KR101403459B1 - 레이저 열처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 열처리장치에 관한 것으로서, 특히 레이저를 통하여 결정화 열처리를 행하는 과정에 기판이 산소에 노출되지 않도록 하는 레이저 열처리 장치에 관한 것이다. 내부 공간에 기판 지지대를 위치시키며, 윗면에 윈도우가 마련된 반응 챔버와, 상기 윈도우와 기판 지지대의 사이에 위치하며, 비활성 기체를 분사하도록 슬릿 형태의 분사 슬릿이 형성된 탈산소 모듈과, 상기 윈도우를 통하여 상기 반응 챔버의 내부 공간으로 레이저빔을 조사하는 레이저 조사기와, 상기 탈산소 모듈의 외부에 설치되며 측벽에는 길이 방향으로 길게 입사 슬릿이 형성된 실린더와, 상기 실린더에 삽입되며 상기 분사 슬릿에 비활성 기체를 흘러보내는 비활성 기체 분사관과, 상기 비활성 기체 분사관의 일끝단 및 타끝단에 비활성 기체를 각각 공급하는 비활성 기체 공급관과, 상기 일끝단 및 타끝단을 통해 분사되는 비활성 기체의 분사량을 각각 측정하는 유량계와, 상기 실린더와 상기 탈산소 모듈 사이에 설치되며, 한쪽단은 상기 분사 슬릿에 연결되고 다른 한쪽단은 상기 입사 슬릿에 연결되는 굴곡진 완충유로와, 상기 측정되는 비활성 기체의 분사량에 따라서 상기 비활성 기체 공급관의 일끝단 및 타끝단의 분사량을 각각 개별 조절하는 분사 제어 수단을 포함한다.
Description
본 발명은 레이저 열처리장치에 관한 것으로서, 특히 레이저를 통하여 결정화 열처리를 행하는 과정에 기판이 산소에 노출되지 않도록 하는 레이저 열처리 장에 관한 것이다.
액정 디스플레이나 태양광 소자 등을 제조함에 있어 비정질 다결정 실리콘을 결정화시키는 열처리가 대부분 수반된다. 이때 융점이 낮은 유리기판을 사용할 경우 레이저를 이용하여 결정화시키는 것이 유리한데, 이때 대기 중의 산소가 실리콘과 결합하여 실리콘 산화물이 형성되는 문제가 발생할 수 있다.
도 1은 종래의 레이저 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 반응 챔버(10)의 상면에는 윈도우(20)가 설치되며 윈도우(20)의 위쪽에는 레이저 조사기(40)가 설치된다. 레이저 조사기(40)에서 출력되는 레이저(41)는 윈도우(20)을 통과하여 반응 챔버(10) 내의 기판(W;wafer)에 조사된다.
도 2는 도 1의 레이저빔(41)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2(a)는 기판을 위에서 내려다 본 상태를 나타낸 도면이며, 도 2(b)는 기판의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저빔(41)은 라인 형태로 조사되며 따라서 커튼 형태를 하게 된다. 기판(W)은 레이저빔(41)의 면에 대해서 수직 또는 약간 기울어진 방향으로 수평 이동하여 기판(W)의 전면에 레이저빔(41)의 조사가 이루어진다. 이때 레이저빔(41)이 조사되는 부위(A)가 산소 분위기에 노출되면 기판(W)의 표면에 증착되어 있는 다결정 실리콘이 결정화되는 과정에서 결정질 실리콘이 형성되는 것이 아니라 산소와 결합하여 실리콘 산화물이 형성되는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 레이저를 통하여 결정화 열처리를 수행하는 과정에서 기판이 산소에 노출되지 않도록 하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 다수의 비활성 기체 분사 방향에 따라서 비활성 기체를 균일하게 분사하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 기판의 이동속도에 따라서 비활성 기체의 분사를 제어하는데 있다.
본 발명의 실시 형태인 레이저 열처리 장치는, 내부 공간에 기판 지지대를 위치시키며, 윗면에 윈도우가 마련된 반응 챔버와, 상기 윈도우와 기판 지지대의 사이에 위치하며, 비활성 기체를 분사하도록 슬릿 형태의 분사 슬릿이 형성된 탈산소 모듈과, 상기 윈도우를 통하여 상기 반응 챔버의 내부 공간으로 레이저빔을 조사하는 레이저 조사기와, 상기 탈산소 모듈의 외부에 설치되며 측벽에는 길이 방향으로 길게 입사 슬릿이 형성된 실린더와, 상기 실린더에 삽입되며 상기 분사 슬릿에 비활성 기체를 흘러보내는 비활성 기체 분사관과, 상기 비활성 기체 분사관의 일끝단 및 타끝단에 비활성 기체를 각각 공급하는 비활성 기체 공급관과, 상기 일끝단 및 타끝단을 통해 분사되는 비활성 기체의 분사량을 각각 측정하는 유량계와, 상기 실린더와 상기 탈산소 모듈 사이에 설치되며, 한쪽단은 상기 분사 슬릿에 연결되고 다른 한쪽단은 상기 입사 슬릿에 연결되는 굴곡진 완충유로와, 상기 측정되는 비활성 기체의 분사량에 따라서 상기 비활성 기체 공급관의 일끝단 및 타끝단의 분사량을 각각 개별 조절하는 분사 제어 수단을 포함한다.
또한 탈산소 모듈은, 레이저빔이 통과하는 빔조사 슬릿이 형성된 하부면과, 상기 비조사 슬릿의 길이 방향을 따라 분사 슬릿이 형성된 측벽을 포함한다.
또한 비활성 기체 공급관 및 유량계는, 상기 일끝단으로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 제1공급관과, 상기 비활성 기체 제1공급관에 흐르는 비활성 기체의 유량을 측정하는 제1유량계와, 상기 타끝단으로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 제2공급관과, 상기 비활성 기체 제2공급관에 흐르는 비활성 기체의 유량을 측정하는 제2유량계를 포함한다.
또한 분사 제어 수단은, 상기 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관으로 공급되는 비활성 기체의 유량을 각각 조절하는 유량 조절 밸브와, 측정되는 상기 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관의 각각의 유량에 따라서 상기 유량 조절 밸브를 조절하는 분사 제어기를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 레이저가 조사되는 부위에 비활성 기체를 불어넣어 그 부위에 산소를 없애는 탈산소 모듈을 제공함으로써, 기판상에 원하지 않는 실리콘 산화물의 형성을 방지할 수 있다. 따라서 레이저 열처리를 통한 기판 결정화의 불량율을 감소시킬 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 탈산소 모듈 내부로 하나의 단수 방향이 아닌 다수의 방향에서 비활성 기체를 분사함으로써, 비활성 기체를 균일하게 탈산소 모듈 내부에 분포시킬 수 있다. 또한 기판의 이동 속도가 임계 속도 이상되는 경우에는, 다수의 방향에서 분사되는 비활성 기체의 유량을 측정하여 동일한 분사량이 되도록 제어함으로써, 기판 고속 이동 공정에서도 균일한 비활성 기체 분사가 이루어지도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 레이저 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 레이저 열처리 장치에의 레이저빔을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탈산소 모듈의 양측벽에 구비된 비활성 기체 공급관 및 분사 제어 수단을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 비활성 기체 분사관을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실린더를 도시한 도면이다.
도 2는 레이저 열처리 장치에의 레이저빔을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탈산소 모듈의 양측벽에 구비된 비활성 기체 공급관 및 분사 제어 수단을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 비활성 기체 분사관을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실린더를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치의 사시도이다.
반응 챔버(100)는 기판(W)을 지지하는 기판 지지대(130)를 내부 공간에 마련하며, 기판 지지대(130) 위에 놓인 기판(W)을 대상을 레이저 열처리가 이루어진다. 반응 챔버(100)의 상부면에는 윈도우(120)가 마련되는데, 예컨대, 반응 챔버(100)의 상부면 일부에 관통 영역을 구비하고 이러한 관통 영역에 윈도우가 구비된다. 상세하게는, 반응 챔버(100)의 관통 영역에 윈도우 홀딩체(121)가 마련되어, 윈도우 홀딩체(121)를 통하여 윈도우(120)를 홀딩하여 지지함으로써 반응 챔버(100)의 상부면에는 윈도우(120)를 위치시킬 수 있다. 윈도우(120)는 석영창 등으로 구현되어, 레이저 조사기(140)의 레이저빔을 기판 지지대로 통과시킨다.
윈도우(120)와 기판 지지대(130)상의 기판 사이에 탈산소 모듈(180)이 설치된다. 탈산소 모듈(180;oxygen partial degassing module;OPDM)은 레이저를 통하여 결정화 열처리를 행하는 과정에서 기판이 산소에 노출되지 않도록 레이저가 조사되는 부위에 비활성 기체를 불어넣어 그 부위에 산소를 없애는 모듈이다. 레이저빔(141)의 경로에 여러 개의 창(window)이 존재하면 레이저빔(141)이 경로가 변할 수 있기 때문에 윈도우(121)가 탈산소 모듈(180)의 상부면을 겸하도록 한다.
또한 탈산소 모듈(180)의 하부면은 레이저빔이 통과하는 빔조사 슬릿(182)이 형성된다. 즉, 탈산소 모듈(180)과 기판 지지대(130) 위에 놓인 기판(W)은 소정간격 이격되도록 설치되며 그 밑면에는 라인 형태의 레이저빔(141)이 통과하여 기판(W)에 도달할 수 있도록 라인 형태의 빔조사 슬릿(182)이 형성된다. 도 3에서 비활성 기체, 예컨대 질소 가스의 경로를 일점쇄선의 화살표로 나타내었다.
또한 탈산소 모듈(180)은 모듈 내부로 비활성 기체가 유입될 수 있도록 하는분사 슬릿(181)이 측벽에 형성된다. 분사 슬릿(181)은 빔조사 슬릿(182)과 나란한 방향의 길이 방향을 따라 형성됨으로서, 분사 슬릿(181)을 통해서 탈산소 모듈(180)로 공급되는 비활성 기체는 빔조사 슬릿(182)을 통하여 기판 쪽으로 분출되어 레이저빔이 조사되고 있는 부위의 산소를 외부로 밀어 몰아낼 수 있다.
분사 하우징(170)은, 탈산소 모듈(180)의 일측에 위치하는데, 빔조사 슬릿(182)과 나란하게 평행한 길이 방향을 가진다. 분사 하우징(170)에는 실린더(260), 비활성 기체 분사관(250), 비활성 기체 공급관(150), 유량계(160), 완충유로(151)가 구비된다.
탈산소 모듈(180)의 외부에는 빔조사 슬릿(182)과 나란하도록 실린더(260) 가 설치되며, 실린더(260) 내부에는 비활성 기체 분사관(250)이 삽입된다. 비활성 기체 분사관(250)은 도 6에 도시된 바와 같이, 외관(251)과 내관(252)으로 이루어지는 이중관 구조로 이루어져 있다. 본 실시예에서는 이중관 구조를 택하였으나, 비활성 기체 분사관(250)을 3중관 이상으로 구성할 수도 있다. 도 6은 본 발명의 비활성 기체 분사관(250)을 설명하기 위한 도면으로서, 도 6의 (a)는 단면도, 도 6의 (b)는 사시도이다. 외부로부터 내관(252)으로 공급되는 비활성 기체 예컨대 N2 기체는 내관 슬릿(252a)을 통하여 이중벽 사이를 거치게 되고 이 후에 외관 슬릿(251a)을 통하여 실린더(260)로 분출된다. 비활성 기체가 실린더(260)에 완충적으로 채워지도록 내관 슬릿(252a)과 외관 슬릿(251a)은 서로 반대쪽에 위치하도록 설치된다. 실린더(260)에는 라인형태로 길게 입사슬릿(261)이 형성되며 비활성 기체 분사관(250)은 외관슬릿(251a)이 입사슬릿(261)을 바라보도록 설치된다.
입사슬릿(261)에는 도 7에 도시된 바와 같이 버퍼(265)가 끼워진다. 버퍼(265)는 빗 형태를 하며 빗살이 입사슬릿(261)에 끼워지도록 설치된다. 외관슬릿(251a)에서 분출되는 비활성 기체는 버퍼(265)의 빗살 사이의 틈으로 입사 슬릿(261)으로 유입된다. 이렇게 버퍼(265)를 설치하는 하는 이유는 비활성 기체가 탈산소 모듈(180)에 완충적으로 공급되어 균일하게 탈산소 모듈(180)에 채워지도록 하기 위함이다.
실린더(260)와 탈산소 모듈(180)의 사이에는 굴곡진 완충유로(151;151a,151b)가 형성된다. 완충유로(151)의 한쪽단은 탈산소 모듈(180)의 측벽에 라인 형태로 길게 형성된 분사 슬릿(181)에 연결되고 다른 한쪽단은 실린더(260)의 입사 슬릿(261)에 연결된다.
한편, 비활성 기체 분사관(250)은 일끝단 및 타끝단의 양끝단에서 각각 비호라성 기체를 공급받는다. 한쪽단이 아닌 양쪽단에서 비활성 기체를 공급받음으로서 균일한 비활성 기체의 분사가 이루어질 수 있다. 이를 위하여, 상기 일끝단으로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 제1공급관(150a), 상기 비활성 기체 제1공급관에 흐르는 비활성 기체의 유량을 측정하는 제1유량계(160a), 상기 타끝단으로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 제2공급관(150b), 상기 비활성 기체 제2공급관에 흐르는 비활성 기체의 유량을 측정하는 제2유량계(160b)를 포함한다.
따라서 비활성 기체 제1공급관(150a)은 비활성 기체 분사관(250)의 일끝단에 연결되고 다른 타측단은 제1유량계(160a)에 연결된다. 마찬가지로, 비활성 기체 제2공급관(150b)은 비활성 기체 분사관(250)의 타끝단에 연결되고 다른 타측단은 유량 조절 밸브에 연결된다.
또한 비활성 기체 제1,2공급관(150a,150b)에는 비활성 기체 제1,2공급관에 흐르는 비활성 기체의 유량을 각각 측정하는 유량계(플로우미터;160;160a,160b)가 마련된다. 따라서 제1유량계(160a)는 비활성 기체 제1공급관(150a) 내부에 흐르는 기체의 유량을 측정할 수 있으며, 이와 별도로 제2유량계(160b)는 비활성 기체 제2공급관(150b) 내부에 흐르는 기체의 유량을 측정할 수 있다.
분사 제어 수단은 측정되는 비활성 기체의 분사량에 따라서 유량 조절 밸브를 조절하여 분사 슬릿의 양끝단의 분사량을 각각 개별 조절한다. 예컨대, 비활성 기체 분사관(250)의 일끝단을 통해 분사되는 비활성 기체의 양이, 비활성 기체 분사관(250)의 타끝단을 통해 분사되는 비활성 기체의 양보다 많게 측정되면, 비활성 기체 분사관(250)의 일끝단을 통해 분사되는 비활성 기체의 양을 감소시키거나, 또는 비활성 기체 분사관(250)의 타끝단을 통해 분사되는 비활성 기체의 양을 줄여서 동일한 비활성 기체가 분사되도록 한다.
상기와 같이 비활성 기체 분사관(250)의 양끝단에서 분사되는 비활성 기체가 동일한 양으로 분사되도록 하는 이유는, 비활성 기체 공급관(150)으로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 저장부와 최종단인 비활성 기체 분사관(250)의 거리가 길면, 두 개의 비활성 기체 공급관(150a,150b)에 동일한 양의 기체를 공급하더라도 유량 손실이 발생하고 이로 인해 비활성 기체 분사관(250)의 일끝단과 타끝단의 기체 분사량에 차이가 발생할 수 있기 때문이다. 이러한 기체 분사량 차이는 탈산소 모듈 내부의 환경을 균일하게 하지 못하여, 레이저 열처리 시에 기판상에 블러(blur)가 발생될 수 있다. 따라서 이러한 문제를 방지하기 위하여 각각 별개의 공급관으로 구현된 비활성 기체 제1공급관(150a) 및 비활성 기체 제2공급관(150b)에 동일한 비활성 기체를 공급하도록 제어하여, 결국, 비활성 기체 분사관의 일끝단 및 타끝단에 동일한 양의 비활성 기체가 분사되도록 한다. 이에 대해서는 나중에 상세하게 후술하기로 한다.
한편, 완충유로(151b)와 분사 슬릿(181)간의 연결 부위(B)는 밑으로 약간 경사지도록 한다. 이는 비활성 기체가 탈산소 모듈(180) 내에 약간 하향각도로 분사되어 탈산소 모듈(180) 내에서의 비활성 기체의 흐름이 균일하게 이루어지도록 함으로써 기판(W)에 블러(blur)가 발생하지 않도록 하기 위함이다.
또한 분사 슬릿(181)에서 탈산소 모듈(180)로 분사되는 비활성 기체가 난류 흐름이 되지 않고 원만히 탈산소 모듈(180) 내에 채워지도록 탈산소 모듈(180)의 아래쪽 모서리는 참조부호 C로 표시한 바와 같이 오목한 곡면형태를 하며, 빔조사 슬릿(182) 부근은 볼록한 형태(참조부호 D)를 한다. 분사 슬릿(181)을 통해서 탈산소 모듈(180)로 공급되는 비활성 기체는 빔조사 슬릿(182)을 통하여 기판(W) 쪽으로 분출되어 레이저빔(141)이 조사되고 있는 부위의 산소를 외부로 밀어 몰아낸다. 이때 비활성 기체가 기판(W)의 전면으로 잘 퍼지도록 기판 지지대(130)상의 기판(W)과 탈산소 모듈(180) 사이에는 플레이트(190)가 설치된다. 따라서 비활성 기체는 기판(W)과 플레이트(190) 사이의 틈으로 퍼져나가게 되며 산소의 영향이 최대한 방지된다.
또한 플레이트(190)의 양단 부근 위에는 에어커튼수단(200a, 200b)이 설치된다. 에어커튼수단(200a, 200b)은 비활성 기체를 기판(W) 쪽으로 분사시키되 약간 바깥쪽으로 분사시켜 외부로부터 기판(W)과 플레이트(190) 사이로 산소 등이 침범하지 못하도록 하는 역할을 하여, 비활성 기체가 균일하게 빠져나가도록 도와준다. 에어커튼수단(200a, 200b)은 분사되는 비활성 기체가 임의의 각도를 형성할 수 있도록 기울기 조정이 가능하며, 기판 지지대(130)의 진행방향(화살표 T)에 따른 기류 움직임을 고려하여 플레이트(190)의 길이를 달리하여, 기판 지지대(130)의 진행 방향 쪽의 에어커튼수단(200a)이 반대방향 쪽의 에어커튼수단(200b)보다 멀리 위치하도록 설치한다.
또한, 레이저빔 길이(L) 커팅수단(195)이 빔조사 슬릿(182)의 양쪽에 설치될 수 있어, 빔조사 슬릿(182)이 S 방향으로 전진 또는 후진함에 따라 레이저빔 길이(L)를 조절할 수 있다. 도 4에서 뒷쪽의 레이저빔 길이 커팅수단은 도시되지 않았다.
한편, 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예는 비활성 기체 분사관(250)의 일끝단 및 타끝단을 통하여 비활성 기체를 탈산소 모듈의 내부 방향으로 분사할 수 있어, 탈산소 모듈의 내부로 균일하게 공급할 수 있게 된다. 또한 본 발명의 실시예는 일끝단 및 타끝단에서 분사되는 비활성 기체의 유량을 측정하여, 동일한 양의 비활성 기체가 탈산소 모듈(180) 내부로 흘러들어가도록 제어하여, 탈산소 모듈 내부 및 빔조사 슬릿(182)에서 균일한 비활성 기체를 가지도록 한다. 이하 도 5와 함께 상술한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탈산소 모듈의 양측벽에 구비된 비활성 기체 공급관, 유량계 및 분사 제어 수단을 도시한 개념도이다.
비활성 기체 제1공급관(150a)은 비활성 기체 분사관(250)의 일끝단를 통하여 비활성 기체를 분사한다. 마찬가지로 비활성 기체 제2공급관은 비활성 기체 분사관의 타끝단을 통하여 비활성 기체를 공급한다.
제1유량계(160a)는, 비활성 기체 제1공급관(150a)에 흐르는 비활성 기체의 유량을 측정하며, 이와 별도로 제2유량계(160b)는 비활성 기체 제2공급관(150b)에 흐르는 비활성 기체의 유량을 측정한다. 측정된 비활성 기체 제1공급관(150a)의 유량값 및 비활성 기체 제2공급관(150b)의 유량값은 분사 제어기(300)로 제공된다.
분사 제어 수단은 분사 제어기(300)와 유량 조절 밸브(350)으로 이루어져, 각 비활성 기체 공급관(150a,150b)에서 측정되는 비활성 기체의 유량에 따라서 유량 조절 밸브(350)를 조절하여 비활성 기체 분사관(250)의 양끝단에서의 분사량을 개별 제어한다.
유량 조절 밸브(Mass Flow controller Valve)는, 밸브 조절에 의하여 비활성 기체 제1공급관(150a)과 비활성 기체 제2공급관(150b)으로 공급되는 비활성 기체의 유량을 결정한다. 유량 조절 밸브(350)는 3way 방식으로 구현될 수 있으며 이럴 경우 비활성 기체 제1공급관과 비활성 기체 제2공급관을 달리하여 개별 조절할 수 있다. 또는 유량 조절 밸브(350)는 비활성 기체 제1공급관과 비활성 기체 제2공급관마다 별개로 구현된 2개의 유량 조절 밸브로 구현될 수 있으며, 분사 제어기(300)의 제어에 따라서 각 유량을 개별 조절할 수 있다.
분사 제어기(300)는 측정되는 비활성 기체의 분사량에 따라서 유량 조절 밸브(350)를 조절하여 비활성 기체 분사관의 일끝단 및 타끝단으로 공급되는 비활성 기체의 분사량을 제어한다. 분사 제어기(300)는 비활성 기체 제1공급관(150a)과 비활성 기체 제2공급관(150b)으로 유입되는 비활성 기체의 유량을 동일하도록 제어할 수 있다.
두 개의 비활성 기체 공급관에 흐르는 비활성 기체의 유량의 차이는, 탈산소 모듈 내부의 환경을 균일하게 하지 못하여, 레이저 열처리 시에 기판상에 블러(blur)를 발생시킬 수 있다. 따라서 이러한 문제를 방지하기 위하여 각각 별개의 공급관으로 구현된 비활성 기체 제1공급관 및 비활성 기체 제2공급관의 유량을 지속적으로 모니터링 측정하며, 만약, 차이가 발생한다면, 유량 조절 밸브를 조절하여 비활성 기체 제1공급관(150a)과 비활성 기체 제2공급관(150b)으로 유입되는 비활성 기체의 유량을 동일하도록 하여, 최종적으로 비활성 기체 분사관의 일끝단과 타끝단에서의 분사량을 동일하도록 할 수 있다.
예를 들어, 비활성 기체 제1공급관(150a)에 흐르는 유량이 비활성 기체 제2공급관(150b)에 흐르는 유량보다 많은 경우에는, 비활성 기체 제1공급관(150b)과 상기 비활성 기체 제2공급관(150b)으로 유입되는 비활성 기체의 유량이 동일하게 될 때까지, 비활성 기체 제1공급관(150b)에 공급되는 유량을 단계별로 적게 한다. 비활성 기체 제1공급관(150a)에 공급되는 유량을 단계별로 줄여나갈 때마다 비활성 기체 제2공급관(150b)의 유량을 측정하여 동일한 유량을 가지는지를 지속적으로 모니터링한다.
또한, 비활성 기체 제1공급관에 흐르는 유량이 비활성 기체 제2공급관에 흐르는 유량보다 많은 경우에는, 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관으로 유입되는 비활성 기체의 유량이 동일하게 될 때까지, 반대로, 비활성 기체 제2공급관에 공급되는 유량을 단계별로 증가시킬 수 있다.
한편, 기판 지지대의 이동 속도가 커질수록 비활성 기체 제1공급관(150a) 및 비활성 기체 제2공급관(150b)으로 공급되는 비활성 기체의 유량을 증가시킬 수 있다.
상술하면, 레이저빔에 의해 스캔되며 지나가는 기판 지지대의 이동 속도가 작을 때는 비활성 기체의 유량을 적게 한다. 예컨대, 20m/s 이하의 저속의 기판 이송 속도를 가지는 오버랩 공정(레이저빔 스캔이 기판상에 일부 겹쳐서 이루어지도록 하는 공정)의 경우에는, 분사되는 비활성 기체의 유량을 적게 하여도 크게 문제가 되지 않는다. 저속 기판 이동 상태에서는, 비활성 기체의 적은 유량으로 인해 산소 분위기에 기판이 노출된다하더라도 결정화 과정에서 결정질 실리콘이 아닌 실리콘 산화물이 형성되는 비율이 크지 않아 무시할 수 있기 때문이다.
반면에, 레이저빔에 의해 스캔되며 지나가는 기판 지지대의 이동 속도가 증가할수록 비활성 기체의 유량을 증가시킨다. 예컨대, 20m/s 이상의 기판 이송 속도를 가지는 파셜 공정(레이저빔 스캔이 기판의 부분적으로 이루어지는 공정)의 경우에는, 분사되는 비활성 기체의 유량이 적으면 원하지 않는 실리콘 산화물 형성 비율이 높아지기 때문에 문제가 되기 때문에, 기판 지지대의 이동 속도가 증가할수록 비활성 기체의 유량을 증가시킨다.
한편, 기판 지지대의 이동 속도가 임계 속도(300m/s) 미만인 경우에는 굳이 비활성 기체 제1공급관과 비활성 기체 제2공급관내의 유량 차이를 측정하는 모니터링을 할 필요가 없다. 이동 속도가 임계 속도 이상 넘지 않는 경우에는 기체 제1공급관과 비활성 기체 제2공급관내의 유량 차이가 발생하더라도, 실리콘 산화물이 형성되는 비율이 크지 않아 무시할 수 있기 때문에, 유량계를 통한 지속적인 측정 및 밸브 제어를 할 필요는 없기 때문이다.
그런데, 실험 결과, 기판 지지대의 이동 속도가 300m/s 이상의 고속 이동을 하는 경우에는, 비활성 기체 제1공급관(150a)과 비활성 기체 제2공급관(150b)내의 유량 차이가 조금이라도 발생하게 되면, 비활성 기체 불균일로 인한 산소 분위기 노출로 인해, 실리콘 산화물의 형성 비율이 높아져 기판 불량을 발생시킨다. 따라서 기판 지지대의 이동 속도가 임계 속도인 300m/s 이상의 고속 이동의 경우에는, 유량계를 통해 지속적으로 각 공급관의 유량을 모니터링 하며, 분사 제어기(300)는 비활성 기체 제1공급관(150a) 및 비활성 기체 제2공급관(150b)이 서로 동일한 유량을 가지도록 유량 조절 밸브(350)를 제어하여야 한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100:반응 챔버 120:윈도우
130:기판 지지대 140:레이저 조사기
150:비활성 기체 공급관 160:유량 제어기
180:탈산소 모듈 181:분사 슬릿
182:빔조사 슬릿 250:비활성 기체 분사관
260:실린더
130:기판 지지대 140:레이저 조사기
150:비활성 기체 공급관 160:유량 제어기
180:탈산소 모듈 181:분사 슬릿
182:빔조사 슬릿 250:비활성 기체 분사관
260:실린더
Claims (9)
- 내부 공간에 기판 지지대를 위치시키며, 윗면에 윈도우가 마련된 반응 챔버;
상기 윈도우와 기판 지지대의 사이에 위치하며, 비활성 기체를 분사하도록 슬릿 형태의 분사 슬릿이 형성된 탈산소 모듈;
상기 윈도우를 통하여 상기 반응 챔버의 내부 공간으로 레이저빔을 조사하는 레이저 조사기;
상기 탈산소 모듈의 외부에 설치되며 측벽에는 길이 방향으로 길게 입사 슬릿이 형성된 실린더;
상기 실린더에 삽입되며 상기 분사 슬릿에 비활성 기체를 흘러보내는 비활성 기체 분사관;
상기 비활성 기체 분사관의 일끝단 및 타끝단에 비활성 기체를 각각 공급하는 비활성 기체 공급관;
상기 일끝단 및 타끝단을 통해 분사되는 비활성 기체의 분사량을 각각 측정하는 유량계;
상기 실린더와 상기 탈산소 모듈 사이에 설치되며, 한쪽단은 상기 분사 슬릿에 연결되고 다른 한쪽단은 상기 입사 슬릿에 연결되는 완충유로;
상기 측정되는 비활성 기체의 분사량에 따라서 상기 비활성 기체 공급관의 일끝단 및 타끝단의 분사량을 각각 개별 조절하는 분사 제어 수단;
을 포함하며, 상기 비활성 기체 공급관 및 유량계는,
상기 일끝단으로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 제1공급관;
상기 비활성 기체 제1공급관에 흐르는 비활성 기체의 유량을 측정하는 제1유량계;
상기 타끝단으로 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 제2공급관;
상기 비활성 기체 제2공급관에 흐르는 비활성 기체의 유량을 측정하는 제2유량계;
를 포함하는 레이저 열처리 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 탈산소 모듈은,
레이저빔이 통과하는 빔조사 슬릿이 형성된 하부면;
상기 빔조사 슬릿의 길이 방향을 따라 분사 슬릿이 형성된 측벽;
을 포함하는 레이저 열처리 장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 분사 제어 수단은,
상기 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관으로 공급되는 비활성 기체의 유량을 각각 조절하는 유량 조절 밸브;
측정되는 상기 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관의 각각의 유량에 따라서 상기 유량 조절 밸브를 조절하는 분사 제어기;
를 포함하는 레이저 열처리 장치. - 청구항 4에 있어서, 상기 분사 제어기는, 상기 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관으로 유입되는 비활성 기체의 유량을 동일하도록 제어하는 레이저 열처리 장치.
- 청구항 5에 있어서, 상기 분사 제어기는,
상기 비활성 기체 제1공급관에 흐르는 유량이 비활성 기체 제2공급관에 흐르는 유량보다 많은 경우에는, 상기 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관으로 유입되는 비활성 기체의 유량이 동일하게 될 때까지, 상기 비활성 기체 제1공급관에 공급되는 유량을 단계별로 적게 하는 레이저 열처리 장치. - 청구항 4에 있어서, 상기 분사 제어기는,
상기 기판 지지대의 이동 속도에 따라서 상기 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관으로 공급되는 비활성 기체의 유량을 조절하는 레이저 열처리 장치. - 청구항 7에 있어서, 상기 분사 제어기는, 상기 기판 지지대의 이동 속도가 커질수록 상기 비활성 기체 제1공급관 및 상기 비활성 기체 제2공급관으로 공급되는 비활성 기체의 유량을 증가시키는 레이저 열처리 장치.
- 청구항 7에 있어서, 상기 분사 제어기는, 상기 기판 지지대의 이동 속도가 300m/s 미만 일 때는 상기 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관으로 공급되는 비활성 기체의 유량을 지속적으로 모니터링하지 않으며, 상기 기판 지지대의 이동 속도가 300m/s 이상일 때는 상기 비활성 기체 제1공급관과 상기 비활성 기체 제2공급관으로 공급되는 비활성 기체의 유량을 지속적으로 모니터링하여 동일한 유량이 공급되도록 조절하는 레이저 열처리 장치.
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