KR20110032359A - 레이저 결정화 장치 - Google Patents

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박경호
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Abstract

본 발명은 레이저 결정화 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 박스 본체와, 상기 박스 본체의 내부를 제1 작업실과 제2 작업실로 구분하며 상기 제1 작업실과 상기 제2 작업실을 서로 연결하는 통과공을 갖는 격벽과, 상기 제1 작업실의 일측에 형성된 가스 유입 포트, 그리고 상기 격벽에 인접하도록 상기 제2 작업실에 형성된 복수의 유동 제어판들을 포함한다.
레이저, 결정화, 질소 가스, 균일 분포, 유동 제어판, 레이저 결정화 장치

Description

레이저 결정화 장치 {LASER CRYSTALLIZATION APPARATUS}
본 발명은 레이저 결정화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질 실리콘을 안정적으로 결정화 시킬 수 있는 레이저 결정화 장치에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치나 액정 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.
따라서, 유기 발광 표시 장치에서는 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 증착하고 이를 저온에서 결정화한 폴리 실리콘(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.
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.
한편, 레이저 결정화 공정에서 레이저빔은 질소(N2) 가스와 산소(O2) 가스가 혼합된 공간에서 기판에 대해 수직으로 입사된다. 산소(O2) 가스는 비정질 실리콘이 레이저빔을 조사받아 결정화되는 과정에서 발생된다. 산소(O2) 가스의 농도가 지나치게 높아지면, 실리콘(Si)과 산소(O2)가 반응하여 생성된 이산화규소(SiO2)에 의해 결정화 표면이 거칠어 질 수 있다. 이에, 질소(N2) 가스를 주입하여 결정화가 이루어지는 부분에서 산소(O2) 가스의 농도를 적당한 수준으로 조절하고 있다.
하지만, 주입된 질소(N2) 가스가 불균일하게 분포되면, 이러한 불균일성이 결정화 표면에 투영되어 결정화된 표면에 얼룩이 생기는 불량을 야기시키는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비정질 실리콘을 안정적으로 결정화 시킬 수 있는 레이저 결정화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 박스 본체와, 상기 박스 본체의 내부를 제1 작업실과 제2 작업실로 구분하며 상기 제1 작업실과 상기 제2 작업실을 서로 연결하는 통과공을 갖는 격벽과, 상기 제1 작업실의 일측에 형성된 가스 유입 포트, 그리고 상기 격벽에 인접하도록 상기 제2 작업실에 형성된 복수의 유동 제어판들을 포함한다.
상기 가스 유입 포트를 통해 질소 가스가 상기 제1 작업실에 유입될 수 있다.
상기 질소 가스는 상기 제1 작업실에서 정화될 수 있다.
상기 질소 가스는 상기 격벽의 통과공을 통해 상기 제1 작업실에서 상기 제2 작업실로 이동할 수 있다.
상기 제2 작업실에 유입된 상기 질소 가스는 상기 복수의 유동 제어판들을 거치면서 균일하게 확산될 수 있다.
상기 복수의 유동 제어판들은 서로 엇갈려 배치될 수 있다.
상기 복수의 유동 제어판들은 상기 격벽의 통과공을 통해 상기 제2 작업실로 유입되는 상기 질소 가스의 유입 방향에 대해 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
상기한 레이저 결정화 장치는 상기 제2 작업실의 내부를 거쳐 타켓에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 작업실의 일 영역에 형성된 투광창을 가지며, 상기 레이저빔 발생부에서 방출된 레이저빔은 상기 투광창을 통해 제2 작업실 내부로 입사될 수 있다.
상기 제2 작업실 내부에는 상기 질소 가스와 함께 산소 가스가 분포되며, 상기 레이저빔은 상기 제2 작업실 내부에 분포된 상기 질소 가스 및 상기 산소 가스를 거쳐 타켓에 조사될 수 있다.
상기 타켓은 상기 레이저빔을 조사받아 결정화될 수 있다.
상기 타켓은 비정질 규소층일 수 있다.
상기 제2 작업실 내부의 산소 가스 농도를 측정하는 산소 농도 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 결정화 장치는 비정질 실리콘을 안정적으로 결정화 시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치(100)를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 결정화 장치(100)는 레이저빔 발생부(700)와, 내부에 산소(O2) 가스 및 질소(N2) 가스가 혼합되어 있는 부분 밀봉 박스(500)를 포함한다.
부분 밀봉 박스(500)는 박스 본체(10), 격벽(14), 가스 유입 포트(15), 그리고 복수의 유동 제어판들(30)을 포함한다. 또한, 부분 밀봉 박스(500)는 산소 농도 측정부(40)를 더 포함한다.
격벽(14)은 박스 본체(10)의 내부를 제1 작업실(11)과 제2 작업실(12)로 구분한다. 그리고 격벽(14)은 제1 작업실(11)과 제2 작업실(12)을 서로 연결하는 통과공(145)을 갖는다.
가스 유입 포트(15)는 박스 본체(10)의 제1 작업실(11)의 일측에 형성된다. 가스 유입 포트(15)를 통해 제1 작업실(11)로 질소(N2) 가스가 유입된다. 제1 작업실(11)에 유입된 질소 가스는 제1 작업실(11)에서 정화된 후 격벽(14)의 통과공(145)을 통해 제2 작업실(12)로 이동하게 된다.
복수의 유동 제어판들(30)은 제2 작업실(12) 내에서 격벽(14)에 인접하도록 배치된다. 격벽(14)의 통과공(145)을 통해 제1 작업실(11)에서 제2 작업실(12)로 유입된 질소 가스는 복수의 유동 제어판들(30)로 인해 충분한 안정화 시간 및 분포 공간을 확보할 수 있다. 즉, 질소 가스들이 복수의 유동 제어판들(30)을 거치면서, 안정적이고 균일하게 분포된다. 도 1에서 실선으로 나타낸 화살표는 질소 가 스의 유동 경로를 나타낸다.
복수의 유동 제어판들(30)은 격벽(14)의 통과공(145)을 통해 제2 작업실(12)로 유입되는 질소 가스의 유입 방향에 대해 수직한 방향으로 배열되며, 각각의 유동 제어판들(30)이 서로 엇갈려 배치된다.
또한, 부분 밀봉 박스(500)는 제2 작업실(12)의 일 영역에 형성된 투광창(20)을 더 포함한다.
레이저빔 발생부(700)에서 방출된 레이저빔(LB)은 투광창(20)을 통해 제2 작업실(12) 내부의 공간을 거쳐 타켓인 비정질 실리콘층이 형성된 기판(미도시)에 조사된다. 여기서, 비정질 실리콘층이 형성된 기판은 제2 작업실(12) 내부에 배치될 수도 있으며, 제2 작업실(12) 외부에 배치될 수도 있다.
타켓인 기판(미도시)이 제2 작업실(12) 외부에 배치된 경우에는, 제2 작업실(12)은 투광창(20)의 맞은편에 형성된 조사구(125)를 가지고, 타켓인 기판이 조사구(125) 바로 앞에 배치된다. 즉, 투광창(20)을 통해 제2 작업실(12) 내부에 입사된 레이저빔(LB)은 조사구(125)를 통해 출사되어 기판에 형성된 비정질 실리콘층을 결정화시키게 된다.
도 1에서 점선으로 나타낸 화살표는 레이저빔(LB)이 조사되는 경로를 나타낸다.
또한, 레이저빔(LB)을 사용하여 비정질 실리콘층을 결정화시키는 과정에서 산소가 발생된다. 결정화 과정에서 발생된 산소로 인해, 제2 작업실(12) 내부의 산소 가스 농도가 지나치게 높아지면, 실리콘(Si)과 산소(O2)가 반응하여 생성된 이산화규소(SiO2)에 의해 결정화된 실리콘층의 표면이 거칠어 질 수 있다. 따라서, 산소 농도 측정부(40)에서 측정된 산소 가스의 농도가 높아지면, 가스 유입 포트(15)를 통해 유입되는 질소 가스의 양을 늘려 산소 가스의 농도를 제어한다.
이때, 가스 유입 포트(15)를 통해 유입된 질소 가스가 제2 작업실(12) 내부에 균일하게 분포되지 않으면, 질소 가스의 불균일성이 결정화된 실리콘층 표면에 투영되어 결정화된 실리콘층 표면에 얼룩이 생기는 불량을 야기시킨다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에서는 가스 유입 포트(15)를 통해 유입된 질소 가스가 복수의 유동 제어판들(30)을 거치면서 안정적이고 균일하게 제2 작업실(12) 내에 분포된다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치(100)는 비정질 실리콘을 안정적으로 결정화 시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 장치(100)는 실리콘(Si)과 산소(O2)가 반응하여 생성된 이산화규소(SiO2)에 의해 결정화된 실리콘층의 표면이 거칠어 지는 것을 억제함과 동시에 질소 가스의 불균일한 분포로 인해 결정화된 실리콘층 표면에 얼룩이 생기는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예와 비교예를 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 유동 제어판들을 사용한 실험예의 레이저 결정화 장치를 통해 결정화된 실리콘층의 표면을 나타낸 도면이고, 도 3은 복수의 유동 제어판들을 사용하지 않은 비교예의 레이저 결정화 장치를 통해 결 정화된 실리콘층의 표면을 나타낸 도면이다.
실험예의 레이저 결정화 장치를 통해 결정화된 실리콘층의 표면에는 도 2에 도시한 바와 같이 얼룩이 발현되지 않았다.
반면, 비교예의 레이저 결정화 장치를 통해 결정화된 실리콘층의 표면에는 도 3에 도시한 바와 같은 패턴의 얼룩이 발현되었다.
이와 같은 실험예와 비교예의 대비를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치(100)는 비정질 실리콘을 더욱 안정적으로 결정화 시킬 수 있음을 알 수 있었다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예와 비교예를 통해 결정화된 실리콘층의 표면을 나타낸다.

Claims (13)

  1. 박스 본체;
    상기 박스 본체의 내부를 제1 작업실과 제2 작업실로 구분하며, 상기 제1 작업실과 상기 제2 작업실을 서로 연결하는 통과공을 갖는 격벽;
    상기 제1 작업실의 일측에 형성된 가스 유입 포트; 그리고
    상기 격벽에 인접하도록 상기 제2 작업실에 형성된 복수의 유동 제어판들
    을 포함하는 레이저 결정화 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 가스 유입 포트를 통해 질소 가스가 상기 제1 작업실에 유입되는 레이저 결정화 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 질소 가스는 상기 제1 작업실에서 정화되는 레이저 결정화 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 질소 가스는 상기 격벽의 통과공을 통해 상기 제1 작업실에서 상기 제2 작업실로 이동하는 레이저 결정화 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 작업실에 유입된 상기 질소 가스는 상기 복수의 유동 제어판들을 거치면서 균일하게 확산되는 레이저 결정화 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 복수의 유동 제어판들은 서로 엇갈려 배치된 레이저 결정화 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 복수의 유동 제어판들은 상기 격벽의 통과공을 통해 상기 제2 작업실로 유입되는 상기 질소 가스의 유입 방향에 대해 수직한 방향으로 형성된 레이저 결정화 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저빔을 방출하는 레이저빔 발생부를 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 작업실의 일 영역에 형성된 투광창을 가지며,
    상기 레이저빔 발생부에서 방출된 레이저빔은 상기 투광창을 통해 제2 작업실 내부로 입사되는 레이저 결정화 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제2 작업실 내부에는 상기 질소 가스와 함께 산소 가스가 분포되며,
    상기 레이저빔은 상기 제2 작업실 내부에 분포된 상기 질소 가스 및 상기 산소 가스를 거쳐 타켓에 조사되는 레이저 결정화 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 타켓은 상기 레이저빔을 조사받아 결정화되는 레이저 결정화 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 타켓은 비정질 규소인 레이저 결정화 장치.
  13. 제10항에서,
    상기 제2 작업실 내부의 산소 가스 농도를 측정하는 산소 농도 측정부를 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
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