KR101164524B1

KR101164524B1 - 레이저 빔의 라인 길이 조절이 가능한 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR101164524B1
Application number: KR1020090128204A
Authority: KR
Inventors: 유효경; 석준영; 권오성; 안진영
Original assignee: 에이피시스템 주식회사
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2012-07-10
Also published as: CN102151983A; TW201121687A; KR20110071591A; TWI394626B; CN102151983B

Abstract

본 발명에 따른 레이저 가공장치는, 레이저 조사장치를 통해 라인 형태의 레이저 빔을 레이저 빔의 라인에 대해 수직한 방향으로 이동되는 기판에 조사하는 레이저 가공장치에 있어서, 레이저 조사장치와 기판 사이에 위치하여 레이저 빔의 라인 양측단을 차단하면서 레이저 빔의 라인 길이 방향으로 이동 가능하게 레이저 빔의 양측단에 서로 대향하도록 설치되는 제1빔차단수단 및 제2빔차단수단; 제1빔차단수단 및 제2빔차단수단의 이동을 제어하는 빔 차단제어수단; 을 구비하되, 기판은 이동 방향에 나란한 기준선에 대하여 회전되어 놓여지고, 제1빔차단수단은 기판이 이동할 때에 기준선 상에 위치하도록 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어되고, 제2빔차단수단은 기판이 이동할 때에 기판의 변 상에 위치하도록 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어되는 되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 기판을 회전하여 이동시켜야 할 경우에, 기판의 일부분만을 선택적으로 열처리할 수 있게 된다.

레이저 가공, 빔차단수단, 레이저 빔의 라인 길이

Description

레이저 빔의 라인 길이 조절이 가능한 레이저 가공 장치 {Laser processing apparatus which can control size of laser beam}

본 발명은 레이저 여기 화학기상증착 또는 레이저를 이용한 다결정실리콘 등의 어닐링 등을 할 때 사용되는 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 특히 이때 조사되는 레이저 빔의 길이 조절이 가능한 레이저 가공장치에 관한 것이다.

반도체, FPD, 및 태양광 소자 등을 제조할 때에 고온에서 박막을 증착하면 열화학반응에 의해 반응로가 오염되거나 원하지 않는 화합물 생성되는 등 많은 문제가 발생한다. 따라서 낮은 온도에서 박막을 증착하기 위하여 레이저 여기 플라즈마 화학기상증착 등이 사용되고 있다.

한편, 기판이 대형화됨에 따라 박막 증착 후 어닐링(annealing)을 할 때 균일성을 확보하기 힘들어 여러 가지 대안들이 제시되고 있으며 그 중에 하나가 레이저를 이용한 어닐링 방법이다.

도 1은 종래의 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 반응챔버(10)에는 반응가스 유출입구(11a, 11b)가 마련되며 상단에는 석영창(20)이 설치된다. 석영창(20)의 위쪽에는 레이저 조사장치(40)가 설치되며, 레이저 조사장치(40)에서 조사되는 레이저 빔은 석영창(20)을 통과하여 반응챔버(10) 내의 기판(30)에 도달한다.

도 2는 도 1의 레이저 조사장치(40)에서 조사되는 레이저빔(41)의 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이 레이저빔(41)은 라인형태로 기판(30)에 조사된다. 기판(30)은 레이저빔(41)의 라인에 대해서 수직한 방향(화살표 방향)으로 이동함으로써 기판(30)의 전면에 레이저빔(41)의 조사가 이루어진다. 도 2의 (a)는 기판을 위에서 내려다 본 상태를 나타낸 도면이며, 도 2의 (b)는 기판의 사시도이다.

그러나 도 3에 도시된 바와 같이 기판(30)은 소자가 집적되는 소자영역(32)과 소자가 형성되지 않는 주변부(31)를 포함하기 때문에 주변부(31)에는 레이저빔(41)이 조사되지 않도록 할 필요가 있고, 또한 레이저빔(41)의 에지(edge) 부분에서는 회절현상이 일어날 수 있기 때문에 공정 중에 이를 고려할 필요가 있다. 따라서 레이저빔(41)의 라인 길이를 제어할 필요가 있음에도 종래에는 레이저빔(41)의 그 길이를 조절할 수 없어 문제였다.

삭제

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 레이저 가공의 효율을 높이기 위 해서 레이저 빔의 라인 길이를 제어할 수 있는 레이저 가공장치를 제공하는 데 있다.

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상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일예에 따른 레이저 가공장치는, 기판이 내부에 장착되며 윗면에 석영창이 설치되는 반응챔버; 상기 석영창의 위쪽에 위치하도록 상기 반응챔버의 외부에 설치되며 라인형태의 레이저빔을 상기 기판에 조사하는 레이저 조사장치; 및 상기 레이저 조사장치와 상기 석영창 사이에 위치하도록 설치되며 상기 레이저빔의 라인 측단쪽을 차단하면서 상기 레이저빔의 라인 길이 방향으로 이동 가능하도록 상기 레이저빔의 양측단 중의 적어도 어느 한쪽에 설치되는 빔차단수단;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔차단수단의 위쪽 공간에 피드백 수단 또는 빔에너지를 소멸시키는 흡수 수단이 더 설치되고, 상기 빔차단수단은 상기 레이저빔의 조사방향에 대해 비스듬하게 설치되며, 상기 피드백 수단은 상기 빔차단수단에 의해 반사되어 오는 레이저빔을 입력받아 그 강도를 측정하도록 수광소자를 포함하여 상기 수광소자에서 측정된 빔 강도를 상기 레이저 조사장치로 피드백시킴으로써 상기 레이저 조사장치에서 출력되는 레이저빔의 강도를 제어하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 수광소자는 상기 피드백 수단의 밑면 소정부위에 설치될 수 있으며, 이 경우 상기 수광소자가 설치되지 않은 상기 피드백 수단의 밑면 나머지 부분에는 빔흡수수단이 설치되는 것이 바람직하다. 상기 빔흡수수단은 상기 피드백 수단의 밑면을 널링(knurling) 가공함으로써 이루어질 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 레이저 가공장치는, 레이저 조사장치를 통해 라인 형태의 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 라인에 대해 수직한 방향으로 이동되는 기판에 조사하는 레이저 가공장치에 있어서, 상기 레이저 조사장치와 상기 기판 사이에 위치하여 상기 레이저 빔의 라인 양측단을 차단하면서 상기 레이저 빔의 라인 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 레이저 빔의 양측단에 서로 대향하도록 설치되는 제1빔차단수단 및 제2빔차단수단; 상기 제1빔차단수단 및 제2빔차단수단의 이동을 제어하는 빔 차단제어수단; 을 구비하되, 상기 기판은 상기 이동 방향에 나란한 기준선에 대하여 회전되어 놓여지고, 상기 제1빔차단수단은 상기 기판이 이동할 때에 상기 기준선 상에 위치하도록 상기 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어되고, 상기 제2빔차단수단은 상기 기판이 이동할 때에 상기 기판의 변 상에 위치하도록 상기 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어되는 것을 특징으로 한다.

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상기 제1빔차단수단은, 상기 기판이 이동할 때에 상기 기준선 상에 위치하다가 상기 기준선이 끝나는 지점에서는 상기 기판의 변 상에 위치하도록 상기 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어된다.

상기 빔차단 제어수단은, 상기 기판의 이동속도, 상기 기판의 가로 및 세로길이, 상기 기준선에 대해서 상기 기판이 회전된 각도, 및 레이저 가공의 시작점의 위치를 입력받아 상기 제1빔차단수단과 제2빔차단수단의 이동을 제어한다.

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본 발명의 일예에 의하면, 기판에 입사되는 레이저빔의 길이 조절이 가능하며, 또한 레이저빔의 강도를 공정진행 중에도 실시간적으로 제어할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 예에 의하면, 기판을 회전하여 이동시켜야 할 경우에, 기판의 일부분만을 선택적으로 열처리할 수 있게 된다. 이는 (ⅰ) 기판이 대형화 되면서 레이저 빔의 라인 길이가 기판의 폭에 미치지 못하는 경우, (ⅱ) 기판을 한꺼번에 레이저 가공할 경우 레이저의 강도 불균일에 의해서 기판의 상당부분의 품질이 보장받지 못하는 경우, (ⅲ) 기판을 회전하여 이동시키는 것이 기판에 형성된 패턴에 더 효율적으로 균일한 레이저 가공이 담보되는 경우 등에 있어서 유용하게 활용될 수 있다.

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.

[실시예1]

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 부분 정단면도이고, 도 5는 도 4의 A-A'선에 따른 부분 단면을 나타낸 사시도이다. 그리고 도 6은 빔차단수단(50)의 움직임을 설명하기 위한 평면 개략도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 레이저 조사장치(40)와 석영창(20) 사이에 빔차단수단(50)이 설치되며, 도 6에 도시된 바와 같이 빔차단수단(50)은 라인형태의 레이저빔(41)의 양단을 차단하면서 레이저빔(41) 라인의 길이 방향으로 이동 가능하도록 레이저빔(41)의 양단쪽에 각각 설치된다. 따라서 빔차단수단(50)의 이동에 따라 기판(30)에 조사되는 레이저빔(41)의 유효 라인 길이가 결정된다.

빔차단수단(50)은 레이저빔(41)의 차단 뿐만 아니라 위쪽으로의 반사를 위하여, 레이저빔(41)의 조사방향에 대해 비스듬하게 설치된다. 도 4 및 도 5에서는 도시의 명확화를 위해, 양단쪽에 설치된 빔차단수단(50) 중의 하나만을 도시하였다.

빔차단수단(50)에 의해 반사되는 레이저빔(41)은 피드백 수단(60)의 밑면에 설치되는 수광소자(61)에 입사된다. 도 7은 피드백 수단(60)의 밑면을 설명하기 위한 저면도이다. 피드백 수단(60)은 수광소자(61)를 통하여 입력받은 레이저빔의 강도를 측정하여 레이저 조사장치(40)로 피드백 시킴으로써 레이저 조사장치(40)에서 출력되는 레이저빔의 강도를 제어한다.

레이저빔(41)이 피드백 수단(60)에 의해 다시 반사되어 기판(30) 쪽으로 입사되어 공정에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 수광소자(61)의 주위에는 빔흡수수단(62)이 설치된다. 빔흡수수단(62)은 수광소자(61)의 주위를 널링(knurling) 가공함으로써 구현할 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 의하면 기판(30)에 입사되는 레이저빔(41)의 라인 길이 조절이 가능하며, 또한 레이저빔(41)의 강도를 실시간적으로 입력받아 이를 레이저빔 조사장치(40)로 피드백시킴으로써 레이저빔(41)의 강도를 공정진행 중에도 실시간적으로 제어할 수 있게 된다.

[실시예2]

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서와 같이 공정대상물인 기판(30)을 기판(30)의 이동방향에 대해서 반듯하게 놓지 않고 경우에 따라서는 도 8에서와 같이 기판(30)의 이동방향에 나란한 기준선(70)에 대해서 기판(30)을 회전하여 레이저 가공을 해야 할 필요가 있다. 또한 기판(30)의 전체가 아니라 일부분을 선택적으로 레이저 가공해야 할 필요가 있다. 도 8은 바로 이러한 경우에 빔차단수단(51, 52)의 이동제어를 설명하기 위한 것이다.

빔차단수단(51, 52)은 레이저 조사장치(40)와 석영창(20) 사이에 위치하되, 레이저빔(41)의 라인 양측단을 차단하면서 레이저빔(41)의 라인 길이 방향으로 이동 가능하도록 레이저빔(41)의 양측단에 각각 설치된다.

빔차단수단(51, 52)이 레이저빔(41)의 라인 길이 방향으로 이동되는 것은 빔차단 제어수단(80)의 제어를 통해서 이루어진다.

제1빔차단수단(51)은 기판(30)이 이동할 때 기판(30)의 이동방향에 나란하면서 기판(30) 상에 위치하는 기준선(70) 상에 위치하다가 기준선(70)이 끝나는 지점(A)에서는 기판(30)의 변을 따라 이동한다. 그리고 제2빔차단수단(52)은 기판(30)이 이동할 때 기판(30)의 변을 따라 이동한다.

제1빔차단수단(51)과 제2빔차단수단(52)은 향상 대향하도록 위치하며 그 간격의 변화속도는 기판(30)의 이동속도(V), 기판(30)의 가로길이(L1) 및 세로길이(L2), 기판(30)의 이동방향에 나란하면서 기판(30) 상에 위치하는 기준선(70)에 대해서 기판(30)이 회전된 각도(θ°), 및 시작점의 위치(S)에 따라 결정된다.

빔차단 제어수단(80)은 사전에 미리 상기와 같은 인자를 사용자로부터 입력받아 제1빔차단수단(51)과 제2빔차단수단(52)의 간격 변화속도를 연산하여 결정한 후, 레이저 가공 공정 시에 이러한 연산결과를 토대로 제1빔차단수단(51)과 제2빔차단수단(52)의 움직임 궤적을 제어한다.

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상술한 바와 같이 제2실시예에 의하면, 기판(30)을 회전하여 이동시켜야 할 경우에, 기판(30)의 일부분만을 선택적으로 열처리할 수 있게 된다.

상술한 제2실시예는, (ⅰ) 기판(30)이 대형화 되면서 레이저 빔(41)의 라인 길이가 기판(30)의 폭에 미치지 못하는 경우, (ⅱ) 기판(30)을 한꺼번에 레이저 가공할 경우 레이저(41)의 강도 불균일에 의해서 기판(30)의 상당부분의 품질이 보장 받지 못하는 경우, (ⅲ) 기판(30)을 회전하여 이동시키는 것이 기판(30)에 형성된 패턴에 더 효율적으로 균일한 레이저 가공이 담보되는 경우 등에 있어서 유용하게 활용될 수 있다.

도 1은 종래의 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면;

도 2는 도 1의 레이저빔(41)의 형태를 설명하기 위한 도면;

도 3은 종래의 레이저 가공장치의 문제점을 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 부분 정단면도;

도 5는 도 4의 A-A'선에 따른 부분 단면을 나타낸 사시도;

도 6은 도 5의 빔차단수단(50)의 움직임을 설명하기 위한 평면 개략도;

도 7은 도 5의 피드백 수단(60)을 설명하기 위한 도면;

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>

10: 반응챔버 11a, 11b: 반응가스 유출입구

20: 석영창 30: 기판

31: 주변부 32: 소자영역

40: 레이저 조사장치 41: 레이저빔

50, 51, 52: 빔차단수단 60: 피드백 수단

61: 수광소자 62: 빔흡수수단

70: 기준선 80: 빔차단 제어수단

Claims

레이저 조사장치를 통해 라인 형태의 레이저 빔을 상기 레이저 빔의 라인에 대해 수직한 방향으로 이동되는 기판에 조사하는 레이저 가공장치에 있어서,

상기 레이저 조사장치와 상기 기판 사이에 위치하여 상기 레이저 빔의 라인 양측단을 차단하면서 상기 레이저 빔의 라인 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 레이저 빔의 양측단에 서로 대향하도록 설치되는 제1빔차단수단 및 제2빔차단수단;

상기 제1빔차단수단 및 제2빔차단수단의 이동을 제어하는 빔 차단제어수단; 을 구비하되,

상기 기판은 상기 이동 방향에 나란한 기준선에 대하여 회전되어 놓여지고,

상기 제1빔차단수단은 상기 기판이 이동할 때에 상기 기준선 상에 위치하도록 상기 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어되고,

상기 제2빔차단수단은 상기 기판이 이동할 때에 상기 기판의 변 상에 위치하도록 상기 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제1항에 있어서,

상기 제1빔차단수단은, 상기 기판이 이동할 때에 상기 기준선 상에 위치하다가 상기 기준선이 끝나는 지점에서는 상기 기판의 변 상에 위치하도록 상기 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제1항에 있어서,

상기 빔차단 제어수단은, 상기 기판의 이동속도, 상기 기판의 가로 및 세로길이, 상기 기준선에 대해서 상기 기판이 회전된 각도, 및 레이저 가공의 시작점의 위치를 입력받아 상기 제1빔차단수단과 제2빔차단수단의 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.