KR20160139116A - 레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법 - Google Patents

레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비정질실리콘을 고품질의 폴리실리콘으로 결정화할 수 있는 레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법을 위하여, 마스터 레이저빔을 방출할 수 있는 마스터 레이저빔 방출부와, 상기 마스터 레이저빔 방출부에서 방출된 마스터 레이저빔을 제1편광상태의 제1마스터빔과 제2편광상태의 제2마스터빔으로 스플릿할 수 있는 제1스플릿부와, 제1마스터빔의 편광 상태를 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환시키는 제1편광부와, 편광 상태가 같아진 제1마스터빔과 제2마스터빔을 머지(merge)하는 머지부를 구비하는, 레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법을 제공한다.

Description

레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법{Laser annealing apparatus and method for manufacturing display apparatus using the same}
본 발명의 실시예들은 레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 비정질실리콘을 고품질의 폴리실리콘으로 결정화할 수 있는 레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기발광 디스플레이 장치 또는 액정 디스플레이 장치 등은 각 화소의 발광여부나 발광정도를 박막트랜지스터를 이용해 제어한다. 그러한 박막트랜지스터는 반도체층, 게이트전극 및 소스/드레인전극 등을 포함하는데, 반도체층으로는 비정질실리콘을 결정화한 폴리실리콘이 주로 사용된다.
이와 같은 박막트랜지스터를 구비하는 박막트랜지스터 기판이나 이를 이용한 디스플레이 장치의 제조공정을 설명하면, 기판에 비정질실리콘층을 형성하고 이를 폴리실리콘으로 결정화하는 과정을 거쳐, 박막트랜지스터 기판이나 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제조하였다.
그러나 이러한 종래의 제조과정 중 비정질실리콘을 폴리실리콘으로 결정화함에 있어서 고품질의 결정화가 신속하게 이루어지도록 하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 디스플레이 장치를 제조함에 있어서 기판 상의 다양한 위치에서 비정질실리콘을 폴리실리콘으로 결정화해야 하는바, 이를 위해 비정질실리콘에 레이저빔을 조사하게 된다. 이때 고품질의 폴리실리콘을 얻기 위해서는 동일한 지점에 레이저빔을 조사하는 횟수를 늘려야 하고 이에 따라 결정화에 과다한 시간이 소요될 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 비정질실리콘을 고품질의 폴리실리콘으로 결정화할 수 있는 레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 마스터 레이저빔을 방출할 수 있는 마스터 레이저빔 방출부와, 상기 마스터 레이저빔 방출부에서 방출된 마스터 레이저빔을 제1편광상태의 제1마스터빔과 제2편광상태의 제2마스터빔으로 스플릿할 수 있는 제1스플릿부와, 제1마스터빔의 편광 상태를 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환시키는 제1편광부와, 편광 상태가 같아진 제1마스터빔과 제2마스터빔을 머지(merge)하는 머지부를 구비하는, 레이저빔 어닐링 장치가 제공된다.
상기 제1스플릿부는 편광빔스플릿부일 수 있다.
상기 제1편광부는 반파장판을 포함할 수 있다.
슬레이브 레이저빔을 방출할 수 있는 슬레이브 레이저빔 방출부와, 상기 슬레이브 레이저빔 방출부에서 방출된 슬레이브 레이저빔을 제1편광상태의 제1슬레이브빔과 제2편광상태의 제2슬레이브빔으로 스플릿할 수 있는 제2스플릿부와, 제1슬레이브빔의 편광 상태를 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환시키는 제2편광부를 더 구비하고, 상기 머지부는 편광 상태가 같아진 제1마스터빔, 제2마스터빔, 제1슬레이브빔 및 제2슬레이브빔을 머지하도록 할 수 있다.
이때, 상기 제1스플릿부와 상기 제2스플릿부 각각은 편광빔스플릿부일 수 있다.
상기 제1편광부와 상기 제2편광부 각각은 반파장판을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 마스터 레이저빔을 방출할 수 있는 마스터 레이저빔 방출부와, 상기 마스터 레이저빔 방출부에서 방출된 마스터 레이저빔을 제1편광상태의 제1마스터빔과 제2편광상태의 제2마스터빔으로 스플릿할 수 있는 제1스플릿부와, 제1마스터빔의 편광 상태를 제1편광상태에서 제3편광상태로 변환시키는 제1편광부와, 제2마스터빔의 편광 상태를 제2편광상태에서 제3편광상태로 변환시키는 제1추가편광부와, 편광 상태가 같아진 제1마스터빔과 제2마스터빔을 머지(merge)하는 머지부를 구비하는, 레이저빔 어닐링 장치가 제공된다.
상기 제1스플릿부는 편광빔스플릿부일 수 있다.
상기 제1편광부와 상기 제1추가편광부 각각은 반파장판을 포함하며, 제1편광부의 빠른 축과 제1추가편광부의 빠른 축은 45도의 각도를 이룰 수 있다.
슬레이브 레이저빔을 방출할 수 있는 슬레이브 레이저빔 방출부와, 상기 슬레이브 레이저빔 방출부에서 방출된 슬레이브 레이저빔을 제1편광상태의 제1슬레이브빔과 제2편광상태의 제2슬레이브빔으로 스플릿할 수 있는 제2스플릿부와, 제1슬레이브빔의 편광 상태를 제1편광상태에서 제3편광상태로 변환시키는 제2편광부와, 제2슬레이브빔의 편광 상태를 제2편광상태에서 제3편광상태로 변환시키는 제2추가편광부를 더 구비하고, 상기 머지부는 편광 상태가 같아진 제1마스터빔, 제2마스터빔, 제1슬레이브빔 및 제2슬레이브빔을 머지하도록 할 수 있다.
이때, 상기 제1스플릿부와 상기 제2스플릿부 각각은 편광빔스플릿부일 수 있다.
상기 제1편광부, 상기 제1추가편광부, 상기 제2편광부 및 상기 제2추가편광부 각각은 반파장판을 포함하며, 제1편광부의 빠른 축과 제1추가편광부의 빠른 축은 45도의 각도를 이루고, 제2편광부의 빠른 축과 제2추가편광부의 빠른 축은 45도의 각도를 이룰 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와, 비정질 실리콘층에 상기와 같은 레이저빔 어닐링 장치들 중 적어도 어느 하나에서 방출되는 레이저빔을 조사하여 폴리실리콘층으로 변환시키는 단계와, 디스플레이소자를 형성하는 단계를 포함하는, 디스플레이 장치 제조방법이 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 특허청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 비정질실리콘을 고품질의 폴리실리콘으로 결정화할 수 있는 레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 레이저빔 어닐링 장치의 다른 부분을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 5는 도 4의 레이저빔이 일부분의 구성요소를 통과할 시의 위상의 변화를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치 제조방법에 따라 제조된 디스플레이 장치의 일부분을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서 층, 막, 영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 개념도이다. 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치는 마스터 레이저빔 방출부(MLE), 제1스플릿부(SP1), 제1편광부(PU1) 및 머지부(merge unit, 미도시)를 구비한다.
마스터 레이저빔 방출부(MLE)는 마스터 레이저빔(MLB)을 방출할 수 있다. 마스터 레이저빔 방출부(MLE)가 방출하는 마스터 레이저빔(MLB)은 예컨대 308nm 파장을 갖는 레이저빔일 수 있다. 이러한 마스터 레이저빔(MLB)은 변조 등을 거친 후 비정질실리콘에 조사되어 이를 폴리실리콘으로 결정화시킬 수 있다.
제1스플릿부(SP1)는 마스터 레이저빔 방출부(MLE)에서 방출된 마스터 레이저빔(MLB)을 제1편광상태의 제1마스터빔(MB1)과 제2편광상태의 제2마스터빔(MB2)으로 스플릿할 수 있다. 이때, 마스터 레이저빔 방출부(MLE)에서 방출된 마스터 레이저빔(MLB)이 제1스플릿부(SP1)에 입사하도록 하기 위해, 도 1에 도시된 것과 같이 필요에 따라 제1반사부(M1)가 마스터 레이저빔(MLB)의 경로 상에 위치하도록 할 수 있다. 제1스플릿부(SP1)는 이와 같이 제1반사부(M1) 등에 의해 입사되는 마스터 레이저빔(MLB)을 제1마스터빔(MB1)과 제2마스터빔(MB2)으로 스플릿할 수 있다.
이러한 제1스플릿부(SP1)는 예컨대 편광빔스플릿부(PBS unit; polarized beam split unit)일 수 있다. 이 경우 편광빔스플릿부는 내부에 반사 편광기를 포함할 수 있다. 반사 편광기는 다층 광학 필름일 수 있는데, 예컨대 미국의 3M사에서 상업적으로 판매하고 있는 반사 편광기를 이용할 수도 있다. 마스터 레이저빔 방출부(MLE)에서 방출된 마스터 레이저빔(MLB)은 s-편광 상태의 레이저빔과 p-편광 상태의 레이저빔을 모두 포함할 수 있는바, 이 중 p-편광 상태의 레이저빔은 제1스플릿부(SP1)를 통과하여 제1마스터빔(MB1)이 되고, s-편광 상태의 레이저빔은 제1스플릿부(SP1)의 반사 편광기에서 반사되어 제2마스터빔(MB2)이 될 수 있다. 물론 제1마스터빔(MB1)은 p-편광 상태를 유지하게 되고, 제2마스터빔(MB2)은 s-편광 상태를 유지하게 된다.
제1편광부(PU1)는 제1마스터빔(MB1)의 광경로 상에 위치하여, 제1마스터빔(MB1)의 편광 상태를 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환시킨다. 예컨대 상술한 것과 같이 제1마스터빔(MB1)이 제1편광부(PU1)를 통과하기 전 p-편광 상태를 갖는다면, 제1편광부(PU1)를 통과한 후의 제1마스터빔(MB1')은 s-편광 상태를 갖게 된다. 이를 위해 제1편광부(PU1)가 반파장판을 포함하도록 할 수 있다. 제1스플릿부(SP1)를 거친 제1마스터빔(MB1)이 제1편광부(PU1)에 입사하도록 하기 위해, 필요하다면 도 1에 도시된 것과 같이 제2반사부(M2)가 제1스플릿부(SP1)와 제1편광부(PU1) 사이에 위치하도록 할 수도 있다.
도 2는 도 1의 레이저빔 어닐링 장치의 다른 부분을 개략적으로 도시하는 개념도로서, 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 머지부로 이해될 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이, 머지부는 제2편광 상태의 제1마스터빔(MB1')과 제2마스터빔(MB2)이 머지되어 하나의 레이저빔이 방출되도록 한다. 이를 위해 도 2에 도시된 것과 같이 머지부는 제2편광 상태의 제1마스터빔(MB1')과 제2마스터빔(MB2)이 입사하는 광학요소(OP1)나, 입사하는 레이저빔들을 하나의 레이저빔으로 반사시키는 메인반사부(MM) 등을 포함할 수 있다. 물론 메인반사부(MM)에서 반사된 하나의 레이저빔은 필요에 따라 다양한 광학요소(미도시)들을 거치게 될 수 있으며, 이후 비정질실리콘에 조사되어 이를 폴리실리콘으로 결정화시킬 수 있다.
종래의 레이저빔 어닐링 장치의 경우, 비정질실리콘을 폴리실리콘으로 결정화함에 있어서 고품질의 결정화가 신속하게 이루어지도록 하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 디스플레이 장치를 제조함에 있어서 기판 상의 다양한 위치에서 비정질실리콘을 폴리실리콘으로 결정화해야 하는바, 이를 위해 비정질실리콘에 레이저빔을 조사하게 된다. 이때 고품질의 폴리실리콘을 얻기 위해서는 동일한 지점에 레이저빔을 조사하는 횟수를 늘려야 하고 이에 따라 결정화에 과다한 시간이 소요될 수 있다는 문제점이 있었다.
그러나 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 경우, s-편광과 p-편광이 섞여 있는 마스터 레이저빔(MLB)을 제1편광상태인 p-편광의 제1마스터빔(MB1)과 제2편광상태인 s-편광의 제2마스터빔(MB2)으로 분리하고, 제1마스터빔(MB1)의 편광 상태를 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환한 후, 제2편광상태의 제1마스터빔(MB1')과 제2마스터빔(MB2)을 머지한다. 이에 따라 비정질실리콘층에는 모두 제2편광상태인 레이저빔이 조사된다.
레이저빔을 비정질실리콘층에 반복하여 조사함에 따라 비정질실리콘층에 형성된 그레인(grain)들이 더욱 정렬된다. 실험을 통해서, 비정질실리콘층 상에 도달하는 레이저빔의 강도가 동일하거나 유사하다면, s-편광과 p-편광이 섞인 레이저빔을 비정질실리콘층에 조사하는 경우보다 어느 한 편광상태의 레이저빔을 비정질실리콘층에 조사하는 경우, 더 적은 횟수의 레이저빔 조사로도 동일하거나 더 우수하게 그레인들이 정렬된 폴리실리콘층을 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 상술한 것과 같은 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치를 사용할 경우, 종래의 레이저빔 어닐링 장치를 사용하는 경우보다 더 적은 횟수의 레이저빔 조사로도 비정질실리콘층을 결정화하여 고품질의 폴리실리콘층을 얻을 수 있다.
도 1에서는 제1마스터빔(MB1)의 광경로에 있어서 제1편광부(PU1)가 제2반사부(M2) 이후에 위치하는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1마스터빔(MB1)이 제1편광부(PU1)를 지나 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환된 후, 제2편광상태의 제1마스터빔(MB1')이 제2반사부(M2)에 입사하도록 할 수도 있다. 그리고 지금까지는 제1편광상태가 p-편광상태이고 제2편광상태가 s-편광상태인 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1편광상태가 s-편광상태이고 제2편광상태가 p-편광상태일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 개념도이다. 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치는 도 1을 참조하여 전술한 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 구성요소에 더하여, 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE), 제2스플릿부(SP2) 및 제2편광부(PU2)를 더 구비한다.
슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)는 슬레이브 레이저빔(SLB)을 방출할 수 있다. 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)가 방출하는 슬레이브 레이저빔(SLB)은 예컨대 308nm 파장을 갖는 레이저빔일 수 있다. 이러한 슬레이브 레이저빔(SLB)은 변조 등을 거친 후 비정질실리콘에 조사되어 이를 폴리실리콘으로 결정화시킬 수 있다.
제2스플릿부(SP2)는 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)에서 방출된 슬레이브 레이저빔(SLB)을 제1편광상태의 제1슬레이브빔(SB1)과 제2편광상태의 제2슬레이브빔(SB2)으로 스플릿할 수 있다. 이때, 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)에서 방출된 슬레이브 레이저빔(SLB)이 제2스플릿부(SP2)에 입사하도록 하기 위해, 도 3에 도시된 것과 같이 필요에 따라 제3반사부(M3)가 슬레이브 레이저빔(SLB)의 경로 상에 위치하도록 할 수 있다. 제2스플릿부(SP2)는 이와 같이 제2반사부(M2) 등에 의해 입사되는 슬레이브 레이저빔(SLB)을 제1슬레이브빔(SB1)과 제2슬레이브빔(SB2)으로 스플릿할 수 있다.
제2스플릿부(SP2)의 구성 및 기능은 도 1을 참조하여 전술한 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 제1스플릿부(SP1)의 구성 및 기능과 동일/유사할 수 있다. 예컨대 제2스플릿부(SP2)는 반사 편광기를 포함하는 편광빔스플릿부일 수 있다. 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)에서 방출된 슬레이브 레이저빔(SLB)은 s-편광 상태의 레이저빔과 p-편광 상태의 레이저빔을 모두 포함할 수 있는바, 이 중 p-편광 상태의 레이저빔은 제2스플릿부(SP2)를 통과하여 제1슬레이브빔(SB1)이 되고, s-편광 상태의 레이저빔은 제2스플릿부(SP2)에서 반사되어 제2슬레이브빔(SB2)이 될 수 있다. 물론 제1슬레이브빔(SB1)은 p-편광 상태를 유지하게 되고, 제2슬레이브빔(SB2)은 s-편광 상태를 유지하게 된다.
제2편광부(PU2)는 제1슬레이브빔(SB1)의 광경로 상에 위치하여, 제1슬레이브빔(SB1)의 편광 상태를 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환시킨다. 예컨대 상술한 것과 같이 제1슬레이브빔(SB1)이 제2편광부(PU2)를 통과하기 전 p-편광 상태를 갖는다면, 제2편광부(PU2)를 통과한 후의 제1슬레이브빔(SB1')은 s-편광 상태를 갖게 된다. 이를 위해 제2편광부(PU2)가 반파장판을 포함하도록 할 수 있다. 제2스플릿부(SP2)를 거친 제1슬레이브빔(SB1)이 제2편광부(PU2)에 입사하도록 하기 위해, 필요하다면 도 3에 도시된 것과 같이 제4반사부(M4)가 제2스플릿부(SP2)와 제2편광부(PU2) 사이에 위치하도록 할 수도 있다.
도 2에 도시된 것과 동일하거나 유사한 구성을 취할 수 있는 머지부는, 편광 상태가 같아진 제1마스터빔(MB1'), 제2마스터빔(MB2), 제1슬레이브빔(SB1') 및 제2슬레이브빔(SB2)을 머지한다. 그리고 이와 같이 머지된 레이저빔은 비정질실리콘에 조사되어 이를 폴리실리콘으로 결정화시킬 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 경우, s-편광과 p-편광이 섞여 있는 마스터 레이저빔(MLB)과 슬레이브 레이저빔(SLB) 각각을 제1편광상태인 p-편광의 빔들(MB1, SB1)과 제2편광상태인 s-편광의 빔들(MB2, SB2)로 분리하고, 제1편광상태의 빔들의 편광상태를 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환한 후, 모든 레이저빔들을 머지한다. 이에 따라 비정질실리콘층에는 모두 제2편광상태인 레이저빔이 조사된다. 이에 따라 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치를 사용할 경우, 종래의 레이저빔 어닐링 장치를 사용하는 경우보다 더 적은 횟수의 레이저빔 조사로도 비정질실리콘층을 결정화하여 고품질의 폴리실리콘층을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치는, 마스터 레이저빔 방출부(MLE)와 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)에서 방출되는 마스터 레이저빔(MLB)과 슬레이브 레이저빔(SLB)을 이용하는바, 상이한 위상/강도분포를 갖는 마스터 레이저빔(MLB)과 슬레이브 레이저빔(SLB)을 이용하여 최종적으로 비정질 실리콘에 조사되는 레이저빔을 형성하므로, 최종적으로 비정질 실리콘에 조사되는 레이저빔 특성의 산포가 균일하도록 할 수 있다.
도 3에서는 제1마스터빔(MB1)의 광경로에 있어서 제1편광부(PU1)가 제2반사부(M2) 이후에 위치하고, 제1슬레이브빔(SB1)의 광경로에 있어서 제2편광부(PU2)가 제4반사부(M4) 이후에 위치하는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1마스터빔(MB1)이 제1편광부(PU1)를 지나 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환된 후, 제2편광상태의 제1마스터빔(MB1')이 제2반사부(M2)에 입사하도록 할 수도 있다. 제1슬레이브빔(SB1)의 경우에도 제2편광부(PU2)를 지나 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환된 후, 제2편광상태의 제1슬레이브빔(SB1')이 제4반사부(M4)에 입사하도록 할 수도 있다. 그리고 지금까지는 제1편광상태가 p-편광상태이고 제2편광상태가 s-편광상태인 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1편광상태가 s-편광상태이고 제2편광상태가 p-편광상태일 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 개념도이다. 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치는 마스터 레이저빔 방출부(MLE), 제1스플릿부(SP1), 제1편광부(PU1), 제1추가편광부(APU1) 및 머지부(미도시)를 구비한다.
이러한 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치가 도 1을 참조하여 전술한 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치와 상이한 점은, 마스터 레이저빔(MLB)이 제1스플릿부(SP1)에 의해 제1편광상태의 제1마스터빔(MB1)과 제2편광상태의 제2마스터빔(MB2)으로 분리된 후, 제1마스터빔(MB1)이 제1편광부(PU1)를 통과하는 것 외에 제2마스터빔(MB2)도 제1추가편광부(APU1)를 통과한다는 점이다. 이때 제1편광부(PU1)는 제1마스터빔(MB1)의 편광 상태를 제1편광상태에서 제3편광상태로 변환시키고, 제1추가편광부(APU1)는 제2마스터빔(MB2)의 편광 상태를 제2편광상태에서 제3편광상태로 변환시킨다. 그리고 머지부(미도시)는 편광 상태가 같아진 제1마스터빔(MB1')과 제2마스터빔(MB2')을 머지한다. 그 외의 다른 구성요소들에 대한 설명은 도 1을 참조하여 전술한 실시예에서 설명한 바와 동일하거나 유사하기에 생략한다.
제1편광부(PU1)와 제1추가편광부(APU1) 각각은 반파장판을 포함할 수 있다. 이하에서는 제1편광부(PU1)와 제1추가편광부(APU1)에 대해 설명한다.
도 5는 도 4의 레이저빔이 일부분의 구성요소를 통과할 시의 위상의 변화를 개략적으로 도시하는 개념도이다. 여기서 일부분의 구성요소는 제1편광부(PU1) 또는 제1추가편광부(APU1)가 포함하는 반파장판(HWP)으로 이해될 수 있다. 반파장판(HWP)은 빠른 축(FA; fast axis)과 느린 축(slow axis)을 가질 수 있는데, 도 5에 도시된 것과 같이 반파장판(HWP)의 빠른 축(FA)과 입력 레이저빔의 편광축(IPA)이 이루는 각도가 θ일 경우, 반파장판(HWP)을 통과한 출력 레이저빔의 편광축(OPA)은 입력 레이저빔의 편광축(IPA)에 대해 2θ의 각도를 이루게 된다. 만일 θ가 45도라면, 입력광이 p-편광상태일 경우 반파장판(HWP)을 통과한 출력광의 편광상태는 입력광에 대해 90도 회전된 s-편광상태가 된다.
도 4에 도시된 것과 같은 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 경우 제1편광부(PU1)와 제1추가편광부(APU1) 각각이 반파장판을 포함하는바, 제1편광부(PU1)의 빠른 축과 제1추가편광부(APU1)의 빠른 축은 45도의 각도를 이루도록 할 수 있다. 이에 따라, 마스터 레이저빔(MLB)이 제1스플릿부(SP1)에 의해 제1편광상태인 p-편광상태의 제1마스터빔(MB1)과 제2편광상태인 s-편광상태의 제2마스터빔(MB2)으로 스플릿되며, 제1마스터빔(MB1)의 편광축과 제1편광부(PU1)의 반파장판의 빠른 축이 이루는 각도가 θ라 한다면, 제2마스터빔(MB2)의 편광축이 제1마스터빔(MB1)의 편광축과 이루는 각도가 90도이기에, 제2마스터빔(MB2)의 편광축이 제1추가편광부(APU1)의 빠른 축과 이루는 각도는 "θ-45도"가 된다.
이와 같은 조건에서, 제1편광부(PU1)를 통과한 후의 제1마스터빔(MB1')의 편광축은 통과 전의 제1마스터빔(MB1)의 편광축 대비 2θ만큼 회전되고, 제1추가편광부(APU1)를 통과한 후의 제2마스터빔(MB2')의 편광축은 통과 전의 제2마스터빔(MB2)의 편광축 대비 "2θ-90도"만큼 회전된다. 제1편광부(PU1) 통과 전의 제1마스터빔(MB1)의 편광축과 제1추가편광부(APU1) 통과 전의 제2마스터빔(MB2)의 편광축이 이루는 각도가 90도이기에, 결과적으로 제1마스터빔(MB1')의 편광축과 제2마스터빔(MB2')의 편광축은 동일하게 되어, 제1마스터빔(MB1')의 편광상태와 제2마스터빔(MB2')의 편광상태가 모두 동일한 제3편광상태인 것으로 이해될 수 있다. 만일 θ가 45도라면, 제3편광상태는 제2편광상태, 예컨대 s-편광상태인 것으로 이해될 수 있다. 만일 θ가 90도라면, 제3편광상태는 제1편광상태, 예컨대 p-편광상태인 것으로 이해될 수 있다. 만일 θ가 45도나 90도가 아니라면, 제3편광상태는 p-편광상태도 아니고 s-편광상태도 아닌 것으로 이해될 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치는, s-편광과 p-편광이 섞여 있는 마스터 레이저빔(MLB)을 제1편광상태인 p-편광의 제1마스터빔(MB1)과 제2편광상태인 s-편광의 제2마스터빔(MB2)으로 분리하고, 제1마스터빔(MB1)과 제2마스터빔(MB2) 각각의 편광 상태를 모두 동일한 제3편광상태로 변환한 후, 제3편광상태의 제1마스터빔(MB1')과 제2마스터빔(MB2)을 머지한다. 이에 따라 비정질실리콘층에는 모두 제3편광상태인 레이저빔이 조사된다.
레이저빔을 비정질실리콘층에 반복하여 조사함에 따라 비정질실리콘층에 형성된 그레인(grain)들이 더욱 정렬된다. 실험을 통해서, 비정질실리콘층 상에 도달하는 레이저빔의 강도가 동일하거나 유사하다면, 여러 편광이 섞인 레이저빔을 비정질실리콘층에 조사하는 경우보다 어느 한 편광상태의 레이저빔을 비정질실리콘층에 조사하는 경우, 더 적은 횟수의 레이저빔 조사로도 동일하거나 더 우수하게 그레인들이 정렬된 폴리실리콘층을 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 상술한 것과 같은 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치를 사용할 경우, 종래의 레이저빔 어닐링 장치를 사용하는 경우보다 더 적은 횟수의 레이저빔 조사로도 비정질실리콘층을 결정화하여 고품질의 폴리실리콘층을 얻을 수 있다.
도 4에서는 제1마스터빔(MB1)의 광경로에 있어서 제1편광부(PU1)가 제2반사부(M2) 이후에 위치하는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1마스터빔(MB1)이 제1편광부(PU1)를 지나 제1편광상태에서 제3편광상태로 변환된 후, 제3편광상태의 제1마스터빔(MB1')이 제2반사부(M2)에 입사하도록 할 수도 있다. 그리고 지금까지는 제1편광상태가 p-편광상태이고 제2편광상태가 s-편광상태인 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1편광상태가 s-편광상태이고 제2편광상태가 p-편광상태일 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 일부를 개략적으로 도시하는 개념도이다. 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치는 도 4를 참조하여 전술한 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 구성요소에 더하여, 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE), 제2스플릿부(SP2), 제2편광부(PU2) 및 제2추가편광부(APU2)를 더 구비한다.
슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)는 슬레이브 레이저빔(SLB)을 방출할 수 있다. 제2스플릿부(SP2)는 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)에서 방출된 슬레이브 레이저빔(SLB)을 제1편광상태의 제1슬레이브빔(SB1)과 제2편광상태의 제2슬레이브빔(SB2)으로 스플릿할 수 있다. 제1편광상태는 예컨대 p-편광상태일 수 있고, 제2편광상태는 예컨대 s-편광상태일 수 있다. 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)나 제2스플릿부(SP2)는 도 3을 참조하여 전술한 실시예에서 설명한 바와 동일하거나 유사하기에, 자세한 설명은 생략한다.
제2편광부(PU2)는 제1슬레이브빔(SB1)의 광경로 상에 위치하여, 제1슬레이브빔(SB1)의 편광 상태를 제1편광상태에서 제3편광상태로 변환시킨다. 제2추가편광부(APU2)는 제2슬레이브빔(SB2)의 광경로 상에 위치하여, 제2슬레이브빔(SB2)의 편광 상태를 제2편광상태에서 제3편광상태로 변환시킨다. 제2편광부(PU2)나 제2추가편광부(APU2)의 경우 도 4를 참조하여 전술한 실시예에서의 제1편광부(PU1)나 제1추가편광부(APU1)와 동일하거나 유사하기에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이와 같은 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 경우, 제1마스터빔(MB1'), 제2마스터빔(MB2'), 제1슬레이브빔(SB1') 및 제2슬레이브빔(SB2') 모두가 제3편광상태를 갖게 된다. 머지부(미도시)는 이와 같이 모두 동일한 제3편광상태인 제1마스터빔(MB1'), 제2마스터빔(MB2'), 제1슬레이브빔(SB1') 및 제2슬레이브빔(SB2')을 머지한다. 그리고 이와 같이 머지된 레이저빔은 비정질실리콘에 조사되어 이를 폴리실리콘으로 결정화시킬 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치의 경우, 비정질실리콘층에는 모두 제3편광상태인 레이저빔이 조사된다. 이에 따라 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치를 사용할 경우, 종래의 레이저빔 어닐링 장치를 사용하는 경우보다 더 적은 횟수의 레이저빔 조사로도 비정질실리콘층을 결정화하여 고품질의 폴리실리콘층을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치는, 마스터 레이저빔 방출부(MLE)와 슬레이브 레이저빔 방출부(SLE)에서 방출되는 마스터 레이저빔(MLB)과 슬레이브 레이저빔(SLB)을 이용하는바, 상이한 위상/강도분포를 갖는 마스터 레이저빔(MLB)과 슬레이브 레이저빔(SLB)을 이용하여 최종적으로 비정질 실리콘에 조사되는 레이저빔을 형성하므로, 최종적으로 비정질 실리콘에 조사되는 레이저빔 특성의 산포가 균일하도록 할 수 있다.
도 6에서는 제1마스터빔(MB1)의 광경로에 있어서 제1편광부(PU1)가 제2반사부(M2) 이후에 위치하고, 제1슬레이브빔(SB1)의 광경로에 있어서 제2편광부(PU2)가 제4반사부(M4) 이후에 위치하는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1마스터빔(MB1)이 제1편광부(PU1)를 지나 제1편광상태에서 제3편광상태로 변환된 후, 제3편광상태의 제1마스터빔(MB1')이 제2반사부(M2)에 입사하도록 할 수도 있다. 제1슬레이브빔(SB1)의 경우에도 제2편광부(PU2)를 지나 제1편광상태에서 제3편광상태로 변환된 후, 제3편광상태의 제1슬레이브빔(SB1')이 제4반사부(M4)에 입사하도록 할 수도 있다. 그리고 지금까지는 제1편광상태가 p-편광상태이고 제2편광상태가 s-편광상태인 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1편광상태가 s-편광상태이고 제2편광상태가 p-편광상태일 수 있다.
지금까지 설명한 레이저빔 어닐링 장치는 디스플레이 장치의 제조에 사용될 수 있으며, 그와 같은 디스플레이 장치 제조방법 역시 본 발명의 범위에 속한다. 도 7은 그와 같은 제조방법에 의해 제조된 디스플레이 장치로서 유기발광 디스플레이 장치의 일부분을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
기판(110) 상에는 버퍼층(105), 게이트절연막(130), 층간절연막(150) 등과 같은 공통층이 기판(110)의 전면(全面)에 형성될 수 있고, 비정질실리콘영역(120)과 폴리실리콘영역(120a)을 포함하는 반도체층 역시 기판(110)의 전면(全面)에 형성될 수 있다. 또한, 반도체층의 폴리실리콘영역(120a)을 활성층으로 가지며 게이트전극(140), 소스전극(161) 및 드레인전극(162)을 포함하는 박막트랜지스터(TFT)가 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 물론 필요에 따라 비정질실리콘영역(120)은 존재하지 않고, 폴리실리콘영역(120a)만 존재하도록 할 수도 있다. 이는 비정질실리콘층을 모두 결정화시킨 후 이를 패터닝한 것일 수도 있고, 비정질실리콘층의 일부만 결정화시킨 후 잔존하는 비정질실리콘층을 제거한 것일 수도 있다.
그리고 이러한 박막트랜지스터(TFT)를 덮는 보호막(170)과, 보호막(170) 상에 위치하며 그 상면이 대략 평탄한 평탄화막(180)이 기판(110)의 전면에 형성될 수 있다. 이러한 평탄화막(180) 상에는 유기발광소자(200)가 위치하도록 할 수 있다. 유기발광소자(200)는 패터닝된 화소전극(210), 기판(110)의 전면에 대략 대응하는 대향전극(230), 그리고 화소전극(210)과 대향전극(230) 사이에 개재되며 발광층을 포함하는 다층 구조의 중간층(220)을 포함할 수 있다. 물론 중간층(220)은 도시된 것과 달리 일부 층은 기판(110)의 전면에 대략 대응하는 공통층일 수 있고, 다른 일부 층은 화소전극(210)에 대응하도록 패터닝된 패턴층일 수 있다. 화소전극(210)은 비아홀을 통해 박막트랜지스터(TFT)에 전기적으로 연결될 수 있다. 물론 화소전극(210)의 가장자리를 덮으며 각 화소영역을 정의하는 개구를 갖는 화소정의막(190)이 기판(110)의 전면에 대략 대응하도록 평탄화막(180) 상에 형성될 수 있다.
이때, 폴리실리콘영역(120a)은 전술한 실시예들에 따른 레이저빔 어닐링 장치를 이용하여 형성된 것일 수 있다.
이와 같이, 기판(110) 상에 비정질실리콘층을 형성하고, 이 비정질실리콘층에 전술한 실시예들 중 적어도 어느 한 실시예에 따른 레이저빔 어닐링 장치에서 방출되는 레이저빔을 조사하여 비정질실리콘층의 적어도 일부를 폴리실리콘층으로 변환시킨 후, 디스플레이소자를 형성하는, 디스플레이 장치 제조방법은 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다. 이와 같이 제조된 디스플레이 장치는 그 제조 중 레이저빔 어닐링 과정에서 적은 레이저빔 조사 횟수에도 불구하고 고품질의 폴리실리콘층이 형성되기에, 고품질의 디스플레이 장치의 제조수율을 향상시키고 제조시간을 단축할 수 있다.
물론 본 발명이 유기발광 디스플레이 장치에 국한되어 적용되는 것은 아니며, 예컨대 액정디스플레이 장치 등과 같이 폴리실리콘층을 활성층으로 갖는 박막트랜지스터를 갖는 디스플레이 장치라면 본 발명이 적용될 수 있는 범위에 속한다고 할 것이다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
MLE: 마스터 레이저빔 방출부 MB1: 제1마스터빔
MB2: 제2마스터빔 SLE: 슬레이브 레이저빔 방출부
SB1: 제1슬레이브빔 SB2: 제2슬레이브빔
SP1: 제1스플릿부 SP2: 제2스플릿부
PU1: 제1편광부 APU1: 제1추가편광부
PU2: 제2편광부 APU2: 제2추가편광부

Claims (13)

  1. 마스터 레이저빔을 방출할 수 있는, 마스터 레이저빔 방출부;
    상기 마스터 레이저빔 방출부에서 방출된 마스터 레이저빔을 제1편광상태의 제1마스터빔과 제2편광상태의 제2마스터빔으로 스플릿할 수 있는, 제1스플릿부;
    제1마스터빔의 편광 상태를 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환시키는 제1편광부; 및
    편광 상태가 같아진 제1마스터빔과 제2마스터빔을 머지(merge)하는 머지부;
    를 구비하는, 레이저빔 어닐링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1스플릿부는 편광빔스플릿부인, 레이저빔 어닐링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1편광부는 반파장판을 포함하는, 레이저빔 어닐링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    슬레이브 레이저빔을 방출할 수 있는 슬레이브 레이저빔 방출부;
    상기 슬레이브 레이저빔 방출부에서 방출된 슬레이브 레이저빔을 제1편광상태의 제1슬레이브빔과 제2편광상태의 제2슬레이브빔으로 스플릿할 수 있는, 제2스플릿부; 및
    제1슬레이브빔의 편광 상태를 제1편광상태에서 제2편광상태로 변환시키는 제2편광부;
    를 더 구비하고, 상기 머지부는 편광 상태가 같아진 제1마스터빔, 제2마스터빔, 제1슬레이브빔 및 제2슬레이브빔을 머지하는, 레이저빔 어닐링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1스플릿부와 상기 제2스플릿부 각각은 편광빔스플릿부인, 레이저빔 어닐링 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1편광부와 상기 제2편광부 각각은 반파장판을 포함하는, 레이저빔 어닐링 장치.
  7. 마스터 레이저빔을 방출할 수 있는, 마스터 레이저빔 방출부;
    상기 마스터 레이저빔 방출부에서 방출된 마스터 레이저빔을 제1편광상태의 제1마스터빔과 제2편광상태의 제2마스터빔으로 스플릿할 수 있는, 제1스플릿부;
    제1마스터빔의 편광 상태를 제1편광상태에서 제3편광상태로 변환시키는 제1편광부;
    제2마스터빔의 편광 상태를 제2편광상태에서 제3편광상태로 변환시키는 제1추가편광부; 및
    편광 상태가 같아진 제1마스터빔과 제2마스터빔을 머지(merge)하는 머지부;
    를 구비하는, 레이저빔 어닐링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1스플릿부는 편광빔스플릿부인, 레이저빔 어닐링 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1편광부와 상기 제1추가편광부 각각은 반파장판을 포함하며, 제1편광부의 빠른 축과 제1추가편광부의 빠른 축은 45도의 각도를 이루는, 레이저빔 어닐링 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    슬레이브 레이저빔을 방출할 수 있는 슬레이브 레이저빔 방출부;
    상기 슬레이브 레이저빔 방출부에서 방출된 슬레이브 레이저빔을 제1편광상태의 제1슬레이브빔과 제2편광상태의 제2슬레이브빔으로 스플릿할 수 있는, 제2스플릿부;
    제1슬레이브빔의 편광 상태를 제1편광상태에서 제3편광상태로 변환시키는 제2편광부; 및
    제2슬레이브빔의 편광 상태를 제2편광상태에서 제3편광상태로 변환시키는 제2추가편광부;
    를 더 구비하고, 상기 머지부는 편광 상태가 같아진 제1마스터빔, 제2마스터빔, 제1슬레이브빔 및 제2슬레이브빔을 머지하는, 레이저빔 어닐링 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1스플릿부와 상기 제2스플릿부 각각은 편광빔스플릿부인, 레이저빔 어닐링 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1편광부, 상기 제1추가편광부, 상기 제2편광부 및 상기 제2추가편광부 각각은 반파장판을 포함하며, 제1편광부의 빠른 축과 제1추가편광부의 빠른 축은 45도의 각도를 이루고, 제2편광부의 빠른 축과 제2추가편광부의 빠른 축은 45도의 각도를 이루는, 레이저빔 어닐링 장치.
  13. 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;
    비정질 실리콘층에 상기 제1항 내지 제13항 중 어느 한 레이저빔 어닐링 장치에서 방출되는 레이저빔을 조사하여 폴리실리콘층으로 변환시키는 단계; 및
    디스플레이소자를 형성하는 단계;
    를 포함하는, 디스플레이 장치 제조방법.
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