KR20120119367A - Laser beam project device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 빔 조사 장치에 관한 것으로, 특히 비정질 실리콘을 결정화하는데 이용되는 레이저 빔 조사 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a laser beam irradiation apparatus, and more particularly, to a laser beam irradiation apparatus used to crystallize amorphous silicon.
정보화 사회가 발전함에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치(liquid crystal display device: LCD) 또는 유기발광 다이오드를 이용한 유기 전계 발광 디스플레이(Organic Eltro Luminescence Display:OELD)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube:CRT)를 대체하고 있다. As the information society develops, the display field for processing and displaying a large amount of information has been rapidly developed, and recently, a liquid crystal display device is a flat panel display device having excellent performance of thinning, light weight, and low power consumption. device (LCD) or organic electroluminescent display (OELD) using an organic light emitting diode has been developed to replace the conventional cathode ray tube (CRT).
동화상 표시에 유리하고 콘트라스트비(contrast ratio)가 큰 특징을 보여 TV, 모니터 등에 활발하게 이용되는 액정표시장치는, 액정의 광학적이방성(optical anisotropy)과 분극성질(polarization)에 의한 화상구현원리를 나타낸다. A liquid crystal display device which is advantageous for moving picture display and has a large contrast ratio and is actively used in TVs, monitors, and the like exhibits an image realization principle due to optical anisotropy and polarization of liquid crystals. .
또한, 유기 전계 발광 디스플레이는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 가지며, 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하므로 최근 평판표시장치로서 주목 받고 있다. In addition, the organic electroluminescent display has high brightness and low operating voltage characteristics, and because it is a self-luminous type that emits light by itself, it has a high contrast ratio, an ultra-thin display, and a response time of several microseconds ( Iii) It is easy to implement moving images, there is no restriction on viewing angle, it is stable even at low temperature, and it is attracting attention as a flat panel display device because it is easy to manufacture and design a driving circuit because it is driven at low voltage.
이러한 액정표시장치와 유기 전계 발광 디스플레이는, 공통적으로 화소영역 각각을 온/오프 제어하기 위해 필요한 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판이 구비되는데, 상기 박막트랜지스터에 사용되는 액티브층은 비정질 실리콘(amorphous silicon:a-si)이 주류를 이루고 있다. The liquid crystal display and the organic electroluminescent display include an array substrate including a thin film transistor, which is a switching element required to control on / off of each pixel area in common. An active layer used in the thin film transistor is formed of amorphous silicon ( amorphous silicon (a-si) is the mainstream.
이는 비정질 실리콘이 저온에서 저가의 유리기판과 같은 대형기판 상에 형성하는 것이 가능하기 때문이다. This is because amorphous silicon can be formed on a large substrate such as a low cost glass substrate at low temperature.
그런데, 비정질 실리콘을 이용한 박막트랜지스터를 구동하기 위해서는 구동회로가 필요하다. 상기 구동회로는 다수의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)소자를 포함하는데, 이러한 CMOS 소자를 형성하기 위해서는 단결정 실리콘(single crystal silicon)이 이용된다. However, a driving circuit is required to drive a thin film transistor using amorphous silicon. The driving circuit includes a plurality of Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) devices, and single crystal silicon is used to form such a CMOS device.
따라서, 액정표시장치는 비정질 실리콘으로 제작된 박막 트랜지스터 어레이기판에 단결정 실리콘으로 제작된 고밀도 집적 회로(large scale integration)를 TAB(Tape Automated Bonding) 등의 방법으로 연결하여 구동한다. 그러나, 이러한 구동회로의 가격이 매우 높기 때문에 이와 같은 액정표시장치는 가격이 높은 단점이 있다. Accordingly, the liquid crystal display device is driven by connecting a large scale integration made of single crystal silicon to a thin film transistor array substrate made of amorphous silicon by a method such as tape automated bonding (TAB). However, since the price of such a driving circuit is very high, such a liquid crystal display has a disadvantage of high price.
한편, 다결정 실리콘(poly-Si)을 이용한 박막 트랜지스터를 채용하는 액정 표시 장치가 널리 연구 및 개발되고 있다. 다결정 실리콘을 이용한 액정 표시 장치에서는 박막 트랜지스터와 구동 회로를 동일 기판 상에 형성할 수 있으며, 박막 트랜지스터와 구동회로를 연결하는 과정이 불필요하므로 공정이 간단해진다.Meanwhile, liquid crystal display devices employing thin film transistors using polycrystalline silicon (poly-Si) have been widely researched and developed. In a liquid crystal display using polycrystalline silicon, the thin film transistor and the driving circuit can be formed on the same substrate, and the process is simplified because the process of connecting the thin film transistor and the driving circuit is unnecessary.
또한, 다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비해 전계효과 이동도가 100 내지 200 배 정도 더 크므로 응답 속도가 빠르고, 온도와 빛에 대한 안정성도 우수한 장점이 있다. In addition, since polycrystalline silicon has a field effect mobility of about 100 to 200 times larger than amorphous silicon, the response speed is fast and the stability of temperature and light is excellent.
이러한 다결정 실리콘은 직접 증착(as-deposition)하거나, 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition) 또는 저압 화학 기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition)으로 비정질 실리콘을 증착한 후 이를 결정화함으로써 형성할 수 있다. Such polycrystalline silicon may be formed by depositing amorphous silicon by as-deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, or low pressure chemical vapor deposition, and then crystallizing it. .
비정질 실리콘을 이용하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로는 고상 결정화(SPC : solid phase crystallization) 방법, 금속유도 결정화(metal induced crystallization : MIC) 방법, 그리고 레이저 열처리(laser annealing) 방법 등이 있다. Formation of polycrystalline silicon using amorphous silicon includes solid phase crystallization (SPC), metal induced crystallization (MIC), and laser annealing.
여기서, 고상 결정화 방법은 비정질 실리콘을 고온에서 장시간 열처리함으로써 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로서, 600 ℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 석영 기판에 불순물의 확산을 방지하기 위해 소정의 두께로 완충층을 형성하고, 완충층 상에 비정질 실리콘을 증착한 후, 퍼니스(furnace)에서 고온 장시간 열처리한다. Here, the solid phase crystallization method is a method for forming polycrystalline silicon by heat-treating amorphous silicon at a high temperature for a long time, forming a buffer layer with a predetermined thickness to prevent diffusion of impurities on a quartz substrate that can withstand high temperatures of 600 ℃ or more, and a buffer layer After depositing amorphous silicon on the substrate, heat treatment is carried out at a high temperature for a long time in a furnace.
그런데, 이러한 고상 결정화 방법은 고온에서 장시간 수행되므로 원하는 다결정 실리콘 상(phase)을 얻을 수 없으며, 그레인(grain) 성장 방향성이 불규칙하여 박막 트랜지스터에 응용시 다결정 실리콘과 접촉되는 게이트 절연막이 불규칙하게 성장되므로 소자의 항복전압이 낮아진다. However, since the solid crystallization method is performed for a long time at a high temperature, the desired polycrystalline silicon phase cannot be obtained, and since the grain growth direction is irregular, the gate insulating layer in contact with the polycrystalline silicon grows irregularly when applied to the thin film transistor. The breakdown voltage of the device is lowered.
또한, 다결정 실리콘의 그레인 크기가 불균일하여 소자의 전기적 특성을 저하시킬 뿐만 아니라, 고가의 석영기판을 사용해야 하는 문제점이 있다. In addition, the grain size of the polycrystalline silicon is non-uniform, thereby lowering the electrical characteristics of the device, and there is a problem of using an expensive quartz substrate.
한편, 금속 유도 결정화 방법은 비정질 실리콘 위에 금속을 증착하고 이 금속을 이용하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로, 금속이 비정질 실리콘의 결정화 온도를 낮추어 대면적의 유리 기판을 사용할 수 있으나, 촉매로 사용된 금속 물질이 실리콘막 내에 남게 되어 불순물로 작용할 수 있다. Meanwhile, the metal induction crystallization method is a method of depositing a metal on amorphous silicon and using the metal to form polycrystalline silicon. The metal lowers the crystallization temperature of the amorphous silicon to use a large-area glass substrate, but it is used as a catalyst. The metal material may remain in the silicon film to act as an impurity.
레이저 열처리 방법은 비정질 실리콘이 증착된 기판에 레이저 빔(beam)을 가해서 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로, 가장 많이 이용되고 있다. The laser heat treatment method is a method of forming polycrystalline silicon by applying a laser beam to a substrate on which amorphous silicon is deposited.
이러한 레이저 열처리 방법은 비정질 실리콘이 증착된 기판에 순간적으로 레이저 에너지를 공급하여 비정질 실리콘을 용융상태로 만든 후, 이어 냉각함으로써 다결정 실리콘을 형성한다.In this laser heat treatment method, laser energy is instantaneously supplied to a substrate on which amorphous silicon is deposited to make amorphous silicon molten, and then cooled to form polycrystalline silicon.
도 1은 종래 도트 레이저 빔 조사 장치를 간략히 보여주는 도면이다. 1 is a view schematically showing a conventional dot laser beam irradiation apparatus.
도 1에 도시된 바와 같이, 도트 레이저 빔 조사 장치(10)는 하나의 화소영역에 대응되는 도트 빔으로 구성되어 비정질 실리콘층이 형성된 기판(1)에서 개구부(14)를 제외한 패턴부(12)를 여러 번 스캔하여 기판(1)에 형성된 비정질 실리콘층을 결정화시킴으로써 다결정 실리콘을 형성한다. As shown in FIG. 1, the dot laser
이러한 도트 레이저 빔 조사 장치(10)는 기판(1)의 사이즈에 대응하여 여러 번 스캔(1st, 2nd, 3rd, 4th)을 해야하기 때문에 결정화하는데 공정시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
The dot laser
이에 공정시간을 단축시키기 위해 화소영역에 대응되는 도트 빔을 멀티로 구성할 수도 있다. Accordingly, in order to shorten the process time, multiple dot beams corresponding to the pixel region may be configured.
이러한 멀티도트 레이저 빔 조사 장치의 경우 공정시간을 단축시킬 수는 있지만 도트 빔의 수가 증가될수록 다수의 도트 빔 각각이 동일한 에너지 밀도를 가지도록 구성하기가 어려우며, 다수의 도트 빔 각각을 비정질 실리콘층이 형성된 기판의 패턴부에 정렬시키기가 어려운 문제점이 있다. In the case of the multi-dot laser beam irradiation apparatus, the processing time can be shortened, but as the number of dot beams increases, it is difficult to configure each of the plurality of dot beams to have the same energy density, and each of the plurality of dot beams has an amorphous silicon layer. There is a problem that it is difficult to align the pattern portion of the formed substrate.
또한 도트 빔은 퍼짐현상에 의해 도트 빔의 양 측단으로 갈수록 점점 작아지는 사다리꼴 형상의 에너지 밀도 분포를 가지기 때문에 다수의 도트 빔 각각의 조사영역을 일정영역 중첩시켜 기판의 전 영역에 걸쳐 결정화가 이루어질 수 있도록 한다. In addition, since the dot beam has a trapezoidal energy density distribution that gradually decreases toward both ends of the dot beam due to the spreading phenomenon, crystallization can be performed over the entire area of the substrate by overlapping a predetermined area of each of the plurality of dot beams. Make sure
그러나, 다수의 도트 빔 간에 균일도를 확보하기가 어렵기 때문에 다수의 도트 빔 각각이 중복으로 조사되는 중첩영역에는 화질불량을 야기하는 불균일한 결정영역이 생기는 문제점이 있다. However, since it is difficult to secure uniformity among a plurality of dot beams, there is a problem in that a non-uniform crystal region causing poor image quality occurs in an overlapping region where each of the plurality of dot beams is irradiated in duplicate.
한편, 다른 방법으로 기판 사이즈에 대응되는 크기를 가지는 라인 레이저 빔을 구성하여 기판 전체를 일괄 결정화하면 중첩영역을 없앨 수 있고, 공정시간을 단축시킬 수 있으나, 라인 빔의 길이가 증가될수록 레이저 빔의 에너지 밀도가 작아져 에너지 밀도를 높이는 기술이 추가적으로 필요하고, 레이저 빔의 길이를 증가시키는데는 기술적 그리고 비용적으로 한계가 있어 힘든 문제점이 있다. On the other hand, by forming a line laser beam having a size corresponding to the size of the substrate in another way to collectively crystallize the entire substrate to eliminate the overlap area and to reduce the process time, but as the length of the line beam increases the laser beam There is a need for an additional technique for increasing energy density by decreasing energy density, and there are technical and cost limitations in increasing the length of the laser beam, which is a difficult problem.
특히, 라인 빔의 길이가 증가될수록 라인 레이저 빔의 구성에 필요한 비용은 선형적으로 증가되는데 반해, 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 결정화하는데 걸리는 공정시간은 공통적으로 소요되는 기판의 로딩, 정렬 및 이동에 걸리는 시간으로 인해 선형적으로 단축시킬 수 없어 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
In particular, as the length of the line beam increases, the cost of constructing the line laser beam increases linearly, whereas the process time required to crystallize the substrate on which the amorphous silicon layer is formed is required to load, align, and move the substrate. Due to the time taken, there is a problem in that the efficiency cannot be shortened linearly.
이에 따라 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기술적 관점과 비용적 관점 모두를 만족하는 길이를 가지는 라인 레이저 빔을 구성하여 결정화하는 공정시간을 단축시킬 수 있는 레이저 빔 조사 장치를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to provide a laser beam irradiation apparatus that can shorten the process time of crystallizing a line laser beam having a length that satisfies both technical and cost aspects It is.
본 발명의 다른 목적은 레이저 빔의 길이방향의 에너지 밀도 분포를 조절할 수 있는 슬릿부를 적용하여 레이저 빔의 에너지 퍼짐을 최소화시켜 레이저 빔의 균일도를 유지하고, 레이저 빔의 중첩영역에 의한 화질불량을 해소할 수 있는 레이저 빔 조사 장치를 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to minimize the energy spread of the laser beam by applying a slit portion that can adjust the energy density distribution in the longitudinal direction of the laser beam to maintain the uniformity of the laser beam, and eliminate the image quality defects due to the overlapping region of the laser beam It is to provide a laser beam irradiation apparatus that can be.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 빔 조사 장치는, 패턴부와 개구부가 정의되고, 전면에 비정질 실리콘층이 형성되고, 상기 비정질 실리콘층의 상부로 상기 패턴부에 대응되어 열변환층이 형성된 기판이 위치되고, 상기 기판을 이동시키는 스테이지와; 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부와; 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부와; 상기 레이저 빔의 길이를 조절하는 슬릿부와; 상기 기판 상에 구비된 적어도 하나의 얼라인 키를 검출하는 CCD카메라와; 상기 레이저 빔의 빔 숄더가 상기 기판의 상기 개구부에 위치하도록 하는 제어장치를 포함한다. In order to achieve the object as described above, the laser beam irradiation apparatus according to the present invention, the pattern portion and the opening is defined, an amorphous silicon layer is formed on the front surface, the upper portion of the amorphous silicon layer corresponding to the pattern portion A stage on which a substrate on which a heat conversion layer is formed is located, and which moves the substrate; A laser generator for generating a laser beam; A laser irradiator for irradiating the laser beam; A slit portion for adjusting the length of the laser beam; A CCD camera detecting at least one alignment key provided on the substrate; And a controller for placing a beam shoulder of the laser beam in the opening of the substrate.
상기 슬릿부는 상기 기판의 전면에 가깝게 위치되는 것을 특징으로 한다. The slit portion may be located close to the front surface of the substrate.
상기 레이저 빔은 IR(Infra Red) 레이저에 해당하는 라인 빔인 것을 특징으로 한다. The laser beam is a line beam corresponding to an IR (Infra Red) laser.
상기 라인 빔의 길이는 상기 라인 빔의 제작에 따른 비용효율성에 따라 결정되고, 상기 패턴부의 폭 또는 상기 개구부의 폭에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다. The length of the line beam is determined according to the cost efficiency according to the production of the line beam, it characterized in that it is adjusted by the width of the pattern portion or the width of the opening.
상기 개구부에는 결정화에 영향을 미치는 제2에너지 밀도 이상의 레이저 빔이 중첩 조사되는 것을 특징으로 한다. The opening is irradiated with a laser beam of a second energy density or more that affects crystallization in the opening.
상기 제2에너지 밀도는 제1에너지 밀도의 95%에 해당되는 것을 특징으로 한다.
The second energy density corresponds to 95% of the first energy density.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 빔 조사 장치에 따르면, 기판의 전면 가까이에 슬릿부를 위치시켜 레이저 빔의 회절현상에 의한 퍼짐현상을 최대한 줄임으로써 사다리꼴 형상에서 최대한 구형파 형상에 가까운 레이저 빔을 형성할 수 있게 된다. As described above, according to the laser beam irradiation apparatus according to the present invention, by placing the slit near the front surface of the substrate to minimize the spreading phenomenon caused by the diffraction phenomenon of the laser beam to achieve the laser beam as close to the square wave shape as close as possible to the trapezoid shape It can be formed.
또한, 레이저 빔이 중복되어 조사되는 중첩영역이 레이저 빔을 반사 또는 투과하여 결정화가 이루어지지 않는 기판의 개구부에 형성되도록 함으로써 중첩영역에서 발생되던 화질불량(얼룩현상)을 방지할 수 있게 된다.
In addition, by overlapping the overlapped region irradiated with the laser beam is reflected or transmitted through the laser beam to be formed in the opening of the substrate that is not crystallized, it is possible to prevent the image quality defect (staining phenomenon) generated in the overlapping region.
도 1은 종래 도트 레이저 빔 조사 장치를 간략히 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 빔 조사 장치를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 빔 조사 장치에 의해 기판에 레이저 빔이 조사되는 모습을 간략히 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 슬릿부를 적용하기 전에 레이저 빔의 에너지 분포를 간략히 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 빔의 에너지 분포를 상세히 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 비정질 실리콘층이 형성되고 패턴부가 패터닝된 기판에 대해 레이저 빔이 병렬 조사된 경우에 레이저 빔의 중첩영역을 보여주는 도면. 1 is a view schematically showing a conventional dot laser beam irradiation apparatus.
2 is a view showing a laser beam irradiation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a view showing a brief view of the laser beam is irradiated to the substrate by the laser beam irradiation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a simplified illustration of the energy distribution of a laser beam prior to applying a slit in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
5 is a view showing in detail the energy distribution of the laser beam according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing overlapping regions of a laser beam when an amorphous silicon layer is formed and a laser beam is irradiated on a substrate on which a pattern portion is patterned according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 빔 조사 장치를 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 빔 조사 장치에 의해 기판에 레이저 빔이 조사되는 모습을 간략히 보여주는 도면이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 슬릿부를 적용하기 전에 레이저 빔의 에너지 분포를 간략히 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 빔의 에너지 분포를 상세히 보여주는 도면이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 비정질 실리콘층이 형성되고 패턴부가 패터닝된 기판에 대해 레이저 빔이 병렬 조사된 경우에 레이저 빔의 중첩영역을 보여주는 도면이다.2 is a view showing a laser beam irradiation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is a view showing a brief view of the laser beam is irradiated on the substrate by the laser beam irradiation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention 4 is a view schematically showing the energy distribution of the laser beam before applying the slit portion according to the preferred embodiment of the present invention, FIG. 5 is a view showing the energy distribution of the laser beam according to the preferred embodiment of the present invention in detail. FIG. 6 is a diagram illustrating an overlapping area of a laser beam when an amorphous silicon layer is formed and a laser beam is irradiated to the substrate on which the pattern portion is patterned in parallel according to a preferred embodiment of the present invention.
우선 도 2를 참조하면, 레이저 빔 조사 장치(100)는, 기판 스테이지(110)와, 레이저 발생부(130)와, 레이저 조사부(140)와, 슬릿부(120)와, CCD카메라(160) 및 제어장치(170)를 포함한다.First, referring to FIG. 2, the laser
상기 레이저 빔 조사 장치(100)는 IR(Infra red) 레이저 조사 장치에 해당하며, 특히 레이저 다이오드를 적용한 것일 수 있다. The laser
이러한 레이저 빔 조사 장치(100)는 상기 레이저 다이오드를 이용하여 광을 조사하고, 조사된 레이저의 에너지를 열변환층에서 열로 변환한 후, 이때 발생된 순간적인 고온의 열을 이용하여 비정질 실리콘을 결정화함으로써 미세 결정 실리콘(μc-Si)을 형성하는 간접 열 결정화(Indirect Thermal Crystallization:ITC)기술을 이용하는 것이다. The laser
한편 이에 한정되지 않고, 아르곤(Ar) 레이저, 탄산가스(CO2) 레이저, 크립톤(Kr) 레이저, 엑시머 레이저, 야그(YAG) 레이저, 유리레이저, 루비레이저, 알렉산드 라이드 레이저, 구리증기 레이저 및 금증기 레이저 중 하나에 해당될 수도 있다. However, the present invention is not limited thereto, and argon (Ar) laser, carbon dioxide (CO2) laser, krypton (Kr) laser, excimer laser, yag laser, glass laser, ruby laser, alexandride laser, copper vapor laser and gold vapor It may correspond to one of the lasers.
그리고 본 발명에 적용되는 기판(150)은, 비정질 실리콘층의 상부로 박막트랜지스터가 형성되는 패턴부(152)에 대해서만 열변환층을 형성하여 열변환층이 레이저 빔의 에너지를 흡수하여 발생하는 열에 의해 비정질 실리콘층이 결정화되어 미세결정 실리콘층이 형성된다. In the
즉, 다수의 개구부(154)와 다수의 패턴부(152)로 나뉘어지는 기판(150)에 있어서, 비정질 실리콘층이 형성된 기판(150)의 상부에 열변환층을 전체적으로 형성하지 않고, 부분적으로 박막트랜지스터가 형성되는 다수의 패턴부(152)에 대해서만 형성함으로써, 다수의 패턴부(152)에 대해서만 결정화가 진행되도록 한다. That is, in the
상기 비정질 실리콘층과 열변환층 모두 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:PECVD) 또는 저압 화학 기상 증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition:LPCVD)으로 형성할 수 있다. Both the amorphous silicon layer and the thermal conversion layer may be formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).
또한 기판(150)은 유리기판 및 석영기판 등이 사용될 수 있다. In addition, the
이와 같이, 열변환층이 형성된 다수의 패턴부(152)와 열변환층이 형성되지 않은 다수의 개구부(154)를 포함하는 기판(150)에 레이저 빔 조사 장치(100)에 의해 레이저 빔이 조사되면, 패턴부(152)에 대해서는 열변환층에 의해 레이저 빔이 흡수되어 결정화가 이루어지지만, 개구부(154)에 대해서는 레이저 빔이 반사 또는 투과되어 결정화가 진행되지 않는 것이 특징이다. As such, the laser beam is irradiated by the laser
기판 스테이지(110)는 기판(150)이 위치되며, 상기 기판(150)을 스캔방향에해당되는 x방향과 스캔방향에 수직인 y방향으로 이동시키는 역할을 한다. The
여기서, 기판(150)은 로봇 암(미도시)에 의해 이동되어 레이저 빔 조사 장치(100)의 기판 스테이지(110) 상에 안착되게 된다. Here, the
레이저 발생부(130)는 레이저 빔을 발생하고, 이러한 레이저 발생부(130)에 의해 발생된 레이저 빔은 레이저 조사부(140)에 의해 조사된다. The
상기 레이저 발생부(130)는 수십 ns의 짧은 조사 기간을 가지며 수천 Hz의 주파수를 갖는 펄스(pulse)형태의 레이저 빔을 발생시킬 수 있다. The
상기 펄스형태의 레이저 빔은 연속발진되는 연속발진 레이저 빔과 비교하여 단위시간당의 레이저 빔의 출력에너지가 3~6자리수 정도 높기 때문에 레이저 빔의 형태를 길이가 긴 선형이 되도록 광학계로서 성형하기가 쉽고, 이에 따라 한번에 많은 영역에 레이저 빔을 조사할 수 있게 되므로 결정화하는데 걸리는 공정시간을 단축시킬 수 있게 된다. Since the pulsed laser beam has a high output energy of about 3 to 6 digits per unit time compared to the continuous oscillation laser beam that is continuously oscillated, it is easy to shape the laser beam as an optical system so that the shape of the laser beam is long and linear. Therefore, since the laser beam can be irradiated to many areas at once, the process time for crystallization can be shortened.
슬릿부(120)는 레이저 조사부(140)에서 조사되는 레이저 빔의 길이방향의 에너지 밀도 분포를 조절하여 레이저 빔의 에너지 밀도를 균일하게 형성한다. The
이를 위해 슬릿부(120)는 기판(150)의 전면과 최대한 가깝게 위치되는 것을 특징으로 한다. To this end, the
상기 슬릿부(120)를 비정질 실리콘층이 형성된 기판(150)의 전면과 최대한 가깝게 위치시킴으로써 레이저 조사부(140)에 의해 조사되는 레이저 빔이 회절현상으로 인해 퍼지는 것을 최대한 줄인다.By placing the
이에 따라 레이저 발생부(130)가 발생하여 레이저 조사부(140)에 의해 조사되는 레이저 빔은 슬릿부(120)에 의해 길이가 조정되어 길이방향의 레이저 빔이 사선으로 퍼지지 않고 최대한 직각에 가깝게 조사되게 된다. Accordingly, the
이러한 레이저 빔은, 도 3에 도시된 바와 같이 길이(L)와 폭(W)을 가지는 바(bar) 형태의 라인 선형 빔에 해당되게 된다. 상기 레이저 빔의 파장대는 808nm에 해당될 수 있다. Such a laser beam corresponds to a bar linear beam having a bar length (L) and a width (W) as shown in FIG. 3. The wavelength band of the laser beam may correspond to 808 nm.
여기서, 레이저 빔의 길이(L)는 기구적으로 가능한 범위 내에서 제작비용에 따른 효율성을 고려하여 설정된 길이이며, 기판(150)에서 패터닝되지 않는 개부구(154)의 폭과 패터닝된 패턴부(152)의 폭에 따라 조절될 수 있다. 이는 후술하겠지만, 레이저 빔의 빔 숄더가 레이저 빔이 반사 또는 투과되는 기판(150)의 개구부(154)에 위치되기 때문이다. Here, the length L of the laser beam is a length set in consideration of the efficiency according to the manufacturing cost within the range possible mechanically, the width of the
슬릿부(120)를 적용하지 않은 경우에 레이저 빔의 에너지 밀도 분포를 보여주는 도 4를 참조하면, 레이저 빔의 길이방향에 대한 에너지 밀도는 양 끝단으로 갈수록 작아져 사다리꼴 형상의 단면을 가지고, 길이방향의 수직방향에 대해서는 제1에너지 밀도(E)를 가진다. Referring to FIG. 4, which shows the energy density distribution of the laser beam when the
즉, 레이저 빔의 길이방향으로 양단에 레이저 빔의 경계에 해당되는 에너지 밀도가 불균일한 빔 숄더(beam shoulder)가 발생되며, 이러한 빔 숄더는 비정질 실리콘의 결정화가 균일하게 이루어질 수 있도록 중복 조사되는 중첩영역에 해당되게 된다. That is, a beam shoulder having an uneven energy density corresponding to the boundary of the laser beam is generated at both ends in the longitudinal direction of the laser beam, and the beam shoulder overlaps the overlapped irradiation so that the crystallization of amorphous silicon can be made uniform. It becomes a realm.
이때, 본 발명에 따른 슬릿부(120)를 적용하면 레이저 빔의 퍼짐현상이 방지되어, 도 5에 도시된 바와 같이 레이저 빔이 구형파 형상에 가깝게 형성될 수 있게 되며, 불균일한 빔 숄더 부분을 줄일 수 있게 된다. At this time, if the
CCD카메라(160)는 열변환층이 형성된 패턴부(152)와 열변환층이 형성되지 않은 개구부(154)를 포함한 기판(150) 상에 구비된 적어도 하나의 얼라인 키를 검출하여 기판(150)을 정렬함으로써 기판(150)에 레이저 조사가 정확이 이루어질 수 있도록 한다. The
제어장치(170)는 레이저 빔 조사 장치(100) 전체를 제어하고, 레이저 빔의 중첩영역을 제어하여 중첩영역에 의한 화면의 얼룩현상이 방지되도록 한다.The
이를 위해, 제어장치(170)는 레이저 빔의 빔 숄더가 레이저 빔이 반사 또는 투과되는 기판(150)의 개구부(154)에 위치되도록 제어한다. To this end, the
이에 따라 결정화를 진행시킬 수 있는 제1에너지 밀도(E)와 제1에너지 밀도(E) 보다 낮은 제2에너지 밀도(E1) 사이의 레이저 빔이 기판(150)의 개구부(154)에 중복되어 조사되도록 함으로써 결정화가 진행되지 않게 된다. Accordingly, the laser beam between the first energy density E and the second energy density E1 lower than the first energy density E, which may advance the crystallization, is overlapped and irradiated to the
기판(150)에 구비된 개구부(154)에서는 소자 특성에 영향을 미치는 제1에너지 밀도(E)와 제2에너지 밀도(E1) 사이의 레이저 빔이 조사되어도 레이저 빔의 흡수가 이루어지지 않기 때문에 결정화가 이루어지지 않으며, 이에 따라 중첩영역에 발생되는 화면불량, 얼룩현상도 생기지 않게 된다. In the
여기서, 레이저 빔의 빔 숄더가 기판(150)의 개구부(154) 폭을 넘어 기판(150)의 패턴부(152)에 일부 중첩되어 위치됨으로써 제2에너지 밀도(E1) 미만의 레이저 빔이 기판(150)의 패턴부(152)에 일부 조사될 경우, 제2에너지 밀도(E1) 미만의 레이저 빔은 소자 특성에 영향을 미치지 못하므로 직접적 또는 간접적으로도 결정화에 영향을 미지지 않게 된다. Here, the beam shoulder of the laser beam is partially overlapped with the
상기 제2에너지 밀도(E1)는 제1에너지 밀도(E)의 95%에 해당된다.
The second energy density E1 corresponds to 95% of the first energy density E. FIG.
이러한 레이저 빔 조사 장치(100)의 동작을 살펴보도록 한다. The operation of the laser
여기서 레이저 빔 조사 장치(100)의 레이저 빔은 길이(L)와 폭(W)을 가지는라인 빔에 해당되고, 이러한 라인 빔은 슬릿부(120)를 통해 불균일한 빔 숄더를 최소화시킨다. Here, the laser beam of the laser
상기 슬릿부(120)는 타켓인 기판(150)과 최대한 가까이 위치됨으로써 레이저 조사부(140)에서 조사되는 레이저 빔이 회절현상에 의해 퍼지는 것을 최소화시켜 레이저 빔이 균일한 에너지 밀도를 가질 수 있도록 한다. The
일 예로 도 5에 도시된 바와 같이, 라인 빔의 길이(L)는 대략 12mm정도이고, 제1에너지 밀도는 13000mJ/cmㅂ정도로 구성되어 구형에 가까운 선형 빔이 될 수 있다. As an example, as shown in FIG. 5, the length L of the line beam is about 12 mm, and the first energy density is about 13000 mJ / cm 되어, which may be a linear beam close to a sphere.
기판 스테이지(110) 상에 기판(150)이 로딩되면, CCD카메라(160)를 통해 기판(150) 상에 구비된 적어도 하나의 얼라인 키를 검출하여 기판(150)을 정렬시킨다. 상기 기판(150)은 비정질 실리콘층을 형성하고, 그의 상부로 박막트랜지스터가 형성되는 패턴부(152)에만 부분적으로 열변환층을 형성함으로써 열변환층이 형성된 패턴부(152)와 열변환층이 형성되지 않은 개구부(154)를 포함한다. When the
도 3에 도시된 바와 같이, 기판 스테이지(110)가 x방향에 해당되는 스캔방향으로 천천히 이동되면, 레이저 발생부(130)에서 발생된 레이저 빔이 레이저 조사부(140)에 의해 기판(150)의 첫번째 스캔영역에 조사되면서 조사된 영역(150a)에 순간적으로 레이저 에너지가 공급되고 비정질 실리콘층이 용융되어 결정화가 진행되게 된다. As shown in FIG. 3, when the
이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(150)에서 열변환층이 형성된 패턴부(152)에 대해서는 레이저 빔이 흡수되며 결정화가 진행되게 되지만, 열변환층이 형성되지 않은 개구부(154)에 대해서는 레이저 빔이 반사 또는 투과되어 결정화가 진행되지 않게 된다. In this case, as shown in FIG. 6, the laser beam is absorbed and crystallization proceeds to the
이와 같이 첫번째 스캔(1st scan)조사가 이루어진 후, 두번째 스캔(2nd scan) 조사를 위해 기판 스테이지(110)는 스캔방향에 수직인 y방향으로 소정 범위 이동한다. Thus, after the first scan (1 st scan) irradiation is made, the second scan (2 nd) The
이때 기판 스테이지(110)는 레이저 빔의 양단에 형성되는 일 빔 숄더가 기판(150)에서 첫번째 스캔영역 끝 개구부(154)에 위치하도록 소정 범위 이동하여, 도 6에 도시된 바와 같이 첫번째 스캔영역과 두번째 스캔영역이 소정영역 중첩되도록 하고, 첫번째 스캔(1st scan) 조사와 동일한 공정을 수행하여 두번째 스캔(2nd scan)조사를 수행한다. At this time, the
이와 같이 첫번재 스캔영역과 두번째 스캔영역이 서로 겹쳐지지 중첩영역이 기판의 개구부(154)에 위치되도록 함으로써 중첩영역에는 레이저 빔이 조사되어도 결정화가 진행되지 않게 된다. 이는 기판의 개구부(154)에는 열변환층이 형성되지 않았기 때문에 레이저 빔이 조사되어도 레이저 빔이 반사 또는 투과되기 때문이다.As such, the first scan region and the second scan region do not overlap each other so that the overlap region is positioned in the
이를 통해 중첩영역에 발생되던 화면불량, 얼룩현상을 방지할 수 있게 된다. Through this, it is possible to prevent the screen defects and stains that occurred in the overlapped area.
마찬가지로 기판(150)의 전 영역에 스캔 조사가 이루어질 수 있도록 상기 공정을 반복 수행하여 기판(150)의 패턴부(152)에 결정화가 이루어질 수 있도록 한다. In the same manner, the above process is repeated to scan scan the entire region of the
이에 따라, 기판(150)에는 다수의 결정화 영역과 다수의 결정화 영역 사이에 위치한 다수의 중첩영역으로 구분될 수 있는데, 다수의 결정화 영역은 조사된 레이저 빔이 흡수되어 결정화가 진행됨으로써 박막트랜지스터가 형성되는 패턴부(152)에 해당되고, 다수의 중첩영역은 조사된 레이저 빔이 반사 또는 투과되어 결정화가 진행되지 않는 개구부(154)에 해당된다.
Accordingly, the
전술한 바와 같은 레이저 빔 조사 장치(100)에 따르면, 열변환층이 형성된 패턴부(152)와 열변환층이 형성되지 않은 개구부(154)를 포함하는 기판(150)과 최대한 가까운 곳에 슬릿부(120)를 위치시켜 레이저 빔의 길이를 조정하여 레이저 빔의 빔 숄더를 최소화한다.According to the laser
또한 레이저 빔의 빔 숄더가 기판(150)의 개구부(154)에 위치하도록 함으로써 결정화에 영향을 미치는 제1에너지 밀도(E)와 제1에너지 밀도(E) 보다 낮은 제2에너지 밀도(E1) 사이의 레이저 빔이 기판(150)의 개구부(154)에 조사되어도 레이저 빔이 흡수되지 않고 투과 또는 반사됨에 따라 결정화가 진행되지 않게 된다. In addition, the beam shoulder of the laser beam is positioned in the
이를 통해 레이저 빔이 중복으로 조사되는 중첩영역에서 발생되는 화면불량인 얼룩을 방지할 수 있게 된다. Through this, it is possible to prevent spots, which are screen defects, generated in an overlapping area where the laser beam is overlapped.
즉, 본 발명에 따른 레이저 빔 조사 장치에 따르면, 기판(150)에서 패터닝된 패턴부(152)에 대해서 균일하게 결정화가 진행되어 기판의 표시영역 전면에 균일한 특성을 갖는 박막트랜지스터가 형성될 수 있게 된다.
That is, according to the laser beam irradiation apparatus according to the present invention, the crystallization proceeds uniformly with respect to the
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
110: 기판 스테이지 120: 슬릿부
130: 레이저 발진부 140: 레이저 조사부
150: 기판 160: CCD카메라
170: 제어장치110: substrate stage 120: slit portion
130: laser oscillation unit 140: laser irradiation unit
150: substrate 160: CCD camera
170: controller
Claims (6)
레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부와;
상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부와;
상기 레이저 빔의 길이를 조절하는 슬릿부와;
상기 기판 상에 구비된 적어도 하나의 얼라인 키를 검출하는 CCD카메라와;
상기 레이저 빔의 빔 숄더가 상기 기판의 상기 개구부에 위치하도록 하는 제어장치
를 포함하는 레이저 빔 조사 장치.
A stage in which a pattern portion and an opening are defined, an amorphous silicon layer is formed on an entire surface thereof, and a substrate on which a heat conversion layer is formed corresponding to the pattern portion is positioned above the amorphous silicon layer, and the substrate is moved;
A laser generator for generating a laser beam;
A laser irradiator for irradiating the laser beam;
A slit portion for adjusting the length of the laser beam;
A CCD camera detecting at least one alignment key provided on the substrate;
A controller for placing a beam shoulder of the laser beam in the opening of the substrate
Laser beam irradiation apparatus comprising a.
상기 슬릿부는
상기 기판의 전면에 가깝게 위치되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 장치.
The method of claim 1,
The slit portion
The laser beam irradiation apparatus, characterized in that located close to the front of the substrate.
상기 레이저 빔은
IR(Infra Red) 레이저에 해당하는 라인 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 장치.
The method of claim 1,
The laser beam
A laser beam irradiation apparatus, characterized in that the line beam corresponding to an IR (Infra Red) laser.
상기 라인 빔의 길이는
상기 라인 빔의 제작에 따른 비용효율성에 따라 결정되고, 상기 패턴부의 폭또는 상기 개구부의 폭에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 장치.
The method of claim 3,
The length of the line beam
The laser beam irradiation apparatus, which is determined according to cost efficiency according to the production of the line beam and is adjusted by the width of the pattern portion or the width of the opening portion.
상기 개구부에는
결정화에 영향을 미치는 제2에너지 밀도 이상의 레이저 빔이 중첩 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 장치.
The method of claim 1,
In the opening
The laser beam irradiation apparatus, characterized in that the laser beam of the second energy density or more affecting the crystallization is superimposed.
상기 제2에너지 밀도는
제1에너지 밀도의 95%에 해당되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 조사 장치.6. The method of claim 5,
The second energy density is
The laser beam irradiation apparatus, characterized in that 95% of the first energy density.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110037241A KR20120119367A (en) | 2011-04-21 | 2011-04-21 | Laser beam project device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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- 2011-04-21 KR KR1020110037241A patent/KR20120119367A/en not_active Application Discontinuation
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