KR101877274B1 - 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법 - Google Patents

자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무라 정량화 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 레이저 결정화 장치가 포함된 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템에 있어서, 상기 레이저 결정화 장치에 의해 기판의 결정화를 수행하며, 상기 결정화된 기판을 이동시키면서 자외선 광원을 이용하여 무라를 실시간으로 정량화할 수 있도록 무라 정량화 장치가 상기 레이저 결정화 설비 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 자외선을 이용하여 레이저 결정화 장치를 포함하는 설비 내에서 결정화된 기판에 기인하는 무라 정보만을 획득하여 정량화함으로써, 무라 검출에 대한 신뢰성을 확보할 수 있고 결정화된 기판의 상태에 대해 실시간으로 양불을 판정하여 안정적인 공정 관리를 도모할 수 있는 이점이 있다.

Description

자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법{Mura quantifying system by Laser crystallization facility using UV and Mura quantifying method by Laser crystallization facility using UV}
본 발명은 무라 정량화 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 자외선 광원을 이용하여 레이저 결정화 장치를 포함하는 설비 내에서 결정화된 기판에 기인하는 무라 정보만을 정량화함으로써, 무라 검출에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 자외선을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정디스플레이 장치나 태양광 장치 등의 전기전자 소자를 제조함에 있어서, 비정질 다결정 박막, 예를 들어 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 과정이 필요하다.
비정질 실리콘 박막을 결정질 실리콘 박막(이하에서는 이러한 결정화 대상 박막을 편의상 "기판"이라고 한다)으로 결정화하기 위해서는 일정한 양의 에너지로 레이저를 조사해야 한다. 이 에너지를 에너지 밀도(Energy Density, 이하 ED라 함)라고 하는데, ED 조건 중 결정화 결과를 가장 좋게 만드는 ED를 Optimized Energy Density(이하 OPED라 함)라고 한다.
이러한 OPED로 조사된 결과물은 주사전자현미경(SEM)으로 관측하였을 때 결정립의 방향이 가장 고르며 결정 크기의 균일도 또한 가장 우수하다. 하지만 양산단계에서는 시간 소요, 인력 소모 등의 까닭으로 매 결과물마다 SEM으로 결과를 확인하는 것이 현실적으로 불가능하다.
그래서, 육안검사를 통해 OPED를 선정하는 기준이 생겼으며, 그 기준이 바로 무라(Mura)이며, 무라의 세기, 발생빈도, 발생경향을 통해 판단한다. ED Split(수십mm 영역을 ED 조건을 달리하며 결정화를 진행하는 평가)의 결과물을 육안으로 살펴보면 낮은 ED 보다는 OPED 영역일수록 무라의 관측이 어려우며 결과물이 깨끗하게 보이고, OPED 영역에서 높은 ED로 갈수록 무라 발생이 다시 많아진다. 이러한 방법을 통해 OPED를 선정하게 된다.
한편, 레이저를 이용한 결정화 공정은 각 레이저 펄스가 오버랩이 되는 스캔 공정인데, 오버랩되는 영역이 주변과 에너지 차이가 생기면서 그 부분이 무라로 나타나게 된다. 이런 원인으로 발생하는 줄무늬를 샷무라(Shot Mura)라고 한다.
또한, 결정화하고자 하는 기판을 스캔하며 대상 박막에 결정화를 진행하는 경우, 선형인 레이저 빔의 불균일 현상에 의해 발생하는 얼룩을 스캔무라(Scan Mura)라고 한다.
이러한 결정화 장치에 의한 결정화 공정 이후에 생산품의 양불을 검사하기 위해서, 기존에는 검사기 설비 내에서 육안으로 검사하는 방법(vision inspection)으로 진행하고 있다.
그러나, 육안으로 무라를 검출하는 데는 한계가 있으며, 무라 분포 위치에 따라 다양한 무라 기인성이 있어, 이를 확인하기가 용이하지 않으며, 검사자 간 검출 편차가 있어 검사의 생산성, 정확성 및 재현성이 떨어지고, 검사자를 배치해야 하므로 인력 및 비용의 낭비를 초래하는 문제점이 있다.
또한, 한 카세트 분량(24매의 생산품)의 생산이 완료된 후에만 관측이 가능하여 전체 생산시간을 지연시키는 요인으로 작용하고 있으며, 이러한 시간 지체를 최소화하기 위하여 모든 생산품에 대한 검사 대신 몇 개의 생산품만 선별하여 검사가 이루어져서 공정에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 기존에 무라 검출 시 사용되는 광원이 가시광선을 사용함으로 인해, 무라 검출시 무라 영역과 함께 기판 아래에 있는 진공척라인(substrate vacuum chuck line)이 같이 반사되어 영상 분석 시 무라 영역과 진공라인에 대한 구분이 어려운 문제점이 있었다.
이러한 진공라인은 기판이 대면적화될 수록 더욱 더 조밀해져야 하므로, 영역 구분히 더욱 어렵게 된다.
대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0570268호.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자외선 광원을 이용하여 레이저 결정화 장치를 포함하는 설비 내에서 결정화된 기판에 기인하는 무라 정보만을 정량화함으로써, 무라 검출에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법의 제공을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로서, 레이저 결정화 장치가 포함된 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템에 있어서, 상기 레이저 결정화 장치에 의해 기판의 결정화를 수행하며, 상기 결정화된 기판을 이동시키면서 자외선 광원을 이용하여 무라를 실시간으로 정량화할 수 있도록 무라 정량화 장치가 상기 레이저 결정화 설비 내부에 형성되는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법에 있어서, 기판을 로딩하는 제1단계와, 레이저를 이용하여 상기 로딩된 기판의 결정화를 수행하는 제2단계와, 자외선을 이용하여 상기 결정화된 기판을 이동시키면서 무라를 실시간으로 정량화하는 제3단계 및 결정화 및 무라 정량화가 완료된 기판을 언로딩하는 제4단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법을 기술적 요지로 한다.
여기에서, 상기 레이저 결정화 장치는, 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 일측에 형성되며, 상기 기판에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 발생기 및 상기 공정 챔버 내부에 형성되며, 상기 기판을 로딩 및 언로딩시키는 스테이지를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 무라 정량화 장치는, 상기 레이저 빔의 조사에 대해 간섭되지 않도록 형성되며 상기 스테이지에 의해 로딩되는 결정화된 기판에 대한 실시간 무라 영상의 획득이 가능하도록 상기 스테이지의 이동방향에 대해 상측에 형성된 영상획득부와, 상기 영상획득부 일측에 형성되어 결정화된 기판을 비추는 자외선 광원과, 상기 획득된 무라 영상에 대해 컨트라스트 영상(contrast image)의 도출을 위한 영상전처리(image preproseccing) 및 영상처리(image processing)를 수행하고, 처리된 영상을 데이타로 분석하여 정량화하는 영상처리부 및 상기 영상획득부, 자외선 광원 및 영상처리부를 제어하고, 상기 영상획득부에서 획득된 영상 및 영상처리부에서 획득된 영상 데이타를 표시하며, 결정화된 기판에 대한 양불을 판단하도록 형성된 중앙처리부를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 영상획득부는, 에어리어 카메라(area camera)로 구현되는 것이 바람직하며, 상기 영상획득부는, 상기 스테이지의 위치에 대한 신호를 입력받아 트리거(trigger)를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 영상획득부는, 최적 결정화 에너지 밀도(Optimized Energy Density, OPED) 영역별로 트리거(trigger)를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 영상획득부는, 라인 스캔 카메라(line scan camera)로 구현되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 영상획득부는 상기 기판에 대해 20°~70°의 각도로 배치된 것이 바람직하며, 상기 자외선 광원은, 기판에 대해 20°~70°의 각도로 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 자외선 광원 전방 또는 영상획득부 전방에는, 편광판이 더 설치되어 상기 편광판을 회전시켜 무라와 방향이 맞는 광만 통과시키는 것이 바람직하며, 상기 자외선 광원 전방 또는 영상획득부 전방에는, 그린 필터(green filter)가 더 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중앙처리부는, 상기 결정화된 기판에 대한 양불을 판단하여, 이상 발생 시 기판에 조사되는 레이저 빔의 ED(Energy Density, ED)를 변경하도록 형성된 것이 바람직하다.
본 발명은 자외선을 이용하여 레이저 결정화 장치를 포함하는 설비 내에서 결정화된 기판에 기인하는 무라를 정량화하여 결정화된 기판의 상태에 대한 실시간으로 양불을 판정하여 안정적인 공정 관리를 도모할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자외선을 이용함으로써 기판 하부에 위치된 진공 라인에 대한 영상은 나타나지 않아 기판에 대한 무라 정보만 획득할 수 있어 무라 검출의 신뢰성을 높이고, 획득한 무라 정보를 통해 수율 향상에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존 방식에 비해 무라 검사에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있어, 양산 수율 확보가 가능하며, 기존 검사자의 판별에 대한 오류 및 편차에 대한 객관적인 데이타의 산출로 결정화 기판의 양불 신뢰성 및 객관성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 영상획득을 위해 에어리어 카메라 또는 라인 스캔 카메라를 사용하여 무라 검출 시간을 단축시키며, 트리거 신호에 의해 영상이 획득되도록 하여, 기판의 각 영역에 대한 무라 검출이 용이하도록 한 효과가 있다.
도 1 - 종래의 가시광선에 대한 무라 영상을 나타낸 도.
도 2 - 본 발명에 따른 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템에 대한 주요부에 대한 모식도.
도 3 - 본 발명에 따른 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법에 대한 블럭도.
도 4 - 본 발명에 따른 기판에 대한 영상획득부 및 자외선 광원의 각도를 나타낸 모식도.
도 5 - 일반적으로 예상되는 무라의 표면 형태를 나타낸 모식도.
도 6 - 파장에 따른 흡수율 깊이를 나타낸 도.
도 7 - 광원의 파장에 따른 기판의 패턴을 나타낸 도.
도 8 - 광원의 파장에 따른 기판의 무라 영상을 나타낸 도.
본 발명은 자외선 광원을 이용하여 레이저 결정화 장치를 포함하는 설비 내에서 결정화된 기판에 기인하는 무라 정보 만을 검출하여 이를 정량화하여 무라 검출에 대한 신뢰성을 확보하고, 이를 통해 기판 상태에 대한 실시간으로 양불을 판정하기 위한 것으로서, 무라를 머신 비젼을 이용하여 검출하여 데이타를 추출하여 정량화하는 것이다.
이에 의해 본 발명은 레이저 결정화 장치를 포함하는 설비 내에서 실시간으로 공정 퀄리티를 확인하여 안정적인 공정 관리를 도모할 수 있도록 하기 위한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 2는 본 발명에 따른 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템에 대한 주요부에 대한 모식도이고, 도 3은 본 발명에 따른 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법에 대한 블럭도이고, 도 4는 본 발명에 따른 기판에 대한 영상획득부 및 자외선 광원의 각도를 나타낸 모식도이고, 도 5는 일반적으로 예상되는 무라의 표면 형태를 나타낸 모식도이고, 도 6은 파장에 따른 흡수율 깊이를 나타낸 도이고, 도 7은 광원의 파장에 따른 기판의 패턴을 나타낸 도이며, 도 8은 광원의 파장에 따른 기판의 무라 영상을 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 결정화 설비(10)에 기인하는 무라 정량화 시스템에 있어서, 상기 레이저 결정화 장치(100)에서 기판(20)의 결정화를 수행하며, 상기 결정화된 기판(20)을 이동시키면서 자외선 광원(220)을 이용하여 무라를 실시간으로 검출하여 정량화할 수 있도록 무라 정량화 장치(200)가 상기 레이저 결정화 장치(100)를 포함하는 설비 내부에 형성되는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명은 레이저 결정화 장치(100)를 포함하는 설비 내에서 결정화된 기판(20)에 기인하는 무라를 정량화하여 기판(20) 상태에 대한 실시간으로 양불을 판정하기 위한 것으로서, 무라를 머신 비젼을 이용하여 자동으로 검출하여 데이타를 정량화하여, 레이저 결정화 장치(100)를 포함하는 설비 내에서 실시간으로 공정 퀄리티를 확인하여 안정적인 공정 관리를 도모할 수 있도록 하기 위한 것이다.
일반적으로 레이저 결정화 장치(100)는 공정 챔버(110)와, 상기 공정 챔버(110) 일측에 형성되며, 상기 기판(20)에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 발생기 및 상기 공정 챔버(110) 내부에 형성되며, 상기 기판(20)을 로딩 및 언로딩시키는 스테이지(130)를 포함하여 이루어지며, 이러한 레이저 결정화 장치(100)가 포함된 설비 내에 무라 정량화 장치(200)가 포함되게 된다.
본 발명은 무라 영상을 획득하기 위한 구성은 레이저 결정화 장치(100) 내에 포함되며, 검출된 무라 영상을 처리하고 데이타화하고, 각 구성을 제어하는 구성은 레이저 결정화 장치(100) 외부에 형성되도록 하며, 이러한 레이저 결정화 장치(100) 및 무라 정량화를 위한 장치를 모두 포함하여 레이저 결정화 설비(10)라고 한다. 즉, 레이저 결정화, 무라 검출 및 정량화 공정이 동일한 설비 내에서 이루어지는 것이다.
상기 레이저 결정화 장치(100)의 공정 챔버(110)는 일반적인 결정화를 위한 진공 챔버 등을 사용하며, 일측에는 기판(20)을 투입할 수 있는 게이트(gate)가 형성된다.
상기 기판(20)의 결정화를 위한 레이저 빔을 조사하기 위한 레이저 빔 발생기는 상기 공정 챔버(110) 외부 일측에 형성되며, 광학모듈 및 OPDM을 이용하여 기판(20)에 라인 형태의 레이저 빔이 효율적으로 조사되도록 한다.
일반적으로, 기판(20)은 글라스 상에 증착된 실리콘 박막으로 이루어지고, 여기에서 실리콘 박막은 비정질 상태로 형성되게 되며, 본 발명에서의 기판(20)을 결정화시킨다는 의미는 글라스와 같이 베이스 기판 상에 형성된 비정질 실리콘 박막과 같은 박막을 결정화시키는 것을 의미한다. 편의상 본 발명에서는 결정화 대상 박막 및 그 하측의 베이스 기판을 포함하여 기판(20)이라고 한다.
이러한 결정화를 위한 레이저 빔의 에너지를 에너지 밀도(Energy Density, 이하 ED라 함)라고 하며, ED 조건 중 결정화 결과를 가장 좋게 만드는 ED를 Optimized Energy Density(이하 OPED라 함)라고 한다. 따라서, 상기 레이저 빔은 미리 설정된 OPED로 제공되게 된다.
상기 레이저 빔 발생기는 엑시머 레이저 빔 등으로 기판(20)을 결정화시키며, 상기 스테이지(130)는 공정 챔버(110) 내부에 형성되며, 상기 기판(20)이 탑재되어 상기 기판(20)을 로딩 및 언로딩시킨다.
상기 스테이지(130)는 결정화를 위한 기판(20)을 레이저 빔에 대해 상대적으로 이동시켜, 기판(20)의 모든 영역에 레이저 빔이 조사되도록 한다. 여기에서, 스테이지(130)의 위치에 대한 엔코더(encoder) 신호를 후술할 무라 정량화 장치(200)의 영상획득부(210)에 공급하여, 이를 영상획득부(210)의 트리거(trigger) 신호로 사용함으로써, 일정한 간격으로 영상을 획득할 수 있도록 한다. 이는 스테이지(130)의 위치에 대한 무라 영상을 획득하여 정량화를 도출함으로써, 무라의 발생이 어느 위치에서 발생했는지 정확히 추적이 가능하게 된다.
또한, 일반적으로 상기 기판(20)을 스테이지(130) 상에 고정하기 위해 진공척라인 상에 기판(20)을 위치시키게 되며, 이 경우 통상의 광원(400nm~700nm)을 이용하여 무라 영상을 획득하게 되면, 무라 영상에 상기 진공척라인이 함께 나타나게 되어, 무라 검출에 대한 신뢰성을 떨어뜨리고 있다.
한편, 무라 정량화 장치(200)는 상기 레이저 결정화 장치(100)를 포함하는 설비 내에 형성되는 것으로서, 상기 결정화된 기판(20)을 이동시키면서 무라를 실시간으로 정량화할 수 있도록 하는 것이다.
상기 무라 정량화 장치(200)는, 상기 레이저 빔의 조사에 대해 간섭되지 않도록 형성되며 상기 스테이지(130)에 의해 로딩되는 결정화된 기판(20)에 대한 실시간 무라 영상의 획득이 가능하도록 상기 스테이지(130)의 이동방향에 대해 상측에 형성된 영상획득부(210)와, 상기 영상획득부(210) 일측에 형성되어 결정화된 기판(20)을 비추는 자외선 광원(220)과, 상기 획득된 무라 영상에 대해 컨트라스트 영상(contrast image)의 도출을 위한 영상전처리(image preproseccing) 및 영상처리(image processing)를 수행하고, 처리된 영상을 데이타로 분석하여 정량화하는 영상처리부(230) 및 상기 영상획득부(210), 자외선 광원(220) 및 영상처리부(230)를 제어하고, 상기 영상획득부(210)에서 획득된 영상 및 영상처리부(230)에서 획득된 영상 데이타를 표시하며, 결정화된 기판(20)에 대한 양불을 판단하도록 형성된 중앙처리부(240)로 크게 이루어진다.
여기에서, 상술한 바와 같이 무라 정량화 장치(200)의 영상획득부(210) 및 자외선 광원(220)은 상기 레이저 결정화 장치(100)의 공정 챔버(110) 내부에 형성되며, 획득된 영상의 처리 등을 위한 영상처리부(230) 및 중앙처리부(240)는 공정 챔버(110) 외부에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 영상획득부(210)는 결정화된 기판(20)에 대한 무라 영상을 획득하기 위한 것으로서, 일반적으로 CCD 카메라로 형성되어 중앙처리부(240)와 연결되어 온오프 및 작동 제어가 가능하도록 형성되며, 에어리어 카메라(area camera)(211) 또는 라인 스캔 카메라(line scan camera)(212)를 사용하여 무라 검출 시간을 단축시킬 수 있도록 하며, 이 외에도 영상 획득이 가능한 모든 카메라가 사용이 가능하다.
상기 에어리어 카메라(211)를 이용하여 영상을 획득하고자 하는 경우, 위치 동기화 트리거(trigger)를 조절하여 일정한 간격으로 영상의 획득이 가능하도록 한다. 예컨대, 상기 스테이지(130)의 위치에 대한 엔코더 신호를 입력받아 에어리어 카메라(211)의 트리거를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득할 수 있도록 한다. 이에 의해 기판(20)의 어느 위치에서 획득된 무라 영상임을 알 수 있어, 기판(20)의 위치에 대한 결정화 양불에 대한 판단을 용이하게 할 수 있다.
또한, OPED 즉, 최적 결정화 에너지 밀도 영역별로 트리거를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득할 수도 있다. 즉, 기판(20)의 영역별로 OPED를 변화시켜 결정화를 진행하여, 해당 OPED를 트리거 신호로 영상획득부(210)에 입력함으로써 어떤 OPED에서 결정화가 더 잘 수행되었는지 판단할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 자외선 광원(220)은 상기 영상획득부(210) 일측에 형성되어 결정화된 기판(20)을 비춰, 영상 획득이 잘 이루어지도록 하는 것으로서, 돔, 링, 바, 동축 형태를 가질 수 있으며 파장대역은 자외선(400nm 이하)을 사용한다. 상기 자외선 광원(220)은 각도조절이 가능하도록 하며, 후술할 중앙처리부(240)에서 온오프 제어 및 각도 조절이 가능하다.
일반적으로 상기 기판(20)을 스테이지(130) 상에 고정하기 위해 진공척라인 상에 기판(20)을 위치시키게 되며, 이 경우 통상의 가시광선(400nm~700nm)을 이용하여 무라 영상을 획득하게 되면, 기판(20)을 투과하여 반사되는 영상으로 인해 무라 영상에 상기 진공척라인이 함께 겹쳐지게 되어, 무라 검출에 대한 신뢰성을 떨어뜨리고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 자외선 광원(220)을 사용하고 있다. 자외선 광원(220)은 기판(20)(예컨대, 글라스 베이스 기판) 상에 형성된 실리콘 박막 두께에서 투과하지 못하고 흡수되며, 일정 각도에서는 무라 영역에서 반사된 영상을 획득할 수 있게 된다.
즉, 자외선 광원(220)을 사용함으로써 기판을 투과하여 반사되는 영상을 감소 또는 제거하여 무라 영상 획득의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이다.
여기에서, 상기 상기 영상획득부(210)는, 도 4에 도시한 바와 같이 기판(20)에 대해 20~70°의 각도(θAC)로 배치된 것이 바람직하며, 상기 자외선 광원(220)은, 기판(20)에 대해 20~70°의 각도(θAL)로 배치되는 것이 바람직하다. 도 4(a)는 에어리어 카메라(211)의 경우이며, 도 4(b)는 라인 스캔 카메라(212)의 경우이다. 에어리어 카메라(211)의 경우 수평(horizontal) 방향의 중심선을 기준으로 기판에 대한 각도를 의미한다.
도 5는 일반적으로 예상되는 무라의 표면 형태를 나타낸 것으로서, 상기 영상획득부(210) 및 자외선 광원(220)이 상기 각도를 벗어나는 경우 인접하는 무라와 겹쳐져서 영상이 획득되거나 무라의 높이 및 너비에 대한 정보가 부정확하게 획득되게 된다.
그리고, 상기 영상처리부(230)는 상기 획득된 무라 영상에 대해 컨트라스트 영상(contrast image)의 도출을 위한 영상전처리(image preproseccing) 및 영상처리(image processing)를 수행하고, 처리된 영상을 데이타로 분석하여 정량화하게 된다.
일반적으로 무라 영상은 육안에 의한 인식이 용이하지 않으므로 이를 시인성이 좋도록 컨트라스트 영상으로 도출하여야 하는데, 획득된 영상을 로컬(local)에 분포되어 있는 휘도값을 평균화하여 스무딩(smoothomg)화된 영상을 생성하여 컨트라스트 영상을 도출한다.
즉, 최초 획득된 영상에서 영상을 전처리 하여 얻은 기준 영상(reference image)의 데이타 값을 빼면 컨트라스트 영상을 얻게 되며, 이를 사용하여 명암비 조건 및 라인 종류 등의 선택사항을 입력하여 분석 이미지를 도출해낼 수 있으며, 이를 통해 최종 무라 검출에 대한 정량화된 영상 데이타를 얻게 된다.
상기 중앙처리부(240)는 일반적으로 PC를 사용하며, 상기 영상획득부(210), 자외선 광원(220) 및 영상처리부(230)를 제어하고, 상기 영상획득부(210)에서 획득된 영상 및 영상처리부(230)에서 획득된 영상 데이타를 표시하며, 결정화된 기판(20)에 대한 양불을 판단하도록 형성된다.
예컨대, 중앙처리부(240)는 상기 영상획득부(210), 자외선 광원(220) 및 영상처리부(230)를 제어하고, 설정값을 입력하기 위한 위한 키보드와, 획득된 영상 및 처리된 영상 데이타 등을 표시하기 위한 패널과, 상기 영상 데이타를 기반으로 하여 결정화된 기판(20)의 양불을 판단하고, 모든 구성을 제어하는 제어부로 구성된 것이다.
상기 중앙처리부(240)는 레이저 결정화 장치(100) 외부에 형성된 것으로서, 무라 정량화 장치(200)를 제어할 뿐만 아니라, 레이저 결정화 장치(100)를 포함하는 전체 설비를 제어할 수 있도록 형성된 것으로서, 레이저 결정화 장치(100)의 레이저 발생기(120) 및 스테이지(130)의 이동 및 위치 설정 등을 제어할 수 있으며, 스테이지(130)의 위치는 트리거 신호로 영상획득부(210)에 입력되도록 하여 영상획득부(210)를 일정한 간격으로 작동할 수 있도록 한다.
상기 중앙처리부(240)에서는 획득된 영상의 데이타를 이용하여 결정화된 기판(20)에 대한 양불을 판단할 수 있으며, 이상 발생 시 기판(20)에 조사되는 레이저 빔의 에너지 밀도(Energy Density)를 변경하도록 할 수 있으며, 이는 미리 설정된 프로그래밍에 의해 양불 판단에 대한 ED가 자동으로 변경되도록 하거나, 필요에 의해 사용자가 직접 ED를 변경할 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 레이저 결정화 설비(10)에 기인하는 무라 정량화 방법에 대해 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 무라 정량화 방법에 대한 모식도를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 레이저 결정화 설비(10)에 기인하는 무라 정량화 방법에 있어서, 기판(20)을 로딩하는 제1단계와, 레이저를 이용하여 상기 로딩된 기판(20)의 결정화를 수행하는 제2단계와, 자외선을 이용하여 상기 결정화된 기판(20)을 이동시키면서 무라를 실시간으로 정량화하는 제3단계 및 결정화 및 무라 정량화가 완료된 기판(20)을 언로딩하는 제4단계를 포함하여 이루어진 것을 그 특징으로 한다.
상기 기판(20)은 레이저 결정화 장치(100) 내부의 스테이지(130)에 탑재되어 레이저 결정화를 위한 위치로 로딩되게 된다. 로딩된 기판(20)은 레이저 빔 발생기에 의해 제공된 레이저 빔에 의해 결정화가 수행되며, 상기 결정화된 기판(20)을 이동시키면서 영상획득부(210)에 의해 결정화된 기판(20)에 대한 무라 영상을 획득하고 영상처리를 수행하여 무라를 실시간으로 정량화한 후, 결정화 및 무라 정량화가 완료된 기판(20)을 언로딩함으로써, 공정이 완료되게 된다.
여기에서, 상기 제3단계는, 결정화된 기판(20)의 무라 영상을 획득하고, 상기 획득된 무라 영상에 대해 영상처리를 수행한 후, 상기 영상처리가 수행된 영상을 데이타로 분석하여 정량화하며, 상기 정량화된 무라를 통해 기판(20)의 결정화 레벨에 대한 양불을 판단하는 과정으로 이루어지게 된다.
여기에서, 상기 결정화된 기판(20)의 무라 영상을 획득하는 단계는, 위치 동기화 트리거(trigger)를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득하도록 한다.
상기 결정화된 기판(20)의 무라 영상을 획득하기 위해서는 에어리어 카메라(211) 또는 라인 스캔 카메라(212)와 같은 영상획득부(210)가 사용될 수 있으며, 영상획득부(210)에 대한 위치 동기화 트리거(trigger)를 조절하여 일정한 간격으로 영상의 획득이 가능하도록 한다.
예컨대, 상기 스테이지(130)의 위치에 대한 엔코더 신호를 입력받아 에어리어 카메라(211)의 트리거를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득할 수 있도록 한다. 이에 의해 기판(20)의 어느 위치에서 획득된 무라 영상임을 알 수 있어, 기판(20)의 위치에 대한 결정화 양불에 대한 판단을 용이하게 할 수 있다.
이렇게 획득된 영상은 디포커싱 영역은 제외하고, 포커싱 영역 즉, 유효 영역만 선별적으로 무라를 검출하여 정량화를 수행하게 되며, 기판(20)의 양불 판정은 영역별 속성값과 기준 레벨을 비교하는 절대비교 방식이나, 영역별 속성값의 편차를 비교하는 등의 상대비교 방식으로 이루어질 수 있다.
또한, OPED 즉, 최적 결정화 에너지 밀도 영역별로 트리거를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득할 수도 있다. 즉, 기판(20)의 영역별로 OPED를 변화시켜 결정화를 진행하여, 해당 OPED를 트리거 신호로 영상획득부(210)에 입력함으로써 어떤 OPED에서 결정화가 더 잘 수행되었는지 판단할 수 있도록 한다.
상기 라인 스캔 카메라(212)에 의해 획득된 영상은 원근을 보정하고 처리 영역 즉 유효 영역을 추출한 후, 히스토그램 정량화나 누적 프로파일 기반 연산 등을 수행하여 영역 속성을 연산하여 결정화된 기판(20)의 양불을 판정하게 된다.
여기에서, 기판(20)의 양불 판정은 영역별 속성값과 기준 레벨을 비교하거나, 여역별 속성값의 편차를 비교하는 등의 방식으로 이루어지게 된다
여기에서, 기판(20)을 투과하여 반사되는 진공척라인 영상을 제거 또는 감소시키기 위해 본 발명에서는 자외선 광원(220)을 사용하고 있다. 자외선 광원(220)은 기판(20)(예컨대, 글라스 베이스 기판) 상에 형성된 실리콘 박막 두께에서 투과하지 못하고 흡수되며, 일정 각도에서는 무라 영역에서 반사된 영상을 획득할 수 있게 된다.
즉, 자외선 광원(220)을 사용함으로써 기판(20)을 투과하여 반사되는 영상을 감소 또는 제거하여 무라 영상 획득의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이다.
여기에서, 상기 상기 영상획득부(210)는, 기판(20)에 대해 20°~70°의 각도(θAC)로 배치된 것이 바람직하며, 상기 자외선 광원(220)은, 기판(20)에 대해 20°~70°의 각도(θAL)로 배치되는 것이 바람직하다. 도 4(a)는 에어리어 카메라(211)의 경우이며, 도 4(b)는 라인 스캔 카메라(212)의 경우이다. 에어리어 카메라(211)의 경우 수평(horizontal) 방향의 중심선을 기준으로 기판(20)에 대한 각도를 의미한다.
도 5는 일반적으로 예상되는 무라의 표면 형태를 나타낸 것으로서, 상기 영상획득부(210) 및 자외선 광원(220)이 상기 각도를 벗어나는 경우 인접하는 무라와 겹쳐져서 영상이 획득되거나 무라의 높이 및 너비에 대한 정보가 부정확하게 획득되게 된다.
또한, 상기 획득된 무라 영상에 대해 영상처리는, 상기 영상처리부(230)에서 수행되게 되며, 상기 획득된 무라 영상에 대해 컨트라스트 영상(contrast image)의 도출을 위한 영상전처리(image preproseccing) 및 영상처리(image processing)를 수행하고, 처리된 영상을 데이타로 분석하여 정량화하는 것이 바람직하다.
예컨대, 획득된 영상을 로컬(local)에 분포되어 있는 휘도값을 평균화하여 스무딩(smoothomg)화된 영상을 생성하여 컨트라스트 영상을 도출하는 것으로서, 최초 획득된 영상에서 영상을 전처리하여 얻은 기준 영상(reference image)의 데이타 값을 빼면 컨트라스트 영상을 얻게 되며, 이를 사용하여 명암비 조건 및 라인 종류 등의 선택사항을 입력하여 분석 이미지를 도출해낼 수 있으며, 이를 통해 최종 무라 검출에 대한 정량화된 영상 데이타를 얻게 된다.
그리고, 상기 정량화된 무라를 통해 기판(20)의 결정화 레벨에 대한 양불을 판단하여, 이상 발생 시 기판(20)에 조사되는 레이저 빔의 ED(Energy Density, ED)를 변경하도록 형성되며, 이는 상기 중앙처리부(240)에서 수행하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 자외선 광원(220)을 이용하여 무라 영상을 획득하는 경우와 가시 광원을 이용하여 무라 영상을 획득하는 경우에 대한 비교 데이타를 설명하고자 한다.
도 6은 파장에 따른 흡수율 깊이를 나타낸 것으로서, 400nm 이하의 자외선 광원(220) 영역에서는 실리콘 박막의 결정화 두께에서 침투하지 않게 되어 기판(20)에서 반사되는 영상이 생기지 않게 되는 것이다. 반면에 가시 광원 영역에서는 실리콘 박막의 결정화 두께를 넘어서까지 침투가 되어 기판(20) 아래의 진공척라인과 같은 영상이 획득되게 된다.
도 7은 광원의 파장에 따른 기판(20)의 영상을 나타낸 것으로서, 자외선 광역 영역에서는 기판(20)의 패턴(예컨대, 진공척라인)이 희미하게 보일 정도로 감소됨을 알 수 있다.(투과비율이 현저히 감소)
도 8은 자외선 광원(220)을 조사한 경우(a)와 가시 광원을 조사한 경우(b)의 무라 영상을 획득한 것으로서, 가시 광원을 조사한 경우에는 기판(20) 위로 반사된 진공척라인이 획득되게 되며, 자외선 광원(220)을 조사한 경우에는 무라 영역 획득과 함께 기판(20)의 진공척라인은 나타나지 않았다.
이와 같이, 본 발명은 자외선을 이용하여 레이저 결정화 장치를 포함하는 설비 내에서 결정화된 기판에 기인하는 무라를 정량화하여 결정화된 기판의 상태에 대한 실시간으로 양불을 판정하여 안정적인 공정 관리를 도모할 수 있도록 한 것이다.
특히, 자외선을 이용함으로써 기판 하부에 위치된 진공척라인과 같은 영상은 나타나지 않아 기판에 대한 무라 영상 정보만 획득할 수 있어 무라 검출의 신뢰성을 높이고, 획득한 무라 정보를 통해 수율 향상에 크게 기여할 수 있도록 한 것이다.
10 : 레이저 결정화 설비 20 : 기판
100 : 레이저 결정화 장치 110 : 공정 챔버
120 : 레이저 발생기 130 : 스테이지
200 : 무라 정량화 장치 210 : 영상획득부
211 : 에어리어 카메라 212 : 라인 스캔 카메라
220 : 자외선 광원 230 : 영상처리부
240 : 중앙처리부

Claims (17)

  1. 레이저 결정화 장치가 포함된 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템에 있어서,
    상기 레이저 결정화 장치에 의해 기판의 결정화를 수행하며,
    상기 결정화된 기판을 이동시키면서 자외선 광원을 이용하여 무라를 실시간으로 정량화할 수 있도록 무라 정량화 장치가 상기 레이저 결정화 설비 내부에 형성되고,
    상기 레이저 결정화 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버 일측에 형성되며, 상기 기판에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 발생기; 및 상기 공정 챔버 내부에 형성되며, 상기 기판을 로딩 및 언로딩시키는 스테이지;를 포함하고,
    상기 무라 정량화 장치는, 상기 레이저 빔의 조사에 대해 간섭되지 않도록 형성되며 상기 스테이지에 의해 로딩되는 결정화된 기판에 대한 실시간 무라 영상의 획득이 가능하도록 상기 스테이지의 이동방향에 대해 상측에 형성된 영상획득부; 상기 영상획득부 일측에 형성되어 상기 결정화된 기판을 비추는 자외선 광원; 상기 획득된 무라 영상에 대해 컨트라스트 영상(contrast image)의 도출을 위한 영상전처리(image preproseccing) 및 영상처리(image processing)를 수행하고, 처리된 영상을 데이타로 분석하여 정량화하는 영상처리부; 및 상기 영상획득부, 자외선 광원 및 영상처리부를 제어하고, 상기 영상획득부에서 획득된 영상 및 영상처리부에서 획득된 영상 데이타를 표시하며, 상기 결정화된 기판에 대한 양불을 판단하도록 형성된 중앙처리부;를 포함하고,
    상기 영상획득부는, 상기 기판에 대해 20°~70°의 각도로 배치되고,
    상기 자외선 광원은, 상기 기판에 대해 20°~70°의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 영상획득부는,
    에어리어 카메라(area camera)로 구현되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 영상획득부는,
    상기 스테이지의 위치에 대한 신호를 입력받아 트리거(trigger)를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 영상획득부는,
    최적 결정화 에너지 밀도(Optimized Energy Density, OPED) 영역별로 트리거(trigger)를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 영상획득부는,
    라인 스캔 카메라(line scan camera)로 구현되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서, 상기 중앙처리부는,
    상기 결정화된 기판에 대한 양불을 판단하여, 이상 발생 시 기판에 조사되는 레이저 빔의 ED(Energy Density, ED)를 변경하도록 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템.
  11. 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법에 있어서,
    기판을 로딩하는 제1단계;
    레이저를 이용하여 상기 로딩된 기판의 결정화를 수행하는 제2단계;
    자외선 광원을 이용하여 상기 결정화된 기판을 이동시키면서 무라를 실시간으로 정량화하는 제3단계; 및
    결정화 및 무라 정량화가 완료된 기판을 언로딩하는 제4단계;를 포함하고,
    상기 제3단계는, 자외선 광원을 이용하여 결정화된 기판의 무라 영상을 획득하는 단계; 상기 획득된 무라 영상에 대해 영상처리를 수행하는 단계; 상기 영상처리가 수행된 영상을 데이타로 분석하여 정량화하는 단계; 상기 정량화된 무라를 통해 기판의 결정화 레벨에 대한 양불을 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 결정화된 기판의 무라 영상을 획득하는 단계는, 무라 영상 획득을 위한 영상획득부가 기판에 대해 20°~70°의 각도로 배치되어 수행되고,
    상기 획득된 무라 영상에 대해 영상처리를 수행하는 단계는, 상기 획득된 무라 영상에 대해 컨트라스트 영상(contrast image)의 도출을 위한 영상전처리(image preproseccing) 및 영상처리(image processing)를 수행하고, 처리된 영상을 데이타로 분석하여 정량화하는 것을 포함하고,
    상기 컨트라스트 영상의 도출은 최초 획득된 영상에서 영상을 전처리 하여 얻은 기준 영상(reference image)의 데이타 값을 빼면 컨트라스트 영상을 얻게 되도록 수행되고,
    상기 자외선 광원은, 기판에 대해 20°~70°의 각도로 배치되고,
    상기 영상획득부와 상기 자외선 광원은 상기 기판 상에서 일 측에 서로 가까이 모이고 순차적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서, 상기 결정화된 기판의 무라 영상을 획득하는 단계는,
    위치 동기화 트리거(trigger)를 조절하여 일정한 간격으로 무라 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 11항에 있어서, 상기 정량화된 무라를 통해 기판의 결정화 레벨에 대한 양불을 판단하는 단계는,
    상기 결정화된 기판에 대한 양불을 판단하여, 이상 발생 시 기판에 조사되는 레이저 빔의 ED(Energy Density, ED)를 변경하도록 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법.
KR1020150076580A 2015-05-29 2015-05-29 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 자외선 광원을 이용한 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법 KR101877274B1 (ko)

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