KR20240017276A - 레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법 - Google Patents

레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 효율을 높일 수 있는 레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법을 위하여, 제1레이저빔을 제1방향으로 방출하는 제1레이저빔 소스와, 상기 제1레이저빔 소스로부터 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이격되어 위치하며 제2레이저빔을 상기 제1방향으로 방출하는 제2레이저빔 소스와, 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔이 입사하며 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔 각각의 상기 제2방향으로의 폭을 넓히는 장축광학계와, 상기 제1레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제1레이저빔 소스와 상기 장축광학계 사이에 개재되며 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직인 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제1웨지렌즈(wedge lens)를 구비하는, 레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법을 제공한다.

Description

레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법{Laser annealing apparatus and method of manufacturing substrate having poly-Si layer using the same}
본 발명의 실시예들은 레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 에너지 효율을 높일 수 있는 레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 디스플레이 장치나 유기발광 디스플레이 장치와 같은 디스플레이 장치는 각 화소의 발광여부 등을 제어하기 위해 박막트랜지스터를 이용한다. 이러한 박막트랜지스터는 폴리실리콘을 포함하기에, 디스플레이 장치를 제조하는 과정에서 기판 상에 폴리실리콘층을 형성하는 단계를 거치게 된다. 이는 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하고 이를 결정화함으로써 이루어진다. 결정화는 비정질 실리콘층에 레이저빔을 조사함으로써 진행될 수 있다.
그러나 종래의 레이저 결정화 장치의 경우, 레이저빔 소스에서 방출된 레이저빔을 비정질실리콘층의 결정화에 모두 사용하지 못하여, 레이저 결정화 장치의 에너지 효율이 낮다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 에너지 효율을 높일 수 있는 레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 제1레이저빔을 제1방향으로 방출하는 제1레이저빔 소스와, 상기 제1레이저빔 소스로부터 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이격되어 위치하며 제2레이저빔을 상기 제1방향으로 방출하는 제2레이저빔 소스와, 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔이 입사하며 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔 각각의 상기 제2방향으로의 폭을 넓히는 장축광학계와, 상기 제1레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제1레이저빔 소스와 상기 장축광학계 사이에 개재되며 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직인 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제1웨지렌즈(wedge lens)를 구비하는, 레이저 결정화 장치가 제공된다.
상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면이 웨지 형상을 가질 수 있다.
상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면에 있어서, 상기 제2레이저빔 방향의 부분의 폭이 상기 제2레이저빔 방향의 반대 방향의 부분의 폭보다 클 수 있다.
상기 제1웨지렌즈가 회전된 위치에 따라, 타겟 면 상에서의 상기 제1레이저빔의 상기 제2방향으로의 위치가 변할 수 있다.
상기 장축광학계와 타겟 면 사이에 위치하는 제1빔커터를 더 구비할 수 있다.
상기 제1빔커터의 상기 장축광학계 방향의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기를 더 구비할 수 있다.
상기 제1파워계측기에서 상기 제1레이저빔으로부터의 파워가 계측되면, 상기 제1파워계측기에서 계측되는 파워가 0이 되도록 상기 제1웨지렌즈를 회전시킬 수 있다.
상기 제1빔커터는 상기 타겟 면의 중앙을 기준으로 상기 제2방향의 반대 방향에 위치할 수 있다.
상기 제2레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제2레이저빔 소스와 상기 장축광학계 사이에 개재되며, 상기 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는, 제2웨지렌즈(wedge lens)를 더 구비할 수 있다.
상기 제1웨지렌즈와 상기 제2웨지렌즈 각각은 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면이 웨지 형상을 가질 수 있다.
상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면에 있어서 상기 제2레이저빔 방향의 부분의 폭이 상기 제2레이저빔 방향의 반대 방향의 부분의 폭보다 크고, 상기 제2웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면에 있어서, 상기 제1레이저빔 방향의 부분의 폭이 상기 제1레이저빔 방향의 반대 방향의 부분의 폭보다 클 수 있다.
상기 제1웨지렌즈가 회전된 위치에 따라 타겟 면 상에서의 상기 제1레이저빔의 상기 제2방향으로의 위치가 변하고, 상기 제2웨지렌즈가 회전된 위치에 따라 타겟 면 상에서의 상기 제2레이저빔의 상기 제2방향으로의 위치가 변할 수 있다.
상기 장축광학계와 타겟 면 사이에 위치하는, 제1빔커터 및 제2빔커터를 더 구비할 수 있다.
상기 제1빔커터의 상기 장축광학계 방향의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기와, 상기 제2빔커터의 상기 장축광학계 방향의 제2면 상에 위치하는 제2파워계측기를 더 구비할 수 있다.
상기 제1파워계측기에서 상기 제1레이저빔으로부터의 파워가 계측되면 상기 제1파워계측기에서 계측되는 파워가 0이 되도록 상기 제1웨지렌즈를 회전시키고, 상기 제2파워계측기에서 상기 제2레이저빔으로부터의 파워가 계측되면 상기 제2파워계측기에서 계측되는 파워가 0이 되도록 상기 제2웨지렌즈를 회전시킬 수 있다.
상기 제1웨지렌즈의 회전 방향은 상기 제2웨지렌즈의 회전 방향과 반대일 수 있다.
상기 제1빔커터는 상기 타겟 면의 중앙을 기준으로 상기 제2방향의 반대 방향에 위치하고, 상기 제2빔커터는 상기 타겟 면의 중앙을 기준으로 상기 제2방향에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 제1레이저빔 소스를 이용하여 제1레이저빔을 제1방향으로 방출하는 단계와, 상기 제1레이저빔 소스로부터 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이격되어 위치한 제2레이저빔 소스를 이용하여 제2레이저빔을 상기 제1방향으로 방출하는 단계와, 상기 제1레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제1레이저빔 소스와 장축광학계 사이에 개재되며 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직인 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제1웨지렌즈(wedge lens)를 회전시켜 상기 제1레이저빔이 상기 장축광학계를 통과한 후 타겟 면 상에 입사하는 영역이 상기 제2레이저빔이 상기 장축광학계를 통과한 후 상기 타겟 면 상에 입사하는 영역과 일치하도록 하는 단계를 포함하는, 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 제1레이저빔 소스를 이용하여 제1레이저빔을 제1방향으로 방출하는 단계와, 상기 제1레이저빔 소스로부터 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이격되어 위치한 제2레이저빔 소스를 이용하여 제2레이저빔을 상기 제1방향으로 방출하는 단계와, 상기 제1레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제1레이저빔 소스와 장축광학계 사이에 개재되며 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직인 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제1웨지렌즈(wedge lens)를 회전시키거나 상기 제2레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제2레이저빔 소스와 상기 장축광학계 사이에 개재되며 상기 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제2웨지렌즈를 회전시켜 상기 제1레이저빔이 상기 장축광학계를 통과한 후 타겟 면 상에 입사하는 영역이 상기 제2레이저빔이 상기 장축광학계를 통과한 후 상기 타겟 면 상에 입사하는 영역과 일치하도록 하는 단계를 포함하는, 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법이 제공된다.
기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 장축광학계를 통과한 상기 제1레이젖빔과 상기 제2레이저빔을 상기 비정질 실리콘층 상에 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면이 웨지 형상을 가질 수 있다.
상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면에 있어서, 상기 제2레이저빔 방향의 부분의 폭이 상기 제2레이저빔 방향의 반대 방향의 부분의 폭보다 클 수 있다.
상기 제1웨지렌즈가 회전된 위치에 따라, 상기 타겟 면 상에서의 상기 제1레이저빔의 상기 제2방향으로의 위치가 변할 수 있다.
상기 일치하도록 하는 단계는, 상기 장축광학계와 상기 타겟 면 사이에 위치하는 제1빔커터의 상기 장축광학계 방향의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기에서 상기 제1레이저빔으로부터의 파워가 계측되면, 상기 제1파워계측기에서 계측되는 파워가 0이 되도록 상기 제1웨지렌즈를 회전시키는 단계일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지 효율을 높일 수 있는 레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 이용하여 비정질 실리콘층에 레이저빔을 조사하는 것을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 3은 비교예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 4 및 도 5는 웨지렌즈에 의한 레이저빔의 경로 변화를 보여주는 개념도들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도들이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도들이다.
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 레이저 결정화 장치를 이용하여 비정질 실리콘층(2)에 레이저빔을 조사하는 것을 개략적으로 도시하는 개념도이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 스테이지(미도시)에 안착된 기판(1) 상의 비정질 실리콘층(2)에 레이저빔(LB)을 조사한다. 이에 따라 비정질 실리콘층(2)은 결정화되어 폴리실리콘층이 된다. 참고로 레이저빔(LB)은 제1방향(+z축 방향)으로 진행하며, 제1방향에 수직인 제2방향(+x 방향)으로 연장된 라인빔 형상을 갖는다. 이처럼 제2방향(+x 방향)으로 연장된 장축을 갖는 라인빔 형상의 레이저빔(LB)을 제1방향 및 제2방향과 수직인 제3방향(+y 방향)으로 이동시킴으로써, 기판(1) 상의 비정질 실리콘층(2)을 결정화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 제1레이저빔 소스(LS1), 제2레이저빔 소스(LS2), 장축광학계(LAOS) 및 제1웨지렌즈(wedge lens)(WL1)를 구비한다.
제1레이저빔 소스(LS1)는 제1방향(+z 방향)으로 제1레이저빔(LB1)을 방출할 수 있다. 이러한 제1레이저빔 소스(LS1)로는 예컨대 광섬유 레이저(fiber laser)를 이용할 수 있는데, 광섬유 레이저는 넓은 범위에 걸쳐 출력 조절이 가능하고 유지비가 낮으며 효율이 높다는 장점을 가지고 있다. 제2레이저빔 소스(LS2)도 제1방향(+z 방향)으로 제2레이저빔(LB2)을 방출할 수 있다. 제2레이저빔 소스(LS2)는 제1레이저빔 소스(LS1)로부터 제1방향에 수직인 제2방향(+x 방향)으로 이격되어 위치한다. 이러한 제2레이저빔 소스(LS2)로는 예컨대 광섬유 레이저를 이용할 수 있다. 참고로 도 2에서는 편의상 제1레이저빔(LB1)의 외곽 경계는 실선으로 표시하고 제2레이저빔(LB2)의 외곽 경계는 점선으로 표시하였다. 이는 다른 도면들에서도 마찬가지이다.
제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔 소스(LS2)에서 방출된 제2레이저빔(LB2)은 장축광학계(LAOS)에 입사한다. 장축광학계(LAOS)는 입사한 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2) 각각의 제2방향(+x 방향)으로의 폭을 넓혀, 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 라인빔 형상을 갖도록 할 수 있다. 이를 위해 장축광학계(LAOS)는 다양한 렌즈들을 포함할 수 있다.
참고로 도 2에서는 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2) 각각의 제2방향(+x 방향)으로의 길이에만 영향을 주는 광학계만을 개략적으로 도시하고 있으며, 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2) 각각의 제3방향(+y 방향)으로의 폭에 영향을 주는 단축광학계는 편의상 생략하였다. 물론 도 2는 개략도이기에, 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2) 각각의 제2방향(+x 방향)으로의 길이에만 영향을 주는 렌즈 등이 도 2에 도시된 장축광학계(LAOS) 등 외에도 더 존재할 수 있다.
참고로 도 2에서는 장축광학계(LAOS)와 제1레이저빔 소스(LS1) 사이에 제1-1호모지나이저(HG1-1)와 제1-2호모지나이저(HG1-2)가 개재되고, 장축광학계(LAOS)와 제2레이저빔 소스(LS2) 사이에 제2-1호모지나이저(HG2-1)와 제2-2호모지나이저(HG2-2)가 개재되는 것으로 도시하고 있다. 이러한 호모지나이저들은 레이저빔이 조사되는 피조사면에서 레이저빔이 조사되는 영역 내에서의 레이저빔 에너지를 균일화하는 역할을 할 수 있다.
제1웨지렌즈(WL1)는 제1레이저빔 소스(LS1)로부터의 제1레이저빔(LB1)의 광경로 상에 위치한다. 도 2에서는 제1웨지렌즈(WL1)가 제1레이저빔 소스(LS1)와 장축광학계(LAOS) 사이에 개재되는 것으로 도시하고 있다. 물론 전술한 것과 같이 레이저 결정화 장치는 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 구성요소들을 더 구비할 수 있는바, 그러한 구성요소와 장축광학계(LAOS) 사이에 제1웨지렌즈(WL1)가 위치할 수도 있다.
제1웨지렌즈(WL1)는 제1방향(+z 방향) 및 제2방향(+x 방향)에 수직인 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있다. 이러한 제1웨지렌즈(WL1)는 제3방향(+y 방향)에 수직인 평면, 즉 zx 평면에서의 단면이 웨지 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1웨지렌즈(WL1)는 zx 평면에서의 단면에 있어서, 제2레이저빔(LB2) 방향(+x 방향)의 부분의 폭이 제2레이저빔(LB2) 방향의 반대 방향(-x 방향)의 부분의 폭보다 크다. 예컨대 도 2에 도시된 것과 같이 제1웨지렌즈(WL1)는 zx 평면에서의 단면에 있어서 직각삼각형과 같은 대략 삼각형 형상을 가지며, 세 변들 중 한 변이 제2레이저빔(LB2) 방향(+x 방향)에 위치할 수 있다. 이러한 제1웨지렌즈(WL1)는 용융실리카 등과 같이, 일반적인 렌즈를 제조할 시 사용되는 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)은 제1웨지렌즈(WL1)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 된다. 제2레이저빔(LB2)과 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)은 장축광학계(LAOS)를 통과한 후, 기판(1)의 피조사면 상에 입사한다. 참고로 도 2에서는 도시의 편의상 비정질 실리콘층 등을 생략하였다. 도 2에 도시된 것과 같이, 기판(1) 상의 제2레이저빔(LB2)이 조사되는 영역과, 기판(1) 상의 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)이 조사되는 영역은 거의 일치한다. 이에 따라 에너지 손실을 최소화하면서 기판(1) 상의 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다. 도 2에서는 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 영역의 제2방향(+x 방향)으로의 길이인 스캔 길이(SL)를 도시하고 있다.
도 3은 비교예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도로서, 제1웨지렌즈(WL1)가 존재하지 않는다. 이에 따라 제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)이 제1웨지렌즈(WL1)를 통과하지 않고 장축광학계(LAOS)로 입사한다.
전술한 것과 같이 제2레이저빔 소스(LS2)는 제1레이저빔 소스(LS1)로부터 제2방향(+x 방향)으로 이격되어 위치한다. 따라서 기판(1) 상의 제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)이 조사되는 영역과 제2레이저빔 소스(LS2)에서 방출된 제2레이저빔(LB2)이 조사되는 영역은 도 3에 도시된 것과 같이 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)의 장축 방향인 제2방향(+x 방향)에 있어서 동일하지 않게 된다. 이 경우 기판(1) 상의 유효 조사영역은 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 중첩되는 영역이 된다. 따라서 도 3에서는 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 영역의 제2방향(+x 방향)으로의 길이인 스캔 길이(SL)를 도시하고 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 중첩되는 영역인 유효 조사영역 양측으로, 제1레이저빔(LB1)만 조사되는 제1잔여영역(RD1)과 제2레이저빔(LB2)만 조사되는 제2잔여영역(RD2)이 존재한다. 이 경우, 기판(1) 상의 비정질 실리콘층의 제1잔여영역(RD1)과 제2잔여영역(RD2)에 위치하는 부분들은 불량 부분으로서, 디스플레이 장치 등의 전자장치의 제조에 사용되지 않게 된다. 또는, 제1레이저빔(LB1)만 조사되는 제1잔여영역(RD1)과 제2레이저빔(LB2)만 조사되는 제2잔여영역(RD2)에는 비정질 실리콘층이 존재하지 않게 된다. 어떤 경우이든, 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 영역의 제2방향(+x 방향)으로의 길이인 스캔 길이(SL)는 제1레이저빔(LB1)의 장축 방향(+x 방향)으로의 길이와 제2레이저빔(LB2)의 장축 방향(+x 방향)으로의 길이보다 짧게 되며, 따라서 레이저 결정화 장치의 에너지를 효과적으로 사용하지 못하게 된다.
하지만 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치의 경우 도 2를 참조하여 전술한 것과 같이 제1웨지렌즈(WL1)가 존재하기 때문에, 제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)은 제1웨지렌즈(WL1)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 된다. 그 결과 기판(1) 상의 제2레이저빔(LB2)이 조사되는 영역과, 기판(1) 상의 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)이 조사되는 영역은 거의 일치하게 된다. 이에 따라 레이저 결정화 장치의 에너지 손실을 최소화하면서 기판(1) 상의 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다.
참고로 도 2에 도시된 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 영역의 제2방향(+x 방향)으로의 길이인 스캔 길이(SL)는, 제1웨지렌즈(WL1)가 존재하지 않는 경우인 도 2에 도시된 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 영역의 제2방향(+x 방향)으로의 길이인 스캔 길이(SL)보다 길게 된다. 따라서 대면적의 비정질 실리콘층을 결정화함에 있어서도, 도 2에 도시된 것과 같은 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치가 도 3에 도시된 비교예에 따른 레이저 결정화 장치보다 훨씬 더 유리하다.
도 4 및 도 5는 제1웨지렌즈(WL1)에 의한 레이저빔의 경로 변화를 보여주는 개념도들이다. 도 4와 도 5에 있어서 차이점은 제1웨지렌즈(WL1)의 위치이다. 도 4에 도시된 제1웨지렌즈(WL1)와 비교할 시, 도 5에 도시된 제1웨지렌즈(WL1)는 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 시계방향으로 소정 각도 회전되어 있다. 이에 따라 도 5에 도시된 상태의 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)의 경우에는 도 4에 도시된 상태의 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)의 경우보다, 좌측에 표시된 중심(CT)을 기준으로 하방(LD)이 아닌 상방(UD)으로 상대적으로 살짝 치우쳐 있다. 즉, 제1웨지렌즈(WL1)가 회전된 위치에 따라, 타겟 면 상에서의 제1레이저빔(LB1)의 제2방향(+y 방향)으로의 위치가 변하게 된다. 이처럼 제1웨지렌즈(WL1)의 회전 각도를 조절함으로써, 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)의 광 경로를 미세하게 효과적으로 조절할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도들이다. 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 제1빔커터(BC1)를 더 구비한다. 제1빔커터(BC1)는 타겟 면, 즉 기판(1)의 면의 중앙을 기준으로 제2방향(+x 방향)의 반대 방향(-x 방향)에 위치할 수 있다.
도 6에 도시된 것과 같이, 제1웨지렌즈(WL1)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)의 경로를 정확하게 수정하지 않은 상황에서는, (제1빔커터(BC1)가 존재하지 않는다면) 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 유효 조사영역 양측으로, 제1레이저빔(LB1)만 조사되는 제1잔여영역(RD1)과 제2레이저빔(LB2)만 조사되는 제2잔여영역(RD2)이 존재한다. 제1빔커터(BC1)는 그러한 상황에서 제1잔여영역(RD1)이 기판(1) 상에 존재하지 않도록, 제1레이저빔(LB1)의 일정 부분을 차폐하는 역할을 할 수 있다.
그러한 상태에서, 제1웨지렌즈(WL1)를 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 시계방향으로 소정 각도 회전시켜, 도 7에 도시된 것과 같이 제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)이 제1웨지렌즈(WL1)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 함으로써, 기판(1) 상의 제2레이저빔(LB2)이 조사되는 영역과 기판(1) 상의 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)이 조사되는 영역이 거의 일치하도록 할 수 있다. 이 경우, 제1빔커터(BC1)는 제1레이저빔(LB1)을 거의 차폐하지 않게 된다. 이에 따라 레이저 결정화 장치의 에너지 손실을 최소화하면서 기판(1) 상의 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 제1파워계측기(PM1)를 더 구비할 수 있다. 제1파워계측기(PM1)는 제1빔커터(BC1)의 장축광학계(LAOS) 방향(-z 방향)의 제1면 상에 위치할 수 있다. 도 6 및 도 7에서는 제1파워계측기(PM1)가 제1빔커터(BC1)의 제1면을 모두 채우는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1파워계측기(PM1)는 제1빔커터(BC1)의 제1면의 제1레이저빔(LB1) 방향(+x 방향) 끝단 근방에 위치할 수도 있다. 이러한 제1파워계측기(PM1)는 제1파워계측기(PM1)에 입사하는 레이저빔의 파워를 측정할 수 있다. 예컨대 제1파워계측기(PM1)는 제1파워계측기(PM1)에 입사하는 레이저빔의 휘도 등을 측정할 수 있다. 즉, 파워라 함은 예컨대 휘도 등을 의미하는 것일 수 있다.
도 6에 도시된 것과 같이, 제1웨지렌즈(WL1)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)의 경로를 정확하게 수정하지 않은 상황에서는, (제1빔커터(BC1)가 존재하지 않는다면) 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 유효 조사영역 양측으로, 제1레이저빔(LB1)만 조사되는 제1잔여영역(RD1)과 제2레이저빔(LB2)만 조사되는 제2잔여영역(RD2)이 존재한다. 제1빔커터(BC1)는 그러한 상황에서 제1잔여영역(RD1)이 기판(1) 상에 존재하지 않도록, 제1레이저빔(LB1)의 일정 부분을 차폐하는 역할을 할 수 있다. 이때, 제1빔커터(BC1)의 장축광학계(LAOS) 방향(-z 방향)의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기(PM1)는 제1파워계측기(PM1)로 입사하는 제1레이저빔(LB1)의 파워를 계측할 수 있다. 제1파워계측기(PM1)에서 제1레이저빔(LB1)의 유의미한 파워가 계측된다면, 제1웨지렌즈(WL1)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)의 광 경로를 수정해야 하는 상황인 것으로 판단할 수 있다.
그러한 상태에서, 제1웨지렌즈(WL1)를 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 시계방향으로 소정 각도 회전시켜, 도 7에 도시된 것과 같이 제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)이 제1웨지렌즈(WL1)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 함으로써, 기판(1) 상의 제2레이저빔(LB2)이 조사되는 영역과 기판(1) 상의 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)이 조사되는 영역이 거의 일치하도록 할 수 있다. 이 경우, 제1빔커터(BC1)의 장축광학계(LAOS) 방향(-z 방향)의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기(PM1)가 계측하는 제1레이저빔(LB1)의 파워는 거의 0이 될 수 있다. 제1파워계측기(PM1)에서 계측된 제1레이저빔(LB1)의 파워가 거의 0이 된다면, 제1웨지렌즈(WL1)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)의 광 경로를 거의 정확하게 수정한 것으로 판단할 수 있다.
이처럼 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는, 제1파워계측기(PM1)에서 제1레이저빔(LB1)으로부터의 파워가 계측되면, 제1파워계측기(PM1)에서 계측되는 파워가 거의 0이 되도록 제1웨지렌즈(WL1)를 회전시킬 수 있다. 이에 따라 레이저 결정화 장치의 에너지 손실을 최소화하면서 기판(1) 상의 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다.
지금까지는 제2레이저빔 소스(LS2)와 장축광학계(LAOS) 사이에는 웨지렌즈가 위치하지 않은 것으로 설명하였는바, 이 경우 제2레이저빔 소스(LS2)와 장축광학계(LAOS) 사이에, 제2레이저빔(LB2)의 광 경로를 변화시키지 않으며 제1웨지렌즈(WL1)가 포함하는 물질과 동일한 물질을 포함하는 투광체가 위치하도록 할 수도 있다. 이 투광체의 크기는 제1웨지렌즈(WL1)의 크기와 거의 동일하도록 하여, 피조사면 상에 도달할 시의 제1레이저빔(LB1)의 파워 등과 제2레이저빔(LB2)의 파워 등이 거의 동일하게 유지되도록 할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도들이다. 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치가 도 2를 참조하여 전술한 레이저 결정화 장치와 상이한 점은, 제2웨지렌즈(WL2)를 더 구비한다는 점이다. 제2웨지렌즈(WL2)는 제2레이저빔 소스(LS2)로부터의 제2레이저빔(LB2)의 광경로 상에 위치한다. 도 8에서는 제2웨지렌즈(WL2)가 제2레이저빔 소스(LS2)와 장축광학계(LAOS) 사이에 개재되는 것으로 도시하고 있다. 물론 레이저 결정화 장치는 도 8에 도시된 구성요소들 외에 다른 구성요소들을 더 구비할 수 있는바, 그러한 구성요소와 장축광학계(LAOS) 사이에 제2웨지렌즈(WL2)가 위치할 수도 있다.
제2웨지렌즈(WL2)는 제1방향(+z 방향) 및 제2방향(+x 방향)에 수직인 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있다. 이러한 제2웨지렌즈(WL2)는 제3방향(+y 방향)에 수직인 평면, 즉 zx 평면에서의 단면이 웨지 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 제2웨지렌즈(WL2)는 zx 평면에서의 단면에 있어서, 제1레이저빔(LB1) 방향(-x 방향)의 부분의 폭이 제1레이저빔(LB1) 방향의 반대 방향(+x 방향)의 부분의 폭보다 크다. 예컨대 도 8에 도시된 것과 같이 제2웨지렌즈(WL2)는 zx 평면에서의 단면에 있어서 직각삼각형과 같은 대략 삼각형 형상을 가지며, 세 변들 중 한 변이 제1레이저빔(LB1) 방향(-x 방향)에 위치할 수 있다. 이러한 제2웨지렌즈(WL2)는 용융실리카 등과 같이, 일반적인 렌즈를 제조할 시 사용되는 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
제2레이저빔 소스(LS2)에서 방출된 제2레이저빔(LB2)은 제2웨지렌즈(WL2)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 된다. 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)과 제2웨지렌즈(WL2)를 통과한 제2레이저빔(LB2)은 장축광학계(LAOS)를 통과한 후, 기판(1)의 피조사면 상에 입사한다. 참고로 도 8에서는 도시의 편의상 비정질 실리콘층 등을 생략하였다.
도 8에 도시된 것과 같이, 제1웨지렌즈(WL1)와 제2웨지렌즈(WL2)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)의 경로와 제2레이저빔(LB2)의 경로를 정확하게 수정하지 않은 상황에서는, 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 유효 조사영역 양측으로, 제1레이저빔(LB1)만 조사되는 제1잔여영역(RD1)과 제2레이저빔(LB2)만 조사되는 제2잔여영역(RD2)이 존재한다. 도 8에서는 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 영역의 제2방향(+x 방향)으로의 길이인 스캔 길이(SL)를 도시하고 있다. 이 스캔 길이(SL)에 해당하는 부분이 유효 조사영역이라 할 수 있다.
이처럼 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 중첩되는 영역인 유효 조사영역 양측으로, 제1레이저빔(LB1)만 조사되는 제1잔여영역(RD1)과 제2레이저빔(LB2)만 조사되는 제2잔여영역(RD2)이 존재할 경우, 기판(1) 상의 비정질 실리콘층의 제1잔여영역(RD1)과 제2잔여영역(RD2)에 위치하는 부분들은 불량 부분으로서, 디스플레이 장치 등의 전자장치의 제조에 사용되지 않게 된다. 또는, 제1레이저빔(LB1)만 조사되는 제1잔여영역(RD1)과 제2레이저빔(LB2)만 조사되는 제2잔여영역(RD2)에는 비정질 실리콘층이 존재하지 않게 된다. 어떤 경우이든, 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 영역의 제2방향(+x 방향)으로의 길이인 스캔 길이(SL)는 제1레이저빔(LB1)의 장축 방향(+x 방향)으로의 길이와 제2레이저빔(LB2)의 장축 방향(+x 방향)으로의 길이보다 짧게 되며, 따라서 레이저 결정화 장치의 에너지를 효과적으로 사용하지 못하게 된다.
그러한 상태에서, 제1웨지렌즈(WL1)를 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 시계방향으로 소정 각도 회전시키고 제2웨지렌즈(WL2)를 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 반시계방향으로 소정 각도 회전시켜, 도 9에 도시된 것과 같이 제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)이 제1웨지렌즈(WL1)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 하고 제2레이저빔 소스(LS2)에서 방출된 제2레이저빔(LB2)이 제2웨지렌즈(WL2)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 함으로써, 기판(1) 상의 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)이 조사되는 영역과 기판(1) 상의 제2웨지렌즈(WL2)를 통과한 제2레이저빔(LB2)이 조사되는 영역이 거의 일치하도록 할 수 있다. 이에 따라 레이저 결정화 장치의 에너지 손실을 최소화하면서 기판(1) 상의 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다.
참고로 도 9에 도시된 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 영역의 제2방향(+x 방향)으로의 길이인 스캔 길이(SL)는, 제1웨지렌즈(WL1)와 제2웨지렌즈(WL2)로 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)의 광 경로를 적절하게 조절하지 않은 상태인 도 8에 도시된 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 영역의 제2방향(+x 방향)으로의 길이인 스캔 길이(SL)보다 길게 된다. 따라서 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 이용함으로써, 대면적의 비정질 실리콘층을 효과적으로 결정화할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 도시하는 개념도들이다. 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 도 8 및 도 9를 참조하여 전술한 실시예에 따른 레이저 결정화장치와 달리, 제1빔커터(BC1)와 제2빔커터(BC2)를 더 구비한다. 제1빔커터(BC1)는 타겟 면, 즉 기판(1)의 면의 중앙을 기준으로 제2방향(+x 방향)의 반대 방향(-x 방향)에 위치할 수 있다. 제2빔커터(BC2)는 타겟 면, 즉 기판(1)의 면의 중앙을 기준으로 제2방향(+x 방향)에 위치할 수 있다.
도 10에 도시된 것과 같이, 제1웨지렌즈(WL1)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)의 경로를 정확하게 수정하지 않고 제2웨지렌즈(WL2)를 이용하여 제2레이저빔(LB2)의 경로를 정확하게 수정하지 않은 상황에서는, (제1빔커터(BC1)와 제2빔커터(BC2)가 존재하지 않는다면) 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 유효 조사영역 양측으로, 제1레이저빔(LB1)만 조사되는 제1잔여영역(RD1)과 제2레이저빔(LB2)만 조사되는 제2잔여영역(RD2)이 존재한다. 제1빔커터(BC1)는 그러한 상황에서 제1잔여영역(RD1)이 기판(1) 상에 존재하지 않도록 제1레이저빔(LB1)의 일정 부분을 차폐하고, 제2빔커터(BC2)는 그러한 상황에서 제2잔여영역(RD2)이 기판(1) 상에 존재하지 않도록 제2레이저빔(LB2)의 일정 부분을 차폐하는 역할을 할 수 있다.
그러한 상태에서, 제1웨지렌즈(WL1)를 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 시계방향으로 소정 각도 회전시키고 제2웨지렌즈(WL2)를 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 반시계방향으로 소정 각도 회전시켜, 도 11에 도시된 것과 같이 제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)이 제1웨지렌즈(WL1)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 하고 제2레이저빔 소스(LS2)에서 방출된 제2레이저빔(LB2)이 제2웨지렌즈(WL2)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 함으로써, 기판(1) 상의 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)이 조사되는 영역과 기판(1) 상의 제2웨지렌즈(WL2)를 통과한 제2레이저빔(LB2)이 조사되는 영역이 거의 일치하도록 할 수 있다. 이 경우, 제1빔커터(BC1)는 제1레이저빔(LB1)을 거의 차폐하지 않게 되고 제2빔커터(BC2)는 제2레이저빔(LB2)을 거의 차폐하지 않게 된다. 이에 따라 레이저 결정화 장치의 에너지 손실을 최소화하면서 기판(1) 상의 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이 제1파워계측기(PM1)와 제2파워계측기(PM2)를 더 구비할 수 있다. 제1파워계측기(PM1)는 제1빔커터(BC1)의 장축광학계(LAOS) 방향(-z 방향)의 제1면 상에 위치할 수 있다. 제2파워계측기(PM2)도 제2빔커터(BC2)의 장축광학계(LAOS) 방향(-z 방향)의 제2면 상에 위치할 수 있다. 도 6 및 도 7에서는 제1파워계측기(PM1)가 제1빔커터(BC1)의 제1면을 모두 채우고 제2파워계측기(PM2)가 제2빔커터(BC2)의 제2면을 모두 채우는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1파워계측기(PM1)는 제1빔커터(BC1)의 제1면의 제1레이저빔(LB1) 방향(+x 방향) 끝단 근방에 위치하고, 제2파워계측기(PM2)는 제2빔커터(BC2)의 제2면의 제2레이저빔(LB2) 방향(-x 방향) 끝단 근방에 위치할 수도 있다.
이러한 제1파워계측기(PM1)는 제1파워계측기(PM1)에 입사하는 레이저빔의 파워를 측정하고, 제2파워계측기(PM2)는 제2파워계측기(PM2)에 입사하는 레이저빔의 파워를 측정할 수 있다. 예컨대 제1파워계측기(PM1)는 제1파워계측기(PM1)에 입사하는 레이저빔의 휘도 등을 측정하고, 제2파워계측기(PM2)는 제2파워계측기(PM2)에 입사하는 레이저빔의 휘도 등을 측정할 수 있다. 즉, 파워라 함은 예컨대 휘도 등을 의미하는 것일 수 있다.
도 10에 도시된 것과 같이, 제1웨지렌즈(WL1)와 제2웨지렌즈(WL2)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)의 경로를 정확하게 수정하지 않은 상황에서는, (제1빔커터(BC1)와 제2빔커터(BC2)가 존재하지 않는다면) 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)이 동시에 조사되는 기판(1) 상의 유효 조사영역 양측으로, 제1레이저빔(LB1)만 조사되는 제1잔여영역(RD1)과 제2레이저빔(LB2)만 조사되는 제2잔여영역(RD2)이 존재한다. 제1빔커터(BC1)는 그러한 상황에서 제1잔여영역(RD1)이 기판(1) 상에 존재하지 않도록 제1레이저빔(LB1)의 일정 부분을 차폐하고, 제2빔커터(BC2)는 그러한 상황에서 제2잔여영역(RD2)이 기판(1) 상에 존재하지 않도록 제2레이저빔(LB2)의 일정 부분을 차폐하는 역할을 할 수 있다. 이때, 제1빔커터(BC1)의 장축광학계(LAOS) 방향(-z 방향)의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기(PM1)는 제1파워계측기(PM1)로 입사하는 제1레이저빔(LB1)의 파워를 계측할 수 있다. 그리고 제2빔커터(BC2)의 장축광학계(LAOS) 방향(-z 방향)의 제2면 상에 위치하는 제2파워계측기(PM2)는 제2파워계측기(PM2)로 입사하는 제2레이저빔(LB2)의 파워를 계측할 수 있다. 제1파워계측기(PM1)에서 제1레이저빔(LB1)의 유의미한 파워가 계측된다면, 제1웨지렌즈(WL1)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)의 광 경로를 수정해야 하는 상황인 것으로 판단할 수 있다. 마찬가지로 제2파워계측기(PM2)에서 제2레이저빔(LB2)의 유의미한 파워가 계측된다면, 제2웨지렌즈(WL2)를 이용하여 제2레이저빔(LB2)의 광 경로를 수정해야 하는 상황인 것으로 판단할 수 있다.
그러한 상태에서, 제1웨지렌즈(WL1)를 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 시계방향으로 소정 각도 회전시켜, 도 11에 도시된 것과 같이 제1레이저빔 소스(LS1)에서 방출된 제1레이저빔(LB1)이 제1웨지렌즈(WL1)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 하고, 제2웨지렌즈(WL2)를 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 반시계방향으로 소정 각도 회전시켜, 도 11에 도시된 것과 같이 제2레이저빔 소스(LS2)에서 방출된 제2레이저빔(LB2)이 제2웨지렌즈(WL2)를 통과함에 따라 그 광경로가 변하게 함으로써, 기판(1) 상의 제1웨지렌즈(WL1)를 통과한 제1레이저빔(LB1)이 조사되는 영역과 기판(1) 상의 제2웨지렌즈(WL2)를 통과한 제2레이저빔(LB2)이 조사되는 영역이 거의 일치하도록 할 수 있다. 이 경우, 제1빔커터(BC1)의 장축광학계(LAOS) 방향(-z 방향)의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기(PM1)가 계측하는 제1레이저빔(LB1)의 파워는 거의 0이 되고, 제2빔커터(BC2)의 장축광학계(LAOS) 방향(-z 방향)의 제2면 상에 위치하는 제2파워계측기(PM2)가 계측하는 제2레이저빔(LB2)의 파워는 거의 0이 될 수 있다. 제1파워계측기(PM1)에서 계측된 제1레이저빔(LB1)의 파워와 제2파워계측기(PM2)에서 계측된 제2레이저빔(LB2)의 파워가 거의 0이 된다면, 제1웨지렌즈(WL1)와 제2웨지렌즈(WL2를 이용하여 제1레이저빔(LB1)의 광 경로와 제2레이저빔(LB2)의 광 경로를 거의 정확하게 수정한 것으로 판단할 수 있다.
이처럼 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는, 제1파워계측기(PM1)에서 제1레이저빔(LB1)으로부터의 파워가 계측되면 제1파워계측기(PM1)에서 계측되는 파워가 거의 0이 되도록 제1웨지렌즈(WL1)를 회전시키고, 제2파워계측기(PM2)에서 제2레이저빔(LB2)으로부터의 파워가 계측되면 제2파워계측기(PM2)에서 계측되는 파워가 거의 0이 되도록 제2웨지렌즈(WL2)를 제1웨지렌즈(WL1) 회전 방향의 반대 방향으로 회전시킬 수 있다. 이에 따라 레이저 결정화 장치의 에너지 손실을 최소화하면서 기판(1) 상의 비정질 실리콘층을 결정화할 수 있다.
지금까지는 레이저 결정화 장치에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 이를 이용한 레이저 결정화 방법 역시 본 발명의 범위에 속하며, 이를 이용한 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법이나 디스플레이 장치 제조방법 역시 본 발명의 범위에 속한다.
예컨대 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법은, 제1레이저빔 소스(LS1)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)을 제1방향(+z 방향)으로 방출하는 단계와, 제1레이저빔 소스(LS1)로부터 제1방향(+z 방향)에 수직인 제2방향(+x 방향)으로 이격되어 위치한 제2레이저빔 소스(LS2)를 이용하여 제2레이저빔(LB2)을 제1방향(+z 방향)으로 방출하는 단계를 거친다. 이후, 도 2에 도시된 것과 같이 제1레이저빔(LB1)의 광경로 상에 위치하도록 제1레이저빔 소스(LS1)와 장축광학계(LAOS) 사이에 개재되며 제1방향(+z 방향) 및 제2방향(+x 방향)에 수직인 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제1웨지렌즈(WL1)를 회전시킨다. 이를 통해, 제1레이저빔(LB1)이 장축광학계(LAOS)를 통과한 후 타겟인 기판(1) 상에 입사하는 영역이 제2레이저빔(LB2)이 장축광학계(LAOS)를 통과한 후 타겟인 기판(1) 상에 입사하는 영역과 일치하도록 한다.
제3방향(+y 방향)에 수직인 평면(zx 평면)에서의 제1웨지렌즈(WL1)의 단면의 형상은 도 2 등을 참조하여 전술한 바와 같고, 제1웨지렌즈(WL1)의 회전된 위치에 따른 제1레이저빔(LB1)의 제2방향(+x 방향)으로의 위치 변화는 도 4 및 도 5를 참조하여 전술한 바와 같다. 또한 제1빔커터(BC1)를 이용하거나 제1빔커터(BC1)의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기(PM1)를 이용할 수도 있는바, 이는 도 6 및 도 7을 참조하여 전술한 바와 같다.
그와 같은 상태에서, 기판(1) 상에 비정질 실리콘층(2)을 형성하고, 장축광학계(LAOS)를 통과한 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)을 비정질 실리콘층(2) 상에 조사한다. 이에 따라 레이저 결정화 장치의 에너지 효율을 극대화하면서 대면적의 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층으로 만들 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법은, 제1레이저빔 소스(LS1)를 이용하여 제1레이저빔(LB1)을 제1방향(+z 방향)으로 방출하는 단계와, 제1레이저빔 소스(LS1)로부터 제1방향(+z 방향)에 수직인 제2방향(+x 방향)으로 이격되어 위치한 제2레이저빔 소스(LS2)를 이용하여 제2레이저빔(LB2)을 제1방향(+z 방향)으로 방출하는 단계를 거친다. 이후, 도 8에 도시된 것과 같이 제1레이저빔(LB1)의 광경로 상에 위치하도록 제1레이저빔 소스(LS1)와 장축광학계(LAOS) 사이에 개재되며 제1방향(+z 방향) 및 제2방향(+x 방향)에 수직인 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제1웨지렌즈(WL1)를 회전시키고, 제2레이저빔(LB2)의 광경로 상에 위치하도록 제2레이저빔 소스(LS2)와 장축광학계(LAOS) 사이에 개재되며 제3방향(+y 방향)으로 연장된 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제2웨지렌즈(WL2)를 회전시킨다. 이를 통해, 제1레이저빔(LB1)이 장축광학계(LAOS)를 통과한 후 타겟인 기판(1) 상에 입사하는 영역이 제2레이저빔(LB2)이 장축광학계(LAOS)를 통과한 후 타겟인 기판(1) 상에 입사하는 영역과 일치하도록 한다.
제3방향(+y 방향)에 수직인 평면(zx 평면)에서의 제1웨지렌즈(WL1)의 단면의 형상과 제2웨지렌즈(WL2)의 단면의 형상은 도 8 등을 참조하여 전술한 바와 같고, 제1웨지렌즈(WL1)의 회전된 위치에 따른 제1레이저빔(LB1)의 제2방향(+x 방향)으로의 위치 변화와 제2웨지렌즈(WL2)의 회전된 위치에 따른 제2레이저빔(LB2)의 제2방향(+x 방향)의 반대 방향(-x 방향)으로의 위치 변화는 도 8 및 도 9를 참조하여 전술한 바와 같다. 또한 제1빔커터(BC1) 및 제2빔커터(BC2)를 이용하거나 제1빔커터(BC1)의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기(PM1)와 제2빔커터(BC2)의 제2면 상에 위치하는 제2파워계측기(PM2)를 이용할 수도 있는바, 이는 도 10 및 도 11을 참조하여 전술한 바와 같다.
그와 같은 상태에서, 기판(1) 상에 비정질 실리콘층(2)을 형성하고, 장축광학계(LAOS)를 통과한 제1레이저빔(LB1)과 제2레이저빔(LB2)을 비정질 실리콘층(2) 상에 조사한다. 이에 따라 레이저 결정화 장치의 에너지 효율을 극대화하면서 대면적의 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층으로 만들 수 있다.
이와 같이 기판(1) 상의 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층으로 형성한 후, 이 폴리실리콘층을 이용하여 박막트랜지스터를 형성하고 이어 이 박막트랜지스터에 전기적으로 연결된 유기발광소자와 같은 디스플레이소자를 형성함으로써, 디스플레이 장치 등을 제조할 수 있다.
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 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
LS1: 제1레이저빔 소스 LS2: 제2레이저빔 소스
LB1: 제1레이저빔 LB2: 제2레이저빔
BC1: 제1빔커터 BC2: 제2빔커터
WL1: 제1웨지렌즈 WL2: 제2웨지렌
PM1: 제1파워계측기 PM2: 제2파워계측기
RD1: 제1잔여영역 RD2: 제2잔여영역
HG1-1, HG1-2, HG2-1, H2-2: 호모지나이저
1: 기판 2: 비정질 실리콘층

Claims (24)

  1. 제1레이저빔을 제1방향으로 방출하는 제1레이저빔 소스;
    상기 제1레이저빔 소스로부터 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이격되어 위치하며, 제2레이저빔을 상기 제1방향으로 방출하는, 제2레이저빔 소스;
    상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔이 입사하며, 상기 제1레이저빔과 상기 제2레이저빔 각각의 상기 제2방향으로의 폭을 넓히는, 장축광학계; 및
    상기 제1레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제1레이저빔 소스와 상기 장축광학계 사이에 개재되며, 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직인 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는, 제1웨지렌즈(wedge lens);
    를 구비하는, 레이저 결정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면이 웨지 형상을 갖는, 레이저 결정화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면에 있어서, 상기 제2레이저빔 방향의 부분의 폭이 상기 제2레이저빔 방향의 반대 방향의 부분의 폭보다 큰, 레이저 결정화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈가 회전된 위치에 따라, 타겟 면 상에서의 상기 제1레이저빔의 상기 제2방향으로의 위치가 변하는, 레이저 결정화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장축광학계와 타겟 면 사이에 위치하는 제1빔커터를 더 구비하는, 레이저 결정화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1빔커터의 상기 장축광학계 방향의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기를 더 구비하는, 레이저 결정화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1파워계측기에서 상기 제1레이저빔으로부터의 파워가 계측되면, 상기 제1파워계측기에서 계측되는 파워가 0이 되도록 상기 제1웨지렌즈를 회전시키는, 레이저 결정화 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1빔커터는 상기 타겟 면의 중앙을 기준으로 상기 제2방향의 반대 방향에 위치하는, 레이저 결정화 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제2레이저빔 소스와 상기 장축광학계 사이에 개재되며, 상기 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는, 제2웨지렌즈(wedge lens)를 더 구비하는, 레이저 결정화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈와 상기 제2웨지렌즈 각각은 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면이 웨지 형상을 갖는, 레이저 결정화 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면에 있어서, 상기 제2레이저빔 방향의 부분의 폭이 상기 제2레이저빔 방향의 반대 방향의 부분의 폭보다 크고,
    상기 제2웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면에 있어서, 상기 제1레이저빔 방향의 부분의 폭이 상기 제1레이저빔 방향의 반대 방향의 부분의 폭보다 큰, 레이저 결정화 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈가 회전된 위치에 따라, 타겟 면 상에서의 상기 제1레이저빔의 상기 제2방향으로의 위치가 변하고,
    상기 제2웨지렌즈가 회전된 위치에 따라, 타겟 면 상에서의 상기 제2레이저빔의 상기 제2방향으로의 위치가 변하는, 레이저 결정화 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 장축광학계와 타겟 면 사이에 위치하는, 제1빔커터 및 제2빔커터를 더 구비하는, 레이저 결정화 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1빔커터의 상기 장축광학계 방향의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기와, 상기 제2빔커터의 상기 장축광학계 방향의 제2면 상에 위치하는 제2파워계측기를 더 구비하는, 레이저 결정화 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1파워계측기에서 상기 제1레이저빔으로부터의 파워가 계측되면, 상기 제1파워계측기에서 계측되는 파워가 0이 되도록 상기 제1웨지렌즈를 회전시키고,
    상기 제2파워계측기에서 상기 제2레이저빔으로부터의 파워가 계측되면, 상기 제2파워계측기에서 계측되는 파워가 0이 되도록 상기 제2웨지렌즈를 회전시키는, 레이저 결정화 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈의 회전 방향은 상기 제2웨지렌즈의 회전 방향과 반대인, 레이저 결정화 장치.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1빔커터는 상기 타겟 면의 중앙을 기준으로 상기 제2방향의 반대 방향에 위치하고,
    상기 제2빔커터는 상기 타겟 면의 중앙을 기준으로 상기 제2방향에 위치하는, 레이저 결정화 장치.
  18. 제1레이저빔 소스를 이용하여 제1레이저빔을 제1방향으로 방출하는 단계;
    상기 제1레이저빔 소스로부터 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이격되어 위치한 제2레이저빔 소스를 이용하여 제2레이저빔을 상기 제1방향으로 방출하는 단계; 및
    상기 제1레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제1레이저빔 소스와 장축광학계 사이에 개재되며 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직인 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제1웨지렌즈(wedge lens)를 회전시켜, 상기 제1레이저빔이 상기 장축광학계를 통과한 후 타겟 면 상에 입사하는 영역이 상기 제2레이저빔이 상기 장축광학계를 통과한 후 상기 타겟 면 상에 입사하는 영역과 일치하도록 하는 단계;
    를 포함하는, 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법.
  19. 제1레이저빔 소스를 이용하여 제1레이저빔을 제1방향으로 방출하는 단계;
    상기 제1레이저빔 소스로부터 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이격되어 위치한 제2레이저빔 소스를 이용하여 제2레이저빔을 상기 제1방향으로 방출하는 단계; 및
    상기 제1레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제1레이저빔 소스와 장축광학계 사이에 개재되며 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직인 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제1웨지렌즈(wedge lens)를 회전시키거나, 상기 제2레이저빔의 광경로 상에 위치하도록 상기 제2레이저빔 소스와 상기 장축광학계 사이에 개재되며 상기 제3방향의 중심축을 중심으로 사전설정된 각도 내에서 회전할 수 있는 제2웨지렌즈를 회전시켜, 상기 제1레이저빔이 상기 장축광학계를 통과한 후 타겟 면 상에 입사하는 영역이 상기 제2레이저빔이 상기 장축광학계를 통과한 후 상기 타겟 면 상에 입사하는 영역과 일치하도록 하는 단계;
    를 포함하는, 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; 및
    상기 장축광학계를 통과한 상기 제1레이젖빔과 상기 제2레이저빔을 상기 비정질 실리콘층 상에 조사하는 단계;
    를 더 포함하는, 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법.
  21. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면이 웨지 형상을 갖는, 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈는 상기 제3방향에 수직인 평면에서의 단면에 있어서, 상기 제2레이저빔 방향의 부분의 폭이 상기 제2레이저빔 방향의 반대 방향의 부분의 폭보다 큰, 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법.
  23. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 제1웨지렌즈가 회전된 위치에 따라, 상기 타겟 면 상에서의 상기 제1레이저빔의 상기 제2방향으로의 위치가 변하는, 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법.
  24. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 일치하도록 하는 단계는, 상기 장축광학계와 상기 타겟 면 사이에 위치하는 제1빔커터의 상기 장축광학계 방향의 제1면 상에 위치하는 제1파워계측기에서 상기 제1레이저빔으로부터의 파워가 계측되면, 상기 제1파워계측기에서 계측되는 파워가 0이 되도록 상기 제1웨지렌즈를 회전시키는 단계인, 폴리실리콘층을 갖는 기판 제조방법.
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