KR20070072200A - Apparatus for crstallization and method for crystallizing silicon - Google Patents

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황광식
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Abstract

A silicon crystallizing apparatus and a silicon crystallizing method using the same are provided to enhance the uniformity of silicon crystallization at an overlap region by using a triangle type structure of both end portions of a mask pattern. A silicon crystallizing apparatus includes a laser beam generating unit for generating a laser beam, a substrate stage, a mask, a reduction lens, a mask moving stage. The substrate stage is arranged opposite to the laser beam generating unit. The substrate stage moves in X and Y directions. The mask(100) is arranged between the substrate stage and the laser beam generating unit. The reduction lens is used for reducing the laser beam. The mask moving stage is connected with the mask in order to move the mask. An edge portion(131a) of a mask pattern(131) of the mask is formed like a triangle type structure.

Description

실리콘 결정화 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화방법{APPARATUS FOR CRSTALLIZATION AND METHOD FOR CRYSTALLIZING SILICON}Silicon crystallization apparatus and silicon crystallization method using the same {APPARATUS FOR CRSTALLIZATION AND METHOD FOR CRYSTALLIZING SILICON}

도 1 내지 도 3은 순차 측면고상화 기술을 이용한 실리콘 결정화를 설명하기 위한 도면.1 to 3 are diagrams for explaining silicon crystallization using a sequential side-solidification technique.

도 4는 종래기술의 일시예에 따른 실리콘 결정화에 사용되는 마스크를 도시한 도면.4 illustrates a mask used for silicon crystallization according to a prior art example.

도 5는 종래기술의 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화용 마스크를 도시한 도면.5 is a view showing a mask for silicon crystallization according to another embodiment of the prior art.

도 6은 도 5의 종래기술의 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화용 마스크를 이용하여 레이저빔 조사시의 실리콘막의 형태를 도시한 도면.FIG. 6 is a view showing the shape of a silicon film during laser beam irradiation using a silicon crystallization mask according to another embodiment of the prior art of FIG. 5;

도 7은 도 6에 의해 얻어진 패턴의 간섭에 의한 가장자리부 형태의 왜곡을 나타낸 사진.Figure 7 is a photograph showing the distortion of the edge shape due to the interference of the pattern obtained by Figure 6;

도 8은 본 발명에 따른 실리콘 결정화 장치를 개략적으로 도시한 도면.8 schematically illustrates a silicon crystallization apparatus according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 실리콘 결정화용 마스크를 도시한 도면.9 is a view showing a silicon crystallization mask according to the present invention.

도 10은 도 9의 실리콘 결정화용 마스크를 이용하여 레이저빔 조사시의 실리콘막의 형태를 도시한 도면.FIG. 10 is a view showing the form of a silicon film at the time of laser beam irradiation using the silicon crystallization mask of FIG. 9; FIG.

도 11은 도 10의 실리콘막의 결정화 상태를 보여 주는 사진.FIG. 11 is a photograph showing a crystallization state of the silicon film of FIG. 10.

도 12는 본 발명에 따른 실리콘 결정화 마스크 스테이지를 이동하면서 레이저빔 조사시의 실리콘막의 결정화 형태를 도시한 도면.12 is a view showing a crystallization form of a silicon film during laser beam irradiation while moving the silicon crystallization mask stage according to the present invention.

- 도면의 주요부분에 대한 부호설명 --Code description of main parts of drawing-

50 : 결정화장치 53 : 레이저빔50 crystallization apparatus 53 laser beam

55 : 레이저빔 발생장치 57 : 축소렌즈55 laser beam generator 57 reduction lens

100 : 결정화용 마스크 110 : 마스크 이동 스테이지100: crystallization mask 110: mask moving stage

120 : 기판 131 : 마스크패턴 120: substrate 131: mask pattern

131a : 가장자리부 140 : 비정질박막131a: edge portion 140: amorphous thin film

141 : 조사된 비정질박막 141a : 가장자리부141: Irradiated amorphous thin film 141a: edge portion

143 : 비조사된 비정질박막 150 : 기판 스테이지143: non-irradiated amorphous thin film 150: substrate stage

133, 145 : 기준선 133, 145: baseline

본 발명은 결정화 장치 및 이용한 실리콘 결정화방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 순차측면고상화(sequential lateral solidification, 이하 SLS라 함) 기술에 의하여 실리콘막을 결정화시키는 결정화 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화방법에 관한 것이다.The present invention relates to a crystallization apparatus and a silicon crystallization method used, and more particularly, to a crystallization apparatus for crystallizing a silicon film by sequential lateral solidification (SLS) technology and a silicon crystallization method using the same. .

순차측면고상화(sequential lateral solidification, 이하 SLS라 함) 기술은 레이저 결정화에 사용되는 기술로서, 실리콘 그레인(grain)이 액상 실리콘영역과 고상 실리콘 영역의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직방향으로 성장하는 사실을 이용한다.Sequential lateral solidification (SLS) is a technique used for laser crystallization, in which silicon grain grows perpendicularly to the interface at the interface between the liquid and solid silicon regions. Use

이러한 관점에서, SLS 기술에 의한 실리콘박막의 결정화방법에 대해 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.In this regard, the crystallization method of the silicon thin film by the SLS technique will be described with reference to the drawings.

도 1 내지 도 3은 SLS 기술을 이용하여 비정질 실리콘박막을 결정화하는 공정을 설명하기 위한 도면으로, 레이저 조사횟수에 따른 실리콘 그레인의 성장상태를 간략화시켜 나타낸 것이다.1 to 3 are views for explaining a process of crystallizing an amorphous silicon thin film by using the SLS technology, and shows a simplified state of growth of silicon grain according to the number of laser irradiation times.

도 1을 참조하면, 비정질실리콘박막(도면전체)에 소정 크기의 넓이를 가지는 일자형 레이저빔을 1차로 조사한다. 이때, 레이저빔이 조사된 실리콘부분(11)을 녹일 수 있는 정도의 충분한 에너지의 레이저를 공급한다.Referring to FIG. 1, the amorphous silicon thin film (the whole drawing) is first irradiated with a straight laser beam having a predetermined size. At this time, the laser of sufficient energy to melt the silicon part 11 irradiated with the laser beam is supplied.

또한, 레이저빔에 노출된 실리콘부분(11)은 용융된 후 곧 고상화된다. 이 과정에서 레이저빔에 조사되지 않은 고상의 실리콘영역과 레이저빔에 조사된 액상의 실리콘영역의 양 계면(11b)으로부터 실리콘 그레인들(11a)이 측면성장한다.In addition, the silicon portion 11 exposed to the laser beam is solidified soon after melting. In this process, silicon grains 11a are laterally grown from both interfaces 11b of the solid silicon region not irradiated with the laser beam and the liquid silicon region irradiated with the laser beam.

그리고, 한 번의 레이저빔 조사로 이루어지는 실리콘그레인의 성장길이(이하, 레이저펄스당 실리콘그레인의 성장길이라 함)는 레이저 에너지의 크기와 실리콘박막의 두께에 따라 결정된다.The growth length of silicon grains (hereinafter referred to as the growth length of silicon grains per laser pulse) formed by one laser beam irradiation is determined according to the size of the laser energy and the thickness of the silicon thin film.

이러한 레이저빔에 조사되어 용융된 실리콘영역의 고상화는 다음의 양상으로 구분된다.The solidification of the silicon region melted by the laser beam is divided into the following aspects.

실리콘 용융영역의 너비(W)가 레이저펄스 당 실리콘 그레인의 성장길이의 2배보다 작은 경우, 도 1에서와 같이, 양 계면(11b)에서 성장한 실리콘 그레인(11a) 이 실리콘 용융영역의 중앙에서 충돌하면서 성장이 멈추는 방식으로 결정화가 이루어진다.When the width W of the silicon melting region is smaller than twice the growth length of silicon grain per laser pulse, as shown in FIG. 1, the silicon grain 11a grown at both interfaces 11b collides at the center of the silicon melting region. Crystallization occurs in such a way that growth stops.

여기서, 도면부호(11c)는 레이저빔의 1차 조사에 의하여 용융된 실리콘부분의 양 계면(11b)에서 측면성장한 실리콘그레인들(11a)이 충돌하여 이루어진 그레인 바운더리를 나타낸다.Here, reference numeral 11c denotes a grain boundary formed by collision of silicon grains 11a laterally grown at both interfaces 11b of the molten silicon portion by primary irradiation of the laser beam.

또한, 실리콘 용융영역의 너비(W)가 레이저 펄스당 실리콘그레인의 성장길이의 2배보다 큰 경우, 도면에 나타내지 않았지만, 양 계면(11b)에서 성장한 실리콘 그레인들(11a)이 실리콘 용융영역의 중앙부가 냉각되면서 발생하는 미세 실리콘 그레인들과 충돌하면서 성장이 멈추는 방식으로 결정화가 이루어진다.In addition, when the width W of the silicon melting region is larger than twice the growth length of silicon grains per laser pulse, although not shown in the figure, the silicon grains 11a grown at both interfaces 11b are the central portion of the silicon melting region. Crystallization occurs in such a way that growth stops as it collides with the fine silicon grains generated by cooling.

그리고, 도 2를 참조하면, 레이저 펄스당 실리콘 그레인의 성장길이보다 작은 정도로 비정질 실리콘박막을 이동시킨 후에 레이저빔을 2차로 조사한다. 이때, 레이저빔이 조사된 실리콘부분을 전부 녹일 수 있는 정도의 충분한 에너지의 레이저를 공급한다. 그 결과, 레이저빔에 노출된 실리콘부분은 용융된후 곧 고상화된다.2, the laser beam is secondarily irradiated after moving the amorphous silicon thin film to a degree smaller than the growth length of silicon grain per laser pulse. At this time, the laser of sufficient energy to melt all the silicon part irradiated with the laser beam is supplied. As a result, the silicon part exposed to the laser beam is solidified soon after melting.

이 과정에서, 레이저빔의 2차 조사에 의하여 용융된 실리콘부분의 양 계면 (13b)으로부터 실리콘그레인들(11a)(13a)이 측면으로 성장한다. 이때, 레이저빔의 1차 조사에 의하여 형성된 실리콘 그레인(11a)은 계면(13b)에서 결정화의 씨드 (sead)로 작용하여 계속적으로 측면성장한다. 그래서, 실리콘 그레인(13a)은 도면에 보인 바와같이 레이저빔이 이동하는 방향으로 성장하는 결과를 가진다.In this process, silicon grains 11a and 13a grow laterally from both interfaces 13b of the molten silicon portion by secondary irradiation of the laser beam. At this time, the silicon grains 11a formed by the primary irradiation of the laser beam continue to grow laterally by acting as seeds of crystallization at the interface 13b. Thus, the silicon grain 13a has a result of growing in the direction in which the laser beam moves as shown in the figure.

도면부호 13c는 레이저빔의 2차 조사에 의하여 용융된 실리콘부분의 양 계면 (13b)에서 측면성장한 실리콘 그레인들(11a)(13a)이 충돌하여 이루어진 그레인바운더리를 나타낸다.Reference numeral 13c denotes a grain boundary formed by collision of silicon grains 11a and 13a laterally grown at both interfaces 13b of the molten silicon portion by secondary irradiation of the laser beam.

도 3을 참조하면, 상술한 바와같은 비정질 실리콘박막을 이동시키고, 레이저빔을 조사하여 실리콘박막을 용융시키고 고상화하는 실리콘 결정화공정을 반복적으로 n회 실시하여 실리콘 그레인(11a)의 길이를 원하는 크기로 키운다. 실리콘 그레인(11a)은 최초 형성위치에서 레이저 스캐닝방향으로 측면성장한다.Referring to FIG. 3, the silicon crystal film 11a is moved to an amorphous silicon thin film as described above, and the silicon crystal 11a is repeatedly n-times irradiated with a laser beam to melt and solidify the silicon thin film to obtain a desired size of the silicon grain 11a. To grow. The silicon grain 11a is laterally grown in the laser scanning direction at the initial formation position.

상술한 바와같이, SLS 기술을 사용할 경우에는 실리콘 그레인의 크기를 획기적으로 성장시키는 것이 가능하다.As described above, when using the SLS technology, it is possible to dramatically increase the size of the silicon grain.

SLS 기술을 대면적 실리콘박막에 적용할 경우에는 수율 향상을 위하여 다수개의 레이저빔으로 대면적 실리콘기판에 동시에 조사하여 실리콘 결정화를 진행한다.When the SLS technology is applied to a large-area silicon thin film, silicon crystallization is performed by simultaneously irradiating a large-area silicon substrate with a plurality of laser beams to improve yield.

도 4는 종래기술에 있어서의 대면적 실리콘박막의 결정화공정에 사용되는 마스크를 나타낸 것이다.Fig. 4 shows a mask used in the crystallization process of a large area silicon thin film in the prior art.

도 4를 참조하면, 하나의 레이저빔을 다수개의 레이저빔으로 패터닝하기 위해서는 복수개의 직사각형 형태의 마스크패턴이 형성된 마스크를 사용하여 실리콘결정화공정을 실시한다. Referring to FIG. 4, in order to pattern one laser beam into a plurality of laser beams, a silicon crystallization process may be performed using a mask in which a plurality of rectangular mask patterns are formed.

도 4에 도시된 바와 같이, 광비투과영역(21b)에 일자 형상의 광투과영역 (21a)이 다수개 배열되어 있는 마스크(20)를 사용하는 경우에는 광투과영역(21a)의 개수만큼 그 형상대로 레이저빔을 다수개 마련하여 동시에 사용할 수 있다.As shown in Fig. 4, in the case of using the mask 20 having a plurality of linearly shaped light transmissive areas 21a arranged in the light non-transmissive area 21b, the shape is as many as the number of the light transmissive areas 21a. As many laser beams can be provided and used simultaneously.

도 4에 도시된 복수개의 마스크패턴을 통과시켜 얻은 다수개의 일자 형상의 레이저빔을 사용하여 SLS 기술에 의한 실리콘결정화를 진행한다. Silicon crystallization by SLS technology is performed using a plurality of straight laser beams obtained by passing through a plurality of mask patterns shown in FIG.

한편, 종래기술에 따른 실리콘을 결정화시키는 방법에 대해 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, a method of crystallizing silicon according to the prior art will be described with reference to FIGS. 5 to 7.

도 5는 종래기술의 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화용 마스크를 도시한 도면이다.5 is a view showing a mask for silicon crystallization according to another embodiment of the prior art.

도 6은 도 5의 종래기술의 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화용 마스크를 이용하여 레이저빔 조사시의 실리콘막의 형태를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating the shape of a silicon film during laser beam irradiation using a silicon crystallization mask according to another exemplary embodiment of FIG. 5.

도 7은 도 6에 의해 얻어진 패턴의 간섭에 의한 가장자리부 형태의 왜곡을 나타낸 사진이다.FIG. 7 is a photograph showing distortion of an edge shape caused by interference of the pattern obtained by FIG. 6.

도 5를 참조하면, 직사각형 형태의 복수개의 마스크패턴(31)이 형성된 결정화용 마스크(30)를 준비한후 이 결정화용 마스크(30)를 기판(미도시)상에 형성된 실리콘막(미도시)상에 위치시킨다.Referring to FIG. 5, after preparing a crystallization mask 30 in which a plurality of rectangular mask patterns 31 are formed, the crystallization mask 30 is formed on a silicon film (not shown) formed on a substrate (not shown). Place it in

그다음, 도 6을 참조하면, 레이저 빔을 상기 결정화용 마스크(30)을 통해 실리콘막(41)에 조사하여 마스크 형태의 실리콘막(41)에 레이저빔이 조사된다. 이때, 상기 레이저 빔은 상기 실리콘막(41a)부분에만 조사되는데, 상기 실리콘막(41a)부분은 레이저빔 조사로 인해 완전히 녹는 영역(complete melting region)을 의미한다. 또한, 상기 완전히 녹는 영역의 가장자리부는 라운드지게 형성되는데, 이는 도 7에서 보여 주는 바와같이, 간섭에 의한 가장자리부 형태(edge shape)가 왜곡되어 나타나기 때문이다.Next, referring to FIG. 6, the laser beam is irradiated to the silicon film 41 through the crystallization mask 30, and the laser beam is irradiated to the mask-shaped silicon film 41. In this case, the laser beam is irradiated only to the silicon film 41a portion, and the silicon film 41a portion means a complete melting region due to the laser beam irradiation. In addition, the edge portion of the completely melting region is formed to be round, as shown in Figure 7, because the edge shape (edge shape) due to interference appears distorted.

따라서, 실리콘막의 오버랩되는 영역에서 불균일한 결정화영역이 발생하게 되므로써 소자 특성이 나빠지게 되는 문제점이 있다.Therefore, non-uniform crystallization region is generated in the overlapping region of the silicon film, thereby deteriorating device characteristics.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 레이저 결정화시에 마스크 형태를 삼각형 형태로 변경하여 오버랩영역의 실리콘결정화의 균일성을 개선시킬 수 있는 실리콘결정화 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, a silicon crystallization apparatus and silicon using the same that can improve the uniformity of silicon crystallization of the overlap region by changing the mask shape to a triangular form during laser crystallization The purpose is to provide a crystallization method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 결정화 장치는, 레이저빔을 생성하는 레이저빔 발생장치; 상기 레이저빔 발생장치에 대응하여 배치되고, X방향 또는 Y방향으로 이동하는 기판 스테이지; 상기 X-Y 스테이지와 상기 레이저 발생장치사이에 배치되고, 레이저빔을 통과되는 복수개의 마스크패턴의 가장자리부분이 기준선을 중심으로 오버랩되게 형성된 마스크; 상기 마스크를 통과한 레이저빔을 일정비율로 축소하는 축소렌즈; 및 상기 마스크에 연결되고, 마스크를 미소하게 이동시키는 마스크 이동스테이지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.Silicon crystallization apparatus according to the present invention for achieving the above object, the laser beam generating device for generating a laser beam; A substrate stage disposed corresponding to the laser beam generator and moving in an X direction or a Y direction; A mask disposed between the X-Y stage and the laser generator, the edges of the plurality of mask patterns passing through the laser beam overlap each other with respect to a reference line; A reduction lens for reducing the laser beam passing through the mask to a predetermined ratio; And a mask moving stage connected to the mask and moving the mask minutely.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 결정화 방법은, 비정질 실리콘박막이 증착된 기판을 준비하는 단계; 상기 기판을 기판 스테이지에 고정시키는 단계; 복수개의 마스크패턴의 가장자리부분이 기준선을 중심으로 오버랩되게 형성된 마스크를 상기 기판상측에 위치시키는 단계; 상기 마스크의 복수개의 마스크패턴을 통해 레이저빔을 조사하는 단계; 상기 비정질실리콘박막중 상기 마스크패턴의 위치에 해당하는 다수의 영역이 제1차 실리콘결정으로 결정화되는 단계; 상기 마스크 이동스테이지를 이용하여 상기 마스크를 미소한 거리만큼 이동한후 레 이저빔을 조사하여, 상기 제1실리콘결정에 근접한 비정질실리콘영역을 결정화시키는 단계; 및 이러한 결정화공정을 반복수행하여 비정질실리콘박막을 결정화시키는 단계를 포함하여 것을 특징으로한다.In addition, the silicon crystallization method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a substrate on which an amorphous silicon thin film is deposited; Securing the substrate to a substrate stage; Positioning a mask on the substrate, the mask having edges of a plurality of mask patterns overlapping with respect to a reference line; Irradiating a laser beam through a plurality of mask patterns of the mask; Crystallizing a plurality of regions of the amorphous silicon thin film corresponding to the position of the mask pattern with a first silicon crystal; Moving the mask by a small distance using the mask moving stage and irradiating a laser beam to crystallize an amorphous silicon region proximate to the first silicon crystal; And repeating this crystallization process to crystallize the amorphous silicon thin film.

이하, 본 발명에 따른 실리콘 결정화 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a silicon crystallization apparatus and a silicon crystallization method using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 8은 본 발명에 따른 실리콘 결정화 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.8 is a view schematically showing a silicon crystallization apparatus according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 실리콘 결정화용 마스크를 도시한 도면이다.9 is a view showing a mask for silicon crystallization according to the present invention.

도 10은 도 9의 실리콘 결정화용 마스크를 이용하여 레이저빔 조사시의 실리콘막의 형태를 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view showing the form of a silicon film during laser beam irradiation using the silicon crystallization mask of FIG. 9.

도 11은 도 10의 실리콘막의 결정화 상태를 보여 주는 사진이다.FIG. 11 is a photograph showing a crystallization state of the silicon film of FIG. 10.

도 12는 본 발명에 따른 실리콘 결정화 마스크 스테이지를 이동하면서 레이저빔 조사시의 실리콘막의 결정화 형태를 도시한 도면이다.12 is a view showing a crystallization form of a silicon film during laser beam irradiation while moving the silicon crystallization mask stage according to the present invention.

도 8을 참조하면, 실리콘 결정화를 위해 사용되는 결정화 장치(50)는, 레이저빔(53)을 생성하는 레이저 발생장치(55)와, 상기 레이저 장치(55)를 통해 방출된 레이저빔(53)을 집속시키는 집속렌즈(55)와, 레이저빔(53)을 슬릿, 즉 마스크패턴을 통해 나누는 마스크(100)와, 상기 마스크(100)의 하부에 위치하여 상기 마스크(100)를 통과한 레이저빔(53)의 크기를 소정의 비율로 축소하는 축소렌즈(57)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 8, the crystallization apparatus 50 used for silicon crystallization includes a laser generator 55 generating a laser beam 53, and a laser beam 53 emitted through the laser apparatus 55. A focusing lens 55 for focusing the light, a mask 100 dividing the laser beam 53 through a slit, that is, a mask pattern, and a laser beam positioned below the mask 100 and passing through the mask 100. And a reduction lens 57 for reducing the size of the 53 to a predetermined ratio.

또한, 상기 마스크(100)에 대응하는 위치에는 비정질 실리콘박막(140)이 형 성된 기판(120)이 고정된 X-Y 스테이지(150)가 위치한다.In addition, the X-Y stage 150 to which the substrate 120 on which the amorphous silicon thin film 140 is formed is fixed is positioned at a position corresponding to the mask 100.

그리고, 상기 마스크(100)는 소정의 방법으로 마스크 이동 스테이지(110)에 고정되며, 상기 마스크 이동 스테이지(110)의 제어에 따라 수 μm의 미소한 거리를 이동할 수 있다. 상기 마스크 스테이지(110)는 그 규모가 작기 때문에 이동하고 멈추는 시간이 상기 X-Y 스테이지(150)에 비해 현저히 작다.In addition, the mask 100 is fixed to the mask movement stage 110 by a predetermined method, and may move a minute distance of several μm under the control of the mask movement stage 110. Since the mask stage 110 is small in size, the time for moving and stopping is significantly shorter than that of the X-Y stage 150.

따라서, 비정질 실리콘박막(140)을 블록단위로 결정화하는 과정에서 한 블록내에서의 레이저빔(53)의 미소거리 이동은 상기 마스크 스테이지(110)를 이용한 마스크(100)의 움직임에 의해 제어한다. 즉, 한 블록내에서 레이저 빔(53)이 조사되는 영역을 시편의 움직임이 아닌 마스크의 움직임으로 정의한다.Therefore, in the process of crystallizing the amorphous silicon thin film 140 in units of blocks, the micro distance movement of the laser beam 53 in one block is controlled by the movement of the mask 100 using the mask stage 110. That is, the area to which the laser beam 53 is irradiated within one block is defined as the movement of the mask, not the movement of the specimen.

이때, 마스크 스테이지(110)의 움직임의 범위는 한정되어 있기 때문에 기판의 결정영역을 블록 단위로 움직일 경우에만 상기 X-Y 스테이지(150)를 사용한다.In this case, since the movement range of the mask stage 110 is limited, the X-Y stage 150 is used only when the crystal region of the substrate is moved in units of blocks.

이와 같이 마스크 스테이지(110)를 사용하면, X-Y 스테이지(150)만을 사용하였을때 보다 박막을 결정화하는데 걸리는 시간을 많이 단축시킬 수 있다.When the mask stage 110 is used as described above, the time required for crystallization of the thin film can be shortened more than when only the X-Y stage 150 is used.

상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 실리콘결정화 장치를 이용하여 실리콘박막을 결정화하는 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method of crystallizing a silicon thin film using the silicon crystallization apparatus according to the present invention having the above configuration will be described below with reference to the accompanying drawings.

도 9를 참조하면, 기존의 직사각형 형태대신에 가장자리부가 삼각형 형태로 형성된 복수개의 마스크패턴(131)이 구비된 실리콘 결정화용 마스크(100)를 제작한다. 이때, 상기 복수개의 마스크패턴(131)은 각 마스크패턴 (131)의 삼각형 형태인 가장자리부가 기준선(133)을 중심으로 일정폭만큼 겹쳐지게 형성한다.Referring to FIG. 9, a mask 100 for silicon crystallization having a plurality of mask patterns 131 having edges formed in a triangular shape instead of a conventional rectangular shape is manufactured. In this case, the plurality of mask patterns 131 are formed such that the edge portions of the mask patterns 131 in the form of triangles overlap each other by a predetermined width about the reference line 133.

그다음, 도 8에서와 같이, 비정질 실리콘박막(140)이 증착된 기판(120)을 X- Y 스테이지(150)에 고정한후 상기 기판(120)위에 상기 실리콘 결정화용 마스크(100)를 위치시킨다.Next, as shown in FIG. 8, after fixing the substrate 120 on which the amorphous silicon thin film 140 is deposited to the X-Y stage 150, the mask 100 for silicon crystallization is positioned on the substrate 120.

이어서, 레이저 빔을 상기 결정화용 마스크(100)을 통해 기판(120)상에 형성된 비정질실리콘박막(140)에 조사한다. 이때, 상기 레이저빔(53)은 상기 마스크 (100)상에 형성된 복수개의 마스크패턴(131)을 통해 나누어져 한 블록내의 비정질실리콘박막(141)을 부분적으로 녹여 액상 실리콘 상태로 만든다. 즉, 이렇게 부분적으로 녹여진 비정질실리콘박막(141) 부분은 레이저빔 조사로 인해 완전히 녹는 영역(complete melting region)을 나타낸다. 또한, 도 10에서와 같이, 상기 오버랩되는 마스크패턴(131)의 가장자리부(131a)에서는 상하간 레이저빔의 빛간섭에 의해 회절현상이 일어나게 하므로써 레이저빔이 조사된 비정질박막(141)의 가장자리부 (141a)에 완전 녹은 영역(Near complete melting region)이 생성된다.Subsequently, a laser beam is irradiated onto the amorphous silicon thin film 140 formed on the substrate 120 through the crystallization mask 100. In this case, the laser beam 53 is divided through a plurality of mask patterns 131 formed on the mask 100 to partially melt the amorphous silicon thin film 141 in one block to form a liquid silicon state. That is, the part of the amorphous silicon thin film 141 partially melted thus represents a complete melting region due to the laser beam irradiation. In addition, as shown in FIG. 10, the edge portion 131a of the overlapping mask pattern 131 causes diffraction to occur due to light interference of the laser beam between the upper and lower sides, thereby causing the edge of the amorphous thin film 141 to which the laser beam is irradiated. Near complete melting region is created at 141a.

그다음, 레이저 빔 조사를 멈추게 되면, 액상 실리콘은 급속하게 냉각되면서 비정질실리콘과 액상 실리콘의 경계에서 그레인이 성장하게 된다. 이때, 그레인의 크기는 상기 마스크패턴(131)의 너비(A)에 따라 제어할 수 있다.Then, when the laser beam irradiation is stopped, the liquid silicon rapidly cools and grain grows at the boundary between the amorphous silicon and the liquid silicon. In this case, the size of the grain may be controlled according to the width A of the mask pattern 131.

이어서, 도 8의 마스크 스테이지(110)를 이용하여 상기 마스크(131)를 상기 그레인의 너비와 같거나 작은 거리에 해당하는 수 μm만큼 이동한다.Subsequently, the mask 131 is moved by a number μm corresponding to a distance equal to or smaller than the width of the grain using the mask stage 110 of FIG. 8.

이와 같이, 상기 마스크(100)의 마스크패턴(131)은 상기 비정질실리콘박막중 결정화된 영역(141)에 근접하게 위치하게 되어, 마치 기판이 움직인 것과 같은 결과를 얻을 수 있다.As such, the mask pattern 131 of the mask 100 is positioned close to the crystallized region 141 of the amorphous silicon thin film, thereby obtaining a result as if the substrate is moved.

상기 미소한 거리로 움직인 마스크(100)에 레이저빔을 조사하게 되면, 상기 레이저빔은 마스크에 의해 움직인 마스크패턴(131)을 통과하여 1차 조사때의 결정영역의 일부와 이에 근접한 영역의 비정질실리콘박막(143)을 녹이게 된다.When the laser beam is irradiated to the mask 100 moved by the minute distance, the laser beam passes through the mask pattern 131 moved by the mask, and thus the portion of the crystal region in the first irradiation and the region adjacent to the laser beam is moved. The amorphous silicon thin film 143 is dissolved.

또다시 레이저빔 조사를 멈추게 되면, 상기 1차 조사때 형성한 그레인이 씨드로 작용하여 측면 성장한 결정을 얻을 수 있다.When the laser beam irradiation is stopped again, the grain formed during the first irradiation acts as a seed to obtain a laterally grown crystal.

이와 같이 전술한 바와 같은 공정을 반복하여 한 블록의 실리콘 결정 성장을 완료하게 된다.As described above, the process as described above is repeated to complete growth of one block of silicon crystal.

그다음, 한 블록의 결정화가 끝나면, 실리콘의 결정성장이 이루어지지 않은 다음 블록의 결정성장 공정을 시작한다. 이때, 상기 블록간을 이동할 때는 마스크 스테이지(미도시)보다 큰 기판 스테이지(미도시)를 X축 또는 Y축으로 이동하여 결정화 공정을 진행하면 된다. 즉, 도 11에서와 같이, 기판이 배치된 스테이지를 계속해서 이동시키면서 레이저빔을 상기 복수개의 마스크패턴(131)이 형성된 마스크(100)를 통해 조사하므로써 기준선(133)을 중심으로 오버랩되는 마스크패턴(131)의 가장자리부(131a)에서 레이저빔의 빛간섭에 의한 회절현상이 일어나도록 하므로써 마스크패턴(131)의 가장자리부(131a)의 삼각형 형태로 조사된 실리콘박막(141)의 가장자리부(141a)에서의 실리콘 결정화의 균일도가 개선된다.Then, after the crystallization of one block is finished, the crystal growth process of the next block without crystal growth of silicon is started. In this case, when the blocks are moved, the crystallization process may be performed by moving the substrate stage (not shown) larger than the mask stage (not shown) to the X axis or the Y axis. That is, as shown in FIG. 11, the mask pattern overlapped around the reference line 133 by irradiating a laser beam through the mask 100 having the plurality of mask patterns 131 while continuously moving the stage on which the substrate is disposed. The edge portion 141a of the silicon thin film 141 irradiated in a triangular shape of the edge portion 131a of the mask pattern 131 by causing diffraction phenomenon by light interference of the laser beam to occur at the edge portion 131a of 131. The uniformity of silicon crystallization in) is improved.

따라서, 도 11의 "C"부의 단면을 보여주는 사진인 도 12에서와 같이, 기존과 같은 갈고리 모양 형태의 불균일한 영역이 발생하지 않고 균일도가 개선된 것을 알 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 12, which is a photograph showing a cross section of the “C” portion of FIG. 11, it can be seen that the uniformity is improved without the occurrence of a non-uniform hook-like form as before.

상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 실리콘결정화용 마스크 및 이를 이용한 실리콘 결정화방법방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.As described above, according to the silicon crystallization mask and the silicon crystallization method using the same according to the present invention has the following effects.

2-쇼트(shot)용 SLS 공정용 마스크 설계시에 직각형 형태에서 가장자리부 형태를 삼각형 형태로 변경시키므로써 레이저빔의 오버랩시에 균일도를 향상시킬 수 있다.When designing a mask for a two-shot SLS process, the edge shape is changed from a rectangular shape to a triangular shape, thereby improving uniformity in overlapping laser beams.

또한, 마스크 설계시에 가장자리부를 삼각형 형태로 변경시킴과 동시에 상하로 배치되는 마스크패턴의 가장자리부의 일부를 기준선을 중심으로 오버랩되게 설계하므로써 가장자리부의 상하간 간섭에 의해 인위적으로 회절현상에 의한 완전 녹은 영역(near complete melting region)을 생성시키므로써 기판에 형성된 실리콘박막의 결정화를 위해 진행하는 기판의 스테이지 이동에 의한 레이저빔 오버랩시에 불균일도를 제거할 수 있다.In addition, by changing the edge portion to a triangular shape when designing the mask, a part of the edge portion of the mask pattern arranged up and down is overlapped around the reference line, so that the completely melted area caused by diffraction phenomenon artificially due to the interference between the top and bottom edges of the edge portion is designed. By generating a near complete melting region, non-uniformity can be eliminated during laser beam overlap due to stage movement of the substrate which proceeds for crystallization of the silicon thin film formed on the substrate.

한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.On the other hand, while described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below And can be changed.

Claims (5)

레이저빔을 생성하는 레이저빔 발생장치;A laser beam generator for generating a laser beam; 상기 레이저빔 발생장치에 대응하여 배치되고, X방향 또는 Y방향으로 이동하는 기판 스테이지;A substrate stage disposed corresponding to the laser beam generator and moving in an X direction or a Y direction; 상기 X-Y 스테이지와 상기 레이저 발생장치사이에 배치되고, 레이저빔을 통과되는 복수개의 마스크패턴의 가장자리부분이 기준선을 중심으로 오버랩되게 형성된 마스크;A mask disposed between the X-Y stage and the laser generator, the edges of the plurality of mask patterns passing through the laser beam overlap each other with respect to a reference line; 상기 마스크를 통과한 레이저빔을 일정비율로 축소하는 축소렌즈; 및A reduction lens for reducing the laser beam passing through the mask to a predetermined ratio; And 상기 마스크에 연결되고, 마스크를 미소하게 이동시키는 마스크 이동스테이지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 실리콘 결정화 장치.And a mask moving stage connected to the mask and moving the mask minutely. 제1항에 있어서, 상기 마스크패턴 양측의 가장자리부는 삼각형 형태로 형성된 것을 특징으로하는 실리콘 결정화 장치.The silicon crystallization apparatus of claim 1, wherein edge portions of both sides of the mask pattern are formed in a triangular shape. 비정질 실리콘박막이 증착된 기판을 준비하는 단계;Preparing a substrate on which an amorphous silicon thin film is deposited; 상기 기판을 기판 스테이지에 고정시키는 단계;Securing the substrate to a substrate stage; 복수개의 마스크패턴의 가장자리부분이 기준선을 중심으로 오버랩되게 형성된 마스크를 상기 기판상측에 위치시키는 단계;Positioning a mask on the substrate, the mask having edges of a plurality of mask patterns overlapping with respect to a reference line; 상기 마스크의 복수개의 마스크패턴을 통해 레이저빔을 조사하는 단계;Irradiating a laser beam through a plurality of mask patterns of the mask; 상기 비정질실리콘박막중 상기 마스크패턴의 위치에 해당하는 다수의 영역이 제1차 실리콘결정으로 결정화되는 단계;Crystallizing a plurality of regions of the amorphous silicon thin film corresponding to the position of the mask pattern with a first silicon crystal; 상기 마스크 이동스테이지를 이용하여 상기 마스크를 미소한 거리만큼 이동한후 레이저빔을 조사하여, 상기 제1실리콘결정에 근접한 비정질실리콘영역을 결정화시키는 단계; 및Moving the mask by a small distance using the mask moving stage and irradiating a laser beam to crystallize an amorphous silicon region proximate to the first silicon crystal; And 이러한 결정화공정을 반복수행하여 비정질실리콘박막을 결정화시키는 단계를 포함하여 것을 특징으로하는 실리콘 결정화방법.Repeating this crystallization process to crystallize the amorphous silicon thin film. 제3항에 있어서, 상기 마스크패턴 양측의 가장자리부는 삼각형 형태로 형성된 것을 특징으로하는 실리콘 결정화 방법.The silicon crystallization method of claim 3, wherein edge portions of both sides of the mask pattern are formed in a triangular shape. 제3항에 있어서, 상기 기준선을 중심으로 서로 겹쳐진 마스크패턴의 가장자리부에서 레이저빔 간섭에 의한 회절현상이 일어나도록 하는 것을 특징으로하는 실리콘 결정화방법.The silicon crystallization method of claim 3, wherein diffraction occurs due to laser beam interference at edge portions of the mask pattern overlapping each other about the reference line.
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Cited By (3)

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KR101135537B1 (en) * 2010-07-16 2012-04-13 삼성모바일디스플레이주식회사 Laser irradiation apparatus
KR101432156B1 (en) * 2013-06-14 2014-08-20 에이피시스템 주식회사 Method for processing substrate
KR102204176B1 (en) * 2019-11-19 2021-01-15 이재욱 Apparatus and method for cutiing fabric

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