KR100533429B1 - 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저를 이용한 비정질 실리콘 반도체의 다결정화 처리시 대기중의 산소에 의한 실리콘막의 산화를 방지하고 미세 입자에 의한 오염을 방지하여 수율을 높이고 생산성을 확보하는 장치 및 방법에 관한 것으로서,
본 발명은 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 다결정화 공정에서, 스테이지상에 놓이는 유리기판과, 상기 유리기판과 갭을 유지하며, 안정가스를 고압으로 공급하는 한편 안정가스 및 외부 대기를 흡입하여 고압부 및 진공부가 형성되도록 하는 가스분출및흡입모듈과, 상기 유리기판과 가스분출및흡입모듈 사이의 갭 간격을 조절하는 갭조절용 엑츄에이터를 구비하고, 레이저가 조사(照射)되는 영역을 포함하는 부분에 진공과 고압에 의한 압력차를 이용하여 안정가스의 흐름을 유발시켜 레이저결정화영역에 대기중의 산소와 미세입자의 유입을 방지한다.
본 발명에 의하면 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 다결정화 공정시에 고가의 진공 챔버나 고압 챔버 없이 청정실의 대기에 존재하는 산소에 의한 산화반응과 미세입자에 의한 오염을 방지하여 생산성과 수율을 향상시킨다.
Description
본 발명은 비정질 실리콘 반도체의 다결정화 공정에서 공정의 수율을 향상시키고 생산성을 높이기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 액정디스플레이(LCD)에 사용되는 화소 스위칭소자로서 비정질실리콘을 이용한 박막트랜지스터(TFT)가 이용되고 있다. 이러한 비정질실리콘을 이용한 박막트랜지스터에 비해 다결정실리콘을 능동층에 이용한 박막트랜지스터는 전계이용도가 높아 스위치 능력이 높고 소자의 소형화, CMOS화가 가능하다는 특징이 있다.
비정질실리콘은 가열하여 결정화함으로 다결정실리콘으로 제조할 수 있지만 실리콘막을 형성하는 기판이 융점이 낮은 유리기판으로 되어 있어 다결정화 방법으로는 레이저를 이용한 결정화방법이 유효하다. 상기 레이저를 이용한 다결정화 방법에서는 비정질실리콘막에 레이저를 조사(照射)함으로써 비정질실리콘을 녹인 후 결정화를 진행시키게 되는데 이 과정에 대기중의 산소가 실리콘과 결합할 경우 실리콘 결정으로의 성장이 아닌 산화물화 하는 문제점이 있다.
도 1은 종래의 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 구성을 설명하기 위한 참고도이다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 종래의 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치에 대한 구성은, 유리기판을 로딩하여 공정위치로 이송하고 유리기판의 레이저결정화영역(400)으로의 정밀 위치 제어를 위한 스테이지(100), 다결정화 공정을 위한 광원을 제공하는 레이저(300), 상기 레이저에서 나온 빔을 일정한 형상으로 확대 정형하는 광속확대기, 레이저 빔의 공간적 균일도를 형성하는 호모저나이져(Homogenizer), 빔을 마스크에 집속하기 위한 콘덴서렌즈, 노광하고자 하는 미세패턴의 원본인 마스크, 마스크의 형상을 기판에 투영하기 위한 축소투영광학계를 구비하는 광학계(200)를 포함하여 이루어진다. 한편 종래의 비정질반도체 다결정화 장치의 비정질실리콘의 다결정화과정에서 공정의 수율향상을 위해서 대기중의 산소 및 미세입자의 처리가 중요한데, 현재 레이저가 조사되는 유리기판 주위를 안정가스인 질소 등으로 밀봉하여 내부를 상압 또는 진공의 상태에서 공정을 진행하는 방법들이 연구되고 있다.
그러나 종래의 장치는 고가의 부가적인 진공챔버의 구성이 불가피하고 또한 장비의 무게나 부피가 크고, 유지비 등 생산성이 약화되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 다결정화 공정에서 레이저가 조사되는 영역을 포함하는 부분에 비정질실리콘과 화학반응을 하지 않는 안정가스의 흐름을 유발하여 대기중의 산소와 미세입자의 유입을 방지하며 고가의 챔버를 구성하지 않고 수율을 높이고 생산성을 향상시키는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 갖는 본 발명은 비정질 실리콘 반도체의 다결정화 공정에서 공정의 수율을 향상시키고 생산성을 높이기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서,
본 발명은 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 다결정화 공정에서, 스테이지 상에 놓이는 유리기판과, 상기 유리기판과 갭을 유지하며, 안정가스를 고압으로 공급하는 한편 안정가스 및 외부 대기를 흡입하여 고압부 및 진공부가 형성되도록 하는 가스분출및흡입모듈과, 상기 유리기판과 가스분출및흡입모듈 사이의 갭 간격을 조절하는 갭조절용 엑츄에이터를 구비하고, 레이저가 조사되는 영역을 포함하는 부분에 진공과 고압에 의한 압력차를 이용하여 안정가스의 흐름을 유발시켜 레이저결정화영역에 대기중의 산소와 미세입자의 유입을 방지한다. 여기서 안정가스란 예를 들어 질소나 아르곤 등과 같이 비정질실리콘과 화학반응을 하지 않는 가스를 말한다.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치는, 레이저를 이용하여 비정질반도체막을 다결정화할 때, 결정이 일어나는 영역에 국부적으로 안정가스의 일정한 흐름을 발생시켜, 안정가스를 전 영역에 특정압력으로 채우지 않고 외부 대기 및 미세먼지의 레이저결정화영역으로의 진입을 차단하는 것을 특징으로 한다. 한편 고압부와 진공부사이의 흐름 통로는 유리기판과 가스분출및흡입모듈에 의한 갭이 되며 이 갭의 크기는 마이크로미터에서 밀리미터 단위까지 변위가 가능한 부가적인 엑츄에이터에 의해 제어된다.
본 발명에 의하면 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 다결정화 공정시에 고가의 진공 챔버나 고압 챔버 없이 청정실의 대기에 존재하는 산소에 의한 산화반응과 미세입자에 의한 오염을 방지하여 생산성과 수율을 향상시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 구성도이다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 전체적인 구성은, 비정질반도체가 도포되며 정밀 위치 제어되는 스테이지(100)상에 놓이는 유리기판(800)과, 상기 유리기판(800)과 갭을 유지하며, 안정가스를 고압으로 공급하는 한편 안정가스 및 외부 대기를 흡입하여 고압부 및 진공부가 형성되도록 하는 가스분출및흡입모듈(500)과, 상기 유리기판(800)과 가스분출및흡입모듈(500) 사이의 갭 간격을 조절하는 갭조절용 엑츄에이터(910)를 적어도 포함하여 이루어진다. 그 밖에, 기존의 공지기술이거나 당업자가 당연히 예측할 수 있는, 가스분출및흡입모듈에 가스를 공급하기 위한 장치, 가스분출및흡입모듈에 가스를 흡입하기 위한 장치, 가스분출및흡입모듈내의 가스를 검출하는 센서(미도시) 등이 더 포함되어 구성된다.
도 3은 각각 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 가스분출및흡입모듈에 대한 평면, 배면 및 사시도이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 가스분출및흡입모듈(500)은, 일측에 안정가스를 공급하는 가스공급부(510), 일측에 가스의 농도를 측정하기 위한 가스센서입구부(520)를 구비하고, 일측에 고압의 안정가스를 분출하는 가스분출노즐부(530) 및 상기 가스분출노즐부로부터 분출된 안정가스와 주변의 대기를 흡입하여 진공을 형성하기 위한 흡입진공구멍부(540)를 구비한다.
상기 가스분출노즐부는 가느다란 슬릿을 구비하고 그 슬릿의 폭은 50밀리미터 이하인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 가스분출및흡입모듈이, 안정 가스를 공급하는 가스공급부에 안정가스 외에 산소 등 다른 가스들을 공급하여 이들의 혼합 가스도 공급할 수 있다는 것은 당업자에게 있어서는 당연히 예측될 수 있는 사항일 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 가스분출및흡입모듈의 사시 단면도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 가스분출및흡입모듈의 작동을 설명하기 위한 단면도이다. 도 4a와 도 4b에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 가스분출및흡입모듈은, 스테이지 상에 로딩되는 유리기판(800)과 갭(700)을 유지하면서, 가스공급부(510)를 통하여 안정가스를 고압으로 공급하여 고압부(501)를 형성하고, 가스분출노즐부(530)를 통하여 분출되는 안정가스 및 외부의 대기를 흡입진공구멍부(540)로 흡입하여 진공부(502)를 형성한다. 한편 레이저의 조사는 상기 고압부(501)를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 고압으로 공급되는 안정가스는 가스분출노즐부(530)의 양측 간격을 조절하여 형성되는 슬릿(간격 50mm 이하)을 통하여 분출이 이루어진다.
즉, 상기 기술된 안정가스의 흐름을 발생시키기 위해서 고압부(501)에 대기압 이상의 안정가스를 공급하면 이 안정가스는 가스분출및흡입모듈(500)과 유리기판(800) 사이의 갭(700)을 통하여 저압영역으로 퍼지게 되고, 저압영역으로 퍼진 가스는 진공부(502)에서 대기압 이하의 압력으로 흡입됨으로써 고압부(501)와 갭(700)과 진공부(502) 사이에 유동채널을 형성하게 된다. 이때 고압부(501)와 진공부(502)의 압력차와 갭(700)의 크기에 따라 흐르는 유량 및 유속이 결정되고, 고압부(501)와 갭(700)과 진공부(502) 사이의 유동채널이 대기속의 산소 및 미세입자가 확산되어 들어오는 것을 방지할 수 있는 충분히 큰 흐름을 발생시킬 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치는, 안정가스를 고압으로 공급하는 고압부(501), 안정가스 및 외부 대기를 흡입하는 진공부(502)를 발생시키는 가스분출및흡입모듈(500)과 갭조절용 엑츄에이터(910)를 구비하여, 상기 가스분출및흡입모듈(500)을 유리기판(800)과 갭(700)이 형성되도록 장착하고, 안정가스를 상기 고압부를 통하여 유출하고 상기 진공부를 통하여 흡입함으로써 안정가스의 유로(流路)를 발생시키고, 상기 갭(700)의 간격을 조절하여 안정가스의 유량을 제어한다.
또한 상술한 바와 같이, 비정질실리콘의 다결정화에 사용될 에너지원인 레이저는 가스분출및흡입모듈의 고압부(501) 영역을 통하여 조사되므로써, 결과적으로 일반 청정실 내에서 별도의 챔버 구비없이 효과적으로 다결정화 공정을 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법의 절차도이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법은, 상기 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치를 이용하는 방법으로서, 스테이지 위에 유리기판을 로딩하는 단계(S110); 상기 스테이지를 공정위치로 이동하여 다결정화 공정을 준비하는 단계(S120); 위치센서를 이용하여 가스분출및흡입모듈위치와 유리기판 사이인 갭의 간격을 측정하는 단계(S130); 상기 갭의 간격을 엑츄에이터를 이용하여 조절하는 단계(S140); 가스분출및흡입모듈을 통하여 소정의 가스 혼합비 및 압력으로 가스를 분출하고 흡입하는 단계(S150); 상기 가스의 함유량을 센서를 이용하여 측정하는 단계(S160); 상기 가스의 함유량이 목표함유량에 도달했는지를 판단하는 단계(S170); 상기 가스의 함유량이 목표함유량에 도달했으면 고압부를 통하여 레이저를 조사하여 다결정화를 진행하는 단계(S180); 다결정화가 완료됐는지를 판단하여 가스분출 및 흡입을 정지하는 단계(S190)(S200); 갭조절용 엑츄에이터를 초기 위치로 이동하는 단계(S210); 유리기판을 언로딩하는 단계(S220)를 적어도 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스의 함유량이 목표함유량에 도달했는지를 판단하는 단계(S170)에서 가스의 함유량이 목표함유량에 도달하지 않았으면 소정의 가스 혼합비 및 압력으로 가스를 분출하고 흡입하는 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법의 일실시예를 구체적으로 설명하면, 우선 장치를 초기화하고, 유리기판을 로딩하고, 유리기판이 로딩된 위치로 스테이지 이동하고, 스테이지 위에 유리기판을 로딩하고, 공정위치로 스테이지를 이동하여 다결정화 공정을 준비하고, 위치센서를 이용하여 가스분출및흡입모듈위치와 유리기판 사이인 갭의 간격을 측정하고, 엑츄에이터를 이용하여 갭간격을 조절하고, 소정의 가스 혼합비 및 압력으로 가스를 분출하고 흡입하고, 센서를 이용하여 가스의 함유량을 측정하고, 목표 함유량에 도달했는지를 판단하고, 목표함유량에 도달하지 않았으면 계속 소정의 가스 혼합비 및 압력으로 가스를 분출하고 흡입하는 반면, 목표함유량에 도달했으면 스테이지상의 유리기판을 전체적으로 스캔하고, 스테이지가 초기 위치로 이동하고, 레이저를 조사하여 다결정화를 진행하고, 결정화가 완료됐는지를 판단하여 가스분출 및 흡입을 정지하고, 엑츄에이터를 초기 위치로 이동하고, 유리기판을 언로딩하고, 종료할 것인지 판단하는 단계를 포함하여 이루어진다.
결국, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치 및 방법은, 스테이지(100) 상에 로딩되는 유리기판(800)과, 가스공급부(510), 가스센서입구부(520), 가스분출노즐부(530) 및 상기 흡입진공구멍부(540)를 구비한 가스분출및흡입모듈(500) 사이에 갭을 이루도록 하고, 안정가스를 고압으로 공급하여 형성하는 고압부(501), 안정가스 및 외부 대기를 흡입하여 형성하는 진공부(502)를 발생시켜 안정가스의 유로를 형성하고, 상기 고압부(501)를 통하여 레이저(300)를 조사하는 것을 특징으로 한다. 또한, 갭조절용 엑츄에이터(910)를 더 구비하여, 상기 안정가스의 유로를 형성하기 위한 갭의 간격을 조절한다.
한편, 유리기판의 평면도는 대략 10내지 20마이크로미터이므로, 갭이 20마이크로미터 이하일 경우에는 유리기판과 충돌이 발생할 수 있다. 상기 갭의 간격은 클수록 가스 소모량이 크게 증가하고, 갭의 간격이 작을수록 경제성이 좋아진다. 따라서, 상기 안정가스의 유로를 형성하기 위한 갭의 간격은 대략 20마이크로미터 내지 2밀리미터로 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치 및 방법은, 비정질반도체의 다결정화 공정에서 결정이 일어나는 영역에 안정가스의 흐름을 유발할 수 있는 유동채널을 원하는 곳에 국부적으로 형성하여 산소에 의한 산화반응과 오염을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 고가의 부가적인 챔버 없이 수율과 생산성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 구성을 설명하기 위한 참고도
도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 가스분출및흡입모듈에 대한 평면, 배면 및 사시도
도 4a는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 가스분출및흡입모듈의 사시 단면도
도 4b는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치의 가스분출및흡입모듈의 작동을 설명하기 위한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법의 절차도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 스테이지 200 : 광학계
300 : 레이저 400 : 레이저결정화영역
500 : 가스분출및흡입모듈 501 : 고압부
502 : 진공부 510 : 가스공급부
520 : 가스센서입구부 530 : 가스분출노즐부
540 : 흡입진공구멍부 700 : 갭
800 : 유리기판 900 : 레이저조사면
910 : 갭조절용 엑츄에이터
Claims (12)
- 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치에 있어서,정밀 위치 제어되어 스테이지 상에 놓이는 비정질반도체가 도포된 유리기판과, 상기 유리기판과 갭을 유지하며 안정가스를 고압으로 공급하는 한편 안정가스 및 외부 대기를 흡입하여 고압부 및 진공부가 형성되도록 하기 위한 가스분출및흡입모듈과, 상기 유리기판과 가스분출및흡입모듈 사이의 갭 간격을 조절하는 갭조절용 엑츄에이터를 적어도 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치
- 제 1 항에 있어서,상기 가스분출및흡입모듈은, 일측에 안정가스를 공급하는 가스공급부, 일측에 가스의 농도를 측정하기 위한 가스센서입구부를 구비하고, 일측에 고압의 안정가스를 분출하는 가스분출노즐부 및 상기 가스분출노즐부로부터 분출된 안정가스와 주변의 대기를 흡입하여 진공을 형성하기 위한 흡입진공구멍부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치
- 제 1 항에 있어서,상기 가스분출및흡입모듈은, 스테이지 상에 로딩되는 유리기판과 갭을 유지하면서 안정가스를 고압으로 공급하여 고압부를 형성하고, 분출되는 안정가스 및 외부의 대기를 흡입하여 진공부를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치
- 제 3 항에 있어서,상기 고압부를 통하여 레이저의 조사(照射)가 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치
- 제 2 항에 있어서,상기 가스분출및흡입모듈은, 안정 가스를 공급하는 가스공급부에 안정가스 외에 산소 등 다른 가스들을 공급하여 이들의 혼합 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치
- 제 2 항에 있어서,상기 가스분출노즐부는 가느다란 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치
- 제 6 항에 있어서,상기 가스분출노즐부의 슬릿의 폭은 50밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치
- 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법에 있어서,안정가스를 고압으로 공급하는 고압부, 안정가스 및 외부 대기를 흡입하는 진공부를 발생시키는 가스분출및흡입모듈과 갭조절용 엑츄에이터를 구비하여, 상기 가스분출및흡입모듈을 유리기판과 갭이 형성되도록 장착하고, 안정가스를 상기 고압부를 통하여 유출하고 상기 진공부를 통하여 흡입함으로써 안정가스의 유로를 발생시키고, 상기 고압부를 통하여 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법
- 제 8 항에 있어서,상기 안정가스의 유로를 형성하기 위한 갭의 크기는 20마이크로미터 내지 2밀리미터인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법
- 제 8 항에 있어서,상기 안정가스의 유로를 형성하는 갭의 간격을 조절하여 안정가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법
- 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 장치를 이용하는 방법에 있어서, 정밀 위치 제어되어 스테이지 상에 놓이는 비정질반도체가 도포된 유리기판과, 상기 유리기판과 갭을 유지하며, 안정가스를 고압으로 공급하는 한편 안정가스 및 외부 대기를 흡입하여 고압부 및 진공부가 형성되도록 하기 위한 가스분출및흡입모듈과, 상기 유리기판과 가스분출및흡입모듈 사이의 갭 간격을 조절하는 갭조절용 엑츄에이터를 적어도 구비하고,스테이지 위에 유리기판을 로딩하는 단계;상기 스테이지를 공정위치로 이동하여 다결정화 공정을 준비하는 단계;가스분출및흡입모듈위치와 유리기판 사이인 갭의 간격을 위치센서를 이용하여 측정하는 단계;상기 갭의 간격을 엑츄에이터를 이용하여 조절하는 단계;가스분출및흡입모듈을 통하여 소정의 가스 혼합비 및 압력으로 가스를 분출하고 흡입하는 단계;상기 가스의 함유량을 센서를 이용하여 측정하는 단계;상기 가스의 함유량이 목표함유량에 도달했는지를 판단하는 단계;상기 가스의 함유량이 목표함유량에 도달했으면 고압부를 통하여 레이저를 조사하여 다결정화를 진행하는 단계;다결정화가 완료됐는지를 판단하여 가스분출 및 흡입을 정지하는 단계;갭조절용 엑츄에이터를 초기 위치로 이동하는 단계;유리기판을 언로딩하는 단계를 적어도 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법
- 제 11 항에 있어서,상기 가스의 함유량이 목표함유량에 도달했는지를 판단하는 단계에서, 가스의 함유량이 목표함유량에 도달하지 않았으면 소정의 가스 혼합비 및 압력으로 가스를 분출하고 흡입하는 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 비정질반도체의 다결정화 방법
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