KR20070059041A - 레이저 빔을 이용한 반도체 결정화 방법 및 장치 - Google Patents

레이저 빔을 이용한 반도체 결정화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

복수개의 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔이 비정질 반도체를 결정화하기 위해 기판 상의 비정질 반도체의 선택된 부분상으로 조사되는 복수개의 서브 빔으로 분할된다. 레이저 빔 사이의 발산각의 차이는 빔 확장기에 의해 수정된다. 장치는 서브 빔 분할 조립체 및 서브 빔 초점 조정 조립체를 포함하는 서브 빔 선택 조사 시스템을 포함한다. 또한, 장치는 레이저 원, 초점 조정 광학 시스템, 및 합성 광학 시스템을 포함한다. 기판을 지지하기 위한 스테이지는 복수개의 제1 스테이지 부재, 제1 스테이지 부재의 상방에 배치된 제2 스테이지 부재, 및 비정질 반도체를 지지하기 위해 제2 스테이지의 상방에 회전식으로 배치된 제3 스테이지 부재(38C)를 포함한다.
CW 레이저 발진기, 비정질 실리콘 막, 합성 광학 시스템, 편광 빔 스플리터, 빔 확장기

Description

레이저 빔을 이용한 반도체 결정화 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Crystallizing Semiconductor with Laser Beams}
도1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치를 도시한 개략 단면도.
도2는 도1의 유리 기판을 도시한 개략 평면도.
도3은 도2의 유리 기판을 만들기 위한 모유리를 도시한 개략 평면도.
도4는 유리 기판 상의 TFT와 주연부 영역의 TFT를 형성하는 프로세스를 도시한 플로우차트.
도5는 도4의 결정화 단계의 내용을 도시한 플로우차트.
도6은 유리 기판 상의 디스플레이 영역 내의 비정질 실리콘 층을 서브 빔으로써 선택적으로 조사하는 예를 도시한 사시도.
도7은 서브 빔의 빔 스폿을 조절하기 위한 광학 장치를 도시한 도면.
도8은 CW 레이저 발진기 및 서브 빔 선택 조사 시스템을 도시한 도면.
도9는 16개의 서브 빔을 형성하는 서브 빔 선택 조사 시스템을 도시한 도면.
도10은 도9의 서브 빔 초점 조립체의 구체적인 예를 도시한 평면도.
도11은 도10의 서브 빔 초점 조립체를 도시한 정면도.
도12는 도10의 서브 빔 초점 조립체를 도시한 측면도.
도13은 서브 빔과 주사 피치 사이의 관계를 도시한 도면.
도14는 2개의 유리 기판과 복수의 서브 빔 사이의 관계를 도시한 도면.
도15는 서브 빔의 배열의 일 예를 도시한 도면.
도16은 서브 빔의 배열의 일 예를 도시한 도면.
도17은 본 발명의 원리를 설명하기 위해 TFT 배열 및 레이저 주사를 도시한 도면.
도18은 도8 내지 도12의 서브 빔 조립체의 변경예를 도시한 도면.
도19는 엑시머 펄스 레이저를 구비한 종래 기술의 결정화 방법을 도시한 도면.
도20은 CW 레이저를 구비한 종래 기술의 결정화 방법을 도시한 도면.
도21은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 레이저 빔에 의하여 반도체 층을 결정화하는 단계를 도시한 사시도.
도22는 주연부 영역의 반도체를 결정화하는데 사용된 레이저 장치를 도시한 도면.
도23은 레이저 장치의 변경예를 도시한 도면.
도24는 빔 스폿의 예를 도시한 도면.
도25는 빔 스폿의 예를 도시한 도면.
도26은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 레이저 빔에 의해 반도체 층을 결정화하는 단계를 도시한 도면.
도27은 비정질 실리콘 층을 그 위에 가지는 유리 기판을 지지하는 이동식 스 테이지를 도시한 사시도.
도28은 레이저 주사의 작동을 도시한 도면.
도29는 종래 기술의 이동식 스테이지를 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
LB : 레이저 빔
SB : 서브 빔
10 : 액정 디스플레이
12 : 유리 기판
18 : 디스플레이 영역
20 : 주연부 영역
22 : 픽셀
24 : TFT
26 : 모유리
30 : CW 레이저 발진기
32 : 주연부 영역 조사 시스템
34 : 서브 빔 선택 조사 시스템
38 : 이동식 스테이지
40 : 줄무늬형상부
44 : 거울
46 : 반원통 형상의 렌즈
51, 52, 54 : 반투명 거울
55 : 셔터
56 : ND 필터
59 : 초점 조정 유닛
62 : 서브 빔 분할 조립체
64 : 서브 빔 초점 조정 조립체
70 : 레이저 장치
73 : 초점 조정 광학 시스템
74 : 조합 광학 시스템
78 : λ/2 판
본 발명은 반도체 결정화용 방법 및 장치에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치는 TFT를 포함하는 활성 매트릭스 구동 회로를 포함한다. 또한, 시스템 액정 디스플레이 장치는 디스플레이 영역 둘레의 주연부 영역 내에 TFT를 포함하는 전자 회로를 포함한다. 저온 폴리실리콘이 액정 디스플레이 장치용 TFT 및 시스템 액정 디스플레이 장치의 주연부 영역용 TFT를 형성하기에 적당하다. 또한, 저온 폴리실리콘은 유기 EL 디스플레이용 픽셀 구동 TFT 및 유기 EL 디스플레이의 주연부 영역용 전자 회로 등에 적용된다. 본 발명은 저온 폴리실 리콘으로써 TFT를 생산하기 위해 CW 레이저(연속파 레이저)를 사용하는 반도체 결정화 방법 및 장치에 관한 것이다.
저온 폴리실리콘으로써 액정 디스플레이 장치의 TFT를 형성하기 위해, 종래 기술에서는 비정질 실리콘 층이 유리 기판 상에 형성되고, 비정질 실리콘을 결정화하기 위하여 유리 기판 상의 상기 비정질 실리콘 층은 엑시머 펄스 레이저에 의해 조사된다. 최근, 결정화 방법이 개발되었으며 비정질 실리콘을 결정화하기 위하여 유리 기판 상의 비정질 실리콘 층은 CW 고체 레이저에 의해 조사된다.
엑시머 펄스 레이저에 의한 실리콘의 결정화에서, 이동도(mobility)는 150 내지 300 (cm2/Vs)의 계수이지만, 다른 대역에서, CW 레이저에 의한 실리콘의 결정화에서, 400 내지 600 (cm2/Vs)의 계수의 이동도가 실현될 수 있으며, 이는 특히 시스템 액정 디스플레이 장치의 주연부 영역에서의 전자 회로용 TFT를 형성하는 데 유익하다.
실리콘의 결정화 시에, 실리콘 층은 레이저에 의해 주사된다. 이러한 경우에, 실리콘 층을 가지는 기판은 이동식 스테이지 상에 장착되고 실리콘 층이 고정된 레이저 빔에 대해 이동되면서 주사가 수행된다. 도19에 도시된 바와 같이, 엑시머 펄스 레이저 주사 시에, 주사는 예컨대 27.5 mm × 0.4 mm 의 빔 스폿 "X"를 가지는 레이저 빔으로써 수행될 수 있으며, 면적 주사 속도는 빔 폭이 27.5 mm 이고 주사 속도가 6 mm일 때 16.5 cm2/s이다.
한편, 도20에 도시된 바와 같이, CW 고체 레이저 주사 시에, 주사는 예컨대 400 ㎛ × 20 ㎛의 빔 스폿 "Y"로써 수행될 수 있으며, 주사가 50 cm/s의 주사 속도로 수행될 때, 만족스러운 결정화 용융 폭은 150 ㎛이고 면적 주사 속도는 0.75 cm2/s이다. 이러한 방식에서, CW 고체 레이저에 의한 결정화는 고품질의 폴리실리콘이 얻어질 수 있으나 작업 처리량이 낮다는 문제가 있다. 또한, 면적 주사 속도가 5 cm2/s인 경우에 2 m/s의 주사 속도로 주사를 수행하는 것이 가능하다. 그렇지만, 따라서 얻어진 폴리실리콘의 이동도는 낮다.
CW 고체 레이저에 의한 결정화에서, 안정된 CW 레이저의 출력이 상대적으로 낮기 때문에, 심지어 주사 속도가 증가되더라도, 면적 주사 속도는 낮고 작업 처리량은 충분히 증가하지 않는다는 문제가 있다.
또한, 만약, 주사가 예컨대, 10 W의 레이저 전력, 대략 400 ㎛의 빔 스폿의 폭 "Y" 및 50 cm/s의 주사 속도를 구비한 CW 레이저에 의해 수행된다면, 만족스러운 결정화가 얻어질 수 있는 400 ㎛의 빔 스폿을 구비한 효과적인 용융 폭은 150 ㎛가 될 것이고, 그러므로 면적 주사 속도는 0.75 cm2/s이다. 이러한 방식에서, CW 레이저에 의한 결정화 시에, 비록 고품질의 폴리실리콘이 얻어질 수 있지만, 여전히 작업 처리량이 낮다는 문제가 있다.
또한, 도29에 도시된 바와 같이, 종래 기술에서, 실리콘 층을 가지는 기판을 지지하는 이동식 스테이지는 Y축 스테이지(1), X축 스테이지(2), 회전식 스테이지(3) 및 진공 처크(4)를 포함한다. 통상적으로, 가장 낮은 위치에 있는 Y축 스테이지(1)는 고속 이동성의 대형 고속 구조체를 가지며, Y축 스테이지(1)의 상방에 위치된 X축 스테이지(2)는 상대적으로 작고 적은 이동성의 구조체를 가진다. 가장 낮은 위치에 있는 Y축 스테이지(1)는 모든 상부 부품들의 하중을 받는다. 비정질 반도체를 포함하는 기판은 진공 처크(4)에 체결되고, 레이저 빔은 이동식 스테이지가 이동되는 동안 비정질 반도체 상에 조사되며, 비정질 반도체는 폴리실리콘을 형성하기 위해 용융 및 경화됨으로써 결정화된다.
엑시머 펄스 레이저로써, 형성된 빔 스폿이 상대적으로 크기 때문에, 높은 면적 주사 속도가 달성될 수 있다. 그렇지만, CW 고체 레이저로써는, 형성된 빔 스폿이 극히 작기 때문에, 면적 주사 속도는 매우 낮다. 그러므로, CW 고체 레이저에 의한 결정화는 훌륭한 품질의 폴리실리콘을 달성할 수 있으나, 낮은 작업 처리량을 가진다.
레이저 주사에 의한 결정화의 작업 처리량을 개선하기 위해, 실리콘 층을 가지는 기판은 가능한 최고 속도로 왕복으로 이동되야 한다. 다시 말해서, 기판은 정지 상태로부터 가속되고, 레이저에 의해 주사되는 동안 일정 속도로 이동을 계속한 후, 정지 상태로 감속된다. 그후, 기판이 가속되는 시간에 기판은 반대 방향으로 이동되고, 일정 속도로 이동하며, 정지 상태로 감속된다. 이러한 기판의 왕복 운동이 반복되는 동안 레이저 주사가 실행된다.
고속 주사를 효과적으로 수행하기 위해, 고속 Y축 스테이지(1)의 가속/감속을 증가시키는 것이 필수적이다. 그렇지만, 만약 가속이 증가되면, 가속의 충격이 증가되며, 이러한 충격은 제품의 가속 및 상기 스테이지에 의해 지지되는 하중의 무게에 비례한다. 큰 충격은 레이저 빔을 방출하기 위한 광학 시스템을 진동할 것 이어서, 그 조정을 옮기고 따라서, 광학 시스템의 초점이 맞지 않게 하며, 초점 조정 위치를 이동시켜서, 안정적인 결정화를 얻을 수 없게 한다.
종래 기술에서, 고속으로 이동하는 Y축 스테이지(1)가 모든 다른 스테이지 부품의 하중을 지지하고, 이러한 하중의 무게는 크기 때문에, 그 가속은 충분하게 증가될 수 없고 기판은 짧은 시간 안에 고속으로 가속될 수 없다.
또한, 회전식 스테이지(3)는 실리콘 층을 가진 기판의 회전 위치의 부정합을 수정하기 위해 사용되고, 이는 대략 10°의 범위 내에서 회전될 수 있다. 실리콘 층을 가지는 기판을 90°회전하기 위해서, 기판을 진공 처크(4)로부터 제거하고 기판을 진공 처크(4)로 재부착하는 것이 필수적이다. 후속적으로, 종래 기술에서, 실리콘 층을 가지는 기판의 90° 회전은 수행되지 않는다.
본 발명의 목적은 CW 고체 레이저가 사용되는 경우에서도 작업 처리량을 증가시킬 수 있는 반도체 결정화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 결정화 방법은 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔을 복수개의 서브 빔으로 분할하는 단계와, 상기 서브 빔을 기판 상의 비정질 반도체 상으로 선택적으로 조사하는 단계를 포함하며, 복수개의 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔은 반도체 상으로 동시에 조사되며 복수개의 레이저 빔의 발산각 사이의 차이가 수정된다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 결정화 장치는 적어도 하나의 레이저 원과, 상기 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔을 복수개의 서브 빔으로 분할하기 위한 빔 분할 수단과, 서브 빔을 기판 상의 비정질 반도체 상에 초점 조정하기 위한 적어도 하나의 초점 조정 광학 시스템과, 초점 조정 광학 시스템에 의해 형성된 서브 빔의 적어도 2개의 스폿 지점 사이의 거리를 변화시키기 위한 이동 기구와, 레이저 빔을 초점 조정 광학 시스템에 지향하기 위한 제1 거울과, 제1 거울에 의해 반사된 서브 빔을 수용하기 위해 초점 조정 광학 시스템 내에 제공된 제2 거울을 포함하며, 제1 거울과 제2 거울 사이의 서브 빔은 이동 기구의 이동 방향에 대해 평행하다.
이러한 구조에서, 복수개의 서브 빔을 동시에 조사함으로써 작업 처리량이 개선될 수 있다. 디스플레이 장치의 디스플레이 영역에서, TFT 부는 픽셀의 표면적과 비교해서 제한되므로, 전체 디스플레이 영역을 결정화할 필요가 없다는 사실의 견지에서, 서브 빔을 단지 결정화되어야할 부분에 선택적으로 조사함으로써 작업 처리량은 보다 증가될 수 있다. 비록 빔에 의해 조사되지 않는 부분이 비정질 반도체로 유지되지만, 이는 TFT가 분리될 때 제거되고, 따라서, 이들은 비정질 반도체로서 남아 있다 하더라도 아무 문제가 되지 않는다.
다음에, 본 발명에 따른 반도체 결정화 방법은 반도체 층을 용융 및 결정화하기 위해 복수개의 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔을 초점 조정 광학 시스템을 통해 기판 상의 반도체 층 상으로 조사하는 단계를 포함하며, 복수개의 레이저 빔은 중첩없이 기판 상으로 조사되고, 서로 평행하게 반도체 층을 주사하고, 그들의 용융된 자취를 서로 중첩하기 위해 위치된다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 결정화 방법은 반도체 층을 용융 및 결정화하기 위해 복수개의 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔을 기판 상의 반도체 층 상으 로 조사하는 단계를 포함하며, 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔에 의해 형성된 복수개의 빔 스폿은 적어도 부분적으로 서로 중첩한다.
또한 본 발명에 따른 반도체 결정화 장치는 제1 및 제2 레이저 원과, 초점 조정 광학 시스템과, 제1 및 제2 광원에 의해 방출된 레이저 빔을 초점 조정 광학 시스템으로 안내하기 위한 합성 광학 시스템을 포함하며, 상기 합성 광학 시스템은 제1 레이저 원 뒤에 배치된 λ/2 판과, 제1 및 제2 레이저 원 중 적어도 하나의 뒤에 배치된 빔 확장기와, 제1 및 제2 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔을 합성하기 위한 편광 빔 스플리터를 포함한다.
이러한 구조에서, 제1 및 제2 레이저 원에 의해 출사된 레이저 빔을 초점 조정 광학 시스템을 통해 기판 상의 비정질 반도체 상으로 조사함으로써, 조사된 빔 스폿은 크기 면에서 증가될 수 있다. 빔 스폿의 크기를 증가시킴으로써 용융 폭이 증가하고, 그러므로, 고품질 폴리실리콘을 얻기 위하여 필수적인 주사 속도가 일정한 경우라도 면적 주사 속도는 높다. 그러므로, 훌륭한 품질의 폴리실리콘이 높은 작업 처리량과 함께 얻어질 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 반도체 결정화 장치는 레이저 원과, 비정질 반도체를 포함하는 기판을 지지하기 위한 스테이지와, 광학 초점 조정 시스템을 포함하며, 상기 스테이지는 평행하게 배치되며 제1 방향으로 동시에 이동 가능한 복수개의 제1 스테이지 부재와, 상기 제1 스테이지 부재의 상방에 배치되고 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 이동 가능한 제2 스테이지 부재와, 제2 스테이지 부재의 상방에 회전식으로 배치된 제3 스테이지 부재를 포함하여서, 반도체를 용융 및 결정화 하기 위해 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔이 광학 초점 조정 시스템을 통해 제3 스테이지 부재에 고정된 기판 상의 반도체 상으로 조사된다.
이러한 구조에서, 비정질 반도체를 포함하는 기판을 지지하기 위한 스테이지에서, 복수개의 제1 스테이지 부재는 가장 낮은 위치에 배치되고 제2 스테이지 부재 및 제3 스테이지 부재를 지지한다. 제2 스테이지 부재는 고속으로 이동될 수 있다. 따라서, 고속 이동 가능한 제2 스테이지 부재가 복수개의 제1 스테이지 부재를 지지할 필요가 없으며, 따라서 그 위의 하중은 작다. 복수개의 제1 스테이지 부재는 동시에 이동하고 굽힘 없이 고속으로 이동하기 때문에 긴 제2 스테이지 부재를 지지한다. 따라서, 제2 스테이지 부재는 고속 부재가 될 수 있고, 결정화 작업 처리량이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 결정화 방법은 반도체를 용융 및 결정화하기 위해 디스플레이 영역과 디스플레이 영역 둘레의 주연부 영역을 가지는 기판 상에 반도체 상에 레이저 빔을 조사하는 단계와, 제1 주사 방향으로 주연부 영역의 결정화를 수행하는 단계와, 기판을 지지하는 회전식 스테이지를 90°회전시킨 후에, 제1 주사 방향에 수직인 제2 주사 방향으로 주연부 영역의 결정화를 수행하는 단계와, 픽셀의 3 개의 주 색상의 서브 픽셀 영역이 배열된 방향에 평행인 제3 주사 방향으로 디스플레이 영역의 결정화를 수행하는 단계를 포함한다.
이러한 구조에서, 주연부 영역의 결정화 및 디스플레이 영역의 결정화가 연속적으로 수행될 수 있고 전체 결정화 작업 처리량이 개선될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 이하에 설명되는 본 발명의 양호한 실시예의 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 이하의 명세서에서 설명될 것이다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치를 도시한 개략 단면도이다. 액정 디스플레이(10)는 한 쌍의 대향 유리 기판(12 및 14) 및 그 사이에 삽입된 액정(16)을 포함한다. 전극 및 얼라인먼트 층이 유리 기판(12 및 14) 상에 제공될 수 있다. 유리 기판 중 하나(12)는 TFT 기판이고, 다른 유리 기판(14)은 색상 필터 기판이다.
도1의 유리 기판(12)을 도시한 개략 평면도이다. 유리 기판(12)은 디스플레이 영역(18) 및 디스플레이 영역(18) 둘레의 주연부 영역(20)을 가진다. 디스플레이 영역(18)은 많은 수의 픽셀(22)을 포함한다. 도2에서, 하나의 픽셀(22)이 부분적으로 확대되어 도시된다. 픽셀(22)은 3개의 주 색상 서브 픽셀 영역(R, G 및 B)을 포함하고, TFT(24)는 각각의 서브 픽셀 영역(R, G 및 B) 내에 형성된다. 주연부 영역(20)은 TFT(도시 안됨)를 가지며, 주연부 영역(20) 내의 TFT는 디스플레이 영역(18)의 TFT(24)보다 밀도있게 배열된다.
도2의 유리 기판(12)은 15″ QXGA 액정 디스플레이 장치를 형성하고 2048 × 1536 개의 픽셀(22)을 가진다. 서브 픽셀 영역(R, G 및 B)의 수가 2048 × 3이 되도록, 2048 개의 픽셀은 3 개의 주 색상 서브 픽셀 영역(R, G 및 B)이 배열된 (평행하게) 방향으로 배열된다. 1536 개의 픽셀은 3 개의 주 색상 서브 픽셀 영역(R, G 및 B)이 배열된 (평행하게) 방향에 수직인(직각인) 방향으로 배열된다. 반도체 결정화 프로세스에서, 주연부 영역(20)의 측면에 평행한 방향으로 레이저 주사가 수행되고, 레이저 주사는 화살표(A 및 B)에 의해 지시된 방향으로 디스플레이 영역(18) 내에서 실행된다.
그 이유는, TFT(24)가 화살표(A 및 B)의 방향으로 밀도있게 배열되고 화살표(A 및 B)의 방향에 수직인 방향으로 산재하여 배열되며, 실질적으로 정방형인 모유리 상에서, A/B 방향으로 필요한 레이저 주사의 수가 보다 적고 따라서 작업 처리량은 보다 높기 때문이다.
도3은 도2의 유리 기판(12)을 만들기 위한 모유리(26)를 도시한 개략 평면도이다. 모유리(26)는 복수개의 유리 기판(12)을 포함한다. 도3에 도시된 실시예에서 하나의 모유리(26)는 4 개의 유리 기판(12)을 포함하지만, 하나의 모유리(26)가 4 개 이상의 유리 기판(12)을 포함할 수 있다.
도4는 유리 기판(12)의 TFT(24) 및 주연부 영역(20)의 TFT를 형성하는 프로세스를 도시한 플로우차트이다. 스텝(S1)에서, 절연층 및 비정질 실리콘 층이 유리 기판 상에 형성된다. 스텝(S2)에서, 비정질 실리콘 층은 폴리실리콘을 형성하기 위해 결정화된다. 스템(S3)에서, TFT 등이 될 실리콘 부분과 같은 필수 실리콘 부분을 남기고, 불필요한 폴리실리콘 및 비정질 실리콘 층을 제거하면서 TFT가 분리된다. 스텝(S4)에서, 게이트 전극, 드레인 전극, 내부층 절연층, 및 접촉 구멍이 형성된다. 스텝(S5)에서, 절연층 및 ITO층이 형성되고, 유리 기판(12)이 완성된다. ITO층은 픽셀(22)을 형성하기 위한 픽셀 전극이 된다.
도5는 도4의 결정화 스텝(S2)의 내용을 도시한 플로우차트이다. CW 레이저 (연속파 레이저) 발진기(30)가 결정화 스텝(S2)에 사용된다. CW 레이저 발진기(30)로부터의 레이저 빔 출력이 주연부 영역 조사 시스템(32) 및 서브 빔 선택 조사 시스템(34)에 차례로 공급된다. 먼저, 비정질 실리콘을 용융 및 경화해서 이를 폴리실리콘으로 결정화하기 위해 유리 기판(12)의 주연부 영역(20)의 비정질 실리콘 상으로 레이저 빔이 초점 조정되고 조사된다. 그후, 비정질 실리콘을 용융 및 경화해서 이를 폴리실리콘으로 결정화하기 위해 유리 기판(12)의 디스플레이 영역(18)의 비정질 실리콘(36) 상으로 서브 빔은 선택적으로 초점 조정되고 조사된다.
주연부 영역(20)의 TFT가 디스플레이 영역(18)의 TFT(24) 보다 밀도있게 배열되기 때문에, 고품질 폴리실리콘이 주연부 영역에 요구된다. 주연부 영역 조사 시스템(32)에서, 주연부 영역(20)은 CW 레이저 발진기(30)로부터 상대적으로 고전력인 레이저 빔에 의해 상대적으로 낮은 주사 속도로 조사된다. 만약 전술된 예에서 사용된다면, 주사는 1 cm2/s의 면적 주사 속도를 제공하는 250 ㎛의 빔 폭과 40 cm/s의 주사 속도로써 수행된다.
한편, 디스플레이 영역(18)의 TFT(28)가 고품질의 폴리실리콘을 요구하지 않기 때문에, 서브 빔 선택 조사 시스템(34)에서, CW 레이저 발진기(30)로부터의 레이저 빔은 이후에 설명될 서브 빔으로 분할되고, 디스플레이 영역(18)은 상대적으로 높은 조사 속도로 이러한 서브 빔에 의해 조사된다. 이로 인해, 전체 작업 처리량은 개선되고 고품질 폴리실리콘이 이를 필요로 하는 영역에서 얻어진다.
도6은 서브 빔 선택 조사 시스템(34)에 의해 방출된 복수개의 서브 빔(SB)으로써 유리 기판(12) 상의 디스플레이 영역(18)의 비정질 실리콘 층을 선택적으로 조사하는 예를 도시한 도면이다. 복수개의 서브 빔(SB)은 소정의 간격으로 빔 스폿을 형성하기 위해 CW 레이저 발진기(30)로부터 출력된 레이저 빔으로부터 분할된다. 도면 부호 36은 유리 기판(12) 상에 형성된 비정질 실리콘 층을 지시하고, 유리 기판(12)은 XY 스테이지의 진공 처크에 의해 XY 스테이지(38)에 고정된다.
TFT(24)가 존재해야 하는 지점을 포함하는 비정질 실리콘 층(36) 상에 빔 스폿으로 줄무늬형상부(40)를 형성하도록 서브 빔(SB)이 배열되고, XY 스테이지(38)는 화살표(A 및 B)의 방향으로 이동(주사)한다. 비정질 실리콘 층(36)의 잔여 줄무늬형상부(42)는 조사되지 않는다. 즉, 비정질 실리콘 층(36)의 줄무늬형상부(40)가 서브 빔(SB)에 의해 선택적으로 조사된다.
도7은 서브 빔(SB)의 빔 스폿을 조절하기 위한 광학 장치를 도시한 도면이다. 이러한 광학 시스템은 서브 빔(SB)의 광로를 전환하기 위한 거울(44)과, 실질적으로 반원통 형상의 렌즈(46)와, 렌즈(46)에 수직으로 배열된 실질적으로 반원통 형상의 렌지(48)와, 볼록 렌즈(50)를 포함한다. 이러한 광학 시스템에 의해, 서브 빔(SB)의 빔 스폿은 타원형으로 형성된다.
도8은 복수개의 CW 레이저 발진기(30 및 30a) 및 서브 빔 선택 조사 시스템(34)을 도시한 도면이다. CW 레이저 발진기(30)에 의해 방출된 레이저 빔(LB)이 반투명 거울(51)에 의해 2 개의 서브 빔(SB)으로 분할되도록 반투명 거울(51)이 CW 레이저 발진기(30)의 전방에 배열된다. 반투명 거울(51)을 통과해 지나가는 하나 의 서브 빔(SB)은 또다른 반투명 거울(52)에 의해 2 개의 서브 빔(SB)으로 다시 분할된다. 도면 부호 53은 거울을 지시한다. 반투명 거울(51)에 의해 반사된 다른 서브 빔(SB)은 또다른 반투명 거울(54)에 의해 2 개의 서브 빔(SB)으로 다시 분할된다. 이러한 방식으로, CW 레이저 발진기(30)에 의해 방출된 레이저 빔(LB)은 4 개의 서브 빔(SB)으로 분할된다.
독립 조절식 셔터(55) 및 독립 조절식 ND 필터(56)가 서브 빔(SB)의 각각의 광로 내에 배열된다. 셔터(55)는 필요에 따라 서브 빔(SB)을 차단할 수 있다. ND 필터(56)는 서브 빔(SB)의 전력을 조절할 수 있다.
또한, 거울(57)은 수평 서브 빔(SB)을 수직 방향으로 상향 전환하기 위해 배열되고, 거울(58)은 수직 서브 빔(SB)을 수평 방향으로 비스듬히 전환하기 위해 배열된다. 거울(58)은 서브 빔(SB)을 상이한 높이에서 유리 기판(12)에 평행하게 전환한다. 수평 서브 빔(SB)은 초점 조정 유닛(59)에 의해 수직 방향으로 하향 전환되고, 초점 조정 유닛(59)에 의해 집중되며, 소정의 빔 스폿으로 비정질 실리콘 층(36) 상에 조사된다.
각 초점 조정 유닛(59)은 도7에 도시된 거울(44), 렌즈(46), 렌즈(48) 및 볼록 렌즈(50)를 포함하고, 이러한 광학 부품들은 하나의 유닛을 형성한다. 초점 조정 유닛(59)은 화살표(C)로 지시된 방향으로 허용 범위 내에서 이동가능하다. 빔 프로파일러(60)가 각각의 초점 조정 유닛(59) 상의 광축 상에 배열된다. 빔 프로파일러(60)는 각각의 서브 빔(SB)의 초점 위치를 수정한다. 또한, 빔 프로파일러(60)는 각각의 서브 빔(SB)의 초점 위치를 검출할 수 있다.
반투명 거울(51)과 ND 필터(56) 사이에, 유리 기판(12)에 평행한 수평 평면 내에서 서로 평행하게 4 개의 서브 빔(SB)이 동일한 간격으로 배열된다. 거울(57)과 초점 조정 유닛(59) 사이에, 유리 기판(12)에 수직인 수직 평면 내에서 서로 평행하게 서브 빔(SB)들이 동일한 간격으로 배열된다. 비정질 실리콘 층(36)을 가지는 유리 기판(12)은 상기 수직 평면에 수직인 방향(A/B)으로 이동(주사)된다.
서브 빔 선택 조사 시스템(34)에서의 면적 주사 속도는 서브 빔의 수 × 주사 속도 × 비정질 실리콘 층(36)의 줄무늬형상부(40) 사이의 간격으로써 정의된다. 이러한 이유로, 결정화에 필요한 충분한 전력이 제공되고 서브 빔의 수가 증가되도록, 레이저 빔(LB)을 복수개의 서브 빔(SB)으로 분할하고, 레이저 발진기(30)의 수를 증가시키는 것이 양호하다.
도8에는 또 다른 레이저 발진기(30a)가 레이저 발진기(30)에 평행하게 배열되며, 또 다른 4 개의 서브 빔(SB)을 형성할 수 있도록, 상기 레이저 발진기(30a)와 함께, 레이저 발진기(30)에 내장된 광학 부품과 동일한 광학 부품(반투명 거울, 거울, 초점 조정 유닛 등, 도면에 도시되지 않음)이 제공된다. 이러한 경우에, 8 개의 서브 빔(SB)이 동일한 수평 평면 내에서 서로 평행하게 동일한 간격으로 모두 배열된다.
빔 확장기(79)가 레이저 발진기(30a)와 제1 반투명 거울(51a) 사이에 배열된다. 빔 확장기(79)는 레이저 빔(LB)의 발산각을 조정한다. 다시 말해서, 만약 레이저 발진기(30 및 30a)의 동시에 조사된 복수개의 레이저 빔(LB)의 발산 각 사이에 불일치가 있다면, 하나의 레이저 빔(LB)(서브 빔(SB))이 초점 조정 광학 시스템 에 의해 초점 조정되고, 다른 레이저 빔(LB)(서브 빔(SB))의 초점은 정합되지 않아서 레이저 빔(LB)의 발산각을 조정함으로써 레이저 빔(LB) 양측 모두의 초점이 정합되는 경우가 있다. 또한, 그들 중 2 개가 양측의 레이저 빔(LB)의 각각의 광로 내에 하나로써 배열될 수 있다.
도9는 16개의 서브 빔(SB)을 형성하기 위해 구성된 서브 빔 선택 조사 시스템(34)을 도시한 도면이다. 이러한 서브 빔 선택 조사 시스템(34)은 4 개의 레이저 발진기(30), 2 개의 서브 빔 분할 조립체(62) 및 2 개의 서브 빔 초점 조정 조립체를 포함한다. 2 개의 레이저 발진기(30)는 도8의 2 개의 레이저 발진기(30 및 30a)에 대응한다. 하나의 서브 빔 분할 조립체(62)는 2 개의 레이저 발진기(30 및 30a)로부터의 레이저 빔(LB) 출력을 8 개의 서브 빔(SB)으로 분할하고, 도8의 반투명 거울(51)과 ND 필터(56) 사이에 배열된 것들에 대응하는 광학 부품을 포함한다. 하나의 서브 빔 초점 조정 조립체(64)는 하나의 서브 빔 분할 조립체(62)에 광학적으로 연결되고, 도8의 거울(57)로부터 초점 조정 유닛(59)까지의 것들에 대응하는 광학 부품을 포함한다.
도10은 도9의 서브 빔 초점 조립체(64)의 구체적인 예를 도시한 평면도이고, 도11은 도10의 서브 빔 초점 조립체(64)를 도시한 정면도이고, 도12는 도10의 서브 빔 초점 조립체(64)를 도시한 측면도이다. 도10 내지 도12에서, 8개의 거울(57 및 58)과 8 개의 초점 조정 유닛(59)이 프레임(64F)에 장착된다. 각 초점 조정 유닛(59)은 전기 구동식 스테이지(59S)에 의해 프레임(64F)에 부착되고, 도8의 화살표(C)에 의해 지시된 방향으로 허용 범위 내에서 이동가능하다.
도5의 주연부 영역 조사 시스템(32)이 사용되는 곳에서, 도8의 반투명 거울(51)로부터 초점 조정 유닛(59)까지의 광학 부품은 제거되고 주연부 영역 조사 시스템(32)의 광학 부품은 반투명 거울(51)의 위치에 설정된다.
상기 구조체에서, TFT(24)의 간격은 픽셀(22)의 피치와 동일하다. 본 발명에 따르면, 면적 주사 속도는 픽셀 피치 및 서브 빔의 수에 비례해서 개선된다. 또한 TFT(24)의 크기가 작을수록, 용융이 필요한 표면적이 보다 감소될 수 있으므로, 서브 빔의 수가 증가될 수 있다. 픽셀 피치가 과도하게 감소될 필요가 없는 조건하에서, 사람의 눈에 보여지는 디스플레이에 한하여, TFT(24)의 크기는 소형화 기술의 진보와 함께 감소될 수 있다. 결과로서, 결정화는 에너지를 필요로 하지 않는 면적에는 공급하지 않으면서 필요한 부분에만 선택적으로 수행될 수 있고, 따라서 결정화 프로세스의 작업 처리량이 개선될 수 있으며, 에너지 절감 프로세스가 실현될 수 있다.
일 예에서, TFT(24)의 크기는 채널 길이가 대략 4 ㎛이고 채널 폭이 대략 5 ㎛이다. 2 m/s의 고속 주사를 수행할 수 있는 XY 스테이지의 요동은 최대 ±10 ㎛의 계수 내에 있고, 따라서 서브 빔(SB)의 폭은 다른 인자에 대한 공차를 고려하여 적어도 25 ㎛이며 양호하게는 30 ㎛이다. 채널 폭을 증가시키는 요구는 채널 폭이 주사 방향에 평행하게 배열된 설계에 의해 용이하게 달성될 수 있다.
용융 폭(비정질 실리콘 층(36)의 줄무늬부(40)가 용융된 폭)은 주사 속도, 실리콘의 두께, 레이저 전력, 조사 초점 조정 렌즈 등에 따라서 변화한다. 비정질 실리콘 층(36)의 깊이가 150 nm이고 F=200 mm 및 F=40 mm인 렌즈를 합성하여 구비 하며 타원형 빔 스폿을 얻을 수 있는 광학 시스템이 사용되고, 레이저 주사가 타원의 장축에 수직으로 수행되는 경우에 있어서, 30 ㎛의 효과적인 용융 폭이 얻어질 수 있다. 따라서, 레이저 빔(LB)의 분할에 의해 수반된 전력 손실이 있더라도, 만약 2W 이상의 전력이 분할된 서브 빔(SB)에 공급될 수 있다면, 30 ㎛의 필요한 용융폭이 유지될 수 있다. 사용된 레이저는 Nd:YV04 연속파 고체 레이저이다.
10 W 레이저 발진기에 대하여, 4 개의 서브 빔으로 분할된 후의 레이저 전력값은 2.3 W, 2.45 W 및 2.23 W로서 모두 2 W 이상이다. 서브 빔(SB)의 10 내지 20 퍼센트의 전력값의 편차는 거울 및 반투명 거울의 특성상의 편차에 기인하는 것으로 여겨진다. 이러한 값으로 인해, ND 필터(56)에서의 전력은 다소 감소되어서, 4 개의 서브 빔(SB)의 전력값은 모두 2.2 W로 균일하다.
도9에서, 16 개 서브 빔(SB)은 모든 16 개의 서브 빔(SB)이 2.1 W의 동일한 전력값을 가지게 조정되도록 ND 필터(56)에 의해 전력이 조정된다. 상이한 레이저 발진기로부터의 빔의 발산각이 상이하기 때문에, 초점 조정 위치 또한 상이하고, 따라서, 이를 수정하기 위해, 빔 확장기가 레이저 발진기로부터 출력된 레이저 빔의 바로 뒤에 제공되고, 그 발산각을 수정함으로써, 동일한 초점 위치가 얻어질 수 있다. 그렇지만, 만약 초점 위치의 이탈(dislocation)이 심각하게 상이하지 않다면, 동일한 크기의 용융폭이 달성될 수 있고 전위된 초점 위치로써 결정화가 수행되는 경우라도 심각한 문제는 야기되지 않는다.
도2의 유리 기판(12)에서, 주연부 영역의 폭은 대략 2 mm이다. 15″QXGA 디스플레이 장치의 유리 기판(12) 상에서 16 개의 서브 빔(SB)을 사용하여 결정화가 수행된다. 픽셀(22)의 크기는 148.5 평방㎛ 이다. 따라서, RGB 서브 픽셀 크기는 148.5 ㎛ × 49.5 ㎛이다. 주사의 수를 감소시키고 전체 작업 처리량을 증가시키기 위하여, 주사는 148.5 ㎛의 측에 수직(RGB 서브 픽셀이 배열된 방향)으로 수행된다. 148.5 ㎛ 간격으로의 16 개의 서브 빔(SB)의 배열은 광학 시스템의 크기로 인해 불가능하다. 초점 조정 유닛(59)의 각각의 조사 렌즈는 30 mm 간격으로 배열되고, 전기 구동식 스테이지(59S)에 의해 ±4 mm 의 범위 내에서 그 배열된 방향에 대해 이동가능하다.
30 mm/148.5 ㎛ = 202.02일 때, 202 개의 TFT(24)의 열(비정질 실리콘 층(36)의 줄무늬부(40))이 2 개의 초점 조정 유닛(59) 사이에 존재한다.
따라서 제1, 최단부의 조사 렌즈와 제2 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ = 29997 ㎛ = 30000 - 3 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제3 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 2 = 59994 ㎛ = 30000 × 2 - 6 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제4 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 3 = 89991 ㎛ = 30000 × 3 - 9 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제5 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 4 = 119988 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제6 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 5 = 149985 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제7 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 6 = 179982 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제8 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 7 = 209979 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제9 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 8 = 239976 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제10 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 9 = 269973 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제11 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 10 = 299970 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제12 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 11 = 329967 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제13 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 12 = 359964 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제14 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 13 = 389961 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제15 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 14 = 419958 ㎛ 이다.
제1, 최단부의 조사 렌즈와 제16 조사 렌즈 사이의 간격은 202 × 148.5 ㎛ × 15 = 449955 ㎛ = 30000 × 15 - 45이다.
따라서, 각 조사 렌즈는 설계된 평균 위치로부터 제2 조사 렌즈의 경우에 음 의 방향으로 3 ㎛만큼, 제3 조사 렌즈에 대해서는 음의 방향으로 6 ㎛만큼, ..., 제16 조사 렌즈에 대해서는 음의 방향으로 45 ㎛만큼 미세하게 조정된다. 따라서, 서브 빔은 각각의 TFT 영역 상에 초점 조정된다. 이러한 상태에서, 서브 빔은 10 W의 레이저 발진기(30)의 출력과 2 m/s의 주사 속도로써 조사된다. 2 W의 전력의 각 서브 빔(SB)으로써 조사가 수행된다.
도13은 서브 빔(SB)과 주사 간격 사이의 관계를 도시한 도면이다. 도13에 도시된 바와 같이, 서브 빔(SB)은 3 mm 내지 3 ㎛인 간격 "a"로 배열된다. TFT(24) 사이의 간격, 즉, 주사 간격 "b"는 148.5 ㎛이다. 주사는 XY 스테이지(38)가 화살표(A 및 B)에 의해 지시된 방향으로 왕복 운동하는 동안 수행된다. 다시 말해서, XY 스테이지(38)가 화살표(A)의 방향으로 이동한 후에, XY 스테이지는 화살표(A 및 B)에 수직인 방향으로 148.5 ㎛ 만큼 이동하고, 그후 화살표(B)의 방향으로 이동하고, 그후 다시 화살표(A 및 B)에 수직인 방향으로 148.5 ㎛ 만큼 이동한다. 이 작동은 반복된다. 도13에서 각각의 서브 빔(SB)이 4회 주사하는 것처럼 도시되었더라도, 본 명세서에서 설명된 예에서, 각 서브 빔(SB)은 202회 주사한다.
하나의 주사 방향으로의 일회 주사 시에, 16 개의 서브 빔(SB)은 202 개 픽셀에 대한 간격에서 비정질 실리콘 층(36)의 줄무늬부(40)를 결정화한다. 다음에, 역주사시에, 16개의 서브 빔(SB)은 202 개 픽셀에 대한 간격에서 비정질 실리콘 층(36)의 인접 줄무늬부(40)를 결정화한다. 101 회 왕복 주사(즉, 202 회 주사)시에, 202 × 16 = 3332 픽셀에 대응하는 부분이 주사될 수 있다. 이러한 경우에 면 적 주사 속도는 148.5 ㎛ × 2 m/s = 47.5 cm2/s이다.
그렇지만, 본 예에서 유리 기판(12)에서, 수직 방향으로의 픽셀의 수는 단 1536 개다. 따라서, 설명될 다음 예에서, 16개가 아닌 오히려 8 개의 서브 빔(SB)이 사용된다. 1536 = 202 × 7 + 122 = 122 × 8 + 80 × 7이기 때문에, 7 개의 서브 빔(SB)에 의해 수행된 잔여 80 회의 주사에 의해 주사는 8 개의 빔으로써 122회 수행된다. 이러한 경우에, 8번째 서브 빔(SB)은 122번째 주사 이후에 셔터(55)에 의해 차단된다.
본 예에서, 장치는 16 개의 서브 빔(SB)을 가지기 때문에, 8개의 서브 빔(SB)으로써 하나의 유리 기판(12)을 주사하고 결정화하는 것처럼, 모유리(26)(도3) 상의 인접 유리 기판(12)의 주사 및 결정화가 잔여 8 개의 서브 빔(SB)에 의해 수행될 수 있다. 그렇지만, 이를 행하기 위해, 현 유리 기판(12)의 픽셀의 단부와 인접 유리 기판(12)의 픽셀의 최근방 단부 사이의 거리는 픽셀 피치의 누적 배수(integral multiple)가 되는 것이 양호하다. 선택적으로, 모유리(26) 상의 모든 유리 기판(12)의 픽셀(22)의 위치는 균일한 픽셀 피치를 가지는 격자 상에 배열되는 것이 양호하다.
도14는 모유리(26) 상의 2 개의 유리 기판(12a 및 12b)과 복수개의 서브 빔 (SB8 및 SB9) 사이의 관계를 도시한 도면이다. 서브 빔(SB8)은 유리 기판(12a)을 결정화하기 위한 8 개의 서브 빔(SB) 중에서 제8 서브 빔(SB)이고, 서브 빔(SB9)은 유리 기판(12b)을 결정화하기 위한 8 개의 서브 빔(SB) 중에서 제1 서브 빔(SB)이 다.
제8 서브 빔(SB8) 이 122회의 주사를 종료할 때, 셔터(56)에 의해 중지된다. 제8 서브 빔(SB8)이 주사가 가능한 잔여 80 회의 주사의 주사 영역의 길이는 148.5 ㎛ × 80 = 11.880 mm이다. 만약 이 길이가 유리 기판(12a)의 마지막 픽셀과 인접 유리 기판(12b)의 제1 픽셀 사이의 거리와 동일하다면, 낭비없이 제9 내지 제16 서브 빔(SB)이 인접 유리 기판(12b)을 결정화하기 위해 사용될 수 있다. 다시 말해서, 제1 서브 빔(SB)이 유리 기판(12a)의 제1 픽셀을 주사할 때, 제9 서브 빔(SB)은 유리 기판(12b)의 제1 픽셀을 주사한다. 유리 기판(12)의 2 mm의 주연부 영역(20)이 존재하는 곳에서, (11.880 - 2 × 2 = 7.88 mm)의 간극(L)이 2 개의 유리 기판(12a 및 12b) 사이에 제공될 수 있다.
본 장치에서, 평균 위치에 대해서 ±4 mm 의 이동가능 영역이 각 서브 빔(SB)에 제공되기 때문에, 이러한 이동가능 범위에 의해 취소될 수 있는 불규칙성이 조정될 수 있지만, 하나 하나씩 인접 유리 기판에 대한 조정의 요구가 복잡해지고, 이러한 프로세스는 시간 소비적이며, 따라서 모유리 기판의 모든 패널의 픽셀의 위치가 균일한 픽셀 피치를 가지는 격자 상에 배열되는 것이 바람직하다.
도14는 모유리 상의 픽셀의 픽셀 피치의 가상 격자(M)를 도시한다. 복수개의 유리 기한(12a 및 12b) 상의 픽셀의 배열이 모유리의 픽셀 피치로써 그려진 가상 격자와 동일하도록 모유리를 설계하는 것이 양호하다.
이러한 형태의 단일 서브 빔(SB)을 정지시키는 일이 픽셀 피치, 유리 기판(12)의 크기, 서브 빔(SB)의 평균 위치 및 서브 빔(SB)의 수와의 관계로 인해 일 시적으로 발생한다. 대형 유리 기판(12)의 경우에서, 16 개의 서브 빔(SB)이 보다 효과적으로 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다.
도15는 서브 빔(SB)의 배열의 일 예를 도시한 도면이다. 효과를 증가시키기 위해, 서브 빔(SB) 사이의 피치를 감소시키는 것이 양호하다. 그렇지만, 렌즈 및 거울이 소형화될 수 있는 한계 때문에, 서브 빔(SB)의 피치가 감소될 수 있는 한계가 있다. 이러한 한계 하에서, 피치를 감소시키기 위해, 서브 빔(SB) 조사 시스템은 하나의 열이 아니라 도15에 도시된 바와 같이 동일한 간격이지만 엇갈리게 복수개의 열로 배열될 수 있다. 이러한 방식으로 복수개의 열로 시스템을 배열하기 때문에, XY 스테이지가 동일한 고속으로 이동할 수 있는 거리가 열의 수가 모유리의 폭을 넘어서 증가하는 것과 동일한 비율로 증가되어서, 작업 처리량이 다소 감소된다.
도16은 서브 빔(SB)의 배열의 일 예를 도시한 도면이다. 2 개의 열에서의 이러한 문제점을 극복하기 위해, 비록 양측 모두의 서브 빔(SB)의 위치를 치환함으로써 2개 열의 서브 빔 조사 시스템을 배열하는 것은 동일하지만, 이는 또한 도16에 도시된 바와 같이 스테이지가 균일한 고속으로 이동하는 것을 종료했을 때 모유리의 최전방 위치에 있는 각각의 열을 배열함으로써 달성될 수 있다. 자연적으로, 또한 복수개의 열의 서브 빔 조사 시스템은 이러한 위치에 배열될 수 있다.
도17은 본 발명의 원리를 설명한 도면이다. 도18은 도8 내지 도12의 서브 빔 초점 조정 조립체의 변경예를 도시한 도면이다.
비정질 실리콘 패널의 패널 표면을 레이저에 의해 어닐링할 때, 만약 전체 패널 표면이 모두 어닐링된다면, 너무 많은 시간이 필요하다. 만약 TFT(24)가 도17에서와 같이 산발적으로 소산된다면, TFT(24)를 포함하는 줄무늬부(40)만을 어닐링하는 것이 허용되고, 전체 표면적을 어닐링할 필요가 없다.
패널 표면을 어닐링하기 위해 레이저로써 주사할 때, 패널이 고정되고 레이저 빔(서브 빔)을 이동시키는 방법과 레이저 빔(서브 빔)이 고정되고 패널을 이동시키는 방법이 있다. 본 발명은 어느 방법에도 적용될 수 있다.
단일 레이저 빔으로써 레이저 어닐링을 하는 것은 너무 많은 시간이 소요되기 때문에, "n" 레이저 빔이 1/n 시간을 이끌도록 레이저 빔의 수(n)를 증가시키는 것이 바람직하며, 그러므로 복수개의 레이저 빔(n 개의 레이저 빔)이 사용된다. 도17에 도시된 바와 같이, TFT(24)가 피치(PTR)로 규칙적으로 배열되지만, 이러한 피치(PTR)는 제품에 따라 변화한다. 본 실시예의 장치는 상이한 피치에 대해 적용가능하다.
이는 도18에서 보다 더 설명된다. 복수개(도18에서 4 개)의 레이저 빔(서브 빔)으로써 어닐링할 때, 패널은 서브 빔으로써 동일한 간격으로 조사되어야 한다. 이러한 기구는 도18의 4 개의 빔의 예를 사용하여 설명될 것이다.
서브 빔(SB)이 도면에 도시된 스테이지의 운동(C)(도18에서 좌-우 운동)의 방향과 평행하게 진행하도록, 4 개의 서브 빔(SB)이 광로 전환 거울(58)을 사용하여 90°회전된다. 다음에, 서브 빔(SB)이 도면에 도시된 렌즈 유닛(LU)(도7에서 렌즈(46, 48 및 50))의 정중앙을 통과해 지나가도록, 서브 빔(SB)은 광로 전환 거울(44)을 사용하여 90°회전된다. 거울(44) 및 렌즈 유닛(LU)은 초점 조정 유 닛(59) 내에 위치된다. 전기 구동식 스테이지(59S)가 이동(도면에서 좌-우 운동)할 때, 전체 초점 조정 유닛(59)이 좌 또는 우로 이동하도록, 초점 조정 유닛은 가이드(59G)(수동 스테이지) 및 전기 구동식 스테이지(59S) 상에 장착된다. 전기 구동식 스테이지(59S)가 이동(도면에서 좌-우 운동)할 때, 레이저 빔(서브 빔(SB))이 항상 렌즈 유닛(LU)의 정중앙을 통과해 지나가도록, 전체 초점 조정 유닛(59)이 좌 또는 우로 이동한다.
이러한 기구로써, 렌즈 유닛(LU)을 통과해 지나가는 출력 레이저 빔과 다음 렌즈 유닛(LU)을 통과해 지나가는 다음 출력 레이저 빔 사이의 간격(레이저 빔 피치(PLB1))이 조정될 수 있다. 다른 레이저 빔들 사이의 간격이 레이저 빔 피치(PLB1)에 대한 것과 동일한 방법을 사용하여 유사하게 조정될 수 있다.
다음에, 도17에 도시된 바와 같이 트랜지스터 피치(PTR)에서 TFT를 가지는 패널 표면을 도18의 구조를 가지는 복수개(도18에서 4 개)의 레이저 빔(서브 빔(SB))으로써 낭비나 손실 없이 어닐링하는 방법이 설명될 것이다.
트랜지스터 피치(PTR)는 통상 100 ㎛의 차수이다(이는 이미 설명된 바와 같이 생산되는 제품에 따라 상이하다). 예컨대, PTR이 90 ㎛이고 초기 레이저 빔 피치가 20 mm 인 경우가 구체적으로 설명될 것이다. 20 mm/90 ㎛ = 222.22...이기 때문에, 정수 222가 반올림하여 얻어진다. 222 × 90 ㎛ = 19.98이다. 따라서, 만약 레이저 빔 피치(PLB1 내지 PLB4)가 19.98 mm로 취해진다면, 19.98 mm의 레이저 피치를 가지는 4 개의 트랜지스터 열이 하나의 주사 시에 어닐링될 수 있다. 다음에, 패널을 레이저 빔 그룹에 대해 레이저 주사 방향에 수직으로 90 ㎛ 만큼 이동시키고, 다시 레이저 주사를 수행한 후에, 다음 4 개의 트랜지스터 열이 어닐링될 수 있다. 레이저 주사가 이후에 다시 220회(주사는 이미 2회 수행되었으므로, 전체 수사 수는 222회이다) 수행될 때, 222 × 4 개의 트랜지스터 열이 반복 또는 손실 없이 어닐링될 수 있다. 222 × 4 × 90 ㎛ = 19.98 mm × 4 = 대략 80 mm의 영역이 낭비 또는 실패 없이 어닐링될 수 있다. 다음에, 패널을 레이저 빔 그룹에 대해 레이저 주사 방향에 수직으로 80 mm 만큼 이동시킨 후에, 만약 동일한 절차에 의해 어닐링이 수행된다면, 어떤 크기의 패널도 반복 또는 손실 없이 어닐링될 수 있다.
본 실시예는 레이저 빔 피치를 조정할 수 있는 구조체로써 레이저 빔 피치를 트랜지스터 피치의 누적 배수로 설정함으로써 레이저가 다양한 트랜지스터 피치를 가지는 패널을 어닐링할 때라도 낭비 또는 손실 없이 어닐링하기 위한 수단을 제공한다.
레이저가 비정질 실리콘 패널 등을 어닐링할 때 복수개의 레이저 빔을 사용하는 시스템은 이미 제안되었다. 본 실시예는 트랜지스터 피치의 누적 배수인 복수개의 레이저 빔 사이의 간격을 배열함으로써 복수개의 레이저 빔을 사용하여 어닐링할 수 있고 제품에 따라서 변화하고 패널의 표면상에 소산된 트랜지스터 피치에 대해 응답할 수 있는 방법을 제공하는 것이며, 효과적으로 낭비 없이 어닐링할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 따라, CW 고체 레이저를 사용하는 경우라도 작업 처리량이 증가될 수 있다.
다음에 본 발명의 또다른 예가 설명될 것이다. 이 예는 도1 내지 도4를 참조하여 서명된 기본 특징을 포함한다.
도21은 레이저 빔에 의하여 비정질 실리콘 층(반도체 층)을 결정화하는 단계를 도시한 도면이다. 비정질 실리콘 층(36)이 그 사이에 배열된 SiO2 등의 절연층을 구비한 유리 기판(12) 상에 형성되고, 유리 기판(12)은 스테이지(38)의 진공 처크 또는 기계적 스토퍼에 의해 XY 스테이지(38)에 고정된다. 주사가 수행되도록, 레이저 빔(LB)이 비정질 실리콘 층(36) 상으로 조사되고, XY 스테이지(38)가 소정의 방향으로 이동된다. 초기에, 비정질 실리콘 층을 폴리실리콘으로 결정화하기 위해 비정질 실리콘 층을 용융 및 경화하도록, 레이저 빔은 유리 기판(12)의 주연부 영역(20)의 비정질 실리콘 층(36) 상에 초점 조정되고 조사된다. 그후, 비정질 실리콘 층을 폴리실리콘으로 결정화하기 위해 비정질 실리콘 층을 용융 및 경화하도록, 레이저 빔은 유리 기판(12)의 디스플레이 영역(18)의 비정질 실리콘 층(36) 상에 초점 조정되고 조사된다. 그 이유는, 레이저 주사가 교차 방식으로 수행되는 경우에, 결정화가 최초 주연부 영역에 대해서 이에 대응하는 강한 레이저 광으로써 수행되고 디스플레이 영역에 대해서 이에 대응하는 약한 레이저 광으로써 수행될 때 교차부의 결정화도는 강한 레이저 광이 사용될 때의 주연부의 결정화도와 동일하지만, 만약 레이저 광이 역순으로 조사된다면 강한 레이저 광에 의한 결정화는 불충분하기 때문이다. 이는 만약 비정질 실리콘이 임의의 정도로 부분적으로 결정화된다면 광흡수가 보다 적기 때문이다.
주연부 영역(20)의 TFT가 디스플레이 영역(18)의 TFT(24)보다 밀도있게 배열되기 때문에, 고품질의 폴리실리콘이 요구된다. 따라서, 주연부 영역(20)의 레이저 주사가 상대적으로 높은 전력의 레이저 빔으로써 상대적으로 낮은 주사 속도로 수행되고, 디스플레이 영역(18)의 TFT(24)가 보다 높은 품질의 폴리실리콘을 필요로 하지 않기 때문에, 주사는 상대적으로 낮은 전력의 레이저 빔(또는 레이저 빔으로부터 분할된 서브 빔)으로써 상대적으로 높은 주사 속도로 수행된다.
도22는 주연부 영역(20)의 반도체를 결정화하기에 사용된 레이저 장치(70)를 도시한 도면이다. 레이저 장치(70)는 결정화를 위해 도6의 XY 스테이지(38)와 함께 사용된다. 레이저 장치(70)는 2 개의 레이저 원(연속파(CW) 레이저 발진기)(71 및 72), 공통 초점 조정 광학 시스템(73) 및 2 개의 레이저 원(71 및 72)으로부터 출사되는 레이저 빔(LB)을 초점 조정 광학 시스템(73)에 안내하기 위한 합성 광학 시스템(74)을 포함한다.
초점 조정 광학 시스템(73)은 실질적으로 반원통형 렌즈(75), 렌즈(75)에 수직으로 배열된 실질적으로 반원통형 렌즈(76), 및 볼록 렌즈(77)를 포함한다. 레이저 빔(LB)의 빔 스폿은 초점 조정 광학 시스템(73)에 의해 타원형으로 형성된다.
합성 광학 시스템(74)은 제1 레이저 원(71)의 다음에 배치된 λ/2 판(78), 제2 레이저 원(72)의 다음에 배치된 빔 확장기(79), 및 제1 및 제2 레이저 원(71 및 72)으로부터의 출사 레이저 빔(LB)을 합성하기 위한 편광 빔 스플리터(80)를 포함한다. 도면 부호 81은 거울을 지시한다.
레이저 원(71 및 72)으로부터 출사되는 레이저 빔(LB)은 합성 광학 시스 템(74)에 의해 합성되고, 비정질 반도체(36)를 결정화하기 위해 초점 조정 광학 시스템(73)을 통해 유리 기판(12)의 비정질 반도체(36) 상으로 조사된다. 빔 확장기(79)는 레이저 빔(LB)의 발산각을 조정한다. 다시 말해서, 만약 레이저 빔(LB)의 발산 각 사이에 편차가 있다면, 하나의 레이저 빔(LB)이 초점 조정 광학 시스템(73)에 의해 초점 조정되지만 다른 레이저 빔(LB)의 초점은 정합되지 않는 경우가 있고, 그러므로, 빔 확장기(79)에 의해서 레이저 빔(LB)의 발산각을 조정함으로써 2 개의 레이저 빔(LB)의 초점을 정합하는 것이 의도된다. 빔 확장기(79)는 또한 다른 레이저 빔(LB)의 광로 내에 배열될 수 있다. 또한, 2 개의 빔 확장기가 레이저 빔(LB)의 양측 모두의 광로 상에 배열될 수 있다.
제1 및 제2 레이저 원(71 및 72)에 의해 방출된 레이저 빔(LB)은 수직으로 선형으로 편광되고, 제1 레이저 원(71)에 의해 방출된 레이저 빔(LB)은 λ/2 판(78)에 의해 90°회전된 편광 평면을 가지며 수평으로 선형으로 편광된다. 따라서, 제1 레이저 원(71)으로부터 출사되고 λ/2 판(78)을 통과하는 레이저 빔(LB)과 제2 레이저 원(72)으로부터 출사되는 레이저 빔(LB)은 편광 빔 스플리터(80) 내로 안내되고, 2 개의 레이저 빔(LB)은 실질적으로 중첩되는 방식으로 비정질 반도체(36)에 유도된다. 선형 편광화의 상태의 변화가 도23에서 보다 상세하게 설명된다.
각각의 레이저 빔(LB)은 타원형 빔 스폿을 형성하기 위해 초점 조정 광학 시스템(73)을 통과해 지나간다. 도24에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(LB)의 개별적인 빔 스폿은 중첩되고, 합성된 레이저 빔(LB)의 빔 스폿은 고치 형상(cocoon shaped)의 빔 스폿을 형성한다. 이는 예컨대 거울(81) 중 어느 하나의 각을 약간 전위시킴으로써 얻어질 수 있다. 다시 말해서, 레이저 원(71 및 72)으로부터 출사된 레이저 빔(LB)은 각각 타원형 빔 스폿을 형성하고, 타원형 빔 스폿은 그 장축 방향으로 서로 중첩된다.
본 예에서, 플라즈마(CVD)에 의해 유리 기판(12)상에 400 nm의 두께로 SiO2 층이 형성되고 비정질 실리콘(36)이 그 위에 플라즈마(CVD)에 의해 100 nm의 두께까지 형성된다. 사용된 레이저는 연속파 Nd:YV04 고체 레이저이다. 일 예에서, 단일 레이저 원이 사용된다면, 10 W의 레이저 전력에서 400 ㎛ × 20 ㎛의 빔 스폿이 형성된다. 만약 400 ㎛의 레이저 폭과 50 cm/s의 주사 속도로써 단일 레이저를 사용하여 주사가 수행된다면, 200 cm2/s의 면적 주사 속도가 얻어질 수 있다. 또한, 400 ㎛의 레이저 조사 폭 이내에서, 비정질 반도체(36)의 150 ㎛ 폭의 줄무늬부가 양호하게 용융되고 결정화되며, 유동형 입계를 나타낸다. 일단 이러한 유동형 입계로 형성된 폴리실리콘 영역 내에 TFT가 형성되면, 500 (cm2/Vs) 높은 이동도 특성이 얻어질 수 있다.
도22에 도시된 바와 같이, 2 개의 레이저 원(71 및 72)으로부터 출사된 레이저 빔의 합성된 빔 스폿은 600 ㎛ × 20 ㎛이다. 레이저 주사가 10 W의 레이저 전력 및 600 ㎛의 스폿 폭에서 50 cm/s의 주사 속도로 수행될 때, 비정질 반도체(36)의 350 ㎛ 폭의 줄무늬부가 600 ㎛의 레이저 조사 폭 내에서 특히 양호하게 용융되며 결정화되고, 유동형 입계가 얻어진다. 350 ㎛의 폭을 가지는 고품질 결정화 줄 무늬부는 단일 레이저를 사용한 150 ㎛의 폭을 가진 고품질 결정화 줄무늬부의 폭의 2 배이다. 다시 말해서, 2 개의 빔 스폿의 합성 가열에 의해 빔 스폿 크기 및 효과적인 용융 폭(고품질 결정화 폭)이 확대될 수 있다.
도23은 레이저 장치(70)의 변경예를 도시한 도면이다. 도23의 레이저 장치(70A)는 광학 시스템의 2 개의 유닛을 포함한다. 광학 시스템의 각각의 유닛은 도22의 레이저 장치(70)의 것과 동일한 부품을 포함한다. 제1 유닛의 광학 시스템은 동일한 광학 부품을 지시하기 위해 첨자 "a"가 붙은 도22와 동일한 도면 부호를 사용하며, 동시에 제2 유닛의 광학 시스템은 동일한 광학 부품을 지시하기 위해 첨자 "b"가 붙은 도22와 동일한 도면 부호를 사용한다. 빔 확장기(79)는 적절하게 제공될 수 있다.
2 개의 유닛의 광학 시스템은 매우 근접하게 배열되고, 2 개의 유닛의 광학 시스템에 의해 생성된 빔 스폿(BS)은 모두 주사 방향과 수직인 방향 및 평행한 방향으로 이동되도록 배열된다. 이러한 구조에서, 각각의 350 ㎛의 효과적인 용융폭 영역은 주사 자취가 50 ㎛ 만큼 중첩되고 효과적인 용융폭이 650 ㎛가 되도록 배열된다.
도25는 빔 스폿의 다른 예를 도시한 도면이다. 3 개의 빔 스폿(BS)이 모두 주사 방향과 수직인 방향 및 평행인 방향으로 이동되도록 배열된다. 3 개의 빔 스폿은 중첩 없이 주사 방향으로 이동되면서 모두 기판 상으로 조사된다. 그렇지만, 3 개의 빔 스폿은 평행하게 반도체 층을 주사하고 그들의 용융폭이 서로 중첩되도록 주사 방향에서 볼 때 서로 중첩하도록 배열된다. 또한, 3 개 이상의 빔 스폿이 모두 주사 방향과 수직인 방향 및 평행한 방향으로 이동되도록 배열될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, CW 고정 레이저를 사용할 때라도 작업 처리량이 증가될 수 있다.
다음에, 본 발명의 또다른 실시예가 설명될 것이다. 본 실시예는 도1 내지 도4를 참조하여 설명된 기본 특징을 포함한다. 도26은 레이저 빔에 의해 비정질 실리콘 층(반도체 층)을 결정화하는 단계를 도시한 도면이다. 비정질 실리콘 층(36)은 SiO2등의 절연층을 그 사이에 구비한 유리 기판(12) 상에 형성되고, 유리 기판(12)은 스테이지의 진공 처크 또는 기계적 스토퍼에 의해 이동식 스테이지(38) 상에 고정된다. 레이저 원(연속파(CW) 레이저 발진기)(30)으로부터 출력된 레이저 빔(LB)이 오목 렌즈(31)를 통과하고, 거울(44)에 의해 반사되고, 초점 조정 광학 시스템을 통과하고 비정질 실리콘 층(36) 상으로 조사된다. 초점 조정 광학 시스템은 실질적으로 반원통형 렌즈(46), 상기 렌즈(46)에 수직으로 배열된 실질적으로 반원통형 렌즈(48), 및 볼록 렌즈(50)를 포함한다. 볼록 렌즈(50)를 통과하는 레이저 빔(LB)의 빔 스폿은 타원 형상으로 형성된다.
주사가 수행되도록, 레이저 빔(LB)이 비정질 실리콘 층(36) 상으로 조사되고, 이동식 스테이지(38)가 소정의 방향으로 이동된다. 먼저, 비정질 실리콘 층을 폴리실리콘으로 결정화하기 위해 비정질 실리콘 층을 용융 및 경화하도록, 레이저 빔(LB)은 유리 기판(12)의 주연부 영역(20)의 비정질 실리콘 층(36) 상에 초점 조정되고 조사된다. 그후, 비정질 실리콘 층을 폴리실리콘으로 결정화하기 위해 비 정질 실리콘 층을 용융 및 경화하도록, 레이저 빔은 유리 기판(12)의 디스플레이 영역(18)의 비정질 실리콘 층(36) 상에 초점 조정되고 조사된다.
주연부 영역(20)의 TFT가 디스플레이 영역(18)의 TFT(24)보다 밀도있게 배열되기 때문에, 고품질의 폴리실리콘이 요구된다. 따라서, 주연부 영역(20)의 레이저 주사가 상대적으로 높은 전력의 레이저 빔으로써 상대적으로 낮은 주사 속도로 수행되고, 디스플레이 영역(18)의 TFT(24)가 보다 높은 품질의 폴리실리콘을 필요로 하지 않기 때문에, 주사는 상대적으로 낮은 전력의 레이저 빔(또는 레이저 빔으로부터 분할된 서브 빔)으로써 상대적으로 높은 주사 속도로 수행된다.
도27은 비정질 실리콘 층(36)을 가지는 유리 기판(12)을 지지하는 이동식 스테이지(38)를 도시한 사시도이다. 이동식 스테이지(38)는 평행하게 배열되고 제1 방향(P, Q)으로 동기식으로 이동하는 제1 스테이지 부재(38A), 상기 제1 스테이지 부재(38A)의 상방에 배치되고 제1 방향에 수직인 제2 방향(R, S)으로 이동하는 제2 스테이지 부재(38B), 및 상기 제2 스테이지(38B)의 상방에 회전식으로 배치된 제3 스테이지 부재(38C)를 포함한다. 제3 스테이지 부재(38C)는 유리 기판(12)의 비정질 반도체(36)를 체결하기 위한 진공 처크(38D)를 가진다. 제3 스테이지 부재(38C)(회전식 스테이지)는 110°의 각 범위 내에서 회전할 수 있다.
이동식 스테이지(38)에서, 제1 스테이지 부재(38A)는 최저 위치에 배치되고 제2 스테이지 부재(38B) 및 제3 스테이지 부재(38C)를 지지한다. 제2 스테이지 부재(38B)는 크고 길며, 보다 큰 행정을 가지고, 고속으로 이동할 수 있다. 따라서, 고속으로 이동가능한 제2 스테이지 부재(38B)는 제1 스테이지 부재(38A)를 지지할 필요가 없으므로, 제2 스테이지 부재(38B)상의 하중은 작다. 제1 스테이지 부재(38A)는 동시에 이동하고 제2 스테이지 부재(38B)를 굽힘 없이 지지한다. 따라서, 제2 스테이지 부재(38B)는 결정화의 작업 처리량이 개선될 수 있는 보다 높은 속도로 구동될 수 있다.
도28은 레이저 주사의 작동을 도시한 도면이다. 먼저, 주연부 영역(20)의 레이저 주사가 수행된다. 주연부 영역(20)의 레이저 주사에서, (1) 제1 주사 방향(P, Q)에 평행하게 진행하는 주연부 영역(20)의 면적의 결정화가 수행되고, (2) 다음에, 유리 기판(12)을 지지하는 제3 스테이지 부재(38C)(회전식 스테이지)가 90°회전된 후에, 제1 주사 방향(P, Q)에 수직인 제2 주사 방향(R, S)에 평행하게 진행하는 주연부 영역(20)의 면적의 결정화가 수행된다. 그후, (3) 디스플레이 영역(18)이 픽셀(22)의 3원색의 서브 픽셀 영역이 배열된 방향에 평행한 제3 주사 방향(A, B)으로 결정화된다.
이러한 순서의 작동에 대한 이유는, 결정화 주사가 복수개의 패널 상에 수행되고 주사 교차부가 발생하는 경우에, 교차부의 결정화도는 결정화가 먼저 주연부 영역의 높은 에너지 밀도의 레이저 광으로, 그후 디스플레이 영역에 대응하는 약한 레이저 광으로 수행될 때, 강한 레이저 광으로 결정화가 수행될 때와 동일하지만, 강한 레이저 광에 의한 결정화는 만약 레이저 광이 역순으로 조사된다면 불충분하기 때문이다. 이는 만약 비정질 실리콘이 임의의 정도로 부분적으로 결정화된다면 비정질 상태와 비교해서 광흡수가 보다 적기 때문이다. 상기 순서로 작동을 수행하는 추가적인 이유는 동일한 방향으로의 주사가 연속되기 때문이다.
즉, 초기에, 유리 기판(12)의 주연부 영역(20)의 4 개의 측면 중에서 2 개의 보다 짧은 측면의 레이저 주사가 수행되고, 그후 유리 기판(12)의 주연부 영역(20)의 4 개의 측면 중에서 2 개의 보다 긴 측면의 레이저 주사가 수행된다. 2 개의 짧은 측의 주사 시에, 유리 기판(12)의 짧은 측은 제2 스테이지 부재(38B)에 수직으로 위치되고, 제2 스테이지 부재(38B)는 유리 기판(12)과 함께 제1 주사 방향(P, Q)으로 왕복 운동한다. 제2 스테이지 부재(38B)는 1 방향(P)으로 이동하도록 구동되고, 그 운동하는 동안, 제2 스테이지 부재(38B)는 정지 위치로부터 가속되며, 레이저 주사는 일정 속도 상태에 있는 제2 스테이지 부재(38B)로써 수행되며, 제2 스테이지 부재(38B)는 레이저 주사 영역을 지나간 후에 감속되고 정지된다. 그후, 제1 스테이지 부재(38A)가 제1 주사 방향(P, Q)에 수직인 방향으로 미세한 양만큼 이동된 후에, 제2 스테이지 부재(38B)는 반대 방향(Q)으로 이동하도록 구동된다. 이때, 제2 스테이지 부재(38B)는 가속되고, 일정 속도로 이동하며, 감속된다. 이러한 왕복 운동을 반복하면서, 조사된 영역의 단부가 서로 중첩되도록 레이저 주사가 수행된다.
이어서, 제3 스테이지 부재(38C)(회전식 스테이지)가 90°회전되고 유리 기판(12)의 긴 측면이 제2 스테이지 부재(38B)에 평행하게 위치된다. 2 개의 긴 측면의 레이저 주사가 제2 주사 방향(R, S)으로 수행된다. 짧은 측면에 대한 것과 동일한 방식으로 왕복 운동을 반복하면서, 2 개의 긴 측면의 주사가 수행된다.
이후에, 디스플레이 영역(18)의 레이저 주사가 제3 주사 방향(A, B)으로 수행된다. 제3 주사 방향(A, B)이 제2 주사 방향(R, S)과 평행하기 때문에, 제3 스 테이지 부재(38C)(회전식 부재)는 주연부 영역(20)의 2 개의 긴 측면이 주사될 때와 동일한 회전 위치에서 지지된다. 제1 스테이지 부재(38A)가 제2 주사 방향(R, S)에 수직인 방향으로 초기 위치로 이동된 후, 제3 주사 방향(A, B)으로 왕복 운동하도록 제2 스테이지 부재(38B)가 구동된다.
제2 스테이지 부재(38B)의 왕복 운동 사이에, 제1 스테이지 부재(38A)가 제2 주사 방향(R, S)에 수직인 방향으로 미세한 양만큼 이동된다. 디스플레이 영역(18)의 레이저 주사 동안 제1 스테이지 부재(38A)의 이동량은 주연부 영역(20)의 레이저 주사 동안의 제1 스테이지 부재(38A)의 이동량보다 크다. 다시 말해서, 디스플레이 영역(18)의 레이저 주사는 주연부 영역(20)의 레이저 주사보다 큰 피치로 수행된다. 또한, 디스플레이 영역(18)의 레이저 주사는 주연부 영역(20)에 대한 레이저 주사보다 높은 주사 속도로 수행된다. 또한, 디스플레이 영역(18)의 레이저 주사는 주연부 영역(20)의 레이저 주사 보다 낮은 레이저 전력으로 수행된다. 또한, 픽셀(22)의 3 개의 주 색상 서브 픽셀 영역이 배열된 방향에 평행한 제3 주사 방향(A, B)으로 디스플레이 영역(18)의 결정화가 수행될 때의 주사의 수는 픽셀(22)의 3 개의 주 색상 서브 픽셀 영역이 배열된 방향에 수직인 방향(A, B에 수직인 방향)으로 디스플레이 영역(18)의 결정화가 수행될 때의 주사의 수보다 현저하게 작고, 따라서, 레이저 주사 시간이 단축될 수 있다. 이러한 방식으로, 고정밀 제1 스테이지 부재(38A)를 바닥부에 배치하고, 그 위에 고속 제2 스테이지 부재(38B)를 배치함으로써, 고속 제2 스테이지 부재(38B)상의 하중의 무게가 감소될 수 있다. 동시에, 제2 스테이지 부재(38B)가 굽힘 없이 지지될 수 있도록 긴 제2 스테이지 부재(38B)가 복수개의 제1 스테이지 부재(38A)에 의해 지지될 수 있다. 복수개의 제1 스테이지 부재(38A)는 동기식으로 구동된다. 따라서, 고속 제2 스테이지 부재(38B)가 가속되고 감속될 때, 가속도는 증가될 수 있고 이동에 소요된 시간은 레이저 주사시보다 단축될 수 있다. 제3 스테이지 부재(38C)(회전식 스테이지)가 110°의 범위 내에서 회전하는 것을 가능하게 함으로써, 진공 처크(38D)에 유리 기판(12)을 장착한 후에, 주연부 영역(20)의 결정화 및 디스플레이 영역(18)의 결정화가 연속적으로 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 결정화의 작업 처리량이 개선될 수 있다.
상기 예에서, SiO2 층은 플라즈마(CVD)에 의해 유리 기판(12) 상에 400 nm의 두께로 형성되고, 비정질 반도체(36)는 그 위에 플라즈마(CVD)에 의해 100 nm의 두께까지 형성될 수 있다. 사용된 레이저는 연속파 Nd:YV04 고체 레이저이다. 일 예에서, 상기 레이저는 10 W이며 400 ㎛ × 20 ㎛의 빔 스폿을 형성한다. 만약 400 ㎛의 레이저 폭과 50 cm/s의 주사 속도로써 단일 레이저 원을 사용하여 주사가 수행된다면, 200 cm2/s의 면적 주사 속도가 얻어질 수 있다. 또한, 400 ㎛의 레이저 조사 폭 이내에서, 비정질 반도체(36)의 150 ㎛ 폭의 줄무늬부가 양호하게 용융되고 결정화되며, 유동형 입계를 나타낸다. 일단 이러한 유동형 입계로 형성된 폴리실리콘 영역 내에 TFT가 형성되면, 500 (cm2/Vs)의 높은 이동도 특성이 얻어질 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, CW 고정 레이저가 사용된 경우라도 작 업 처리량이 증가될 수 있다.
본 발명에 따르면, CW 고체 레이저가 사용되는 경우에서도 작업 처리량을 증가시킬 수 있는 반도체 결정화 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 레이저 원과,
    비정질 반도체를 포함하는 기판을 지지하기 위한 스테이지와,
    광학 초점 조정 시스템을 포함하며,
    상기 스테이지는, 평행하게 배치되며 제1 방향으로 동기식으로 이동가능한 제1 스테이지 부재들과, 상기 제1 스테이지 부재의 상방에 배치되고 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 이동가능 제2 스테이지 부재와, 제2 스테이지 부재의 상방에 회전식으로 배치된 제3 스테이지 부재를 포함하여서, 반도체를 용융 및 결정화하기 위해 레이저 원에 의해 방출된 레이저 빔이 광학 초점 조정 시스템을 통해 제3 스테이지 부재에 고정된 기판 상의 반도체 상으로 조사되는 반도체 결정화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제2 스테이지 부재는 제1 스테이지 부재보다 긴 범위의 이동 행정을 가지는 반도체 결정화 장치.
  3. 반도체를 용융 및 결정화하기 위해 디스플레이 영역과 디스플레이 영역 둘레의 주연부 영역을 가지는 기판 상의 반도체 상에 레이저 빔을 조사하는 단계와,
    제1 주사 방향으로 주연부 영역의 결정화를 수행하는 단계와,
    기판을 지지하는 회전식 스테이지를 90°회전시킨 후에, 제1 주사 방향에 수직인 제2 주사 방향으로 주연부 영역의 결정화를 수행하는 단계와,
    픽셀의 3 개의 주 색상의 서브 픽셀 영역이 배열된 방향에 평행인 제3 주사 방향으로 디스플레이 영역의 결정화를 수행하는 단계를 포함하는 반도체 결정화 방법.
  4. 제3항에 있어서, 제3 주사 방향은 제2 주사 방향과 평행한 반도체 결정화 방법.
KR1020070050603A 2002-05-17 2007-05-25 레이저 빔을 이용한 반도체 결정화 방법 및 장치 KR100742481B1 (ko)

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