KR20080046375A - 순수 비정질 실리콘층을 갖는 기판의 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결정화를 진행하여 폴리실리콘층을 형성하기 전 순수 비정질 실리콘층과 그 상부에 자연적으로 형성됨으로써 오염된 실리콘 산화막을 제거하기 위한 기판의 세정 방법에 있어서, 상기 기판을 불산(HF)에 노출시킴으로써 상기 오염된 실리콘 산화막을 제거하는 단계와; 상기 오염된 실리콘 산화막이 제거된 기판을 오존(O3)수에 노출시킴으로써 상기 비정질 실리콘층 상에 순수 실리콘 산화막을 제 1 두께로 형성하는 단계와; 상기 제 1 두께의 순수 실리콘 산화막이 형성된 기판을 순수 세정을 실시하는 단계와; 상기 순수 세정을 마친 기판 상의 상기 순수를 완전히 제거하는 단계를 포함하는 기판의 세정 방법을 제공한다.
세정, 오존수, 워터마크, 비정질 실리콘, 실리콘 산화막, 결정화

Description

순수 비정질 실리콘층을 갖는 기판의 세정 방법{Method for cleaning the substrate including the intrinsic amorphous silicon layer}
도 1은 종래의 실리콘 산화막 제거를 위한 기판 세정 진행 후 워터마크가 발생한 것으로 보이는 사진.
도 2a 내지 2g는 본 발명에 따른 순수 비정질 실리콘층을 갖는 기판의 세정 방법을 각 단계별로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 순수 비정질 실리콘층을 갖는 기판의 세정을 진행하는 트랙 타입의 세정기의 측면 개략도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
101 : 기판 110 : 순수 비정질 실리콘층
120 : 순수 실리콘 산화막 210 : 제 2 세정존(오존수 처리 존)
245 : (기판을 이동시키는)트랙
250a, 250b : (개폐되는 특징을 갖는) 기판 입구 및 출구
255 :에어 나이프 260 : (오존수를 스프레이 시키는)노즐
t2 : 순수 실리콘 산화막의 두께
본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판에 있어서 폴리실리콘으로 결정화하기 전 비정질 실리콘 표면의 불순물을 제거하기 위한 세정 방법에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
상기 액정표시장치는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor ; TFT)를 포함하는 어레이 기판과 컬러 필터(color filter) 기판 사이에 액정을 주입하여, 이 액정의 이방성에 따른 빛의 굴절률 차이를 이용해 영상효과를 얻는 비발광 소자에 의한 화상표시장치를 뜻한다.
현재에는, 상기 박막 트랜지스터와 화소 전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD ; Active Matrix Liquid Crystal Display)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 박막트랜지스터 소자로는 수소화된 비정질 실리콘(amorphous-Silicon:H ; 이하 비정질 실리콘(a-Si)이라 약칭함)이 주로 이용되는데, 이는 저온 공정이 가능하여 저가의 절연기판을 사용할 수 있기 때문이다.
그러나, 수소화된 비정질 실리콘은 원자 배열이 무질서하기 때문에 약한 결합(weak Si-Si bond) 및 댕글링 본드(dangling bond)가 존재하여 빛 조사나 전기장 인가 시 준 안정상태로 변화되어 박막트랜지스터 소자로 활용시 안정성이 문제로 대두되고 있다. 또한, 전기적 특성(낮은 전계효과 이동도 : 0.1∼1.0㎠/V·s)이 좋지 않아 구동회로를 구성하는 구동소자로써는 사용하기 어렵다.
반면, 폴리 실리콘은 비정질 실리콘에 비하여 전계효과 이동도(mobility)가 크기 때문에 이를 이용하여 형성한 박막트랜지스터 등의 소자는 구동소자로 사용될 수 있으며, 상기 폴리실리콘을 이용하여 액정표시장치용 어레이 기판을 제작할 경우, 상기 어레이 기판 내에 구동소자를 함께 구성함으로써 구동회로부까지 하나의 기판에 형성할 수 있는 바 구동회로 등이 구비된 PCB등을 따로 부착하지 않아도 되는 장점이 있다.
이러한 폴리실리콘을 이용한 액정표시장치를 어레이 기판을 제조하기 위해서는 비정질 실리콘을 투명한 절연기판에 전면 증착하고, 이를 열처리 또는 레이저 조사 등을 통해 폴리실리콘으로 재결정화하는 단계를 진행해야 하는데, 비정질 실리콘 특성상 공기중에 노출되면 자연적으로 실리콘 산화막이 형성되며, 이러한 자연적인 실리콘 산화막은 형성 시 공기중의 불순물이 개입됨으로써 불순물에 오염된 실리콘 산화막이 형성되게 된다. 이러한 오염된 자연 발생적인 실리콘 산화막(이하 자연 산화막이라 칭함)을 갖는 비정질 실리콘층을 레이저 등을 조사하여 결정화하게 되면 결정화시 상기 불순물에 영향으로 그레인 등에 결함이 발생함으로써 이동도 등이 저하되며 소자로서의 안정성이 떨어지게 되는 바, 상기 결정화 공정 이전 에 상기 자연 산화막을 제거하는 세정 공정을 진행하여야 한다.
이러한 비정질 실리콘층 상에 형성된 오염된 자연 산화막은 통상적으로 불산(HF)에 식각되는 바, 공기와 접촉하지 않는 분위기를 갖는 시스템(이하 클로징 시스템이라 칭함) 예를들어 진공 챔버 내에서 상기 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 불산(HF)에 노출시킴으로써 제거하게 되며, 이렇게 오염된 잔연 산화막 제거 후, 기판상에 남아있는 불산(HF)을 완전히 제거하기 위해 순수(DI)로 더욱 세정하고 있다.
하지만, 상기 불산(HF)에 의해 완전히 자연 산화막이 제거된 상태의 비정질 실리콘은 완전한 극소수성 특성을 가지며, 이러한 극소수성 성질에 의해 순수와의 표면 마찰력이 거의 제로에 가까운 상태가 되어 상기 순수를 일반적인 건조방법 예를들면 스핀 드라이어를 이용하여 강한 회전에 의한 건조를 실시하게 되면 상기 순수 비정질 실리콘층 상에서 밀려나가지 않고 미세한 순수 방울이 비정질 실리콘층 표면에 남아 있게 된다. 이러한 순수 방울이 대기 중의 산소와 결합함으로써 용존 산소량을 높이고 비정질 실리콘 표면을 녹여 H2SiO3라는 화합물을 생성시키게 된다.
이러한 비정질 실리콘 표면에 형성된 H2SiO3 라는 화합물은 최종적으로 비정질 실리콘층에 완전 고착됨으로써 도 1 에 도시한 바와같은 워터마크라는 불량을 만들어 내게 된다.
따라서, 이러한 워터마크 문제를 해결하고자 상기 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 닫힌 시스템내에서 불산(HF)을 사용하여 세정한 후, 동 시스템내에서 순수 로써 린싱을 실시한 후, 최종적으로 이소프로필알콜(IPA) 증기를 이용하여 상기 순수를 건조시키고 있는 실정이다.
하지만, 이러한 불산(HF)을 이용한 비정질 실리콘을 세정하는 각 단계는 진공 챔버 등의 닫힌 시스템에서 진행되고 있는 바, 설비 투자에 있어 비용 소모가 증가될 뿐 아니라 최근에는 기판이 1000mm*1500mm 이상으로 대형됨으로써 이러한 크기의 기판에 대응되는 닫힌 시스템을 구현하기 위해서는 시설 투자에 너무 많은 비용이 투자되는 바, 타 표시장치와 치열한 가격 경쟁을 하고 있는 현 시점에서 가격 경쟁력이 저하되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 기판상에 폴리실리콘 형성을 위해 우선 진행되는 세정 공정에 있어서 공기중에 노출되지 않도록 하는 클로징 시스템의 도입없이도 불순물을 포함하는 실리콘 산화막을 완전히 제거할 수 있는 실리콘 세정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 클로징 시스템을 필요로 하지 않는 바, 설비 투자 비용을 절감시킴으로써 가격 경쟁력을 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 결정화를 진행하여 폴리실리콘층을 형성하기 전 순수 비정질 실리콘층과 그 상부에 자연적으로 형성됨으로써 오염된 실리콘 산화막을 제거하기 위한 기판의 세정 방법은, 상기 기판을 불산(HF) 수용액에 노출시킴으로써 상기 오염된 실리콘 산화막을 제거하는 단계와; 상기 오염된 실리콘 산화막이 제거된 기판을 오존(O3)수에 노출시킴으로써 상기 비정질 실리콘층 상에 순수 실리콘 산화막을 제 1 두께로 형성하는 단계와; 상기 제 1 두께의 순수 실리콘 산화막이 형성된 기판을 순수 세정을 실시하는 단계와; 상기 순수 세정을 마친 기판 상의 상기 순수를 완전히 제거하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 각 단계는, 다수의 세정존을 가지며 각 세정존 간에는 트랙이 구비되어 기판이 이동하는 것을 특징으로 하는 트랙 타입 세정 장치내에서 진행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 세정존은 서로 격리되며, 이웃한 두 세정 존 간에는 서로 연결되며 개폐가 가능한 기판 출입구를 구비한 것이 특징이며, 상기 기판을 불산에 노출시키 전 불산 세정이 이루어지는 제 1 세정 존으로 위치시키는 단계와; 불산 세정 완료 후, 상기 기판을 제 2 세정 존인 오존수 세정 존으로 상기 트랙을 통해 이동시키는 단계와; 상기 오존수 세정 후, 상기 기판을 제 3 세정 존인 순수 세정 존으로 상기 트랙을 통해 이동시키는 단계를 더욱 포함하며, 이때, 상기 제 1, 2 세정 존에는 에어 나이프를 더욱 구비하여 상기 기판의 타 세정존으로 이동 시 질소(N2)가스를 상기 기판의 표면에 분사시켜 상기 기판 표면의 각 세정액을 1차적으로 제거시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 두께는 10Å 내지 20Å 이거나 또는 상기 제 1 두께는 50Å 이 되며, 상기 제 1 두께가 50Å인 경우, 상기 순수 세정을 실시하기 전에 상기 제 1 두께의 순수 실리콘 산화막이 형성된 기판을 2차로 불산(HF) 수용액에 노출시킴으로써 상기 제 1 두께의 순수 실리콘 산화막이 제 2 두께가 되도록 식각하는 단계를 더욱 포함하며, 이때, 상기 제 2 두께는 10Å 내지 20Å인 것이 바람직하다. 이때, 상기 2차로 불산 수용액에 노출시키는 단계는, 0.25%의 불산 수용액에서 50초간 진행하는 것이 특징이다.
또한, 상기 순수를 제거하는 단계는, 상기 순수 세정한 기판을 스핀 드라이어 상에 위치시키는 단계와; 상기 기판을 회전시키는 단계를 더욱 포함하며, 상기 불산(HF) 수용액은 불산(HF)의 농도가 0.25%인 것이 특징이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2g는 기판 상에 비정질 실리콘층을 증착하는 단계를 포함하여 자연적으로 발생하는 불순물이 함유된 실리콘 산화막을 제거하기 위한 본 발명에 따른 기판을 세정하는 과정을 도시한 공정 단면도이다.
우선 도 2a 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 상에 비정질 실리콘을 증착함으로써 순수 비정질 실리콘층(110)을 형성한다. 이 경우 상기 순수 비정질 실리콘의 증착은 주로 플라즈마를 이용한 화학적기상(PECVD)법에 의해 진행되는 데, 실란(SiH4)과 수소(H2)로 채워진 진공 챔버(190) 내에서 플라즈마를 형성함으로써 실란(SiH4)과 수소(H2)가 상기 플라즈마에 의해 이온과 라디칼을 형성하고, 높은 흡착계수를 갖는 상기 라디칼이 상기 투명한 절연기판(101) 상에 흡착된 후, 화학적 물리적으로 재결합함으로써 박막을 형성하게 되며, 적정 시간이 지나면 도시한 바와 같은 적정 두께(1800Å 내지 2500Å)를 갖는 순수 비정질 실리콘층(110)을 형성하게 된다.
다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 순수 비정질 실리콘층(110)이 적절한 두께(1800Å 내지 2500Å)로 형성된 기판(100)은 상기 순수 비정질 실리콘층(110)에 레이저 등을 조사함으로써 결정화하여 폴리실리콘층으로 형성하는 단계를 진행하기 전, 상기 PECVD 장비(미도시)의 진공 챔버(도 2a의 190) 내부에서 대기중으로 노출됨으로써 대기중의 산소(O2)와 반응하여 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 위로 제 1 두께(t1)를 갖는 자연 발생적인 자연 산화막(115)이 형성되게 된다. 이 경우, 대기 중의 불순물(특히 금속성의 불순물)이 이러한 순수 비정질 실리콘과 산소(O2)와의 반응에 개입하게 됨으로써 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 상부에 자연적으로 형성되는 자연 산화막(115)은 상기 불순물에 의해 오염된 상태가 된다.
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 이러한 오염된 자연 산화막(도 2b의 115)과 순수 비정질 실리콘층(110)을 갖는 기판(101)을 불산(HF) 수용액에 노출시킴으로써 상기 순수 비정질 실리콘층 상의 오염된 실리콘 산화막(도 2b의 115)을 완전히 제거한다. 이때 상기 불산(HF) 수용액은 0.25% 농도를 갖는 것이 특징이다.
이 경우 본 발명에 있어서는 상기 기판(101) 상의 순수 비정질 실리콘층(110)을 불산(HF) 수용액에 노출시키는 공정을 진행하는 장치는 종래에서 언급한 진공 챔버 등의 진공상태를 형성할 수 있는 진공장비가 아니라 불산(HF)을 포함하여 세정 시 사용하는 세정액이 외부로 새어 나가지 않도록 처리되는 격리된 공간을 가지며, 기판(101)을 이동시키는 것이 가능한 이동수단을 구비한 세정장치인 것이 특징이다. 즉, 도 3에 도시한 바와같이, 다수의 서로 격리된 세정 존(205, 210, 215, 220)을 가지며 상기 서로 격리된 세정 존(205, 210, 215, 220) 간에 기판(101)이 순차적으로 통과하도록 제조된 트랙(245)을 갖는 세정 장치(200)의 하나의 격리된 세정 존(205) 내부이면 가능하다. 이 경우 상기 서로 격리된 각 세정 존(205, 210, 215, 220)은 일반 대기 분위기를 갖게 된다.
본 발명에 이용되는 트랙 타입의 세정장치에 대해 도 3을 참조하여 조금 더 상세히 설명한다.
상기 본 발명에 이용되는 세정장치(200)는 서로 격리된 상태를 가지며 외견상으로는 마치 하나로 연결된 상태를 갖는 제 1 내지 제 4 세정 존(205, 210, 215, 220)과, 상기 각 세정 존(205, 210, 215, 220)을 기판(101)이 순차적으로 통과할 수 있도록 그 상부에서 상기 기판(101)이 일방향으로 이동되도록 회전하는 롤러 등을 갖는 트랙(245)이 구비되어 있으며, 상기 제 4 세정 존(220)과 연결되며 세정된 기판(101)을 빠르게 회전시킴으로써 상기 기판(101) 상에 남아있는 세정액을 완전히 건조시키기 위한 스핀 드라이어(230)를 구비하고 있다.
이때 상기 각 세정 존(205, 210, 215, 220)에는 세정액이 외부로 새는 것을 방지하기 위해 세정 시에는 완전 밀폐된 상태를 유지할 수 있는 구조가 되며, 세정을 마친 후 새로운 세정 존으로 이동시는 상기 기판(101)이 각 밀폐된 세정 존을 빠져나갈 수 있도록 개폐가 가능한 출입구(250)가 각 세정 존(205, 210, 215, 220)의 트랙(245) 상부로 양측면부에 구비되고 있다. 이때, 중간에 위치한 제 2 및 제 3 세정존(210, 215)에 있어서는 상기 제 1 세정존(205)의 출구가 곧 상기 제 2 세정존(210)의 입구가 되며, 상기 제 2 세정존(210)의 출구가 상기 제 3 세정존(215)의 입구가 되고 있음을 알 수 있다. 마찬가지로 상기 제 3 세정존(215)의 출구는 상기 제 4 세정존(220)의 입구가 되고 있다. 상기 기판(101) 출입구(250)는 각 세정존(205, 210, 215, 220)에서 세정이 진행시에는 모두 닫힌 상태가 되며, 세정 후에는 상기 기판(101)의 이동방향 쪽에 위치한 출구가 열린상태가 되어 기판(101)이 상기 열려진 출구를 통해 트랙(245)상에서 상기 이전 세정 존의 열린 상태의 출구를 입구로 하는 새로운 세정 존으로 이동하게 된다.
그리고, 각 세정 존(205, 210, 215, 220) 중 특히 스핀 드라이어(230)와 인접한 제 4 세정 존(220)을 제외한 제 1 내지 제 3 세정 존(205, 210, 215)의 각각의 출구 근처에는 각 세정 존(205, 210, 215)에서 그 세정액을 달리하여 세정 처리된 기판(101) 상에 남아있는 각 세정액을 어느 정도 제거하기 위해 상기 기판(101)의 폭 정도의 길이 더욱 정확히는 상기 트랙(245)의 폭 정도를 가지며 질소(N2) 등을 소정의 압력을 가지며 상기 기판(101) 표면에 대해 분사하는 것을 특징으로 하는 에어 나이프(255)가 더욱 구비되어 있다. 하지만 이러한 에어 나이프(255)는 생략될 수도 있다.
도 3에 도시한 일례의 트랙 타입 세정 장치(200)에 있어 각 세정 존(205, 210, 215, 220)에서 이루어지는 세정은, 상기 기판(101)이 이동하는 트랙(245)의 상부에 다수의 노즐(260) 등이 구비됨으로써 상기 다수의 노즐(260)을 통해 세정액이 상기 기판(101)상에 고르게 스프레이 되도록 하는 방식으로 진행되고 있는 것을 일례로써 나타내고 있지만, 본 발명은 이러한 노즐을 통한 스프레이 방식의 세정에 한정되지 않고, 상기 세정존(205, 210, 215, 220)의 구조를 일부 변경함으로써 기판(101)이 세정액 속에 완전히 잠기게 되는 디핑(dipping)방식으로 진행될 수도 있다.
일례로써 도면상에 나타내지 않았지만, 특정 세정 존에 위치하는 트랙은 상하로 업(up)/다운(down)이 가능하도록 하고, 상기 세정존에 기판이 위치하여 정지하도록 한 후, 상기 트랙 하부까지 세정액이 채우진 상태에서 상기 트랙을 상기 세정액의 표면보다 더욱 하부에 위치하도록 하강시켜 상기 기판이 세정액 속에 잠기게 한다. 이후, 적절한 시간이 지나면 상기 트랙을 세정액 표면보다 상부에 위치하도록 상승시켜 상기 기판이 다시 세정액 위로 노출되도록 하는 동시에 상기 트랙이 타 세정존의 트랙과 동일한 선상에 위치하도록 한 후 상기 트랙의 롤러를 다시 동작하여 회전시킴으로써 새로운 세정 존으로 이동하도록 진행시킬 수도 있다.
다음, 이러한 구조를 갖는 트랙 타입의 세정장치(도 3의 200)의 제 1 세정 존(205) 내부에서 상기 기판상의 실리콘 산화막을 불산(HF)에 노출시키는 세정은 도 2c에 도시한 바와 같이, 다수의 노즐을 통해 불산(HF) 수용액을 상기 기판의 표면에 고루 스프레이 하는 형식으로 이루어지게 된다. 이는 상기 불산(HF) 자체가 실리콘과 반응하는 성질을 갖기에 디핑(dipping) 타입으로 상기 세정을 실시할 경 우 기판(101) 자체에 영향을 줄 수 있는 바, 상기 기판(101)의 배면이 상기 불산(HF)에 되도록 노출되지 않는 상기 스프레이 방식의 세정으로 진행되는 것이 바람직하다.
다음, 제 1 세정 존(도 2c의 205)에서 불산(HF) 세정 작업을 완료한 상기 기판(101)을 도 2d에 도시한 바와 같이, 새로운 제 2 세정 존(210)으로 이동시킨다. 이때 상기 제 1 세정 존(도 2c의 205)에서 상기 제 2 세정 존(210)을 이동시에는 상기 제 1 세정 존(도 2c의 205)의 출구(250a) 근처에 소정의 압력으로 질소(N2) 가스를 상기 기판(101)의 표면에 대해 소정의 각도로 분사하는 에어 나이프가(255) 더욱 구비됨으로써 이를 통해 상기 기판(101) 상에 남아있는 불산(HF) 수용액을 어느 정도 제거할 수 있다.
이후 상기 제 2 세정 존 내에서 상기 불산(HF) 처리를 마친 기판을 오존(O3)수에 노출시킨다. 이때 상기 오존(O3)수에의 노출은 도시한 바와같은 스프레이 방식 또는 도면에 나타나지 않았지만 디핑 방식 어느 세정 방식을 사용해도 무방하다. 이때 오존(O3)수에 의해 상기 기판(101) 상에 소량 남아있는 불산(HF) 수용액은 씻겨 나가게 됨으로써 완전히 제거된 상태가 되며, 이러한 상태에서 오존(O3)수와, 상기 오염된 실리콘 산화막(도 2b의 115)이 제거되어 노출된 순수 비정질 실리콘층(110)이 반응함으로써 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 위로 소정 두께(t2)를 갖는 실리콘 산화막(120)이 형성되게 된다.
이 경우 상기 오존(O3)수는 순도가 매우 높으며 불순물을 포함하고 있지 않는 바, 이에 반응하여 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 상에 형성되는 실리콘 산화막(120)은 불순물을 포함하지 않는 순수한 실리콘 산화막(120)을 이루게 된다. 이때 상기 오존(O3)수에 상기 순수 비정질 실리콘층(110)이 노출되는 시간을 적절히 조절함으로써 대기 중에 노출 시 자연적으로 형성되는 자연 산화막의 두께(도 2b의 t1) 정도가 되도록 형성하는 것이 바람직하겠지만 실험상으로 이러한 두께 수준을 맞추기에는 트랙 타입의 세정장비(도 3의 200) 특성상 많은 조정이 필요로 하게 됨을 알 수 있었으며, 트랙(245)상에서 기판(101)의 원활한 흐름 및 형성된 순수 실리콘 산화막(120)의 두께 균일성 등을 감안할 때, 상기 자연 산화막의 두께(도 2b의 t1)보다 적당히 두꺼운(t2 > t1) 수준인 50Å정도의 두께(t2)를 목표로 하여 상기 오존(O3)수 세정을 실시하는 것이 가장 바람직하였다.
통상적으로 순수 비정질 실리콘층을 대기 중에 노출 시 자연적으로 형성되는 자연 산화막(도 2b의 115)은 그 반응이 거의 포화된 상태에서 10Å-20Å정도의 두께(도 2b의 t1)를 갖는데 이러한 자연 산화막(도 2b의 115)의 두께(도 2b의 t1)보다는 더 두꺼운(t2 > t1) 제 1 두께(t2)가 되도록 상기 오존(O3)수에의 노출에 의한 상기 순수 실리콘 산화막(120)을 형성하는 것이 공정 안정성 측면에서 유리함을 실험적으로 알 수 있었다. 따라서 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 상에 상기 순수 실리콘 산화막(120)이 50Å 정도의 제 1 두께(t2)를 가지며 형성되도록 상기 오 존(O3)수의 세정 시간을 적절히 조절한다. 이때 상기 오존(O3)수에 반응하여 형성된 순수 실리콘 산화막(120)은 극소수성을 갖는 상기 순수 비정질 실리콘층(110)과는 달리 친수성 특성을 갖는다.
다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 오존(O3)수 처리에 의해 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 상에 형성된 순수 실리콘 산화막(120)을 갖는 기판(101)을 상기 트랙타입 세정 장비(도 3의 120)의 제 3 세정 존(215)으로 이동시킨 후, 제 2 차 불산(HF) 처리함으로써 상기 순수 실리콘 산화막(120)을 불산(HF)에 노출시켜 그 두께를 감소시킨다. 이때 상기 불산(HF) 처리에 이용되는 불산(HF) 수용액은 그 농도가 0.25%인 것을 사용한다.
이때, 상기 순수 실리콘 산화막(120)이 상기 불산(HF)에 노출되는 시간을 적절히 조절함으로써 최종적으로 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 상에 남게 되는 순수 실리콘 산화막(120)의 제 2 두께(t2)가 대기중에 노출 시 자연적으로 형성되는 불순물을 포함하는 자연 산화막의 두께(도 2b의 t1)인 10Å-20Å정도가 되도록 한다. 예를들어 상기 오존(O3)수에의 노출에 의해 상기 순수 실리콘 산화막(도 2d의 120)이 50Å 정도의 두께(도 2d의 t1)를 가지고 형성되었을 경우, 상기 제 3 세정존(215) 내에서 상기 불산(HF)에 50초 동안 상기 순수 실리콘 산화막(도 2d의 120)을 노출시키게 되면 최종적으로 상기 비정질 실리콘층(110) 상에 남아있는 순수 실리콘 산화막(120)의 제 2 두께(t3)는 대기중에 노출 시 자연적으로 형성되는 불순물을 포함하는 실리콘 산화막의 두께(도 2b의 t)인 10Å-20Å정도가 되게 된다.
이러한 제 2 차 불산(HF) 처리 단계는 상기 오존(O3)수 세정 단계에서 상기 오존(O3)수와 반응하여 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 상에 형성된 순수 실리콘 산화막의 두께(도 2d의 120)가 공기 중에 노출 시 자연적으로 형성되는 실리콘 산화막의 두께(도 2b의 t1)인 10Å-20Å정도로 공정 진행 상 안정적으로 형성될 경우 생략할 수도 있다.
최종적으로 이렇게 순수 실리콘 산화막의 제 3 두께(t3)를 대기 중에 노출 시 자연적으로 형성되며 반응의 포화상태가 된 자연 산화막의 두께(도 2b의 t1) 수준(t3 = t1)으로 형성하는 이유는, 최종적으로 형성된 순수 실리콘 산화막(120)은 그 두께(t3)가 너무 두꺼우면 레이저 조사 등에 의한 결정화 공정 진행 시 레이저의 파워를 더욱 높게 해야하는 등의 네거티브한 영향을 줄 수 있고, 그 두께(t3)가 너무 얇으면 대기 중에 노출 시 산소(O2)와 하부의 순수 비정질 실리콘층이 반응하여 거의 반응의 포화상태가 되는 10Å-20Å정도의 두께에 이를 때까지 계속적으로 반응하게 되어 상기 순수 실리콘 산화막(120) 위로 불순물을 포함하는 실리콘 산화막이 더욱 형성되게 됨으로써 본 발명의 종래기술에서 언급한 바와 같은 결정화 시 문제점을 유발시키게 된다.
따라서, 전술한 제 2 차 불산(HF) 세정 공정은 오존(O3)수에 반응하여 형성된 순수 실리콘 산화막(120)이 대기 중에 노출되면 자연 발생하는 불순물을 포함하는 자연 산화막의 두께(도 2b의 t1)보다 두꺼운(도 2d의 t2 > 도 2b의 t1) 두께를 가지며 형성되었을 경우, 실시하여야 한다.
다음, 도 2f에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 차 불산(HF) 세정 처리된 기판(101)을 제 4 세정 존(220)으로 이동시킨 후, 순수(DI)로 린싱(rinsing)을 실시함으로써 상기 기판(101) 상에 남아있는 불산(HF)을 완전히 씻어낸다. 이 경우 상기 2차 불산(HF) 처리 단계를 진행하는 제 3 세정 존(도 2e의 215)에서 순수로 린싱을 실시하는 제 4 세정 존(220)으로 이동 시 질소(N2) 등을 분사하는 에어 나이프(255) 등을 통과시킴으로서 1차적으로 상기 기판(101) 상에 남아있는 불산(HF)을 어느 정도 제거한 후, 상기 순수(DI)로서 린싱(rinsing)을 실시하면 더욱 빠른 시간 내에 린싱(rinsing) 공정을 진행하게 된다.
다음, 도 2g에 도시한 바와 같이, 순수(DI)에 의해 린싱(rinsing) 공정을 완료한 후, 상기 기판(101)을 상기 제 4 세정(도 3의 220) 존 최후 끝단에 위치하는 건조를 위한 스핀 드라이어(도 3의 230)에 위치시킨 후, 상기 기판(101)을 강력하게 회전시키면 상기 기판(101)상에 남아있는 순수(DI)를 완전히 제거할 수 있다. 이 경우 상기 순수 실리콘 산화막(120)은 친수성 특성을 가지므로 상기 순수(DI)와 비교적 큰 마찰력을 갖게 되므로 상기 스핀 드라이어(도 3의 230)의 강한 회전에 의해 기판(101)의 중심에서 외각쪽으로 밀려나면서 최종적으로는 상기 기판(101)상에서 더욱 정확히는 상기 실리콘 산화막(120) 상에서 완전히 제거되게 된다.
따라서, 순수 방울이 기판(101)상에 잔존함으로써 발생되는 워터마크 불량을 방지하게 됨과 동시에 이미 순수 비정실 실리콘과 대기 중의 산소(O2)가 반응의 포화상태가 되어 더 이상 반응을 하지 못하게 되는 10Å-20Å 두께(t3)의 순수 실리 콘 산화막(120)이 형성되고 있는 바, 이러한 상태에서 대기 중에 장시간 노출된다 하더라도 불순물을 포함하는 자연 산화막은 더 이상 형성되지 않게 된다.
이후 전술한 바와 같은 단계를 통해 순수 비정질 실리콘층(110) 및 순수 실리콘 산화막(120)이 형성된 기판(101)에 레이저를 조사함으로써 상기 순수 비정질 실리콘층(110)을 결정화함으로써 폴리실리콘층을 형성하고 이를 반도체층으로 하여 박막트랜지스터를 형성함으로서 빠른 이동도를 가지며 불순물에 의한 결함이 없는 액정표시장치용 어레이 기판을 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서는 일련의 세정 공정이 트랙 타입의 세정 장치내에서 진행되는 것을 일례로써 보이고 있으나, 이에 한정하지 않고, 스핀 타입 세정 장비(다수의 격리된 세정 존을 구비하며 중앙부에 구성된 로봇에 의해 각 세정 존으로 이동이 가능한 세정장비로써 기판에 대해 마치 스프링 쿨러가 회전하며 물을 뿌리듯이 기판이 스테이지 상에 고정된 상태에서 노즐이 회전하며 세정액을 스프레이 하는 형식으로 세정이 진행됨)에 대해서도 동일한 공정 단계를 진행함으로써 동일한 결과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 그 장치 비용이 매우 비싼 진공 챔버을 구비한 닫힌 시스템을 갖추지 않고 상기 닫힌 시스템 대비 그 비용이 매우 저렴한 일반적인 다수의 서로 격리된 세정 존을 갖는 트랙 방식의 세정 장치를 이용하여 순수 비정질 실리콘층 상에 자연적으로 형성되는 오염된 실리콘 산화막을 효율적으로 제거할 수 있는 바, 투자 비용 절감의 효과가 있다.
또한, 스핀 드라이어를 이용한 건조 시 순수가 비정질 실리콘층 상에 남지 않도록 함으로써 워터마크 발생에 따른 불량을 방지하는 효과가 있다.
또한, 오염된 자연 산화막의 제거를 위한 세정에 있어 트랙 방식의 세정을 도입할 수 있는 바, 기판의 대면적화에 비교적 작은 비용으로써 용이하게 대응할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 결정화를 진행하여 폴리실리콘층을 형성하기 전 순수 비정질 실리콘층과 그 상부에 자연적으로 형성됨으로써 오염된 실리콘 산화막을 제거하기 위한 기판의 세정 방법에 있어서,
    상기 기판을 불산(HF) 수용액에 노출시킴으로써 상기 오염된 실리콘 산화막을 제거하는 단계와;
    상기 오염된 실리콘 산화막이 제거된 기판을 오존(O3)수에 노출시킴으로써 상기 비정질 실리콘층 상에 순수 실리콘 산화막을 제 1 두께로 형성하는 단계와;
    상기 제 1 두께의 순수 실리콘 산화막이 형성된 기판을 순수 세정을 실시하는 단계와;
    상기 순수 세정을 마친 기판 상의 상기 순수를 완전히 제거하는 단계
    를 포함하는 기판의 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 10Å 내지 20Å인 기판의 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 50Å인 기판의 세정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 순수 세정을 실시하기 전, 상기 제 1 두께의 순수 실리콘 산화막이 형성된 기판을 2차로 불산(HF) 수용액에 노출시킴으로써 상기 제 1 두께의 순수 실리콘 산화막이 제 2 두께가 되도록 식각하는 단계를 더욱 포함하는 기판의 세정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 두께는 10Å 내지 20Å인 기판의 세정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 2차로 불산 수용액에 노출시키는 단계는,
    0.25%의 불산 수용액에서 50초간 진행하는 것이 특징인 기판의 세정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 단계는, 다수의 세정존을 가지며 각 세정존 간에는 트랙이 구비되어 기판이 이동하는 것을 특징으로 하는 트랙 타입 세정 장치내에서 진행되는 것을 특징으로 하는 기판의 세정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 세정존은 서로 격리되며, 이웃한 두 세정 존 간에는 서로 연결되며 개폐가 가능한 기판 출입구를 구비한 것이 특징인 기판의 세정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판을 불산에 노출시키 전 불산 세정이 이루어지는 제 1 세정 존으로 위치시키는 단계와;
    불산 세정 완료 후, 상기 기판을 제 2 세정 존인 오존수 세정 존으로 상기 트랙을 통해 이동시키는 단계와;
    상기 오존수 세정 후, 상기 기판을 제 3 세정 존인 순수 세정 존으로 상기 트랙을 통해 이동시키는 단계
    를 더욱 포함하는 기판의 세정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 세정 존에는 에어 나이프를 더욱 구비하여 상기 기판의 타 세정존으로 이동 시 질소(N2)가스를 상기 기판의 표면에 분사시켜 상기 기판 표면의 각 세정액을 1차적으로 제거시키는 기판의 세정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 순수를 제거하는 단계는,
    상기 순수 세정한 기판을 스핀 드라이어 상에 위치시키는 단계와;
    상기 기판을 회전시키는 단계
    를 더욱 포함하는 기판의 세정 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 불산(HF) 수용액은 불산(HF)의 농도가 0.25%인 기판의 세정 방법.
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