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KR20040031276A - laser annealing apparatus and method for crystallizing the using - Google Patents

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KR20040031276A
KR20040031276A KR1020020060658A KR20020060658A KR20040031276A KR 20040031276 A KR20040031276 A KR 20040031276A KR 1020020060658 A KR1020020060658 A KR 1020020060658A KR 20020060658 A KR20020060658 A KR 20020060658A KR 20040031276 A KR20040031276 A KR 20040031276A
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KR
South Korea
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laser beam
mask
substrate
stage
nitrogen
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020020060658A
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Korean (ko)
Inventor
김상현
김해열
Original Assignee
엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 레이저빔을 이용한 실리콘의 결정화시 가열된 질소(N2)분사를 통하여 소자의 신뢰성 및 특성을 향상시키도록 한 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법에 관한 것으로서, 레이저빔을 생성하는 레이저빔 발생장치와, 상기 레이저빔의 에너지 밀도를 균일하게 하여 조사하는 호모지나이저와, 상기 레이저빔 발생장치에 대응하여 위치하여 X축 또는 Y축으로 소정 거리만큼 움직이는 X-Y스테이지와, 상기 X-Y스테이지와 상기 레이저빔 발생장치 사이에 위치하고 레이저빔을 통과시키는 다수의 슬릿을 포함하는 마스크와, 상기 마스크의 일측에 연결되어 마스크를 소정 거리만큼 움직이는 마스크 이동 스테이지와, 상기 레이저빔이 조사된 기판에 가열된 질소가스를 공급하는 질소가스 공급장치를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention relates to a laser annealing apparatus and a silicon crystallization method using the same to improve the reliability and characteristics of the device through heated nitrogen (N 2 ) injection during the crystallization of silicon using a laser beam, a laser for generating a laser beam A beam generator, a homogenizer for uniformly irradiating the energy density of the laser beam, an XY stage positioned corresponding to the laser beam generator and moving by a predetermined distance along the X axis or the Y axis, and the XY stage; A mask including a plurality of slits positioned between the laser beam generators and passing a laser beam, a mask moving stage connected to one side of the mask to move the mask by a predetermined distance, and heated to a substrate to which the laser beam is irradiated Including a nitrogen gas supply device for supplying nitrogen gas .

Description

레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법{laser annealing apparatus and method for crystallizing the using}Laser annealing apparatus and silicon crystallization method using the same

본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display ; LCD)에 관한 것으로, 특히 소자의 신뢰성 및 특성을 향상시키는데 적당한 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display (LCD), and more particularly, to a laser annealing apparatus suitable for improving the reliability and characteristics of a device and a silicon crystallization method using the same.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시장치로 활용되고 있다.As the information society develops, the demand for display devices is increasing in various forms.In recent years, liquid crystal display (LCD), plasma display panel (PDP), electro luminescent display (ELD), and vacuum fluorescent display (VFD) have been developed. Various flat panel display devices have been studied, and some are already used as display devices in various devices.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전, 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.Among them, LCD is the most widely used as a substitute for CRT (Cathode Ray Tube) for the use of mobile image display device because of the excellent image quality, light weight, thinness, and low power consumption, and mobile type such as monitor of notebook computer. In addition, it is being developed in various ways, such as a television for receiving and displaying broadcast signals, and a monitor of a computer.

이와 같이 액정표시장치가 여러 분야에서 화면 표시장치로서의 역할을 하기위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어 졌음에도 불구하고, 화면 표시장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 장점과 배치되는 면이 많이 있다.Thus, although various technical advances have been made in order for the liquid crystal display device to serve as a screen display device in various fields, the task of improving the image quality as the screen display device has many advantages and arrangements.

따라서, 액정표시장치가 일반적인 화면 표시장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고 품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.Therefore, in order to use a liquid crystal display device in various parts as a general screen display device, the key to development is how much high definition images such as high definition, high brightness, and large area can be realized while maintaining the characteristics of light weight, thinness, and low power consumption. It can be said.

이와 같은 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.Such a liquid crystal display device may be broadly divided into a liquid crystal panel displaying an image and a driving unit for applying a driving signal to the liquid crystal panel, wherein the liquid crystal panel includes first and second glass substrates having a space and are bonded to each other; It consists of a liquid crystal layer injected between the said 1st, 2nd glass substrate.

여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성되어 있다.The first glass substrate (TFT array substrate) may include a plurality of gate lines arranged in one direction at a predetermined interval, a plurality of data lines arranged at regular intervals in a direction perpendicular to the gate lines, and A plurality of pixel electrodes formed in a matrix form in each pixel region defined by crossing each gate line and data line, and a plurality of thin films that transmit signals of the data line to each pixel electrode by being switched by signals of the gate line The transistor is formed.

그리고 제 2 유리 기판(컬러필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R,G,B 컬러 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성되어 있다. 물론, 횡전계 방식의 액정표시장치에서는 공통전극이 제 1 유리 기판에 형성되어 있다.The second glass substrate (color filter substrate) includes a black matrix layer for blocking light in portions other than the pixel region, an R, G, B color filter layer for expressing color colors, and a common electrode for implementing an image. Is formed. Of course, the common electrode is formed on the first glass substrate in the transverse electric field type liquid crystal display device.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 실재에 의해 합착되고 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.The first and second glass substrates are bonded by an actual material having a predetermined space and a liquid crystal injection hole by a spacer, and a liquid crystal is injected between the two substrates.

이때, 액정 주입 방법은 상기 실재에 의해 합착된 두 기판 사이를 진공 상태로 유지하여 액정 용기에 상기 액정 주입구가 잠기도록 하면 삼투압 현상에 의해 액정이 두 기판 사이에 주입된다. 이와 같이 액정이 주입되면 상기 액정 주입구를 밀봉재로 밀봉하게 된다.In this case, in the liquid crystal injection method, the liquid crystal is injected between the two substrates by osmotic pressure when the liquid crystal injection hole is immersed in the liquid crystal container by maintaining the vacuum state between the two substrates bonded by the reality. When the liquid crystal is injected as described above, the liquid crystal injection hole is sealed with a sealing material.

한편, 액정표시장치가 고밀도, 대면적화되고 디스플레이 부분과 구동회로 부분을 동일 기판위에 제작하기 위해서는 스위칭 소자인 박막트랜지스터의 이동도(mobility) 증가가 절실히 요구되고 있지만, 비정질 수소화 실리콘 박막트랜지스터(a-Si:H TFT)로는 이동도 증가를 만족하기가 어렵다.On the other hand, in order to increase the mobility of the thin film transistor, which is a switching element, in order to increase the density and large area of the liquid crystal display and to fabricate the display portion and the driving circuit portion on the same substrate, an amorphous silicon hydride thin film transistor (a- Si: H TFT) hardly satisfies the increase in mobility.

최근에 이런 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 방법으로 다결정 실리콘 박막트랜지스터(Poly Si TFT)가 많은 주목을 받고 있다. 다결정 실리콘 TFT는 이동도가 크기 때문에 유리 기판위에 주변회로를 집적할 수 있어서 생산비용 절감 측면에서도 많은 관심을 끌고 있다.Recently, a polysilicon thin film transistor (Poly Si TFT) has attracted much attention as a method to effectively solve this problem. Due to the high mobility of polycrystalline silicon TFTs, peripheral circuits can be integrated on glass substrates, thus attracting much attention in terms of reducing production costs.

즉, 실리콘은 상태에 따라 비정질 실리콘(amorphous silicon)과 결정질 실리콘(다결정 실리콘)(crystalline silicon)으로 나눌 수 있다.That is, silicon may be classified into amorphous silicon and crystalline silicon according to states.

일반적으로 기판상에 비정질 실리콘을 낮은 온도에서 증착하여 박막(thin film)을 형성하는 것이 가능하여, 주로 낮은 용융점을 가지는 유리를 기판으로 사용하는 액정패널(liquid crystal panel)의 스위칭 소자(switching device)에 많이사용한다.Generally, it is possible to form a thin film by depositing amorphous silicon on a substrate at a low temperature, so that a switching device of a liquid crystal panel mainly using glass having a low melting point as a substrate. I use it a lot.

그러나, 상기 비정질 실리콘 박막은 액정패널 구동소자의 전기적 특성과 신뢰성 저하 및 표시소자 대면적화에 어려움이 있다.However, the amorphous silicon thin film has difficulty in deteriorating electrical characteristics and reliability of the liquid crystal panel driving device and increasing the display device large area.

따라서 대면적, 고정세 및 패널 영상구동회로, 일체형 랩탑컴퓨터(laptop computer), 벽걸이 TV용 액정표시소자의 상용화는 우수한 전기적 특성(예를 들면 높은 전계효과 이동도(30㎠/VS)와 고주파 동작특성 및 낮은 누설전류(leakage current))의 화소 구동소자 응용을 요구하며, 이는 고품위 다결정 실리콘(poly crystalline silicon)의 응용을 요구하고 있다.Therefore, commercialization of large-area, high-definition and panel image driving circuits, integrated laptop computers, and wall-mounted liquid crystal display devices has excellent electrical characteristics (for example, high field effect mobility (30 cm2 / VS) and high frequency operation). Characteristic and low leakage current (pixel) driving device application is required, which requires the application of high-quality poly crystalline silicon (poly crystalline silicon).

특히, 다결정 실리콘 박막의 전기적 특성은 그레인(grain)의 크기에 큰 영향을 받는다. 즉, 그레인의 크기가 증가함에 따라 전계효과 이동도도 증가한다.In particular, the electrical properties of the polycrystalline silicon thin film are greatly influenced by the grain size. In other words, as the grain size increases, the field effect mobility increases.

따라서, 이러한 점을 고려하여 비정질 실리콘을 다결정화 하는 방법이 큰 이슈로 떠오르고 있으며, 최근 들어 에너지원으로 레이저를 조사하여 실리콘 결정의 측면성장을 유도하여 거대한 다결정 실리콘을 제조하는 SLS(Sequential Lateral Solidification) 기술이 제안되었다.Therefore, a method of polycrystallizing amorphous silicon has become a big issue in consideration of this point, and recently, SLS (Sequential Lateral Solidification), which manufactures huge polycrystalline silicon by inducing lateral growth of silicon crystals by irradiating a laser with an energy source. Technology has been proposed.

상기 SLS 기술은 실리콘 그레인이 액상 실리콘과 고상 실리콘의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 레이저 에너지의 크기와 레이저빔(laser beam)의 조사범위의 이동을 적절하게 조절하여 실리콘 그레인을 소정의 길이만큼 측면성장 시킴으로서 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 것이다.The SLS technology takes advantage of the fact that silicon grain grows in the direction perpendicular to the interface between the liquid silicon and the solid silicon, and appropriately controls the size of the laser energy and the shift of the irradiation range of the laser beam. By growing the silicon grain by a predetermined length, the amorphous silicon thin film is crystallized.

한편, 상기 다결정 실리콘 박막을 형성하기 위한 방법은 600℃이상에서CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법에 의해 기판위에 다결정 실리콘을 증착시키는 LPCVD 방법, 기판위에 CVD 방법에 의해 비정질 실리콘 박막을 증착한 후에 550℃ 이상의 온도에서 장시간 열처리하여 결정화시키는 고상결정화 방법, 기판위에 비정질 실리콘 박막을 60㎚정도 증착한 후에 레이저빔을 조사시켜 순간적으로 실리콘을 녹인 후에 재결정화시키는 레이저 어닐링 방법과, PECVD 방법으로 기판위에 직접 다결정 실리콘을 증착시키는 방법 등이 있다.Meanwhile, the method for forming the polycrystalline silicon thin film is an LPCVD method for depositing polycrystalline silicon on a substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method at 600 ° C. or higher, and after depositing the amorphous silicon thin film by a CVD method on a substrate, 550 ° C. Solid phase crystallization method to crystallize by heat treatment at above temperature for a long time And a method of depositing the same.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional laser annealing apparatus and a silicon crystallization method using the same will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 레이저 어닐링 장비를 나타낸 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram showing a conventional laser annealing equipment.

도 1에 도시한 바와 같이, 레이저빔(12)을 발생하는 레이저빔 발생장치(11)와, 상기 레이저빔 발생장치(11)를 통해 방출된 레이저빔(12)의 진행 방향을 변경하는 제 1, 제 2, 제 3 반사경(13,14,15)과, 상기 제 3 반사경(15)으로부터 진행 방향이 변경된 레이저빔(12)의 에너지 밀도를 균일하게 하기 위한 호모지나이저(homogenizer)(16)와, 상기 호모지나이저(16)로부터 에너지 밀도가 균일해진 레이저빔(12)을 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판에 나누어 조사시키는 마스크(17)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, a laser beam generator 11 for generating a laser beam 12 and a first direction for changing a traveling direction of the laser beam 12 emitted through the laser beam generator 11. And second and third reflectors 13, 14 and 15 and a homogenizer 16 for uniformizing the energy density of the laser beam 12 whose direction of travel from the third reflector 15 is changed. And a mask 17 which irradiates the laser beam 12 with uniform energy density from the homogenizer 16 onto a substrate on which an amorphous silicon thin film is deposited.

여기서 상기 레이저빔 발생장치(11)는 광원에서 가공되지 않는 레이저빔(12)을 방출시키고, 어테뉴에이터(미도시)를 통과시켜 레이저빔(12)의 에너지 크기를 조절한다.The laser beam generator 11 emits a laser beam 12 that is not processed by a light source, and passes through an attenuator (not shown) to adjust the energy of the laser beam 12.

또한, 상기 마스크(17)에 대응되는 위치에는 비정질 실리콘 박막이 증착된기판(18)이 X축 또는 Y축으로 이동 가능한 X-Y스테이지(19)상에 위치한다.In addition, at the position corresponding to the mask 17, the substrate 18 on which the amorphous silicon thin film is deposited is located on the X-Y stage 19 which is movable in the X-axis or the Y-axis.

이때, 종래에는 상기 레이저빔 발생장치(11)와 상기 마스크(17)는 한 위치에 고정되어 있는 구조임으로서 비정질 실리콘 박막의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 상기 X-Y스테이지(19)를 X축 또는 Y축 방향으로 미소하게 이동하여 줌으로써 결정영역을 확대해 나갈 수 있다.In this case, in the related art, the laser beam generator 11 and the mask 17 are fixed at one position, so that the XY stage 19 is X-axis or Y-axis in order to crystallize all regions of the amorphous silicon thin film. By moving it in a small direction, it is possible to enlarge the crystal area.

전술한 구성에서, 상기 마스크(17)는 상기 레이저빔(12)을 통과시키는 투과영역인 다수의 슬릿(A)과, 레이저빔(12)을 흡수하는 흡수영역(B)이 상기 슬릿(A) 사이에 구성되어 있다.In the above-described configuration, the mask 17 includes a plurality of slits A, which are transmission regions through which the laser beam 12 passes, and an absorption region B, which absorbs the laser beam 12, includes the slits A. It is composed between.

상기 마스크(17)에 구성된 슬릿(A)의 너비는 1차 레이저빔 조사에 의해 결정화되는 실리콘 결정의 그레인의 크기를 결정하며, 상기 슬릿(A)과 슬릿(A)의 간격은 측면 성장한 그레인의 크기를 결정한다.The width of the slit A formed in the mask 17 determines the size of the grains of the silicon crystals crystallized by the primary laser beam irradiation, and the interval between the slit A and the slit A is the side growth of the grain. Determine the size.

한편, 상기와 같이 구성된 종래의 레이저 어닐링 장비를 이용한 실리콘 결정화 방법을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the silicon crystallization method using the conventional laser annealing equipment configured as described above are as follows.

도 2a 내지 도 2d는 종래의 실리콘 결정화 방법을 나타낸 공정단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views showing a conventional silicon crystallization method.

도 2a에 도시한 바와 같이, 기판(도 1의 18)상에 화학 기상증착법(CVD) 등을 사용하여 비정질 실리콘막(20)을 증착한다.As shown in Fig. 2A, an amorphous silicon film 20 is deposited on a substrate (18 in Fig. 1) using chemical vapor deposition (CVD) or the like.

이때 상기 비정질 실리콘막(20)내에는 수소를 많이 함유하고 있는데, 상기 수소는 열에 의해 박막을 이탈하는 특징이 있다.At this time, the amorphous silicon film 20 contains a lot of hydrogen, the hydrogen is characterized by leaving the thin film by heat.

따라서 상기 비정질 실리콘막(20)을 열처리하여 탈수소화 과정을 거친다.Therefore, the amorphous silicon film 20 is heat-treated to undergo dehydrogenation.

왜냐하면, 수소를 미리 제거하기 않은 경우에는 결정박막의 표면이 매우 거칠어져 전기적으로 특성이 좋지 않기 때문이다.This is because, in the case where hydrogen is not removed in advance, the surface of the crystal thin film becomes very rough and its electrical properties are poor.

도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 비정질 실리콘막(20)의 상부에 위치한 복수개의 슬릿(A)이 구비된 마스크(도 1의 17)를 통해 레이저빔 발생장치(도 1의 11)로부터 레이저빔(도 1의 12)을 1차 조사한다.As shown in FIG. 2B, the laser beam is emitted from the laser beam generator (11 in FIG. 1) through a mask (17 in FIG. 1) provided with a plurality of slits A positioned on the amorphous silicon film 20. (12 of FIG. 1) is first investigated.

이때 조사된 레이저빔(12)은 상기 마스크(17)에 구성된 다수의 슬릿(도 1의 A)에 의해 나누어져 부분적으로 비정질 실리콘막(20)을 녹여 액상화한다.At this time, the irradiated laser beam 12 is divided by a plurality of slits (A in FIG. 1) formed in the mask 17 to partially liquefy the amorphous silicon film 20.

이와 같은 경우, 상기 레이저빔(12)의 에너지 정도는 상기 비정질 실리콘막(20)이 완전히 녹을 정도의 고 에너지 영역대(complete melting regime)를 사용한다.In this case, the energy level of the laser beam 12 uses a high melting region (complete melting regime) such that the amorphous silicon film 20 is completely melted.

상기 완전히 멜팅(melting)되어 액상화된 실리콘은 레이저빔(12)의 조사가 끝나면 비정질 실리콘 영역과 액상화된 실리콘 영역의 계면에서 실리콘 그레인(21a)의 측면성장이 진행된다. 그레인의 측면성장은 상기 계면에 대해 수직으로 일어난다.When the completely melted and liquefied silicon is irradiated with the laser beam 12, the lateral growth of the silicon grain 21a proceeds at the interface between the amorphous silicon region and the liquefied silicon region. Lateral growth of grain occurs perpendicular to the interface.

결과적으로, 상기 마스크(17)에 구성된 슬릿(A)의 수만큼 한 블록내에 부분적으로 결정화된 영역이 발생한다.As a result, partially crystallized regions occur in one block by the number of slits A constituted in the mask 17.

도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 1차 레이저빔(12)을 조사한 후, X-Y스테이지(도 1의 19)를 그레인의 측면성장 길이와 같거나 작게 수 ㎛이동한 후, 다시 2차 레이저빔(12)을 조사한다. 이때 상기 2차 조사된 레이저빔(12)에 닿은 비정질 실리콘막(20)의 부분은 액상화된 후 다시 결정화된다.As shown in FIG. 2C, after irradiating the primary laser beam 12, the XY stage (19 of FIG. 1) is moved to several micrometers which is equal to or smaller than the lateral growth length of grain, and then the secondary laser beam ( 12). In this case, the portion of the amorphous silicon film 20 that contacts the second irradiated laser beam 12 is liquefied and then crystallized again.

이때 1차 레이저빔(12)을 조사한 결과로 형성된 다결정 실리콘 영역의 실리콘 그레인(21a)이 씨드(seed)로 작용하여 실리콘 용융 영역으로 그레인의 측면성장이 이루어진다.At this time, the silicon grain 21a of the polycrystalline silicon region formed as a result of irradiating the primary laser beam 12 acts as a seed, and the lateral growth of the grain is formed in the silicon melting region.

그리고 상기 2차 레이저빔(12) 조사가 끝난 후의 실리콘 그레인(21b)은 1차 조사에 의해 성장한 실리콘 그레인(21a)에 연속하여 측면으로 성장한다.After the irradiation of the secondary laser beam 12 is finished, the silicon grain 21b grows laterally in succession to the silicon grain 21a grown by the primary irradiation.

따라서 전술한 바와 같은 공정을 반복하여 도 2d에 도시한 바와 같이, 한 블록에 해당하는 비정질 실리콘막(20)을 다결정 실리콘막(21c)으로 결정화한다.Therefore, the above-described process is repeated to crystallize the amorphous silicon film 20 corresponding to one block into the polycrystalline silicon film 21c as shown in FIG. 2D.

그러나 상기와 같은 종래의 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 결정화 방법에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the above-described conventional laser annealing equipment and the crystallization method using the same have the following problems.

첫째, 대기 중에서 결정화 공정 시간 동안 노출되어 결정화된 실리콘의 표면에 많은 오염이 발생한다.First, a lot of contamination occurs on the surface of the crystallized silicon exposed to the crystallization process time in the atmosphere.

둘째, 실리콘의 냉각시간이 짧아 측면성장 길이의 감소 및 열 스트레스(thermal stress)의 증가에 의해 결함에 증가한다Second, the cooling time of silicon is short, which increases the defects by decreasing the lateral growth length and increasing the thermal stress.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 레이저빔을 이용한 실리콘의 결정화시 가열된 질소(N2)분사를 통하여 그레인 사이즈의 증가 및 결함의 감소를 이룸과 동시에 대기 중에서 오염을 방지하여 소자의 신뢰성 및 특성을 향상시키도록 한 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, while increasing the grain size and reducing defects through the heating of nitrogen (N 2 ) during crystallization of silicon using a laser beam, and at the same time pollution in the air It is an object of the present invention to provide a laser annealing equipment and silicon crystallization method using the same to prevent the improvement of the reliability and characteristics of the device.

도 1은 종래의 레이저 어닐링 장비를 나타낸 개략적인 구성도1 is a schematic configuration diagram showing a conventional laser annealing equipment

도 2a 내지 도 2d는 종래의 실리콘 결정화 방법을 나타낸 공정단면도Figure 2a to 2d is a process cross-sectional view showing a conventional silicon crystallization method

도 3은 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장비를 나타낸 개략적인 구성도Figure 3 is a schematic diagram showing a laser annealing equipment according to the present invention

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 의한 실리콘 결정화 방법을 나타낸 공정단면도Figures 4a to 4e is a cross-sectional view showing a silicon crystallization method according to the present invention

도 5a 내지 도 5d는 기판 가열에 따른 SLG 크기의 변화를 나타낸 미세구조5a to 5d are microstructures showing changes in SLG size with substrate heating

도 6은 기판 가열에 따른 SLG 길이와 응고까지 걸리는 시간에 대한 결과를 나타낸 그래프6 is a graph showing the results of SLG length and time to solidification according to substrate heating

도 7은 도 3의 질소 공급장치를 나타낸 개략적인 구성도7 is a schematic diagram illustrating the nitrogen supply device of FIG.

도 8은 레이저빔 조사 영역과 질소 블로잉 영역을 나타낸 도면8 shows a laser beam irradiation area and a nitrogen blowing area;

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

31 : 레이저빔 발생장치 32 : 레이저빔31 laser beam generator 32 laser beam

33 : 제 1 반사경 34 : 제 2 반사경33: first reflector 34: second reflector

35 : 제 3 반사경 36 : 호모지나이저35: third reflector 36: homogenizer

37 : 마스크 38 : 기판37 mask 38 substrate

39 : 진공척 40 : X-Y스테이지39: vacuum chuck 40: X-Y stage

41 : 마스크 이동 스테이지 42 : 질소 공급장치41: mask moving stage 42: nitrogen supply device

43 : 비정질 실리콘막43 amorphous silicon film

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장비는 레이저빔을 생성하는 레이저빔 발생장치와, 상기 레이저빔의 에너지 밀도를 균일하게 하여 조사하는 호모지나이저와, 상기 레이저빔 발생장치에 대응하여 위치하여 X축 또는 Y축으로 소정 거리만큼 움직이는 X-Y스테이지와, 상기 X-Y스테이지와 상기 레이저빔 발생장치 사이에 위치하고 레이저빔을 통과시키는 다수의 슬릿을 포함하는 마스크와, 상기 마스크의 일측에 연결되어 마스크를 소정 거리만큼 움직이는 마스크 이동 스테이지와, 상기 레이저빔이 조사된 기판에 가열된 질소가스를 공급하는 질소가스 공급장치를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.Laser annealing equipment according to the present invention for achieving the above object is a laser beam generating device for generating a laser beam, a homogenizer for uniformly irradiating the energy density of the laser beam, and the laser beam generating device A XY stage correspondingly positioned and moving a predetermined distance along the X axis or the Y axis, a mask including a plurality of slits positioned between the XY stage and the laser beam generator and passing through the laser beam, and connected to one side of the mask And a mask moving stage for moving the mask by a predetermined distance, and a nitrogen gas supply device for supplying heated nitrogen gas to the substrate irradiated with the laser beam.

여기서, 상기 질소가스 공급장치는 질소 공급라인을 통해 공급되는 질소가스를 정화하는 정화기와, 상기 정화기로부터 정화된 질소 가스를 받아 가열하여 분사하는 가열기로 이루어져 있다.Here, the nitrogen gas supply device is composed of a purifier for purifying the nitrogen gas supplied through the nitrogen supply line, and a heater for receiving and heating the nitrogen gas purified from the purifier to spray.

또한, 상기 레이저빔 발생장치와 호모지나이저 사이에 위치하여 상기 레이저빔의 진행 방향을 전환하는 복수개의 반사경을 더 포함하여 이루어져 있다.The apparatus may further include a plurality of reflectors positioned between the laser beam generator and the homogenizer to change a traveling direction of the laser beam.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실리콘 결정화 방법은 기판상에 비정질 실리콘막을 증착하는 단계, 상기 비정질 실리콘막이 증착된 기판을 X-Y스테이지상에 장착하는 단계, 상기 기판의 상부에 복수개의 슬릿이 구비된 마스크를 위치시키고 전면에 1차 레이저빔을 조사하는 단계, 상기 1차 레이저빔이 조사된 비정질 실리콘막에 가열된 질소를 분사하는 단계, 상기 질소가 분사된 비정질 실리콘막에 2차 레이저빔을 조사하여 결정화하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.In addition, the silicon crystallization method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of depositing an amorphous silicon film on a substrate, mounting the substrate on which the amorphous silicon film is deposited on an XY stage, a plurality of on top of the substrate Positioning a mask having two slits and irradiating a primary laser beam to the front surface; spraying heated nitrogen onto an amorphous silicon film irradiated with the primary laser beam; And crystallizing by irradiating the second laser beam.

여기서, 상기 질소 분사 영역은 상기 1차 레이저빔이 조사된 영역보다 크게 블로잉한다.Here, the nitrogen injection region blows larger than the region to which the primary laser beam is irradiated.

또한, 상기 기판은 상기 X-Y스테이지에 진공척에 의해 진공 흡착한다.In addition, the substrate is vacuum-adsorbed to the X-Y stage by a vacuum chuck.

또한, 상기 마스크는 마스크 이동 스테이지를 통해 소정 거리만큼 이동한다.In addition, the mask is moved by a predetermined distance through the mask moving stage.

또한, 상기 가열된 질소 온도는 상온 이상 기판 변형 온도 이하로 가열하여 분사한다.In addition, the heated nitrogen temperature is sprayed by heating to a substrate deformation temperature or more than room temperature.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a laser annealing apparatus and a silicon crystallization method using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장비를 나타낸 개략적인 구성도이다.3 is a schematic diagram illustrating a laser annealing apparatus according to the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 레이저빔(32)을 발생하는 레이저빔 발생장치(31)와, 상기 레이저빔 발생장치(31)를 통해 방출된 레이저빔(32)의 진행 방향을 변경하는 제 1, 제 2, 제 3 반사경(33,34,35)과, 상기 제 3 반사경(35)으로부터 진행 방향이 변경된 레이저빔(32)의 에너지 밀도를 균일하게 하기 위한 호모지나이저(homogenizer)(36)와, 상기 호모지나이저(36)로부터 에너지 밀도가 균일해진 레이저빔(32)을 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판(38)에 나누어 조사시키는 마스크(37)와, 상기 마스크(37)를 통해 조사되는 레이저빔(32)을 받아 결정화되는 비정질 실리콘 박막(도시되지 않음)이 증착된 기판(38)을 진공 흡착으로 지지하는 진공척(vacuum chuck)(39)과, 상기 진공척(39)을 고정함과 동시에 기판(38)을 X축 방향 또는 Y축 방향으로 이동시키는 X-Y스테이지(40)와, 상기 마스크(37)의 일측에 연결되어 상기 마스크(37)를 소정의 거리(예를 들면, 수 ㎛정도)로 이동시키는 마스크 이동 스테이지(41)와, 상기 기판(38)에 레이저빔(32)을 조사하여 결정화할 때 레이저빔(32)이 조사된 부분에 가열된 질소(N2)를 공급하는 질소 공급장치(42)를 포함하여 구성되어 있다.As shown in FIG. 3, the laser beam generator 31 generating the laser beam 32 and the first direction for changing the traveling direction of the laser beam 32 emitted through the laser beam generator 31 are changed. And second and third reflectors 33, 34 and 35, and a homogenizer 36 for uniformizing the energy density of the laser beam 32 whose direction of travel from the third reflector 35 is changed. And a mask 37 for irradiating the laser beam 32 having a uniform energy density from the homogenizer 36 to the substrate 38 on which the amorphous silicon thin film is deposited, and the mask 37 irradiated through the mask 37. Fixing the vacuum chuck 39 and the vacuum chuck 39 for supporting the substrate 38 on which the amorphous silicon thin film (not shown), which is crystallized by the laser beam 32, is deposited by vacuum adsorption. And the XY stage 40 which moves the board | substrate 38 to an X-axis direction or a Y-axis direction simultaneously with the said mask 37 When the mask movement stage 41 is connected to one side and moves the mask 37 at a predetermined distance (for example, about several μm) and the substrate 38 is irradiated with a laser beam 32 to crystallize. It is configured to include a laser beam 32, a nitrogen (N 2) the supplied nitrogen supply 42 to heat the irradiated portion.

여기서, 상기 질소 공급장치(42)는 가열된 질소(N2)를 레이저빔(32)이 조사되는 영역에 레이저빔(32)이 조사되는 영역보다 크게 블로잉(blowing)한다.Here, the nitrogen supply device 42 blows the heated nitrogen (N 2 ) larger than the region to which the laser beam 32 is irradiated to the region to which the laser beam 32 is irradiated.

여기서 상기 레이저빔 발생장치(31)는 광원에서 가공되지 않는 레이저빔(32)을 방출시키고, 어테뉴에이터(미도시)를 통과시켜 레이저빔(31)의 에너지 크기를 조절한다.The laser beam generator 31 emits a laser beam 32 that is not processed by a light source, and passes through an attenuator (not shown) to adjust the energy of the laser beam 31.

또한, 상기 마스크(37)에 대응되는 위치에는 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판(38)이 X-Y스테이지(40)상에 진공척(39)에 의하여 고정되어 있다.In addition, the substrate 38 on which the amorphous silicon thin film is formed is fixed to the position corresponding to the mask 37 by the vacuum chuck 39 on the X-Y stage 40.

이때, 본 발명에서는 상기 레이저빔 발생장치(31)와 상기 마스크(37)는 한 위치에 종래와 같이 고정되어 있지 않고 마스크 이동 스테이지(41)에 의해 소정거리만큼 이동할 수 있는 구성을 갖고 있기 때문에 비정질 실리콘 박막의 모든 영역을 결정화하기 위해 마스크 이동 스테이지(41) 및 상기 X-Y스테이지(40)를 미소하게 이동하여 줌으로써 결정영역을 확대해 나갈 수 있다.At this time, in the present invention, since the laser beam generator 31 and the mask 37 are not fixed to one position as in the related art, they have a configuration that can be moved by a predetermined distance by the mask movement stage 41, and thus amorphous. In order to crystallize all regions of the silicon thin film, the crystal movement region can be enlarged by moving the mask movement stage 41 and the XY stage 40 minutely.

상기 마스크(37)를 소정의 방법으로 마스크 이동 스테이지(41)에 고정되며, 상기 마스크 이동 스테이지(41)의 제어에 따라 수 ㎛의 미소한 거리를 이동 할 수 있다. 상기 마스크 이동 스테이지(41)는 그 규모가 작기 때문에 이동하고 멈추는 시간이 상기 X-Y스테이지(42)에 비해 현저히 작은 특징이 있다.The mask 37 is fixed to the mask movement stage 41 by a predetermined method, and can be moved by a small distance of several μm under the control of the mask movement stage 41. Since the mask moving stage 41 is small in size, the time for moving and stopping is significantly smaller than that of the X-Y stage 42.

따라서, 비정질 실리콘 박막을 블록단위로 결정화하는 과정에서, 한 블록 내에서의 레이저빔(32)의 미소거리 이동은 상기 마스크 이동 스테이지(41)를 이용한 마스크(37)의 움직임에 의해 제어한다. 즉, 한 블록 내에서 레이저빔(32)이 조사되는 영역을 기판의 움직임이 아닌 마스크(37)의 움직임으로 정의한다.Therefore, in the process of crystallizing the amorphous silicon thin film in blocks, the micro distance movement of the laser beam 32 in one block is controlled by the movement of the mask 37 using the mask movement stage 41. That is, the region to which the laser beam 32 is irradiated within one block is defined as the movement of the mask 37 rather than the movement of the substrate.

이때, 상기 마스크 이동 스테이지(41)의 움직임의 범위는 한정되어 있기 때문에 기판(38)의 결정영역을 블록단위로 움직일 경우에만 상기 X-Y 스테이지(40)를 사용한다.At this time, since the movement range of the mask movement stage 41 is limited, the X-Y stage 40 is used only when the crystal region of the substrate 38 is moved in units of blocks.

이와 같이 하면, 상기 X-Y스테이지(40)만을 사용하였을 때 보다 박막을 결정화하는데 걸리는 시간을 많이 단축 할 수 있다.In this way, the time taken to crystallize the thin film can be shortened much more than when only the X-Y stage 40 is used.

전술한 구성에서, 상기 마스크(37)는 상기 레이저빔(32)을 통과시키는 투과영역인 다수의 슬릿(A)과, 레이저빔(32)을 흡수하는 흡수영역(B)이 상기 슬릿(A) 사이에 구성되어 있다.In the above-described configuration, the mask 37 includes a plurality of slits A, which are transmission regions through which the laser beam 32 passes, and an absorption region B, which absorbs the laser beam 32, includes the slits A. It is composed between.

상기 마스크(37)에 구성된 슬릿(A)의 너비는 1차 레이저빔 조사에 의해 결정화되는 실리콘 결정의 그레인의 크기를 결정하며, 상기 슬릿(A)과 슬릿(A)의 간격은 측면 성장한 그레인의 크기를 결정한다.The width of the slit A formed in the mask 37 determines the size of the grains of the silicon crystals crystallized by the primary laser beam irradiation, and the interval between the slit A and the slit A is the side growth of the grain. Determine the size.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 의한 실리콘 결정화 방법을 나타낸 공정단면도이다.4A to 4E are process cross-sectional views showing a silicon crystallization method according to the present invention.

도 4a에 도시한 바와 같이, 기판(38)상에 화학 기상증착법(CVD) 등을 사용하여 비정질 실리콘막(43)을 증착한다.As shown in FIG. 4A, an amorphous silicon film 43 is deposited on the substrate 38 using chemical vapor deposition (CVD) or the like.

이때 상기 비정질 실리콘막(43)내에는 수소를 많이 함유하고 있는데, 상기수소는 열에 의해 박막을 이탈하는 특징이 있다.At this time, the amorphous silicon film 43 contains a lot of hydrogen, the hydrogen is characterized by leaving the thin film by the heat.

따라서 상기 비정질 실리콘막(430)을 열처리하여 탈수소화 과정을 거친다.Therefore, the amorphous silicon film 430 is heat-treated to undergo dehydrogenation.

왜냐하면, 수소를 미리 제거하기 않은 경우에는 결정박막의 표면이 매우 거칠어져 전기적으로 특성이 좋지 않기 때문이다.This is because, in the case where hydrogen is not removed in advance, the surface of the crystal thin film becomes very rough and its electrical properties are poor.

이어, 상기 비정질 실리콘막(43)이 증착된 기판(38)을 진공척(도 3의 39)을 사용하여 X-Y스테이지(40)상에 진공 흡착한다.Subsequently, the substrate 38 on which the amorphous silicon film 43 is deposited is vacuum-adsorbed onto the X-Y stage 40 using a vacuum chuck (39 in FIG. 3).

도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 비정질 실리콘막(43)이 증착된 기판(38)의 상부에 복수개의 슬릿(A)이 형성된 마스크(37)를 위치시키고 1차로 레이저빔(32)을 조사한다.As shown in FIG. 4B, a mask 37 having a plurality of slits A is positioned on the substrate 38 on which the amorphous silicon film 43 is deposited, and the laser beam 32 is first irradiated. .

여기서 상기 레이저빔(32)은 상기 마스크(37)에 구성된 슬릿(A)을 통해 나누어져 한 블록내의 비정질 실리콘막(43)을 부분적으로 녹여 액상 실리콘 상태로 만든다.Here, the laser beam 32 is divided through the slit A formed in the mask 37 to partially melt the amorphous silicon film 43 in one block into a liquid silicon state.

이어, 상기 레이저빔(32) 조사를 멈추게 되면, 액상 실리콘은 급속하게 냉각되면서 비정질 실리콘과 액정 실리콘의 경계에서 그레인(44a)이 성장하게 된다. 이때 그레인(44a)의 크기는 상기 슬릿(A)의 너비에 따라 제어할 수 있다.Subsequently, when the irradiation of the laser beam 32 is stopped, the liquid silicon rapidly cools and the grains 44a grow at the boundary between the amorphous silicon and the liquid crystal silicon. At this time, the size of the grain (44a) can be controlled according to the width of the slit (A).

도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 1차 레이저빔(32)이 조사된 기판(38)의 전면에 질소 공급장치(도 3의 42)로부터 가열된 질소(N2)를 분사한다.As shown in FIG. 4C, heated nitrogen (N 2 ) is injected from the nitrogen supply device (42 in FIG. 3) to the entire surface of the substrate 38 to which the primary laser beam 32 is irradiated.

여기서, 상기 가열된 질소(N2)는 레이저빔(32)이 조사되는 영역에 레이저빔(32)이 조사되는 영역보다 크게 블로잉(blowing)한다.Here, the heated nitrogen (N 2 ) blows to the area to which the laser beam 32 is irradiated larger than the area to which the laser beam 32 is irradiated.

이때 상기 기판(38)에 블로잉되는 가열된 질소(N2) 온도는 상온이상 기판 변형 온도 이내에서 가열된 질소(N2)를 사용한다.At this time, the heated nitrogen (N 2 ) temperature blown to the substrate 38 uses nitrogen (N 2 ) heated within the substrate deformation temperature above room temperature.

도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 마스크 이동 스테이지(도 3의 41)를 이용하여 상기 마스크(37)를 상기 그레인(44a)의 너비와 같거나 작은 거리에 해당하는 수 ㎛만큼 이동한다.As shown in FIG. 4D, the mask 37 is moved by a number μm corresponding to a distance equal to or smaller than the width of the grain 44a by using the mask moving stage 41 of FIG. 3.

이어, 상기 미소한 거리로 움직인 마스크(37)에 레이저빔(32)을 조사한다. 이때, 상기 레이저빔(32)은 마스크(37)에 의해 움직인 슬릿(A)을 통과하여 1차 조사 때의 그레인(44a) 영역의 일부와 이에 근접한 영역의 비정질 실리콘막(43)을 녹이게 된다.Subsequently, the laser beam 32 is irradiated to the mask 37 moved at the minute distance. At this time, the laser beam 32 passes through the slit A moved by the mask 37 to melt a portion of the region of the grain 44a during primary irradiation and the amorphous silicon film 43 in the region adjacent thereto. do.

또 다시 레이저빔(32) 조사를 멈추게 되면, 상기 1차 레이저빔을 조사하여 형성한 그레인(44a)이 씨드(seed)로 작용하여 측면이 성장한 그레인(44b)을 얻을 수 있다.When the irradiation of the laser beam 32 is stopped again, the grain 44a formed by irradiating the primary laser beam acts as a seed to obtain grains 44b having side surfaces grown.

전술한 바와 같은 공정을 반복하여 도 4e에 도시한 바와 같이, 한 블록의 실리콘 그레인 성장을 완료하여 비정질 실리콘막(43)을 다결정 실리콘막(44c)으로 결정화시킨다.By repeating the above process, as shown in Fig. 4E, growth of one block of silicon grain is completed to crystallize the amorphous silicon film 43 into the polycrystalline silicon film 44c.

이때 상기 각 영역에서 측면 성장한 그레인이 서로 충돌할 경우 그레인의 성장은 멈추게 된다. 따라서 그레인의 크기는 상기 마스크(37)에 구성된 슬릿(A)간의 간격으로 제어할 수 있다.At this time, when the grains laterally grown in the respective regions collide with each other, the growth of the grains is stopped. Therefore, the size of the grain can be controlled by the interval between the slits (A) configured in the mask 37.

다음으로, 임의의 한 블록의 결정화가 모두 끝나면, 실리콘의 결정성장이 이루어지지 않는 다음 블록의 결정성장 공정을 시작한다.Next, when all of the crystallization of any one block is finished, the crystal growth process of the next block in which the crystal growth of silicon is not started is started.

이때 상기 블록간을 이동할 때 상기 마스크 이동 스테이지(41)보다 이동거리가 큰 X-Y스테이지(40)를 X축 또는 Y축으로 이동하여 결정화 공정을 진행하면 된다.In this case, when moving between blocks, the crystallization process may be performed by moving the X-Y stage 40 having a larger movement distance than the mask movement stage 41 to the X axis or the Y axis.

도 5a 내지 도 5d는 기판 가열에 따른 SLG 크기의 변화를 나타낸 미세구조(micro structure)이다.5A to 5D are microstructures illustrating changes in SLG size with substrate heating.

즉, 기판 가열 온도는 도 5a는 27℃, 도 5b는 100℃, 도 5c는 300℃, 도 5d는 500℃이다.That is, the substrate heating temperature is 27 ° C in Fig. 5A, 100 ° C in Fig. 5B, 300 ° C in Fig. 5C, and 500 ° C in Fig. 5D.

도 5a 및 도 5d에 도시한 바와 같이, 기판의 가열 온도가 높아질수록 SLG 크기가 커짐을 알 수 있다.As shown in FIGS. 5A and 5D, it can be seen that as the heating temperature of the substrate increases, the SLG size increases.

도 6은 기판 가열에 따른 SLG 길이와 응고까지 걸리는 시간에 대한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the results of the SLG length and the time taken to solidify according to the substrate heating.

도 6에서와 같이, 기판 가열에 따라 SLG 길이 확장이 2배 이상 증가하며 응고까지의 시간이 2배 이상으로 열 스트레스(thermal stress)에 의한 디펙트(defect)가 감소함을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, it can be seen that as the substrate is heated, the SLG length expansion is more than doubled and the time to solidification is reduced by more than twice as long as the defect due to thermal stress is reduced.

도 7은 도 3의 질소 공급장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the nitrogen supply apparatus of FIG. 3.

도 7에 도시한 바와 같이, 질소 공급라인을 통해 공급되는 질소(N2)를 받아 정화하는 정화기(42a)와, 상기 정화기(42a)로부터 정화된 질소를 받아 가열하는 가열기(42b)로 이루어져 있다.As shown in FIG. 7, a purifier 42a receives and purifies nitrogen N 2 supplied through a nitrogen supply line, and a heater 42b receives and heats purified nitrogen from the purifier 42a. .

도 8은 레이저빔 조사 영역과 질소 블로잉 영역을 나타낸 도면이다.8 is a view showing a laser beam irradiation area and a nitrogen blowing area.

도 8에서와 같이, 레이저빔 조사 영역(Ⅰ)보다 질소 블로잉 영역(Ⅱ)을 크게 한다.As shown in Fig. 8, the nitrogen blowing region II is made larger than the laser beam irradiation region I.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 실리콘 결정화 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the silicon crystallization apparatus and the silicon crystallization method using the same according to the present invention have the following effects.

첫째, 크기가 작고 미소거리가 제어가 원활한 마스크 이동 스테이지를 추가함으로써 미소 거리를 마스크 이동 스테이지를 통해 이동하여 결정화하고, 블록간 결정화시는 마스크 이동 스테이지보다 이동거리가 큰 X-Y스테이지를 X축 또는 Y축으로 이동하여 결정화 공정을 진행하여 이동하고 정지하는 시간이 짧아서 공정시간을 단축할 수 있다.First, by adding a mask moving stage with a small size and smooth control, the micro distance is moved through the mask moving stage and crystallized.In block-to-block crystallization, the XY stage having a larger moving distance than the mask moving stage is X-axis or Y. The process time can be shortened because the moving time to the axis moves the crystallization process and the moving and stopping time is short.

둘째, 가열된 질소를 레이저빔이 조사되는 영역에 블로잉함으로써 결정화 공정시간 동안 발생할 수 있는 오염 가능성을 줄이고 산화 방지를 통하여 oxygen contents 감소 및 roughness를 줄일 수 있다.Second, by blowing the heated nitrogen to the area irradiated with the laser beam, it is possible to reduce the possibility of contamination that may occur during the crystallization process time and to reduce oxygen contents and roughness by preventing oxidation.

셋째, 실리콘의 냉각시간을 증가시킴으로써 측면성장 길이의 증가와 열 스트레스(thermal stress)에 기인한 결점을 줄일 수 있어 고품질의 다결정 실리콘을 얻을 수 있다.Third, by increasing the cooling time of the silicon it is possible to reduce the defects caused by the increase in the lateral growth length and thermal stress (thermal stress) to obtain a high-quality polycrystalline silicon.

Claims (8)

레이저빔을 생성하는 레이저빔 발생장치와,A laser beam generator for generating a laser beam, 상기 레이저빔의 에너지 밀도를 균일하게 하여 조사하는 호모지나이저와,Homogenizer for uniformly irradiating the energy density of the laser beam, 상기 레이저빔 발생장치에 대응하여 위치하여 X축 또는 Y축으로 소정 거리만큼 움직이는 X-Y스테이지와,An X-Y stage positioned corresponding to the laser beam generator and moving by a predetermined distance along the X-axis or the Y-axis; 상기 X-Y스테이지와 상기 레이저빔 발생장치 사이에 위치하고 레이저빔을 통과시키는 다수의 슬릿을 포함하는 마스크와,A mask comprising a plurality of slits positioned between the X-Y stage and the laser beam generator and passing through a laser beam; 상기 마스크의 일측에 연결되어 마스크를 소정 거리만큼 움직이는 마스크 이동 스테이지와,A mask moving stage connected to one side of the mask and moving the mask by a predetermined distance; 상기 레이저빔이 조사된 기판에 가열된 질소가스를 공급하는 질소가스 공급장치를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장비.And a nitrogen gas supply device for supplying heated nitrogen gas to the substrate irradiated with the laser beam. 제 1 항에 있어서, 상기 질소가스 공급장치는,According to claim 1, The nitrogen gas supply device, 질소 공급라인을 통해 공급되는 질소가스를 정화하는 정화기와,A purifier for purifying nitrogen gas supplied through a nitrogen supply line, 상기 정화기로부터 정화된 질소 가스를 받아 가열하여 분사하는 가열기로 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장비.Laser annealing equipment comprising a heater for receiving the purified nitrogen gas from the purifier to heat and spray. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저빔 발생장치와 호모지나이저 사이에 위치하여 상기 레이저빔의 진행 방향을 전환하는 복수개의 반사경을 더 포함하여 이루어짐을특징으로 하는 레이저 어닐링 장비.The laser annealing apparatus as claimed in claim 1, further comprising a plurality of reflectors positioned between the laser beam generator and a homogenizer to change a traveling direction of the laser beam. 기판상에 비정질 실리콘막을 증착하는 단계;Depositing an amorphous silicon film on the substrate; 상기 비정질 실리콘막이 증착된 기판을 X-Y스테이지상에 장착하는 단계;Mounting the substrate on which the amorphous silicon film is deposited on an X-Y stage; 상기 기판의 상부에 복수개의 슬릿이 구비된 마스크를 위치시키고 전면에 1차 레이저빔을 조사하는 단계;Placing a mask having a plurality of slits on the substrate and irradiating a first laser beam on the front surface thereof; 상기 1차 레이저빔이 조사된 비정질 실리콘막에 가열된 질소를 분사하는 단계;Spraying heated nitrogen onto the amorphous silicon film irradiated with the primary laser beam; 상기 질소가 분사된 비정질 실리콘막에 2차 레이저빔을 조사하여 결정화하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.And crystallizing the nitrogen-injected amorphous silicon film by irradiating a secondary laser beam. 제 4 항에 있어서, 상기 질소 분사 영역은 상기 1차 레이저빔이 조사된 영역보다 크게 블로잉하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.The method of claim 4, wherein the nitrogen injection region blows larger than the region to which the primary laser beam is irradiated. 제 4 항에 있어서, 상기 기판은 상기 X-Y스테이지에 진공척에 의해 진공 흡착하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.5. The method of claim 4, wherein the substrate is vacuum adsorbed to the X-Y stage by a vacuum chuck. 제 4 항에 있어서, 상기 마스크는 마스크 이동 스테이지를 통해 소정 거리만큼 이동하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.The method of claim 4, wherein the mask moves by a predetermined distance through a mask moving stage. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 가열된 질소 온도는 상온 이상 기판 변형 온도 이하로 가열하여 분사하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정화 방법.The silicon crystallization method according to claim 4 or 5, wherein the heated nitrogen temperature is sprayed by heating to a substrate deformation temperature or higher than room temperature.
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