KR20190030462A - 레이저 결정화 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

레이저 결정화 장치가 제공된다. 상기 레이저 결정화 장치는, 고체 레이저를 출사하는 고체 레이저 광원, 상기 고체 레이저를 제1 결정화 레이저와 제2 결정화 레이저로 분리하는 스플릿 모듈, 상기 제2 결정화 레이저를 상기 제1 결정화 레이저 보다 소정 시간 늦게 출사하는 시간지연 모듈, 및 상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저 중 적어도 하나의 레이저 출사 경로에 마련되어, 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 편광 상태 제어모듈을 포함하되, 상기 제1 결정화 레이저는 상기 제2 결정화 레이저 보다 강도가 강하고, 상기 제2 결정화 레이저 보다 결정화 대상체에 상기 소정 시간 먼저 제공될 수 있다.

Description

레이저 결정화 장치 및 그 방법 {Laser annealing apparatus and the controlling method thereof}
본 발명은 레이저 결정화 장치 및 그 방법에 관련된 것으로서, 보다 자세하게는 더블 펄스 레이저를 통한 재 결정화를 제공하는 레이저 결정화 장치 및 그 방법에 관련된 것이다.
일반적으로 비정질 실리콘(a-Si)은 전하 운반체인 전자의 이동도 및 개구 율이 낮고 CMOS 공정에 부합되지 못하는 단점이 있다. 반면에, 다결정 실리콘(Poly-Si) 박막 소자는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si TFT)에서는 불가능하였던 영상신호를 화소에 기입하는데 필요한 구동 회로를 화소 TFT-array와 같이 기판상에 구성하는 것 이 가능하다. 따라서, 다결정 실리콘 박막 소자에서는 다수의 단자와 드라이버 IC와의 접속이 불필요하게 되므로, 생산성과 신뢰성을 높이고 패널의 두께를 줄일 수 있다.
이러한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조하는 방법으로는 고온 조건에서 제조하는 방법과 저온 조건에서 제조하는 기술이 있는데, 고온 조건에서 형성하기 위해서는 기판으로 석영 등의 고가의 재질을 사용하여야 하므로, 대면적화에 적당하지 않다. 따라서, 저온 조건에서 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘으로 대량으로 제조 하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 저온의 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로는 고상결 정화법(SPC: solid phase crystallization), 금속유도 결정화법(MIC: metal induced crystallization), 금속유 도측면 결정화법(MILC: metal induced lateral crystallization), 엑시머 레이저 열처리법(Excimer Laser Annealing, ELA) 등이 있다.
예를 들어, 대한 민국 특허 공개 번호 10-2009-0105751(출원번호: 10-2008-0031386, 출원인: 삼성모바일디스플레이주식회사)에는, 실리콘층이 표면에 형성된 기판을 수용하는 챔버와, 챔버에 연결되어 둘 이상의 기체를 혼합한 혼합 가스를 챔버에 공급하는 가스 공급부와, 실리콘층에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사부와, 가스 공급부에 전기적으로 연결되어 혼합 가스에 포함되는 산소 가스의 농도를 조절하는 제어 신호를 인가하는 제어부를 구비하는 레이저 결정화 장치와 레이저 결정화 방법이 개시되어 있다. 이 밖에도, 레이저 결정화 방법에 관한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
대한민국 특허 공개 번호 10-2009-0105751
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 결정화 대상체의 냉각 속도를 조절하는 레이저 결정화 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 결정화 대상체의 그레인 특성이 향상된 레이저 결정화 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 결정화 대상체의 결정화도가 향상된 레이저 결정화 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 결정화 대상체 내의 전하들의 이동도가 향상된 레이저 결정화 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 레이저 결정화 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 결정화 장치는, 고체 레이저를 출사하는 고체 레이저 광원, 상기 고체 레이저를 제1 결정화 레이저와 제2 결정화 레이저로 분리하는 스플릿 모듈, 상기 제2 결정화 레이저를 상기 제1 결정화 레이저 보다 소정 시간 늦게 출사하는 시간지연 모듈, 및 상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저 중 적어도 하나의 레이저 출사 경로에 마련되어, 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 편광 상태 제어모듈을 포함하되, 상기 제1 결정화 레이저는 상기 제2 결정화 레이저 보다 강도가 강하고, 상기 제2 결정화 레이저 보다 결정화 대상체에 상기 소정 시간 먼저 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 편광 상태 제어모듈은, 위상 지연판을 포함하며, 상기 위상 지연판의 회전에 따라, 각각 상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저 중 적어도 하나의 결정화 레이저의 편광 상태를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 편광 상태 제어모듈은 제1 편광 상태 제어모듈과 제2 편광 상태 제어모듈을 포함하고, 상기 제1 편광 상태 제어모듈은 상기 제1 결정화 레이저의 출사 경로에 마련되어, 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하고, 상기 제2 편광 상태 제어모듈은 상기 제2 결정화 레이저의 출사 경로에 마련되어, 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 지연판은 제1 위상 지연판과 제2 위상 지연판을 포함하고, 상기 제1 및 제2 위상 지연판은, 각각 상기 제1 및 제2 편광 상태 제어모듈에 포함되며, 상기 제1 및 제2 위상 지연판의 회전에 따라, 각각 상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 결정화 장치는, 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 결정화 대상체의 길이방향에 따라 상기 제1 위상 지연판 또는 상기 제2 위상 지연판의 회전을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 결정화 대상체는 채널들로 이루어지고, 상기 결정화 대상체의 채널들이, 제1 길이방향으로 연장하는 제1 채널과 상기 제1 길이방향에서 소정 각도 기울어져 연장하는 제2 채널로 이루어진 경우에 있어서, 상기 제어부는, 상기 소정 각도가 45도 미만인 경우, 상기 제2 위상 지연판을 제어하고, 상기 소정 각도가 45도 초과인 경우, 상기 제1 위상 지연판을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부의 상기 제1 및 제2 위상 지연판 중 적어도 하나의 위상 지연판 제어에 따라, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 재 결정화 방향은 서로 동일할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 결정화 레이저의 강도는 225 mJ/cm2 초과 및 270 mJ/cm2 미만이고, 상기 제2 결정화 레이저의 강도는 상기 제1 결정화 레이저 강도의 10 내지 50%이고, 상기 제1 결정화 레이저는 상기 제2 결정화 레이저 보다 30ns 내지 80ns 먼저 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 결정화 레이저는, 상기 제1 결정화 레이저에 의하여 액화된 결정화 대상체가 냉각되는 중에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 결정화 장치는, 고체 레이저를 출사하는 고체 레이저 광원, 및 상기 고체 레이저를 제1 결정화 레이저와 제2 결정화 레이저로 분리하는 스플릿 모듈을 포함하고, 상기 제2 결정화 레이저를 상기 제1 결정화 레이저 보다 소정 시간 늦게 출사하는 시간지연 모듈, 및 상기 제1 결정화 레이저는 상기 제2 결정화 레이저 보다 강도가 강하고, 상기 제2 결정화 레이저 보다 결정화 대상체에 상기 소정 시간 먼저 제공되되, 상기 제1 결정화 레이저의 강도는 225 mJ/cm2 초과 및 270 mJ/cm2 미만일 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 레이저 결정화 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 결정화 방법은, 고체 레이저 광원에서 고체 레이저를 출사하는 출사 단계, 상기 출사된 고체 레이저를 제1 결정화 레이저 및 제2 결정화 레이저로 분리하는 분리 단계, 상기 제1 결정화 레이저를 결정화 대상체에 조사하는 제1 조사 단계, 및 상기 제1 조사 단계 후에, 소정 시간이 지나 상기 결정화 대상체에 상기 제2 결정화 레이저를 조사하는 제2 조사 단계를 포함하되, 상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저 중 적어도 하나의 결정화 레이저는 편광 상태가 제어된 것일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 조사 단계는, 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 제1 편광 상태 제어 단계를 포함하고, 상기 제2 조사 단계는, 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 제2 편광 상태 제어 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 편광 상태 제어 단계는, 제1 위상 지연판을 회전시켜 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제2 편광 상태 제어 단계는, 제2 위상 지연판을 회전시켜 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 결정화 대상체의 채널들이, 제1 길이방향으로 연장하는 제1 채널과 상기 제1 길이방향에서 소정 각도 기울어져 연장하는 제2 채널로 이루어진 경우에 있어서, 상기 제1 편광 상태 제어 단계는, 상기 소정 각도가 45도 초과인 경우, 상기 제1 위상 지연판을 제어하여 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제2 편광 상태 제어 단계는, 상기 소정 각도가 45도 미만인 경우, 상기 제2 위상 지연판을 제어하여 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 결정화 방법은, 상기 제1 및 제2 위상지연판 중 적어도 하나의 위상지연판 제어에 따라, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 재 결정화 방향은 서로 동일할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 고체 레이저를 출사하는 고체 레이저 광원, 상기 고체 레이저를 제1 결정화 레이저와 제2 결정화 레이저로 분리하는 스플릿 모듈, 및 상기 제2 결정화 레이저를 상기 제1 결정화 레이저 보다 소정 시간 늦게 출사하는 시간지연 모듈을 포함하되, 상기 제1 결정화 레이저는 상기 제2 결정화 레이저 보다 강도가 강하고, 상기 제2 결정화 레이저 보다 결정화 대상체에 상기 소정 시간 먼저 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 결정화 대상체의 냉각 속도가 줄어들어, 결정화도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 상기 제1 및 제2 결정화 레이저 중 적어도 하나의 레이저 출사 경로에 마련되어, 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 편광 상태 제어모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 결정화 레이저의 편광 상태가 제어되어, 상기 결정화 대상체가 우수한 그레인 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 제1 및 제2 편광 상태 제어모듈이 포함하는 제1 및 제2 위상 지연판 중 어느 하나의 위상 지연판의 회전을 제어하는 상기 제어부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 결정화 대상체가 길이방향이 서로 다른 복수의 채널들로 구성되는 경우, 복수의 상기 채널들의 재 결정화 방향이 서로 동일하게 되어, 상기 결정화 대상체 내의 전하들의 이동도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 레이저 결정화 장치에 사용되는 엑시머 레이저와 고체 레이저를 설명하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 제1 및 제2 결정화 레이저를 설명하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치가 포함하는 제1 및 제2 편광 상태 제어모듈을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치에 의해 결정화 되는 대상체의 채널들을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체의 채널들을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 비교 예1에 따른 레이저 결정화 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 비교 예 1에 따른 레이저 결정화 장치의 시뮬레이션 특성을 보다 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 시뮬레이션 특성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 본 명세서에서 "결정화도"는 결정화 대상체 내의 비정실 실리콘 비율을 나타내는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 레이저 결정화 장치에 사용되는 엑시머 레이저와 고체 레이저를 설명하는 개념도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 제1 및 제2 결정화 레이저를 설명하는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 고체 레이저 광원(100), 스플릿 모듈(200), 반사 미러(M), 및 시간지연 모듈(300) 중 적어도 하나를 구비하여 이루어질 수 있다.
상기 고체 레이저 광원(100)은, 레이저 결정화에 요구되는 고체 레이저(LO)를 생성하고 출사할 수 있다. 예를 들어, 상기 고체 레이저(LO)는 Nd:YAG으로 이루어질 수 있다. 상기 고체 레이저 광원(100)이 생성하는 레이저의 파장 및 종류는 일 예에 불과한 것이며, 이와 달리 다른 파장 및 종류의 레이저를 생성하여 방출할 수 있음은 물론이다. 상기 고체 레이저 광원(100)에서 출사된 상기 고체 레이저(LO)는 상기 스플릿 모듈(200)로 제공될 수 있다.
상술된 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치와 달리, 엑시머(excimer) 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치의 경우, 속도가 느려 생산성이 저하되고, 유지비용이 높다는 문제점이 있다.
하지만, 상기 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치와 같이, 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치의 경우, 안정적이고 고출력이 가능함에 따라 비용이 절감되어 생산성이 향상될 수 있다. 그러나, 도 2를 참고하면, 고체 레이저(도 2(b) 참조)의 출사 시간은 엑시머 레이저(도 2(a) 참조)보다 극히 짧기 때문에, 실리콘 채널을 녹인 후에 급속히 냉각되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 본 발명의 일 실시 예들은, 고체 레이저를 통한 결정화를 구현하면서도, 녹은 실리콘이 급속히 냉각되는 문제를 해소할 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 상기 스플릿 모듈(200)은, 상기 고체 레이저 광원(100)으로부터 상기 고체 레이저(LO)를 제공받아, 제1 결정화 레이저(L1) 및 제2 결정화 레이저(L2)로 분리할 수 있다.
상기 제1 결정화 레이저(L1) 및 상기 제2 결정화 레이저(L2)는 결정화 대상체(SUB)에 제공되어, 상기 결정화 대상체를 결정화 시킬 수 있다. 이때, 상기 결정화 대상체(SUB)의 결정화도를 향상시키기 위하여, 상기 제1 결정화 레이저(L1)는 상기 제2 결정화 레이저(L2)보다 소정 시간 먼저 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 결정화 레이저(L1)는 상기 제2 결정화 레이저(L2) 보다 30ns 내지 80ns, 바람직하게는 60ns 먼저 제공될 수 있다.
보다 구체적으로 말하면, 상기 제1 결정화 레이저(L1)는 상기 스플릿 모듈(200)로부터 출사되어, 상기 결정화 대상체(SUB)에 바로 제공될 수 있다. 반면, 상기 제2 결정화 레이저(L2)는, 상기 반사 미러(M), 상기 시간지연 모듈(300)을 거쳐 상기 결정화 대상체(SUB)에 제공될 수 있다.
상기 반사 미러(M)는 상기 스플릿 모듈(200)로부터 출사된 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 진행 방향을 변경하여, 상기 시간지연 모듈(300)로 제공할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 시간지연 모듈(300)은, 상기 제2 결정화 레이저(L2)를 상기 제1 결정화 레이저(L1)보다 소정 시간 늦게 출사할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 결정화 레이저(L2)는 상기 제1 결정화 레이저(L1) 보다 소정 시간 늦게 상기 결정화 대상체(SUB)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 결정화 레이저(L1)는 상기 제2 결정화 레이저(L2) 보다 30ns 내지 80ns, 바람직하게는 60ns 먼저 제공될 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 결정화 레이저(L1)가 상기 제2 결정화 레이저(L2) 보다 30ns 미만 또는 80ns 초과의 시간이 지나 상기 결정화 대상체(SUB)에 제공되는 경우, 상기 결정화 대상체(SUB)의 냉각 속도 조절이 용이하지 않아, 결정화도가 저하될 수 있다.
또한, 상기 결정화 대상체(SUB)의 결정화도를 향상시키기 위하여, 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 강도는 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 강도보다 강하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 강도는 225 mJ/cm2 초과 및 270 mJ/cm2 미만인 에너지 범위로 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 강도는 상기 제1 결정화 레이저(L1) 강도의 10 내지 50%일 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 강도가 225 mJ/cm2 이하 또는 270 mJ/cm2 이상인 에너지 범위에서는, 상기 결정화 대상체(SUB)의 결정화도가 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 예를 들어, 상기 시간지연 모듈(300)은 어테뉴에이터를 통하여 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 강도를 상기 제1 결정화 레이저(L1) 보다 약하게 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 결정화 레이저(L2)는, 상기 제1 결정화 레이저(L1)에 의하여 액화된 상기 결정화 대상체(SUB)가 냉각되는 중에 제공될 수 있다. 다시 말해, 상기 결정화 대상체(SUB)는, 상기 제1 결정화 레이저(L1)가 제공됨에 따라 녹은(melting) 뒤, 냉각되어 재 결정화 될 수 있다. 이때, 상기 제2 결정화 레이저(L2)는 상기 제1 결정화 레이저(L1) 보다 소정 시간 늦게 제공됨에 따라, 상기 결정화 대상체(SUB)가 냉각되는 중에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 결정화 대상체(SUB)는 스테이지(ST)상에 배치될 수 있다. 상기 스테지이(ST)는 특정 방향으로 움직이도록 제어될 수 있다. 상기 결정화 대상체(SUB)는 결정화가 요구되는 실리콘 채널층인 것으로 이해될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2)는 상기 결정화 대상체(SUB)의 법선에 대하여 소정 각도(θ) 예를 들어, 5 도 내지 15 도, 바람직하게는 10 도 기울어진 상태로 제공되어, 실리콘 채널 층을 결정화할 수 있다. 이 때, 스테이지(ST)가 일 방향으로 이동함에 따라, 점진적으로 결정화 공정이 수행될 수 있는 것이다.
상술된 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치와 달리, 상기 결정화 대상체(SUB) 상에 고체 레이저(Lo)가 한번만 제공되는 경우, melting된 상기 결정화 대상체(SUB)가 급속히 냉각되어, 결정화도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 상기 결정화 대상체(SUB)가 급속히 냉각되는 경우, 상기 결정화 대상체(SUB) 내에 비정질 실리콘(a-Si)이 형성될 수 있다.
하지만, 이와 달리, 상기 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는 상기 결정화 대상체(SUB) 상에 상기 제1 결정화 레이저(L1) 및 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 강도보다 약한 강도를 갖는 상기 제2 결정화 레이저(L2)가 상기 소정 시간의 간격을 두고 제공됨에 따라, 상기 결정화 대상체(SUB)의 냉각 속도가 저하되어, 결정화도가 향상될 수 있다.
보다 구체적으로 말하면, 상기 결정화 대상체(SUB) 상에 상기 제1 결정화 레이저(L1)가 제공된 경우, 상기 결정화 대상체(SUB)가 melting되고, 시간이 지남에 따라 점점 냉각된다. 이때, 냉각되고 있는 상기 결정화 대상체(SUB) 상에 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 강도보다 약한 강도를 갖는 상기 제2 결정화 레이저(L2)를 제공하면, 상기 결정화 대상체(SUB)의 냉각 속도가 저하되고 melting 상태를 더욱 오래 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 결정화 대상체(SUB)의 결정화도가 향상될 수 있다.
레이저 결정화 공정에 있어서, 상기 결정화 대상체(SUB)가 복수의 채널들로 이루어진 경우, 상기 복수의 채널들이 모두 같은 방향으로 재 결정화 되도록 제어하는 것은, 전하들의 이동도를 향상시키기 위하여 중요한 설계 요건에 해당한다.
이에 따라, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는 상기 제1 결정화 레이저(L1) 및 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 편광 상태를 제어하여, 상기 복수의 채널들이 모두 같은 방향으로 재 결정화 될 수 있도록, 상기 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치에서 편광 상태 제어모듈, 및 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치가 설명된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 고체 레이저 광원(100), 스플릿 모듈(200), 반사 미러(M), 시간지연 모듈(300), 편광 상태 제어모듈(400), 및 제어부(500) 중 적어도 어느 하나를 구비하여 이루어질 수 있다.
상기 고체 레이저 광원(100), 및 상기 스플릿 모듈(200)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 실시 예 1에 따른 레이저 결정화 장치의 고체 레이저 광원(100), 및 스플릿 모듈(200)과 같을 수 있다. 즉, 상기 고체 레이저 광원(100)에서 출사된 상기 고체 레이저(Lo)는 상기 스플릿 모듈(200)로 제공되고, 상기 스플릿 모듈(200)은 상기 고체 레이저(Lo)를 제1 결정화 레이저(L1) 및 제2 결정화 레이저(L2)로 분리할 수 있다.
상기 반사 미러(M) 및 상기 시간지연 모듈(300) 역시 도 1을 참조하여 설명된 상기 실시 예 1에 따른 레이저 결정화 장치의 반사 미러(M) 및 시간지연 모듈(300)과 같을 수 있다. 이에 따라, 상기 스플릿 모듈(200)로부터 출사된 상기 제2 결정화 레이저(L2)는 상기 반사 미러(M)에 의해 진행 방향이 변경되어 상기 시간지연 모듈(300)로 제공되고, 상기 시간지연 모듈(300)에 의해 상기 제1 결정화 레이저(L1)보다 소정 시간 늦게 출사될 수 있다.
상기 편광 상태 제어모듈(400)은 상기 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2) 중 적어도 하나의 레이저 출사 경로에 마련되어, 결정화 레이저의 편광 상태를 제어할 수 있다.
이를 위하여, 상기 편광 상태 제어모듈(400)은 선형 편광판(미도시) 및 상기 선형 편광판 후에 배치되는 위상 지연판(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 선형 편광판은 레이저의 특정 선형 편광 성분만을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 이로써, 상기 선형 평광판 후에 배치되 상기 위상 지연판의 위상 지연 효과를 극대화 할 수 있다. 상기 위상 지연판은 회전에 따라, 각각 상기 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2)중 적어도 하나의 결정화 레이저의 편광 상태를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 편광 상태 제어모듈(400)은 제1 편광 상태 제어모듈(410), 및 제2 편광 상태 제어모듈(420)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 편광 상태 제어모듈(410)은 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 출사 경로에 마련되어, 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 편광 상태를 제어할 수 있다. 상기 제2 편광 상태 제어모듈(420)은 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 출사 경로에 마련되어, 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 편광 상태를 제어할 수 있다.
이하, 상기 편광 상태 제어모듈(400) 및 상기 위상 지연판의 회전을 제어하는 상기 제어부(500)에 관하여 도 5 내지 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치가 포함하는 제1 및 제2 편광 상태 제어모듈을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 편광 상태 제어모듈(410)은 제1 선형 편광판(412) 및 제1 위상 지연판(414)을 포함할 수 있다. 상기 제1 선형 편광판(412)은 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 특정 선형 편광 성분만을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 통과된 상기 제1 결정화 레이저(L1)는, 상기 제1 위상 지연판(414)의 회전을 통해 편광 상태가 제어될 수 있다. 상기 제2 선형 편광판(422)은 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 특정 선형 편광 성분만을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 통과된 상기 제2 결정화 레이저(L2)는, 상기 제2 위상 지연판(424)의 회전을 통해 편광 상태가 제어될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 위상 지연판(414)은 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 광축에 대하여 θ' 회전되어, 상기 제1 결정화 레이저(L1)의 편광 상태가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 위상 지연판(424)은 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 광축에 대하여 θ'' 회전되어, 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 편광 상태가 제어될 수 있다.
상기 제1 및 제2 편광 상태 제어모듈(410, 420)에 의해 상기 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2)의 편광 상태가 제어됨에 따라, 상기 결정화 대상체(SUB) 상에 편광 상태가 제어된 상기 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2)가 제공되어, 우수한 그레인 특성을 얻을 수 있다.
하지만, 상기 결정화 대상체(SUB)가 서로 다른 길이 방향을 갖는 복수의 채널로 이루어진 경우, 상기 결정화 대상체(SUB) 상에 편광 상태가 비 제어(non-controlled)된 상기 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2)가 제공되는 것 만으로는, 상기 복수의 채널들이 모두 일정한 방향으로 재 결정화되는 것이 용이하지 않다.
이와 달리, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2)의 출사 경로에 마련되어, 상기 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2)의 편광 상태를 제어할 수 있는 제1 및 제2 편광 상태 제어모듈(410, 420)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 상기 결정화 대상체(SUB)가 서로 다른 길이 방향을 갖는 복수의 채널로 이루어진 경우에도, 상기 복수의 채널들을 모두 일정한 방향으로 재 결정화시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 상기 제1 및 제2 편광 상태 제어모듈(410, 420)이 포함하는 제1 및 제2 위상 지연판(414, 424)의 회전을 선택적으로 제어할 수 있는 상기 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
이하, 상기 결정화 대상체(SUB)가 제1 길이방향(d1)으로 연장하는 제1 채널(610)과 제2 길이방향(d2)으로 연장하는 제2 채널(620)로 이루어진 경우에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 상기 제어부(500)의 동작을 보다 상세하게 설명한다. 상기 결정화 대상체(SUB)가 포함하는 제1 및 제2 채널(620)의 방향 및 형태는 일 예에 불과한 것이며, 이와 달리 다른 방향 및 형태의 복수의 채널들을 포함할 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치에 의해 결정화 되는 대상체의 채널들을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체의 채널들을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 결정화 대상체(SUB)는 제1 길이방향(d1)으로 연장하는 제1 채널(610)과 제2 길이방향(d2a,b)으로 연장하는 제2 채널(620a,b)로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 길이방향(d2a,b)은 상기 제1 길이방향(d1)에서 소정 각도 기울어져 연장되는 방향일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 길이방향(d2a,b)은 상기 제1 길이방향(d1)에서 40도 기울어져 연장되는 방향(d2a) 및 90도 기울어져 연장되는 방향(d2b)일 수 있다.
상기 제어부(500)는 상기 결정화 대상체(SUB)의 길이방향에 따라, 상기 제1 위상 지연판(414) 또는 상기 제2 위상 지연판(424)의 회전을 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 길이방향(d2a)이 기울어진 각도가 상기 제1 길이방향(d1)에서 45도 미만인 경우, 상기 제어부(500)는 상기 제2 위상 지연판(424)의 회전을 제어할 수 있다. 상기 제2 길이방향(d2a)이 기울어진 각도가 상기 제1 길이방향(d1)에서 45도 초과인 경우, 상기 제어부(500)는 상기 제1 위상 지연판(414)의 회전을 제어할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제어부(500)가 상기 제1 위상 지연판(414) 및 상기 제2 위상 지연판(424) 중 적어도 하나의 위상 지연판의 회전을 제어함에 따라, 상기 제1 채널(610)과 상기 제2 채널(620a,b)의 재 결정화 방향은 서로 동일하게 될 수 있다. 이에 따라, 상기 결정화 대상체(SUB)내의 전하들의 이동도가 향상될 수 있다.
상술된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 상기 고체 레이저 광원(100), 상기 고체 레이저(Lo)를 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2)로 분리하는 상기 스플릿 모듈(200), 및 상기 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2) 중 적어도 하나의 레이저 출사 경로에 마련되어, 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 상기 편광 상태 제어모듈(400)을 포함하여 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 결정화 레이저(L1, L2)의 편광 상태가 제어되어, 상기 결정화 대상체(SUB)가 우수한 그레인 특성을 가질 수 있다.
다른 관점에서, 기판 상에 서로 다른 방향의 결정화 대상체 채널들이 주어진 경우, 기판의 이송 방향 및 고체 레이저 광원(100)의 광 조사 방향을 변경하지 않더라도 단순히 결정화 레이저의 편광 상태를 제어함으로써, 재 결정화 방향을 제어할 수 있으므로, 공정 편의성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 상기 제1 및 제2 위상 지연판(414, 424) 중 어느 하나의 위상 지연판의 회전을 제어하는 상기 제어부(500)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 결정화 대상체(SUB)가 길이방향이 서로 다른 복수의 채널들로 구성되는 경우, 복수의 상기 채널들의 재 결정화 방향이 서로 동일하게 되어, 상기 결정화 대상체(SUB) 내의 전하들의 이동도가 향상될 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 방법이 설명된다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 방법을 설명하는 순서도이다. 도 8을 참조하여 설명할 레이저 결정화 방법은 앞서 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 레이저 결정화 장치에 의하여 구현될 수 있음은 물론이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 방법은, 고체 레이저를 출사하는 출사 단계(S110), 상기 출사된 고체 레이저를 제1 결정화 레이저 및 제2 결정화 레이저로 분리하는 분리 단계(S120), 상기 제1 결정화 레이저를 결정화 대상체에 조사하는 제1 조사 단계(S130), 상기 제1 조사 단계 후에, 소정 시간 지나 상기 결정화 대상체에 상기 제2 결정화 레이저를 조사하는 제2 조사 단계(S140)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하, 각 단계에 대하여 설명하기로 한다.
단계 S110에 따르면, 고체 레이저가 준비될 수 있다. 상기 고체 레이저는, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 레이저 결정화 장치의 고체 레이저와 같을 수 있다. 상기 고체 레이저는, 상기 스플릿 장치(200)를 향해 출사될 수 있다.
단계 S120에 따르면, 출사된 상기 고체 레이저는 제1 결정화 레이저 및 제2 결정화 레이저로 분리될 수 있다. 상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저는, 강도가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 결정화 레이저의 강도는 225 mJ/cm2 초과 및 270 mJ/cm2 미만인 에너지 범위로 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 결정화 레이저(L2)의 강도는 상기 제1 결정화 레이저(L1) 강도의 10 내지 50%일 수 있다.
단계 S130에 따르면, 상기 제1 결정화 레이저가 상기 결정화 대상체에 조사될 수 있다. 상기 제1 조사 단계(S130)는, 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 제1 편광 상태 제어 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 편광 상태 제어 단계는, 제1 위상 지연판을 회전시켜 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 상기 제1 결정화 레이저가 상기 결정화 대상체에 조사되기 전, 상기 제1 결정화 레이저는 제1 위상 지연판의 회전에 의하여 편광 상태가 제어되고, 편광 상태가 제어된 상기 제1 결정화 레이저가 상기 결정화 대상체에 조사될 수 있다.
단계 S140에 따르면, 상기 제1 조사 단계(S130) 후에, 소정 시간이 지나 상기 제2 결정화 레이저가 상기 결정화 대상체에 조사될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 결정화 레이저는, 상기 제1 조사 단계(S130) 후에, 30ns 내지 80ns, 바람직하게는 60ns 의 시간이 자나 상기 결정화 대상체에 조사될 수 있다.
상기 제2 조사 단계(S140)는, 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 제2 편광 상태 제어 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 편광 상태 제어 단계는, 제2 위상 지연판을 회전시켜 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단게를 포함할 수 있다.
즉, 상기 제2 결정화 레이저가 상기 결정화 대상체에 조사되기 전, 상기 제2 결정화 레이저는 제2 위상 지연판의 회전에 의하여 편광 상태가 제어되고, 편광 상태가 제어된 상기 제2 결정화 레이저가 상기 결정화 대상체에 조사될 수 있다.
상기 결정화 대상체에 상기 제1 결정화 레이저가 조사 되는 경우, 상기 결정화 대상체는 melting되고, 시간이 지남에 따라 점점 냉각될 수 있다. 이때, 냉각되고 있는 상기 결정화 대상체 상에 상기 제1 결정화 레이저보다 약한 강도를 갖는 상기 제2 결정화 레이저를 제공하면, 상기 결정화 대상체의 냉각 속도가 저하되고 melting 상태를 더욱 오래 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 결정화 대상체의 결정화도가 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 결정화 대상체의 채널들이, 제1 길이방향으로 연장하는 제1 채널과, 상기 제1 길이방향에서 소정 각도 기울어져 연장하는 제2 채널로 이루어진 경우, 상기 제1 편광 상태 제어 단계 및 상기 제2 편광 상태 제어 단계가 선택적으로 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 편광 상태 제어 단계는, 상기 소정 각도가 45도 초과인 경우, 상기 제1 위상 제어판을 제어하여 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어할 수 있다. 상기 제2 편광 상태 제어 단계는, 상기 소정 각도가 45도 미만인 경우, 상기 제2 위상 제어판을 제어하여 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어할 수 있다.
상기 제1 및 제2 위상지연판 중 적어도 하나의 위상 지연판 제어에 따라, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 방향이 서로 동일하게 될 수 있다.
즉, 상기 소정 각도가 45도 초과인 경우, 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태가 제어되고, 상기 소정 각도가 45도 미만인 경우, 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태가 제어되어 상기 결정화 대상체에 조사될 수 있다. 이에 따라, 상기 결정화 대상체의 제1 채널 및 제2 채널의 방향이 서로 동일하게 되어, 전하의 이동도가 향상될 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 특성을 확인하는 시뮬레이션 결과 및 그래프를 설명하기로 한다. 참고로 아래의 시뮬레이션 결과 및 그래프는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치에 의해서도 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 특성을 확인하는 시뮬레이션 결과 및 그래프의 설명에 앞서, 비교 예 1에 따른 레이저 결정화 장치가 설명된다.
비교 예 1에 따른 레이저 결정화 장치
결정화 대상체에 한번의 고체 레이저가 제공되는 레이저 결정화 장치.
상기 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치와 상기 비교 예 1에 따른 레이저 결정화 장치가 아래 <표 1>을 통해 정리된다.
구분 구성
실시 예 1 결정화 대상체에 시간 차를 갖는 두번의 고체 레이저 제공
비교 예 1 결정화 대상체에 한번의 고체 레이저 제공
도 9는 비교 예1에 따른 레이저 결정화 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 9의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 비교 예1에 따라, 210 mJ/cm2, 225 mJ/cm2, 250 mJ/cm2, 및 270 mJ/cm2의 강도를 갖는 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치들 각각에 의해 결정화된 대상체들의 시간(ns)에 따른 표면 상태를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인하고 나타내었다.
도 9의 (a)에서 알 수 있듯이, 210 mJ/cm2의 강도를 갖는 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는, 15, 20, 32, 40, 45, 50, 및 65 ns의 시간이 경과되는 동안 냉각(supercooled)되는 구간이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 210 mJ/cm2의 강도를 갖는 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는 재 결정화가 이루어지지 않은 것을 알 수 있다.
도 9의 (b)에서 알 수 있듯이, 225 mJ/cm2의 강도를 갖는 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는, 15, 20, 32, 40, 45, 50, 및 65 ns의 시간이 경과되는 동안 냉각(supercooled)되는 구간이 32, 40, 45, 및 50ns 에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 225 mJ/cm2의 강도를 갖는 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는 32ns 부터 냉각이 진행되어 75ns에서 재 결정화가 원활히 이루어진 것을 알 수 있다.
도 9의 (c)에서 알 수 있듯이, 250 mJ/cm2의 강도를 갖는 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는, 15, 20, 30, 34, 40, 95, 및 124 ns의 시간이 경과되는 동안 냉각(supercooled)되는 구간이 34, 40, 및 95ns 에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 250 mJ/cm2의 강도를 갖는 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는 34ns 부터 냉각이 진행되어 124ns에서 재 결정화가 이루어진 것을 알 수 있다. 하지만, 도 10의 (c)의 A부분에서 알 수 있듯이, 재 결정화된 대상체에서 a-Si가 발견됨에 따라, 결정화도가 좋지 않은 것을 알 수 있다.
도 9의 (d)에서 알 수 있듯이, 270 mJ/cm2의 강도를 갖는 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는, 15, 20, 25, 30, 40, 90, 및 124 ns의 시간이 경과되는 동안 냉각(supercooled)되는 구간이 40 ns에서 만, 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 270 mJ/cm2의 강도를 갖는 고체 레이저가 사용된 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는 결정화 대상체가 급속도로 냉각됨에 따라, 재 결정화된 대상체의 그레인 특성이 좋지 않은 것을 알 수 있다.
또한, 도 9를 통해 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 225 mJ/cm2 초과 및 270 mJ/cm2 미만인 에너지 범위의 강도를 갖는 고체 레이저를 사용하는 것이, 결정화 대상체를 재 결정화하는데 용이하다는 것을 알 수 있다.
도 10은 비교 예 1에 따른 레이저 결정화 장치의 시뮬레이션 특성을 보다 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따라 한번의 고체 레이저가 조사되는 레이저 결정화 장치에서 고체 레이저가 조사되는 시간에 따른 laser pulse를 측정하여 나타내고, 결정화된 대상체들의 시간(ns)에 따른 표면 상태를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인하고 나타내었다.
도 10의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 비교 예 1에 따른 레이저 결정화 장치는, 약 18ns에서 고체 레이저가 한 번의 피크를 가지는 것을 알 수 있다.
도 10의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 비교 예 1에 따른 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는, 15, 24, 30, 35, 40, 70, 90, 95, 및 122 ns의 시간이 경과되는 동안 냉각(supercooled)되는 구간이 35, 40, 70, 90, 및 95 ns에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 한번의 고체 레이저가 조사되는 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는 35ns 부터 냉각이 진행되어 122ns에서 재 결정화가 이루어진 것을 알 수 있다. 하지만, 도 10의 (b)의 B부분에서 알 수 있듯이, 재 결정화된 대상체에서 a-Si가 발견됨에 따라, 결정화도가 좋지 않은 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 시뮬레이션 특성을 나타내는 도면이다.
도 11의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따라 두번의 고체 레이저가 조사되는 레이저 결정화 장치에서 고체 레이저가 조사되는 시간에 따른 laser pulse를 측정하여 나타내고, 결정화된 대상체들의 시간(ns)에 따른 표면 상태를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인하고 나타내었다.
도 11의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는, 약 20ns 및 80ns에서 고체 레이저가 두번 조사된 것을 알 수 있다.
도 11의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는, 15, 24, 30, 35, 40, 70, 90, 95, 및 143 ns의 시간이 경과되는 동안 냉각(supercooled)되는 구간이 35, 40, 70, 및 90 ns에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 한번의 고체 레이저가 조사되는 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 대상체는 35ns 부터 냉각이 진행되어 143ns에서 재 결정화가 용이하게 이루어진 것을 알 수 있다.
도 10 및 도 11을 통해 알 수 있듯이, 고체 레이저를 사용하여 대상체를 재결정화 하는 경우, 한번의 고체 레이저를 조사하는 것보다, 약 30ns 내지 80ns의 간격을 두고 두번의 고체 레이저를 조사하는 것이 결정화도가 우수한 대상체가 형성되는 것을 알 수 있다.
특히 제1 결정화 레이저 강도가 225 mJ/cm2 초과 및 270 mJ/cm2 미만일 때, a-Si이 형성될 우려가 있는 바, 제1 결정화 에너지의 강도가 225 mJ/cm2 초과 및 270 mJ/cm2 미만일 때, 제2 결정화 레이저가 제공되는 것이 원활한 재 결정화에 도움이 되는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 고체 레이저 광원
200: 스플릿 모듈
300: 시간지연 모듈
400: 편광 상태 제어모듈
410, 420: 제1 편광 상태 제어모듈, 제2 편광 상태 제어모듈
500: 제어부
610, 620: 제1 채널, 제2 채널
Lo: 고체 레이저
L1, L2: 제1 결정화 레이저, 제2 결정화 레이저
M: 반사 미러

Claims (15)

  1. 고체 레이저를 출사하는 고체 레이저 광원;
    상기 고체 레이저를 제1 결정화 레이저와 제2 결정화 레이저로 분리하는 스플릿 모듈;
    상기 제2 결정화 레이저를 상기 제1 결정화 레이저 보다 소정 시간 늦게 출사하는 시간지연 모듈; 및
    상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저 중 적어도 하나의 레이저 출사 경로에 마련되어, 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 편광 상태 제어모듈을 포함하되,
    상기 제1 결정화 레이저는 상기 제2 결정화 레이저 보다 강도가 강하고, 상기 제2 결정화 레이저 보다 결정화 대상체에 상기 소정 시간 먼저 제공되는, 레이저 결정화 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 편광 상태 제어모듈은, 위상 지연판을 포함하며,
    상기 위상 지연판의 회전에 따라, 각각 상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저 중 적어도 하나의 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 레이저 결정화 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 편광 상태 제어모듈은 제1 편광 상태 제어모듈과 제2 편광 상태 제어모듈을 포함하고,
    상기 제1 편광 상태 제어모듈은 상기 제1 결정화 레이저의 출사 경로에 마련되어, 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하고,
    상기 제2 편광 상태 제어모듈은 상기 제2 결정화 레이저의 출사 경로에 마련되어, 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 레이저 결정화 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 위상 지연판은 제1 위상 지연판과 제2 위상 지연판을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 위상 지연판은, 각각 상기 제1 및 제2 편광 상태 제어모듈에 포함되며,
    상기 제1 및 제2 위상 지연판의 회전에 따라, 각각 상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 레이저 결정화 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 결정화 대상체의 길이방향에 따라 상기 제1 위상 지연판 또는 상기 제2 위상 지연판의 회전을 제어하는 레이저 결정화 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 결정화 대상체는 채널들로 이루어지고, 상기 결정화 대상체의 채널들이, 제1 길이방향으로 연장하는 제1 채널과 상기 제1 길이방향에서 소정 각도 기울어져 연장하는 제2 채널로 이루어진 경우에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 소정 각도가 45도 미만인 경우, 상기 제2 위상 지연판을 제어하고, 상기 소정 각도가 45도 초과인 경우, 상기 제1 위상 지연판을 제어하는 레이저 결정화 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부의 상기 제1 및 제2 위상 지연판 중 적어도 하나의 위상 지연판 제어에 따라, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 재 결정화 방향은 서로 동일한, 레이저 결정화 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 결정화 레이저의 강도는 225 mJ/cm2 초과 및 270 mJ/cm2 미만이고,
    상기 제2 결정화 레이저의 강도는 상기 제1 결정화 레이저 강도의 10 내지 50%이고,
    상기 제1 결정화 레이저는 상기 제2 결정화 레이저 보다 30ns 내지 80ns 먼저 제공되는 레이저 결정화 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 결정화 레이저는, 상기 제1 결정화 레이저에 의하여 액화된 결정화 대상체가 냉각되는 중에 제공되는 것을 포함하는 레이저 결정화 장치.
  10. 고체 레이저 광원에서 고체 레이저를 출사하는 출사 단계;
    상기 출사된 고체 레이저를 제1 결정화 레이저 및 제2 결정화 레이저로 분리하는 분리 단계;
    상기 제1 결정화 레이저를 결정화 대상체에 조사하는 제1 조사 단계; 및
    상기 제1 조사 단계 후에, 소정 시간이 지나 상기 결정화 대상체에 상기 제2 결정화 레이저를 조사하는 제2 조사 단계를 포함하되,
    상기 제1 결정화 레이저 및 상기 제2 결정화 레이저 중 적어도 하나의 결정화 레이저는 편광 상태가 제어된 것인, 레이저 결정화 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 조사 단계는, 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 제1 편광 상태 제어 단계를 포함하고,
    상기 제2 조사 단계는, 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 제2 편광 상태 제어 단계를 포함하는, 레이저 결정화 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 편광 상태 제어 단계는, 제1 위상 지연판을 회전시켜 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 편광 상태 제어 단계는, 제2 위상 지연판을 회전시켜 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단계를 포함하는 레이저 결정화 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 결정화 대상체의 채널들이, 제1 길이방향으로 연장하는 제1 채널과 상기 제1 길이방향에서 소정 각도 기울어져 연장하는 제2 채널로 이루어진 경우에 있어서,
    상기 제1 편광 상태 제어 단계는, 상기 소정 각도가 45도 초과인 경우, 상기 제1 위상 지연판을 제어하여 상기 제1 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 편광 상태 제어 단계는, 상기 소정 각도가 45도 미만인 경우, 상기 제2 위상 지연판을 제어하여 상기 제2 결정화 레이저의 편광 상태를 제어하는 단계를 포함하는 레이저 결정화 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 위상 지연판 중 적어도 하나의 위상 지연판 제어에 따라, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 재 결정화 방향은 서로 동일한, 레이저 결정화 방법.
  15. 고체 레이저를 출사하는 고체 레이저 광원;
    상기 고체 레이저를 제1 결정화 레이저와 제2 결정화 레이저로 분리하는 스플릿 모듈; 및
    상기 제2 결정화 레이저를 상기 제1 결정화 레이저 보다 소정 시간 늦게 출사하는 시간지연 모듈을 포함하고,
    상기 제1 결정화 레이저는 상기 제2 결정화 레이저 보다 강도가 강하고, 상기 제2 결정화 레이저 보다 결정화 대상체에 상기 소정 시간 먼저 제공되되,
    상기 제1 결정화 레이저의 강도는 225 mJ/cm2 초과 및 270 mJ/cm2 미만인 레이저 결정화 장치.
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