KR20080056524A - 질소 블로잉 장치를 포함하는 결정화 시스템 - Google Patents

질소 블로잉 장치를 포함하는 결정화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘의 결정화를 진행하는 결정화 시스템에 관한 것으로 특히, 결정화가 진행되는 결정화 챔버에 장착되는 질소 분사 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 질소 분사 장치는 결정영역 및 미결정 영역에 대응하여 서로 다른 유량으로 질소를 분사 할 수 있도록 제작된 것을 특징으로 한다.
또한, 전술한 본 발명에 따른 질소 분사 장치를 이용하여, 결정화가 진행되는 진공챔버 내에 기판이 반입되는 순간부터 결정화가 진행된 후, 기판 반출되는 순간까지 단계별로 유량을 달리하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 결정화 공정 동안 산소의 영향을 받지 않을 수 있기 때문에, 균일한 결정립을 가지는 다결정 실리콘층을 형성할 수 있다.

Description

질소 블로잉 장치를 포함하는 결정화 시스템{An crystallizing apparatus for Si including blowing machine to nitrogen}
도 1은 종래에 따른 레이저빔 결정화 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 제 1 예에 따른 결정화용 챔버의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3은 종래에 따른 질소 블로잉 장치를 장착한 종래의 제 2 예에 따른 결정화 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 레이저빔 결정화 시스템을 개략적으로 도시한 단면도 이고,
도 5는 본 발명에 따른 다중 블로잉 장치와 이를 포함한 결정화 챔버의 구성을 개략으로 도시한 단면도이고,
도 6a는 본 발명에 따른 다중 질소 블로잉 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6b는 질소 블로잉 장치의 분사구의 형태를 개략적으로 도시한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 결정화 챔버 204 : 스테이지
206 : 기판 208 : 비정질 실리콘층
212a : 제 1 이송통로 212b : 제 2 이송통로
214 : 제 1 분사구 216 : 제 2 분사구
본 발명은 다결정 실리콘층을 형성하는 결정화 시스템에 관한 것으로 특히, 결정화 챔버 내에 장착되어 질소(N2)를 분사하는 질소 분사 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘은 결정 상태에 따라 비정질 실리콘(amorphous silicon)과 결정질 실리콘(crystalline silicon)으로 나눌 수 있다.
비정질 실리콘은 낮은 온도에서 증착하여 박막(thin film)을 형성하는 것이 가능하여, 주로 낮은 용융점을 가지는 유리를 기판으로 사용하는 액정패널(liquid crystal panel)의 스위칭 소자(switching device)에 많이 사용한다.
그러나, 상기 비정질 실리콘 박막은 액정패널 구동소자의 전기적 특성과 신뢰성 저하 및 표시소자 대면적화에 어려움이 있다.
대면적, 고정세 및 패널 영상구동회로, 일체형 랩탑컴퓨터(laptop computer), 벽걸이 TV용 액정표시소자의 상용화는 우수한 전기적 특성(예를 들면 높은 전계효과 이동도와 고주파 동작특성 및 낮은 누설전류(leakage current))의 화소 구동소자를 요구하며 이는 고품위 다결정 실리콘(poly crystalline silicon)의 응용을 요구하고 있다.
이러한 다결정 실리콘은 일반적으로 비정질 실리콘을 기판에 증착한 후, 상기 비정질 실리콘에 열을 가하여 이를 결정화 하는 방법이며, 열을 가하는 수단으로는 고온의 반응로(furnace)나 비교적 저온인 레이저 빔(laser beam)이용할 수 있으며, 유리를 기판으로 사용하는 경우에는 유리의 변형을 막이 위해 저온 결정화가 필요하므로 주로 레이저 빔을 이용한 결정화가 일반화 되고 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 레이저빔 결정화 시스템에 관하여 간단히 설명한다.
도 1은 종래에 따른 레이저빔 결정화 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다.
레이저빔 결정화 시스템은, 레이저빔(34)을 발생하는 레이저 발생장치(36)와, 상기 레이저 발생장치(36)를 통해 방출된 레이저 빔을 집속시키는 집속렌즈(40)와, 기판(44)에 레이저 빔을 나누어 조사시키는 마스크(38)와, 상기 마스크(38)의 하부에 위치하여 상기 마스크를 통과한 레이저빔(34)을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈(42)로 구성된다.
상기 레이저빔 발생장치(36)는 광원에서 가공되지 않은 레이저빔을 방출시키고, 어테뉴에이터(미도시)를 통과시켜 레이저빔의 에너지 크기를 조절하고, 상기 집속렌즈(40)를 통해 레이저 빔(34)을 조사하게 된다.
상기 마스크(38)에 대응되는 위치에는 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판(44)이 고정된 스테이지(46)가 위치하며, 스테이지(46)의 움직임에 의해 기판(44)의 전면에 결정화가 진행 되도록 한다.
이때, 실제 상기 스테이지(46)는 챔버(미도시) 내부에 구성되며, 상기 레이저 빔은 상기 집속렌즈와 챔버(미도시)의 윗면에 구성된 윈도우(window, 미도시)를 통해 상기 기판(44)에 도달하게 된다.
도 2는 종래의 제 1 예에 따른 결정화용 챔버의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 제 1 예에 따른 결정화 챔버(50)는, 내부가 빈 통형상이다.
상기 결정화 챔버(50)는 윗면에는 투명한 재질의 윈도우(52)가 구성되며, 내부에는 기판(54)이 안착되고, 움직임이 가능한 스테이지(58)가 구비되어 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 진공 챔버(50)의 외부에는 내부를 진공으로 만들기 위한 진공시스템(vacuum system, 미도시)을 포함하며, 상기 외부로 부터 가스가 주입되는 주입구(미도시)와, 가스를 빼내는 배출구(미도시)등이 구성된다.
또한, 대형 챔버의 경우에는 기판(54)을 적하 및 반출할 수 주변 공간 및 장치들이 마련되어 있다.
일반적으로, 레이저 빔을 이용한 결정화는 상기 챔버(50)의 내부에서 진행되며, 상기 챔버(50)의 상면에 구성된 투명한 재질의 윈도우(window,52)를 통해, 스테이지(58)상부에 안착된 기판(54)의 비정질 실리콘층(56)에 레이저 빔(60)이 조사 된다.
일반적으로, 레이저 빔(60)은 위치가 고정되며, 실제 스테이지(58)의 움직임을 통해 기판(54)의 위치가 일 측에서 타 측으로 움직이며 결정화가 진행된다.
그런데, 챔버 내부에 존재하는 산소로 인해 상기 비정질 실리콘층(56)을 결정화 하는 과정에서, 실리콘(Si)과 산소(O2)가 반응하게 되고 결정의 표면에 산화 실리콘(SiO2)이 형성된다.
이러한 산화 실리콘(SiO2)의 영향에 의해, 결정층의 표면이 매우 거칠어지는 문제가 있었다.
따라서, 챔버(50)내의 산소를 효과적으로 제거하기 위해, 결정화 챔버(50) 내부를 진공으로 만들거나 질소(N2)로 가득 채워 상압을 유지함으로써 외부로부터 산소가 유입되지 못하도록 하였다.
그러나, 챔버(50) 내를 진공상태로 만들기 위해서는 시간이 오래 걸리고, 챔버(50)내부를 질소(N2)로 가득 채우게 되면 공정비용이 증가 하는 문제가 있다.
또한, 종래에는 상기 비정질 실리콘층(56)을 멜팅(melting)할 때 발생한 실리콘 퓸(fume,62)으로 인해, 단기간에 상기 챔버(50)의 윈도우(52)가 오염되는 문제가 발생하기 때문에, 이로 인해 레이점 빔(60)의 균일한 투과율을 얻지 못하는 단점이 있다.
따라서, 이를 해결하기 위한 방법으로, 레이저빔이 조사되어 결정화 되고 있 는 영역에만 질소(N2)를 분사(blowing)하는 질소 분사 장치가 제안 되었다.
도 3은 종래에 따른 질소 분사 장치가 구비된 종래의 제 2 예에 따른 결정화 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이다.
종래의 제 2 예에 따른 결정화 챔버(50)는 앞서 설명한 결정화 챔버(50)의 내부에 질소 분사 장치(70)가 구비된다.
상기 질소 분사 장치(70)는 앞서 언급한 실리콘 퓸(Si fume)이 윈도우(52)에 달라붙는 것을 방지하는 기능과 함께, 레이저빔(60)이 조사되는 기판(58)의 결정화 영역(A)에만 질소(N2)를 분사하는 기능을 한다.
따라서, 상기 질소 분사 장치(70)는 상기 윈도우(52)의 아래에 위치하며 최소한 상기 레이저 빔(60)이 입사되는 영역을 가릴 수 있는 크기의 박스 형상으로 구성된다.
이때, 상기 질소 분사 장치(70)는, 챔버(50)의 외부로부터 유입된 질소(N2)를 운반하는 이송 통로(72)가 구성되고, 상기 질소(N2)가 분출되는 분사구(74)와, 상기 분사구(74)에서 수직으로 연장되어 상기 블로잉 장치(70)의 윗면까지 연장된 레이저빔 입사구(76)가 구성된다.
즉, 상기 레이저빔 입사구 및 분사구(76,74)로 레이저 빔이 통과되는 동시에 질소(N2)가 이동하고 분사된다.
이때, 상기 질소 분사 장치(70)의 윗면 중 레이저 빔이 입사되는 부분은 유 리 또는 아크릴판과 같은 투명한 재질로 구성한다.
전술한 바와 같이 구성된 결정화 챔버(50)에 비정질 실리콘층(56)이 형성된 기판(54)을 반입한 후 상기 스테이지(58)에 안착되도록 하고 결정화 공정을 진행함으로써, 비정질 실리콘층(56)을 다결정 실리콘층으로 결정화 할 수 있다.
이때, 결정화 공정 동안, 레이저 빔(60)이 조사되는 결정화 영역(A)에 질소(N2)를 소정 유량으로 연속적으로 분사(blowing)하면서 결정화를 진행한다.
전술한 바와 같이, 상기 질소 분사 장치(70)를 사용하면, 상기 레이저 빔(60)에 의해 비정질 실리콘층(56)이 녹는 동안 발생한 실리콘 퓸(Si fume)이 발생하더라도, 상기 레이저빔(60)이 입사되는 윈도우(52)에 도달하지 못하게 되어 윈도우(52)가 오염되는 것을 방지할 수 있다,
따라서, 레이저빔(60)의 불균일했던 투과율을 균일하게 할 수 있다.
그러나, 전술한 질소 분사 장치(70)는 질소가 분사되는 영역이 결정화가 진행되는 영역(A)으로 한정되어 있기 때문에, 기판(54)에서 산소 제거효율이 낮아지며 이에 따라 특이얼룩이 발생되어 화상 얼룩 불량의 원인이 된다.
따라서, 결정화 표면의 거칠기에 의한 특이 얼룩이 발생하게 되며 특히, 전류구동 방식인 유기전계 발광소자의 경우에는 구동소자의 전류-전압 특성에 민감하게 영향을 받기 때문에 얼룩이 심하게 보이게 되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 결정화 공정시 결정화 층의 표면에 산화 실리콘(SiO2)의 형성을 최소화 하여, 결정의 표면 거칠기(roughness)를 최소화 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
상기 산화 실리콘(SiO2)을 최소화 하기위해, 상기 비정질 실리콘층을 결정화 하는 공정 중, 상기 결정영역 및 미결정 영역에 대응하여 유량을 달리하여 질소를 분사(blowing) 할 수 있도록 다중 분사구로 구성된 질소 분사 장치를 제안하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저빔 결정화 장치는 레이저 빔을 발생하는 레이저 빔 발생 시스템과; 하부에 결정화가 진행될 기판이 안착되는 스테이지가 구성되고, 상부면의 일부는 상기 레이저빔이 입사되는 투명한 윈도우로 구성된 결정화 챔버와; 상기 윈도우와 상기 스테이지 사이에 위치하며, 서로 다른 유량으로 질소를 분사할 수 있고, 중심에서 주변으로 이격된 형태인 복수의 분사구와 상기 분사구에 연결된 복수의 질소 이송 통로를 포함하는 질소 분사 장치를 포함한다.
상기 중심의 제 1 분사구로 질소 및 레이저 빔이 통과되며, 중심의 분사구는 결정화가 진행되고 있는 영역에 대응하여 위치하고, 상기 주변의 분사구는 미결정화영역 및 결정화가 이미 진행된 영역에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 분사구와 이를 중심으로 주변으로 이격된 분사구는 아래로 넓어지는 삿갓 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 분사구에서 분사되는 질소의 유량은 0.001~0.01lpm/mm2인 제 1 유량과 0.01~0.04lpm/mm2인 제 2 유량이며, 상기 중심의 분사구와 주변의 분사구는 상기 제 1 및 제 2 유량 중 선택적으로 유량을 달리할 수 있는 것을 특징으로 한다.
레이저 빔을 발생하는 레이저 빔 발생 시스템과; 하부에 결정화가 진행될 기판이 안착되는 스테이지가 구성되고, 상부면의 일부는 상기 레이저빔이 입사되는 투명한 윈도우로 구성된 결정화 챔버와; 상기 윈도우와 상기 스테이지 사이에 위치하며, 서로 다른 유량으로 질소를 분사할 수 있고, 중심에서 주변으로 이격된 형태인 복수의 분사구와 상기 분사구에 연결된 복수의 질소 이송 통로를 포함하는 질소 분사 장치를 포함하는 레이저 빔 결정화 장치를 이용한 결정화 방법은,
상기 결정화 챔버로 기판을 반입하고 상기 스테이지에 안착되도록 하는 단계와; 상기 안착된 기판에 상기 중심 분사구를 통해 제 1 유량의 질소가 분사되는 동시에 상기 주변 분사구를 통해 제 1 유량<제 2 유량의 관계를 갖는 제 2 유량의 질소를 분사하는 동시에, 상기 중심 분사구를 통해 레이저빔이 조사되어 결정화를 진행하는 단계와; 상기 결정화가 완료된 기판을 챔버에서 반출하는 단계를 포함한다.
상기 결정화 챔버 내에 기판이 유입되고 상기 스테이지에 기판이 안착되기 전까지의 단계에는 상기 중심의 분사구는 0.001~0.01lpm/mm2의 유량으로 질소를 분 사하고 상기 주변의 분사구는 0.01~0.04lpm/mm2의 유량으로 질소를 분사하고, 상기 기판을 스테이지에 안착하는 단계에는 상기 중심의 분사구와 주변의 분사구는 동시에 0.01~0.04lpm/mm2의 유량으로 질소를 분사하는 것을 특징으로 한다.
상기 결정화가 진행되는 단계에서, 상기 중심 분사구의 제 1 유량은 0.001~0.01lpm/mm2이고, 상기 주변 분사구의 제 2 유량은 0.01~0.04lpm/mm2 인 것을 특징으로 한다.
상기 기판을 반출하는 단계에는, 상기 중심 분사구와 주변 분사구의 유량은 상기 결정화를 진행하는 단계와 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 중심의 제 1 분사구로 질소 및 레이저 빔이 통과되며, 중심의 분사구는 결정화가 진행되고 있는 영역에 대응하여 위치하고, 상기 주변의 분사구는 미결정화영역 및 결정화가 이미 진행된 영역에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 분사구와 이를 중심으로 주변으로 이격된 분사구는 아래로 넓어지는 삿갓 형상인 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 질소 분사 장치의 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저빔 결정화 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 결정화 시스템(100)은 레이저 시스템(120)과 결정화 챔버(200)로 구성된다.
상기 레이서 시스템(120)은 레이저빔(104)을 발생하는 레이저 발생장치(102) 와, 상기 레이저 발생장치(102)를 통해 방출된 레이저 빔(104)을 집속시키는 집속렌즈(106)와, 집속렌즈(106)로부터 조사된 빛을 나누는 마스크(108)와, 상기 마스크(108)의 하부에 위치하여 상기 마스크(108)를 통과한 레이저빔(104)을 일정한 비율로 축소하는 축소렌즈(110)로 구성된다. 이때, 상기 마스크(108)는 생략될 수 도 있다.
상기 레이저빔 발생장치(102)는 광원에서 가공되지 않은 레이저빔을 방출시키고, 어테뉴에이터(미도시)를 통과시켜 레이저빔의 에너지 크기를 조절하고, 상기 집속렌즈(106)를 통해 레이저 빔(104)을 조사하게 된다.
상기 결정화 챔버(200)는 윗면에는 투명한 재질의 윈도우(202)가 구성되며, 내부에는 기판(206)이 안착되고 움직임이 가능한 스테이지(204)가 구비되어 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 결정화 챔버(200)의 외부에는 내부를 진공으로 만들기 위한 진공시스템(vacuum system, 미도시)을 포함하며, 상기 외부로 부터 가스가 주입되는 주입구(미도시)와, 가스를 빼내는 배출구(미도시)등이 구성된다.
또한, 대형 챔버의 경우에는 기판(206)을 적하 및 반출할 수 주변 공간 및 장치들이 마련되어 있다.
상기 결정화 챔버(200)의 내부에는 다중 분사구를 갖춘 질소 분사 장치(210)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 질소 분사 장치(210)는 상기 윈도우(202)의 하부에 구비되며, 결정 영역과 미결정 영역에 따라 그리고, 챔버내에서의 기판의 거동 단계에 따라 유량을 달리하여 질소(N2)를 분사할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이에 대해, 이하 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 다중 분사구를 갖춘 질소 분사 장치와 이를 포함한 결정화 챔버의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 결정화 챔버(200)의 내부에 본 발명에 따른 질소 분사 장치(210)가 구성되며, 상기 질소 분사 장치(210)는 질소(N2)를 운반하는 제 1 이송 통로(212a)와 제 2 이송 통로(212b)를 구비하며, 상기 제 1 및 제 2 이송 통로(212a,212b)에서 연장된 제 1 분사구(214)와 제 2 분사구(216)로 구성된다.
상기 제 1 분사구(214)는 상기 질소 분사 장치(210)의 중심에 위치하고, 상기 제 1 분사구(214)의 이격된 둘레에 위치하게 된다.
상기 제 1 분사구(214)와 연결된 제 1 이송 통로(212a)는 레이저 빔(230)이 입사되는 통로를 겸하며, 레이저 빔(230)이 입사되는 질소 분사 장치(210)의 윗면(F)은 상기 결정화 챔버(200)와 유사하게 투명한 재질로 형성한다.
상기 윗면(F)은 경우에 따라 개구된 형태일 수 있다.
따라서, 기판(206)에 형성된 비정질 실리콘층(208)을 결정화 하는 공정 중, 상기 제 1 분사구(214)는 레이저 빔(230)에 의해 비정질 실리콘층(208)이 결정화되고 있는 결정화 영역(D1)에 대응하며, 상기 제 2 분사구(216)는 미결정화 영역(D1) 또는 이미 결정화가 진행된 영역(D1)에 대응하여 위치하게 된다.
이때, 상기 제 1 이송 통로(212a)와 제 2 이송 통로(212b)를 통해 흐르는 질 소(2N)의 유량을 같거나 동일하게 조절할 수 있으며, 이는 상기 제 1 및 제 2 이송통로(212a,212b)와 연결되어 질소(N2)를 주입하는 주입구(미도시)에 유량 조절계(미도시)를 장착함으로써 가능하다.
상기 제 1 및 제 2 분사구(214,216)로 분사되는 질소(N2)의 유량을 달리하는 것은, 결정화 챔버(200)에 기판(206)이 반입되고 결정화 단계를 거치고, 기판을 반출하는 단계로 이어지는 기판의 거동에 따라 산소의 유입 방향을 고려하여 이를 적절히 효과적으로 제거하기 위한 것이다.
이때, 결정화 공정을 위한 기판(206)의 거동 단계는 1. 결정화 챔버(200)의 내부에 기판(206)을 반입하고, 상기 스테이지(204)에 기판(206)을 안착하기 까지의 단계와, 2. 상기 스테이지(204)에 기판(200)이 안착된 단계와, 3. 상기 기판(206)에 결정화가 시작되는 단계 및 결정화가 완료되는 단계와, 결정화가 완료된 기판을 반출하기 까지의 단계로 나눌 수 있다.
이때, 상기 질소 분사 장치(210)는 기판(206)이 반입되고 반출되는 동안, 상기 제 1 및 제 2 분사구(214,216)를 통해 질소(N2)를 연속하여 분사하고 있는 상태이며, 각 단계에 따라 상기 제 1 및 제 2 분사구(214,216)에서 유량을 달리하여 질소(N2)를 분사하는 것을 특징으로 한다.
이하, 표를 참조하여 상세히 설명한다.
단계 질소(N2) 분사 영역
D1: 제 1 분사구 D2: 제 2 분사구
기판이 반입되기 전의 상태 0.001~0.01lpm / mm 2 0.01~0.04lpm/mm 2
기판 반입 시작
기판 반입 완료 0.01~0.04lpm/mm 2
결정화 시작 0.001~0.01lpm/mm 2
결정화 완료
기판 반출 단계
[ 표 ]
위의 표에 도시한 바와 같이,
1. 결정화 챔버(200)의 내부에 비정질 실리콘층(208)이 형성된 기판(206)을 반입하고 상기 스테이지(204)에 기판(206)을 안착하기 까지의 단계에는, 상기 질소 분사 장치(210)의 제 1 분사구(214)의 유량< 제 2 분사구(216)의 유량이 되도록 하고 이때, 상기 제 1 분사구(214)의 유량은 0.001~0.01lpm/mm2이고, 상기 제 2 분사구(216)의 유량은 0.01~0.04lpm/mm2인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하면, 기판(206)이 결정화 챔버(200) 내로 반입되어 상기 스테이지(204)에 안착되고 이후, 결정화가 진행될 때 상기 반 입시 유입되었던 산소(O2)가 이후 결정화 공정시 결정화 영역(D1)으로 침입하지 못하도록 미리 제거될 수 있다.
2. 상기 스테이지(204)에 기판(200)이 안착된 단계에는, 상기 질소 분사 장치(200)의 제 1 분사구(214)의 유량 ＜ 제 2 분사구의 유량(216)이 되도록 하고 이때, 상기 제 1 분사구(214)와 제 2 분사구의 유량(216)은 0.01~0.04lpm/mm2 의 범위내에서 정해지는 것을 특징으로 한다.
3. 상기 기판(206)에 대한 결정화 시작 및 끝단계와, 결정화가 완료된 기 판(206)을 반출하기 까지의 단계에는, 상기 질소 분사 장치(210)의 제 1 분사구(214)의 유량 < 제 2 분사구(214)의 유량이 되도록 하고, 이때 상기 제 1 분사구(214)의 유량은 0.001~0.01lpm/mm2이고, 제 2 분사구(216)의 유량은 0.01~0.04lpm/mm2인 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 기판(206)의 거동 단계에 따른 상기 제 1 및 제 2 분사구(214,216)의 유량을 달리함으로써, 기판(206)의 유입 방향에 따라 효과적으로 질소를 분사 해줌으로써, 기판(206)의 표면에 존재할 수 있는 산소를 효과적으로 제거할 수 있다.
특히, 상기 기판(206)의 비정질 실리콘층(208)을 결정화 하는 단계에서, 상기 제 1 분사구(214)로부터 질소(N2)가 분출되는 동시에 레이저빔이 조사되며, 앞서 언급한 바와 같이 결정화가 진행되는 영역(D1)에 대응하는 상기 제 1 분사구(214)의 질소(N2) 유량을 상기 제 2 분사구(216)의 질소 유량보다 작게 하는 것은 얼룩을 방지하기 위함이다.
전술한 기판(200)의 거동 단계별로 상기 질소 분사 장치(210)의 제 1 분사구(214)와 제 2 분사구(216)에서 분사되는 질소(N2)의 유량을 달리함으로써, 산소(O2)를 효과적으로 제거 할 수 있기 때문에 결정화 공정이 왼료된 폴리 실리콘층의 표면에는 표면 거칠기의 원인이 되는 산화 실리콘(SiO2)이 형성되지 않는다.
이를 통해, 동작특성이 개선된 소자를 개발할 수 있다.
이하, 전술한 질소 분사 장치의 형태는 다양하게 설계될 수 있으며 이하, 6a 내지 도 6b를 참조하여 그 한 예를 설명한다.
도 6a는 본 발명에 따른 질소 분사 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6b는 질소 분사 장치의 분사구의 형태를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 질소 분사 장치(210)는 바(bar) 형상으로 구성할 수 있으며, 앞서 언급한 바와 같이, 질소(N2) 이송통로(214,216)와 이에 연결된 분사구(214,216)로 구성할 수 있다.
이때, 분사구(214,216)의 형태는 도시한 바와 같이 분사구(214,216)를 둘러싸는 면이 양측으로 퍼지는 형상인 삿갓 형상으로 구성하는 것을 특징으로 하며, 이와 같이 하면 질소(N2)가 분사되는 영역을 넓힐 수 있다.
또한, 상기 질소(N2)가 분사되는 분사구(214,216)는 중심의 제 1 분사구(214)를 중심으로, 상기 분사구의 둘레에 이와 이격하여 다수개의 분사구(216..)가 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 분사구(214)와 이에 연결된 질소(N2)이동통로는, 레이저 빔이 입사되는 통로이기도 하다.
따라서, 상기 제 1 분사구에서 연장된 제 1 이송통로(212a)의 연장선에 대응하는 분사 장치(210)의 윗면은 투명한 재질로 형성된 투과부(F)가 구성되며, 레이저빔이 이송통로로 입사될 수 있도록 한다.
이상으로, 본 발명에 따른 질소 분사 장치를 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 질소 분사 장치를 이용하여, 기판의 거동단계에 따라 분사 장치의 분사구를 다수개로 하고 위치별로 유량을 달리하여 질소를 분사하게 되면, 결정화 하는 동안 산소의 영향을 받지 않을 수 있기 때문에 결정층의 표면에 산화 실리콘이 형성되지 않는 효과가 있다.
따라서, 결정층의 표면 상태가 양호하기 때문에 이를 소자로 제작하게 되면, 동작특성이 뛰어난 특성을 보이는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 레이저 빔을 발생하는 레이저 빔 발생 시스템과;
    하부에 결정화가 진행될 기판이 안착되는 스테이지가 구성되고, 상부면의 일부는 상기 레이저빔이 입사되는 투명한 윈도우로 구성된 결정화 챔버와;
    상기 윈도우와 상기 스테이지 사이에 위치하며, 서로 다른 유량으로 질소를 분사할 수 있고, 중심에서 주변으로 이격된 형태인 복수의 분사구와 상기 분사구에 연결된 복수의 질소 이송 통로를 포함하는 질소 분사 장치
    를 포함하는 레이저 빔 결정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심의 제 1 분사구로 질소 및 레이저 빔이 통과되며, 중심의 분사구는 결정화가 진행되고 있는 영역에 대응하여 위치하고, 상기 주변의 분사구는 미결정화영역 및 결정화가 이미 진행된 영역에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 결정화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 분사구와 이를 중심으로 주변으로 이격된 분사구는 아래로 넓어지 는 삿갓 형상인 것을 특징으로 하는 레이저빔 결정화 장치.
  4. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사구에서 분사되는 질소의 유량은 0.001~0.01lpm/mm2인 제 1 유량과 0.01~0.04lpm/mm2인 제 2 유량이며, 상기 중심의 분사구와 주변의 분사구는 상기 제 1 및 제 2 유량 중 선택적으로 유량을 달리할 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저빔 결정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소 분사 장치의 윗면에는 상기 윈도우와 대응하는 부분에 레이저 빔이 입사될 수 있는 투과부 또는 개구부가 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔 결정화 장치.
  6. 레이저 빔을 발생하는 레이저 빔 발생 시스템과; 하부에 결정화가 진행될 기판이 안착되는 스테이지가 구성되고, 상부면의 일부는 상기 레이저빔이 입사되는 투명한 윈도우로 구성된 결정화 챔버와; 상기 윈도우와 상기 스테이지 사이에 위치 하며, 서로 다른 유량으로 질소를 분사할 수 있고, 중심에서 주변으로 이격된 형태인 복수의 분사구와 상기 분사구에 연결된 복수의 질소 이송 통로를 포함하는 질소 분사 장치를 포함하는 레이저 빔 결정화 장치를 이용한 결정화 방법에 있어서,
    상기 결정화 챔버로 기판을 반입하고 상기 스테이지에 안착되도록 하는 단계와;
    상기 안착된 기판에 상기 중심 분사구를 통해 제 1 유량의 질소가 분사되는 동시에 상기 주변 분사구를 통해 제 1 유량<제 2 유량의 관계를 갖는 제 2 유량의 질소를 분사하는 동시에, 상기 중심 분사구를 통해 레이저빔이 조사되어 결정화를 진행하는 단계와;
    상기 결정화가 완료된 기판을 챔버에서 반출하는 단계
    를 포함하는 레이저 빔 결정화 장치를 이용한 결정화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 결정화 챔버 내에 기판이 유입되고 상기 스테이지에 기판이 안착되기 전까지의 단계에는 상기 중심의 분사구는 0.001~0.01lpm/mm2의 유량으로 질소를 분사하고 상기 주변의 분사구는 0.01~0.04lpm/mm2의 유량으로 질소를 분사하고, 상기 기판을 스테이지에 안착하는 단계에는 상기 중심의 분사구와 주변의 분사구는 동시에 0.01~0.04lpm/mm2의 유량으로 질소를 분사하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 결 정화 장치를 이용한 결정화 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 결정화가 진행되는 단계에서, 상기 중심 분사구의 제 1 유량은 0.001~0.01lpm/mm2이고, 상기 주변 분사구의 제 2 유량은 0.01~0.04lpm/mm2 인것을 특징으로 하는 레이저빔 결정화 장치를 이용한 결정화 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판을 반출하는 단계에는, 상기 중심 분사구와 주변 분사구의 유량은 상기 결정화를 진행하는 단계와 동일한 것을 특징으로 하는 레이저 빔 결정화 장치를 이용한 결정화 방법.
  10. 제 6 항및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 중심의 제 1 분사구로 질소 및 레이저 빔이 통과되며, 중심의 분사구는 결정화가 진행되고 있는 영역에 대응하여 위치하고, 상기 주변의 분사구는 미결정화영역 및 결정화가 이미 진행된 영역에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 레 이저 빔 결정화 장치를 이용한 결정화 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 분사구와 이를 중심으로 주변으로 이격된 분사구는 아래로 넓어지는 삿갓 형상인 것을 특징으로 하는 레이저빔 결정화 장치를 이용한 결정화 방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 질소 분사 장치의 윗면에는 상기 윈도우와 대응하는 부분에 레이저 빔이 입사될 수 있는 투과부 또는 개구부가 구성된 것을 특징으로 레이저빔 결정화 장치를 이용한 결정화 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11666989B2 (en) 2015-08-27 2023-06-06 Samsung Display Co., Ltd. Laser crystallizing apparatus

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