KR20030042484A - Low Temperature Poly-Si Crystalizing Apparatus for Flat display - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 평판 디스플레이용 저온 폴리 실리콘 결정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판(substrate)의 하부에서 예비 가열 및 결정화 조건을 만들어주면서 상부에서 결정화 공정을 수행할 수 있게 한 평판 디스플레이용 저온 폴리실리콘 결정화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a low temperature polysilicon crystallization apparatus for a flat panel display, and more particularly, to a low temperature polysilicon for a flat panel display that enables a crystallization process to be performed at the top while creating preheating and crystallization conditions at the bottom of a substrate. It relates to a crystallization device.
일반적으로 반도체나 디스플레이(평판 디스플레이 포함)는 전기적 신호나 비디오 신호 등을 표시하거나 보여주기 위해 일종의 반도체층인 박막(TFT: Thin film Transistor)을 제조하게 된다. 이러한 박막은 아모퍼스(Amorphous) 실리콘형과 폴리 실리콘(Poly-si)형으로 구분된다. 특히, 상기 폴리 실리콘형 TFT는 전하 이동도가 높기 때문에 화소밀도를 증가시키기가 용이할 뿐만 아니라 주변 구동회로들이 표시패널 상에 직접 실장하여 사용한다. 또한, 상기 폴리실리콘형 TFT는 기판(substrate) 상에 형성된 실리콘 섬(islands)를 결정화시켜 시켜 주는 공정을 거치게 된다.In general, a semiconductor or a display (including a flat panel display) manufactures a thin film transistor (TFT), which is a kind of semiconductor layer, for displaying or showing an electrical signal or a video signal. Such thin films are classified into amorphous silicon type and poly-si type. In particular, since the polysilicon TFT has a high charge mobility, it is easy to increase the pixel density and the peripheral driving circuits are directly mounted on the display panel. In addition, the polysilicon TFT is subjected to a process of crystallizing silicon islands formed on a substrate.
상기 결정화 공정은 그레인 바운더리(grain boundary)를 없애 그 크기를 키우고 기판에 입혀진 실리콘 박막을 폴리 실리콘으로 결정화시켜 전자 이동도를 높여 주기 위해 실시하는 공정으로, 진공 상태의 챔버 내부에 아모퍼스(Amorphous) 실리콘 박막이 입혀진 기판을 두고 이 기판 상부에서 레이저 빔(laser beam)이나 할로겐 램프(halogen lamp) 그리고 엑시머 레이저 등으로 레이저를 조사하거나 히터를 사용하여 아모퍼스 실리콘 박막을 폴리 실리콘 박막으로 결정화시켜 주게 된다.The crystallization process is performed to remove grain boundaries and increase its size, and to increase the electron mobility by crystallizing the silicon thin film coated on the substrate with polysilicon. An amorphous inside the chamber in a vacuum state. A silicon thin film-coated substrate is placed on top of the substrate to irradiate a laser beam with a laser beam, a halogen lamp and an excimer laser, or crystallize the amorphous silicon thin film into a polysilicon thin film using a heater. .
그러나, 종래의 결정화 장치는 사용하는 광원에 따라 다음과 같은 문제가 발생하게 되었다.However, according to the conventional light crystallization apparatus, the following problem arises.
1) 엑시머 레이저의 경우 비용이 많이 들 뿐만 아니라 결정화의 균일도가 일정하지 않게 된다.1) Excimer lasers are not only costly but also uniform in crystallization.
2) 할로겐 램프류를 사용하는 경우 기판 벌크에 손상을 주고 글래스 온도를 높이게 되면 굽힘이 발생하여 결정화 공정을 수행할 수 없게 된다.2) In the case of using halogen lamps, if the bulk of the substrate is damaged and the glass temperature is increased, bending occurs and the crystallization process cannot be performed.
3) 히터로 결정화 공정을 하는 경우 결정화를 진행하는데 많은 시간이 소요되어 산업적으로 이용이 어려울 뿐만 아니라 그레인 크기를 증가시키지 못하여 전기 이동도 특성을 높일 수 없게 된다.3) In the case of the crystallization process with the heater, it takes a lot of time to proceed with the crystallization, which makes it difficult to use industrially and also does not increase the grain size, and thus the electric mobility characteristics cannot be enhanced.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 기판의 하부에서 히터를 이용하여 예비 가열과 함께 결정화 조건을 만들어 주고, 고출력 자외선 램프로 결정화가 이루어지도록 구성함으로써, 기판의 변형과 벌크 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 결정화가 균일하게 이루어지고 결정화 시간을 단축할 수 있는 평판 디스플레이용 저온 폴리 실리콘 결정화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of this point, by using a heater in the lower portion of the substrate to create a crystallization condition with preheating, and to configure the crystallization with a high-power ultraviolet lamp, to prevent deformation and bulk damage of the substrate It is an object of the present invention to provide a low-temperature polysilicon crystallization apparatus for flat panel display that can be made as well as crystallization uniformly and shorten the crystallization time.
도 1은 본 발명에 따르는 결정화 장치의 구성을 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing the configuration of a crystallization apparatus according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따르는 결정화 장치의 또 다른 예를 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view showing still another example of the crystallization apparatus according to the present invention.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]
10 : 챔버 11 : 덮개10 chamber 11 cover
12 : 지지대 14 : 투명 합성 쿼즈12: support 14: transparent synthetic quartz
15 : 가이드 20 : 하부 히터15: guide 20: lower heater
30 : 고출력 자외선 램프 100 : 기판30: high power ultraviolet lamp 100: substrate
이를 실현하기 위한 본 발명은 내부에 공간부를 갖는 챔버와, 기판을 지지해 주고 상기 챔버 내부에서 상하로 움직일 수 있도록 설치된 하부 히터와, 상기 기판의 상부에서 결정화 공정을 수행하는 고출력 자외선 램프로 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for realizing this comprises a chamber having a space therein, a lower heater installed to support the substrate and move up and down inside the chamber, and a high power ultraviolet lamp performing a crystallization process on the upper portion of the substrate. It features.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 고출력 자외선 램프는 파장 150∼400㎜이고 빛의 강도가 100∼400mJ/㎠인 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the high power ultraviolet lamp is characterized in that the wavelength of 150 ~ 400mm and the light intensity of 100 ~ 400mJ / ㎠.
또한, 상기 고출력 자외선 램프는 자외선을 투과시켜 주는 투명 합성 쿼즈의 상부에 위치하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the high power ultraviolet lamp is characterized in that it is installed to be located on the upper portion of the transparent synthetic quartz that transmits ultraviolet light.
또한, 상기 고출력 자외선 램프는 챔버의 상면에 좌우로 위치 이동이 가능하도록 설치된 것을 특징으로 한다.In addition, the high-power ultraviolet lamp is characterized in that it is installed to enable the position movement to the left and right on the upper surface of the chamber.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and effect of the present invention will be described.
첨부도면 도 1은 본 발명에 따르는 결정화 장치의 구성을 나타내는 단면도이다. 여기서, 도면부호 100은 기판(substrate)를 나타낸다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a crystallization apparatus according to the present invention. Here, reference numeral 100 denotes a substrate.
본 발명은 상기 기판(100) 상에 폴리 실리콘 박막을 형성하기 위한 결정화 장치에 관한 것으로, 상기 결정화 장치는 내부에 소정의 공간부를 갖는 챔버(10)와, 이 챔버(10) 내에서 상기 기판(100)을 지지해 주고 상하 높이 조절이 되는 히터(20)와, 상기 기판(100)의 상부에서 고출력 자외선(ultra violet)를 조사시켜 주는 고출력 자외선 램프(30)를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a crystallization apparatus for forming a polysilicon thin film on the substrate 100, wherein the crystallization apparatus includes a chamber 10 having a predetermined space therein, and the substrate (in the chamber 10). It comprises a heater 20 for supporting the 100 and the height adjustment up and down, and a high power ultraviolet lamp 30 for irradiating a high output ultraviolet (ultra violet) from the upper portion of the substrate (100).
여기서, 상기 챔버(10)는 실내외의 기밀 유지가 가능한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상부에는 덮개(11)를 구비하여 개폐 가능한 구조로 제작하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 챔버(10)에는 진공장치(미도시됨)을 구비하여 진공상태에서는 물론이고 대기 상태에서도 결정화 공정을 수행할 수 있게 하는 것이 바람직하다.Here, the chamber 10 is preferably used that can be kept airtight indoors and outdoors, it is preferable to have a cover 11 at the top to produce a structure that can be opened and closed. In addition, the chamber 10 is preferably provided with a vacuum device (not shown) to be able to perform the crystallization process in the vacuum as well as the atmospheric state.
또한, 상기 챔버(10)에는 내부의 바닥면에 수직으로 지지대(12)가 구비되어 있으며, 이 지지대(12)는 히터를 지지해 주는 히터축으로 스텝 모터 등으로 미세조절이 가능하도록 볼 스크류(13)에 의해 상하로 미세하게 위치 조절이 가능하도록 구성되어 있다. 이와 같이 이루어진 지지대(12)의 상면에는 하부 히터(20)가 장착되어 있다.In addition, the chamber 10 is provided with a support 12 perpendicular to the bottom surface of the inside, the support 12 is a heater shaft for supporting the heater to be finely adjusted by a step motor or the like ball screw ( 13) is configured to be able to finely adjust the position up and down. The lower heater 20 is mounted on the upper surface of the support 12 made as described above.
이외에도, 상기 챔버(10)는 덮개(11)를 탈거하고 여기에 투명 합성 쿼즈(14)를 첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같이, 장착하여 사용할 수도 있으며, 이때에는 이 투명 합성 쿼즈(14)의 상부에 후술하게 될 고출력 자외선 램프(30)를 장착하여 대기상에서 직접 결정화 공정을 수행하게 된다.In addition, the chamber 10 may be used by removing the cover 11 and attaching the transparent synthetic quartz 14 to the chamber 11 as shown in FIG. 2, in which case the transparent synthetic quartz 14 The high-output UV lamp 30, which will be described later, is mounted on the upper portion to perform a crystallization process directly in the atmosphere.
하부 히터(20)는 기판(100)의 크기와 같거나 이보다 조금 큰 평판형 몰드 히터를 사용하고, 특히 상기 지지대(12)의 상면에 함입되도록 설치하여 이 지지대(12)의 위에 얹혀지게 되는 기판(100)에 실질적으로 열을 전달해 주게 된다. 이와 같이 설치된 하부 히터(20)는 기판(100)을 골고루 균일하게 예열시켜 주게 되는데, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 어모포스 실리콘이 폴리 실리콘으로 결정화되는 조건에 맞게 예열시켜 주는 것이 바람직하다. 또한, 상기 하부 히터(20)는 1-3개로 구획된 것을 사용하고 이들 각 분리 히터는 첨부도면에서는 도시하지 않았지만 제어기의 제어를 받아 기판의 상단 온도에 따라 제어가능하도록 구성하여 사용하게 된다.The lower heater 20 uses a plate-shaped mold heater that is equal to or slightly larger than the size of the substrate 100, and in particular, is installed to be embedded in the upper surface of the support 12 so as to be placed on the support 12. The heat is substantially transferred to the (100). The lower heater 20 installed as described above preheats the substrate 100 evenly. In a preferred embodiment of the present invention, the lower heater 20 is preferably preheated according to the conditions in which amorphous silicon is crystallized into polysilicon. In addition, the lower heater 20 may be divided into three to three, and each of these separate heaters may be configured to be controlled according to the temperature of the upper end of the substrate under the control of the controller although not shown in the accompanying drawings.
고출력 자외선 램프(30)는 상기 하부 히터(20)에 의해 기판(100)이 결정화 조건에 맞게 예열되어 있기 때문에 저온에서 결정화가 이루어지도록 파장이 150∼400㎜이고 빛의 강도가 100∼400mJ/㎠인 것을 사용하게 된다.Since the substrate 100 is preheated by the lower heater 20 in accordance with the crystallization conditions, the high output UV lamp 30 has a wavelength of 150 to 400 mm and a light intensity of 100 to 400 mJ / cm 2 so that crystallization is performed at low temperature. Will be used.
특히, 상기 자외선 램프(30)는 덮개(11)의 하부에서 기판(100)과 나란하게움직일 수 있도록 챔버(10) 내부에 슬라이딩 가능하도록 설치된다. 이를 위해 첨부도면 도 1에서 도시한 바와 같이 챔버(10) 내부에 마주보는 형태로 형성된 가이드(15)에 상기 고출력 자외선 램프(30)의 양단이 슬라이드 가능하도록 설치하고, 이렇게 설치된 고출력 자외선 램프(30)는 미도시된 볼 스크류에 의해 좌측에서 우측으로 이송가능하도록 설치하게 된다. 물론, 상기 볼 스크류는 제어기의 제어를 받아 이송 속도를 임의로 조절하여 사용할 수 있게 하는 것이 바람직하다.In particular, the ultraviolet lamp 30 is installed to be slidable inside the chamber 10 to move in parallel with the substrate 100 in the lower portion of the cover (11). To this end, as shown in FIG. 1, both ends of the high power ultraviolet lamp 30 are slidably installed in the guide 15 formed to face the inside of the chamber 10, and the high power ultraviolet lamp 30 installed as described above. ) Is installed to be transferable from left to right by a ball screw (not shown). Of course, the ball screw is preferably controlled to be used to adjust the feed rate under the control of the controller.
이와 같이 이루어진 저온 폴리 실리콘 결정화 장치는 결정화 조건에 따라 하부 히터(20)의 온도, 고출력 자외선 램프(30)와 기판(100)간의 거리, 챔버(10) 내부의 진공 여부 및 진공압 상태, 그리고 고추력 자외선 램프(30)의 이송 속도에 따라 폴리 실리콘의 결정화 조건을 다각도로 맞출 수 있게 된다.The low-temperature polysilicon crystallization device configured as described above has a temperature of the lower heater 20, a distance between the high power UV lamp 30 and the substrate 100, a vacuum state and a vacuum state inside the chamber 10, and a pepper according to crystallization conditions. The crystallization conditions of the polysilicon can be adjusted at various angles according to the feeding speed of the output ultraviolet lamp 30.
또한, 본 발명에서는 평판 디스플레이용으로 사용되는 폴리 실리콘의 결정화 공정에 사용되는 것으로 설명하였으나, 당업자라면 본 발명에 따르는 폴리 실리콘 장치를 이용하여 평판 디스플레이(TFT-LCD, OLED) 뿐만 아니라 CVD 장비나 일반 열처리 장비로도 활용할 수 있다는 사실을 쉽게 알 수 있다.In addition, although the present invention has been described as being used in the crystallization process of polysilicon used for flat panel display, those skilled in the art can use not only flat panel displays (TFT-LCD, OLED) but also CVD equipment or general by using the polysilicon device according to the present invention. It is easy to see that it can also be used as a heat treatment equipment.
이상에서 본 바와 같이 본 발명은 히터와 고출력 자외선 램프를 이용하여 기판을 예열시키면서 결정화 작업이 이루어지게 함으로써 다음과 같은 효과를 얻게 된다.As described above, the present invention obtains the following effects by performing a crystallization operation while preheating the substrate using a heater and a high power ultraviolet lamp.
1) 열과 자외선에 의해 동시에 결정화 공정이 이루어지기 때문에 결정화 조건을 쉽게 맞출 수 있을 뿐만 아니라 공정 시간을 줄일 수 있게 된다.1) The crystallization process is performed by heat and UV light at the same time, so that the crystallization conditions can be easily matched and the process time can be reduced.
2) 히터로 결정화 조건에 적합한 온도로 기판을 예열시킨 후 고출력 램프의 자외선 파장으로 결정화를 시켜 줌으로써 그래인의 크기를 증가시켜 전기 전도도를 높일 수 있으며, 결정화의 균일도를 얻을 수 있게 된다.2) Preheat the substrate to a temperature suitable for the crystallization conditions with a heater, and crystallize it with the ultraviolet wavelength of the high power lamp to increase the size of the grain to increase the electrical conductivity, and to obtain uniformity of crystallization.
3) 전체 결정화 공정에서 안정성과 유지 비용을 절감할 수 있게 된다.3) Stability and maintenance cost can be reduced in the whole crystallization process.
4) 하부 히터의 예열과 고출력 램프의 파장으로 아모포스 실리콘 박막을 폴리 실리콘 박막으로 결정화시켜 줌으로써 낮은 온도에서 결정화 공정이 이루어지게 되어 기판의 벌크 손상이나 굽힘을 방지할 수 있게 된다.4) Crystallization of the amorphous silicon thin film to polysilicon thin film by the preheating of the lower heater and the wavelength of the high power lamp allows the crystallization process to be performed at low temperature, thereby preventing bulk damage or bending of the substrate.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20011122 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20030926 Patent event code: PE09021S01D |
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20040127 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20030926 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |