KR101089625B1 - 탈산소 모듈을 가지는 레이저 열처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 레이저 열처리장치는, 석영창(20)과 기판(30) 사이에 설치되며, 측면에는 토출슬릿(71)이 형성되며 밑면에는 레이저빔(41)이 통과하도록 빔조사 슬릿(81)이 형성되는 비활성 기체 챔버(80); 비활성 기체 챔버(80)의 외부에 설치되며 측벽에는 길이방향으로 길게 입사슬릿(61)이 형성되는 실린더(60); 실린더(60)에 삽입되며 외부로부터 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급관(50); 실린더(60)와 비활성 기체 챔버(80) 사이에 설치되며 한쪽단은 토출슬릿(71)에 연결되고 다른 한쪽단은 입사슬릿(61)에 연결되는 굴곡진 완충유로(72)를 가지는 완충수단(70); 을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 레이저빔이 조사되는 기판 부위에 비활성 기체(예:N2)가 균일한 유량과 압력으로 분사되므로, 산소 뿐만 아니라 원하지 않는 파티클이 그 부위에서 밀려나가게 되어 신뢰성 있는 열처리 공정이 이루어지게 된다.

레이저 열처리, 산소, 비활성기체, 완충유로, 버퍼, 다중관

Description

탈산소 모듈을 가지는 레이저 열처리장치 {Laser annealing apparatus having oxygen partial degassing module}

본 발명은 레이저 열처리장치에 관한 것으로서, 특히 레이저를 통하여 결정화 열처리를 행하는 과정에 기판이 산소에 노출되지 않도록 레이저가 조사되는 부위에 비활성 기체를 불어넣어 그 부위에 산소를 없애는 탈산소 모듈(oxygen partial degassing module, OPDM)을 가지는 레이저 열처리 장치에 관한 것이다.

액정디스플레이나 태양광소자 등을 제조함에 있어 비정질 다결정 실리콘을 결정화시키는 열처리가 대부분 수반된다. 이 때 융점이 낮은 유리기판을 사용할 경우 레이저를 이용하여 결정화시키는 것이 유리한데, 이 때 대기 중의 산소가 실리콘과 결합하여 실리콘 산화물이 형성되는 문제가 발생할 수 있다.

도 1은 종래의 레이저 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 반응챔버(10)의 상면에는 석영창(20)이 설치되며 석영창(20)의 위쪽에는 레이저 조사수단(40)이 설치된다. 레이저 조사수단(40)에서 출력되는 레이저(41)는 석영창(20)을 통과하여 반응챔버(10) 내의 기판(30)에 조사된다.

도 2는 도 1의 레이저빔(41)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)는 기판을 위에서 내려다 본 상태를 나타낸 도면이며, 도 2의 (b)는 기판의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저빔(41)은 라인형태로 조사되며 따라서 커튼 형태를 하게 된다. 기판(30)은 레이저빔(41)의 면에 대해서 수직 또는 약간 기울어진 방향으로 수평이동하여 기판(30)의 전면에 레이저빔(41)의 조사가 이루어진다. 이 때 레이저빔(41)이 조사되는 부위(A)가 산소분위기에 노출되면 기판(30)의 표면에 증착되어 있는 다결정실리콘이 결정화되는 과정에서 결정질 실리콘이 형성되는 것이 아니라 산소와 결합하여 실리콘 산화물이 형성되어 문제이다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 레이저를 통하여 결정화 열처리를 행하는 과정에 기판이 산소에 노출되지 않도록 레이저가 조사되는 부위에 비활성 기체를 불어넣어 그 부위에 산소를 없애는 레이저 열처리장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 열처리장치는, 기판이 내부에 장착되며 윗면에 석영창이 설치되는 반응챔버; 상기 석영창의 위쪽에 위치하 도록 상기 반응챔버의 외부에 설치되며 상기 기판에 레이저빔을 조사하는 레이저 조사수단; 상기 석영창과 상기 기판 사이에 설치되며, 측면에는 토출슬릿이 형성되며 밑면에는 상기 레이저 조사수단에서 조사되는 레이저빔이 통과하도록 빔조사 슬릿이 형성되는 비활성 기체 챔버; 상기 비활성 기체 챔버의 외부에 설치되며 측벽에는 길이방향으로 길게 입사슬릿이 형성되는 실린더; 상기 실린더에 삽입되며 외부로부터 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급관; 상기 실린더와 상기 비활성 기체 챔버 사이에 설치되며 한쪽단은 상기 토출슬릿에 연결되고 다른 한쪽단은 상기 입사슬릿에 연결되는 굴곡진 완충유로를 가지는 완충수단; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 완충유로는 상기 토출슬릿에 연결되는 부위가 밑으로 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 비활성 기체 챔버는 상기 석영창이 그 윗면을 이루도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 비활성 기체 공급관은 외부로부터 비활성 기체가 공급되는 내관과 상기 내관을 둘러싸는 외관을 포함하는 이중관 이상의 다중관 구조를 하며, 상기 내관에는 길이방향으로 내측슬릿이 형성되고 상기 외관에는 상기 내측슬릿과는 어긋나게 위치하도록 길이방향으로 외측슬릿이 형성되는 것이 바람직하다. 특히 상기 내측슬릿과 상기 외측슬릿은 서로 반대쪽에 위치하도록 설치되며, 상기 외측슬릿이 상기 입사슬릿을 바라보도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 실린더의 입사슬릿에는 버퍼가 삽입 설치되며, 이 때 상기 버퍼는 빗살 이 상기 입사슬릿에 끼워지는 빗형태를 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 레이저빔이 조사되는 기판 부위에 비활성 기체(예:N2)가 균일한 유량과 압력으로 분사되므로, 산소 뿐만 아니라 원하지 않는 파티클이 그 부위에서 밀려나가게 되어 신뢰성 있는 열처리 공정이 이루어지게 된다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 열처리장치를 설명하기 위한 정면도이고, 도 4는 사시도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 석영창(20)과 기판(30) 사이에 비활성 기체 챔버(80)가 설치된다. 레이저빔(41)의 경로에 여러개의 창(window)이 존재하면 레이저빔(41)이 경로가 변할 수 있기 때문에 석영창(20)이 비활성 기체 챔버(80)의 윗면을 겸하도록 한다. 도 3에서 비활성 기체, 예컨대 질소가스의 경로를 일점쇄선의 화살표로 나타내었다.

비활성 기체 챔버(80)는 기판(30)과는 소정간격 이격되도록 설치되며 그 밑 면에는 라인형태의 레이저빔(41)이 통과하여 기판(30)에 도달할 수 있도록 라인형태의 빔조사 슬릿(81)이 형성된다.

비활성 기체 챔버(80)의 외부에는 빔조사 슬릿(81)과 나란하도록 실린더(60)가 설치되며, 실린더(60) 내부에는 비활성 기체 공급관(50)이 삽입된다. 비활성 기체 공급관(50)은 도 5에 도시된 바와 같이, 외관(51)과 내관(52)으로 이루어지는 이중관 구조로 이루어져 있다. 본 실시예에서는 이중관 구조를 택하였으나, 비활성 기체 공급관(50)을 3중관 이상으로 구성할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 비활성 기체 공급관(50)을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5의 (a)는 단면도, 도 5의 (b)는 사시도이다. 외부로부터 내관(52)으로 공급되는 비활성 기체 예컨대 N2 기체는 내관 슬릿(52a)을 통하여 이중벽 사이를 거치게 되고 이 후에 외관 슬릿(51a)을 통하여 실린더(60)로 분출된다. 비활성 기체가 실린더(60)에 완충적으로 채워지도록 내관 슬릿(52a)과 외관 슬릿(51a)은 서로 반대쪽에 위치하도록 설치된다. 실린더(60)에는 라인형태로 길게 입사슬릿(61)이 형성되며 비활성 기체 공급관(50)은 외관슬릿(51a)이 입사슬릿(61)을 바라보도록 설치된다.

입사슬릿(61)에는 도 6에 도시된 바와 같이 버퍼(65)가 끼워진다. 버퍼(65)는 빗 형태를 하며 빗살이 입사슬릿(61)에 끼워지도록 설치된다. 외관슬릿(51a)에서 분출되는 비활성 기체는 버퍼(65)의 빗살 사이의 틈으로 입사슬릿(61)으로 유입된다. 이렇게 버퍼(65)를 설치하는 하는 이유는 비활성 기체가 비활성 기체 챔버(80)에 완충적으로 공급되어 균일하게 비활성 기체 챔버(80)에 채워지도록 하기 위함이다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 실린더(60)와 비활성 기체 챔버(80)의 사이에는 굴곡진 완충유로(72)가 형성되는 완충수단(70)이 설치된다. 완충유로(72)의 한쪽단은 비활성 기체 챔버(80)의 측벽에 라인형태로 길게 형성된 토출 슬릿(71)에 연결되고 다른 한쪽단은 실린더(60)의 입사슬릿(61)에 연결된다.

토출슬릿(71)에 연결되는 완충유로(72)의 부위(B)는 밑으로 약간 경사지도록 한다. 이는 비활성 기체가 비활성 기체 챔버(80) 내에 약간 하향각도로 분사되어 비활성 기체 챔버(80) 내에서의 비활성 기체의 흐름이 균일하게 이루어지도록 함으로써 기판(30)에 블러(blur)가 발생하지 않도록 하기 위함이다.

토출슬릿(71)에서 비활성 기체 챔버(80)로 분사되는 비활성 기체가 난류흐름이 되지 않고 원만히 비활성 기체 챔버(80) 내에 채워지도록 비활성 기체 챔버(80)의 아래쪽 모서리는 참조부호 C로 표시한 바와 같이 오목한 곡면형태를 한며, 빔조사 슬릿(81) 부근은 볼록한 형태(참조부호 D)를 한다.

토출슬릿(71)을 통해서 비활성 기체 챔버(80)로 공급되는 비활성 기체는 빔조사슬릿(81)을 통하여 기판(30) 쪽으로 분출되어 레이저빔(41)이 조사되고 있는 부위의 산소를 외부로 밀어 몰아낸다. 이 때 비활성 기체가 기판(30)의 전면으로 잘 퍼지도록 기판(30)과 비활성 기체 챔버(80) 사이에는 플레이트(90)가 설치된다. 따라서 비활성 기체는 기판(30)과 플레이트(90) 사이의 틈으로 퍼져나가게 되며 산소의 영향이 최대한 방지된다.

그리고 플레이트(90)의 양단 부근 위에는 에어커튼수단(100a, 100b)이 설치 된다. 에어커튼수단(100a, 100b)은 비활성 기체를 기판(30) 쪽으로 분사시키되 약간 바깥쪽으로 분사시켜 외부로부터 기판(30)과 플레이트(90) 사이로 산소 등이 침범하지 못하도록 하는 역할을 하여, 비활성 기체가 균일하게 빠져나가도록 도와준다. 에어커튼수단(100a, 100b)은 분사되는 비활성 기체가 임의의 각도를 형성할 수 있도록 기울기 조정이 가능하며, 기판(30)의 진행방향(화살표 T)에 따른 기류 움직임을 고려하여 플레이트(90)의 길이를 달리하여, 기판(30)의 진행방향 쪽의 에어커튼수단(100a)이 반대방향 쪽의 에어커튼수단(100b)보다 멀리 위치하도록 설치한다.

또한, 본 실시예의 장치에는 도 4에 도시하는 바와 같이 레이저빔 길이(L) 커팅수단(82)이 빔조사 슬릿(81)의 양쪽에 설치되어 있어서, S 방향으로 전진 또는 후진함에 따라 레이저빔 길이(L)를 조절할 수 있다. 도 4에서 뒷쪽의 레이저빔 길이 커팅수단(82)은 도시되지 않았다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 레이저빔(41)이 조사되는 기판 부위(A)에 비활성 기체(예:N2)가 균일한 유량과 압력으로 분사되므로, 산소 뿐만 아니라 원하지 않는 파티클이 그 부위에서 밀려나가게 되어 신뢰성 있는 열처리 공정이 이루어지게 된다.

도 1은 종래의 레이저 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도;

도 2는 도 1의 레이저빔(41)을 설명하기 위한 도면;

도 3은 본 발명에 따른 레이저 열처리장치를 설명하기 위한 정면도;

도 4는 본 발명에 따른 레이저 열처리장치를 설명하기 위한 사시도;

도 5는 본 발명의 비활성 기체 공급관(50)을 설명하기 위한 도면;

도 6은 본 발명의 버퍼(65)를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>

10: 반응챔버 20: 석영창

30: 기판 40: 레이저 조사수단

41: 레이저 빔 50: 비활성 기체 공급관

51: 외관 51a: 외관슬릿

52: 내관 52a: 내관슬릿

60: 실린더 61: 입사슬릿

70: 완충수단 71: 토출슬릿

72: 완충유로 80: 비활성 기체 챔버

81: 조사 슬릿

Claims (13)

1. 기판이 내부에 장착되며 윗면에 석영창이 설치되는 반응챔버;

   상기 석영창의 위쪽에 위치하도록 상기 반응챔버의 외부에 설치되며 상기 기판에 레이저빔을 조사하는 레이저 조사수단;

   상기 석영창과 상기 기판 사이에 설치되며, 측면에는 토출슬릿이 형성되며 밑면에는 상기 레이저 조사수단에서 조사되는 레이저빔이 통과하도록 빔조사 슬릿이 형성되는 비활성 기체 챔버;

   상기 비활성 기체 챔버의 외부에 설치되며 측벽에는 길이방향으로 길게 입사슬릿이 형성되는 실린더;

   상기 실린더에 삽입되며 외부로부터 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급관;

   상기 실린더와 상기 비활성 기체 챔버 사이에 설치되며 한쪽단은 상기 토출슬릿에 연결되고 다른 한쪽단은 상기 입사슬릿에 연결되는 굴곡진 완충유로를 가지는 완충수단을 구비하고;

   상기 비활성 기체 공급관은 외부로부터 비활성 기체가 공급되는 내관과 상기 내관을 둘러싸는 외관을 포함하는 이중관 이상의 다중관 구조를 하며, 상기 내관에는 길이방향으로 내측슬릿이 형성되고 상기 외관에는 상기 내측슬릿과는 어긋나게 위치하도록 길이방향으로 외측슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 완충유로는 상기 토출슬릿에 연결되는 부위가 밑으로 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 비활성 기체 챔버는 상기 석영창이 그 윗면을 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 비활성 기체 공급관은 상기 내측슬릿과 상기 외측슬릿이 서로 반대쪽에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 비활성 기체 공급관은 상기 외측슬릿이 상기 입사슬릿을 바라보도록 설치되는 것을 특징으로 레이저 열처리 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 실린더의 입사슬릿에는 버퍼가 삽입 설치되며, 상기 버퍼는 빗살이 상기 입사슬릿에 끼워지는 빗형태를 하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 비활성 기체 챔버의 아래쪽 모서리 내면이 오목한 곡 면형태를 하며, 상기 빔조사 슬릿 부근은 볼록한 형태를 하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 기판과 소정간격 이격되면서 상기 기판을 덮도록 상기 기판과 상기 비활성 기체 챔버 사이에 플레이트가 설치되며, 상기 비활성 기체 챔버의 빔조사 슬릿을 통하여 상기 기판쪽으로 분출되는 비활성 기체는 상기 기판과 상기 플레이트 사이의 틈을 통하여 상기 기판 전면에 퍼지는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 레이저 빔이 사이에 위치하도록 상기 기판의 양 가장자리 상부의 플레이트의 양단 부근의 위에 각각 에어커튼수단이 설치되며, 상기 에어커튼수단은 상기 기판과 상기 플레이트 사이의 틈에 외부로부터 산소가 유입되지 않도록 상기 기판 쪽을 향하여 약간 바깥쪽으로 비활성 기체를 분사시키는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 플레이트가, 상기 기판의 진행방향 쪽으로 길이가 더 길어서, 상기 기판의 진행방향 쪽의 에어커튼수단이 그 반대방향 쪽의 에어커튼수단보다 멀리 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 에어커튼수단은, 분사되는 비활성 기체 가 임의의 각도를 형성할 수 있도록 기울기 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 빔조사 슬릿의 양쪽에 레이저빔 길이를 조절하기 위한 커팅수단이 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.

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