KR20070016605A - 순차 측면 고상화용 마스크 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20070016605A
KR20070016605A KR1020050071414A KR20050071414A KR20070016605A KR 20070016605 A KR20070016605 A KR 20070016605A KR 1020050071414 A KR1020050071414 A KR 1020050071414A KR 20050071414 A KR20050071414 A KR 20050071414A KR 20070016605 A KR20070016605 A KR 20070016605A
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Abstract

레이저 빔에 의한 패턴 변형을 방지할 수 있는 순차 측면 고상화용 마스크 및 이의 제조 방법이 제공된다. 순차 측면 고상화용 마스크는, 투명 기판과, 투명 기판 상에 형성되고 레이저 빔을 차단하는 내열성 산화막 패턴을 포함한다.
실리콘, 결정화, 마스크, 내열성

Description

순차 측면 고상화용 마스크 및 이의 제조 방법{Mask for sequential lateral solidification and method of manufacturing the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 비정질 실리콘의 결정화 방법에 이용되는 장치를 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 마스크를 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크의 평면도를 나타낸 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 광원 20: 감쇄기
30, 32, 34: 반사경 40: 초점 렌즈
50: 마스크 60: 이미징 렌즈
70: 기판 80: 이동 스테이지
100: 결정화 장치 200: 마스크
210: 투명 기판 220: 내열성 산화막
225: 내열성 산화막 패턴 230: 금속막
235: 금속막 패턴 310: 제1 스트라이프 패턴
320: 제2 스트라이프 패턴
본 발명은 순차 측면 고상화용 마스크 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저 빔에 의한 패턴 변형을 방지할 수 있는 순차 측면 고상화용 마스크 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
박막 트랜지스터형 액정표시장치(TFT LCD: thin film transistor liquid crystal display)의 제작에 있어서, 구동회로의 내장 및 응답속도의 개선 등을 위한 박막 트랜지스터의 성능향상을 위해서 박막 트랜지스터의 채널을 형성하는 물질로 비정질 실리콘 대신에 폴리 실리콘을 사용하려는 시도가 계속되고 있다. 그러나, 폴리 실리콘의 경우 폴리 실리콘의 입계(grain boundary)가 누설전류의 통로로 작용하는 등의 문제가 발생하므로 폴리 실리콘의 형성시부터 입계를 감소시키기 위하여 입자의 크기를 증가시켜야 한다.
레이저 결정화에 의한 단결정 실리콘막 형성의 경우 일반적인 레이저 조사에 의한 용융 및 결정화의 방법으로는 최대 수㎛ 길이의 단결정 실리콘막을 형성시킬 수 있으나, 이 경우 원하는 위치에 선택적으로 단결정의 입자(grain)를 형성시킬 수는 없다. 최근에, 입자의 크기를 증가시키기 위하여 순차 측면 고상법(sequential lateral solidification, SLS)이 제안되었다.
이러한 순차 측면 고상법은 마스크를 이용하여 비정질 실리콘막의 일정 영역에 레이저 빔을 조사하여 결정화한 후, 형성된 결정의 크기보다 작은 피치(pitch) 만큼 마스크를 이동하여 다시 레이저 빔으로 조사하여 이전에 형성된 결정을 시드로 하여 계속적으로 결정의 크기를 확대시키는 방법으로 이론적으로는 무한히 긴 단결정을 형성할 수 있다.
이와 같이 종래 기술에 의한 비정질 실리콘의 결정화 방법에서는, 석영과 석영 상에 패터닝된 크롬 금속막 패턴으로 이루어진 순차 측면 고상법용 마스크를 사용한다. 그리고, 비정질 실리콘을 결정화시키기 위해서 높은 에너지 밀도를 가지는 레이저 빔을 사용한다. 따라서, 이러한 마스크를 통하여 높은 에너지 밀도를 가진 레이저 빔을 조사하여 비정질 실리콘을 결정화하기 때문에 마스크의 사용 수명이 매우 단축되는 문제가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 레이저 빔에 의한 패턴 변형을 방지할 수 있는 순차 측면 고상화용 마스크를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 이러한 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 순차 측면 고상화용 마스크는, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, 레이저 빔을 차 단하는 내열성 산화막 패턴을 포함한다.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법은, (a) 투명 기판 상에 내열성 산화막 및 금속막을 순차적으로 적층하는 단계와, (b) 상기 금속막을 식각하여 금속막 패턴을 형성하는 단계와, (c) 상기 금속막 패턴을 식각마스크로 사용하여 노출된 상기 내열성 산화막을 식각하여 내열선 산화막 패턴을 형성하는 단계와, (d) 상기 금속막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 순차 측면 고상화용 마스크(이하, 마스크) 및 이의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크를 이용하여 비정질 실리콘을 결정화하는 결정화 장치를 도시한 것이다.
본 발명의 결정화 장치(100)는 광원(80)과 감쇄기(attenuator)(20), 초점 렌즈(focus lens)(40), 마스크(50), 이미징 렌즈(imaging lens)(60), 그리고 비정질 실리콘을 포함하는 기판(70)이 놓이는 이동 스테이지(translation stage)(80)가 순차적으로 배열되어 있으며, 감쇄기(20)와 초점 렌즈(40) 사이 및 이미징 렌즈(60)와 이동 스테이지(80) 사이에는 입사된 빛을 소정의 각도로 반사하여 빛의 방향을 변화시키기 위한 다수의 반사경들(30, 32, 34)이 각각 위치한다.
여기서, 광원(80)은 엑시머 레이저(excimer laser)로서 308 nm의 XeCl나 248 nm의 KrF를 주로 이용하며, 감쇄기(20)는 엑시머 레이저로부터 발생된 레이저 빔이 소정 에너지를 갖도록 조절하기 위한 것이다. 초점 렌즈(40)와 이미징 렌즈(60)는 레이저 빔을 집속시키는 역할을 하는데, 특히 초점 렌즈(40)는 불균일한 레이저 빔의 초점 거리를 같게 하여 투과되는 레이저 빔의 에너지를 균일하게 한다. 다음, 마스크(50)는 패터닝되어 있어 레이저 빔을 소정의 모양으로 투과시키는 역할을 한다.
따라서, 광원(80)에서 방출된 레이저 빔은 감쇄기(20)를 통과하여 에너지 크기가 조절되고, 반사경(30, 40)에서 반사되어 초점 렌즈(40)에 의해 집속된다. 이어, 레이저 빔은 마스크(50)에 의해 일부만 통과되고, 이미징 렌즈(60)와 반사경(8)을 거쳐 기판(70)에 조사된다. 다음, 기판(70)이 놓인 이동 스테이지(80)를 이동시켜 레이저 빔 조사를 반복한다. 기판(70) 상에 형성된 비정질 실리콘(미도시)의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 이동 스테이지(80) 또는 마스크(50)를 미소하게 이동하면서 레이저 빔을 반복적으로 조사함으로써 결정영역을 확대할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 마스크를 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 공정단면도들이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 투명 기판(210) 상에 내열성 산화막(220) 및 금속막(230)을 순차적으로 형성한다.
여기서, 투명 기판(210)으로는 레이저 빔이 통과할 수 있는 재질을 사용하며, 예를 들어 석영(quartz)을 사용할 수 있다.
그리고, 내열성 산화막(220)은 레이저 빔을 차단하는 특성을 가진다. 투명 기판(210) 상에 형성된 내열성 산화막(220)은 후에 패터닝(patterning)되어, 내열성 산화막(220)이 남아있는 부분은 레이저 빔에 대한 투과 영역이 되고, 내열성 산화막(220)이 제거된 부분은 차단 영역이 된다. 내열성 산화막(220)은 예를 들어, Al2O3, ZrO, SiO2 또는 MgO로 이루어진 단일막, 또는 이러한 단일막이 둘 이상 적층된 다층막으로 구성될 수 있다. 또한, 내열성 산화막(220)은 레이저 빔의 반복된 조사에 의해 녹지 않도록 녹는점이 약 2000℃ 이상인 물질로 형성할 수 있다. 이러한 내열성 산화막(220)은 주로 가시광선에 대하여 투과율이 높으나, 적절한 두께의 단일막 또는 다층막의 구조를 가지는 경우 레이저 빔을 차단하는 역할을 할 수 있다. 내열성 산화막(220)은 스퍼터링(sputtering), CVD(Chemical Mechanical Deposition), 도금법 등과 같은 다양한 방법으로 형성할 수 있다.
그리고, 내열성 산화막(220) 상에 형성된 금속막(230)으로는 Cr 등을 사용할 수 있다. 금속막(230)은 스퍼터링(sputtering), CVD(Chemical Mechanical Deposition), 도금법 등과 같은 다양한 방법으로 형성할 수 있으며, 주로 스퍼터링에 의해 형성한다.
이어서 도 2b에 도시된 바와 같이 금속막(230)을 소정의 형상으로 패터닝하여 금속막 패턴(235)을 형성한다. 금속막(230)은 이빔(e-beam)을 사용하여 패터닝할 수 있다.
이어서 도 2c에 도시된 바와 같이, 금속막 패턴(235)을 식각마스크로 이용하여 하부의 내열성 산화막을 패터닝하여 내열성 산화막 패턴(225)을 형성한다. 여기서, 내열성 산화막을 식각하는 방법으로는 건식 식각 또는 습식 식각을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 정밀한 패턴을 형성하기 위해 이방성 식각인 건식 식각을 사용할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 대부분 내열성 산화막 패턴(225)은 가사광선에 대하여 투과율이 높기 때문에 내열성 산화막 패턴(225)의 결함을 육안으로 식별하기 어렵다. 하지만 내열성 산화막 패턴(225) 상에 동일한 형상의 금속막 패턴(235)이 형성되어 있으므로, 금속막 패턴(235)의 결함을 관찰함으로써 내열성 산화막 패턴(225)의 결함을 검사할 수 있다.
이와 같이 결함 검사를 마친 후 도 2d에 도시된 바와 같이 금속막 패턴(235)을 제거하여, 내열성 산화막 패턴(225)의 유무에 따라 차단 영역(B)과 투과 영역(T)으로 구분된 마스크(200)가 완성된다. 비정질 실리콘의 결정화시 매우 높은 에너지 밀도를 가진 레이저 빔을 사용하는 경우, 이러한 레이저 빔의 일부가 내열성 산화막 패턴(225)에 흡수된다. 본 발명의 마스크(200)는 녹는점이 약 2000℃ 이상인 물질로 이루어진 내열성 산화막 패턴(225)을 이용함으로써 레이저 빔에 의한 패 턴의 변형 등을 막을 수 있으며, 따라서 마스크(200)의 사용 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 내열성 산화막 패턴(225)의 결함 검사는 금속막 패턴(235)을 이용함으로써 사용자가 원하는 패턴 형상을 정밀하게 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크의 평면도를 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마스크(200)는 제1 스트라이프 패턴(310)과, 제1 스트라이프 패턴(310)과 역상으로 형성된 제2 스트라이프 패턴(320)을 포함한다.
여기서, 제1 스트라이프 패턴(310)과 제2 스트라이프 패턴(320)은 각각 투과 영역(T)과 차단 영역(B)이 교대로 배치되어 가로 방향으로 연장된 형태로 구성된다. 제1 스트라이프 패턴(310)은 제2 스트라이프 패턴(320)과 엇갈리게 배치된다.
투과 영역(T)으로는 레이저 빔이 투과할 수 있으며, 차단 영역(B)에는 내열성 산화막 패턴(225)이 형성되어 있어서 레이저 빔을 조사하였을 때 레이저 빔이 투과하지 못하도록 되어 있다. 이때, 결정화될 비정질 실리콘의 모든 영역이 레이저 빔에 노출될 수 있도록 하기 위해서는, 투과 영역(T)의 폭은 차단 영역(B)의 폭보다 크거나 같은 것이 바람직하다.
차단 영역(B)의 폭은 약 2 ㎛ 내지 10 ㎛ 정도로 할 수 있는데, 이러한 차단 영역(B)의 폭은 레이저 빔의 에너지 밀도(energy density)나 비정질 실리콘막의 상태 등에 따라 달라질 수 있다.
이때, 투과 영역(T)의 폭은 1차 레이저 빔의 조사 공정에 의해 성장하는 결정의 최대 크기에 대하여 실질적으로 약 2 배 이하의 길이를 가지는 것이 바람직하 다. 1차 레이저 빔을 조사하는 경우, 용융된 비정질 실리콘막의 양측 계면에서 결정이 각각 측면 성장하게 되고, 각 측면 성장한 결정(grain)은 결정 입계(grain boundary)가 서로 충돌하면서 성장을 멈추게 된다. 만약, 투과 영역(T)의 폭이 결정 성장의 최대 길이의 실질적으로 약 2 배 이상이 되면, 두 결정이 만나는 결정 입계 부근에서 미세한 실리콘 결정립이 존재할 수 있다.
도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 마스크를 이용하여 2 샷(shot) SLS(sequential lateral solidification) 결정화 방식을 적용할 수 있다. 2 샷 SLS 결정화 방식에 의하면, 우선 기판 상에 형성된 비정질 실리콘에 대하여 소정의 가로 방향의 스트라이프 패턴을 가지는 마스크를 통하여 1차 레이저 빔을 조사하여 투과 영역에 대응하는 비정질 실리콘 영역을 결정화한다. 그리고, 기판을 수평 방향(또는 가로 방향)으로 마스크 폭의 약 1/2만큼 이동한 후, 다시 상기 마스크를 통하여 2차 레이저 빔을 조사하여 원하는 영역의 결정화를 완료한다.
이상, 본 발명의 실시예에서는 스트라이프 형상의 패턴이 형성된 마스크에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 사각형, 마름모형, 쐐기형 패턴 등이 하나 이상 포함된 다양한 형상의 패턴이 형성된 마스크에 대하여 적용될 수 있다. 또한, 2 샷 SLS 결정화 방식 이외에 n 샷(n≥3) SLS 결정화 방식에 적용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 순차 측면 고상화용 마스크 및 이의 제조 방법에 의하면, 레이저 빔의 반복적 사용에도 패턴의 변형을 막을 수 있으며, 육안으로 패턴 형상의 결함을 검사할 수 있으므로 사용자가 원하는 패턴 형상을 정밀하게 구현할 수 있다.

Claims (14)

  1. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판 상에 형성되고, 레이저 빔을 차단하는 내열성 산화막 패턴을 포함하는 순차 측면 고상화용 마스크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 내열성 산화막 패턴은 녹는점이 약 2000℃ 이상인 물질로 이루어진 순차 측면 고상화용 마스크.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 내열성 산화막 패턴은 Al2O3, ZrO, SiO2 또는 MgO로 이루어진 단일막, 또는 이러한 단일막이 둘 이상 적층된 다층막으로 구성된 순차 측면 고상화용 마스크.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 내열성 산화막 패턴은 가시광선에 대하여 투과율이 높은 순차 측면 고상화용 마스크.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 투명 기판은 석영으로 이루어진 순차 측면 고상화용 마스크.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 308 nm의 XeCl 또는 248 nm의 KrF를 이용한 엑시머 레이저 빔인 순차 측면 고상화용 마스크.
  7. (a) 투명 기판 상에 내열성 산화막 및 금속막을 순차적으로 적층하는 단계;
    (b) 상기 금속막을 식각하여 금속막 패턴을 형성하는 단계;
    (c) 상기 금속막 패턴을 식각마스크로 사용하여 노출된 상기 내열성 산화막을 식각하여 내열선 산화막 패턴을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 금속막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 이빔(e-beam)을 사용하여 상기 금속막을 패터닝하는 단계인 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 (c) 단계 후,
    가시광선을 이용하여 상기 금속막 패턴의 결함을 검사하는 단계를 더 포함하 는 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 내열성 산화막 패턴은 녹는점이 약 2000℃ 이상인 물질로 이루어진 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 내열성 산화막 패턴은 Al2O3, ZrO, SiO2 또는 MgO로 이루어진 단일막, 또는 이러한 단일막이 둘 이상 적층된 다층막으로 구성된 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 내열성 산화막 패턴은 가시광선에 대하여 투과율이 높은 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 금속막은 Cr로 이루어진 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법.
  14. 제7 항에 있어서,
    상기 투명 기판은 석영으로 이루어진 순차 측면 고상화용 마스크의 제조 방법.
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