KR101084235B1 - 비정질 실리콘 결정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 결정화하기 위한 비정질 실리콘 결정화 장치에 관한 것으로, 비정질 실리콘층을 포함하는 기판 상에 구비된 도전성 박막에 일정 전원전압을 인가하여 주울(joule) 열을 발생시킴으로써, 상기 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하는 비정질 실리콘 결정화 장치에 있어서, 기판의 크기에 상관없이 동일 설비로 상기 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 결정화할 수 있는 비정질 실리콘 결정화 장치에 관한 것이다.
본 발명은 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 하측에 위치하는 기판 홀더; 상기 공정 챔버의 상측에 위치하며, 제 1 전극 및 상기 제 1 전극과 상이한 극성을 가지는 제 2 전극을 포함하는 전원전압 인가부; 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리를 조절하기 위한 제어부를 포함하는 비정질 실리콘 결정화 장치에 관한 것이다.
비정질 실리콘 결정화 장치, 주울 열

Description

비정질 실리콘 결정화 장치{Amorphous Silicon Crystallization Apparatus}
본 발명은 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 결정화하기 위한 비정질 실리콘 결정화 장치에 관한 것으로, 비정질 실리콘층을 포함하는 기판 상에 구비된 도전성 박막에 일정 전원전압을 인가하여 주울(joule) 열을 발생시킴으로써, 상기 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하는 비정질 실리콘 결정화 장치에 있어서, 기판의 크기에 상관없이 동일 설비로 상기 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 결정화할 수 있는 비정질 실리콘 결정화 장치에 관한 것이다.
평판표시장치(Flat Panel display device)는 경량 및 박형 등의 특성으로 인하여 음극선관 표시장치(Cathode-ray Tube display device)를 대체하는 표시장치로서 사용되고 있다. 이러한 평판표시장치의 대표적인 예로서 액정표시장치(Liquid Crystal Display device; LCD)와 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Diode display device; OLED)가 있으며, 이 중 유기전계발광표시장치는 액정표시장치에 비하여 휘도 특성 및 시야각 특성이 우수하고 백라이트(Back light)를 필요로 하지 않아 초박형으로 구현할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 유기전계발광표시장치는 유기박막에 음극(Cathode)과 양극(Anode) 을 통하여 주입된 전자(Electron)와 정공(Hole)이 재결합하여 여기자를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생되는 현상을 이용한 표시장치이다.
상기 유기전계발광표시장치는 구동 방법에 따라 수동 구동(Passive matrix) 방식과 능동 구동(Active matrix) 방식으로 나뉘는데, 상기 능동 구동 방식의 유기전계발광표시장치는 상기 유기박막을 포함하는 유기전계발광다이오드를 구동하기 위하여 두 개의 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT), 즉 상기 유기전계발광다이오드에 구동 전류를 인가하기 위한 구동 트랜지스터 및 상기 구동 트랜지스터에 데이터 신호를 전달하여 상기 구동 트랜지스터의 on/off를 결정하는 스위칭 트랜지스터가 형성되어야 하므로, 상기 수동 구동 방식의 유기전계발광표시장치와 비교하여 제조가 복잡하다는 단점이 있다.
그러나, 상기 수동 구동 방식의 유기전계발광표시장치는 해상도, 구동 전압의 상승, 재료 수명의 저하 등의 문제로 인하여 저해상도 및 소형 디스플레이의 응용분야로 제한되는 반면, 상기 능동 구동 방식의 유기전계발광표시장치는 표시 영역의 각 화소에 위치하는 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터를 이용하여 공급되는 일정한 전류에 따라 안정적인 휘도를 나타낼 수 있으며, 전력소모가 적어, 고해상도 및 대형디스플레이를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
통상적으로 상기 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터와 같은 박막 트랜지스터는 반도체층, 상기 반도체층의 일측에 위치하여, 상기 반도체층을 통한 전류 흐름을 제어하는 게이트 전극 및 상기 반도체층의 양측 종단부에 각각 연결되어 상 기 반도체층을 통해 일정 전류를 이동시키는 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하며, 상기 반도체층은 다결정 실리콘(polycrystalline silicon; poly-si) 또는 비정질 실리콘(amorphous silicon; a-si)으로 형성할 수 있으나, 상기 다결정 실리콘의 전자이동도가 비정질 실리콘의 그것보다 높아 현재는 다결정 실리콘을 주로 적용하고 있다.
여기서, 상기 다결정 실리콘으로 이루어진 반도체층을 형성하는 방법은 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하고 고상 결정화법(Solid Phase Crystallization : SPC), 급속열처리방법(Rapid Thermal Annealing : RTA), 금속 유도 결정화법(Metal Induced Crystallization : MIC), 금속 유도 측면 결정화법(Metal Induced Lateral Crystallization : MILC), 엑시머 레이저 어닐링(Excimer Laser Annealing : ELA) 결정화법 및 순차측면고상(Sequential Lateral Solidification : SLS) 결정화법 중 어느 하나를 이용하여 결정화하는 방법이 주로 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 비정질 실리콘의 결정화 방법에 있어서, 상기 고상 결정화법 및 급속열처리방법은 상기 비정질 실리콘에 높은 결정화 온도를 장시간 가해야 하므로, 유리 기판과 같이 열변형 온도가 상대적으로 낮은 기판을 사용할 수 없어 생산성이 저하되는 문제점이 있고, 상기 금속 유도 결정화법 및 금속 유도 측면 결정화법은 결정화에 사용되는 금속 촉매가 다결정 실리콘에 잔류하여 박막 트랜지스터의 구동 특성을 저하시키는 문제점이 있으며, 엑시머 레이저 어닐링 결정화법 및 순차측면고상 결정화법과 같은 레이저를 이용한 결정화법은 레이저 발진 장치로부터 조사되는 레이저 빔의 에너지 밀도가 균일하지 못하며, 상기 비정질 실리콘의 표면에 일정 돌기가 형성되어 박막 트랜지스터의 파괴 전압(Breakdown Voltage) 감소 및 신뢰성 저하를 초래하는 문제점이 있다.
상기와 같은 결정화법의 문제점을 해결하기 위하여, 한국 특허출원 제2005-73076호는 비정질 실리콘 박막의 하부에 도전층을 개재한 다음 상기 도전층에 일정 전원전압을 인가하여 따라 발생하는 주울 가열에 의한 고열을 이용함으로써 상기 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화하는 결정화 방법이 개시되어 있으나, 상기와 같은 주울 열을 이용한 비정질 실리콘 결정화 장치는 기판의 정확한 위치에 일정 전원전압을 인가하여야 하므로, 기판의 크기에 따라 설비가 변경되어야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주울 열을 이용한 비정질 실리콘 결정화 장치에 있어서, 기판의 크기에 무관하게 상기 기판의 정확한 위치에 일정 전원전압이 인가될 수 있도록 함으로써, 설비 변경 없이 다양한 크기의 기판 상에 형성된 비정질 실리콘의 결정화 공정을 수행할 수 있는 비정질 실리콘 결정화 장치를 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 하측에 위치하는 기판 홀더; 상기 공정 챔버의 상측에 위치하며, 제 1 전극 및 상기 제 1 전극과 상이한 극성을 가지는 제 2 전극을 포함하는 전원전압 인가부; 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리를 조절하기 위한 제어부를 포함하는 비정질 실리콘 결정화 장치에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치는 기판 상에 일정 전원전압을 인가하기 위한 제 1 전극 및 제 2 전극이 이동 가능하도록 하여, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리를 조절할 수 있도록 함으로써, 설비 변경 없이 다양한 크기의 기판 상에 형성된 비정질 실리콘의 결정화 공정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 이에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참 조 번호들은 동일한 구성 요소를 나타내는 것이며, 도면에 있어서 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.
(실시 예)
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치(1)는 공정 챔버(100), 상기 공정 챔버(100)의 하측에 위치하는 기판 홀더(200), 상기 공정 챔버(100)의 상측에 위치하며, 제 1 전극(310) 및 상기 제 1 전극(310)과 상이한 극성을 가지는 제 2 전극(320)을 포함하는 전원전압 인가부(300) 및 상기 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320) 사이의 거리를 조절하기 위한 제어부(400)를 포함한다.
상기 공정 챔버(100)는 비정질 실리콘의 결정화 공정이 진행되는 공간을 제공하기 위한 것으로, 상기 비정질 실리콘 및 도전성 박막이 형성된 기판(미도시)이 반입 및 반출되는 반출입구(미도시)를 포함하며, 상기 제어부(400)는 상기 공정 챔버(100)로 반입되는 상기 기판의 정확한 위치에 일정 전원전압이 인가되도록 하기 위한 것으로, 상기 전원전압 인가부(300)의 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320) 사이의 거리를 조절한다.
상기 기판 홀더(200)는 상기 반출입구를 통해 상기 공정 챔버(100) 내측으로 반입된 기판을 지지하며, 상기 기판을 상기 전원전압 인가부(300)에 의해 전원전압이 인가될 수 있는 위치로 이동시켜 비정질 실리콘의 결정화 공정이 수행될 수 있 도록 하기 위한 것으로, 상기 기판이 안착되는 공간을 제공하는 기판 지지대(210), 상기 기판 지지대(210)를 이동시키기 위한 홀더 이송부(230) 및 상기 홀더 이송부(220)를 제어하기 위한 홀더 구동부(220)를 포함한다.
여기서, 도 1에 도시되어 있지는 않으나, 상기 홀더 이송부(230)는 상기 기판 지지대(210)를 좌우로 이동시키기 위한 제 1 홀더 이송부(미도시) 및 상기 기판 지지대(210)를 상승 또는 하강시키기 위한 제 2 홀더 이송부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 기판 지지대(210)는 상기 기판과 기판 지지대(210) 사이의 공기가 배출되어 상기 기판을 밀착시키기 위한 하나 또는 다수의 진공 홀(211)을 포함할 수 있으며, 상기 하나 또는 다수의 진공 홀(211)은 진공 펌프(600)와 연결되어, 상기 하나 또는 다수의 진공 홀(211)을 통해 상기 기판과 기판 지지대(210) 사이에 위치하는 공기가 배기되도록 함으로써, 상기 기판을 상기 기판 지지대(210)에 밀착 고정시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판 지지대(210)는 상기 기판의 크기를 감지하기 위한 다수의 센서(212)를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부(400)는 상기 다수의 센서(212)에 의해 감지된 기판의 크기에 따라 상기 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320) 사이의 거리를 조절하도록 하여, 외부 입력 없이 자동으로 상기 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320) 사이의 거리가 상기 기판의 크기에 따라 조절되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치(1)는 상기 다 수의 센서(212)를 이용하여 상기 기판 지지대(210) 상에 안착된 기판의 위치를 감지하고, 상기 제어부(400)는 상기 다수의 센서(212)에 의해 감지된 기판의 위치에 따라 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)의 위치를 조절함으로써, 상기 기판 지지대(210)에 안착되는 기판이 상기 기판 지지대(210) 상에 정확히 대응되도록 위치하지 않는 경우, 즉 X 방향 또는 Y 방향으로 상기 기판이 치우쳐 위치하는 경우에도 상기 기판의 정확한 위치에 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)을 통해 전원전압을 인가할 수 있도록 할 수도 있다.
상기 전원전압 인가부(300)는 상기 기판의 도전성 박막에 일정 전원전압을 인가하여, 상기 기판에 형성된 비정질 실리콘의 결정화를 수행하기 위한 것으로, 서로 상이한 극성을 가지는 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320) 및 상기 제어부(400)에 의한 상기 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320)의 이동 경로를 제공하는 이동 가이드(330)를 포함한다.
여기서, 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)은 제 1 방향(Y)으로 일정 길이를 가지며, 상기 이동 가이드(330)는 상기 제 1 방향(Y)과 수직한 제 2 방향(X)으로 일정 길이를 가지도록 하여, 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)이 상기 이동 가이드(330)을 따라 이동함으로써, 상기 기판 지지대(210)에 안착된 기판의 크기에 상관없이 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)이 상기 기판의 정확한 위치에 일정 전원전압을 인가할 수 있도록 한다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치의 전원전압 인가부(300)를 나타낸 단면도로, 도 2a는 도 1의 A-A'선을 따라 절단한 단면 도이며, 도 2b는 도 1의 B-B'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 전원전압 인가부(300)는 제 1 전극(310), 상기 제 1 전극(310)과 상이한 극성을 갖는 제 2 전극(320) 및 상기 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320)의 이동 경로를 제공하는 이동 가이드(330)를 포함하며, 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)의 이동 및 정렬을 용이하게 조절하기 위하여, 상기 제 1 전극(310)과 이동 가이드(330) 사이에 결합되며, 상기 제어부(400)의 제어에 따라 상기 제 1 전극(310)을 이동시키기 위한 제 1 전극 이송부(340), 상기 제 2 전극(320)과 이동 가이드(330) 사이에 결합되며, 상기 제어부(400)의 제어에 따라 상기 제 2 전극(320)을 이동시키기 위한 제 2 전극 이송부(350)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 이동 가이드(330)는 상기 제 1 전극 이송부(340)의 이동 경로를 제공하는 제 1 이동 가이드(331) 및 상기 제 2 전극 이송부(350)의 이동 경로를 제공하는 제 2 이동 가이드(332)를 각각 포함할 수 있으며, 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)의 충돌을 방지하기 위하여, 상기 제 1 이동 가이드(331)와 제 2 이동 가이드(332)는 일정 거리 이격 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 이동 가이드(331) 및 제 2 이동 가이드(332)는 동일 방향으로 일정 길이를 가지도록 하여, 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)이 동일 방향으로 이동되도록 함으로써, 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)의 위치를 보다 용이하게 조절할 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치(1)는 상기 제 1 이동 가이드(331)와 제 1 전극 이송부(340) 사이 및 상기 제 2 이동 가이드(332)와 제 2 전극 이송부(350) 사이를 보다 견고히 결합시키기 위하여, 상기 제 1 이동 가이드(331) 및 제 2 이동 가이드(332)에 X 방향으로 일정 길이를 가지는 가이드 홈(331a)이 형성되도록 하고, 상기 제 1 전극 이송부(340) 및 제 2 전극 이송부(350)에 상기 가이드 홈(331a)에 대응되는 돌출부(340a)가 형성되도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치(1)는 상기 이동 가이드(330)과 공정 챔버(100) 사이에 상기 이동 가이드(330)를 수평 회전시킬 수 있는 회전 부재(미도시)를 위치시켜, 상기 제어부(400)에 의해 상기 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320) 사이의 거리 및 상기 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320)의 수평 위치를 조절되도록 함으로써, 상기 기판 지지대(210)의 다수의 센서(212)를 통해 상기 기판 지지대(210)에 안착된 기판의 위치를 감지하고, 상기 제어부(400)를 이용하여 상기 다수의 센서(212)에 의해 감지된 기판의 위치에 따라 상기 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320)의 위치 및 상기 회전 부재를 조절하여, 별도의 얼라인 부재 및 상기 기판의 정렬 공정 없이 상기 기판의 정확한 위치에 상기 제 1 전극(310) 및 제 2 전극(320)을 통해 전원전압을 인가할 수 있도록 할 수도 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치는 서로 상이한 극성을 가지는 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리를 조절함으로써, 공정 챔버로 반입되는 기판의 크기에 상관없이 상기 기판의 정확한 위치에 일정 전원전 압을 인가할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치는 상기 기판이 안착되는 기판 지지대에 상기 기판의 크기를 감지하기 위한 다수의 센서가 위치하도록 하여, 외부 입력 없이 상기 공정 챔버로 반입되는 기판의 크기에 따라 상기 제어부가 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리를 조절할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비정질 실리콘 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2a는 도 1의 A-A'선으로 절단한 단면도이다.
도 2b는 도 1의 B-B'선으로 절단한 단면도이다.
<도면 주요 부호에 대한 부호의 설명>
100 : 공정 챔버 200 : 기판 홀더
210 : 기판 지지대 220 : 홀더 이송부
230 : 홀더 구동부 300 : 전원전압 인가부
310 : 제 1 전극 320 : 제 2 전극
330 : 이동 가이드 340 : 제 1 전극 이송부
350 : 제 2 전극 이송부

Claims (12)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 하측에 위치하는 기판 홀더;
    상기 공정 챔버의 상측에 위치하며, 제 1 전극 및 상기 제 1 전극과 상이한 극성을 가지는 제 2 전극을 포함하는 전원전압 인가부; 및
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리를 조절하기 위한 제어부를 포함하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 기판이 안착되는 공간을 제공하는 기판 지지대, 상기 기판 지지대를 이동시키기 위한 홀더 이송부 및 상기 홀더 이송부를 제어하기 위한 홀더 구동부를 포함하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 진공 펌프와 연결되는 하나 또는 다수의 진공 홀을 포함하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 상기 기판의 크기를 감지하기 위한 다수의 센서를 포함 하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 다수의 센서에 의해 감지된 기판의 크기에 따라 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 센서는 상기 기판의 위치를 감지하고, 상기 제어부는 상기 다수의 센서에 의해 감지된 기판의 위치에 따라 상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 홀더 이송부는 상기 기판 지지대를 좌우로 이동시키기 위한 제 1 홀더 이송부 및 상기 기판 지지대를 상승 또는 하강시키기 위한 제 2 홀더 이송부를 포함하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원전압 인가부는 상기 제 1 전극을 이동시키기 위한 제 1 전극 이송부, 상기 제 2 전극을 이동시키기 위한 제 2 전극 이송부 및 상기 제 1 전극 이송부와 제 2 전극 이송부의 이동 경로를 제공하는 이동 가이드를 포함하고,
    상기 제1 전극 이송부는 상기 제 1 전극과 상기 이동 가이드 사이에 결합되며, 상기 제2 전극 이송부는 상기 제 2 전극과 상기 이동 가이드 사이에 결합되는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동 가이드는 상기 제 1 전극 이송부의 이동 경로를 제공하는 제 1 이동 가이드 및 상기 제 2 전극 이송부의 이동 경로를 제공하는 제 2 이동 가이드를 포함하며,
    상기 제 1 이동 가이드와 제 2 이동 가이드는 일정 거리 이격 되어 있는 것을 특징으로 하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 이동 가이드 및 제 2 이동 가이드는 동일 방향으로 일정 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 이동 가이드 및 제 2 이동 가이드는 각각 상기 제 1 이동 가이드 및 제 2 이동 가이드의 길이 방향으로 형성된 가이드 홈을 포함하고,
    상기 제 1 전극 이송부 및 제 2 전극 이송부는 상기 가이드 홈에 대응되도록 형성되는 돌출부를 포함하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동 가이드는 상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 길이 방향인 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 일정 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 비정질 실리콘 결정화 장치.
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