KR20080040995A

KR20080040995A - Laser crystallization apparatus and silicon crystallization method using the same

Info

Publication number: KR20080040995A
Application number: KR1020060109038A
Authority: KR
Inventors: 정성원
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2008-05-09
Also published as: KR101335639B1

Abstract

A laser crystallization apparatus is provided to improve the number of effective laser pulses irradiated to the same position of a substrate by including a stage with a tilt angle. A laser irradiating apparatus(100) irradiates a laser. A stage(130) is inclined by a tilt angle, corresponding to the laser irradiating apparatus. A plurality of pins(140) are mounted on the stage, vertically transferring. The laser irradiating apparatus can include a laser generating part for generating a laser beam, a reflection mirror(121,122,123) for varying the progression direction of the laser beam emitted through the laser generating part, and a single homogenizer(124) for making uniform the energy density of the laser beam whose progression direction is varied by the reflection mirror.

Description

LASER CRYSTALLIZATION APPARATUS AND SILICON CRYSTALLIZATION METHOD USING THE SAME

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a laser crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 이용한실리콘 결정화 방법을 설명하기 위한 도면들이다.2A to 2C are diagrams for describing a silicon crystallization method using a laser crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법에서 기판에 전달되는 레이저빔의 단축을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a shortening of the laser beam delivered to the substrate in the silicon crystallization method according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법에서 기판에 전달되는 레이저빔의 단축 중첩에 따른 레이저 세기 분포를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the laser intensity distribution according to the uniaxial superposition of the laser beam delivered to the substrate in the silicon crystallization method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 실리콘 결정화 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon crystallization technology, and more particularly, to a laser crystallization apparatus and a silicon crystallization method using the same.

유기 발광 표시 장치 및 액정 표시 장치와 같은 표시 장치는 큰 부피와 고전압을 필요로 하는 음극선관과 달리 두께가 얇고 저전압으로 동작하는 장점이 있어 차세대 표시 장치로서 널리 이용되고 있다.Display devices such as an organic light emitting display device and a liquid crystal display device are widely used as next generation display devices because they have a thin thickness and operate at a low voltage, unlike a cathode ray tube requiring a large volume and a high voltage.

특히, 유기 발광 표시 장치는 유기 물질에 양극(anode)과 음극(cathode)을 통하여 주입된 전자와 정공이 재결합(recombination)하여 여기자(exciton)을 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생하는 현상을 이용한 자체 발광형 표시 장치이다. In particular, the organic light emitting diode display recombines electrons and holes injected through an anode and a cathode into an organic material to form excitons, and energy of a specific wavelength is formed by energy from the excitons formed. It is a self-luminous display device using a phenomenon of generating light.

따라서, 유기 발광 표시 장치는 백라이트와 같은 별도의 광원이 요구되지 않아 액정 표시 장치에 비해 소비 전력이 낮을 뿐만 아니라 광시야각 및 빠른 응답속도 확보가 용이하다는 장점이 있어 차세대 표시 장치로서 주목받고 있다.Accordingly, the organic light emitting diode display is attracting attention as a next-generation display device because it does not require a separate light source such as a backlight, and thus has low power consumption and easy securing of a wide viewing angle and a fast response speed compared to the liquid crystal display.

유기 발광 표시 장치는 구동 방식에 따라 수동 구동형(passive matrix type)과 능동 구동형(active matrix type)으로 구분되는데, 최근에는 낮은 소비 전력, 고정세, 빠른 응답 속도, 광시야각 및 박형화 구현이 가능한 능동 구동형이 주로 적용되고 있다.The organic light emitting diode display is classified into a passive matrix type and an active matrix type according to a driving method, and recently, low power consumption, high definition, fast response speed, wide viewing angle, and thinness can be realized. Active drive type is mainly applied.

능동 구동형 유기 발광 표시 장치에서는 기판에 화상 표현의 기본 단위인 화소(pixel)가 매트릭스 형태로 배열되고, 각 화소마다 적(red; R), 녹(green; G), 청(blue; B)을 내는 각각의 유기 물질로 이루어지는 발광층을 사이에 두고 양극의 제1 전극과 음극의 제2 전극이 순차적으로 형성된 발광 소자가 배치된다. 그리고, 각 화소마다 발광 소자에 접속하여 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT, 이하 TFT라 칭함)가 형성되어 화소를 독립적으로 제어한다.In an active driven organic light emitting display device, pixels, which are basic units of image representation, are arranged in a matrix on a substrate, and red (R), green (G), and blue (B) are arranged for each pixel. A light emitting device in which a first electrode of an anode and a second electrode of a cathode are sequentially formed is disposed with a light emitting layer made of each organic material emitting light. Each pixel is connected to a light emitting element to form a thin film transistor (TFT, hereinafter referred to as TFT) to independently control the pixel.

또한, 유기 발광 표시 장치에서 화소가 형성되는 기판은 주로 유리나 플라스틱과 같은 절연 재질로 이루어지기 때문에 기판의 변형을 일으키지 않으면서 화소 동작에 유리한 특성을 가지는 TFT를 제조하는 것이 중요하다.In addition, since the substrate on which the pixel is formed of the organic light emitting diode display is mainly made of an insulating material such as glass or plastic, it is important to manufacture a TFT having favorable characteristics for pixel operation without causing deformation of the substrate.

따라서, 유기 발광 표시 장치에서는 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 증착하고 이를 저온에서 결정화한 폴리실리콘(poly crystalline silicon)을 액티브층으로 사용하는 폴리실리콘 TFT를 사용하고 있으며, 결정화 공정으로 주로 엑시머 레이저 어닐링(excimer laser annealing; ELA)과 같은 레이저 결정화 공정을 적용하고 있다.Therefore, the organic light emitting diode display uses a polysilicon TFT which deposits amorphous silicon and crystallizes it at low temperature as an active layer, and mainly uses excimer laser annealing as a crystallization process. Laser crystallization processes such as excimer laser annealing (ELA) are applied.

레이저 결정화 공정은 높은 에너지를 갖는 레이저빔을 결정화가 요구되는 부분의 비정질 실리콘막에 조사하는 것으로, 순간적인 가열에 의해 결정화가 이루어지기 때문에 기판을 변형시키지 않으면서 결정화를 수행할 수 있다. 또한, 레이저빔의 조사에 의해 비정질 실리콘막이 액체 상태로 용융된 후 고체로 고상화될 때 실리콘 원자들이 우수한 결정성을 갖는 그레인 형태로 재배열되므로 폴리실리콘막의 우수한 전기적 특성을 확보할 수 있다.In the laser crystallization process, a laser beam having a high energy is irradiated to an amorphous silicon film in a portion where crystallization is required. Since crystallization is performed by instantaneous heating, crystallization can be performed without deforming the substrate. In addition, when the amorphous silicon film is melted in a liquid state by the laser beam and solidified into a solid, the silicon atoms are rearranged into grains having excellent crystallinity, thereby ensuring excellent electrical characteristics of the polysilicon film.

한편, 레이저 결정화 공정에서 레이저빔은 기판에 대해 수직으로 입사되어 좁은 영역에 집중되어 조사된다. 따라서, 기판 전체에 레이저를 조사하기 위해서는 비정질 실리콘막이 증착된 기판을 레이저 결정화 장치의 스테이지에 장착한 후, 소정 면적의 비정질 실리콘막에 레이저빔을 조사하고 다시 스테이지를 이동하여 다음 면적의 비정질 실리콘막에 레이저빔을 조사하는 과정을 반복 수행하여야 한다.Meanwhile, in the laser crystallization process, the laser beam is incident perpendicularly to the substrate and is concentrated and irradiated in a narrow area. Therefore, in order to irradiate a laser onto the entire substrate, the substrate on which the amorphous silicon film is deposited is mounted on the stage of the laser crystallization apparatus, and then the laser beam is irradiated to the amorphous silicon film of the predetermined area, and the stage is moved again to move the amorphous silicon film of the next area. The process of irradiating the laser beam must be repeated.

그런데, 레이저빔이 기판에 대해 수직으로 입사되면 레이저빔의 단축 길이가 짧아, 기판을 이동하며 동일한 면적의 비정질 실리콘막에 레이저빔을 조사할 때 기판의 동일 지점에 조사되는 유효 레이저 펄스수가 작을 뿐만 아니라 레이저 샷(shot)간 균일도가 열악하여 결정화 특성이 저하된다. 그 결과, 폴리실리콘막에 줄무늬 등이 심하게 발생하게 된다.However, when the laser beam is incident perpendicularly to the substrate, the short axis length of the laser beam is short, so that the effective number of effective laser pulses irradiated to the same point of the substrate when the laser beam is irradiated to the amorphous silicon film of the same area while moving the substrate is small. However, the uniformity between the laser shots is poor and the crystallization characteristics are lowered. As a result, streaks and the like are severely generated in the polysilicon film.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 실리콘을 결정화 할 때 결정화 특성을 개선하여 폴리실리콘막에 줄무늬가 발생하는 것을 최소화할 수 있는 레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to improve the crystallization characteristics when crystallizing silicon laser crystallization apparatus that can minimize the generation of streaks in the polysilicon film and the same It is to provide a silicon crystallization method used.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는, 레이저를 조사하는 레이저 조사 장치, 레이저 조사 장치에 대응하여 배치되고 기울기각을 가지고 기울어진 스테이지, 및 스테이지에 장착되어 상하로 이동하는 복수개의 핀들을 포함한다.In order to achieve the above object, the laser crystallization apparatus according to the embodiment of the present invention, a laser irradiation apparatus for irradiating a laser, a stage disposed corresponding to the laser irradiation apparatus and inclined with an inclination angle, and mounted on the stage, It includes a plurality of moving pins.

여기서, 스테이지의 기울기각이 0 내지 90도의 각도를 가질 수 있다.Here, the inclination angle of the stage may have an angle of 0 to 90 degrees.

또한, 레이저 조사 장치가 레이저빔을 발생하는 레이저 발생부와, 레이저 발생부를 통해 방출된 레이저빔의 진행 방향을 변경하는 복수개의 반사경들과, 반사경들로부터 진행 방향이 변경된 레이저빔의 에너지 밀도를 균일하게 하는 단축 균질자를 포함할 수 있다.In addition, the laser irradiation apparatus generates a laser beam generating a laser beam, a plurality of reflectors for changing the traveling direction of the laser beam emitted through the laser generating unit, and the energy density of the laser beam whose traveling direction is changed from the reflecting mirrors is uniform. It may contain a shortening homogenizer.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 결정화 방법은, 상술한 레이저 결정화 장치를 준비하고, 레이저 결정화 장치로 비정질 실리콘막이 적층된 기판을 투입한다. 그 다음, 핀들을 상승시켜 기판을 수평으로 지지시키고, 핀들을 순차적으로 하강시켜 기판을 스테이지와 동일한 기울기각으로 기울 인다. 그 후, 핀들을 다시 순차적으로 하강시켜 기판을 기울어진 상태로 스테이지에 안착시키고, 레이저 조사 장치로부터 레이저빔을 발생시켜 기판에 적층된 비정질 실리콘막으로 레이저빔을 조사하는 단계들을 포함한다.In order to achieve the above object, in the silicon crystallization method according to the embodiment of the present invention, the laser crystallization apparatus described above is prepared, and a substrate on which an amorphous silicon film is stacked is introduced into the laser crystallization apparatus. The pins are then raised to support the substrate horizontally, and the pins are lowered sequentially to tilt the substrate at the same tilt angle as the stage. Thereafter, the pins are sequentially lowered again to seat the substrate on the stage in an inclined state, and the laser beam is generated from the laser irradiation apparatus to irradiate the laser beam with an amorphous silicon film laminated to the substrate.

여기서, 레이저빔이 250 내지 500mJ/㎠의 에너지를 가질 수 있다.Here, the laser beam may have an energy of 250 to 500mJ / cm 2.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치를 설명한다.First, a silicon crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

도 1을 참조하면, 레이저 결정화 장치는 레이저를 조사하는 레이저 조사 장치(100), 레이저 조사 장치(100)에 대응하여 배치되고 기울기각(Θ)을 가지고 기울어진 스테이지(130), 및 스테이지(130)에 장착되어 상하로 이동하는 복수개의 핀들(140)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a laser crystallization apparatus includes a laser irradiation apparatus 100 for irradiating a laser, a stage 130 disposed corresponding to the laser irradiation apparatus 100 and inclined with an inclination angle Θ, and a stage 130. It includes a plurality of pins 140 mounted on the) to move up and down.

레이저 조사 장치(100)는 레이저빔을 발생하는 레이저 발생부(110), 레이저 발생부(110)를 통해 방출된 레이저빔의 진행 방향을 변경하는 제1, 제2 및 제3 반사경(121, 122, 123), 및 제3 반사경(123)으로부터 진행 방향이 변경된 레이저빔의 에너지 밀도를 균일하게 하는 단축 균질자(homogenizer, 124)를 포함할 수 있다. The laser irradiation apparatus 100 may include a laser generator 110 that generates a laser beam, and first, second, and third reflectors 121 and 122 that change a traveling direction of the laser beam emitted through the laser generator 110. , 123, and a uniaxial homogenizer 124 uniforming the energy density of the laser beam whose direction of travel is changed from the third reflector 123.

또한, 스테이지(130)의 기울기각(Θ)은 스테이지(130)에 기판(150, 도 2a 참조)이 안착되어 레이저빔이 조사될 때 레이저빔이 수직으로 입사되지 않도록 0도 보다 크고 90도 보다 작은 각도, 바람직하게 30 내지 45도의 각도를 가질 수 있다.In addition, the inclination angle Θ of the stage 130 is greater than 0 degrees and greater than 90 degrees so that the substrate 150 (see FIG. 2A) is seated on the stage 130 so that the laser beam is not vertically incident when the laser beam is irradiated. It may have a small angle, preferably between 30 and 45 degrees.

다음으로, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 상술한 레이저 장치를 이용한 실리콘 결정화 방법을 설명한다.Next, the silicon crystallization method using the laser device described above with reference to FIGS. 2A to 2C will be described.

도 2a를 참조하면, 상술한 레이저 결정화 장치로 비정질 실리콘막(151)이 적층된 기판(150)을 투입하고 핀들(140)을 상승시켜 기판(150)을 수평으로 지지하도록 한다.Referring to FIG. 2A, the substrate 150 in which the amorphous silicon film 151 is stacked is introduced into the laser crystallization apparatus described above, and the pins 140 are raised to support the substrate 150 horizontally.

그 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 핀들(140)을 순차적으로 하강시켜 기판(150)을 스테이지(130)와 동일한 기울기각(Θ)으로 기울인다.Next, as shown in FIG. 2B, the fins 140 are sequentially lowered to tilt the substrate 150 at the same tilt angle Θ as the stage 130.

그 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 핀들(140)을 다시 순차적으로 하강시켜 기울어진 상태로 스테이지(130)에 기판(150)을 안착시킨다. 이때, 핀들(140)이 하강하면서 기판(150)이 스테이지(130)에 자동으로 정렬되므로 스테이지(130)에 기판(150)을 정렬하기 위한 별도의 과정이 요구되지 않는다.Next, as shown in FIG. 2C, the pins 140 are sequentially lowered again to seat the substrate 150 on the stage 130 in an inclined state. In this case, since the pins 140 are lowered and the substrate 150 is automatically aligned with the stage 130, a separate process for aligning the substrate 150 with the stage 130 is not required.

그 후, 레이저 조사 장치(100)로부터 250 내지 500mJ/㎠, 바람직하게 315 mJ/㎠의 에너지로 레이저빔을 발생시켜 기판(150)에 적층된 비정질 실리콘막(151)으로 레이저빔을 조사하여 비정질 실리콘막(151)을 폴리실리콘막(미도시)으로 변화시킨다. Thereafter, the laser beam is generated from the laser irradiation apparatus 100 at an energy of 250 to 500 mJ / cm 2, preferably 315 mJ / cm 2, thereby irradiating the laser beam to the amorphous silicon film 151 laminated on the substrate 150. The silicon film 151 is changed into a polysilicon film (not shown).

그러면, 기판(150)이 스테이지(130)와 동일한 기울기각(Θ)을 가지고 스테이지(150)에 안착됨에 따라, 도 3과 같이 기판(150)으로 전달되는 레이저빔의 단축 길이가 기판(150)이 수평으로 위치하는 경우에 비해 증가하게 된다. Then, as the substrate 150 is seated on the stage 150 with the same inclination angle Θ as the stage 130, the short axis length of the laser beam transmitted to the substrate 150 as shown in FIG. 3 is increased. This increases compared to the case where the horizontal position.

또한, 기판(150)의 A 지점은 레이저빔의 포커스 영역이 되어 상술한 범위의 레이저 에너지가 조사되고, B 지점은 포커스 영역에서 벗어나는 지점으로 A 지점에 비해 5mJ/㎠정도의 낮은 에너지로 레이저빔이 조사된다. 이로써 도 4와 같은 분포로 기판(150)으로 조사되는 레이저빔이 중첩되어 기판(150)의 동일 지점에 조사되는 유효 레이저 펄스수가 증가할 뿐만 아니라 레이저 샷(shot)간 균일도가 개선된다. 그 결과, 폴리실리콘막에 줄무늬 등이 발생되는 것이 최소화될 수 있다.In addition, the point A of the substrate 150 is the focus area of the laser beam is irradiated with the laser energy of the above-described range, the point B is a point away from the focus area, and the laser beam at a lower energy of about 5 mJ / cm 2 than the point A This is investigated. As a result, the number of effective laser pulses irradiated to the same point of the substrate 150 is increased by overlapping the laser beams irradiated onto the substrate 150 with the distribution as shown in FIG. As a result, generation of streaks and the like on the polysilicon film can be minimized.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 기울기각을 가지는 스테이지를 구비하여 스테이지에 기판을 기울기각을 가지고 안착시킴으로써 기판의 동일 지점에 조사되는 유효 레이저 펄스수 및 레이저 샷간 균일도를 개선할 수 있다.As described above, the laser crystallization apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention includes a stage having an inclination angle, and thus the uniformity between the effective laser pulses and the laser shots irradiated to the same point of the substrate is set by mounting the substrate on the stage with the inclination angle. can do.

따라서, 상기 레이저 결정화 장치를 이용하여 실리콘막의 결정화를 수행할 경우 폴리실리콘막에 야기되는 줄무늬 등을 최소화할 수 있다.Therefore, when the silicon film is crystallized using the laser crystallization device, streaks or the like caused by the polysilicon film can be minimized.

Claims

A laser irradiation device for irradiating a laser;

A stage disposed corresponding to the laser irradiation apparatus and inclined at an inclination angle; And

A plurality of pins mounted on the stage and moving up and down

Laser crystallization apparatus comprising a.

According to claim 1,

And a tilt angle of the stage is 0 to 90 degrees.

According to claim 1,

The laser irradiation device

A laser generator for generating a laser beam,

A reflector for changing a traveling direction of the laser beam emitted through the laser generator;

And a uniaxial homogenizer for uniforming the energy density of the laser beam whose direction of travel is changed from the reflector.

Preparing a laser crystallization apparatus according to any one of claims 1 to 3;

Inputting a substrate on which an amorphous silicon film is stacked into the laser crystallization apparatus;

Lifting the pins to horizontally support the substrate;

Sequentially lowering the pins to tilt the substrate at the same tilt angle as the stage;

Lowering the pins sequentially again to seat the substrate on the stage in an inclined state; And

Irradiating a laser beam to the amorphous silicon film laminated on the substrate by generating a laser beam from the laser irradiation device.

The method of claim 4, wherein

Silicon crystallization method wherein the laser beam has an energy of 250 to 500mJ / ㎠.