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KR100689315B1 - 실리콘 박막 결정화 장치 및 이를 이용한 결정화 방법 - Google Patents

실리콘 박막 결정화 장치 및 이를 이용한 결정화 방법 Download PDF

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KR100689315B1
KR100689315B1 KR1020040062892A KR20040062892A KR100689315B1 KR 100689315 B1 KR100689315 B1 KR 100689315B1 KR 1020040062892 A KR1020040062892 A KR 1020040062892A KR 20040062892 A KR20040062892 A KR 20040062892A KR 100689315 B1 KR100689315 B1 KR 100689315B1
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liquid crystal
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유재성
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 레이저 결정화방법에 관하 것으로써 특히 개구부의 폭 및 길이를 조절할 수 있는 가변 빔 차단 장치를 고안하고 상기 빔 차단 장치를 이용하여 결정화를 진행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 빔 차단 장치는 개구부와; 상기 개구부의 폭을 조절하는 X방향 액튜에이터와; 상기 개구부의 길이를 조절하는 Y방향 액튜에이터를 구비하는 것을 특징으로 하며 본 발명의 결정화 방법은 복수의 단위 액정표시패널이 정의되는 기판을 준비하는 단계; 가변 개구부를 구비하는 빔 차단 장치를 구비하는 레이저 빔 발생장치를 상기 기판상에 정렬하는 단계; 상기 개구부를 통해 레이저 광을 조사함으로써 상기 기판상에 형성된 실리콘층을 결정화하는 단계; 상기 기판을 X방향 스캔이동거리만큼 이동한 후, 레이저 조사하는 단계 및 상기 단계를 기판 전체를 결정화 할 때까지 반복하는 것을 특징한다.
결정화, SLS, 빔 차단 장치

Description

실리콘 박막 결정화 장치 및 이를 이용한 결정화 방법{DEVICE FOR CRYSTALLIZING SILICON THIN LAYER AND METHOD FOR CRYSTALLIZING USING THE SAME}
도 1은 레이저 강도와 이에 의해 형성되는 결정질의 크기와의 관계를 나타내는 그래프.
도 2는 수평결정화되는 결정질의 모습을 나타내는 평면도.
도 3은 마스크를 적용하여 순차적 수평결정화되는 모습을 나타내는 단면도.
도 4a~4c는 마스크를 적용한 순차적 수평결정화 과정을 나타내는 모식도.
도 5a 및 5b는 본 발명의 레이저 빔 차단 장치.
도 6은 본 발명의 빔 차단 장치를 이용한 결정화 방법을 나타내는 모식도.
도 7은 본 발명의 빔 차단 장치를 포함하는 레이저 빔 발생장치를 이용하여 기판을 결정화하는 방법의 모식도.
**********도면의 주요부분에 대한 부호의 설명************
400:기판 401:마스크
402:개구부 501;프레임
502:X방향 액튜에이터 503:Y방향 액튜에이터
510a,510b:조절수단 504;개구부
601:투사렌즈 610:기판
620;기판 스테이지 701:기판
702a,702b,702c:단위 액정표시패널 영역
710:절단선
본 발명은 비정질실리콘을 결정화하는 장치에 관한 것으로 특히, 순차적 수평 결정화방법(sequential lateral solidification, SLS)에 사용되는 빔 차단 장치에 관한 것이다.
지금까지 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device;LCD )등 영상표시장치의 스위칭 소자로서 비정질실리콘 박막트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor ; a-Si TFT)가 널리 이용되어 왔으나, 현재는 LCD의 고화질화 요구에 따라 비정질실리콘 박막트랜지스터보다 동작속도가 빠른 다결정실리콘(Polycrystalline Silicon , poly-Si)을 스위칭 소자로 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
다결정실리콘 박막트랜지스터의 제작방법으로는 다결정실리콘 막을 직접 성막하는 방법과 비정질실리콘막을 열처리하여 성막하는 방법이 주로 사용되고 있다. 비정질실리콘막을 열처리하여 결정화하는 방법에는 엑시머 레이저를 이용하는 방법이 사용될 수 있다.
LCD의 경우, 유리의 전이온도인 600℃ 이상에서는 기판으로 사용되는 유리가 변형되므로 고온의 퍼니스에서 결정화가 이루어지는 일반적인 열처리 방법에 의한 결정화가 어렵기 때문에, 엑시머 레이저를 이용하는 결정화방법이 주로 사용된다. 엑시머 레이저 결정화방법은 높은 에너지를 갖는 레이저 빔을 비정질실리콘 박막에 조사하는 것으로써 수십 nsec 정도의 순간적인 가열에 의해 결정화가 일어나므로 유리 기판에 손상을 주지 않는 장점이 있다.
또한 엑시머 레이저를 이용하여 제작된 다결정실리콘 박막의 전기적 특성이 일반적인 열처리 방법으로 제작된 다결정실리콘 박막보다 우수하다. 보통 비정질실리콘의 전기적 이동도가 0.1 내지 0.2cm2/Vsec 정도이고, 일반적인 열처리 방법으로 제작된 다결정실리콘의 전기적 이동도가 10 내지 20cm2/Vsec 정도인데 반해, 엑시머 레이저를 이용하여 제작된 다결정실리콘의 전기적 이동도는 100cm2/Vsec가 넘는 값을 가진다.
그러나 엑시머 레이저 결정화를 이용하여 제작된 다결정실리콘 박막트랜지스터는 전기이동도와 구동 전류 측면에서 우수하긴 하지만 이는 스위치-온(ON) 상태 특성에만 해당되는 것으로 스위치-오프(OFF) 상태에서는 누설 전류가 높게 흐른다. 이상적으로 스위치-OFF 상태에서는 누설 전류가 전혀 흐르지 않아야 하는 점을 감안하면 오프 상태에서 누설전류의 발생은 다결정실리콘 박막트랜지스터의 해결해야할 문제점으로 대두된다.
다결정실리콘 박막트랜지스터의 누설전류의 생성원인은 다음과 같다. 스위치-OFF 상태는 게이트(gate)의 스위치 OFF 작용에 의해 트랜지스터의 채널(channel) 양단 간, 즉 소오스(source)와 드레인(drain)사이에 약 5∼10V 정도의 전압을 인가하더라도 소오스와 드레인 사이에 전류가 흐르지 못하는 상태로서 소오스와 드레인 사이에 높은 전계가 형성된다.
이러한 높은 전계가 형성된 환경에서 실리콘 원자간의 결합이 상대적으로 약한 그레인 경계 부위에서 전류의 공급원으로 작용하는 전자-홀 쌍이 생성되며, 이 전자-홀 쌍이 누설전류를 발생시킨다.
또한, 다결정실리콘 박막 내부의 그레인 경계는 스위치 ON 상태에서도 소자의 전기적 이동도를 저하시키는 요인이 되는데 그레인 경계는 실리콘 원자간의 결합이 끊어져 있거나 불완전하게 결합하고 있는 상태로서 전자가 이동하는데 장해요인으로 작용한다.
다결정실리콘으로 제작된 소자가 비정질실리콘으로 제작된 소자보다는 전기적 이동도가 높지만 단결정 실리콘으로 제작된 소자보다는 전기적 이동도가 낮은 이유가 바로 다결정실리콘 내부에 높은 밀도로 존재하는 그레인 경계 때문이다.
상기한 다결정실리콘의 문제점을 해결할 수 있는 근본적인 방법은 그레인의 크기를 증가시켜 문제되는 그레인 경계의 밀도를 낮게 하는 것이다. 그레인 크기를 증가시키는 일반적인 방법은 레이저 에너지를 증가시키거나 기판을 가열하는 방법이 있다.
그레인의 크기와 레이저 에너지 강도와의 관계를 도 1을 참조하여 살펴본다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 조사되는 레이저 에너지 강도가 제 1 영역 및 제 2 영역에서는 그레인 크기와 조사되는 레이저 에너지의 강도 사이에는 대략 비 례관계가 성립한다.
그러나 제 3 영역에서는 그레인 크기가 100nm 정도의 작은 그레인이 성장한다. 그 이유는 다음과 같다.
비정질실리콘 막에 레이저 조사될 때 비정질실리콘 막은 녹게 되는데 레이저 광선에 직접 노출되는 비정질실리콘 막의 표면에는 강한 레이저 에너지가 조사되고 비정질실리콘 막의 하부에는 상대적으로 약한 레이저 에너지가 조사됨으로써 표면은 완전 용융 상태가 되지만 하부는 불완전용융상태가 되는데, 그레인은 시드(seed)을 중심으로 성장하므로 하부에 완전히 용융되지 않은 비정질실리콘 입자들이 시드로 작용하여 그 시드를 중심으로 큰 크기의 그레인이 성장한다.
반면 레이저 에너지 강도가 일정 수준 이상이 될 때에는 조사되는 영역의 비정질실리콘이 모두 용융되고 그레인이 성장할 수 있는 시드가 존재하지 않게 된다.
이후, 냉각 과정에서 강한 강도의 레이저를 조사받은 비정질실리콘내에서 무작위로 시드가 형성되고 그 시드를 중심으로 결정화가 진행된다.
이 때 발생하는 그레인은 그 크기가 도 1의 제 3 영역에서 보는 바와 같이 매우 작다.
그런데 비정질실리콘 상에 레이저 에너지의 조사가 끝난 직후부터 비정질실리콘은 양 측면, 즉 레이저가 조사되지 않은 비정질실리콘 층을 통해 냉각된다. 이는 비정질실리콘층 하부의 절연층보다 측면의 고체상의 비정질실리콘층이 더 큰 열 전도도를 가지기 때문이다.
레이저 조사 받은 비정질실리콘은 레이저 조사를 받지 않은 측면의 비정질실 리콘이 시드로 작용하여 결정화가 일어나는데, 이때 결정화는 수평방향으로 일정한 패턴을 가지며 일어난다.
한편, 레이저에 의해 용융된 실리콘층 중 시드로 삼을 고상의 비정질실리콘층과 접하지 않은 영역에서는 냉각과정에서 무작위로 미세 결정질이 성장하게 되고 상기 미세결정질이 결정성장의 시드로 작용하여 결정화가 이루어진다.
도 2는 상기의 결정화 방법에 의해 결정화가 이루어진 비정질실리콘의 상태를 나타낸다. 도 2를 참조하여 상기 결정화 방법을 다시한번 살펴보면 다음과 같다.
먼저 비정질실리콘의 일부를 마스크를 이용하여 가리고 레이저를 조사한다.
마스크에 의해 가려지는 비정질실리콘 영역은 용융되지 않고 레이저 조사를 받은 비정질실리콘 영역은 완전 용융된 후 냉각된다.
냉각과정에서 용융된 비정질실리콘은 측면의 고상 비정질실리콘을 시드로 삼아 수평으로 결정화가 진행되고, 고상의 비정질실리콘과 접촉하지 않은 영역의 용융된 비정질실리콘은 무작위로 등장하는 시드를 중심으로 수백 nm의 적은 크기의 그레인(grain)이 성장한다. 이때 노광되는 레이저 에너지의 강도는 조사되는 비정질실리콘을 모두 용융시킬 만큼 강하다.
상기 결정화방법은 결정화가 순차적으로 수평으로 진행되는 관계로 순차적 수평 결정화(Sequential Lateral Solidification, SLS)라고 부른다.
수평으로 성장하는 그레인의 크기는 보통 1~1.2㎛의 크기를 보인다.
일반적인 레이저 결정화를 통해 형성되는 그레인의 크기는 수백nm의 크기인 데 반해 상기의 SLS결정화 방법에 의해 얻어진 그레인의 크기는 수㎛에 이르므로 상기 결정화 방법에 의해 얻어진 다결정실리콘을 소자로 적용하면 큰 이동도를 가진 소자를 구현할 수 있다.
특히, SLS 결정화 방법에 의해 성장시킬 수 있는 그레인의 최대 크기를 고려해 본다면 순차적 수평 결정화를 양쪽에서 진행시키면 결정은 가운데에 단 하나의 그레인 경계를 가지는 큰 결정체를 얻을 수 있다.
도 3은 상기의 방법에 의하여 성장한 그레인의 모습을 나타낸 도면이다.
약 2㎛의 폭을 가진 개구부를 포함하는 마스크를 사용하여 순차적 수평결정화를 진행하면 그레인은 도 3과 같이 가운데 하나의 그레인 경계를 가지며 수평으로 성장한 결정체를 얻을 수 있다. 상기와 같이 수평으로 성장한 다결정실리콘을 박막트랜지스터의 채널로 적용하면 고속의 동작특성을 가진 스위칭 소자를 구현할 수 있다.
상기의 수평 결정화 방법을 이용하여 비정질실리콘을 결정화하는 방법을 도 4을 통하여 상세히 설명한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 순차적 수평 결정화는 폭이 W이고 길이가 L인 개구부(402)를 구비하는 마스크(401)를 레이저 빔 차단 막으로 사용하여 결정화를 진행한다. 또한 상기 결정화는 기판(400)을 X스캔 방향 및 Y스탭 이동방향으로 이동하면서 결정화를 진행한다.
이하 도 4a~4c를 참조하여 종래의 결정화 방법에 대해 살펴본다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 폭 W와 길이 L인 개구부(402)를 구비하는 마스크 (401)를 기판(400)에 정렬시킨다. 상기 마스크는 레이저 발생장치의 투사렌즈 내측 또는 외측에 형성될 수 있는데, 상기 기판과 마스크의 정렬은 상기 마스크가 설치된 레이저 발생장치를 기판과 정렬시킴으로써 이루어진다.
마스크(401)를 기판(400)과 정렬한 후, 상기 마스크의 개구부를 통해 제 1 레이저 샷을 조사한다. 그 결과, 도 4a에 도시된 바와 같이, 가운데 하나의 큰 그레인 경계를 가지는 결정질 실리콘을 얻는다.
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 기판(400)을 -X스캔 방향으로 X만큼 이동한다. 상기 이동거리는 스캔 이동거리라 하며, 마스크의 폭 W보다 작다. 이는 제 1 레이저 샷에 의해 결정화된 영역과, 기판을 X스캔방향으로 이동한 후 행해지는 제 2 레이저 샷 영역이 일부 겹치도록 하기 위함이다. 상기 결정화 영역을 겹침으로서 더 큰 결정질의 실리콘을 얻을 수 있다.
그 결과, 도 4b에 도시된 바와 같이, 길이가 W/2+A인 순차적 수평결정화된 결정을 얻을 수 있다. 여기서 A는 스캔이동 후, 레이저 조사영역이 겹치는 길이이다.
상기 X방향 스캔이동 및 결정화를 기판의 끝까지 형성한 후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 기판(400)을 Y스탭이동방향으로 스탭이동거리만큼 이동한 후 결정화를 계속한다. 이때 스탭이동거리는 상기 개구부(401)의 길이보다 작게 구성하여 결정화되는 영역이 일부 겹치게 한다. 이는 결정화 결과 발생하는 그레인 경계에 의한 단차 및 결정 무늬를 제거하기 위함이다.
스탭이동거리 만큼 기판(400)을 이동한 후, X방향으로 기판을 계속 이동하면 서 결정화를 진행한다.
상기와 같은 방법에 의해 기판전체가 결정화 될 때까지 결정화를 진행한다.
그런데 상기 결정화방법은 고정된 개구부를 가지는 마스크를 적용하여 결정화가 이루어지기 때문에 다양한 크기를 가지는 다모델의 단위 액정표시패널이 형성되는 기판을 결정화하기에는 어려움이 있다. 즉, 단위액정표시패널의 길이가 마스크 개구부의 길이보다 클 경우, 상기와 같이, 스탭이동할 때 결정화 영역을 일부 겹치면서 결정화를 진행하여야 하며, 기판상에 배치되는 다른 모델에도 일부 결정화가 진행될 수 있어, 균일한 결정화를 이루는데 어려움이 있다.
또한 고정된 크기의 개구부를 가지는 마스크를 적용하기 때문에 다른 크기의 단위액정표시패널을 결정화 할 때는 마스크를 교체하여야 하는 문제도 있다.
그러므로 본 발명은 다양한 크기의 단위 액정표시패널이 배열되는 기판을 결정화 함에 있어, 단위 액정표시패널마다 균일한 SLS결정화를 이루는 것을 목적으로 한다. 또한 가변하는 개구부를 구비하는 빔 차단 장치를 이용하여 SLS결정화함으로써 단위액정표시패널의 스탭방향으로 그레인 경계가 없는 균일한 결정화를 이루는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다양한 모델의 단위 액정표시패널이 구비되는 기판을 효과적으로 결정화 하기 위하여 개구부의 폭 및 길이가 조절되는 실리콘 박막 결정화 장치를 제공한다. 상면에 실리콘층이 형성되되, 크기가 서로 다른 복수의 단위 액정표시패널을 갖는 기판을 결정화하는 실리콘 박막 결정화 장치에 있어서, 본 발명은 상기 단위 액정표시패널 상의 실리콘층을 노출시키는 개구부를 갖는 프레임과, 프레임과 결합되어, 상기 개구부의 폭을 조절하는 X방향 액튜에이터와, 프레임과 결합되어, 상기 개구부의 길이를 조절하는 Y방향 액튜에이터를 구비한다.
또한 본 발명은 상기 빔 차단 장치를 이용하여 단위 액정표시패널을 결정화 하되 X방향 스캔이동만으로 단위 액정표시패널이 결정화되도록 할 뿐 아니라 개구부의 길이가 단위 액정표시패널의 길이보다 크게하여 결정화 하는 것을 특징으로 한다.
상기 결정화 방법은 상기 단위 액정표시패널 상의 비정질실리콘막을 노출시키는 개구부를 갖는 프레임과, 상기 프레임과 결합되어 상기 개구부의 폭을 조절하는 X방향 액튜에이터와, 상기 프레임과 결합되어 상기 개구부의 길이를 조절하는 Y방향 액튜에이터가 구비된 실리콘 박막 결정화장치를 제공하는 단계; 상면에 실리콘층이 형성되되, 크기가 서로 다른 복수의 단위 액정표시패널이 정의되는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 상기 실리콘 박막 결정화장치를 정렬하되, 상기 개구부는 상기 X방향 액튜에이터와 상기 Y방향 액튜에이터에 의해 폭 및 길이가 가변되도록 하고; 상기 가변된 개구부를 통해 레이저 광을 조사하여 상기 단위 액정표시패널 상의 실리콘층을 결정화하는 단계; 및 상기 기판을 X방향 스캔이동거리만큼 이동한 후, 상기 개구부를 통해 레이저 광을 조사하는 단계를 포함한다. 상기 레이저 조사 및 실리콘층 결정화 단계는 상기 기판 전체를 결정화할 때까지 반복 시행한다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 빔 차단 장치에 관하여 살펴본다.
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본 발명은 복수의 단위 액정표시패널이 형성되는 모기판을 결정화하는데 특히 유용한 빔 차단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러므로 다양한 모델의 단위 액정표시패널이 형성된 모기판을 결정화함에 있어, 크기가 다른 액정표시패널의 결정화에 효과적으로 대응할 수 있도록 개구부가 가변하는 빔 차단 장치를 제공한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 빔 차단 장치(500)는 꺽쇄형의 플레임(501)과, X방향 액튜에이터(502) 및 Y방향 액튜에이터(503)에 의해 정의되는 개구부(504)를 구비한다. 상기 개구부(504)는 직사각형으로 구성될 수 있으며, 길이 L0와 폭 W0를 가진다. 또한 상기 개구부(504)의 폭은 상기 X방향 액튜에이터(502)에 의해 조절되며, 상기 개구부(504)의 길이는 Y방향 액튜에이터(503)에 의해 조절된다. 상기 X방향 액튜에이터(502) 및 Y방향 액튜에이터(503)는 ㎛단위로 폭 및 길이를 조절할 수 있다. 상기 폭 및 길이의 조절을 위해 상기 X방향 액튜에이터(502) 및 Y방향 액튜에이터(503)는 조절수단(510a,510b)에 의해 각각 상기 프레임(501)과 결합된다.
상기 개구부(504)의 폭은 순차적 수평결정화시 성장하는 결정질의 길이를 결정하는 데, 통상 2㎛ ~15㎛에서 결정될 수 있다.
또한 상기 레이저 빔 차단 장치에 의해 레이저 빔은 수 마이크로미터의 폭과 수십센티미터의 길이로 가공된다. 그러므로 상기 개구부(504)의 길이는 상기 Y 방향 액튜에이터(503)에 의해 수십 센티미터의 크기로 조절된다. 또한 상기 개구부(504)의 길이는 단위 액정표시패널의 일 변의 길이보다 크게 구성할 수 있다. 상기와 같이 가공되는 레이저 빔의 길이를 단위 액정표시패널의 일 변의 길이보다 크게함으로써 단위 액정표시패널을 결정화함에 있어 Y방향으로 기판을 이동하지 않고 단지 X방향으로만 이동함으로써 결정화를 이룰 수 있다. 상기 과정은 이하 상세히 설명될 것이다.
한편,상기 빔 차단 장치는 레이저 발생장치에서 형성된 빔의 최종 형태를 결정하는 장치로 레이저 빔의 투사렌즈 상단 또는 투사렌즈에 인접한 하단에 설치될 수 있다. 상기 빔 차단 장치에는 레이저 빔이 직접 조사되므로 레이저 빔에 의해 손상되지 않도록 알루미늄합금 또는 크롬등을 사용할 수 있다. 그러나 상기 레이저 빔 차단 장치의 재질은 상기 재료에 제한되지 않고 레이저 빔에 강한 내성을 가지 는 임의의 재료일 수 있다.
한편, 도 5b는 본 발명의 레이저 빔 차단 장치의 다른 실시 예를 나타낸다. 도 5b에 도시된 다른 실시 예에 의한 빔 차단 장치(500)는 단지 Y방향 액튜에이터(510b)만을 구비하는데 특징이 있다. 즉, 개구부(504)의 폭은 미리 고정되며 단지 길이만이 조절된다. 본 발명은 단위 액정표시패널을 단지 스캔방향인 X방향으로만 기판을 이동하면서 결정화를 진행할 수 있도록 하는 것이 일 목적이므로 개구부의 길이를 조절하는 것이 필수적이다. 그러므로 본 발명의 다른 실시 예는 개구부의 길이만을 조절할 수 있는 빔 차단 장치를 제공한다.
다음으로 상기 빔 차단 장치를 이용하여 기판상에 형성되는 비정질실리콘층을 결정화하는 방법을 살펴본다.
도 6은 본 발명의 레이저 발생장치의 일부를 도시한 것이다. 도 6에는 도시되지 않았지만 본 발명의 레이저 발생장치는 레이저 발생부(미도시), 상기 레이저 발생부에서 발생한 레이저 광을 가로 방향 및 세로 방향으로 모으는 조준경(미도시), 상기 조준경에 의해 모여진 레이저 광의 단면 프로파일을 변형시키는 동질화기(미도시), 상기 동질화기로부터 진행하는 레이저 빔을 기판(610)에 조사하는 투사렌즈(601)를 구비하여 형성된다
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 빔 차단 장치(500)는 투사렌즈(601)의 상단에 설치된다.(상기 빔 차단 장치는 투사렌즈에 인접하면서 투사렌즈의 하단에 설치될 수도 있다.) 그러므로 동질화기를 통해 선형으로 변형된 레이저 빔(630)은 최종적으로 상기 빔 차단 장치(500)에 의해 그 프로파일이 변형되어 기판(610)에 조사된다. 상기 빔 차단 장치(500)에 의해 가공되는 레이저 빔은 선형의 레이저 빔으로써 본 발명은 가능한 길이가 긴 선형의 레이저 빔을 형성한다.
상기 투사렌즈(601)을 통해 기판(610)에 조사되는 레이저 빔은 등배로 투사될 수도 있고 1/n배로 크기가 감소되어 투사될 수도 있다.
본 발명은 상기 빔 차단 장치(500)이 개구부의 폭 및 길이를 조절할 수 있는 액튜에이터를 구비하므로, 상기 액튜에이터의 조절에 의해 선형 빔의 폭 및 길이가 조절된다. 도 6은 폭 및 길이가 조절되어 형성되는 레이저 빔의 형상을 보여준다.
도 6에 도시된 바와 같이, 선형의 레이저 빔은 길이 L0에서 La로 변화될 수 있고, 폭은 W0에서 Wa로 변화될 수 있다.
상기와 같이 가공된 레이저 빔은 기판의 단위 액정표시패널상에 조사되고 단위 액정표시패널을 각각 결정화 한다. 기판 전체를 결정화 하기 위해 기판(610) 로딩된 기판스테이지(620)을 x방향 및 y방향으로 이동하면서 기판(610) 전체를 결정화한다.
상기와 같이 단위 액정표시패널을 결정화하는 방법을 도 7을 참조하여 살펴본다.
도 7은 다양한 크기를 가지는 단위 액정표시패널(702a~702d)이 형성되는 모기판(701)의 모습을 도시한 것이다. 모기판(701)상에는 크기가 서로 다른 단위 액정표시패널(702)이 복수개 형성되어 있고, 상기 각 단위 액정표시패널은 완성된 후에 절단공정을 통해 서로 분리된다. 도 7의 점선(710)의 상기 단위 액정표시패널을 절단하는 절단선을 나타낸다. 그러므로 기판(701)상에 비정질실리콘층을 형성한 다 음, 형성된 비정질실리콘층을 모두 결정화 할 필요없이 단위 액정표시패널이 형성되는 영역만 결정화하면 충분하다. 그러므로 본 발명은 빔 차단 장치에 의해 레이저 빔을 가공하되 단위 액정표시패널의 일 변보다 크고 다른 단위 액정표시패널에는 미치지 않는 크기로 선형 레이저 빔을 가공한다.
먼저 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 단위 액정표시패널이 형성된 기판상에 레이저 발생장치를 배열하고 빔 차단 장치에 의해 가공된 선형의 레이저 빔(703a)을 임의의 단위 액정표시패널(702a)의 일 변에 정렬한다. 이때 상기 가공된 선형 빔은 폭이 수㎛이고, 길이는 결정화되는 단위 액정표시패널의 길이보다 길되 절단되어 형성되는 단위 액정표시패널의 크기를 넘지않게 한다.
상기와 같이 레이저빔(703a)에 의해 제 1 레이저 샷을 한 후, 기판을 -x방향으로 이동하여 제 2 레이저 샷을 행한다. 이때 이동하는 거리는 레이저 빔 폭의 1/2보다 작게 하여 제 1 레이저 샷에 의해 형성되는 결정질과 제 2 레이저 샷에 의해 형성되는 결정질이 일부 겹치게 할 수 있다. 상기와 같은 방법에 의해 수평으로 성장하는 단결정을 얻을 수 있다.
또한 상기 레이저 빔(703a)은 단위 액정표시패널(702a)의 일 변보다 크므로 단위 액정표시패널을 결정화 하는데 있어 x방향으로 스캔이동만 하면 충분하고 y방향으로 스탭이동할 필요가 없다. 그러므로 단위 액정표시패널 내에서 형성되는 결정질은 x방향으로만 결정화가 진행된 수평의 결정질을 얻을 수 있다. 즉 y방향으로는 결정화 과정에서 발생하는 결정의 단차가 발생하지 않아 양호한 결정화를 진행할 수 있다.
제 1 단위 액정표시패널 영역이 결정화된 다음, 제 2 단위 액정표시패널 영역의 결정화도 상기와 같이 진행한다. 이때 제 2 단위 액정표시패널 영역이 제 1 단위 액정표시패널 영역의 크기와 다를 경우, 상기 빔 차단 장치의 길이 및 폭을 조절한 후, 제 2 단위 액정표시패널 영역의 결정화를 진행한다.
본 발명은 상기와 같이, 서로 다른 크기의 단위 액정표시패널이 형성된 기판을 순차적 수평결정화 할 때 단위 액정표시패널에만 결정화를 진행할 수 있도록 개구부가 가변하는 빔 차단 장치를 제공하여 효과적으로 순차적 수평결정화를 진행 할 수 있다.
그러므로 본 발명은 가변하는 빔 차단 장치를 제공하여 서로 다른 크기의 단위 액정표시패널이 배치되는 모기판을 효과적으로 결정화 할 수 있다. 또한 개구부의 크기를 조절하여 단위 액정표시패널의 일 변보다 큰 레이저 빔을 가공하여 결정화를 진행함으로써, 단위 액정표시패널을 결정화 함에 있어 x스캔방향으로만 기판을 이동하면서 결정화를 진행할 수 있어 단차가 발생하지 않는 양호한 결정질을 얻을 수 있다.

Claims (13)

  1. 상면에 실리콘층이 형성되되, 크기가 서로 다른 복수의 단위 액정표시패널을 갖는 기판을 결정화하는 실리콘 박막 결정화 장치에 있어서,
    상기 단위 액정표시패널 상의 실리콘층을 노출시키는 개구부를 갖는 프레임;
    상기 프레임과 결합되어, 상기 단위 액정표시패널의 크기에 따라 상기 개구부의 폭을 조절하는 X방향 액튜에이터; 및
    상기 프레임과 결합되어, 상기 단위 액정표시패널의 크기에 따라 상기 개구부의 길이를 조절하는 Y방향 액튜에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부는
    상기 프레임과 상기 X방향 액튜에이터 및 Y방향 액튜에이터에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결정화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부는 상기 X방향 액튜에이터 및 Y방향 액튜에이터에 의해 폭 및 길이가 마이크로 단위로 조절되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부는 직사각형인 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부의 폭은 상기 X축 액튜에이터에 의해 15마이크로미터 이하에서 조절되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부의 길이는 상기 Y방향 액튜에이터에 의해 기판상에 형성되는 단위 액정표시패널의 길이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결정화 장치.
  7. 상면에 비정질실리콘막이 형성되되, 크기가 서로 다른 복수의 단위 액정표시패널이 정의된 기판을 결정화하는 실리콘 박막 결정화 장치에 있어서,
    상기 단위 액정표시패널 상의 실리콘층을 노출시키되, 폭이 고정된 개구부를 갖는 프레임; 및
    상기 프레임과 결합되어, 상기 단위 액정표시패널의 크기에 따라 상기 개구부의 길이를 조절하는 Y방향 액튜에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 박막 결정화 장치.
  8. 상면에 실리콘층이 형성되되, 크기가 서로 다른 복수의 단위 액정표시패널이 정의되는 기판을 준비하는 단계;
    상기 단위 액정표시패널 상의 실리콘층을 노출시키는 개구부를 갖는 프레임과, 상기 프레임과 결합되어 상기 개구부의 폭을 조절하는 X방향 액튜에이터와, 상기 프레임과 결합되어 상기 개구부의 길이를 조절하는 Y방향 액튜에이터가 구비된 실리콘 박막 결정화장치를 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 실리콘 박막 결정화장치를 정렬하되, 상기 개구부는 상기 단위 액정표시패널의 크기에 따라 상기 X방향 액튜에이터와 상기 Y방향 액튜에이터에 의해 폭 및 길이가 가변되도록 하는 단계;
    상기 가변된 개구부를 통해 레이저 광을 조사하여 상기 단위 액정표시패널 상의 실리콘층을 결정화하는 단계;및
    상기 기판을 X방향 스캔이동거리만큼 이동한 후, 상기 가변된 개구부를 통해 레이저 광을 조사하는 단계를 포함하며,
    상기 레이저 조사 및 실리콘층 결정화 단계는 상기 기판 전체를 결정화할 때까지 반복 시행하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 Y방향 액튜에이터에 의해 상기 개구부의 길이가 상기 단위 액정표시패널의 일 변보다 크도록 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 단위 액정표시패널은 상기 기판의 X방향 스캔이동만으로 결정화되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 X방향 스캔이동거리는 상기 개구부의 폭의 1/2보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 방법.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 가변 개구부는 X방향 액튜에이터에 의해 폭이 조절되고 Y방향 액튜에이터에 의해 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 방법.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 가변 개구부는 폭이 고정되며 길이는 Y방향 액튜에이터에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 방법.
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