KR20050081610A - Apparatus of crystallization for semiconductor active layer using laser - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 레이저 광선을 생성하기 위한 레이저 소스부, 상기 레이저 소스부에서 생성된 레이저 광선을 변환하기 위한 레이저 변환부, 레이저 전달부를 통하여 상기 변환된 레이저 광선들을 전달받아 기판 상의 비정질 반도체 활성층을 다결정화시키기 위하여 상기 비정질 반도체 활성층에 레이저 광선들을 주사하는 레이저 주사부를 구비하는 레이저 결정화 장치에 있어서, 상기 레이저 소스부는 CW 레이저를 발진시키는 제 1 레이저 소스와 펄스 레이저를 발진시키는 제 2 레이저 소스를 구비하는 것과, 상기 레이저 주사부로부터 주사되는 레이저 광선들은 상기 반도체 활성층의 동일 평면에 입사되는 것과, 상기 비정질 반도체 활성층의 결정화 방향은 상기 레이저 광선들의 진행 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. According to the present invention, a laser source unit for generating a laser beam, a laser converter for converting a laser beam generated by the laser source unit, and a laser transfer unit receive the converted laser beams to form an amorphous semiconductor active layer on a substrate. A laser crystallization apparatus comprising a laser scanning unit for scanning laser beams on the amorphous semiconductor active layer for crystallization, the laser source unit comprising a first laser source for oscillating a CW laser and a second laser source for oscillating a pulsed laser And the laser beams scanned from the laser scanning unit are incident on the same plane of the semiconductor active layer, and the crystallization direction of the amorphous semiconductor active layer is parallel to the advancing direction of the laser beams. .
Description
본 발명은 레이저 광선을 조사하는 장치, 보다 상세하게는 기판 상의 비정질 반도체 활성층을 다결정화시키기 위한 레이저 결정화 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a device for irradiating a laser beam, and more particularly to a laser crystallization device for polycrystallizing an amorphous semiconductor active layer on a substrate.
화상을 표시하는데 있어, 수많은 종류의 디스플레이 장치가 사용되는데, 근래에는 종래의 브라운관, 즉 CRT(cathode ray tube, 음극선관)를 대체하는 다양한 평판 디스플레이 장치가 사용된다. 이러한 평판 디스플레이 장치는 발광 형태에 따라 자발광형(emissive)과 비자발광형(non-emissive)으로 분류할 수 있는데, 대표적인 자발광형 디스플레이 장치로는 플라즈마 디스플레이 장치(plasma display panel device)와 유기 전계 발광 디스플레이 장치(organic electroluminescent display device) 등이 있고, 대표적인 비자발광형 디스플레이 장치로는 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display device)가 있다.In displaying an image, many kinds of display apparatuses are used. In recent years, various flat panel display apparatuses are used to replace conventional cathode ray tubes, that is, cathode ray tubes (CRTs). Such flat panel display devices can be classified into self-emissive and non-emissive types according to the light emission type. Representative self-emissive display devices include plasma display panel devices and organic electric fields. An organic electroluminescent display device and the like, and a typical non-luminescent display device is a liquid crystal display device (liquid crystal display device).
액정 디스플레이 소자나 유기 전계 발광 디스플레이 소자 또는 무기 전계 발광 디스플레이 소자 등 평판 표시장치에 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)는 각 화소의 동작을 제어하는 스위칭 소자 및 화소를 구동시키는 구동 소자로 사용된다. Thin Film Transistors (TFTs) used in flat panel displays, such as liquid crystal display devices, organic electroluminescent display devices, or inorganic electroluminescent display devices, are used as switching elements for controlling the operation of each pixel and as driving elements for driving the pixels. do.
이러한 박막 트랜지스터는 기판 상에 고농도의 불순물로 도핑된 드레인 영역과 소스 영역 및 상기 드래인 영역과 소스 영역의 사이에 형성된 채널 영역을 갖는 반도체 활성층을 가지며, 이 반도체 활성층 상에 형성된 게이트 절연막 및 활성층의 채널영역 상부의 게이트 절연막 상에 형성된 게이트 전극으로 구성되는데, 상기 반도체 활성층은 실리콘의 결정 상태에 따라 비정질 실리콘과 다결정질 실리콘으로 구분된다. The thin film transistor has a semiconductor active layer having a drain region and a source region doped with a high concentration of impurities on a substrate, and a channel region formed between the drain region and the source region, and the gate insulating film and the active layer formed on the semiconductor active layer. The semiconductor active layer is divided into amorphous silicon and polycrystalline silicon according to the crystal state of silicon.
비정질 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터는 저온 증착이 가능하다는 장점이 있으나, 전기적 특성과 신뢰성이 저하되고, 표시소자의 대면적화가 어려워 최근에는 다결정질 실리콘을 많이 사용하고 있다. Thin film transistors using amorphous silicon have the advantage of being capable of low temperature deposition. However, recently, polycrystalline silicon has been used a lot since electrical properties and reliability are deteriorated, and the large area of the display device is difficult.
다결정질 실리콘은 수십 내지 수백 ㎠/Vs의 높은 전류 이동도를 갖고, 고주파 동작 특성 및 누설 전류치가 낮아 고정세 및 대면적의 평판표시장치에 사용하기에 매우 적합하다. 다결정질 물질, 예를 들어 다결정질 실리콘의 제조 방법으로는 제조 온도에 따라 저온 공정과 고온 공정으로 분류된다. 고온 공정의 경우 성막시 높은 표면 조도로 인하여 박막 두께가 불균일해진다는 문제점을 수반한다. 저온 공정의 경우, 통상적으로 레이저 가공, 즉 레이저 광선을 박막 기판 상에 조사하는 레이저 어닐링이 사용되는데, 레이저 광선에 의한 비정질 실리콘의 결정화는 나노 세컨드(nano second) 단위로 이루어지기 때문에 박막 아래의 기판에 가해지는 손상을 최소화시킬 수 있다는 장점을 구비한다.Polycrystalline silicon has a high current mobility of tens to hundreds of cm 2 / Vs, and has a high frequency operation characteristic and a low leakage current value, which is very suitable for use in high definition and large area flat panel display devices. Methods for producing polycrystalline materials, for example polycrystalline silicon, are classified into low temperature processes and high temperature processes depending on the production temperature. In the case of a high temperature process, there is a problem that the film thickness becomes uneven due to high surface roughness during film formation. In the case of low temperature processes, laser processing, or laser annealing, which irradiates a laser beam onto a thin film substrate, is typically used. Since crystallization of amorphous silicon by the laser beam is performed in nanosecond units, the substrate under the thin film is used. It has the advantage of minimizing the damage to it.
레이저 어닐링에 사용되는 레이저는 발진되는 레이저 광선의 파형에 따라 펄스 레이저(pulse laser)와 연속 발진 레이저(continuous wave laser)로 분류할 수 있다. 펄스 레이저는 수십 나노 세컨드의 짧은 조사 시간을 갖는 레이저 광선을 주기적으로 발진시키는 방식으로, 야그 레이저, 엑시머 레이저 등이 이에 해당된다. 연속 발진 레이저는 발진 주기에 관계없이 연속적으로 조사되는 레이저 광선으로, 이에는 아르곤 레이저, 반도체 레이저 등이 있다. Lasers used for laser annealing can be classified into pulse lasers and continuous wave lasers according to the waveform of the laser beam being oscillated. The pulse laser is a method of periodically oscillating a laser beam having a short irradiation time of several tens of nanoseconds, such as a yag laser, an excimer laser, and the like. Continuous oscillation laser is a laser beam irradiated continuously irrespective of the oscillation cycle, such as an argon laser, a semiconductor laser.
한편, 레이저 광선을 통하여 비정질 반도체 활성층을 다결정화시키는 다양한 방법이 제시되고 있는데, 근래에는 단일의 레이저 광선을 통한 결정화 이외에 복수의 레이저 광선을 비정질 반도체 활성층에 조사함으로써 효과적으로 다결정화시키는 방법이 활발하게 연구되고 있다. On the other hand, various methods of polycrystallizing an amorphous semiconductor active layer through a laser beam have been proposed. Recently, a method of effectively polycrystallizing by irradiating an amorphous semiconductor active layer with a plurality of laser beams in addition to crystallization through a single laser beam has been actively studied. .
일예로서, 특허 공개 공보 2002-14704호에는 CW 레이저 광선으로서의 아르곤 레이저 광선을 투명 기판의 후면으로부터 타원형의 형상으로 조사시키고 펄스 레이저 광선으로서의 엑시머 레이저 광선을 투명 기판의 전면으로부터 조사하여, 제 1 및 제 2 레이저 광선을 통해 비정질 실리콘 층을 다결정 실리콘 층으로 변환시키는 레이저 어닐링 장치가 개시되어 있다. As an example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2002-14704 discloses an argon laser beam as a CW laser beam in an elliptical shape from a rear surface of a transparent substrate and an excimer laser beam as a pulse laser beam from a front surface of a transparent substrate. A laser annealing apparatus is disclosed for converting an amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer via two laser beams.
또 다른 일예로서, 특허 공개 공보 2003-56248호에는 순차 측면 고상화 기법을 통해 제 1 레이저 광선을 투명 기판의 전면으로 조사하는 제 1 레이저 장치와 제 2 레이저 광선을 스테이지의 패스홀을 거쳐 투명 기판의 후면으로 조사하는 제 2 레이저 장치를 구비하는 레이저 열처리 장치가 개시되어 있다.As another example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-56248 discloses a transparent substrate having a first laser device and a second laser beam that pass a first laser beam to the front surface of the transparent substrate through a sequential side-solidification technique. A laser heat treatment apparatus comprising a second laser apparatus for irradiating to a back side of a is disclosed.
이들 종래 기술에 따르면, 제 1 레이저 광선과 제 2 레이저 광선을 동일 영역에 조사함으로써 비정질 반도체 층의 다결정화가 보다 원활하게 이루어진다는 장점을 갖는다. 하지만, 제 1 레이저 광선과 제 2 레이저 광선을 개별적으로 기판의 서로 상이한 측면에서 조사된다는 점에서 레이저 광선 조사 지점의 위치 오차가 발생할 가능성이 제기된다. 즉, 기판에 대하여 레이저 광선을 주사하기 위하여 스테이지 등을 이송시키는 경우에 발생 가능한 진동으로 인하여 또는 지속적인 사용으로 인한 장비 노후화로 인하여 유발되는 레이저 광선 조사 지점의 위치 오차가 발생할 수도 있다. According to these prior arts, the first laser beam and the second laser beam are irradiated to the same area, which has the advantage that the polycrystallization of the amorphous semiconductor layer is made more smoothly. However, a possibility arises that a position error of the laser beam irradiation point occurs in that the first laser beam and the second laser beam are irradiated separately from each other on the substrate. That is, a position error of the laser beam irradiation point may be caused by vibrations that may occur when the stage or the like is transferred to scan the laser beam with respect to the substrate, or due to equipment aging due to continuous use.
또한, 스테이지 하부에는 기판을 정렬하기 위한 정렬 장치, 기판을 유지하기 위한 진공 장치 및/또는 스테이지를 이송하기 위한 이송 장치 등이 장착될 수 있는데, 제 2 레이저 광선을 기판이 배치된 스테이지 하부에 위치시키는 종래 기술의 경우 이들 장치를 스테이지 하부에 컴팩트하게 구성하기 어렵다는 레이저 결정화 장치의 제조 상 문제점이 수반될 수도 있다. In addition, under the stage, an alignment device for aligning the substrate, a vacuum device for holding the substrate, and / or a transfer device for transferring the stage may be mounted. The second laser beam is positioned below the stage where the substrate is disposed. In the case of the prior art, it may be accompanied by a manufacturing problem of the laser crystallization device that it is difficult to compactly configure these devices under the stage.
그리고, 종래 기술에 따르면, 조사 영역에 대하여 가우스 분포 형태의 에너지 세기를 가지는 타원형의 레이저 광선을 사용함으로써, 레이저 광선의 조사 영역에 따라 상이한 레이저 광선의 세기로 인하여, 조사되는 방향에 따라 원하는 결정을 성장시키기 위해 요구되는 에너지 강도와는 상이한 에너지 세기로 반도체 활성층에 대하여 불균일하게 조사될 수도 있으며, 이로 인해 레이저 결정화되는 반도체 활성층, 궁극적으로는 반도체 활성층을 구비하는 AM형 디스플레이 소자의 품질을 저하시킬 수도 있다. In addition, according to the prior art, by using an elliptical laser beam having an energy intensity in the form of Gaussian distribution for the irradiation area, a desired crystal is made according to the irradiated direction due to the intensity of the laser beam that differs according to the irradiation area of the laser beam. It may be irradiated nonuniformly on the semiconductor active layer with an energy intensity different from the energy intensity required for growth, thereby degrading the quality of an AM type display device having a semiconductor active layer which is laser crystallized, and ultimately a semiconductor active layer. have.
한편, 도 1에는 다결정 반도체 활성층의 채널 방향과 결정립 성장 방향 사이각과 전자 이동도 간의 관계가 도시되어 있다. 채널 방향과 결정립 성장 방향 사이각이 커질수록 전자 이동도가 감소하는 경향을 갖는다. 즉, 도 1에서 도면 부호 a는 채널 방향과 결정립 성장 방향 사이의 각도가 0인 경우를, 도면 부호 b는 사이 각도가 a보다 큰 경우, 도면 부호 c는 사이 각도가 90°인 경우이다. 사이각과 전자 이동도 간에는 사이각이 증가할수록 전자 이동도가 지수 함수적으로 감소하는 관계를 갖는다. 이러한 전자 이동도의 감소는 결정립 경계가 캐리어의 이동을 방해하기 때문이다. 따라서, 박막 트랜지스터 작동 특성의 균일성을 확보하기 위해서는 결정립 성장 방향의 조정 가능성이 필수적으로 요구되는데, 레이저 광선의 방향을 원활하게 조정할 수 있는 레이저 주사부를 구비하는 레이저 결정화 장치를 제공함이 요구된다. Meanwhile, FIG. 1 illustrates the relationship between the angle between the channel direction and the grain growth direction and the electron mobility of the polycrystalline semiconductor active layer. As the angle between the channel direction and the grain growth direction increases, the electron mobility tends to decrease. That is, in FIG. 1, reference numeral a denotes a case where an angle between a channel direction and a grain growth direction is 0, reference numeral b denotes a case where an angle between them is larger than a, and reference numeral c denotes an angle between 90 °. Between the angle and the electron mobility, the electron mobility is exponentially decreased as the angle is increased. This reduction in electron mobility is due to the grain boundary preventing the carrier from moving. Therefore, in order to ensure uniformity of the thin film transistor operating characteristics, the possibility of adjusting the grain growth direction is essential, and it is required to provide a laser crystallization apparatus having a laser scanning unit capable of smoothly adjusting the direction of the laser beam.
본 발명은, 종래 기술로 인한 문제점을 해소하고, 상기 요구 사항을 충족시킬 수 있는 레이저 결정화 장치를 제공함을 목적으로 한다. An object of the present invention is to solve the problems caused by the prior art and to provide a laser crystallization apparatus capable of satisfying the above requirements.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따르면, 레이저 광선을 생성하기 위한 레이저 소스부, 상기 레이저 소스부에서 생성된 레이저 광선을 변환하기 위한 레이저 변환부, 레이저 전달부를 통하여 상기 변환된 레이저 광선들을 전달받아 기판 상의 비정질 반도체 활성층을 다결정화시키기 위하여 상기 비정질 반도체 활성층에 레이저 광선들을 주사하는 레이저 주사부를 구비하고, 상기 레이저 소스부는 CW 레이저를 발진시키는 제 1 레이저 소스와 펄스 레이저를 발진시키는 제 2 레이저 소스를 구비하는 것과, 상기 레이저 주사부로부터 주사되는 레이저 광선들은 상기 반도체 활성층의 동일 평면에 입사되는 것과, 상기 비정질 반도체 활성층의 결정화 방향은 상기 레이저 광선들의 진행 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a laser source for generating a laser beam, a laser converter for converting the laser beam generated by the laser source, the converted through the laser transmission A laser scanning unit for scanning the laser beams to the amorphous semiconductor active layer in order to polycrystalline the amorphous semiconductor active layer on the substrate by receiving the laser beams, the laser source unit for generating a first laser source and a pulse laser to oscillate the CW laser And a second laser source, laser beams scanned from the laser scanning unit are incident on the same plane of the semiconductor active layer, and a crystallization direction of the amorphous semiconductor active layer is parallel to a traveling direction of the laser beams. Laser crystal Provides a shoe device.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 CW 레이저 광선은 아르곤 레이저 광선인 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. According to another aspect of the invention, the CW laser beam provides a laser crystallization device, characterized in that the argon laser beam.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 아르곤 레이저 광선의 펄스 폭은 약 100㎱보다 큰 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. According to yet another aspect of the present invention, there is provided a laser crystallization apparatus, characterized in that the pulse width of the argon laser beam is greater than about 100 Hz.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 펄스 레이저 광선은 야그 레이저 광선인 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. According to another aspect of the invention, the pulsed laser beam provides a laser crystallization device, characterized in that the yag laser beam.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 야그 레이저 광선의 펄스 폭은 약 100㎱ 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. According to still another aspect of the present invention, a pulse width of the yag laser beam is about 100 Hz or less, and a laser crystallization apparatus is provided.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 레이저 변환부는 CW 레이저 광선을 사전 설정된 형태로 변환하기 위한 레이저 마스크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. According to another aspect of the invention, the laser conversion unit provides a laser crystallization apparatus further comprises a laser mask for converting the CW laser beam to a predetermined form.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 레이저 마스크를 통해 형상화되는 모양은 정사각형인 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. According to another aspect of the invention, the shape is formed through the laser mask provides a laser crystallization device, characterized in that the square.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 레이저 전달부는 광섬유인 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. According to another aspect of the invention, the laser transfer unit provides a laser crystallization device, characterized in that the optical fiber.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 반도체 활성층이 배치된 기판이 놓인 스테이지, CW 레이저 광선을 생성하는 제 1 레이저 소스, 펄스 레이저 광선을 생성하는 제 2 레이저 소스를 구비하는 레이저 소스부, 상기 레이저 소스부에서 출력된 레이저 광선들을 전달하는 광섬유, 상기 전달된 레이저 광선들 중 CW 레이저 광선을 균일한 에너지 분포를 갖는 레이저 광선으로 변환하는 호모지나이저, 상기 변환된 레이저 광선의 주사 형상을 변형시키는 레이저 마스크를 구비하는 레이저 변환부, 상기 기판 상의 비정질 반도체 활성층을 다결정화시키기 위하여, 상기 레이저 변환부를 거친 레이저 광선들을 상기 비정질 반도체 활성층에 주사하는 레이저 주사부, 상기 스테이지, 상기 레이저 소스부, 및 상기 레이저 주사부와 전기적으로 연결되어 제어 신호를 입출력시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, a laser source unit having a stage on which a substrate on which a semiconductor active layer is disposed is disposed, a first laser source for generating CW laser beams, and a second laser source for generating pulsed laser beams, the laser source An optical fiber for transmitting the laser beams output from the negative portion, a homogenizer for converting the CW laser beams among the transmitted laser beams into a laser beam having a uniform energy distribution, and a laser mask for modifying a scanning shape of the converted laser beams A laser conversion unit comprising: a laser scanning unit for scanning the laser beams passing through the laser conversion unit to the amorphous semiconductor active layer to polycrystallize the amorphous semiconductor active layer on the substrate, the stage, the laser source unit, and the laser scanning Electrically connected to the It provides laser crystallisation apparatus comprising a control section for power.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 제어부의 신호에 따라 제 1 레이저 소스에서 연속 레이저 광선을 생성하고, 제 2 레이저 소스에서 펄스 레이저 광선을 생성하는 단계, 빔 스플리터를 통하여 상기 생성된 레이저 광선들을 중첩시키는 단계, 상기 중첩된 레이저 광선을 호모지나이저를 통하여 에너지 분포를 균일화시키는 단계, 상기 균일화된 레이저 광선들을 레이저 주사부를 통하여 비정질 반도체 활성층의 동일면 상에 주사하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 방법을 제공한다. According to another aspect of the invention, generating a continuous laser beam from the first laser source, a pulsed laser beam from the second laser source according to the signal of the control unit, overlapping the generated laser beams through a beam splitter And homogenizing the energy distribution through the homogenizer, and scanning the uniformed laser beams on the same plane of the amorphous semiconductor active layer through a laser scanning unit. Provide a method.
상기 균일화 단계 후, 상기 CW 레이저 광선의 형상을 사전 설정된 형상으로 변환시키기 위하여 레이저 마스킹하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 방법을 제공한다.And after the homogenizing step, laser masking to convert the shape of the CW laser beam into a predetermined shape.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다 . Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a에는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 결정화 장치가 개략적으로 도시되어 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 결정화 장치는, 스테이지부(100), 제어부(200), 레이저 소스부(300), 레이저 전달부(400), 레이저 변환부(500) 및 레이저 주사부(600)를 구비한다. 2A schematically illustrates a laser crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention. Laser crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention, the stage unit 100, the control unit 200, the laser source unit 300, the laser transfer unit 400, the laser converter 500 and the laser scanning unit 600 ).
스테이지부(100)는, 스테이지(120)를 구비하는데, 스테이지(120)의 일면 상에는 반도체 활성층(미도시)이 적층된 기판(110)이 배치된다. 자세히 도시되지는 않았으나, 스테이지(120) 하부에는 기판(110)을 유지하기 위한 진공 장치를 포함하는 정렬 장치(미도시)와 스테이지(120)를 이송시키기 위한 스테이지 이송 수단(미도시)이 더 구비될 수도 있다.The stage unit 100 includes a stage 120, and a substrate 110 on which a semiconductor active layer (not shown) is stacked is disposed on one surface of the stage 120. Although not shown in detail, the stage 120 further includes an alignment device (not shown) including a vacuum device for holding the substrate 110 and a stage transfer means (not shown) for transferring the stage 120. May be
제어부(200)는 스테이지부(100), 레이저 소스부(200) 및 레이저 주사부(600)와 전기적으로 연결되어 있다. The control unit 200 is electrically connected to the stage unit 100, the laser source unit 200, and the laser scanning unit 600.
먼저, 제어부(200)는 사전 설정된 제어 로직에 따라 각각의 구성 부분, 특히 레이저 소스부(300)에 전기적인 신호를 입출력시킨다. First, the controller 200 inputs and outputs an electrical signal to each component, in particular, the laser source unit 300 according to preset control logic.
그런 후, 제어부(200)로부터 전기적 신호를 입력받은 레이저 소스부(300)는 레이저 광선을 생성한다. 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 소스부(300)는 두 개의 레이저 소스를 구비하는데, 하나는 CW 레이저 소스(310a)이고 다른 하나는 펄스 레이저 소스(310b)이다. CW 레이저 소스(310a)와 펄스 레이저 소스(310b)로 다양한 레이저 소스가 구비될 수 있으나, 안정적인 레이저 광선의 출력을 확보하기 위하여, CW 레이저 소스(310a)로는 아르곤 레이저 소스를, 그리고 펄스 레이저 소스(310b)로는 야그 레이저 소스(예를 들어, Nd:YAG)를 사용하는 것이 바람직하며, 레이저 광선의 진행 속도, 에너지 세기 등의 조건과 결정화와의 관계를 고려하여, 아르곤 레이저 광선의 펄스 폭은 약 100㎱보다 크게, 바람직하게는 1㎲ 정도로 유지하고, 야그 레이저 광선의 펄스 폭은 약 100㎱이하로 유지하는 것이 바람직하다. Thereafter, the laser source unit 300 receiving the electrical signal from the controller 200 generates a laser beam. The laser source unit 300 according to an embodiment of the present invention includes two laser sources, one of which is a CW laser source 310a and the other of which is a pulse laser source 310b. Various laser sources may be provided as the CW laser source 310a and the pulse laser source 310b. However, in order to secure stable output of the laser beam, the CW laser source 310a uses an argon laser source and a pulse laser source ( 310b), it is preferable to use a yag laser source (for example, Nd: YAG), and considering the relationship between conditions such as the speed of laser beam propagation, energy intensity, and crystallization, the pulse width of the argon laser beam is about It is preferable to keep it larger than 100 Hz, preferably about 1 Hz, and keep the pulse width of the yag laser beam at about 100 Hz or less.
레이저 소스(310a,b)에서 생성된 각각의 레이저 광선은 광감쇠기(attenuator, 320a,b)를 거쳐 세기가 일정한 간격 또는 연속적으로 감쇠된다. 감쇠된 레이저 광선은 각각 반사체(340a) 및 변조기(330)를 거친 후 빔 스플리터(beam splitor, 340b)를 통하여 중첩된다. 중첩된 레이저 광선들은 집광 렌즈(350)를 거쳐 레이저 전달부(400)를 통하여 레이저 변환부(500)로 전달되는데, 구성 부분 간의 거리 및 배치 상의 난점을 해소하기 위하여, 레이저 전달부(400)는 광섬유로 구성되는 것이 바람직하다. Each laser beam generated by the laser sources 310a, b is attenuated at constant intervals or continuously through the attenuators 320a, b. The attenuated laser beam passes through the reflector 340a and modulator 330, respectively, and then overlaps through a beam splitter 340b. The superimposed laser beams are transmitted to the laser converter 500 through the condenser lens 350 and through the laser transmitter 400. In order to solve the distance between components and the difficulty in arrangement, the laser transmitter 400 is provided. It is preferably composed of an optical fiber.
그런 후, 레이저 변환부(500)로 유입된 레이저 광선들은 호모지나이저(510)로 입력되어, 각각의 레이저 광선의 에너지 분포를 균일하게 만든다. 도 2b에는 호모지나이저(510)를 통하여 균일화된 레이저 광선이 도시되어 있는데, 도면 부호 a는 아르곤 레이저에 대한 에너지 균일도를 나타내고, 도면 부호 b는 야그 레이저에 대한 에너지 균일도를 나타낸다. 여기서, 아르곤 레이저의 펄스 폭은 1㎲, 야그 레이저의 펄스 폭은 100㎱로 설정되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Then, the laser beams introduced into the laser converter 500 are input to the homogenizer 510 to make the energy distribution of each laser beam uniform. 2b shows a laser beam uniformed through homogenizer 510, where a represents energy uniformity for an argon laser and b represents energy uniformity for a yag laser. Here, although the pulse width of the argon laser is set to 1 Hz, the pulse width of the yag laser is set to 100 Hz, but is not limited thereto.
호모지나이저(510)에서 균일화된 레이저 광선들은 반사체와 같은 광학 요소를 거쳐 레이저 주사부(600)로 전달되는데, 그 과정 중에 레이저 광선들은 사전 설정된 형상을 구비하기 위하여 레이저 마스크(530)를 통하여 마스킹되는 단계를 거칠 수도 있다. 레이저 광선들의 사전 설정된 형상으로 다양한 형상이 선택될 수도 있으나, 레이저 광선들의 진행 방향에 무관하게 기판 상의 반도체 활성층에 레이저 광선들이 균일하게 조사될 수 있도록 하기 위하여, 정사각형과 같이 레이저 광선의 진행 방향에 대하여 수직한 외곽부의 일변을 구비하되 형상의 외곽부로부터 중심부까지의 거리가 대체적으로 유사한 형상을 선택하는 것이 바람직하다. 도 2c에는 본 발명의 일실시예에 따른, 정사각형 형태로 마스킹된 레이저 광선의 차원(X,Y)에 따른 에너지 세기가 도시되어 있는데, 호모지나이저를 통하여 차원에 대한 에너지 세기가 균일화되었기 때문에, 마스킹된 레이저 광선은 각각의 방향에 대하여 거의 동일한 정도의 세기를 구비한다. The laser beams homogenized in the homogenizer 510 are transmitted to the laser scanning unit 600 via an optical element such as a reflector, during which the laser beams are masked through the laser mask 530 to have a predetermined shape. The steps may be performed. Various shapes may be selected as the preset shape of the laser beams, but in order to ensure that the laser beams are uniformly irradiated onto the semiconductor active layer on the substrate, regardless of the direction of the laser beams, the radial direction of the laser beams may be used. It is preferable to select a shape having one side of the vertical outer portion but having a similar distance from the outer portion of the shape to the center portion. Figure 2c shows the energy intensity according to the dimensions (X, Y) of the laser beam masked in a square shape, according to an embodiment of the present invention, since the energy intensity for the dimension through the homogenizer is uniform, The masked laser beams have approximately the same intensity for each direction.
그런 후, 사전 설정된 형상으로 마스킹된 레이저 광선들은 추가로 구비될 수도 있는 반사체(540)와 같은 광학 요소를 거친 후 레이저 주사부(600)로 전달된다. 레이저 주사부(600)로 전달된 레이저 광선들은 주사 렌즈 등의 광학 요소를 통하여 스테이지(120) 일면 상에 배치된 기판(110) 상 비정질 반도체 활성층에 주사된다. 즉, 두 개의 레이저 소스로부터 생성된 CW 레이저 광선과 펄스 레이저 광선은 비정질 반도체 활성층의 동일면 상에 주사된다. 레이저 주사부(600)에는 반사체와 같은 광학 요소를 이동시키거나 또는 레이저 주사부(600) 자체를 이동시키는 구동 요소가 일체로 또는 개별적으로 구비될 수도 있다. 상기한 스테이지 내 이송 수단 및/또는 이러한 구동 요소의 작동에 의하여 레이저 광선들은 사전 설정된 방향을 향해 사전 설정된 속도로 주기적 또는 연속적으로 진행하며 조사된다. Thereafter, the laser beams masked into the preset shape are passed to the laser scan 600 after passing through an optical element, such as a reflector 540, which may be further provided. The laser beams transmitted to the laser scanning unit 600 are scanned onto the amorphous semiconductor active layer on the substrate 110 disposed on one surface of the stage 120 through an optical element such as a scanning lens. That is, the CW laser beam and the pulse laser beam generated from the two laser sources are scanned on the same side of the amorphous semiconductor active layer. The laser scanning unit 600 may be provided integrally or individually with a driving element for moving an optical element such as a reflector or for moving the laser scanning unit 600 itself. By actuation of the conveying means in the stage and / or such a drive element, the laser beams are irradiated periodically or continuously at a predetermined speed towards a preset direction.
레이저 광선들의 진행에 따른 비정질 반도체 활성층의 다결정화는 도 3에 도시되어 있다. 점선으로 도시된 바와 같이, 시간 t에서 기판 상의 비정질 반도체 활성층(a-Si 반도체 활성층)에 예를 들어, 정사각형 형태로 마스킹된 레이저 광선들이 조사된다. 레이저 광선들은 시간 t+△t에서 실선으로 표시된 위치를 점하게 된다. 이러한 과정 중, 시간 t에서는 조사되었으나 시간 t+△t에서는 조사되지 않은 영역, 즉 시간 t의 조사 영역으로 시간 t+△t의 조사 영역과 겹치지 않는 영역은 그 최외곽부로부터 급냉된다. 급냉된 영역은 결정 시드를 형성하고 시간이 경과함에 따라 결정 시드로부터 중심부를 향하여 결정이 성장하게 된다. 하지만, 레이저 광선들은 사전 설정된 속도로 이동하여 결정이 레이저 광선의 진행 방향을 따라 성장함으로써, 비정질 반도체 활성층은 레이저 광선의 진행 방향을 따라 성장하는 결정계를 구비하는 다결정질 반도체 활성층으로 어닐링된다.Polycrystallization of the amorphous semiconductor active layer as the laser beams progress is shown in FIG. 3. As shown by the dotted lines, laser rays masked in a square shape, for example, are irradiated to the amorphous semiconductor active layer (a-Si semiconductor active layer) on the substrate at time t. The laser beams occupy a position indicated by a solid line at time t + Δt. During this process, an area irradiated at time t but not irradiated at time t + Δt, that is, an area that does not overlap the irradiation area at time t + Δt with the irradiation area at time t, is quenched from its outermost part. The quenched region forms a crystal seed, and over time, crystals grow from the crystal seed towards the center. However, the laser beams move at a predetermined speed so that crystals grow along the direction of travel of the laser beam, whereby the amorphous semiconductor active layer is annealed into a polycrystalline semiconductor active layer having a crystal system that grows along the direction of travel of the laser beam.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 제 1 및 제 2 레이저 광선을 비정질 반도체 활성층에 주사하되, 제 1 레이저 광선은 비정질 반도체 활성층이 배치된 기판의 일면에서 그리고 제 2 레이저 광선은 기판의 다른 일면에서 주사되는 것을 특징으로 하는 종래의 레이저 결정화 장치와는 달리, 제 1 레이저 광선과 제 2 레이저 광선을 빔 스플리터를 통하여 중첩시키고, 이를 반도체 활성층의 동일 면에 주사함으로써 제 2 레이저 광선을 주사하기 위한 장치를 스테이지 하부에 장착함으로써 발생했던 제조 상의 공간 제약, 기판의 양측으로부터 개별적으로 주사됨으로써 발생 가능한 주사 지점의 위치 오차 등의 문제점을 해소한 레이저 결정화 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, the first and second laser beams are scanned onto the amorphous semiconductor active layer, wherein the first laser beam is on one side of the substrate on which the amorphous semiconductor active layer is disposed and the second laser beam is on the other side of the substrate. Unlike conventional laser crystallization apparatus characterized in that the scanning, the apparatus for scanning the second laser beam by overlapping the first laser beam and the second laser beam through the beam splitter, and scanning it on the same side of the semiconductor active layer It is possible to provide a laser crystallization apparatus that solves problems such as manufacturing space constraints caused by mounting the bottom of the stage and positional errors of scanning points that can be generated by separately scanning from both sides of the substrate.
또한, 본 발명에 따르면, 레이저 소스부로부터 생성된 레이저 광선들을 레이저 변환부로 전송함에 있어, 빔 화이버 등의 광섬유를 사용함으로써 레이저 소스부와 레이저 변환부의 설치 위치와 같은 공간 상의 제약없이 자유롭게 각각의 구성 요소를 배치할 수 있는 레이저 결정화 장치를 제공할 수도 있다.In addition, according to the present invention, in transmitting the laser beams generated from the laser source unit to the laser conversion unit, by using an optical fiber such as a beam fiber, each configuration freely without restrictions on space such as the installation position of the laser source unit and the laser conversion unit It is also possible to provide a laser crystallization apparatus capable of placing an element.
그리고, 본 발명에 따르면, 레이저 광선을 사전 설정된 형상, 예를 들어 레이저 광선의 진행 방향에 수직한 변을 구비하되 외곽부로부터 중심까지의 거리가 대체적으로 동일한 정사각형과 같은 형상으로 마스킹함으로써 레이저 광선의 진행 방향을 변경함에 따라 반도체 활성층에 조사되는 레이저 광선의 조사량이 변화되지 않도록 함으로써, 보다 원활하게 결정화 단계를 실행할 수 있는 레이저 결정화 장치를 제공할 수도 있다. And, according to the present invention, the laser beam is masked by a mask having a predetermined shape, for example, a square having a side perpendicular to the direction of travel of the laser beam, and having a shape such that a square from the outside to the center is substantially the same in shape. The laser crystallization apparatus which can perform a crystallization step more smoothly can be provided by changing the advancing direction so that the irradiation amount of the laser beam irradiated to a semiconductor active layer may not change.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Could be. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
도 1은 반도체 활성층 채널 방향과 결정립 성장 방향 사이각 및 전자 이동도의 상관 관계를 도시하는 선도,1 is a diagram showing a correlation between an angle and electron mobility between a semiconductor active layer channel direction and grain growth direction,
도 2a 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 결정화 장치의 개략적인 구성도,2a schematically illustrates a laser crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따라 반도체 활성층에 조사되는 레이저 광선들의 발진 시간 차이를 나타내는 선도,2B is a diagram showing the difference in oscillation time of laser beams irradiated onto a semiconductor active layer according to one embodiment of the present invention;
도 2c는 본 발명의 일실시예에 따라 반도체 활성층에 조사되는 정사각형 형태의 레이저 광선의 에너지 세기를 나타내는 선도,Figure 2c is a diagram showing the energy intensity of a square laser beam irradiated to the semiconductor active layer in accordance with an embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 결정화 성장 과정을 도시하는 개략도.3 is a schematic diagram illustrating a crystallization growth process according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
100...스테이지부 110...기판100.Stage part 110 ... Substrate
120...스테이지 200...제어부120 stage 200 control unit
300...레이저 소스부 310a,b...레이저 소스300 laser source 310a, b laser source
320a,b...레이저 감쇠기 400...레이저 전달부320a, b ... laser attenuator 400 ... laser transmission
500...레이저 변환부 510...호머지나이저500 ... laser converter 510 ... homer
530...레이저 마스크 600...레이저 주사부530 ... laser mask 600 ... laser injection part
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Payment date: 20140701 Year of fee payment: 9 |
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| FPAY | Annual fee payment |
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