KR102285121B1 - 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

비정질 반도체막이 형성된 기판이 장착되는 스테이지, 상기 비정질 반도체막을 결정화시키는 레이저 광을 조사하는 레이저 광원, 상기 레이저 광의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막을 향하도록 변경시키는 리플렉터, 상기 레이저 광의 광 경로 상, 상기 레이저 광원과 상기 리플렉터 사이에 마련되되, 상기 리플렉터의 길이 방향을 따라서, 상기 레이저 광의 조사 방향을 변경시키도록 회전하는 갈바노 미러, 및 상기 비정질 반도체막에 상기 레이저 광이 조사되는 상태에서, 상기 스테이지를, 상기 리플렉터의 길이 방향과 다른 방향으로, 이송시키는 제어부를 포함하는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치가 제공된다.

Description

레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치 및 그의 제어방법{Amorphous semiconductor crystallization apparatus using laser and control method thereof}
본 발명은 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치 및 그의 제어방법에 관련된 것으로, 보다 구체적으로, 대면적의 비정질 반도체를 간소한 광학계 구성으로 결정화시키는 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치 및 그의 제어방법에 관련된 것이다.
최근, 반도체 또는 디스플레이 산업에 널리 이용되는 비정질 실리콘에, 레이저 광을 조사하여 결정화하는 기술이 주목을 받고 있다. 이는, 비정질 실리콘에 낮은 에너지 범위의 레이저 광을 조사하는 것 만으로도 단 시간 내에, 상기 비정질 실리콘을 결정화할 수 있기 때문이다.
하지만, 종래의 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법은, 국부적인 영역에 한정되는 문제가 있다. 이는, 대면적의 비정질 실리콘에 레이저 광을 조사하여, 균일한 리플(ripple)을 포함하는 표면을 갖는 결정질 실리콘을 형성하는데 어려움이 있기 때문이다.
또한, 종래의 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법은, 레이저 광을 라인 빔(line beam)의 형태로 조사하기 때문에, 상기 레이저로 라인 빔을 형성하기 위한 매우 큰 광학계 및 설비가 요구되는 문제가 있다.
또한, 상기 레이저로 라인 빔을 형성하는 경우, 결정화하고자 하는 비정질 실리콘의 면적이 증가함에 따라 비용이 기하급수적으로 증가하는 단점이 있다.
따라서, 라인 빔 형태의 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법은, 산업의 대형화 및 대량 생산에 적용하는데 한계가 있다.
이에, 산업의 대형화 및 대량 생산에 적합하도록, 대면적의 비정질 실리콘에 레이저 광을 조사하여, 균일한 리플을 형성하고 결정화하는 방법이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 간소한 광학계 구성으로 비정질 반도체를 결정화시키는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 대면적의 비정질 반도체를 결정화하는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 비정질 반도체의 표면에 균일한 리플(ripple)을 형성하는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 산업의 대형화 및 대량 생산에 적합한, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해, 본 발명은 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치는, 비정질 반도체막이 형성된 기판이 장착되는 스테이지, 상기 비정질 반도체막을 결정화시키는 레이저 광을 조사하는 레이저 광원, 상기 레이저 광의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막을 향하도록 변경시키는 리플렉터, 상기 레이저 광의 광 경로 상, 상기 레이저 광원과 상기 리플렉터 사이에 마련되되, 상기 리플렉터의 길이 방향을 따라서, 상기 레이저 광의 조사 방향을 변경시키도록 회전하는 갈바노 미러, 및 상기 비정질 반도체막에 상기 레이저 광이 조사되는 상태에서, 상기 스테이지를, 상기 리플렉터의 길이 방향과 다른 방향으로 이송시키는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 리플렉터에 의해 조사 방향이 변경되어 상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광의 밀도가, 상기 리플렉터의 길이 방향을 따라 동일하도록, 상기 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 광의 초점을 조절하는 가변 초점 렌즈를 더 포함하되, 상기 가변 초점 렌즈는, 상기 레이저 광원과 상기 갈바노 미러의 사이에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광은, 스팟 빔의 형상을 가지며, 상기 스팟 빔의 형상으로 조사되는 레이저 광의 단위면적당 에너지 밀도는 30 내지 35 mJ/cm2 범위인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 광의 스팟 빔 형상은, 타원형을 가지며, 상기 타원형의 장축 방향은, 상기 스테이지의 이송 방향에 가깝고, 상기 타원형의 단축 방향은, 상기 리플렉터의 길이 방향에 가까울 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 레이저 광의 펄스 간격이, 상기 갈바노 미러에 의하여 상기 레이저 광이 상기 리플렉터의 길이 방향으로 조사될 때 보다, 상기 스테이지의 이송 방향으로 조사될 때, 더 크도록, 상기 스테이지의 이송을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타원형 스팟 빔의 편광 방향은, 타원형의 단축 방향일 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해, 본 발명은 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치의 제어방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치의 제어방법은, 비정질 반도체막이 형성된 기판이 스테이지 상에 장착되는 단계, 제어부가, 레이저 광원으로 하여금, 상기 비정질 반도체막을 결정화시키기 위한 레이저 광을 조사하도록 제어하는 단계, 상기 제어부가, 상기 조사된 레이저 광의 조사 방향이, 리플렉터의 길이 방향을 따라 변경되도록 상기 레이저 광의 광 경로에 배치된 갈바노 미러를 회전시키는 단계, 및 상기 리플렉터에 의하여 상기 레이저 광의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막을 향하도록 변경되는 단계를 포함하되, 상기 회전시키는 단계는, 상기 제어부가 상기 스테이지를, 상기 리플렉터의 길이 방향과 다른 방향으로, 이송하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부가, 상기 리플렉터에 의해 조사 방향이 변경되어 상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광의 밀도가, 상기 리플렉터의 길이 방향을 따라 동일하도록, 상기 레이저 광원과 상기 갈바노 미러의 사이에 배치된 가변 초점 렌즈의 초점을 조절하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광은, 스팟 빔의 형상을 가지며, 상기 스팟 빔의 형상으로 조사되는 레이저 광의 단위면적당 에너지 밀도는 30 내지 35 mJ/cm2 범위인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 광의 스팟 빔 형상은, 타원형을 가지며, 상기 타원형의 장축 방향은, 상기 스테이지의 이송 방향에 가깝고, 상기 타원형의 단축 방향은, 상기 리플렉터의 길이 방향에 가까울 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 레이저 광의 펄스 간격이, 상기 리플렉터의 길이 방향 보다, 상기 스테이지의 이송 방향으로, 더 크도록, 상기 스테이지의 이송을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타원형 스팟 빔의 편광 방향은, 타원형의 단축 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 비정질 반도체막이 형성된 기판이 장착되는 스테이지, 상기 비정질 반도체막을 결정화시키는 레이저 광을 조사하는 레이저 광원, 상기 레이저 광의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막을 향하도록 변경시키는 리플렉터, 상기 레이저 광의 광 경로 상, 상기 레이저 광원과 상기 리플렉터 사이에 마련되되, 상기 리플렉터의 길이 방향을 따라서, 상기 레이저 광의 조사 방향을 변경시키도록 회전하는 갈바노 미러, 및 상기 비정질 반도체막에 상기 레이저 광이 조사되는 상태에서, 상기 스테이지를, 상기 리플렉터의 길이 방향과 다른 방향으로 이송시키는 제어부를 포함하는 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치가 제공될 수 있다.
이에 따라, 종래의 레이저 광을 라인 빔(line beam)의 형태로 조사하는 광학계 보다 간소한 광학계 구성으로 비정질 반도체막을 결정화시킬 수 있다.
상기 스테이지 상의 비정질 반도체막은 상기 레이저 광에 의해 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화될 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 가변 초점 렌즈를 제어하여, 상기 리플렉터의 길이 방향을 따라 상기 레이저 광의 조사 방향을 변경시키는 것에 의해, 상기 리플렉터에 도달한 레이저 광이, 상기 리플렉터에 의해 각각 조사 방향이 변경되어, 상기 비정질 반도체막에 각각 도달하는 레이저 광의 밀도가 동일할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광은 스팟 빔의 형상으로 조사될 수 있다.
이에 따라, 대면적의 비정질 반도체막에 균일한 리플을 형성할 수 있으므로, 산업의 대형화 및 대량 생산에 적합하다.
뿐만 아니라, 상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광이 스팟 빔의 형상인 것에 의해, 상기 비정질 반도체막을 다양한 형상으로 결정화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광이 조사된 비정질 반도체막을 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광이 조사된 비정질 반도체막의 XRD(X-ray diffraction) 측정 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광이 조사된 비정질 반도체막의 라만(Raman) 분석 결과이다.
도 8은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치를 설명하기 위한 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 게재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 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, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
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 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광이 조사된 비정질 반도체막을 보여주는 사진이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광이 조사된 비정질 반도체막의 XRD(X-ray diffraction) 측정 결과이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 광이 조사된 비정질 반도체막의 라만(Raman) 분석 결과이다.
도 1을 참조하면, 상기 비정질 반도체 결정화 장치(1000)는, 스테이지(110), 레이저 광원(120), 거울(124), 가변 초점 렌즈(128), 갈바노 미러(galvano mirror, 130), 리플렉터(reflector, 140), 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 스테이지(110)는, 비정질 반도체막(AS)이 형성된 기판을 장착시킬 수 있다. 상기 스테이지(110)에, 상기 비정질 반도체막(AS)이 형성된 기판이 장착되면, 상기 제어부는, 상기 비정질 반도체막(AS)에 레이저 광이 조사되는 경우, 상기 스테이지(110)를, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향(도 1의 Y 방향)과 다른 방향(도 1의 X 방향)으로 이송시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 스테이지(110) 상의 비정질 반도체막(AS)은 상기 X 방향을 따라 상기 레이저 광에 의해 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화될 수 있다.
상기 레이저 광원(120)은, 상기 스테이지(110)에 상기 비정질 반도체막(AS)이 형성된 기판이 장착되면, 상술된 바와 같이, 상기 제어부에 의해, 레이저 광을 조사하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 광원(120)은 335 nm 파장의 레이저 광을 조사하는 Nd:YAG 레이저일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 광원(120)과 상기 리플렉터(140) 사이에 레이저 광의 광 경로에는, 상기 거울(124), 상기 가변 초점 렌즈(128), 및 상기 갈바노 미러(130)가 배치될 수 있다.
상기 거울(124)은, 상기 레이저 광의 광 경로 상, 상기 레이저 광원(120)과 상기 가변 초점 렌즈(128) 사이에 마련되어, 상기 레이저 광원(120)으로부터 조사된 레이저 광을 상기 가변 초점 렌즈(128)로 반사시킬 수 있다. 도 1을 통해, 상기 거울(124)이 단수인 것으로 도시되었으나, 이는 일례일 뿐, 당업자의 설계에 따라 복수로 배치 가능함은 물론이다.
상기 가변 초점 렌즈(128)는, 상기 레이저 광원(120)과 상기 갈바노 미러(130)의 사이에 배치되어, 상기 제어부에 의해, 상기 리플렉터(140)에 도달하는 레이저 광의 초점을 조절하도록 제어될 수 있다.
이에 따라, 상기 리플렉터(140)에 의해 조사 방향이 변경되어 상기 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광의 밀도가, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 동일해질 수 있다.
상기 갈바노 미러(130)는, 상기 레이저 광의 광 경로 상, 상기 레이저 광원(120)과 상기 리플렉터(140) 사이에 마련되어, 상기 제어부에 의해, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 상기 레이저 광의 조사 방향을 변경시키도록 회전 제어될 수 있다.
이에 따라, 간소한 광학계 구성으로도, 상기 비정질 반도체막(AS)을 결정화시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 간소한 광학계 구성으로 대면적의 비정질 반도체막(AS)을 결정화할 수 있다.
상기 리플렉터(140)는, 상기 리플렉터(140)에 도달된 상기 레이저 광을 상기 스테이지(110) 상의 비정질 반도체막(AS)을 향하도록 변경시킬 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상술된 바와 같이, 상기 리플렉터(140)에 의해 조사 방향이 변형되어, 상기 스테이지(110) 상의 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광이 상기 Y 방향을 따라 조사된 후에, 상기 스테이지(110)를 상기 X 방향으로 이송시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 비정질 반도체막(AS)은 상기 Y 방향 및 상기 X 방향을 따라 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화될 수 있다.
도 2를 참조하면, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000)의 제어방법은, 비정질 반도체막(AS)이 형성된 기판이 스테이지(110) 상에 장착되는 단계(S110), 제어부가, 레이저 광원(120)으로 하여금, 상기 비정질 반도체막(AS)을 결정화시키기 위한 레이저 광을 조사하도록 제어하는 단계(S120), 상기 제어부가, 상기 조사된 레이저 광의 조사 방향이, 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 변경되도록 상기 레이저 광의 광 경로에 배치된 갈바노 미러(130)를 회전시키는 단계(S130), 및 상기 리플렉터(140)에 의하여 상기 레이저 광의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막(AS)을 향하도록 변경되는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
이하, 상기 비정질 반도체 결정화 장치(1000)의 각 구성과 더불어 상기 비정질 반도체 결정화 장치(1000)의 제어방법이 보다 상세하게 설명된다.
단계 S110
단계 S110에서, 비정질 반도체막(AS)이 형성된 기판이 스테이지(110) 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 상기 비정질 반도체막(AS)은, 비정질 실리콘(amorphous silicon)일 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 비정질 실리콘은 반도체 또는 디스플레이 산업에 널리 이용될 수 있다. 하지만, 종래의 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법은 국부적인 영역에 한정되는 문제가 있다. 이는, 대면적의 비정질 실리콘에 레이저 광을 조사하여, 균일한 리플(ripple)을 포함하는 표면을 갖는 결정질 실리콘을 형성하는데 어려움이 있기 때문이다.
이에, 본 발명에서는, 간소한 광학계 구성을 통해, 대면적의 비정질 반도체막(AS)에 레이저(120) 광을 조사하여, 균일한 리플을 형성하고 결정화하는 방법을 제공하고자 한다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 간소한 광학계 구성을 이용해 비정질 반도체막(AS) 결정화 산업의 대형화 및 대량 생산이 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스테이지(110)는 상기 비정질 반도체막(AS)이 형성된 기판이 장착되면, 상기 제어부에 의해 상기 리플렉터(140)의 길이 방향과 다른 방향으로 이송될 수 있다.
여기에서, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향은, 도 1에 도시된 Y 방향으로, 상기 다른 방향은 도 1에 도시된 X 방향으로 정의될 수 있다. 즉, 상기 제어부는, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향인 Y 방향과 다른 방향인 X 방향으로 상기 스테이지(110)를 이송시킬 수 있는 것이다.
보다 구체적으로, 상기 제어부는, 후술되는 단계에서, 상기 비정질 반도체막(AS)에 레이저 광이 조사되는 경우, 상기 스테이지(110)를, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향과 다른 방향(X 방향)으로 이송시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 스테이지(110) 상의 비정질 반도체막(AS)은 상기 X 방향을 따라 상기 레이저 광에 의해 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화될 수 있는 것이다.
단계 S120
단계 S120에서, 상기 제어부가, 레이저 광원(120)으로 하여금, 상기 비정질 반도체막(AS)을 결정화시키기 위한 레이저 광을 조사하도록 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부는, 상기 비정질 반도체막(AS)이 형성된 기판이 상기 스테이지(110) 상에 장착되면, 상기 비정질 반도체막(AS)을 결정화시키는 레이저 광을 조사하도록, 상기 레이저 광원(120)을 제어할 수 있는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 레이저 광원(120)으로부터 상기 리플렉터(140)를 향해 조사된 레이저 광의 광 경로에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 거울(124), 상기 가변 초점 렌즈(128), 및 상기 갈바노 미러(130)가 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부에 의해 상기 레이저 광원(120)로부터 조사된 레이저 광은, 상기 거울(124)에 도달하여 반사될 수 있고, 상기 거울(124)에 의해 반사된 레이저 광은 상기 가변 초점 렌즈(128)에 도달할 수 있다.
단계 S125
단계 S125에서, 상기 제어부가 가변 초점 렌즈(128)의 초점을 조절하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 가변 초점 렌즈(128)는, 상기 레이저 광의 광 경로에 배치될 수 있고, 보다 구체적으로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 거울(124)과 상기 갈바노 미러(130) 사이에 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부는, 상기 가변 초점 렌즈(128)의 초점을 조절하도록 제어할 수 있고, 후술되는 단계에서 상기 리플렉터(140)에 의해 조사 방향이 변경되어 상기 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광의 밀도가, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 동일해 질 수 있는 것이다.
보다 구체적으로, 상기 제어부는, 상기 레이저 광원(120)으로부터 조사된 레이저 광이 상기 거울(124)에서 반사되어 상기 가변 초점 렌즈(128)에 도달하는 경우, 상기 가변 초점 렌즈(128)의 초점을 조절할 수 있고, 후술되는 단계에서, 갈바노 미러(130)가 회전하는 경우, 상기 초점이 조절된 레이저 광은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 L1 내지 L5로 조사될 수 있다.
이때, 상기 제어부가 상기 가변 초점 렌즈(130)를 제어하여, 상기 레이저 광의 조사 방향을 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 L1 내지 L5로 조사시키는 것에 의해, 후술되는 단계에서, 상기 리플렉터(140)에 도달한 L1 내지 L5의 레이저 광이, 상기 리플렉터(140)에 의해 각각 조사 방향이 변경되어, 상기 비정질 반도체막(AS)에 각각 도달하는 S1 내지 S5의 영역에서 레이저 광의 밀도가 동일할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 비정질 반도체막(AS)은 상기 상기 리플렉터(140)의 길이 방향(Y 방향)을 따라 상기 레이저 광에 의해 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화될 수 있는 것이다.
단계 S130
단계 S130에서, 상기 제어부가, 갈바노 미러(130)를 회전시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 갈바노 미러(130)는, 상기 레이저 광의 광 경로에 배치될 수 있고, 보다 구체적으로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 가변 초점 렌즈(128)와 상기 리플렉터(140) 사이에 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부는, 상기 갈바노 미러(130)를 회전시키도록 제어하여, 상기 레이저 광원(120)으로부터 조사되어, 상기 거울(124) 및 상기 가변 초점 렌즈(128)를 지난 레이저 광의 조사 방향을, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 L1 내지 L5로 조사시킬 수 있는 것이다.
단계 S140
단계 S140에서, 리플렉터(140)에 의하여 상기 레이저 광의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막(AS)을 향하도록 변경될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제어부는, 단계 S125에서 상기 가변 초점 렌즈(128)의 초점을 제어하고, 단계 S130에서 상기 갈바노 미러(130)의 회전을 제어할 수 있다.
이에 따라, 단계 S125에서 상기 가변 초점 렌즈(128)에 의해 초점이 제어된 레이저 광은, 단계 S130에서 상기 갈바노 미러(130)에 의해 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 L1 내지 L5로 조사될 수 있다.
이후, 상기 L1 내지 L5의 방향으로 조사된 레이저 광은, 단계 S140에서 상기 리플렉터(140)에 의해 변경되어, 상기 비정질 반도체(AS) 막의 각 지점 S1 내지 S5로 도달될 수 있는 것이다.
이때, 상술된 바와 같이, 상기 제어부가, 단계 S125에서 상기 가변 초점 렌즈(128)의 초점을 제어한 것에 의해, 상기 비정질 반도체(AS) 막의 각 지점 S1 내지 S5에 도달한 레이저 광의 밀도가, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향(Y 방향)을 따라 S1 내지 S5에서 동일할 수 있다.
이에 따라, 상기 비정질 반도체막(AS)은 상기 Y 방향을 따라 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화될 수 있는 것이다.
즉, 단계 S140에서, 상기 가변 초점 렌즈(128) 및 상기 갈바노 미러(130)를 거쳐 상기 리플렉터(140)에 도달된 상기 레이저 광(L1 내지 L5)의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막(AS)을 향하도록 변경되면, 상기 레이저 광이 상기 Y 방향을 따라, 상기 비정질 반도체막(AS)에 조사된 후에(S1 내지 S5), 단계 S110에서 상술된 바와 같이, 상기 제어부는, 상기 스테이지(110)를 상기 X 방향으로 이송시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 스테이지(110) 상의 비정질 반도체막(AS)은 상기 Y 방향 및 상기 X 방향을 따라 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화될 수 있는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 광은, 스팟 빔(SB)의 형태로 조사될 수 있다. 상기 레이저 광의 스팟 빔(SB)은, 다양한 형상을 가질 수 있다.
보다 구체적으로 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 광의 스팟 빔(SB) 형상은, 원형일 수 있다.
이때, 상기 원형의 스팟 빔(SB)은 반지름 r의 크기를 가질 수 있다.
또는, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 광의 스팟 빔(SB) 형상은, 타원형일 수 있다.
이때, 상기 타원형의 스팟 빔(SB)은, 상기 타원형의 장축 방향(SL)이 상기 스테이지의 이송 방향(X 방향)에 가깝고, 상기 타원형의 단축 방향(SW)이 상기 리플렉터의 길이 방향(Y 방향)에 가까울 수 있다.
또한, 상기 타원형 스팟 빔(SB)의 편광 방향은, 타원형의 단축 방향(SW)과 같을 수 있다.
상기 레이저 광의 스팟 빔(SB)의 형상은 상술된 실시 예에 따라 원형 또는 타원형에 한정되지 않고, 당업자의 설계에 따라 그 형상이 변형 가능함을 이해하여야 할 것이다.
이하 설명되는 실시 예에서, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 광의 스팟 빔(SB) 형상이, 타원형인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 하지만, 이는 일례일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
상술된 바와 같이, 종래의 레이저를 이용한 비정질 반도체의 결정화 방법은, 레이저 광을 라인 빔(line beam)의 형태로 조사하기 때문에, 상기 레이저 광으로 라인 빔을 형성하기 위한 매우 큰 광학계 및 설비가 요구되는 문제가 있다.
또한, 상기 레이저 광으로 라인 빔을 형성하는 경우, 결정화하고자 하는 비정질 반도체막의 면적이 증가함에 따라 비용이 기하급수적으로 증가하는 단점이 있다. 따라서, 라인 빔 형태의 레이저 광을 이용한 비정질 반도체의 결정화 방법은, 산업의 대형화 및 대량 생산에 적용하는데 한계가 있다.
하지만, 이와는 달리, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000)는, 상기 제어부에 의해 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광을 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 비정질 반도체 결정화 장치(1000)의 제어방법은, 대면적의 비정질 반도체막(AS)에 균일한 리플을 형성할 수 있으므로, 산업의 대형화 및 대량 생산에 적합하다.
또한, 상기 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광이 스팟 빔(SB)의 형상인 것에 의해, 상기 비정질 반도체막(AS)을 다양한 형상으로 결정화시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 레이저 광원(120)으로부터 조사되어 상기 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광에 의해, 상기 비정질 반도체막(AS)을 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화시키기 위해, 상기 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사되는 레이저 광의 단위면적당 에너지 밀도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는, 상기 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사되는 레이저 광의 단위면적당 에너지 밀도가 30 내지 35 mJ/cm2 범위에 포함되도록 상기 레이저 광원(120)을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 레이저 광의 펄스 간격이, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향 보다, 상기 스테이지(110)의 이송 방향으로, 더 크도록, 상기 스테이지(110)의 이송을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는, 상기 레이저 광의 펄스 간격이, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향(Y 방향)으로 1.5 μm 및 상기 스테이지(110)의 이송 방향(X 방향)으로 62 μm로 상기 스테이지(110)의 이송을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로 도 4를 참조하면, 상기 레이저 광원(120)으로부터 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사되는 레이저 광의 다양한 레이저 파워(또는, 펄스당 에너지로 환산 또는, 단위면적당 에너지 밀도로 환산)에 따른, 상기 비정질 반도체막(AS)의 결정화된 표면을 살펴볼 수 있다.
도 4의 (b) 내지 (e)는, 상기 비정질 반도체막(AS)에 각각 1.07 W, 1.16 W, 1.24 W, 및 1.32 W의 레이저 파워(펄스당 에너지로 환산하면 각각 76 μJ, 83 μJ, 89J, 및 94 μJ)로 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광을 조사한 경우에, 상기 비정질 반도체막(AS)의 결정화된 표면을 보여준다.
도 4의 (b) 내지 (e)를 통해, 상기 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사되는 레이저 광의 레이저 파워가 증가할수록, 상기 비정질 반도체막(AS)의 결정화된 표면에 붉은 색의 영역이 증가하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 상기 비정질 반도체막(AS)이 결정화되었다는 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광이 도 4의 (b)에서 76 μJ의 펄스당 에너지로 조사되는 경우보다 도 4의 (c)에서 83 μJ의 펄스당 에너지로 조사되는 경우에 약 10% 증가한 펄스당 에너지로 인해, 상기 결정화된 반도체막의 표면에 붉은 색의 영역이 증가한 것을 알 수 있다.
이때, 도 4의 (b) 및 (c)에서, 상기 비정질 반도체막(AS)에 조사된 레이저 광의 단위면적당 에너지 밀도는, 각각 30 mJ/cm2 및 35 mJ/cm2일 수 있다.
이와는 달리, 도 4의 (d) 및 (e)에서는 상기 비정질 반도체막(AS)의 결정화된 표면 붉은 색의 영역에, 다른 색(어두운 주황 색)의 영역이 형성된 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 4의 (d) 내지 (e)를 통해, 상기 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사되는 레이저 광의 레이저 파워가 증가할수록, 상기 비정질 반도체막(AS)의 결정화된 표면 붉은 색의 영역에 형성된 다른 색의 영역이 증가하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 상기 비정질 반도체막(AS)이 결정화되는 것 외에 다른 변화가 일어나는 것을 알 수 있다. 여기에서 다른 변화란, 상기 비정질 반도체(AS)막에 도달된 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사되는 레이저 광의 레이저 파워가 지나치게 증가하여, 상기 비정질 반도체(AS)막이 번 아웃(burn out)되었거나, 다른 2차 상으로 형성된 것을 의미할 수 있다.
이러한 경우, 도 4의 (b) 및 (c)를 통해 상술된 붉은 색의 영역을 포함하는 결정화된 반도체막보다 표면 균일성이 저하될 수 있다.
하지만 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사되는 레이저 광의 단위면적당 에너지 밀도는 30 내지 35 mJ/cm2 범위에 포함될 수 있고, 따라서, 상기 결정화된 반도체막에 상기 다른 색의 영역이 생성되지 않으면서도, 상기 붉은 색의 영역은 균일한 형상 및 간격으로 생성될 수 있다.
이에 따라, 상기 비정질 반도체막(AS)을 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화시킬 수 있는 것이다.
한편, 도 5의 (a), (e), (i)와 (b), (f), (j)와 (c), (g), (k)와 (d), (h), (l)은, 상술된 도 4의 (b) 내지 (e)와 같이, 상기 비정질 반도체막(AS)에 각각 76 μJ, 83 μJ, 89 μJ, 및 94 μJ의 펄스당 에너지로 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광을 조사한 경우에, 상기 비정질 반도체막(AS)의 결정화된 표면을 보여준다.
도 5의 (a), (e)와 (b), (f)에서, 76 μJ 내지 83 μJ(단위면적당 에너지 밀도로 환산하면 30 내지 35 mJ/cm2)의 펄스당 에너지로 상기 비정질 반도체막(AS)에 레이저 광을 조사하는 경우, 결정화된 반도체막의 표면에서 광 산란이 최소화된 것과는 다르게, 도 5의 (c), (g)와 (d), (h)에서 83 μJ(단위면적당 에너지 밀도로 환산하면 35 mJ/cm2) 초과의 펄스당 에너지로 상기 비정질 반도체막(AS)에 레이저 광을 조사하는 경우, 결정화된 반도체막의 표면에서는 광 산란이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 5의 (i) 및 (j)의 결정화된 반도체막에서 균일한 표면을 관찰할 수 있는 반면에, 도 5의 (k) 및 (l)의 결정화된 반도체막의 표면에서 불규칙한 스팟(spot)의 형상을 관찰할 수 있다
이로써, 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광이, 단위면적당 에너지 밀도 35 mJ/cm2(펄스당 에너지 83 μJ, 레이저 파워 1.24 W) 초과로 상기 비정질 반도체막(AS)에 조사되는 경우, 상기 결정화된 반도체막의 표면 균일성이 저하됨을 알 수 있다.
하지만 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사되는 레이저 광이, 상기 비정질 반도체막(AS)에 조사되는 단위면적당 에너지 밀도는 30 내지 35 mJ/cm2 범위에 포함될 수 있고, 따라서, 상기 결정화된 반도체막의 표면 균일성이 향상될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 비정질 반도체막(AS)에 각각 76 μJ, 83 μJ, 89 μJ, 및 94 μJ의 펄스당 에너지로 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광을 조사한 경우에, 상기 비정질 반도체막(AS)의 결정화된 표면의 XRD 분석 결과를 확인할 수 있다.
상기 76 μJ 내지 94 μJ의 펄스당 에너지 범위로 조사된 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광에 의해 상기 결정화된 반도체막의 표면에서 (111), (220), 및 (311) XRD 피크를 관찰할 수 있다.
상기 76 μJ 내지 94 μJ의 펄스당 에너지 범위에서, 상기 비정질 반도체막(AS)에 조사된 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광의 펄스당 에너지가 커질수록, 상기 결정화된 반도체막의 표면에서 (111), (220), 및 (311) XRD 피크가 증가하는 것을 알 수 있다.
이는, 상기 76 μJ 내지 94 μJ의 펄스당 에너지 범위에서, 상기 비정질 반도체막(AS)에 조사된 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광의 펄스당 에너지가 커질수록, 상기 비정질 반도체막(AS)의 결정화도가 증가하는 것을 의미할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 상기 비정질 반도체막(AS)에 각각 76 μJ, 83 μJ, 89 μJ, 및 94 μJ의 펄스당 에너지로 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광을 조사한 경우에, 상기 비정질 반도체막(AS)의 결정화된 표면의 라만 분석 결과를 확인할 수 있다.
도 6을 참조하여 설명된 XRD 피크와 마찬가지로, 상기 76 μJ 내지 94 μJ의 펄스당 에너지 범위로 조사된 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광에 의해 상기 결정화된 반도체막의 표면에서 약 510 cm-1 영역에서 라만 피크를 관찰할 수 있다.
이는, 상기 비정질 반도체막(AS)에 상기 76 μJ 내지 94 μJ의 펄스당 에너지 범위로 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광을 조사하는 경우, 상기 비정질 반도체막(AS)이 부분 용융된 후에 결정화되어 균일한 리플을 포함한다는 것을 의미할 수 있다.
상기 76 μJ 내지 94 μJ의 펄스당 에너지 범위에서, 상기 비정질 반도체막(AS)에 조사된 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광의 펄스당 에너지가 커질수록, 상기 결정화된 반도체막의 표면에서 약 510 cm-1 영역에서 라만 피크가 증가하는 것을 알 수 있다.
이는, 상기 76 μJ 내지 94 μJ의 펄스당 에너지 범위에서, 상기 비정질 반도체막(AS)에 조사된 상기 스팟 빔(SB) 형상의 레이저 광의 펄스당 에너지가 커질수록, 상기 비정질 반도체막(AS)의 용융 정도가 증가하는 것을 의미할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정질 반도체 결정화 장치(1000)의 각 구성과 더불어 상기 비정질 반도체 결정화 장치(1000)의 제어방법이 설명되었다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000)는, 스테이지(110), 레이저 광원(120), 거울(124), 가변 초점 렌즈(128), 갈바노 미러(galvano mirror, 130), 리플렉터(reflector, 140), 및 제어부를 포함할 수 있다.
상기 비정질 반도체 결정화 장치(1000)는, 상기 제어부에 의해 상기 리플렉터(140)를 향해 레이저 광을 조사하도록 상기 레이저 광원(120)을 제어할 수 있다. 상기 제어부에 의해 제어되어 상기 레이저 광원(120)으로부터 조사된 레이저 광이 상기 리플렉터(140)에 도달되면, 상기 리플렉터(140)는 도달된 상기 레이저 광을 비정질 반도체막(AS)을 향하도록 변경시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 레이저 광원(120)으로부터 상기 리플렉터(140)를 향해 조사된 레이저 광의 광 경로에는, 상기 거울(124), 상기 가변 초점 렌즈(128), 및 상기 갈바노 미러(130)가 배치될 수 있다.
상기 스테이지(110)는, 비정질 반도체막(AS)이 형성된 기판을 장착시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 비정질 반도체막(AS)에 상기 레이저 광이 조사되는 상태에서, 상기 스테이지(110)를 상기 리플렉터(140)의 길이 방향과 다른 방향(X 방향)으로 이송시킬 수 있다.
상기 가변 초점 렌즈(128)는, 상기 레이저 광원(120)과 상기 갈바노 미러(130)의 사이에 배치될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 리플렉터(140)에 의해 조사 방향이 변경되어 상기 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광의 밀도가, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 S1 내지 S5에서 동일하도록, 상기 레이저 광원(120)으로부터 조사되는 레이저 광의 초점을 L1 내지 L5로 조절하도록 상기 가변 초점 렌즈(128)를 제어할 수 있다.
상기 갈바노 미러(130)는, 상기 레이저 광의 광 경로 상, 상기 레이저 광원(120)과 상기 리플렉터(140) 사이에 마련될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라서, 상기 레이저 광의 조사 방향을 변경시키도록 갈바노 미러(130)를 회전시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000)의 제어방법은, 비정질 반도체막(AS)이 형성된 기판이 스테이지(110) 상에 장착되는 단계(S110), 제어부가, 레이저 광원(120)으로 하여금, 상기 비정질 반도체막(AS)을 결정화시키기 위한 레이저 광을 조사하도록 제어하는 단계(S120), 상기 제어부가, 리플렉터(140)에 의해 조사 방향이 변경되어 상기 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광의 밀도가, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 동일하도록, 상기 레이저 광원(120)과 갈바노 미러(130)의 사이에 배치된 가변 초점 렌즈(128)의 초점을 조절하도록 제어하는 단계(S125), 상기 제어부가, 상기 조사된 레이저 광의 조사 방향이, 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 변경되도록 상기 레이저 광의 광 경로에 배치된 갈바노 미러(130)를 회전시키는 단계(S130), 및 상기 리플렉터(140)에 의하여 상기 레이저 광의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막(AS)을 향하도록 변경되는 단계를 포함할 수 있다.
단계 130은, 상기 제어부가 상기 스테이지(110)를, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향과 다른 방향으로, 이송하는 것을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 변형 예가 설명된다.
도 8은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 변형 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000a)는, 도 1을 참조하여 상술된 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000)에서 아크(arc) 형상의 리플렉터(140) 대신에, 선(line) 형의 리플렉터(140a)를 포함하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000)는 아크 형상의 리플렉터(140)를 포함하는 것에 의해, 상기 레이저 광원(120)으로부터 조사된 레이저 광의 레이저 초점 길이(depth of focus)가 제1 변형 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000a)보다 짧은 경우에 비정질 반도체막(AS)의 결정화에 용이할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000)는, 상기 레이저 광원(120)으로부터 조사된 레이저 광의 레이저 초점 길이에 따라 상기 리플렉터(140) 아크 형상 및 곡률을 변형시킬 수 있다.
한편, 제1 변형 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000a)는 선 형의 리플렉터(140a)를 포함하는 것에 의해, 상기 레이저 광원(120)으로부터 조사된 레이저 광의 레이저 초점 길이가 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000)보다 긴 경우에 비정질 반도체막(AS)의 결정화에 용이할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제2 변형 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000b)는, 도 1을 참조하여 상술된 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000)에서 단수의 갈바노 미러(130) 대신에, 복수의 갈바노 미러(130c, 130d, 130e ?? 130N)를 포함하는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 제2 변형 예에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000b)는, 대면적의 비정질 반도체막(AS)에 균일한 리플을 형성할 수 있으므로, 산업의 대형화 및 대량 생산에 적합하다.
이상, 본 발명의 실시 예 및 변형 예들에 따른 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000, 1000a, 1000b)를 설명하였다.
상술된 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치(1000, 1000a, 1000b)에 의하면, 상기 제어부가, 상기 비정질 반도체막(AS)에 레이저 광이 조사되는 경우, 상기 스테이지(110)를, 상기 리플렉터(140, 140a)의 길이 방향과 다른 방향(X 방향)으로 이송시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 스테이지(110) 상의 비정질 반도체막(AS)은 상기 X 방향을 따라 상기 레이저 광에 의해 균일한 리플을 포함하는 표면을 갖도록 결정화될 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 가변 초점 렌즈(130)를 제어하여, 상기 리플렉터(140)의 길이 방향을 따라 L1 내지 L5로 상기 레이저 광의 조사 방향을 변경시키는 것에 의해, 상기 리플렉터(140, 140a)에 도달한 L1 내지 L5의 레이저 광이, 상기 리플렉터(140, 140a)에 의해 각각 조사 방향이 변경되어, 상기 비정질 반도체막(AS)에 각각 도달하는 S1 내지 S5의 영역에서 레이저 광의 밀도가 동일할 수 있다.
또한, 상기 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광은 스팟 빔(SB)의 형상으로 조사될 수 있다.
이에 따라, 대면적의 비정질 반도체막(AS)에 균일한 리플을 형성할 수 있으므로, 산업의 대형화 및 대량 생산에 적합하다.
뿐만 아니라, 상기 비정질 반도체막(AS)에 도달하는 레이저 광이 스팟 빔(SB)의 형상인 것에 의해, 상기 비정질 반도체막(AS)을 다양한 형상으로 결정화시킬 수 있다.
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.
1000: 비정질 반도체 결정화 장치
110: 스테이지
120; 레이저 광원
124: 거울
128: 가변 초점 렌즈
130; 갈바노 미러(galvano mirror)
140: 리플렉터(reflector)

Claims (12)

  1. 비정질 반도체막이 형성된 기판이 장착되는 스테이지;
    상기 비정질 반도체막을 결정화시키는 레이저 광을 조사하는 레이저 광원;
    상기 레이저 광의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막을 향하도록 변경시키는 리플렉터;
    상기 레이저 광의 광 경로 상, 상기 레이저 광원과 상기 리플렉터 사이에 마련되되, 상기 리플렉터의 길이 방향을 따라서, 상기 레이저 광의 조사 방향을 변경시키도록 회전하는 갈바노 미러; 및
    상기 비정질 반도체막에 상기 레이저 광이 조사되는 상태에서, 상기 스테이지를, 상기 리플렉터의 길이 방향과 다른 방향으로 이송시키는 제어부를 포함하되,
    상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광은, 상기 제어부에 의해 상기 스테이지가 상기 리플렉터의 길이 방향과 다른 방향으로 이송 제어되는 것에 의해, 타원형의 스팟 빔 형상을 가지되,
    상기 타원형의 장축 방향은, 상기 스테이지의 이송 방향에 가깝고, 상기 타원형의 단축 방향은, 상기 리플렉터의 길이 방향에 가까운, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 리플렉터에 의해 조사 방향이 변경되어 상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광의 밀도가, 상기 리플렉터의 길이 방향을 따라 동일하도록, 상기 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 광의 초점을 조절하는 가변 초점 렌즈를 더 포함하되,
    상기 가변 초점 렌즈는, 상기 레이저 광원과 상기 갈바노 미러의 사이에 배치되는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스팟 빔의 형상으로 조사되는 레이저 광의 단위면적당 에너지 밀도는 30 내지 35 mJ/cm2 범위인 것을 포함하는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 레이저 광의 펄스 간격이, 상기 갈바노 미러에 의하여 상기 레이저 광이 상기 리플렉터의 길이 방향으로 조사될 때 보다, 상기 스테이지의 이송 방향으로 조사될 때, 더 크도록, 상기 스테이지의 이송을 제어하는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 타원형 스팟 빔의 편광 방향은, 타원형의 단축 방향인, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치.
  7. 비정질 반도체막이 형성된 기판이 스테이지 상에 장착되는 단계;
    제어부가, 레이저 광원으로 하여금, 상기 비정질 반도체막을 결정화시키기 위한 레이저 광을 조사하도록 제어하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 조사된 레이저 광의 조사 방향이, 리플렉터의 길이 방향을 따라 변경되도록 상기 레이저 광의 광 경로에 배치된 갈바노 미러를 회전시키는 단계; 및
    상기 리플렉터에 의하여 상기 레이저 광의 조사 방향이, 상기 비정질 반도체막을 향하도록 변경되는 단계;를 포함하되,
    상기 회전시키는 단계는, 상기 제어부가 상기 스테이지를, 상기 리플렉터의 길이 방향과 다른 방향으로, 이송하는 것에 의해, 상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광은, 타원형의 스팟 빔 형상을 가지되, 상기 타원형의 장축 방향은, 상기 스테이지의 이송 방향에 가깝고, 상기 타원형의 단축 방향은, 상기 리플렉터의 길이 방향에 가까운 것을 포함하는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치의 제어방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 리플렉터에 의해 조사 방향이 변경되어 상기 비정질 반도체막에 도달하는 레이저 광의 밀도가, 상기 리플렉터의 길이 방향을 따라 동일하도록, 상기 레이저 광원과 상기 갈바노 미러의 사이에 배치된 가변 초점 렌즈의 초점을 조절하도록 제어하는 단계를 더 포함하는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치의 제어방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 스팟 빔의 형상으로 조사되는 레이저 광의 단위면적당 에너지 밀도는 30 내지 35 mJ/cm2 범위인 것을 포함하는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치의 제어방법.
  10. 삭제
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 레이저 광의 펄스 간격이, 상기 리플렉터의 길이 방향 보다, 상기 스테이지의 이송 방향으로, 더 크도록, 상기 스테이지의 이송을 제어하는, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치의 제어방법.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 타원형 스팟 빔의 편광 방향은, 타원형의 단축 방향인, 레이저를 이용한 비정질 반도체 결정화 장치의 제어방법.
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