KR102435310B1 - 레이저 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 열처리 장치에 관한 것으로서, 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 기판 상의 박막을 어닐링하는 레이저 열처리 장치에 있어서, 광원으로부터 출력된 상기 레이저 빔이 투과되는 투과창; 상기 광원과 상기 투과창 사이에 위치하며, 상기 레이저 빔의 조사 방향에 대해 경사지게 설치되며, 상기 광원으로부터 출력되어 상기 투과창으로 향하는 레이저 빔의 일부를 자르거나 막아주는 제1 빔 차단부; 상기 기판에 불활성 가스를 분사시키는 가스 분사구에 설치되어 상기 투과창을 투과하여 조사되는 레이저 빔의 일부를 자르거나 막아주는 제2 빔 차단부; 상기 제1 빔 차단부의 상측에 설치되며, 상기 제1 빔 차단부로부터 반사된 반사광과, 상기 기판으로부터 반사되어 투과창을 투과한 반사광을 1차로 상쇄시키는 제1 빔 흡수부; 및 상기 제1 빔 흡수부와 상기 투과창 사이에 설치되며, 상기 제1 빔 흡수부로부터 1차 상쇄된 반사광을 2차 상쇄시켜 제거하는 제2 빔 흡수부를 포함하며, 상기 제1 빔 차단부 및 상기 제1 빔 흡수부에는 내부에 냉각 매체가 순환하여 상기 제1 빔 차단부 및 상기 제1 빔 흡수부를 냉각시키는 냉각장치가 설치된 레이저 열처리 장치를 제공한다.

Description

레이저 열처리 장치{Laser annealing apparatus}
본 발명은 레이저 열처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광원으로부터 조사되는 레이저 빔의 입사광 및 반사광에 의해 온도가 상승하는 빔 차단부 및 빔 흡수부의 온도 상승을 억제할 수 있도록 한 레이저 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기판 또는 박막의 결정화를 위한 방법으로는, 기판 또는 박막을 챔버 내부의 스테이지 상에 안착시키고 고온 상태에서 어닐링하거나 기판 상에 박막을 고온에서 증착하는 방법이 있다. 이러한 기판 또는 박막의 어닐링 및 고온 상태에서 박막의 증착과정을 통칭하여 '어닐링'(annealing) 과정이라고 하며, 기판 또는 기판 상에 증착된 박막을 편의상 '기판'이라고 한다.
그러나 이러한 고온에서의 어닐링은, 고온 분위기에서의 열화학 반응에 의해 챔버 내부를 오염시키거나, 챔버 내부에 필요 없는 화합물을 생성하여 기판의 오염을 초래하는 단점이 있다.
또한, 불균일한 온도 구배에 의해 열처리 균일도가 일정하지 않아 기판 또는 박막 상에 무라(mura)를 형성하거나, 고온 분위기의 조성을 위한 시간이 많이 소요되어 공정 비용이 높아지고, 생산성은 낮은 단점이 있다.
최근에는 기판의 대형화 및 박판 추세에 따라 레이저를 이용한 열처리 방법이 연구되고 있으며, 특히, 엑시머 레이저를 이용한 열처리 방법은, 엑시머 레이저를 기판 또는 박막 상에 조사하여, 기판 또는 박막을 순간적으로 가열하여 결정화를 유도하는 방법이다.
이러한 레이저 열처리 방법은 기판 또는 박막 전체에 대한 어닐링 균일도가 우수하여 대면적 기판에 적용하기가 용이하고, 레이저 빔이 조사되는 국부적인 영역만을 순간적으로 가열하게 되므로, 박판의 기판에의 적용성도 뛰어난 장점이 있으며, 양산의 안정성을 높이기 위해 최근 연구가 활발한 실정이다.
일반적으로 레이저 열처리 방법을 위한 레이저 열처리 장치는, 공정 챔버와, 공정 챔버 내부에 배치되며 기판이 안착되는 기판지지장치와, 공정 챔버 외부에 배치되어 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기로 이루어진 광원과, 공정 챔버의 일측에 형성되어 레이저 빔을 공정 챔버 내부로 투과시키는 윈도우 및 공정 챔버의 외부에서 레이저 빔의 경로 상에 형성되어 레이저 빔을 윈도우를 통해 공정 챔버 내부로 안내하여, 기판 또는 박막 상으로 조사시키는 광학계 등을 포함하여 구성된다.
그런데, 이와 같은 레이저 열처리 장치는 빔 차단부를 사용하여 레이저 빔을 차단하게 되면, 광원으로부터 조사되는 레이저 빔에 의해 빔 차단부의 온도가 상승하여 빔 차단부 자체의 열 변형이 발생하게 되고, 그 주변부의 온도도 상승하게 되어 그에 따른 기류 변화가 발생하게 된다.
빔 차단부의 열 변형이 발생하게 될 경우, 레이저 빔의 길이가 일정하지 않게 되어 기판의 열처리 공정 과정에서 기판에 레이저 빔이 불균일하게 조사되어, 불량 발생의 원인이 되고, 빔 차단부의 주변부의 온도가 상승하여 공정 챔버 내 기류에 변화가 생기게 되면 기판에 무라가 발생하는 문제가 있다.
또한, 레이저 열처리 장치는 광원으로부터 출력되어 기판으로 조사된 레이저 빔이 입사 방향과 반대 방향으로 반사되어 다시 투과창을 투과하고, 투과창 상부에 위치한 빔 흡수부로 입사하게 되는데, 빔 흡수부는 반사된 레이저 빔을 일부 흡수하지만, 완전히 제거하지 못하고 다시 재반사하게 됨에 따라 빔 흡수부의 온도가 상승하게 되고, 이로 인해 빔 흡수부 자체의 열 변형이 발생하게 된다. 이와 같이 빔 흡수부의 온도가 지속적으로 상승함에 따라, 빔 흡수부 주변부의 온도가 상승하여 주위 부품들의 열 변형이 발생하게 되고, 열처리 공정 과정에서 레이저 빔이 투과창을 투과하여 기판에 조사될 때, 기판에 무라가 발생하는 문제가 있다.
그런데, 종래의 레이저 열처리 장치의 빔 차단부와 빔 흡수부는 내부에 열을 차단하기 위한 냉각장치를 구비하지 않아 레이저 열처리 장치의 내부 부품이 손상되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제1164524호(2012.07.04)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 레이저 열처리 장치 내에서 레이저 빔을 가공하는 빔 차단부와 빔 흡수부의 온도 상승을 억제할 수 있도록 한 레이저 열처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 기판 상의 박막을 어닐링하는 레이저 열처리 장치에 있어서, 광원으로부터 출력된 상기 레이저 빔이 투과되는 투과창; 상기 광원과 상기 투과창 사이에 위치하며, 상기 레이저 빔의 조사 방향에 대해 경사지게 설치되며, 상기 광원으로부터 출력되어 상기 투과창으로 향하는 레이저 빔의 일부를 자르거나 막아주는 제1 빔 차단부; 상기 기판에 불활성 가스를 분사시키는 가스 분사구에 설치되어 상기 투과창을 투과하여 조사되는 레이저 빔의 일부를 자르거나 막아주는 제2 빔 차단부; 상기 제1 빔 차단부의 상측에 설치되며, 상기 제1 빔 차단부로부터 반사된 반사광과, 상기 기판으로부터 반사되어 투과창을 투과한 반사광을 1차로 상쇄시키는 제1 빔 흡수부; 및 상기 제1 빔 흡수부와 상기 투과창 사이에 설치되며, 상기 제1 빔 흡수부로부터 1차 상쇄된 반사광을 2차 상쇄시켜 제거하는 제2 빔 흡수부를 포함하며, 상기 제1 빔 차단부 및 상기 제1 빔 흡수부에는 내부에 냉각 매체가 순환하여 상기 제1 빔 차단부 및 상기 제1 빔 흡수부를 냉각시키는 냉각장치가 설치된 레이저 열처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 투과창의 일측에는 상기 투과창을 향해 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사부가 설치된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 및 제2 빔 흡수부는 몸체 내에 다수의 돌기로 이루어지는 표면 거칠기부가 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 표면 거칠기부는 표면적 증대를 위해 격자 구조로 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 빔 흡수부는 상기 투과창에 대응하는 제1 경사면이 상향 경사지고 상기 빔 차단부에 대응하는 제2 경사면이 하향 경사지게 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 및 제2 경사면은 둔각을 이루게 된다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치에 의하면, 레이저 빔을 가공하기 위한 빔 차단부와 빔 흡수부에 자체 온도 상승을 방지하기 위한 냉각장치를 설치하여 냉각장치의 온도를 효율적으로 제어함으로써, 빔차단부와 빔 흡수부의 온도 상승을 억제하고 레이저 빔의 균일도를 확보하므로 기판의 무라 현상 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 투과창을 향해 퍼지가스를 분사하여 투과창 상의 불순물을 제거하는 한편, 빔 차단부와 빔 흡수부를 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치의 빔 차단부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치의 빔 흡수부의 표면 거칠기부를 나타내는 평면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치의 빔 차단부를 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치의 빔 흡수부의 표면 거칠기부를 나타내는 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치는, 기판(W)이처리될 수 있는 내부 공간을 가지는 공정 챔버(미도시) 내에 설치되며, 광원으로부터 출력된 레이저 빔(L)이 통과하는 광조사 공간을 가지는 레이저 조사 유닛(100)과, 레이저 조사 유닛(100)과 기판(W) 사이에 위치하도록 레이저 조사 유닛(100)의 하부에 설치되어 기판(W) 상에 불활성 가스를 분사하는 가스 분사 유닛(200)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 공정 챔버는 단면이 사각형인 수용체 형상이나, 반드시 이에 한정되지 않고 기판(W)과 대응하는 다양한 형상으로 변형 실시될 수 있다.
한편, 레이저 조사 유닛(100)의 광조사 공간 상에는 예컨대, 석영(quartz)으로 이루어진 투과창(130)이 설치된다. 투과창(130)은 광원으로부터 출력된 레이저 빔(L)을 투과하도록 상부 몸체(110)의 일부에 설치되며 가스 분사 유닛(200)을 덮도록 설치되는 것이 바람직하다. 물론 투과창(130)은 가스 분사 유닛(200)의 상부를 덮도록 설치되는데에 한정되지 않고, 광원으로부터 출력된 레이저 빔(L)을 가스 분사 유닛(200)의 가스 분사구(240)로 유도하도록 설치되는 것이 중요하다.
한편, 공정 챔버는 밀폐되어 있는 구조이기는 하나, 그 내부에는 산소(O2) 또는 불순물이 잔류할 수 있다. 산소는 기판(W) 상에 형성된 박막을 산화시켜 전기 전도도를 저하시키고 불순물은 공정 중에 발생된 미립자 상태의 파우더 또는 기체 상태의 공정 부산물이거나 다른 오염물질일 수 있으며, 이러한 불순물은 박막의 품질을 저하시키거나 성질을 변화시켜 제품의 불량을 발생시키는 요인이 된다.
이러한 산소 및 불순물이 기판(W) 상으로 침투되어 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 가스 분사 유닛(200)은 기판(W) 상에 불활성 가스를 분사하여 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W) 영역을 불활성 가스 분위기로 조성하여, 산소 및 불순물이 기판(W) 상에 잔류하지 않도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 조사 유닛(100)은, 광원으로부터 출력되는 레이저 빔(L)이 투과 가능한 투과창(130)을 구비하고, 레이저 빔(L)이 통과할 수 있는 광조사 공간을 가지는 상부 몸체(110), 및 상부 몸체(110)의 하부에 장착되며 상부 몸체(110)의 광조사 공간과 함께 상하 방향으로 연통되는 광조사 공간을 가지는 하부 몸체(120)를 포함한다.
또한, 레이저 조사 유닛(100)은, 광원과 투과창(130) 사이에 위치하며, 레이저 빔(L)의 조사 방향에 대해 경사지게 설치되어 광원으로부터 출력되어 투과창(130)으로 향하는 레이저 빔(L)의 일부를 자르거나 막아주는 제1 빔 차단부(140)를 포함하고, 레이저 빔(L)의 회절을 최소화하여 레이저 빔(L)의 스캔이 정밀하게 이루어지도록, 가스 분사구(240)에 설치되어 투과창(130)을 투과하여 조사되는 레이저 빔(L)의 일부를 자르거나 막아주는 제2 빔 차단부(141)를 포함한다.
여기서, 제1 및 제2 빔 차단부(140,141)는 입사되는 레이저 빔의 열을 억제하기 위해 알루미늄 계열의 소재를 사용하고, 반사도를 높이기 위하여 표면을 광학 연마하는 것이 바람직하다.
제1 빔 차단부(140)는 라인 형태의 레이저 빔(L)을 차단하면서 레이저 빔의 길이 방향으로 이동 가능하도록 레이저 빔의 일측에 설치된다. 따라서, 제1 빔 차단부(140)의 이동에 따라 기판에 조사되는 레이저 빔의 유효 길이가 결정된다.
제1 빔 차단부(140)는 레이저 빔의 차단 뿐만 아니라 상부로의 반사를 위하여, 레이저 빔의 조사 방향에 대해 경사지게 설치된다.
여기서, 제1 빔 차단부(140)는 기판(W)이 이송되는 방향으로 연장 형성되고, 제1 빔 흡수부(150)와 투과창(130) 사이에 위치하며, 투과창(130)이 위치한 방향으로 하향 경사지도록 기울어져 형성된다. 또한, 제2 빔 차단부(141)는 가스 분사구(240)의 양단에 설치되어 가스 분사구(240)의 연장 방향을 따라 평행하게 이동 가능하게 구비된다.
제1 빔 차단부(140)에 설치되어 내부로 냉각 매체가 순환되는 제1 냉각장치(145)가 구비되고, 제1 냉각장치(145)에는 냉각 매체가 유동하는 제1 냉각 파이프(146)가 연결된다. 따라서, 제1 냉각 파이프(146)를 통해 제1 냉각장치(145)를 순환하는 물과 같은 냉각 매체에 의해 제1 빔 차단부(140)가 냉각된다.
제1 냉각장치(145)는 제1 빔 차단부(140)에 설치되어 제1 빔 차단부(140)에서 광원으로부터의 레이저 입사광을 차단하는 과정을 거치는 동안 제1 빔 차단부(140)가 입사광의 열에 의해 가열되더라도 제1 냉각 파이프(146)에 의해 순환되는 냉각 매체에 의해 제1 냉각장치(145)가 냉각되면서 제1 빔 차단부(140)를 동시에 냉각시키게 된다.
따라서, 제1 냉각장치(145)와 연결된 제1 빔 차단부(140)가 냉각됨에 따라, 입사광에 의한 제1 빔 차단부(140)의 온도 상승으로 인한 열 변형을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 기판(W)으로부터 반사되어 투과창(130)을 투과한 레이저 빔(L)을 상쇄시키는 제1 및 제2 빔 흡수부(150,160)가 투과창(130)의 상측에 설치된다. 제1 및 제2 빔 흡수부(150,160)는 반사율을 줄이고 흡수율을 높이기 위해 황동 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
제1 빔 흡수부(150)는 제1 빔 차단부(140)로부터 반사된 반사광과, 기판(W)으로부터 반사되어 투과창(130)을 투과한 반사광을 1차로 상쇄시키게 되며, 제2 빔 흡수부(160)는 투과창(130)과 제1 빔 흡수부(150) 사이에 위치하며 제1 빔 흡수부(150)로부터 1차 상쇄된 반사광을 받아 2차 상쇄시켜 제거시키게 된다.
제1 빔 흡수부(150)는 하부면의 일부 영역이 투과창(130) 상부면의 상측에 대응 위치하고, 제1 빔 흡수부(150)의 하부면의 나머지 영역이 투과창(130) 상부면의 외측 방향 또는 제2 빔 흡수부(160)의 상측에 대응 위치하도록 설치된다.
이러한 제1 빔 흡수부(150)는 제1 몸체(151) 내에 투과창(130) 및 제2 빔 흡수부(160)의 상측에서, 투과창(130)에 대응하는 제1 경사면(152)이 상향 경사지고 제1 빔 차단부(140)에 대응하는 제2 경사면(153)이 하향 경사지게 형성된다.
제1 빔 흡수부(150)의 제1 몸체(151) 내에 형성된 제1 경사면(152)과 제2 경사면(153)은 둔각으로 이루어져 제1 빔 흡수부(150)로 입사된 반사광이 1차 상쇄되고, 나머지 상쇄되지 않은 반사광은 제1 경사면(152)과 제2 경사면(153)에 의해 제2 빔 흡수부(160)로 재반사된다.
또한, 제1 빔 흡수부(150)에 설치되며, 내부로 냉각 매체가 순환되는 제2 냉각장치(155)가 구비되고, 제2 냉각장치(155)에는 냉각 매체가 유동하는 제2 냉각 파이프(156)가 연결된다. 따라서, 제2 냉각 파이프(156)를 통해 제2 냉각장치(155)를 순환하는 물과 같은 냉각 매체에 의해 제1 빔 흡수부(150)가 냉각된다.
제2 냉각장치(155)는 제1 빔 흡수부(150)의 제1 몸체(151) 상부에 설치되어 제1 빔 흡수부(150)에서 반사광의 상쇄 과정을 거치는 동안 제1 빔 흡수부(150)가 반사광의 열에 의해 가열되더라도 제2 냉각 파이프(156)에 의해 순환되는 냉각 매체에 의해 제2 냉각장치(155)가 냉각되면서 제1 빔 흡수부(150)를 동시에 냉각시키게 된다.
따라서, 제2 냉각장치(155)와 연결된 제1 빔 흡수부(150)가 냉각됨에 따라, 반사광에 의한 제1 빔 흡수부(150)의 온도 상승으로 인한 열 변형을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제1 빔 차단부(140)와 제1 빔 흡수부(150)의 온도를 검출하는 검출부(미도시)에 의해 검출된 제1 빔 차단부(140)와 제1 빔 흡수부(150)의 온도로부터 제1 및 제2 냉각 파이프(146,156)에서 순환 공급되는 냉각 매체의 온도 및 유량을 제어하는 제어부(미도시)가 구비된다.
제2 빔 흡수부(160)는 제1 빔 흡수부(150)에서 1차 상쇄된 후 재반사된 광을 2차로 상쇄시켜 제거시키는 것으로, 제1 빔 흡수부(150)의 하부에 위치하며, 제1 빔 흡수부(150)로부터 재반사된 광이 입사되도록 제1 빔 흡수부(150)의 하부 일측에 대응하도록 설치된다. 즉, 제2 빔 흡수부(160)는 개구된 일단이 제1 빔 흡수부(150)의 하부에 대응하여 위치하고, 개구된 일단으로부터 투과창(130)의 외측방향으로 연장되도록 길게 형성된다.
제2 빔 흡수부(160)는 제1 빔 흡수부(150)와 투과창(130) 사이에 설치되며, 제1 빔 흡수부(150)에 비해 투과창(130)의 중심에서 더 멀어지도록 설치되어 제1 빔 흡수부(150)로부터 1차 상쇄된 반사광을 2차 상쇄시켜 제거하게 된다.
또한, 제1 및 제2 빔 흡수부(150,160)의 제1 및 제2 몸체(151,161) 내에는 내측면에 다수의 돌기(181)로 이루어지며 수 ㎛로 형성되는 표면 거칠기부(180)가 형성된다. 이와 같은 표면 거칠기부(180)는 반사광이 제1 및 제2 몸체(151,161)에 바로 흡수되지 않고 다수의 돌기(181)에 의해 미세하게 산란되어 상쇄되도록 한다. 즉, 표면 거칠기부(180)는 다수의 돌기(181)에 의해 표면적이 증대되기 때문에 제1 및 제2 빔 흡수부(150,160)에서의 에너지 흡수율이 향상되므로, 반사광을 제거하는 데 효과가 있다. 이때, 표면 거칠기부(180)는 표면적 증대를 위해 다수의 돌기(181)가 종방향 및 횡방향으로 반복적으로 배치된 격자구조로 형성되어 있다.
한편, 상부 몸체(110)의 투과창(130)의 일측에는 투과창(130)을 향해 경사지게 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사부(170)가 설치되고, 퍼지가스 분사부(170)의 일측에는 퍼지가스를 제공하는 퍼지유로(171)가 설치된다.
퍼지가스 분사부(170)에서 분사되는 퍼지가스는 투과창(130)의 오염을 방지하는 역할을 한다. 즉, 퍼지 가스가 투과창(130)을 향해 비스듬한 방향으로 분사되므로, 투과창(130) 상면에 부착되는 불순물을 용이하게 제거할 수 있다.
더불어 퍼지가스 분사부(170)에서 분사되는 퍼지가스는 제1 빔 차단부(140)와 제1 및 제2 빔 흡수부(150,160)의 열을 증발시켜 온도 상승을 방지하게 된다.
이와 같이 구성된 레이저 조사 유닛(100)에 따르면, 광원으로부터 출력된 레이저 빔(L)이 투과창(130)을 투과한 후 상하부 몸체(110,120) 각각의 광조사 공간을 통과하여 기판(W)을 향해 조사될 수 있다.
한편, 가스 분사 유닛(200)은 기판(W)을 향해 불활성 가스를 분사하여 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W) 영역이 산소와 불순물에 노출되지 않도록 기판(W) 상에 불활성 가스를 분사시켜 불활성 가스 분위기로 조성하는 수단이다. 이러한 가스 분사 유닛(200)은 레이저 조사 유닛(100)의 하부에 장착되며, 외측으로부터 기판(W)의 중심 방향의 가스 분사구(240)로 평행하게 연장되는 가스 라인(210)을 포함한다.
가스 라인(210)은 하부 몸체(120) 내에 설치되어 가스 분사구(240)로 불활성 가스를 공급하기 위한 2개의 라인으로 이루어진 가스 유동부(230)와, 가스 유동부(230)의 일측에 연결되어 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(220)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 퍼지가스 분사부(170), 가스 분사 유닛(200) 등에 사용되는 가스는 불활성 기체인 질소(N2) 가스인 것이 바람직하다. 질소 가스는 레이저 열처리 공정에서 공정 챔버의 내부 압력 조절 및 열처리 공정의 신뢰성을 위해서 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치를 이용한 박막의 결정화 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 기판(W) 상에 비정질 다결정 박막을 형성한다. 그리고 비정질 다결정 박막이 형성된 기판(W)을 레이저 열처리 장치의 공정 챔버 내로 제공하여 스테이지 상에 안착시킨다.
스테이지 상에 기판(W)이 안착되면 스테이지를 통해 기판(W)을 공정 진행 방향으로 수평 이송시키면서 기판(W) 상에 형성된 박막 상에 레이저를 조사한다. 즉, 광원을 동작시켜 광원으로부터 레이저 빔(L)을 출력하고, 출력된 레이저 빔(L)은 투과창(130)을 통해 레이저 조사 유닛(100)의 광조사 공간과 가스 분사 유닛(200)의 가스 분사구(240)를 통과한 후, 기판(W) 상에 형성된 박막에 조사된다.
이와 같이 기판(W)을 향해 레이저 빔(L)을 조사하는 동안, 가스 분사 유닛을 통해 기판(W) 상에 불활성 가스를 분사한다. 이를 위해 레이저 조사 유닛(100)의 양측에 각각 위치하는 가스 공급관(220)으로부터 가스 유동부(230)로 불활성 가스 예컨대, 질소 가스를 공급한다. 질소 가스는 가스 분사구(240)로 공급되고, 가스 분사구(240)로 공급된 질소 가스는 기판(W) 상부의 박막에 균일하게 분사된다.
질소 가스는 가스 분사구(240) 전체에 균일하게 분포하도록 공급되며, 이로 인해 레이저 빔(L)이 조사되는 박막에 질소 가스가 균일한 압력과 유량으로 분사되면서 기판(W) 사이의 간극(g)을 불활성 가스 분위기로 조성하고, 외측 방향으로 확산되므로 간극(g)에 잔류하는 산소 및 불순물이 질소 가스에 의해 밀려 나가게 됨으로써, 레이저 빔(L)이 조사되는 박막의 전체 영역에 산소 및 불순물이 잔류하지 않게 된다.
따라서, 박막을 결정화시키는 공정 중에 박막이 산소와 반응하지 않게 되므로, 전기 전도도의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 박막이 불순물에 노출되지 않게 되므로, 박막의 오염을 방지할 수 있고, 기판(W)에 무라(mura)를 형성시키지 않게 되어 기판(W)의 성질이 변하지 않게 된다.
한편, 광원으로부터 출력되어 기판(W)으로 조사되는 레이저 빔은 제1 빔 차단부(140)에서 일부 차단되고, 가스 분사구에 설치된 제2 빔 차단부(141)에서 일부 차단되며, 전술한 바와 같이 기판(W) 상의 박막을 결정화시키며, 이후 제1 빔 흡수부(150)로 재반사된다.
이때, 레이저 빔이 기판(W)으로 입사되는 방향에 대칭하는 방향에서 상측으로 반사되어 투과창(130)을 투과한다. 투과창(130)을 투과한 레이저 빔과 제1 빔 차단부(140)에 의해 반사된 레이저 빔은 투과창(130)의 상측에 위치한 제1 빔 흡수부(150)에 의해 1차 상쇄된 후, 제2 빔 흡수부(160)를 향해 재반사된다. 즉, 반사된 레이저 빔은 제1 빔 흡수부(150)의 제1 몸체(151) 내에 형성된 다수의 표면 거칠기부(180)에 의해 1차 상쇄되며, 제1 몸체(151)의 제1 및 제2 경사면(152,153)의 경사에 의해 제2 빔 흡수부(160)가 위치한 방향으로 재반사된다. 그리고 제1 빔 흡수부(150)로부터 1차 상쇄된 후 재반사되어 제2 빔 흡수부(160)로 입사된 레이저 빔은 제2 빔 흡수부(160)의 제2 몸체(161)의 내부에서 재반사되어 2차 상쇄됨으로써 제거된다. 즉, 제1 빔 흡수부(150)로부터 재반사되어 제2 빔 흡수부(160)로 입사된 레이저 빔은 제2 몸체(161)에 형성된 표면 거칠기부(180)에 의해 2차 상쇄되어 제거된다.
한편, 광원으로부터 입사되는 레이저 빔의 입사광의 열에 의해 가열되는 제1 빔 차단부(140)는 순환되는 냉각 매체에 의해 제1 냉각장치(145)가 냉각되면서 제1 빔 차단부(140)가 냉각 가능하게 되며, 제1 및 제2 빔 흡수부(150,160)에서 상쇄 및 소멸 과정이 이루어지는 동안 반사광의 열에 의해 가열될 경우, 제2 냉각장치(155)에 의해 제1 빔 흡수부(150)가 냉각 가능하게 된다.
그리고, 퍼지가스 분사부(170)는 퍼지가스를 분사하여 투과창(130) 상부면에 잔류하는 불순물을 제거하는 한편, 제1 빔 차단부(140)와 제1 및 제2 빔 흡수부(150,160)를 냉각시키는 역할을 하게 된다.
상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 레이저 조사 유닛 110 : 상부 몸체
120 : 하부 몸체 130 : 투과창
140 : 제1 빔 차단부 141 : 제2 빔 차단부
145 : 제1 냉각장치 150 : 제1 빔 흡수부
151 : 제1 몸체 152 : 제1 경사면
153 : 제2 경사면 155 : 제2 냉각장치
156 : 제1 냉각 파이프 160 : 제2 빔 흡수부
161 : 제2 몸체 170 : 퍼지가스 분사부
171 : 퍼지유로 180 : 표면 거칠기부
181 : 돌기 200 : 가스 분사 유닛
210 : 가스 라인 220 : 가스 공급관
230 : 가스 유동부 240 : 가스 분사구

Claims (6)

  1. 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 기판 상의 박막을 어닐링하는 레이저 열처리 장치에 있어서,
    광원으로부터 출력된 상기 레이저 빔이 투과되는 투과창;
    상기 광원과 상기 투과창 사이에 위치하며, 상기 레이저 빔의 조사 방향에 대해 경사지게 설치되며, 상기 광원으로부터 출력되어 상기 투과창으로 향하는 상기 레이저 빔의 일부를 자르거나 막아주는 제1 빔 차단부;
    상기 기판에 불활성 가스를 분사시키는 가스 분사구에 설치되어 상기 투과창을 투과하여 조사되는 상기 레이저 빔의 일부를 자르거나 막아주는 제2 빔 차단부;
    상기 제1 빔 차단부의 상측에 설치되며, 상기 제1 빔 차단부로부터 반사된 반사광과, 상기 기판으로부터 반사되어 상기 투과창을 투과한 반사광을 1차로 상쇄시키는 제1 빔 흡수부; 및
    상기 제1 빔 흡수부와 상기 투과창 사이에 설치되며, 상기 제1 빔 흡수부로부터 1차 상쇄된 상기 반사광을 2차 상쇄시켜 제거하는 제2 빔 흡수부를 포함하며,
    상기 제1 빔 차단부 및 상기 제1 빔 흡수부에는 내부에 냉각 매체가 순환하여 상기 제1 빔 차단부 및 상기 제1 빔 흡수부를 냉각시키는 냉각장치가 설치되고,
    상기 제1 빔 흡수부 및 상기 제2 빔 흡수부에는 상기 반사광을 산란하여 상쇄되도록 하며 몸체 내에 상기 레이저 빔이 반사되는 표면적 증대를 위해 다수의 돌기가 반복적으로 배치된 격자 구조를 가지는 표면 거칠기부가 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투과창의 일측에는 상기 투과창을 향해 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사부가 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 빔 흡수부는 상기 투과창에 대응하는 제1 경사면이 상향 경사지고 상기 빔 차단부에 대응하는 제2 경사면이 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 경사면은 둔각을 이루는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
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