KR100248120B1 - 레이저 어닐 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 어닐 장치에 관한 것으로, 프로세서 체임버의 체임버창의 손상을 방지하기 위하여, 체임버창과 레이저 어닐링이 되는 박막 사이에 버퍼창을 설치하는 것으로, 레이저를 통과시키는 체임버창과 외부틀을 이루는 체임버월로 밀폐된 내부공간을 형성하고, 상기 내부공간에 레이저 어닐링을 위한 기판을 인입하여 상기 기판에 레이저 어닐링을 진행하는 프로세서 체임버를 구비하는 레이저 어닐링 장치에 있어서, 상기 체임버창과 기판 사이에 위치하는 버퍼창을 구비하는 것을 특징으로 하고 있으며, 박막에서 야기되는 오염물질이 체임버창에 도달하는 것을 막음으로써, 체임버창의 손상을 방지하기 위한 목적을 가지고 있다.

Description

레이저 어닐 장치
본 발명은 레이저 어닐 장치에 관한 것으로 특히, 프로세서 체임버(process chamber, 이하 체임버라 함)의 체임버창(chamber window)과 레이저 어닐링이 되는 박막 사이에 버퍼창(buffer window)을 설치하여 체임버창의 손상을 막을 수 있는 레이저 어닐 장치에 관한 것이다.
레이저 어닐링 기술은 저내열성 유리 기판 상에서도 저온으로 형성한 비정질 실리콘 박막을 레이저 어닐함으로써, 고이동도의 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있다는 것이 명확해짐으로써, 주목받고 있다. 레이저 어닐링 기술의 일반적인 예를 설명하면, 약 300℃에서 유리기판 상에 비정질 실리콘 박막을 형성한 후, 약 450℃에서 열 어닐링을하여 비정질 실리콘 박막에서의 수소를 방출시킨 다음, 레이저빔을 실온에서 초고속 주사한다. 레이저 어닐 장치는 액정표시장치의 제조공정 중의 하나인 레이저 어닐 공정에 사용되는 장비로, 레이저를 이용하여 임의의 박막을 결정화하거나 활성화하기 위해서 사용된다.
제1도는 종래의 레이저 어닐 장비에서 체임버의 개략도를 나타낸 것이다.
체임버의 외부틀을 이루는 체임버월(chamber wall)(11)이 내부공간을 형성하고 있고, 내부공간에는 레이저 어닐링이 실시되는 기판(20)을 지지하기 위한 기판 지지대(18)가 위치하고 있다. 도면에는 체임버월(11)의 상단과 하단만을 보여 주고 있다. 체임버월(11)의 상단은 임의의 지점에서 소정의 크기로 내부공간이 개방되어 있고, 석영으로 형성된 체임버창(13)이 이 부분을 막음으로써, 내부공간을 밀폐시키고 있다.
체임버월(11)과 체임버창(13)으로 밀폐된 내부공간은 보통 진공상태로 유지되는데, 체임버창(13)은 이 진공을 견뎌내기 위하여 약 2cm이상의 두께로 형성된다. 체임버창은 언급한 바와 같이, 석영으로 제조되는 고가의 물품이고, 그 값은 두께에 따라 비례한다.
상기 레이저 어닐 장치의 체임버를 이용한 비정질 실리콘 박막의 레이저 어닐링 기술을 제1도와 제2도를 참조하여 간단히 설명하면 다음과 같다.
제2도는 레이저가 조사되어야 할 비정질 실리콘 패턴이 형성된 기판을 나타낸 것이다. 기판(20)에 비정질 실리콘 패턴 (21-1), (21-2), (21-3)이 소정의 형상으로 형성되어 있다. 패턴 (21-1)은 기판의 중앙부에 위치하고, 패턴 (21-2), (21-3)은 패턴 (21-1)의 좌측부와 상부에 각각 형성되어 있다. 상기와 같은 기판에서 비정질 실리콘 패턴 (21-2)와 패턴 (21-3)만을 레이저 조사하여 다결정 실리콘으로 결정화하고자 한다. 레이저 어닐링을 하기 위해서는 레이저 어닐 장치의 체임버 내부공간에 비정질 실리콘 박막이 형성된 기판(20)을 지지대(18)에 지지한 후, 체임버의 외부에서 초점이 맞추어진 레이저빔을 체임버창(13)을 통과하여 비정질 실리콘 박막에 조사한다. 이 과정에서 비정질 실리콘 패턴 (21-2)과 (21-3)을 결정화하기 위해서는 먼저 각 패턴의 크기에 맞는 레이저 빔의 직경 크기를 결정해야 한다. 따라서 비정질 실리콘 패턴(21-2)의 크기에 맞는 직경을 가지는 레이저 빔을 사용하여 비정질 실리콘 패턴(21-2)를 따라 레이저를 조사한다. 이후, 비정질 실리콘 패턴(21-3)의 크기에 맞는 직경을 가지는 레이저 빔을 사용하여 비정질 실리콘 패턴(21-3)을 따라 레이저를 조사한다. 즉, 레이저를 체임버월(11)을 통해서 체임버의 내부공간의 지지대(18) 위에 놓인 기판의 박막 상부에 상술한 바와 같이 레이저 조사를 실시하여 비정질 실리콘 박막을 결정화 또는 활성화등의 공정을 진행한다.
이때, 레이저 에너지 밀도가 박막의 두께에 비하여 과도하게 크게 되면 박막의 성분 중 일부는 기화되된다. 또한 이때, 박막 표면에 위치하는 기화점이 낮은 오염물질로 기화된다. 이렇게 기화된 박막의 일부 성분이나 오염 물질들은 체임버창(13)의 하단에 증착되어 체임버창(13)을 오염시키거나 손상시킨다. 체임버창(13)의 오염 혹은 손상은 체임버창(13)을 통과하는 레이저를 오염시킴으로써, 레이저 어닐공정의 생산 수율을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 따라서 오염물질이 증착된 체임버창(13)을 폴리싱 작업 등을 통하여 하단을 클리닝하거나, 고가의 새 체임버창으로 교체하여야 한다.
또한, 종래의 레이저 어닐 장치에서는 레이저가 체임버창을 통하여 그대로 박막에 조사되기 때문에 소정의 패턴대로 레이저를 조사하는 것이 불가능하다. 따라서 레이저 빔의 직경을 바꾸거나, 레이저빔의 위치를 변화시켜 여러번 실시하기 때문에 공정이 길어지고 복잡해져서 생산수율이 떨어지게 된다.
본 발명은 체임버창과 레이저가 조사되는 박막 사이에 완충 창을 설치하여 오염물질이 체임버창에 도달하는 것을 막음으로써, 체임버창의 손상을 방지하기 위한 목적을 가지고 있다.
또한, 본 발명은 버퍼창을 소정의 형상으로 형성함으로써, 그에 따른 레이저 빔패턴을 형성할 수 있는 레이저 어닐 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 레이저를 통과시키는 체임버창과 외부틀을 이루는 체임버월로 밀폐된 내부공간을 형성하고, 상기 내부공간에 레이저 어닐링을 위한 기판을 인입하여 상기 기판에 레이저 어닐링을 진행하는 프로세서 체임버를 구비하는 레이저 어닐링 장치에 있어서, 상기 체임버창과 기판 사이에 위치하는 버퍼창을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이때, 버퍼창을 소정의 패턴으로 형성하면, 버퍼창을 통과하는 레이저 범의 패턴도 소정의 형상을 가지게 된다.
제1도는 종래의 레이저 어닐 장치의 개략도.
제2도는 레이저 어닐링이 되어야 할 기판의 일 예를 나타낸 도면.
제3도는 본 발명에 따른 레이저 어닐 장치의 개략도.
제4도는 본 발명에 따른 레이저 어닐 장치에서 버퍼창의 패턴의 일 예를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 체임버월 33 : 체임버창
34 : 버퍼창 35 : 버퍼창 지지부
38 : 기판 지지대
제3도는 본 발명에 따른 레이저 어닐링 장치에서 체임버의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
체임버의 외부틀을 이루는 체임버 월(wall)(31)이 내부공간을 형성하고 있고, 내부공간에는 레이저 어닐링이 실시되는 기판(20)을 지지하기 위한 지지대(38)가 위치하고 있다. 도면에는 체임버월(31)의 상단과 하단만을 보여 주고 있다. 체임버월( 31)의 상단은 임의의 지점에서 소정의 크기로 내부공간이 개방되어 있고, 석영으로 형성된 체임버창(33)이 이 부분을 막음으로써, 내부공간을 밀폐시키고 있다. 체임버월(3 1)과 체임버창(33)으로 밀폐된 내부공간은 보통 진공상태로 유지되는데, 체임버창(3 3)은 이 진공을 견뎌내기 위하여 약 2cm이상의 두께로 형성된다.
설명된 부분까지는 종래의 장치와 같다. 그러나 본 발명에서는 체임버창(33)과 기판 지지대(38)에 지지될 기판(20)의 박막(21) 사이에 석영으로 형성된 버퍼창(34)을 추가로 설치하였다. 버퍼창(34)은 별도의 버퍼창 지지부(35)에 연결되어 지지되어 있다. 버퍼창(35)은 체임버창(33)과 박막의 사이를 막아줌으로써, 박막에서 증발되는 이물질이 체임버창(33)에 도달하지 못하도록 한다. 버퍼창(34)은 상부공간과 하부공간이 진공으로 되어 있기 때눈에, 체임버창(33)과는 달리, 비교적 얇게 형성해도 무방하다. 버퍼창(34)은 레이저의 효율적인 이용을 위하여 윗면에 무반사 코팅막을 형성하는 것이 유리하다. 언급한 바와 같이, 버퍼창은 비교적 얇게 형성되기 때문에 두께가 2cm이상이 되는 체임버창(33)에 비하여 생산 가격이 훨씬 낮다. 따라서, 버퍼창(34)이 오염되어 새 버퍼창으로 교체하는 것이, 종래의 경우보다 비용면에서 유리하다. 상기 레이저 어닐 장치의 체임버를 이용한 비정질 실리콘 박막의 레이저 어닐링 기술을 제2도, 제3도와 제4도를 참조하여 간단히 설명하면 다음과 같다.
제2도는 비정질 실리콘 패턴 (21-1), (21-2), (21-3)이 나란히 형성되어 있는 기판(20)을 보여주고 있다. 비정질 실리콘 패턴은 앞에서 언급한 바와 같으므로 이의 설명은 생략한다.
제4도는 제2도에 보인 비정질 실리콘 패턴에 레이저를 조사하기 위한 버퍼창의 패턴을 나타낸 도면이다. 버퍼창에는 비정질 실리콘 패턴 (21-2)와 (21-3)과 대응되는 부분을 제외한 나머지에 레이저 차단용 코팅막이 코팅되어 있다. 따라서 레이저는 레이저 차단용 코팅막이 있는 부분은 통과하지 못하고, 코팅막이 없는 부분만을 통과한다. 버퍼창에서 빗금친 부분이 레이저 차단용 코팅막이 코팅되어 있는 부분을 나타낸다.
레이저 어닐링을 하기 위해서는 상기와 같은 레이저 어닐 장치의 체임버 내부공간에 박막이 형성된 기판(20)을 지지대(38)에 지지한 후, 체임버의 외부에서 초점이 맞추어진 레이저빔을 체임버창(33)을 통과하여 비정질 실리콘 박막에 조사한다. 이 과정에서, 레이저 어닐 장치의 체임버 외부에서 포커스(focus)가 맞추어진 레이저는 체임버창(33)을 통과하고, 다시 버퍼창(33)을 통과하여 박막에 도달하게 된다. 즉, 레이저가 체임버창(33)과 버퍼창(34)을 통과하여 지지대(38) 위에 놓인 기판의 박막에 조사되어 박막을 결정화 또는 활성화 등의 공정을 실시한다.
이때, 레이저 에너지 밀도가 박막의 두께에 비하여 과도하게 크게 되면 박막의 성분 중 일부는 기화된다. 또한, 박막 표면의 기화점이 낮은 오염물질 도 기화된다. 이렇게 기화된 박막의 일부 성분이나 오염 물질들은 버퍼창의 하단에 증착된다. 따라서 오염물질이 체임버창에 도달하는 것은 불가능하다. 이는 버퍼창이 오염물질이 체임버창에 도달하는 것을 막는 위치에 있기 때문이다. 공정중에 버퍼창이 손상되어 더 이상 사용할 수 없는 경우, 새것과 교체하면 된다. 버퍼창은 비교적 얇기 때문에, 경제적으로 부담이 적다.
본 발명에서는 체임버창을 통하여 들어온 레이저는 버퍼창을 거쳐 패터닝되어 박막에 도달하게 된다. 이때, 레이저는 버퍼창에서 레이저 차단용 코팅막이 코팅되어 있지 않은 부분만을 통과하므로, 보조창 전면에 레이저를 한 번에 조사한다 하더라도 코팅막이 코팅되어 있지 않은 부분만을 통과하여 그 하단에 비정질 실리콘 패턴 (21-2) (21-3)만을 조사하게 된다. 따라서 종래의 기술에 보인 바와 같이, 레이저 빔의 직경을 조사되어야 할 박막의 패턴에 맞추거나 레이저 조사를 여러번 실시할 필요가 없다. 즉, 레이저 차단용 코팅막을 레이저 조사되어야 할 박막의 패턴에 따라 소정의 형상대로 코팅하고 이것을 이용한다면, 보조창 전면을 조사할 수 있는 직경을 가지는 레이저 빔을 사용하여 보조창을 따라 한 번만 레이저를 스캐닝하면 된다. 따라서 버퍼창을 레이저 조사용 마스크로 사용할 수 있는 것이다.
상술한 본 발명에서는 소정의 패턴에만 레이저를 조사하는 경우만 예를 들어 설명했지만, 레이저 차단용 코팅막을 소정의 형상대로 코팅한다면, 원하는 부분만을 혹은, 원하는 정도로 레이저를 조사할 수 있다.
본 발명은 버퍼창을 추가로 설치함으로써, 체임버창의 손상을 막을 수 있고, 버퍼창에 소정 형상대로 레이저 차단용 코팅막을 코팅함으로써, 소정의 형상대로 패터닝된 레이저를 기판에 조사할 수 있다.

Claims (3)

  1. 레이저를 통과시키는 체임버창과 외부틀을 이루는 체임버월로 밀폐된 내부공간을 형성하고, 상기 내부공간에 레이저 어닐링을 위한 기판을 인입하여 상기 기판에 레이저 어닐링을 진행하는 프로세서 체임버를 구비하는 레이저 어닐링 장치에 있어서, 상기 체임버창과 기판 사이에 위치하는 버퍼창을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 버퍼창은 상단에 무반사 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 버퍼창은 레이저 차단용 코팅막이 소정의 패턴으로 코팅되어 있는 것이 특징인 레이저 어닐링 장치.
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