/또는 거울)를 이용하여 에너지 밀도가 조절된 후, 집 속 렌즈(200)를 통해 조사된다.
집속 렌즈(200)는 상기 레이저 발생기(100)에서 방출된 레이저 광을 집속하고, 축소 렌즈(400)는 SLS 결정화 마스크(300)의 하부에 위치하여 상기 마스크(300)를 통과한 레이저 광을 일정한 비율로 축소시킨다. 이와 같은 상기 집속 렌즈(200)와 축소 렌즈(400)는 레이저 광의 에너지 밀도를 높이기 위한 광학계로서 사용된다.
SLS 결정화 마스크(300)는 집속 렌즈(200)와 축소 렌즈(400) 사이에 위치하여, 레이저 광의 일부를 차단하는 역할을 한다.
상기 레이저 광은 SLS 결정화 마스크(300)를 통과하여 조사된다. 본 발명의 실시예에 따른 상기 축소 렌즈(400)는 레이저 광의 사이즈를 약 5분의 1로 축소시킨다.
따라서, 상기 SLS 결정화 마스크(300)의 슬릿을 통과한 레이저 광의 사이즈는 축소 렌즈(400)를 거쳐서 5분의 1로 축소되므로, 상기 SLS 결정화 마스크(300)의 슬릿의 폭도 그에 맞춰서, 조사해야 할 레이저 광 사이즈의 5배로 제작된다.
SLS 스테이지(500)는 X 스테이지와 Y 스테이지를 포함하여 구성되며, 기판(600)을 장착할 수 있고, 상기 기판(600)을 X 방향 또는 Y 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300a)를 나타낸 평면도이다. 도 6에 도시된 SLS 결정화 마스크(300a)는 슬릿이 일방향으로 복수개 형성된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300a)는, 도 4에서 나타난 종래 기술에 따른 SLS 결정화 상태를 스캔하여 나타낸 그림 중에서 한 블록을 참조하여, 실리콘 결정 크기의 차이가 적어지게 하기 위하여 상기 복수의 슬릿을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지도록 슬릿의 밀도 -여기서 슬릿의 밀도는 마스크의 소정 부분의 개구율을 말한다- 를 조절한다.
즉, 상기 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도가 낮게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 높이고, 에너지 밀도가 높게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 낮춘다. 여기서, 상기 슬릿의 밀도 조절은 슬릿의 폭 및/또는 슬릿과 슬릿사이의 간격을 조절함으로써 이루어진다.
다음은 슬릿의 폭과 슬릿과 슬릿사이의 간격에 따른 마스크의 개구율을 실험적으로 나타낸 표이다.
슬릿의 폭(㎛) 슬릿과 슬릿사이의 간격(㎛) 마스크의 개구율
5.5 1.5 78 %
5.25 1.75 75 %
5 2 71 %
4.75 2.25 67 %
여기서, 도 3에 나타난 블록에서의 결정화 상태는 블록의 가운데 부분을 중심으로 상, 하로 대칭을 이루며 층이 나타나기 때문에, 그에 대응하여 슬릿의 밀도를 조절하면 가운데에 위치한 적어도 하나의 슬릿을 중심으로 상, 하에 위치한 슬릿의 밀도도 대칭을 이루면서 나타나게 된다.
이 때, 도 3에 나타난 블록에서의 결정화 상태를 보면 가운데 부분의 에너지 밀도가 가장 높게 나타난다. 따라서, 가운데 위치한 적어도 하나의 슬릿의 폭은 그 외의 슬릿의 폭보다 좁아지게 된다.
일반적으로 SLS 결정화 마스크는 대략 2000여개의 슬릿이 형성되고, 상기 슬릿을 통과하는 레이저 광의 에너지 밀도는 조금씩 상이하며, 그 차이의 정도는 상기 SLS 결정화 장치에서 사용하는 광학계에 따라서 다르게 나타난다.
따라서, 한 블록에서의 결정화 상태를 참조하여, 각각의 슬릿마다 슬릿의 폭 및/또는 슬릿과 슬릿사이의 간격을 조절하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300a)와 같이 서로 인접한 슬릿의 폭 및/또는 슬릿과 슬릿사이의 간격은 다르게 나타난다.
이와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300a)를 사용하면 기판(600)에 조사되는 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이는 적어지게 된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300b)를 나타낸 평면도이다. 도 7에 도시된 SLS 결정화 마스크(300b)는 슬릿이 일방향으로 복수개 형성되며 슬릿의 폭은 그룹에 따라 서로 상이하다.
여기서, 슬릿의 중심과 인접한 슬릿의 중심사이의 거리는 동일하게 하는 것이 바람직하다. 즉, 슬릿의 폭이 넓어지는 만큼 슬릿과 슬릿의 간격은 줄어든다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300b)는, 제1 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300a)와는 달리 마스크 제조의 편의를 위해서 복수의 슬릿을 인접한 슬릿끼리 묶어서 그룹화하고, 상기 그룹을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도가 일정해지도록 상기 그룹에 속한 슬릿의 폭을 조절했다는 점이 상이하다.
즉, 상기 마스크의 복수의 슬릿을 소정 수의 그룹으로 그룹화시키고, 그룹에 따라서 슬릿의 폭을 조절함으로써 실리콘 결정의 불균일화를 억제한다.
여기서, 도 3에 도시된 블록에서의 결정화 상태는 블록의 가운데 부분을 중심으로 상, 하로 대칭을 이루며 층이 나타나기 때문에, 각각의 그룹에 속한 슬릿의 개수는, 가운데에 위치한 적어도 하나의 슬릿을 중심으로 대칭적으로 정해지는 것이 바람직하다.
이 때, 도 3에 나타난 블록에서의 결정화 상태를 크게 5개의 그룹으로 분할하여 보면, 가운데 부분의 에너지 밀도가 가장 높고, 상부와 하부의 에너지 밀도가 가장 낮으며, 상단과 하단의 에너지 밀도가 중간 정도로 나타난다. 그에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300b)는, 가운데 부분(303b)의 슬릿의 폭은 좁게 하고, 상부와 하부(302b, 304b)의 슬릿의 폭은 넓게 하며, 상단과 하단(301b, 305b)의 슬릿의 폭은 중간 정도로 조절한다.
또한, 마스크의 제조의 편의를 위하여 모든 그룹의 슬릿의 개수를 모두 동일하게 하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300c)를 나타낸 평면도이다. 도 8에 도시된 SLS 결정화 마스크(300c)는 슬릿이 일방향으로 복수개 형성되며 슬릿과 슬릿사이의 간격은 그룹에 따라 서로 상이하다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300c)는, 제1 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300a)와는 달리 마스크 제조의 편의를 위해서 복수의 슬릿을 인접한 슬릿끼리 묶어서 그룹화하고, 상기 그룹을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도가 일정해지도록 상기 그룹에 속한 슬릿과 슬릿사이의 간격을 조절했다는 점이 상이하다.
이와 같은 본 발명의 제3 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크(300c)는, 도 3에 나타난 블록에서의 결정화 상태에 따라서, 가운데 부분(303c)의 슬릿과 슬릿의 간격은 좁게 하고, 상부와 하부(302b, 304b)의 슬릿과 슬릿사이의 간격은 넓게 하며, 상단과 하단(301b, 305b)의 슬릿과 슬릿사이의 간격은 중간 정도로 조절한다.
또한, 도 6 내지 도 8에 도시된 마스크(300a, 300b, 300c)에서 슬릿의 폭을 서로 인접한 슬릿과 슬릿사이의 간격보다 넓게 하면, 두번의 레이저 광 조사로 직사각형의 결정화 영역을 얻을 수 있다.
다음으로, 도 9, 도 10a 그리고 도 10b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SLS 결정화 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 광 조사 과정을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 9와 같이 기판(600) 상에 버퍼층(601), 비정질 실리콘 박막(602)을 차례로 형성한 후, 상기 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판(600) 상에 슬릿과 차단부가 순차적으로 교차하는 마스크(도시하지 않음)를 배치한 후, 상기 비정질 실리콘 박막(602)에 레이저 조사를 한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 SLS 결정화 마스크를 이용하여 기판(600)에 레이저 광을 조사한 후의 결정화 상태를 나타내는 평면도이다.
도 10a와 같이 SLS 결정화 장치를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 마스크를 이용하여 비정질 실리콘 박막에 레이저 광의 제1차 조사를 행하면, 레이저 광이 상기 마스크에 형성된 슬릿들을 통과하여, 제1 조사 영역(611)의 비정질 실리콘 박막이 완전히 용융되며, 이어 액상화된 실리콘 박막의 계면으로부터 실리콘 결정의 측면성장이 진행된다. 상기 결정의 측면성장은 상기 제1차 조사에서 액상화된 제1 조사 영역(611)과 비조사 영역과의 계면에 대해 수직하는 방향으로 일어난다.
도 10b와 같이 본 발명의 실시예에 따른 마스크의 슬릿이 상기 비정질 실리콘 박막의 제1차 조사의 비조사 영역에 대응되도록 상기 기판(600)을 이동하여 레이저 광의 제2차 조사를 행하면, 상기 제1차 조사에서 형성된 결정들이 씨드(seed)로 작용하여 계속 성장하기 때문에, 제2 조사 영역(612)의 양측에서 형성된 결정들이 제2 조사 영역(612)의 중심부에서 만난다. 여기서는 제2 조사 영역(612)이 제1차 조사의 비조사부에 대응되므로, 제2차 조사에서 형성되는 결정들의 측면 성장 길이는 제1차 조사에서 형성되는 결정들의 2배 정도가 된다.
이와 같은 레이저 광 조사 과정은 기판(600) 전체에서 이루어져야 한다.
즉, 도 3과 동일한 방법으로, 먼저 기판(600)의 우측 상단에 SLS 결정화 마스크를 이용하여 레이저 광을 조사하고, 조사 영역을 ① 방향으로 이동시켜서 직전 조사 영역과 일부가 겹치도록 하여 다시 레이저 광을 조사한다. 이때, SLS 스테이지(500)를 이동시킬 때에는 레이저 광이 조사되지 않도록 한다. 계속하여 조사 영역을 ① 방향으로 소정의 회수만큼 이동시켜서 레이저 광을 조사한다.
이어서, 기판(600)의 조사 영역을 ② 방향으로 이동시켜서 직전 조사 영역과 일부가 겹치도록 하여 다시 레이저 광을 조사한다. 슬릿의 폭이 차단부의 폭보다 넓은 SLS 결정화 마스크를 이용하면 조사 영역의 ② 방향으로의 이동은 한번이면 충분하다.
계속하여 기판(600)의 조사 영역을 ③ 방향으로 이동시켜서 직전 조사 영역과 일부가 겹치도록 하여 다시 레이저 광을 조사한다. 이 작업은 소정의 회수만큼 반복한다. 이와 같이 ①, ② 및 ③ 과정을 거치면, 기판(600)에서 블록의 SLS 결정화가 이루어지게 된다.
다음으로, 조사 영역을 ④ 방향으로 블록의 폭만큼 이동시켜서, 같은 방식으로 상기 ①, ② 및 ③의 과정을 반복하여 SLS 결정화를 진행한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 SLS 결정화 방법을 이용하여 균일한 에너지 밀도를 가지는 레이저 광을 기판(600)에 조사하면, 균일한 결정을 가지는 다결정 실리콘 박막을 얻을 수 있다.
본 발명의 권리 범위는 앞에서 설명한 각 실시예에 한정되는 것이 아니라, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자에 의한 모든 변경 및 개량도 본 발명의 권리 범위에 속한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 SLS 결정화 마스크는, 슬릿을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지도록, 상기 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도가 낮게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 높이고, 에너지 밀도가 높게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 낮춰서, 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지게 하기 때문에, 이를 이용하여 비정질 실리 콘을 균일하게 결정화할 수 있다.

Claims (15)

  1. 일 방향으로 복수의 슬릿이 소정의 간격을 두고 형성되어, 조사되는 레이저 광의 일부를 차단하는 SLS 결정화 마스크에 있어서,
    상기 복수의 슬릿을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지도록, 상기 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도가 낮게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 높이고, 에너지 밀도가 높게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 낮추는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬릿의 밀도 조절은 슬릿의 폭을 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 슬릿의 밀도 조절은 슬릿과 슬릿사이의 간격을 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크는 각각 하나 이상의 슬릿을 포함하는 복수의 그룹으로 구성되고,
    상기 그룹에 속하는 슬릿의 밀도는 동일한 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬릿의 밀도는, 상기 복수의 슬릿 중에서 가운데에 위치한 적어도 하나의 슬릿을 중심으로 대칭적으로 정해지는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가운데에 위치한 슬릿의 폭은, 그 외 슬릿의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크.
  7. 제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 슬릿의 폭은 서로 인접한 슬릿과의 간격보다 넓은 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크.
  8. 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판을 제공하는 단계와,
    상기 비정질 실리콘 박막의 상부에 위치된 SLS 결정화 마스크에 레이저 광을 조사하여 상기 비정질 실리콘 박막의 일부분을 결정화하는 제1차 조사 단계와,
    상기 결정화된 실리콘 박막과 인접한 비정질 실리콘 박막에 다시 레이저 광을 조사함으로써, 해당 비정질 실리콘 박막의 일부분을 결정화하는 제2차 조사 단계를 포함하며,
    상기 마스크는 일 방향으로 복수의 슬릿이 소정의 간격을 두고 형성되며, 상기 복수의 슬릿을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지도록, 상기 슬릿을 통과한 레이저 광의 에너지 밀도가 낮게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 높이고, 에너지 밀도가 높게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 낮추는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 슬릿의 밀도 조절은 슬릿의 폭을 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 마스크는 각각 하나 이상의 슬릿을 포함하는 복수의 그룹으로 구성되고,
    상기 그룹에 속하는 슬릿의 밀도는 동일한 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 슬릿의 밀도는, 상기 복수의 슬릿 중에서 가운데에 위치한 적어도 하나의 슬릿을 중심으로 대칭적으로 정해지는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 방법.
  12. 레이저 광을 생성하는 레이저 발생기와,
    상기 레이저 발생기에서 생성된 레이저 광을 적어도 하나의 렌즈와 적어도 하나의 거울을 이용하여 받으며, X방향 또는 Y방향으로 움직이는 SLS 스테이지와,
    상기 SLS 스테이지와 상기 레이저 발생기 사이에 위치하고, 일 방향으로 복수의 슬릿이 소정의 간격을 두고 형성되며, 상기 복수의 슬릿을 통과한 각각의 레이저 광의 에너지 밀도의 차이가 적어지도록, 상기 슬릿을 통과한 레이저 광의 에 너지 밀도가 낮게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 높이고, 에너지 밀도가 높게 나타나는 부분에 위치하는 슬릿의 밀도는 낮추는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 마스크를 포함하는 SLS 결정화 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 슬릿의 밀도 조절은 슬릿의 폭을 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 마스크는 각각 하나 이상의 슬릿을 포함하는 복수의 그룹으로 구성되고,
    상기 그룹에 속하는 슬릿의 밀도는 동일한 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 슬릿의 밀도는, 상기 복수의 슬릿 중에서 가운데에 위치한 적어도 하나의 슬릿을 중심으로 대칭적으로 정해지는 것을 특징으로 하는 SLS 결정화 장치.
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