KR20120111759A - 선택적 결정화 방법 및 이를 위한 레이저 결정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결정화 공정의 생산성이 향상된 선택적 결정화 방법 및 이를 위한 레이저 결정화 장치를 제공한다. 본 발명의 선택적 결정화 방법은, 제1 결정화 영역을 포함하는 제1 기판과 제2 결정화 영역을 포함하는 제2 기판을 소정의 간격으로 이격시켜 상하로 배치하되, 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 교대로 위치하도록 배치하는 단계, 및 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역에 레이저 빔이 조사되어 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 교대로 결정화되는 단계를 포함한다.

Description

선택적 결정화 방법 및 이를 위한 레이저 결정화 장치{SELECTIVE CRYSTALLIZATION METHOD AND LASER CRYSTALLIZATION APPARATUS FOR THEREOF}
본 발명은 선택적 결정화 방법 및 이를 위한 레이저 결정화 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 결정화 공정의 생산성이 향상된 선택적 결정화 방법 및 이를 위한 레이저 결정화 장치에 관한 것이다.
최근, 기판 상에 박막트랜지스터를 제조하여 이를 액티브 매트릭스형의 표시 장치에 응용하고 있다. 특히, 다결정 반도체막을 사용한 박막트랜지스터는 비정질 반도체막을 사용한 경우에 비하여 전자 이동도가 높아 고속 동작이 가능한 이점이 있다. 이에 유리 등의 절연 기판 상에 형성된 비정질 반도체막을 결정화시켜 결정구조를 갖는 반도체막을 형성하는 기술이 널리 연구되고 있다.
결정화법으로는 퍼니스 어닐링을 사용한 열 어닐링법, 순간 어닐링법, 또는 레이저 어닐링법 등이 검토되고 있으며 이들을 조합하여 사용하는 것도 가능하다. 이러한 결정화법에 적용 가능한 기판 재료는 내열성이 우수한 석영이다. 그러나, 석영은 고가이며, 대면적으로 가공하는 것이 곤란하여 유리 기판을 사용하고 있는 추세이다. 유리 기판은 경제적이고 작업성이 높으며, 대면적의 기판을 용이하게 제작할 수 있다는 장점을 가진다. 반면에, 유리 기판은 내열성이 떨어져 열변형이 일어나기 쉬우므로 유리 기판 상에서 결정화를 수행하는 경우에는 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 레이저는 기판의 온도를 과도하게 변화시키지 않고도 결정화 영역에만 높은 에너지를 부여할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 결정화 공정의 생산성이 향상된 선택적 결정화 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 결정화 공정의 생산성이 향상된 선택적 결정화 방법에 적용가능한 레이저 결정화 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 결정화 방법은, 제1 결정화 영역을 포함하는 제1 기판과 제2 결정화 영역을 포함하는 제2 기판을 소정의 간격으로 이격시켜 상하로 배치하되, 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 교대로 위치하도록 배치하는 단계, 및 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역에 레이저 빔을 조사하여 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 교대로 결정화되는 단계를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 결정화 방법은, 제1 결정화 영역을 포함하는 제1 기판과 제2 결정화 영역을 포함하는 제2 기판을 소정의 간격으로 이격시켜 상하로 배치하되, 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 교대로 위치하도록 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 배치하는 단계, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 동시에 결정화되는 단계를 포함하며,
상기 레이저 빔이 제1 서브 레이저 빔과 제2 서브 레이저 빔으로 분할되어 각각 상기 제1 결정화 영역 또는 제2 결정화 영역에 동시에 조사된다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는, 상부 기판 및 하부 기판이 상?하로 이격되어 안착되는 스테이지를 포함하되, 상기 스테이지가 상기 하부 기판이 안착되는 하부 스테이지 및 상기 상부 기판이 안착되는 상부 스테이지를 포함하고, 상기 상부 스테이지는 제1 방향으로 서로 평행하게 이격된 복수의 제1 지지체, 상기 제1 방향과 수직 방향으로 서로 평행하게 이격된 복수의 제2 지지체, 및 상기 제1 지지체 및 상기 제1 지지체가 교차하여 형성되는 투과부를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 결정화 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 결정화 방법에서 기판의 배치가 변형된 예를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 결정화 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 결정화 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 6은 도 5의 상부 스테이지의 평면도이다.
도 7은 도 6의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 도 5의 상부 스테이지가 변형된 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 결정화 방법에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 결정화 방법을 나타내는 모식도이다.
도 1을 참조하면, 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)이 소정의 간격(d)으로 이격되어 상?하로 배치된다.
제1 기판(10) 및 제2 기판(20)은 유리 기판, 석영 기판, 실리콘 기판, SOI(Silicon On Insulator) 기판, 갈륨 비소 기판, 실리콘 저마늄(SiGe) 기판, 세라믹 기판, 또는 가요성 기판 등이 사용될 수 있다. 상기 유리 기판은 바륨 보로실리케이트 유리 또는 알루미늄 보로실리케이트 유리로 이루어진 기판 등이 사용될 수 있다. 상기 가용성 기판은 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 나일론, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리술폰, 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리올레핀, 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 제1 기판(10)은 레이저가 투과될 수 있도록 투명 기판인 것이 바람직하다.
제1 기판(10)의 두께(T1) 및 제2 기판(20)의 두께(T2)는 상이하거나 동일할 수 있으며, 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 당업자가 임의로 조절할 수 있다. 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 이격된 간격(d1)은 레이저의 광 경로에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 당업자가 임의로 조절할 수 있다.
제1 기판(10)은 제1 결정화 영역(11)과 제1 비결정화 영역(12)을 포함한다. 제2 기판(20)도 제2 결정화 영역(21) 및 제2 비결정화 영역(22)을 포함한다. 제1 결정화 영역(11) 및 제2 결정화 영역(21)은 결정화되어 후속 공정에 의해 박막트랜지스터가 형성되는 영역이며, 제1 비결정화 영역(12) 및 제2 비결정화 영역(22)은 표시 장치의 화소부가 형성되는 영역이다. 제1 결정화 영역(11) 및 제2 결정화 영역(21)은 비정질 실리콘으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 기판(10) 및 제2 기판(20) 상에 비정질 실리콘막을 화학 기상 증착 또는 스퍼터링 등의 방법으로 증착하고 사진식각 공정으로 패터닝하여 형성될 수 있다.
제1 기판(10) 및 제2 기판(20)은 제1 결정화 영역(11) 및 제2 결정화 영역(21)이 서로 중첩되지 않도록 교대로 위치하도록 배치된다. 도 1은 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)의 2장의 기판이 교대로 배치된 경우를 예시하나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 2장 이상의 복수의 기판을 동일 공정에서 결정화하는 것도 가능하다. 도 2를 참조하면, 제1 기판(10), 제2 기판(20) 및 제3 기판(30)이 상?하로 순차적으로 배치될 수 있다. 제3 기판(30)은 제3 결정화 영역(31) 및 제3 비결정화 영역(32)을 포함한다. 이 때, 제1 결정화 영역(11), 제2 결정화 영역(21) 및 제3 결정화 영역(31)이 서로 중첩되지 않도록 배치된다. 이와 같이, 결정화 영역이 중첩되지만 않는다면 2장 이상의 복수의 기판을 상?하로 순차적으로 배치하는 것도 가능하다.
도 1을 참조하면, 상?하로 교대로 배치된 제1 결정화 영역(11) 및 제2 결정화 영역(21)은 레이저 어닐링에 의해 결정화된다.
상기 레이저 어닐링에는 기체 레이저, 고체 레이저 또는 금속 레이저를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 기체 레이저로 엑시머 레이저, Ar 레이저, Kr 레이저, CO2 레이저 등을 사용할 수 있으며, 상기 고체 레이저는 YAG 레이저, YVO4 레이저, YLF 레이저, YAlO3 레이저, 루비 레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti 사파이어 레이저 등을 사용할 수 있으며, 상기 금속 레이저로 헬륨 카드뮴 레이저 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적으로는, 상기 레이저 어닐링은 엑시머 펄스 레이저로 수행될 수 있다. 엑시머 펄스 레이저를 이용할 경우 단파장의 강한 에너지를 펄스 형태로 투과시키기 때문에 빠른 속도의 결정화가 가능하고 결정성이 뛰어나 소자의 이동도도 향상되므로 소자의 동작 특성이 우수한 장점이 있다.
상기 레이저 어닐링은 조사면에서 예를 들어, 27.5 mm×0.4 mm의 사각 빔 스폿 'X'를 가지는 레이저 빔에 수행될 수 있다. 또는, 길이 10 mm 이상의 선형 레이저 빔으로 수행될 수도 있다. 이 때, 상기 선형은 엄밀한 의미의 선형을 의미하는 것이 아니며, 종횡비가 큰 직사각형 또는 타원형을 의미한다. 이 때, 고정된 레이저 빔에 대해 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)이 제1 방향으로 이동되면서 제1 결정화 영역(11) 및 제2 결정화 영역(21)이 제1 방향에 따라 교대로 결정화된다. 또는, 고정된 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)에 대하여 레이저 빔이 제1 방향으로 진행되면서 제1 결정화 영역(11) 및 제2 결정화 영역(21)이 교대로 결정화된다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 결정화 방법에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 결정화 방법을 도시한 모식도이다.
본 실시예에 따른 선택적 결정화 방법은 도 1에 따른 선택적 결정화 방법과 비교할 때, 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)을 소정의 간격(d)으로 이격시켜 상?하로 배치하고, 레이저 빔을 조사하여 제1 결정화 영역(11) 및 제2 결정화 영역(12)을 결정화하는 것은 동일하다. 그러나, 레이저 빔이 분할되어 제1 결정화 영역(11)과 제2 결정화 영역(21)이 동시에 결정화되는 것이 상이하므로 이를 중심으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 레이저 빔(111)이 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)에 조사되기 전에 제1 서브 레이저 빔(112) 및 제2 서브 레이저 빔(113)으로 분할된다.
구체적으로, 레이저 발진기(미도시) 및 광학계(미도시) 등을 거친 레이저 빔(111)은 분광기(211)에 의해 제1 서브 레이저 빔(112)과 제1 서브 레이저 빔(112)과 소정의 각도를 이루는 제2 서브 레이저 빔(113)으로 분할되고, 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 레이저 빔(113)중 어느 하나는 제1 기판(10)에 조사되고 나머지 하나는 제2 기판(20)에 조사된다. 구체적으로, 제1 서브 레이저 빔(112)은 제2 기판(10)을 향하는 방향으로 분할될 수 있으며, 바람직하게는 제2 기판(20)과 수직 방향으로 제2 기판(20)에 조사된다. 제2 서브 레이저 빔(113)은 제1 기판(10)과 수직 방향이 되도록 반사기(212)에 의해 경로가 조절되어 제1 기판(10)에 조사된다.
반사기(212)는 레이저 빔(111)이 분할되는 지점으로부터 제1 결정화 영역 사이의 간격(L)과 동일한 거리에 위치할 수 있다. 이는 제1 결정화 영역(11)에 정확히 빛을 조사하기 위함이다. 이와 같은 방법에 의하여 제1 결정화 영역(11)은 제2 서브 레이저 빔(113)에 의해 제2 결정화 영역(21)은 제1 서브 레이저 빔(112)에 의해 각각 결정화된다. 따라서, 동일한 레이저 빔에 의해 제1 결정화 영역(11)과 제2 결정화 영역(21)이 동시에 결정화될 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 결정화 방법에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선택적 결정화 방법을 나타낸 모식도이다. 본 실시예에 따른 선택적 결정화 방법은 도 3의 선택적 결정화 방법과 비교할 때, 광 경로가 수정되는 점을 제외하고는 동일하다. 따라서, 이하에서는 이를 중심으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 레이저 빔(111)이 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)에 조사되기 전에 제1 서브 레이저 빔(112) 및 제2 서브 레이저 빔(113)으로 분할되고, 제1 서브 레이저 빔(112) 및 제2 서브 레이저 빔(113) 중 어느 하나는 제1 기판(10)에 조사되고 나머지 하나는 제2 기판(20)에 조사된다. 이 때, 제1 기판(10)에 조사되는 빔은 제2 기판(20)에 조사되는 빛과 동일한 광 경로를 갖도록 광 경로가 조절된다.
구체적으로, 레이저 발진기(미도시) 및 광학계(미도시) 등을 거친 레이저 빔(111)은 분광기(211)에 의해 제1 서브 레이저 빔(112)과 제1 서브 레이저 빔(112)과 소정의 각도를 이루는 제2 서브 레이저 빔(113)으로 분할된다. 제1 서브 레이저 빔(112)은 제2 기판(20)과 수직 방향으로 제2 기판(20)에 조사된다. 제2 서브 레이저 빔(113)은 제1 기판(10)과 수직 방향이 되도록 반사기(212)로 경로가 조절된다.
반사기(212)는 분광기(211)로부터 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)의 상?하로 이격된 간격(d1)만큼 떨어져 위치한다. 이 때, 제2 서브 레이저 빔(113)이 제1 결정화 영역(11)에 정확하게 조사되도록 d1은 제1 결정화 영역(11) 사이의 이격된 간격(L)과 유사한 것이 바람직하다. 즉, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 결정화 영역 사이의 간격과 유사한 간격으로 상?하로 이격되어 배치될 수 있다.
이어서, 제2 서브 레이저 빔(113)은 제1 기판(10)과 동일한 두께(T1) 및 동일한 굴절률을 갖는 굴절막(213)을 통과하면서 제1 서브 레이저 빔(112)과 동일한 광 경로를 갖게 된다. 보다 구체적으로, 분광기(211)를 통과한 제1 서브 레이저 빔(112)은 제2 기판(20)에 조사될 때, d2 + T1 + d1 의 광 경로를 갖는다. 반면에, 제2 서브 레이저 빔(113)은 제1 기판(10)을 통과하지 않고 제1 기판(10)에 조사되므로 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 레이저 빔(113)은 광 경로가 달라지게 된다. 따라서, 광 경로가 동일하도록 제2 서브 레이저 빔(113)은 분광기(211)로부터 d1만큼 떨어진 곳에 위치하는 반사기(212) 및 제1 기판(10)과 동일한 두께(T1) 및 동일한 굴절률을 갖는 굴절막(213)을 통과하게 된다. 이와 같은 방법에 의하여 제1 결정화 영역(11)은 제1 서브 레이저 빔(112)과 동일한 광 경로를 갖는 제2 서브 레이저 빔(113)에 의해 결정화된다. 따라서, 제1 결정화 영역(11)과 제2 결정화 영역(21)이 동시에 결정화되는 한편, 균일하게 결정화될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 결정화 방법은 동일 공정에 의해 2장 이상의 기판을 동시에 결정화할 수 있어 결정화 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광 경로를 조절하여 동시에 결정화되는 복수의 기판의 결정화가 균일하도록 할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저 발진기(110), 광학계(120), 및 스테이지(150)를 포함한다.
레이저 발진기(110)는 레이저 빔을 발생시킨다. 도 5는 레이저 발진기(110)가 1개인 경우를 예시하나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 레이저 발진기(110)를 복수개 포함하여도 무방하다. 복수의 레이저 발진기는 동일하거나 상이한 레이저를 사용할 수 있으며, 파장도 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 본 발명에서는 기체 레이저, 고체 레이저 또는 금속 레이저를 사용할 수 있다. 상기 기체 레이저로는 엑시머 레이저, Ar 레이저, Kr 레이저 등을 사용할 수 있으며, 고체 레이저로 Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, Yb 또는 Tm이 도핑된 YAG, YVO4, YLF, YAlO3 등의 결정을 사용한 레이저가 적용될 수 있다. 또한, 고체 레이저로부터 발생한 적외선 레이저 빔을 비선형 광학 소자에 의해 그린 레이저 빔으로 변환시킨 후 그린 레이저 빔을 다른 비선형 광학소자에 의해 처리하여 얻어지는 자외선 레이저 빔을 사용할 수도 있다.
레이저 발진기(110)에서 발진되는 레이저 빔의 빔 스폿은 직사각형 또는 타원형의 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 빔 스폿의 형상은 레이저의 종류에 따라 다르고 광학계(120)에 의해 빔 스폿을 성형하는 것도 가능하다.
광학계(120)는 레이저 발진기(110)에서 방출되는 가공되지 않은 레이저 빔을 반도체막의 결정화에 적합한 형상 및 에너지 밀도가 되도록 가공하는 역할을 한다. 또한, 광학계(120)는 이러한 기능을 수행하는 다수의 광학 요소를 포함할 수 있다. 도 5를 참조하면, 광학계(120)는 반사기(121, 122, 125), 어테뉴에이터(attenuator)(123), 호모게나이저(homogenizer)(124) 및 프로젝션 렌즈(projection lenz)(126) 등을 포함한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 광학계(120)는 당업자의 필요에 따라 상기 광학 요소의 일부를 생략하거나 추가적인 광학 요소를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 펄스 시간 연장기(pulse duration extender), 분광기 또는 집속 렌즈 등을 더 포함할 수 있다.
반사기(121, 122, 125)는 레이저 빔의 광학적 경로 상에 배치되어 최종적으로 배출되는 레이저 빔이 기판의 표면 상으로 방사될 수 있도록 레이저 빔의 광 경로를 전환시킬 수 있다. 예를 들어, 반사기(121, 122, 125)로 전반사 미러를 사용할 수 있다. 도 5에서는 3개의 전반사 미러(121, 122, 125)를 사용하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 그 갯수에 제한이 없다.
어테뉴에이터(123)는 레이저 빔의 에너지 밀도를 조절하는 것으로, 펄스 시간 연장기(미도시)와 함께 사용될 수 있다. 결정의 성장은 레이저 빔 펄스의 시간과 관련이 있는 바, 상기 펄스 시간 연장기는 레이저 빔 펄스 시간을 연장시키는 역할을 한다. 호모게나이저(124)는 레이저 빔의 에너지 밀도를 균일하게 하는 것으로, 두 쌍의 렌즈 어레이(124a)로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 프로젝션 렌즈(126)는 최종적으로 가공된 레이저 빔을 합성하고 확대하여 피사체에 방사시키는 역할을 한다.
스테이지(150)는 상부 스테이지(130) 및 하부 스테이지(140)를 포함한다. 상부 스테이지(130)와 하부 스테이지(140)는 서로 결합되어 있을 수 있으나, 분리되어도 무방하다. 또한, 상부 스테이지(130)와 하부 스테이지(140)는 동일한 크기이거나 하부 스테이지(140)가 상부 스테이지(130)보다 클 수 있다.
상부 스테이지(130) 상에는 복수의 상부 기판(10, 40)이 안착되고 하부 스테이지(140) 상에는 복수의 하부 기판(20, 50)이 안착되어 상부 기판(10, 40)과 하부 기판(20, 50)은 소정의 간격으로 이격되어 상?하로 배치되게 된다.
스테이지(150)는 레이저 빔의 조사와 동기하여 X, Y축으로 이동가능하다. 이동 방향에 따라 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)의 제1 결정화 영역(11) 및 제2 결정화 영역(21)이 교대로 또는 동시에 결정화된다.
상부 스테이지(130) 및 하부 스테이지(140)는 유리, 석영, 세라믹 또는 플라스틱 등으로 형성될 수 있으나, 레이저 빔의 조사에도 견딜 수 있을 정도로 내열성이 강한 것이 바람직하며, 상부 스테이지(130)는 레이저 빔의 투과를 위해 투명한 것이 바람직하다.
이하, 도 6 내지 8을 참조하여 도 5의 레이저 결정화 장치의 스테이지(150)에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 도 6은 도 5의 레이저 결정화 장치의 상부 스테이지(130)의 평면도이며, 도 7은 도 6의 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 8은 도 5의 레이저 결정화 장치의 상부 스테이지(130)가 변형된 예이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상부 스테이지(130)는 직사각형 또는 정사각형의 형태이며, 제1 지지체(131, 132, 33), 제2 지지체(136, 137, 138), 투과부(138) 및 스페이서(141)를 포함한다.
제1 지지체(131, 132, 33)는 제1 방향으로 서로 평행하게 소정의 간격으로 이격되어 복수개 형성된다. 제2 지지체(136, 137, 138)는 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 서로 평행하게 소정의 간격으로 이격되어 복수개 형성된다. 제1 지지체(131, 132, 33) 및 제2 지지체(136, 137, 138)는 상부 기판(10, 40)과 하부 기판(20, 50)의 사이에 위치하게 된다.
제1 지지체(131, 132, 33)는 상부 스테이지(130)의 측면에 형성된 2개의 제1 측면 지지체(131, 133) 및 제1 측면 지지체(131, 133)의 사이에 형성된 제1 중앙 지지체(132)를 포함한다. 제2 지지체(135, 136, 137)는 상부 스테이지(130)의 측면에 형성된 2개의 제2 측면 지지체(135, 137) 및 제2 측면 지지체(135, 137)의 사이에 형성된 제2 중앙 지지체(136)를 포함한다.
투과부(138)는 직사각형 또는 정사각형 형상의 빈 공간으로 제1 지지체(131, 132, 33)와 제2 지지체(135, 136, 137)가 서로 교차하여 형성된다. 도 6을 참조하면, 3개의 제1 지지체(131, 132, 33)와 3개의 제2 지지체(135, 136, 137)가 서로 교차하여 4개의 투과부(138)를 형성한다. 상부 스테이지(130) 상에 투과부(138)와 중첩되도록 상부 기판(10, 40)이 안착된다. 도 5에서 상부 스테이지(130)는 4개의 투과부(138)를 포함하므로 4개의 상부 기판이 안착될 수 있다. 구체적으로, 제1 기판(10)은 단부가 제1 측면 지지체(131), 제1 중앙 지지체(132), 제2 측면 지지체(137) 및 제2 측면 지지체(136) 상에 위치하면서 투과부(138)와 중첩되어 안착된다.
제1 지지체(131, 132, 33) 및 제2 지지체(135, 136, 137)의 내부에는 복수의 진공홀(139)이 형성되어 있다. 진공홀(139)은 원통형 또는 구형으로, 상부 기판(10, 40)이 하중에 의해 쳐지지 않도록 기판을 지지하는 역할을 한다. 따라서, 상부 기판과 하부 기판은 일정한 간격으로 유지될 수 있다.
하부 스테이지(140)는 직사각형 또는 정사각형의 형태이며, 상부 스테이지(130)와 동일한 형상일 수 있으나, 기판이 안착될 수 있다면 그 형상에 제한이 없다. 하부 스테이지(140)는 상부 스테이지(130)와 동일한 크기이거나 더 클 수 있다.
하부 스테이지(140) 상에는 상부 스테이지(130)의 투과부(138)와 중첩되도록 하부 기판(20, 50)이 안착된다. 이에 의해, 상부 기판(10, 40)을 투과한 레이저 빔이 상부 스테이지(130)의 방해없이 하부 스테이지(140) 상의 하부 기판(20, 50)에 조사될 수 있다.
스페이서(141)는 상부 스테이지(130)의 단부에 제1 측면 지지체(131, 133) 및/또는 제2 측면 지지체(135, 137)와 일체로 형성되며, 상기 제1 측면 지지체(131, 133) 및/또는 제2 측면 지지체(135, 137)로부터 하부 스테이지(140) 방향으로 연장되어 하부 스테이지(140)와 연결된다. 도 7은 제1 측면 지지체(131, 133)에 스페이서(141)가 형성된 경우를 예시한다.
스페이서(141)는 제1 측면 지지체(131, 133) 및 제2 측면 지지체(135, 137)보다 길게 길이 방향으로 연장되어 하부 스테이지(140)와 접한다. 따라서, 스페이서(141)에 의해 하부 스테이지(140)와 상부 스테이지(130)상에는 공간이 형성되며, 상기 공간에 하부 기판(20, 50)이 안착되게 된다. 스페이서(141)는 제1 측면 지지체(131, 133) 및/또는 제2 측면 지지체(135, 137)와 동일 재료로 형성될 수 있다.
도 6은 상부 스테이지(130)가 4개의 투과부(138)를 갖는 경우를 예시한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 상부 스테이지(130)는 패널의 크기에 따라 당업자가 임의로 투과부의 수를 조절할 수 있다. 도 8을 참조하면, 본 실시예의 상부 스테이지(130)는 6개의 투과부(138)를 포함할 수 있다. 상부 스테이지(130)는 제1 방향의 복수의 제1 지지체(131, 132, 133, 134) 및 제2 방향의 복수의 제2 지지체(135, 136, 137)를 포함한다. 제1 지지체(131, 132, 133, 134)는 제1 방향으로 평행하게 형성된 2개의 제1 측면 지지체(131, 134) 및 제1 측면 지지체(131, 134)의 사이에 형성된 2개의 제1 중앙 지지체(132, 133)을 포함한다. 제2 지지체(135, 136, 137)는 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 형성된 제2 측면 지지체(135, 137) 및 제2 측면 지지체(135, 137)의 사이에 형성된 제2 중앙 지지체(136)를 포함한다. 상기 제1 지지체(131, 132, 133, 134) 및 제2 지지체(135, 136, 137)가 교차하여 6개의 투과부(138)를 형성한다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치에 대해 설명한다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치의 개략적인 모식도이다. 본 실시예의 레이저 결정화 장치를 도 5의 결정화 장치와 비교할 때, 분광기(211) 및 반사기(212)가 형성되어 있는 점을 제외하고는 동일한 구성을 같는다. 이에 이하에서는 이를 중심으로 설명하고 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 붙이고 자세한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저 발진기(110), 광학계(120), 분광기(211), 반사기(212) 및 스테이지(150)를 포함한다.
분광기(211)는 광학계(120)를 거친 레이저 빔(111)을 제2 기판(20)의 방향으로 향하는 제1 서브 레이저 빔(112)과 제1 서브 레이저 빔과(112)과 소정의 각도를 이루는 제2 서브 레이저 빔(113)으로 분할한다. 분할된 제1 서브 레이저 빔(112)은 제2 기판(20) 상의 제2 결정화 영역(21)에 에너지를 가하여 결정화한다.
분광기(211)는 레이저 빔(111)을 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 레이저 빔(113)의 에너지 밀도가 1:1 이 되도록 분할시키는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 분광기(211)는 반투과 미러가 사용될 수 있으나, 당업계에 공지된 분광기를 자유롭게 사용할 수 있다.
반사기(212)는 제2 서브 레이저 빔(113)이 제1 기판(10)에 조사될 수 있도록 제2 서브 레이저 빔(113)의 광 경로를 조절한다. 바람직하게는, 제2 서브 레이저 빔(113)이 제1 결정화 영역(11)에 수직으로 조사될 수 있도록 광 경로를 조절한다. 반사기(212)로는 전반사 미러가 사용될 수 있다.
반사기(212)는 분광기(211)로부터 제1 결정화 영역(11) 사이의 간격(L) 만큼 이격되어 위치할 수 있다. 이러한 경우 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 레이저 빔(113)이 제1 결정화 영역(11)의 간격과 동일한 간격으로 이격되어 제2 서브 레이저 빔(113)이 제1 결정화 영역(11)의 중앙부에 조사될 수 있다.
이와 같이, 레이저 빔(111)이 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 레이저 빔(113)으로 분할되고 광 경로가 조절되어 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 레이저 빔(113)이 각각 제2 결정화 영역(21)과 제1 결정화 영역(11)에 동시에 조사됨으로써 제1 기판(10)과 제2 기판(20)이 동시에 결정화될 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치에 대해 설명한다. 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 본 실시예의 레이저 결정화 장치를 도 9의 레이저 결정화 장치와 비교할 때, 굴절막(213)을 더 포함하는 것을 제외하고는 동일한 구성을 갖는다. 이에 이하에서는 굴절막(213)을 중심으로 설명하고 동일한 구성을 동일한 부호를 붙이고 자세한 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 다른 레이저 결정화 장치는 레이저 발진기(110), 광학계(120), 분광기(211), 반사기(212) 및 굴절막(213)을 포함한다.
반사기(211)는 분광기(211)에 의해 분할된 제2 서브 레이저 빔(113)의 광 경로 상에 배치된다. 반사기(211)는 분광기(211)로부터 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)이 상?하로 이격된 간격(d1)만큼 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
굴절막(213)은 분광기(211)에 의해 분할된 제2 서브 레이저 빔(213)의 광 경로 상에 배치되며 반사기(212)의 뒤에 배치된다. 굴절막(213)은 제1 기판(10)과 동일한 두께(T1) 및 동일한 굴절률을 갖는다. 제2 서브 레이저 빔(213)은 굴절막(213)을 통과하면서 굴절되며, 제1 서브 레이저 빔(112)과 동일한 광 경로를 갖게 된다.
분광기(211)를 통과한 제1 서브 레이저 빔(112)은 제2 기판(20)에 조사되고, 이 때, 제1 서브 레이저 빔(112)은 d2 + T1 + d1 의 광 경로를 갖는다. 한편, 제2 서브 레이저 빔(113)은 분광기(211)로부터 d1만큼 떨어진 곳에 위치하는 반사기(212) 및 제1 기판(10)과 동일한 두께(T1) 및 동일한 굴절률을 갖는 굴절막(213)을 통과하게 되므로 마찬가지로 d2 + T1 + d1 의 광 경로를 갖는다. 따라서, 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치에 의해 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 레이저 빔(113)은 동일한 광 경로를 갖게 되므로 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 결정화가 균일하게 진행될 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치에 대해 설명한다. 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결정화 장치의 개략적인 모식도이다. 본 실시예의 레이저 결정화 장치는 도 10의 레이저 결정화 장치와 비교할 때 프로젝션 렌즈(126, 127)가 다르게 형성될 뿐, 동일한 구성을 갖는다. 이에, 이를 중심으로 설명하며, 동일한 구성은 동일한 부호를 붙이고 자세한 설명을 생략한다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저 발진 장치(110), 광학계(120), 분광기(211), 반사기(212), 굴절막(213) 및 프로젝션 렌즈(126, 127)을 포함한다.
프로젝션 렌즈(126, 127)는 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 레이저 빔(113)의 광 경로의 최종에 각각 위치하여 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 에너지 빔(113)이 각각 제2 기판(10) 및 제1 기판(10) 상에 최대의 에너지 밀도로 조사될 수 있도록 해준다.
프로젝션 렌즈(126, 127)가 제1 서브 레이저 빔(112)과 제2 서브 레이저 빔(113)의 광 경로의 최종에 각각 위치하므로 광학계(120)는 별도의 프로젝션 렌즈를 포함하지 않아도 무방하다. 또한, 프로젝션 렌즈(126, 127)는 반드시 필요한 것은 아니며, 당업자의 필요에 따라 생략하여도 무방하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 레이저 결정화 장치에 의해 복수의 기판이 하나의 공정 내에서 동시에 결정화된다. 따라서, 결정화 공정의 시간이 단축될 뿐만 아니라 생산성이 향상된다. 또한, 본 발명의 레이저 결정화 장치는 복수의 기판의 결정화가 균일하게 진행될 수 있도록 레이저 빔의 광 경로가 조절된다.
본 발명에 따른 레이저 결정화 장치 및 선택적 결정화 방법을 사용하여 기판을 선택적으로 결정화하고 박막 트랜지스터를 제조하여 이를 임의의 광학 기기 및 장치, 예를 들어 액정 표시 장치 또는 유기 발광 표시 장치 등에 사용할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (18)

  1. 제1 결정화 영역을 포함하는 제1 기판과 제2 결정화 영역을 포함하는 제2 기판을 소정의 간격으로 이격시켜 상하로 배치하되, 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 교대로 위치하도록 배치하는 단계; 및
    상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역에 레이저 빔이 조사되어 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 교대로 결정화되는 단계를 포함하는 선택적 결정화 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판이 투명 기판인 선택적 결정화 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 교대로 결정화되는 단계는, 상기 레이저 빔이 제1 방향으로 진행하거나 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판이 제1 방향으로 진행하면서 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 동일 공정 내에서 동일 레이저 빔에 의해 교대로 결정화되는 선택적 결정화 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 결정화 영역과 제2 결정화 영역이 비정질 실리콘막으로 형성된 선택적 결정화 방법.
  5. 제1 결정화 영역을 포함하는 제1 기판과 제2 결정화 영역을 포함하는 제2 기판을 소정의 간격으로 이격시켜 상하로 배치하되, 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 교대로 위치하도록 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 동시에 결정화되는 단계를 포함하며,
    상기 레이저 빔이 제1 서브 레이저 빔과 제2 서브 레이저 빔으로 분할되어 각각 상기 제1 결정화 영역 또는 제2 결정화 영역에 동시에 조사되는 선택적 결정화 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 레이저 빔이 제1 서브 레이저 빔과 제2 서브 레이저 빔으로 분할되어 각각 상기 제1 결정화 영역 또는 제2 결정화 영역에 동시에 조사되는 것은,
    상기 레이저 빔이 상기 제2 기판으로 향하는 제1 서브 레이저 빔과 상기 제1 서브 레이저 빔과 소정의 각도를 이루는 제2 서브 레이저 빔으로 분할되고,
    상기 제1 서브 레이저 빔이 상기 제2 결정화 영역에 조사되며,
    상기 제2 서브 레이저 빔이 상기 제1 기판 방향으로 반사되어 상기 제1 결정화 영역에 조사되는 것을 포함하는 선택적 결정화 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 기판이 상부에 위치하고 상기 제2 기판이 하부에 위치하며,
    상기 제1 서브 레이저 빔이 제2 결정화 영역에 조사되고 제2 서브 레이저 빔이 제1 결정화 영역에 조사되며,
    상기 제2 서브 레이저 빔이 상기 제1 서브 레이저 빔과 동일한 광 경로를 갖도록 광 경로가 조절되는 선택적 결정화 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 광 경로가 조절되는 것은,
    상기 제2 서브 레이저 빔이 상기 레이저 빔의 분할 지점으로부터 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 상?하로 이격된 간격만큼 진행된 후 상기 제1 기판 방향으로 반사되고 상기 제1 기판과 동일한 두께 및 동일한 굴절률을 갖는 굴절막을 통과하는 것을 포함하는 선택적 결정화 방법.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 결정화 영역과 상기 제2 결정화 영역이 비정질 실리콘으로 형성된 선택적 결정화 방법.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판이 투명 기판인 선택적 결정화 방법.
  11. 상부 기판 및 하부 기판이 상?하로 이격되어 안착되는 스테이지를 포함하되,
    상기 스테이지가 상기 하부 기판이 안착되는 하부 스테이지 및 상기 상부 기판이 안착되는 상부 스테이지를 포함하고,
    상기 상부 스테이지는 제1 방향으로 서로 평행하게 이격된 복수의 제1 지지체; 상기 제1 방향과 수직 방향으로 서로 평행하게 이격된 복수의 제2 지지체; 및 상기 제1 지지체 및 상기 제2 지지체가 교차하여 형성되는 투과부를 포함하는 레이저 결정화 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 지지체 또는 상기 제2 지지체는 상기 상부 스테이지의 측면에 형성된 복수의 측면 지지체를 포함하며,
    상기 상부 스테이지는 상기 상부 스테이지의 단부에 상기 측면 지지체와 일체로 형성되면서 상기 측면 지지체로부터 상기 하부 스테이지 방향으로 연장되어, 상기 상부 스테이지와 상기 하부 스테이지 사이에 소정의 공간을 형성시키는 스페이서를 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 상부 기판이 단부가 상기 제1 지지체 및 상기 제2 지지체 상에 위치하면서 상기 투과부와 중첩되어 상기 상부 스테이지 상에 안착되는 레이저 결정화 장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 지지체 및 제2 지지체의 내부에는 복수의 진공홀이 형성된 레이저 결정화 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기; 및
    상기 레이저 빔을 제1 서브 레이저 빔과 제2 서브 레이저 빔으로 분할하는 분광기를 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기;
    상기 레이저 빔을 상기 하부 기판으로 향하는 제1 서브 레이저 빔과 상기 제1 서브 레이저 빔과 소정의 각도를 이루는 제2 서브 레이저 빔으로 분할하는 분광기;
    상기 제1 서브 레이저 빔과 진행방향이 동일하도록 상기 제2 서브 레이저 빔의 광 경로를 조절하는 반사기; 및
    상기 제2 서브 레이저 빔의 광 경로 상에 위치하는 굴절막을 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 굴절막이 상기 상부 기판과 동일한 두께 및 동일한 굴절률을 갖는 레이저 결정화 장치.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 반사기가 상기 분광기로부터 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 상?하로 이격된 간격과 동일한 거리에 위치하는 레이저 결정화 장치.
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