KR100430231B1 - 레이저어닐장비 - Google Patents

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KR100430231B1
KR100430231B1 KR10-1998-0041610A KR19980041610A KR100430231B1 KR 100430231 B1 KR100430231 B1 KR 100430231B1 KR 19980041610 A KR19980041610 A KR 19980041610A KR 100430231 B1 KR100430231 B1 KR 100430231B1
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Abstract

본 발명은 레이저 어닐 장비에 관한 것으로, 광학계를 두개 이상 설치하고, 각각의 광학계에서 공급되는 레이저빔을 길게 중첩시켜 긴 너비를 가지는 레이저빔을 사용하기 위하여, 레이저빔을 발생시키고 공급하는 레이저 발진장치와, 상기 레이저 발진장치에서 나온 레이저빔을 다수 개로 분리하는 다수 개의 빔 스플리트와, 상기 다수 개로 분리된 레이저빔을 시편에 직접 사용할 수 있도록 에너지와 프로파일을 시편조사용으로 각각 가공하되, 가공된 각각의 레이빔을 길이방향으로 배열되게 하도록 구성되는 다수 개의 광학계와, 상기 가공된 각각의 레이저빔을 시편에 직접 사용하는 작업을 진행하는 레이저 어닐 체임버를 구비하며, 다수 개의 광학계를 구비하여 다수 개의 레이저빔을 형성하여 동시에 사용하는 것이 가능하며, 대면적 기판에 레이저 스캐닝하는 작업을 단시간에 진행할 수 있어서, 공정시간을 단축시킬 수 있다.

Description

레이저 어닐 장비
본 발명은 레이저 어닐 장비에 관한 것으로 특히, 다수개의 레이저빔을 형성할수 있도록 다수개의 광학계를 구비하는 레이저 어닐 장비에 관한 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 레이저 어닐 장비의 개략적인 구성도이다.
레이저 어닐 장비는 레이저빔을 발생시키고 공급하는 레이저 발진장치(11)와, 레이저 발진장치(11)에서 나온 레이저빔을 시편에 직접 사용할 수 있도록 레이저빔의 에너지와 레이저빔의 프로파일을 가공하는 광학계(15)와 광학계(15)에 의하여 가공된 레이저빔을 시편에 직접 사용하는 등의 작업을 진행하는 레이저 어닐 체임버(도면 미표시)를 구비한다.
상기와 같이 구성되는 레이저 어닐 장비의 작동을 설명하면 다음과 같다. 후술되는 레이저 어닐 장비의 작업은 비정질 실리콘 박막에 레이저빔을 조사하는 작업을 예로 든 것이다.
우선, 레이저 발진장치(11)에서 레이저를 발생시킨 후 초기 레이저빔(10)(이하, 레이저 발진장치에서 나온 패터닝되지 않은 레이저빔을 '초기 레이저빔'이라 함)을 형성하여 초기 레이저빔을 광학계(15)로 보낸다. 이 후, 광학계(15)에서 초기 레이저빔을 소정 크기의 에너지와 소정 형상의 프로파일을 가지는 시편조사용 레이저빔(100)으로 가공한다. 그 다음, 광학계(15)에서 가공된 레이저빔을 레이저 어닐 체임버에 위치하는 시편(18), 예를 들어 비정질 실리콘 박막에 조사한다. 이 때, 레이저빔은 소정의 반복률로 비정질 실리콘 박막을 조사하고, 비정질 실리콘 박막은 연속적인 일 방향 이동을 한다. 따라서, 비정질 실리콘 박막 전체를 레이저빔이 스캐닝하는 작업이 이루어진다. 레이저빔이 스캐닝하는 비정질 실리콘 부분은 결정화가 일어나서 결정질 실리콘 박막이 된다.
미설명 도면 부호 (12)는 레이저빔의 경로를 설정해주는 미러를 나타내고, (19)는 상부에 비정질 실리콘 박막이 형성되어 있는 기판을 나타낸다.
대면적 비정질 실리콘 박막을 스캐닝하는 작업을 위하여 종래의 레이저 어닐장비에서는 레이저빔의 형상을 라인형상으로 마련한다. 종래의 레이저 어닐장비에서 구성하는 라인 형상의 레이저빔의 프로파일은 도 2에 보인 바와 같다. 도 2는 종래의 레이저 어닐 장비에서 구성하는 라인 형상의 레이저빔 프로파일을 평면과 단면으로 나타낸 것이다.
그러나 종래의 레이저 어닐 장비는 하나의 광학계를 사용하기 때문에 장비에 따라 레이저빔의 길이를 크게 하는데 한계가 있다. 따라서 레이저 어닐 장비에 따라서는 대면적 기판에 레이저빔을 스캐닝하기 위하여 한 번의 스캐닝으로 기판 전면을 조사할 수 없어서, 레이저 스캐닝을 소정의 목적대로 진행하는 것이 어려운 문제가 생긴다.
본 발명은 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위한 레이저 어닐 장비를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 광학계를 두 개 이상 설치하고, 각각의 광학계에서 공급되는 레이저빔을 길게 중첩시켜 긴 너비를 가지는 레이저빔을 가공할 수 있는 레이저 어닐 장비를 제공하고자 한다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 레이저빔을 발생시키고 공급하는 레이저 발진장치와, 상기 레이저 발진장치에서 나온 레이저빔을 적어도 하나 이상으로 분리하는 적어도 하나 이상의 빔 스플리트와, 상기 적어도 하나 이상으로 분리된 레이저빔을 시편에 직접 사용할 수 있도록 에너지와 프로파일을 시편조사용으로 각각 가공하되, 가공된 각각의 레이저 빔을 길이방향으로 배열되게 하도록 구성되는 다수개의 광학계와, 상기 가공된 각각의 레이저빔을 시편에 직접 사용하는 작업을 진행하는 레이저 어닐 체임버를 구비하는 레이저 어닐 장비이다.
도 1은 종래의 기술에 의한 레이어 어닐 장비의 개략도
도 2는 종래의 기술에 의하여 가공된 레이저빔의 프로파일
도 3는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 레이어 어닐 장비의 개략도
도 4는 본 발명에 의하여 가공된 두 레이저빔을 중첩한 경우의 빔 프로파일
도 5는 본 발명에 의한 레이저빔 스캐닝 공정을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명에 따른 레이저빔 중첩방법의 제 1 예
도 7은 본 발명에 따른 레이저빔 중첩방법의 제 2 예
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이어 어닐 장비의 개략도
이하, 하기 실시 예와 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 3는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저 어닐 장비의 개략적인 구성 도를 나타낸 것이다. 레이저 어닐 장비의 전체 구성은 레이저발진계, 광학계 및 어닐공정계로 크게 세부분으로 분류할 수 있다. 종래의 기술에 의한 레이저 어닐 장비의 구성과 유사하지만, 본 발명에 따른 레이저 어닐 장비에서는 레이저빔을 2개 이상으로 분리하고 광학계를 2개 이상으로 설치하여 2개 이상의 레이저빔을 가공하는 특징을 가지고 있다.
본 발명에 따른 레이저 어닐 장비는 도면에 보인 바와 같이, 레이저빔을 발생시키고 공급하는 레이저 발진장치(41)와, 레이저 발진장치(41)에서 나온 레이저빔을 레이저빔I과 레이저빔II로 분리하는 빔 스플리트(43)와, 레이저빔I 및 레이저빔II를 시편에 직접 사용할 수 있도록 레이저빔의 에너지와 레이저빔의 프로파일을 각각 가공하되, 가공된 각각의 레이저 빔을 길이방향으로 길게 중첩할 수 있도록 위치하는 광학계I(45-1) 및 광학계II(45-2)와, 광학계I(45-1) 및 광학계II(45-2)에 의하여 가공된 각각의 레이저빔을 시편에 직접 사용하는 등의 작업을 진행하는 레이저 어닐 체임버(도면미표시)를 구비한다. 본 발명에 따른 레이저 어닐 장비의 특징은 레이저빔을 분리하는 빔 스플리트(43)를 구비하고, 빔 스플리트(43)에 의하여 분리된 각 레이저빔을 라인형상으로 가공하되, 가공된 각각의 레이저빔을 길이방향으로 중첩하여 하나의 긴 라인 형상의 레이저빔(400)을 마련할 수 있도록 광학계를 구성하는 것이 특징이다.
상기와 같이 구성되는 레이저 어닐 장비의 작동을 설명하면 다음과 같다. 후술되는 레이저 어닐 장비의 작업은 비정질 실리콘 박막에 레이저빔을 조사하는 작업을 예로 든 것이다.
우선, 레이저 발진장치(41)에서 레이저를 발생시켜 초기 레이저빔(40)을 형성한 다음, 이 초기 레이저빔(40)을 빔 스플리트(43)를 통과시켜 레이저빔I(40-1)과 레이저빔II(40-2)로 분리한다. 빔 스플리트(43)는 입사되는 초기 레이저빔(40)을 일정비율로 투과 및 반사함으로써, 초기 레이저빔을 분리하는 장치이다. 도면에는 빔 스플리트(43)에 반사되는 레이저빔I(40-1)과 빔 스플리트(43)를 투과하는 레이저빔II(40-2)를 볼 수 있다. 이 때, 투과율과 반사율을 같게 하는 빔 스플리트(43)를 사용하여 레이저빔I(40-1)의 물리량과 레이저빔II(40-2)의 물리량을 같게 한다. 그 다음, 레이저빔I을 광학계I(45-1)으로 보내어서 광학계I(45-1)에서 소정의 에너지와 라인형상의 프로파일을 가지도록 시편조사용 레이저빔I(400-1)으로 가공한다. 같은 방법으로 레이저빔II(40-2)를 광학계II(45-2)로 보내어 시편조사용 레이저빔I(400-1)과 동일한 시편조사용 레이저빔II(400-2)로 가공한다. 이 때, 가공된 시편조사용 레이저빔I(400-1)과 시편조사용 레이저빔II(400-2)의 레이저 에너지와 빔 프로파일이 동일하게 형성할 수 있도록 광학계I(454-1)과 광학계II(45-2)를 트윈(twin)구성한다. 그 다음, 광학계I(45-1)과 광학계II(45-2)에서 가공된 시편조사용 레이저빔I(400-1)과 레이저빔II(400-2)를 사용하여 레이저어닐 체임버에 위치하는 비정질 실리콘 박막(48)에 조사한다.
이 때, 시편조사용 레이저빔I과 시편조사용 레이저빔II를 라인형상으로 가공하되, 길이방향으로 중첩하여 하나의 긴 라인 형상의 레이저빔(400)을 마련할 수 있도록 광학계I(45-1)과 광학계II(45-2)를 구성한다.
도 4는 가공된 레이저빔I과 레이저빔II를 적절하게 중첩하여 형성된 하나의 긴 라인형상의 프로파일을 나타낸 것이다. 두 개의 레이저빔을 중첩하는 경우에는 도 4에 보인 바와 같이 중첩되는 부분이 다른 부분과 동일한 에너지를 가지도록 중첩시키는 것이 중요하다. 소정의 반복률로 레이저빔을 비정질 실리콘 박막에 조사하게 되고, 비정질 실리콘 박막은 연속적인 일 방향 이동을 한다. 따라서, 비정질 실리콘 박막 전체를 레이저빔이 스캐닝하는 작업이 이루어진다. 언급한 바와 같이, 대면적 비정질 실리콘 박막을 스캐닝하는 작업을 위하여 본 발명에 따른 레이저 어닐장비는 라인형상의 레이저빔I과 레이저빔II는 길이방향으로 중첩하여 도 4에 보인 바와 같이 하나의 긴 라인형상의 프로파일을 마련하여 도 5에 보인 바와 같이 한 번의 스캐닝 작업으로 대면적 기판 전체를 조사한다. 미설명 도면부호 (48-1)는 레이저 결정화가 진행된 다결정 실리콘 박막 부분을 나타낸고, (48-2)는 아직 레이저 결정화가 진행되지 않은 비정질 실리콘 부분을 나타낸다.
레이저빔이 중첩된 부분은 도 4에서 'A'로 표시하였는데, 이 부분에 대한 확대된 프로파일은 도 6과 도 7에 보인 바와 같다.
도 6은 레이저빔 중첩방법의 제 1 예를 나타낸 것이다.
레이저빔I(실선으로 표시)와 레이저빔II(점선으로 표시)는 각각 동일한 에너지와 프로파일을 가진다. 각각의 레이저빔을 제 1 크기의 에너지를 가지는 라인형상으로 구성한 경우이다. 레이저빔이 중첩되는 부분은 에너지가 중첩된 만큼 보강된다. 따라서, 중첩됨으로써, 에너지가 보강된 부분이 다른 부분과 동일한 에너지를 가질 수 있도록 중첩하는 것이 중요하다. 이 경우에는 프로파일의 에지부분을 중첩하되, 중첩된 부분이 보강하여 중첩되지 않은 다른 부분과 같은 제 1 크기의 에너지를 가질 수 있도록 레이저빔I와 레이저빔II를 중첩한다.
도 7은 레이저빔 중첩방법의 제 2 예를 나타낸 것이다.
레이저빔I(실선으로 표시)과 레이저빔II(점선으로 표시)는 각각 동일한 에너지와 프로파일을 가진다. 각각의 레이저빔을 제 1 크기의 에너지를 가지는 라인형상으로 구성하되, 에지부분의 에너지를 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 가지도록 계단형으로 감소시킨 경우이다. 이 경우에는 프로파일의 에지부분을 중첩하되, 중첩된 부분이 보강하여 중첩되지 않은 다른 부분과 같은 제 1 크기의 에너지를 가질 수 있도록 레이저빔I과 레이저빔II를 중첩한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 레이저 어닐 장비의 개략적인 구성 도를 나타낸 것이다. 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에서는 두 레이저빔을 중첩시켜 하나의 긴 레이저빔을 형성하여 대면적 기판을 스캐닝하는 경우를 예를 든 것이다. 이에 반해 후술되는 본 발명의 제 2 실시 예는 두 레이저빔을 중첩시키지 않고 그 대로 기판에 조사하는 경우이다. 레이저 발진장치(41)에서 레이저를 발생시키고, 초기 레이저빔(40)을 형성한 후, 빔 스플리트(43)를 통과시켜 두 개의 레이저빔I(40-1)과 레이저빔II(40-2)로 분리한 후, 광학계I(45-1)과 광학계II(45-2)에 의하여 분리된 레이저빔들을 시편조사요 가공하는 방법에 대한 설명한 본 발명의 제 1 실시 예와 동일하므로 이에 대한 서술은 생략한다. 광학계I(45-1)와 광학계II(45-2)에 의하여 가공된 각각의 레이저빔I와 레이저빔II는 기판에 대하여 나란히 위치하여 기판에 대한 스캐닝작업을 동시에 진행한다. 이 경우는 기판 전체를 스캐닝하는 대신에 선택적인 부분만을 스캐닝하는 경우에 그 위치에 맞추어서 그 부분만을 스캐닝하는 경우에 사용되므로 공정시간을 더욱 단축시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예들에서는 하나의 빔 스플리트를 사용하여 레이저빔을 둘로 분리하고, 두 개의 광학계를 사용하여 두 개의 시편조사용 레이저빔으로 가공한 경우의 레이저 어닐 장치를 예로 들었지만, 다수개의 빔 스플리트를 사용하여 레이저빔을 다수 개로 분리하고, 다수 개의 광학계를 사용하여 다수 개의 시편조사용 레이저빔으로 가공하여 본 발명을 적용할 수 있다. 이 때, 다수개의 레이저빔을 중첩하여 하나 이상의 긴 레이저빔을 구성할 수 있도록 다수개의 광학계를 구성한다.
본 발명은 제시된 실시 예 뿐만이 아니라, 첨부된 특허청구범위 및 언급한 상술부분을 통하여 다양한 실시 예로 구현될 수 있으며, 동업자에 의하여 다양한 방식으로 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 어닐 장비는 다수 개의 광학계를 구비하여 다수 개의 레이저빔을 형성하여 동시에 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 대면적 기판에 레이저 스캐닝하는 작업을 단시간에 진행할 수 있어서, 공정시간을 단축시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 레이저빔을 발생시키고 공급하는 레이저 발진장치와,
    상기 레이저 발진장치에서 나온 레이저빔을 적어도 하나 이상으로 분리하는 적어도 하나 이상의 빔 스플리트와,
    상기 적어도 하나 이상으로 분리된 레이저빔을 시편에 직접 사용할 수 있도록 에너지와 프로파일을 시편조사용으로 각각 가공하되, 가공된 각각의 레이빔을 길이방향으로 배열되게 하도록 구성되는 다수개의 광학계와,
    상기 가공된 각각의 레이저빔을 시편에 직접 사용하는 작업을 진행하는 레이저 어닐 체임버를 구비하는 레이저 어닐 장비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시편조사용으로 각각 가공된 레이저빔을 길이방향으로 중첩할 수 있도록 상기 광학계들은 구성하는 레이저 어닐 장비.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 시편조사용으로 각각 가공된 레이저빔을 길이방향으로 소정의 간격을 두고 배열될 수 있도록 상기 광학계들을 구성하는 레이저 어닐 장비.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔 스플리트는 투과율과 반사율이 같아서 상기 레이저 발진장치에서 나온 레이저빔을 동일한 두 레이저빔으로 분리하는 레이저 어닐 장비.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 시편조사용 레이저빔을 에지부분이 에너지밀도 경사영역인 라인형상의 프로파일을 가지도록 상기 광학계들을 구성하는 레이저 어닐 장비.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 시편조사용 레이저빔을 에지부분이 에너지가 계단형으로 감소된 라인형상의 프로파일을 가지도록 상기 광학계들을 구성하는 레이저 어닐 장비.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 시편조사용 레이저빔들의 에지부분을 중첩하되, 중첩된 부분의 보강된 에너지의 크기가 중첩되지 않은 부분의 에너지 크기와 같도록 상기 광학계들을 구성하는 레이저 어닐 장비.
  8. 레이저빔을 발진하는 단계;
    상기 발진된 레이저빔을 적어도 하나이상의 레이저빔으로 분리하는 단계;
    상기 분리된 적어도 하나 이상의 레이저빔을 시편에 조사할 수 있도록 시편조사용으로 가공하고 가공된 각각의 레이저빔을 길이방향으로 배열하는 단계;
    상기 길이방향으로 배열된 레이저빔을 시편에 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 레이저빔을 하나 이상의 레이저빔으로 분리하는 단계는 소정량의 레이저빔을 투과시키고 나머지 레이저빔은 반사시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 레이저빔을 시편조사용으로 가공하는 단계는 상기 레지빔의 에지부분의 에너지 밀도가 경사진 라인 형상의 프로파일이 되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 레이저빔을 시편조사용으로 가공하는 단계는 상기 레이저빔의 에지부분의 에너지 밀도가 계단형으로 감소된 프로파일이 되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 레이저빔을 길이방향으로 배열하는 단계는 상기 분리된 레이저빔의 에지부분에서 서로 중첩되도록 하는 단게를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 중첩됨으로 형성된 레이저 에너지 강도는 중첩되지 않는 부분의 레이저 에너지 강도와 동일한 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
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