KR102460551B1 - 레이저 결정화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는, P편광 및 S편광을 포함하는 입사 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기와, 상기 입사 레이저 빔을 광변환시켜 출사 레이저 빔을 만드는 광학계와, 상기 출사 레이저 빔이 조사되어 레이저 결정화되는 대상 박막이 제공된 대상 기판이 탑재되는 스테이지, 및 상기 광학계를 통과한 출사 레이저 빔의 편광축 방향과 에너지를 측정하여, 상기 광학계에 상기 편광축 방향과 에너지 정보를 피드백하여 상기 출사 레이저 빔의 편광축 방향을 조정하는 편광 측정기를 포함한다.
Description
본 기재는 엑시머 레이저(Excimer Laser)를 사용하여 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막으로 결정화하는 레이저 결정화 장치에 관한 것이다.
다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 저온 조건에서 제조하는 방법으로는 고상 결정화법(Solid Phase Crystallization, SPC), 금속유도 결정화법(Metal Induced Crystallization, MIC), 금속유도측면 결정화법(Metal Induced Lateral Crystallization, MILC), 엑시머 레이저 열처리법(Excimer Laser Annealing, ELA) 등이 있다. 특히, 유기 발광 표시 장치(OLED) 또는 액정 표시 장치(LCD)의 제조 공정에서는 높은 에너지를 갖는 레이저 빔을 이용하여 결정화하는 엑시머 레이저 열처리법을 사용한다.
이러한 엑시머 레이저 열처리법에서는 레이저 빔을 비정질 실리콘에 조사하여 다결정 실리콘으로 상변화시키는 방법으로 한 부분을 결정화하기 위해서 20회 이상의 누적 샷(shot) 공정을 사용한다. 자외선(UV) 영역의 파장(엑시머 레이저의 경우 약 308nm)을 활용하는 경우, 약 300Å 내지 약 400Å 이내에서 자외선이 모두 흡수되나 반사율 역시 약 40% 이상으로 결정화가 이루어지는데 쓰이지 못하고 소실된다. 누적 샷에 의해서도 다결정 실리콘의 반사도가 약 50% 이상으로, 그 손실이 크다.
현재 양산 설비에 적용되어 있는 빔 스플리트(beam split) 편광 모듈로 입사되는 레이저 빔은 랜덤(random) 편광성을 가지며, 편광 모듈에는 다수개의 렌즈와 미러가 구비되어 있다. 레이저 빔은 편광 모듈에서 사각형 형태의 빔이 직선 형태의 빔으로 변환된다. 랜덤 편광성을 가진 레이저 빔을 이용하여서는 그레인(grain) 정렬을 위해 15샷 이상의 멀티 빔이 필요하다. 이에, 샷 수를 감소시키기 위한 노력이 진행 중이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 그레인 정렬도를 높이고자 랜덤 편광성의 레이저 빔을 선형 편광성의 빔으로 변환하는 광학계를 포함하는 레이저 결정화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는, P편광 및 S편광을 포함하는 입사 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기와, 상기 입사 레이저 빔을 광변환시켜 출사 레이저 빔을 만드는 광학계와, 상기 출사 레이저 빔이 조사되어 레이저 결정화되는 대상 박막이 제공된 대상 기판이 탑재되는 스테이지, 및 상기 광학계를 통과한 출사 레이저 빔의 편광축 방향과 에너지를 측정하여, 상기 광학계에 상기 편광축 방향과 에너지 정보를 피드백하여 상기 출사 레이저 빔의 편광축 방향을 조정하는 편광 측정기를 포함한다.
상기 레이저 발생기는 제1 레이저 발생기 및 제2 레이저 발생기를 포함하고, 상기 광학계는, 상기 제1 레이저 발생기에서 입사된 제1 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제1 편광 회전기와, 상기 제2 레이저 발생기에서 입사된 제2 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제2 편광 회전기와, 상기 제1 편광 회전기 및 제2 편광 회전기를 각각 통과한 상기 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 반사시키는 적어도 하나의 미러(mirror)와, 상기 미러에서 반사된 각각의 상기 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 일부는 반사시키고 일부는 투과시키는 제1 편광빔 스플리터(PBS; Polarization Beam Splitter) 및 제2 편광빔 스플리터와, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 반사된 상기 제1 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제3 편광 회전기와, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 투과된 상기 제1 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제6 편광 회전기와, 상기 제2 편광빔 스플리터에서 반사된 상기 제2 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제5 편광 회전기, 및 상기 제2 편광빔 스플리터에서 투과된 상기 제1 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제4 편광 회전기를 포함할 수 있다.
상기 미러는, 상기 제1 편광 회전기를 통과한 제1 레이저 빔이 반사되는 제1 미러와, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 투과된 제1 레이저 빔이 반사되는 제4 미러와, 상기 제2 편광 회전기를 통과한 제2 레이저 빔이 반사되는 제3 미러, 및 상기 제2 편광빔 스플리터에서 투과된 제2 레이저 빔이 반사되는 제2 미러를 포함할 수 있다.
상기 편광 측정기는, 상기 스테이지의 후단에 위치하며, 상기 광학계를 통과한 출사 레이저 빔의 편광축 방향을 모니터링하는 편광 모니터를 포함할 수 있다.
상기 편광 측정기는, 상기 레이저 빔의 편광축 정보로 이루어지는 제1 피드백 신호를 전송하여, 상기 제3 편광 회전기 내지 제6 편광 회전기의 편광축 방향을 조절하고, 상기 레이저 빔의 편광 에너지 정보로 이루어지는 제2 피드백 신호를 전송하여, 상기 제1 편광 회전기 및 제2 편광 회전기의 편광축 방향을 조절할 수 있다.
상기 편광 측정기는, 상기 제1 편광 회전기 및 제2 편광 회전기의 편광축 방향을 조절하여, 상기 제3 편광 회전기 내지 제6 편광 회전기를 각각 통과하는 출사 레이저 빔의 에너지가 균등하도록 제어할 수 있다.
상기 제1 레이저 발생기 및 제2 레이저 발생기는 편광축 방향이 서로 다른 레이저 빔을 발생시킬 수 있다.
상기 제3 편광 회전기 내지 제6 편광 회전기는 상기 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 편광축 방향을 조절하여 상기 기판에 조사되는 편광 성분을 균일화하도록 할 수 있다.
상기 입사 레이저 빔은 랜덤 편광성일 수 있다.
상기 제1 편광 회전기 및 제2 편광 회전기를 통과한 상기 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔은 선형 편광성일 수 있다.
상기 제1 편광빔 스플리터 및 제2 편광빔 스플리터는 상기 레이저 빔의 50%의 P편광은 투과시키고, 50%의 S편광은 반사시킬 수 있다.
상기 미러는 입사되는 레이저 빔의 전부를 반사시킬 수 있다.
상기 제1 편광빔 스플리터 및 제2 편광빔 스플리터는 45도 내지 60도 각도로 기울어져 있을 수 있다.
상기 편광 회전기는 90도 각도로 회전시 S편광과 P편광 사이에서 상호 변환될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 레이저 빔의 편광축 방향을 센싱해서 기판에 조사되는 레이저 빔의 편광축 방향을 조절할 수 있다.
또한, 편광빔 스플리터에서 분기된 레이저 빔의 에너지 차이를 조절해서, 기판에 조사되는 레이저 빔의 에너지를 조절할 수 있다.
또한, 편광 측정기를 통해 레이저 빔의 편광축 및 에너지를 측정하여 각 편광 회전기의 편광축 각도를 조절하여, 최적의 편광 결정화가 가능하다.
또한, 라인 빔 내에서 편광축의 각도를 조절하여 대상 박막에 형성되는 그레인 크기와 그레인 정렬을 규칙적으로 형태로 구현할 수 있다.
또한, 이러한 특성을 이용하면, 특정 상태의 편광만으로 그레인 정렬이 가능해지기 때문에 최적 에너지 밀도(OPED) 마진을 증가시킬 수 있어, 레이저 결정화 장치의 수명 증가에 영향을 준다.
또한, 적은 샷 수만으로도 동일한 그레인 형태를 구현할 수 있어, 공정 간 샷 수를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 포함한 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계의 편광 회전기, 미러, 및 편광빔 스플리터가 배치된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광빔 스플리터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 포함한 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계의 편광 회전기, 미러, 및 편광빔 스플리터가 배치된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광빔 스플리터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 회전기를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계를 포함한 레이저 결정화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계의 편광 회전기, 미러, 및 편광빔 스플리터가 배치된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는, 입사 레이저 빔(L1, L2)을 발생시키는 레이저 발생기(15, 16)와, 입사 레이저 빔(L1, L2)을 광변환시켜 출사 레이저 빔(L3)을 만드는 광학계(20)와, 출사 레이저 빔(L3)이 조사되어 레이저 결정화되는 대상 박막(110)이 형성된 대상 기판(100)이 탑재되는 스테이지(30), 및 광학계(20)를 통과한 출사 레이저 빔(L3)의 편광축 방향과 에너지를 측정하여, 광학계(20)에 편광축 방향과 에너지 정보를 피드백하여 출사 레이저 빔(L3)의 편광축 방향을 조정하는 편광 측정기(50)를 포함한다.
레이저 발생기(15, 16)에서 발생되는 입사 레이저 빔(L1, L2)은 P편광 및 S편광을 포함하는 랜덤 편광성을 가지며, 대상 박막(110)의 상 변이를 유도하는 엑시머 레이저 빔 등으로서 출사 레이저 빔(L3)으로 변환되어 대상 기판(100)에 형성된 대상 박막(110)을 결정화시킨다. 대상 박막(110)은 비정질 실리콘층일 수 있으며, 이는 저압화학 증착법, 상압화학 증착법, PECVD법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링법, 진공증착법(vacuum evaporation) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
광학계(20)는 레이저 발생기(15, 16)에서 입사된 레이저 빔(L1, L2)의 편광축 방향을 변환시키는 적어도 하나의 편광 회전기(H1, H2, H3, H4, H5, H6)와, 적어도 하나의 미러(mirror, M1, M2, M3, M4)와, 적어도 하나의 편광빔 스플리터(Polarization Beam Splitter; PBS, PBS1, PBS2)를 포함한다. 편광 회전기(H1, H2, H3, H4, H5, H6)는 편광을 조절할 수 있는 반파장판(Half Wave Plate; HWP)과 레이저 빔의 이동을 조절할 수 있는 가림판(셔터), 및 전기적인 신호를 받아서 반파장판을 특정 각도로 조절해 줄 수 있는 반파장판 구동기로 구성될 수 있다. 편광빔 스플리터(PBS1, PBS2)는 레이저 빔(L1, L2)의 일부는 반사시키고, 레이저 빔(L1, L2)의 일부는 투과시킨다. 미러(M1, M2, M3, M4)는 입사되는 레이저 빔(L1, L2)의 전부를 반사시킨다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저 발생기로서 제1 레이저 발생기(15) 및 제2 레이저 발생기(16)로 구성된다. 제1 레이저 발생기(15) 및 제2 레이저 발생기(16)는 P파와 S파가 골고루 분포된 랜덤 편광성을 가진다.
광학계(20)는, 제1 편광 회전기(H1) 내지 제6 편광 회전기(H6)와, 적어도 하나의 미러(M1, M2, M3, M4)와, 제1 편광빔 스플리터(PBS1) 및 제2 편광빔 스플리터(PBS2)를 포함한다. 제1 레이저 발생기(15)에서 입사된 제1 레이저 빔(L1)은 제1 편광 회전기(H1)를 통과하면서 편광축이 변환된다. 제1 레이저 빔(L1)은 랜덤 편광성을 가지며, 제1 편광 회전기(H1)에 의해 제1 레이저 빔(L1)이 선형 편광성을 가지도록 변환시킨다. 또한, 제1 레이저 빔(L1)의 S편광 및 P편광이 균일하게 분포하도록 하며, 편광 각도를 최적의 각도로 제1 편광빔 스플리터(PBS1)에 입사될 수 있도록 조절한다.
제1 편광 회전기(H1)를 통과한 제1 레이저 빔(2)은 선형 편광성이며, 제1 미러(M1)에 의해 반사된다. 제1 미러(M1)는 S편광 및 P편광이 균일하게 분포된 제1 레이저 빔(2) 전부를 반사시킨다.
제1 미러(M1)에서 반사된 제1 레이저 빔(2)은 제1 편광빔 스플리터(PBS1)로 진행되며, 제1 편광빔 스플리터(PBS1)는 제1 레이저 빔(2)의 일부는 반사시키고, 제1 레이저 빔(2)의 일부는 투과시킨다. 제1 편광빔 스플리터(PBS1)는 제1 레이저 빔(2)의 S편광은 반사시키고, P편광은 투과시킨다. 바람직하게는, 제1 편광빔 스플리터(PBS1)는 제1 레이저 빔(2)의 50%는 반사시키고, 50%는 투과시킬 수 있다.
제1 편광빔 스플리터(PBS1)에서 반사된 제1 레이저 빔(3)은 제3 편광 회전기 (H3)로 진행되어, 제3 편광 회전기(H3)에서 편광축 방향이 변환될 수 있다.
또한, 제1 편광빔 스플리터(PBS1)에서 투과된 제1 레이저 빔(4)은 제4 미러(M4)에 의해 반사되어, 제6 편광 회전기(H6)로 진행되어, 제6 편광 회전기(H6)에서 편광축 방향이 변환될 수 있다.
제3 편광 회전기(H3) 및 제6 편광 회전기는(H6)은 각각 개별적으로 축회전되어, 편광축 각도가 독립적으로 조절될 수 있다. 제3 편광 회전기(H3)에는 S편광의 레이저 빔(3)이 진행되며, 축회전에 의해 P편광과 S편광이 혼합된 레이저 빔(5)으로 전환될 수 있으며, 제6 편광 회전기(H6)에는 P편광의 레이저 빔(4)이 진행되며, 축회전에 의해 P편광 및 S편광이 혼합된 레이저 빔(6)으로 전환될 수 있다.
한편, 제2 레이저 발생기(16)에서 입사된 제2 레이저 빔(L2)은 P편광 및 S편광을 포함하며, 제2 편광 회전기(H2)를 통과하면서, 편광축이 변환된다. 제2 레이저 빔(L2)은 제2 편광 회전기(H2)에 의해 랜덤 편광성에서 선형 편광성을 가지도록 변환된다. 제1 편광 회전기(H1)의 역할과 동일하게, 제2 편광 회전기(H2)는 제2 레이저 빔(L2)의 S편광 및 P편광이 균일하게 분포하도록 하며, 편광 각도를 최적의 각도로 제2 편광빔 스플리터(PBS2)에 입사될 수 있도록 조절할 수 있다.
제2 편광 회전기(H2)를 통과한 제2 레이저 빔(7)은 제3 미러(M3)에 의해 전부 반사되고, 제3 미러(M3)에서 반사된 제2 레이저 빔(7)은 제2 편광빔 스플리터(PBS2)로 진행된다. 제2 레이저 빔(7)의 S편광은 제2 편광빔 스플리터(PBS2)에서 반사되고, P편광은 제2 편광빔 스플리터(PBS2)에서 투과된다. 바람직하게는, 제2 편광빔 스플리터(PBS2)는 제2 레이저 빔(7)의 50%는 반사시키고, 50%는 투과시킬 수 있다.
제2 편광빔 스플리터(PBS2)에서 반사된 제2 레이저 빔(8)은 제5 편광 회전기(H5)로 진행되어, 제5 편광 회전기(H5)에서 편광축 방향이 변환될 수 있다.
또한, 제2 편광빔 스플리터(PBS2)에서 투과된 제2 레이저 빔(9)은 제2 미러(M2)에 의해 반사되어, 제4 편광 회전기(H4)로 진행되어, 제4 편광 회전기(H4)에서 편광축 방향이 변환될 수 있다.
제4 편광 회전기(H4) 및 제5 편광 회전기(H5)는 각각 개별적으로 축회전되어 편광축 각도가 독립적으로 조절될 수 있다. 제5 편광 회전기(H5)에는 S편광의 레이저 빔(8)이 진행되며, 축회전에 의해 P편광과 S편광이 혼합된 레이저 빔(10)으로 전환될 수 있으며, 제4 편광 회전기(H4)에는 P편광의 레이저 빔(9)이 진행되며, 축회전에 의해 P편광과 S편광이 혼합된 레이저 빔(11)으로 전환될 수 있다.
제3 편광 회전기(H3), 제6 편광 회전기(H6), 제5 편광 회전기(H5), 및 제4 편광 회전기(H4)를 통과한 레이저 빔(5, 6, 10, 11)은 하나로 합쳐져 출사 레이저 빔(L3)을 형성하며, 대상 박막(110)에 형성하고자 하는 그레인의 정렬 형태에 따라, 출사 레이저 빔(L3)을 P편광만 존재하도록 할 수도 있고, S편광만 존재하도록 조절할 수 있다. 또한, 레이저 빔(5, 6, 10, 11)이 모두 균일한 P파 성분과 S파 성분의 편광 비율과 동일한 에너지를 갖도록 조절함으로써, 기판 결정화의 균일성을 최적화하여 그레인 정렬도를 향상시킬 수 있다.
한편, 편광 측정기(50)는 스테이지(30)의 후단에 위치할 수 있으며, 광학계(20)를 통과한 출사 레이저 빔(L3)의 편광축 방향과 에너지를 모니터링한다. 편광 측정기(50)는 레이저 빔(L3)의 편광축 정보로 이루어지는 제1 피드백 신호(FB1)를 제3 편광 회전기(H3) 내지 제6 편광 회전기(H6)에 전송하여 제3 편광 회전기(H3) 내지 제6 편광 회전기(H6)의 편광축 방향을 조절하고, 레이저 빔(L3)의 편광 에너지 정보로 이루어지는 제2 피드백 신호(FB2)를 제1 편광 회전기(H1) 및 제2 편광 회전기(H2)에 전송하여 제1 편광 회전기(H1) 및 제2 편광 회전기(H2)의 편광축 방향을 조절한다.
우선, 제1 레이저 발생기(15)를 온(on)하고, 제2 레이저 발생기(16)를 오프(off)한 상태에서, 제3 편광 회전기(H3)와 제6 편광 회전기(H6)를 통과한 레이저 빔(5, 6)의 편광축 정보, 즉 P파와 S파의 비율을 편광 측정기(50)가 모니터링한다. 또한, 제1 레이저 발생기(15)를 오프하고, 제2 레이저 발생기(16)를 온한 상태에서, 제4 편광 회전기(H4)와 제5 편광 회전기(H5)를 통과한 레이저 빔(11, 10)의 P파와 S파의 비율을 편광 측정기(50)가 모니터링한다. 편광축 정보는 제3 편광 회전기(H3) 내지 제6 편광 회전기(H6)로 제1 피드백 신호(FB1)로서 전송되어, 제3 편광 회전기(H3) 내지 제6 편광 회전기(H6)를 통과한 레이저 빔(5, 11, 10, 6)의 P파와 S파의 비율이 동일하도록 제3 편광 회전기(H3) 내지 제6 편광 회전기(H6)의 편광축 방향을 조절한다.
한편, 편광 측정기(50)는 출사 레이저 빔(L3)의 편광 에너지 정보로 이루어지는 제2 피드백 신호(FB2)를 제1 편광 회전기(H1) 및 제2 편광 회전기(H2)에 전달하여, 제1 편광 회전기(H1) 및 제2 편광 회전기(H2)의 편광축을 회전시키면서 제3 편광 회전기(H3) 내지 제6 편광 회전기(H6)에서 균일한 에너지가 출사되도록 제어한다.
이와 같이, 편광 측정기(50)에 의해, 제3 편광 회전기(H3) 내지 제6 편광 회전기(H6)는 상기 제1 레이저 빔(L1)과 제2 레이저 빔(L2)의 편광축 방향을 조절하여 기판(100)에 조사되는 레이저 빔(L3)의 편광 성분, 즉, 제3 편광 회전기(H3) 내지 제6 편광 회전기(H6)를 통과하는 각각의 레이저 빔(5, 11, 10, 6)에서 P파와 S파의 비율이 균일화되도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광빔 스플리터를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반파장판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 편광빔 스플리터(PBS1)는 45도 내지 60도 각도로 기울어질 수 있다. 바람직하게는 제1 편광빔 스플리터(PBS1)는 56도로 기울어질 수 있다. 제1 편광빔 스플리터(PBS1)는 유전체 물질로 형성될 수 있으며, 용융 석영(fused silica)으로 형성될 수 있다. 제1 편광빔 스플리터(PBS1)로 입사된 레이저 빔(2)은 S편광 성분은 제1 편광빔 스플리터(PBS1)에 직교하는 선에 대하여 소정의 각도(θ)로 입사되고, 이와 동일한 각도로 반사하게 되고, P편광 성분은 제1 편광빔 스플리터(PBS1)에서 굴절된 후 투과하여 직진하게 된다. 제2 편광빔 스플리터(PBS2)도 제1 편광빔 스플리터(PBS1)와 동일한 각도로 형성될 수 있고, 동일한 재료로 형성될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 편광 회전기(H3, 여기서는 제3 편광 회전기를 예로 들어 설명한다)은 회전하며, 회전각(θ)에 따라 S편광과 P편광 사이에서 입사 레이저 빔(L1)의 편광 방향이 상호 바뀌게 된다. 편광 회전기(H3)가 90도 각도(θ=45도)로 회전되는 경우 입사된 P파는 S파로 변환되고, 입사된 S파는 P파로 변환된다. 편광 회전기(H3)의 회전 각도를 45도 각도(θ=22.5도)로 설정한 경우, P파와 S파는 각각 50%씩 포함하는 레이저 빔(5)이 형성된다.
편광빔 스플리터(PBS1, PBS2)를 통하여 형성된 레이저 빔(3, 4, 8, 9)의 S편광 및 P편광은 다시 독립적으로 회전되는 제3 편광 회전기(H3) 내지 제6 편광 회전기(H6)를 통과하면서 레이저 빔의 편광축이 변환됨으로써, 그레인 정렬에 최적인 편광축으로 변환될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 편광 회전기(H1, H2)들을 개별적으로 회전시킴으로써 최대의 에너지를 사용할 수 있는 구간을 설정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 레이저 빔의 편광축 방향을 센싱해서 기판에 조사되는 레이저 빔의 편광축 방향을 조절할 수 있다.
또한, 편광빔 스플리터에서 분기된 레이저 빔의 에너지 차이를 조절해서, 기판에 조사되는 레이저 빔의 에너지를 조절할 수 있다.
또한, 편광 측정기를 통해 레이저 빔의 편광축 및 에너지를 측정하여 각 편광 회전기의 편광축 각도를 조절하여, 최적의 편광 결정화가 가능하다.
또한, 라인 빔 내에서 편광축의 각도를 조절하여 대상 박막에 형성되는 그레인 크기와 그레인 정렬을 규칙적으로 형태로 구현할 수 있다.
또한, 이러한 특성을 이용하면, 특정 상태의 편광만으로 그레인 정렬이 가능해지기 때문에 최적 에너지 밀도(OPED) 마진을 증가시킬 수 있어, 레이저 결정화 장치의 수명 증가에 영향을 준다.
또한, 적은 샷 수만으로도 동일한 그레인 형태를 구현할 수 있어, 공정 간 샷 수를 감소시킬 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
15: 제1 레이저 발생기 16: 제2 레이저 발생기
20: 광학계 30: 스테이지
50: 편광 측정기 100: 대상 기판
110: 대상 박막 L1: 제1 레이저 빔
L2: 제2 레이저 빔 L3: 출사 레이저 빔
PBS1: 제1 편광빔 스플리터 PBS2: 제2 편광빔 스플리터
M1~M4: 미러 H1~H6: 편광 회전기
FB1: 제1 피드백 신호 FB2: 제2 피드백 신호
20: 광학계 30: 스테이지
50: 편광 측정기 100: 대상 기판
110: 대상 박막 L1: 제1 레이저 빔
L2: 제2 레이저 빔 L3: 출사 레이저 빔
PBS1: 제1 편광빔 스플리터 PBS2: 제2 편광빔 스플리터
M1~M4: 미러 H1~H6: 편광 회전기
FB1: 제1 피드백 신호 FB2: 제2 피드백 신호
Claims (14)
- P편광 및 S편광을 포함하는 입사 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기;
상기 입사 레이저 빔을 광변환시켜 출사 레이저 빔을 만드는 광학계;
상기 출사 레이저 빔이 조사되어 레이저 결정화되는 대상 박막이 제공된 대상 기판이 탑재되는 스테이지; 및
상기 광학계를 통과한 출사 레이저 빔의 편광축 방향과 에너지를 측정하여, 상기 광학계에 상기 편광축 방향과 에너지 정보를 피드백하여 상기 출사 레이저 빔의 편광축 방향을 조정하는 편광 측정기를 포함하고,
상기 레이저 발생기는 제1 레이저 발생기 및 제2 레이저 발생기를 포함하고,
상기 광학계는,
상기 제1 레이저 발생기에서 입사된 제1 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제1 편광 회전기;
상기 제2 레이저 발생기에서 입사된 제2 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제2 편광 회전기;
상기 제1 편광 회전기 및 제2 편광 회전기를 각각 통과한 상기 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 반사시키는 적어도 하나의 미러(mirror);
상기 미러에서 반사된 각각의 상기 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 일부는 반사시키고 일부는 투과시키는 제1 편광빔 스플리터(PBS; Polarization Beam Splitter) 및 제2 편광빔 스플리터;
상기 제1 편광빔 스플리터에서 반사된 상기 제1 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제3 편광 회전기;
상기 제1 편광빔 스플리터에서 투과된 상기 제1 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제6 편광 회전기;
상기 제2 편광빔 스플리터에서 반사된 상기 제2 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제5 편광 회전기; 및
상기 제2 편광빔 스플리터에서 투과된 상기 제1 레이저 빔의 편광축 방향을 변환시키는 제4 편광 회전기를 포함하는 레이저 결정화 장치. - 삭제
- 제 1 항에서,
상기 미러는,
상기 제1 편광 회전기를 통과한 제1 레이저 빔이 반사되는 제1 미러;
상기 제1 편광빔 스플리터에서 투과된 제1 레이저 빔이 반사되는 제4 미러;
상기 제2 편광 회전기를 통과한 제2 레이저 빔이 반사되는 제3 미러; 및
상기 제2 편광빔 스플리터에서 투과된 제2 레이저 빔이 반사되는 제2 미러를 포함하는 레이저 결정화 장치. - 제 3 항에서,
상기 편광 측정기는,
상기 스테이지의 후단에 위치하며, 상기 광학계를 통과한 출사 레이저 빔의 편광축 방향을 모니터링하는 편광 모니터를 포함하는 레이저 결정화 장치. - 제 4 항에서,
상기 편광 측정기는,
상기 레이저 빔의 편광축 정보로 이루어지는 제1 피드백 신호를 전송하여, 상기 제3 편광 회전기 내지 제6 편광 회전기의 편광축 방향을 조절하고, 상기 레이저 빔의 편광 에너지 정보로 이루어지는 제2 피드백 신호를 전송하여, 상기 제1 편광 회전기 및 제2 편광 회전기의 편광축 방향을 조절하는 레이저 결정화 장치. - 제 5 항에서,
상기 편광 측정기는,
상기 제1 편광 회전기 및 제2 편광 회전기의 편광축 방향을 조절하여,
상기 제3 편광 회전기 내지 제6 편광 회전기를 각각 통과하는 출사 레이저 빔의 에너지가 균등하도록 제어하는 레이저 결정화 장치. - 제 1 항에서,
상기 제1 레이저 발생기 및 제2 레이저 발생기는 편광축 방향이 서로 다른 레이저 빔을 발생시키는 레이저 결정화 장치. - 제 1 항에서,
상기 제3 편광 회전기 내지 제6 편광 회전기는 상기 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 편광축 방향을 조절하여 상기 기판에 조사되는 편광 성분을 균일화하도록 하는 레이저 결정화 장치. - 제 1 항에서,
상기 입사 레이저 빔은 랜덤 편광성인 레이저 결정화 장치. - 제 1 항에서,
상기 제1 편광 회전기 및 제2 편광 회전기를 통과한 상기 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔은 선형 편광성인 레이저 결정화 장치. - 제 1 항에서,
상기 제1 편광빔 스플리터 및 제2 편광빔 스플리터는 상기 레이저 빔의 50%의 P편광은 투과시키고, 50%의 S편광은 반사시키는 레이저 결정화 장치. - 제 1 항에서,
상기 미러는 입사되는 레이저 빔의 전부를 반사시키는 레이저 결정화 장치. - 제 1 항에서,
상기 제1 편광빔 스플리터 및 제2 편광빔 스플리터는 45도 내지 60도 각도로 기울어져 있는 레이저 결정화 장치. - 제 1 항에서,
상기 제1 내지 제6 편광 회전기는 90도 각도로 회전시 S편광과 P편광 사이에서 상호 변환되는 레이저 결정화 장치.
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Patent Citations (2)
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| JP2007027289A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Sony Corp | 照射装置 |
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