KR20040079563A - 레이저어닐링시스템 및 구동방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저를 발생시키는 하나의 레이저광원과; 상기 레이저를 적어도 두 방향 이상 분할하거나 또는 하나로 집중시키는 조절계와; 상기 조절계를 통해 최대 분할된 레이저 수와 동 수로 구비되며, 각각 레이저를 가공하여 레이저빔을 형성하는 광학계와; 각각의 내부로 기판이 존재되며 상기 광학계와 일대일 대응되도록 적어도 두 개 이상이 구비되어, 상기 해당 광학계를 통과한 레이저빔을 상기 각각의 기판으로 조사되도록 하는 챔버를 포함하는 레이저어닐링시스템 및 이의 구동방법을 제공한다.
Description
본 발명은 레이저 어닐링(laser annealing)에 관한 것으로, 좀더 자세하게는 엑시머레이저(excimer laser)를 조사하여 기판(substrate)을 처리하는 레이저어닐링시스템(laser annealing system)에 관한 것이다.
박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)와 같은 반도체소자(semiconductor device)는 가장 핵심적인 부분으로서, 전하(electron) 또는 정공(hole)의 이동통로인 실리콘(Si) 재질의 반도체막(semiconductor layer)을 포함한다.
실리콘은 통상 결정상태에 따라 비정질실리콘(amorphous silicon)과 결정질실리콘(crystalline silicon)으로 구분될 수 있는데, 비정질실리콘은 비교적 낮은 온도에서 박막(thin film)으로 증착 가능한 장점이 있는 반면, 원자배열에 규칙이 없어 전기적 특성이 비교적 떨어지고 대면적화가 어려운 단점이 있다.
그러나 결정질실리콘은 전류의 흐름도가 비정질실리콘에 비해 100 배 이상 개선된 특징을 가지며, 특히 결정립(grain)의 크기가 증가할수록 전기적 특성이 개선된다.
따라서 융용점이 낮은 유리등의 절연기판을 활용하는 평판표시장치 제조공정에서는, 절연기판 상에 비정질실리콘 박막을 증착한 후 이를 결정질실리콘 박막으로 변화시켜 사용하기도 하는데, 이를 위한 한 가지 방법이 레이저어닐링이다.
레이저어닐링이란 소정 에너지의 레이저를 대상 물질에 조사함으로서 상기 물질의 물리적 특성 변화를 얻기 위한 것으로, 특히 비정질실리콘을 결정질실리콘으로 변화시키기 위해서는 고 에너지 영역대(complete melting regime)의 엑시머레이저를 비정질 실리콘 박막에 조사함으로써, 이의 용융 및 결정화시켜 결정질실리콘 박막을 얻을 수 있다.
상기 레이저어닐링은 실리콘박막에 이온을 도핑한 후, 이를 활성화시키기 위한 방법으로 사용되기도 하며, 기판에 가해지는 열적 충격을 줄일 수 있으므로 유리등의 내열성이 낮은 기판을 대상으로 할 수 있다.
도 1은 일례로 능동행렬 방식의 평판표시장치(active matrix type plat panel display device) 제조를 위한 레이저어닐링시스템의 개략적인 블록도이고, 도 2는 이의 단면을 도시한 도면이다.
일반적인 레이저어닐링시스템은 레이저를 발생시키는 레이저광원(10)과, 이 가공되지 않은 레이저를 수광하여 목적에 따른 레이저빔으로 처리하는 광학계(optical system : 30)와, 처리대상물인 기판(1)을 내부로 수용하여 상기 가공된 레이저빔이 조사되도록 하는 챔버(chamber : 40)를 포함한다.
이때 레이저광원(10)은 일례로 308nm 의 파장을 발진하는 XeCl 엑시머 레이저가 될 수 있지만, 목적에 따라 248nm 파장의 KrF 엑시머 레이저, 193nm 파장의 ArF 엑시머레이저, 157nm 파장의 F2엑시머레이저 또는 532nm 파장의 Nd:YAG 레이저 2차 고조파 등이 사용될 수 있다.
그리고 광학계(30)는 비록 별도의 도면으로 도시하지는 않았지만, 레이저를 가공하는 어테뉴에이터(attenuator)와, 다수의 구면렌즈(spherical lens) 및/또는 원통렌즈(cylndrical lens)와 플라이아이(fly eye) 렌즈를 포함할 수 있고, 특히 레이저빔을 소정의 패턴(pattern)으로 형성하는 마스크(mask)를 포함한다.
또한 챔버(40)는 내부로 기판(1)이 존재되는 반응영역(A)을 정의하고 있는데, 광학계(30)를 향하는 일면에는 레이저빔이 통과할 수 있는 개구부(44)가 형성되어 있고, 이 개구부(44)는 석영윈도우(46)로 가로막혀 있다.
또 그 내부로는 기판(1)을 지지하여 평면상에서 이동시킬 수 있는 스테이지(48)가 구비되어 있으며, 상기 스테이지(48) 내부에는 공정진행 중 기판(1)을 가열하는 히터(49)가 내장된다.
따라서 최초 레이저광원(10)으로부터 발생된 레이저는 광학계(30)를 거쳐 소정의 형상으로 가공된 후 챔버(40)의 석영윈도우(46)를 통해 기판(1)으로 조사되며, 이때 스테이지(48)는 히터(49)를 통해 가열된 기판(1)을 소정간격 이동시키면서 기판 전(全) 면적에 걸쳐 레이저빔이 조사되도록 한다.
한편, 기판(1)으로 조사되는 레이저빔의 조사면적이 클 경우에는 단위 면적 당 에너지 밀도는 작아질 수밖에 없어, 목적하는 정도의 어닐링효과를 기대할 수 없다. 따라서 충분한 에너지 밀도와 균등한 조도의 레이저빔 조사효과를 얻기 위해서는 레이저빔의 조사면적은 일정정도 이하로 제한되어야만 한다.
이에 일반적으로 빔선폭이 가는 선형의 레이저 빔 패턴을 통해 기판의 일 방향으로부터 타 방향으로 순차적으로 스캔(scan)하는 방법이 사용되고, 이를 위해 스테이지(48)는 기판(1)을 수 ㎛ 내지는 수 ㎜ 단위로 이동시키게 된다.
그러나 근래에 들어 평판표시장치의 대면적화 추세에 따라 대상물인 기판(1)의 사이즈 또한 대형화되고 있으므로, 전술한 구성의 일반적인 레이저어닐링시스템을 사용할 경우 공정시간이 지나치게 길어지는 단점이 있다.
더욱이 공정진행 중 가열된 기판(1)은 충분히 냉각되어야 비로소 외부로 운반될 수 있고, 이 냉각시간 동안은 어닐링시스템의 동작이 정지될 수 밖에 없는 바, 이와 같은 공정시간의 연장은 결국 장비의 효율성을 떨어뜨리고, 작업수율 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 작업 수율의 향상과 장비의 효율성을 향상시킬 수 있는 레이저어닐링시스템 및 이의 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 레이저어닐링시스템의 구조를 도시한 블럭도
도 2는 일반적인 레이저어닐링시스템의 구조를 도시한 단면도
도 3은 본 발명에 따른 레이저어닐링시스템의 구조를 도시한 블럭도
도 4는 본 발명에 따른 레이저어닐링시스템의 구조를 도시한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판 110 : 레이저광원
120 : 조절계 A1, A2 : 제 1 및 제 2 반응영역
130a, 130b : 제 1 및 제 2 광학계
140a, 140b : 제 1 및 제 2 챔버
144a, 144b : 제 1 및 제 2 개구부
146a, 146b : 제 1 및 제 2 석영윈도우
148a, 148b : 제 1 및 제 2 기판스테이지
149a, 149b : 제 1 및 제 2 히터
본 발명은 상기와 같은 목적을 위하여, 레이저를 발생시키는 하나의 레이저광원과; 상기 레이저를 적어도 두 방향 이상 분할하거나 또는 하나로 집중시키는 조절계와; 상기 조절계를 통해 최대 분할된 레이저 수와 동 수로 구비되며, 각각 레이저를 가공하여 레이저빔을 형성하는 광학계와; 각각의 내부로 기판이 존재되며상기 광학계와 일대일 대응되도록 적어도 두 개 이상이 구비되어, 상기 해당 광학계를 통과한 레이저빔을 상기 각각의 기판으로 조사되도록 하는 챔버를 포함하는 레이저어닐링시스템을 제공한다. 이때 상기 조절계는 최대 두 방향으로 상기 레이저를 분할 가능하고, 상기 광학계와 상기 챔버는 각각 두 개로 구비되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 레이저광원은 308nm 파장의 XeCl 엑시머 레이저, 248nm 파장의 KrF 엑시머 레이저, 193nm 파장의 ArF 엑시머레이저, 157nm 파장의 F2 엑시머레이저, 532nm 파장의 Nd:YAG 레이저 2차 고조파 중 선택된 하나를 발진하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 조절계는, 상기 레이저빔을 각각 소정의 비율로 분할하는 스플리트 렌즈와, 상기 레이저빔을 반사하는 리플렉터 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 각각의 챔버는, 상기 해당 광학계를 향하는 일면에 각각 상기 레이저빔이 통과할 수 있는 개구부와; 상기 개구부를 막는 투명한 석영유리판과; 내부에 히터가 내장되고, 상기 기판을 동일 평면상에서 소정간격 이동시킬 수 있는 기판 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 광학계는 각각 적어도 하나의 어테뉴에이터와, 마스크와, 원통렌즈와, 구면렌즈와, 플라이아이렌즈를 포함하며, 상기 기판은 웨이퍼 또는 평판표시장치용 투명절연기판인 것을 특징으로 한다. 이때 상기 레이저빔이 조사되는 웨이퍼 또는 투명절연기판 일면에는 각각 비정실실리콘 박막이 증착되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 상기한 구성의 레이저어닐링시스템 구동방법으로서, 상기 적어도 두 개 이상의 챔버에 동시에 상기 레이저빔을 각각 조사하여, 적어도 두 장 이상의 기판을 동시에 처리하거나 또는 상기 적어도 두 개 이상의 챔버 중 선택된 하나에 상기 레이저빔을 조사한 후, 연이어 다른 챔버 중 선택된 하나로 상기 레이저빔을 조사하는 과정을 순차적을 진행하는 것을 특징으로 하는 바, 특징으로 하는 바, 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 올바른 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저어닐링시스템의 일례를 간략하게 도시한 블록도로서, 하나의 레이저광원(110)과, 하나의 조절계(120)와, 두 개의 제 1 및 제 2 광학계(130a, 130b)와, 이들과 각각 일대일 대응되는 두 개의 제 1 및 제 2 챔버(140a, 140b)를 포함한다.
이중 레이저광원(110)은 레이저를 발생시키는 부분으로서, 바람직하게는 308nm 파장의 XeCl 엑시머 레이저가 사용될 수 있지만, 목적에 따라 248nm 파장의 KrF 엑시머 레이저, 193nm 파장의 ArF 엑시머레이저, 157nm 파장의 F2엑시머레이저 또는 532nm 파장의 Nd:YAG 레이저 2차 고조파를 발진할 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 레이저광원(110)은 목적에 따라 다양한 파장의 발진시킬 수 있는 것으로, 그 종류 및 구성에는 제한이 없다.
그리고 레이저광원(110)으로부터 발생된 레이저는 조절계(120)로 수광되는데, 이 조절계(120)는 레이저를 각각 소정 비율로 분할하여 두 방향으로 조사되도록 하는 적어도 하나의 스플리트렌즈(split lens)와, 레이저빔을 분할하지 않고 그 진행방향 만을 변환하는 리플렉터렌즈(reflector lens)를 포함한다.
따라서 조절계(120)를 통과한 레이저는 두 방향으로 분할되어 각각 제 1 광학계(130a)와 제 2 광학계(130b)로 수광될 수 있고, 이와 달리 진행방향 만이 변경되어 제 1 또는 제 2 광학계(130a, 130b) 중 어느 하나로만 진행될 수 있다.
또한 제 1 및 제 2 광학계(130a, 130b)는 각각 수광된 레이저를 소정패턴의 레이저빔으로 가공하는 부분으로, 일반적인 경우와 유사하게 어테뉴에이터와 마스크, 그리고 적어도 하나 이상의 원통렌즈와 구면렌즈 및 플라이아이렌즈를 포함한다. 이 제 1 및 제 2 광학계는 목적에 따라 다양한 설계가 가능하다.
따라서 이들 각각의 제 1 및 제 2 광학계(130a, 130b)를 통과한 레이저빔은 각각의 마스크에 의존하는 소정형상의 레이저 빔 패턴을 가지고, 대응되는 제 1 및 제 2 챔버로 조사된다. 이때 앞서 설명한 바와 마찬가지로 조절계(120)의 동작에 따라 레이저빔은 진행방향 만을 바꾸어 제 1 또는 제 2 광학계(130a, 130b) 중 어느 하나를 통과할 수 있고, 이 경우 제 1 또는 제 2 챔버(140a, 140b) 중 대응되는 어느 하나로만 조사됨은 물론이다.
이들 제 1 제 2 챔버(140a, 140b)는 각각 내부로 처리대상물인 기판(1)을 수용하며, 각각 해당 광학계(130a, 130b)를 향하는 일면에 제 1 및 제 2 개구부(144a, 144b)가 형성되어 있어, 레이저빔이 기판(1)으로 조사될 수 있도록 한다. 그리고 이들 제 1 및 제 2 개구부(144a, 144b)는 각각 투명한 제 1 및 제 2 석영윈도우(146a, 146b)로 막혀있다.
또 각각의 제 1 및 제 2 챔버(140a, 140b) 내에는 해당 기판(1)을 지지하면서 동일 평면상에서 이를 이동시킬 수 있는 제 1 및 제 2 스테이지(148a, 148b)가 구비될 수 있으며, 이들 각각에는 제 1 및 제 2 히터(149a, 149b)가 내장되어 공정 진행 중 기판(1)을 가열하는 것이 바람직하다.
따라서 최초 레이저광원(110)으로부터 발생된 레이저는 조절계(120)에 의해 두 개로 분할되어 제 1 및 제 2 광학계(130a, 130b)로 각각 수광되고, 제 1 광학계(130a)를 통과한 레이저빔은 제 1 챔버(140a)로, 그리고 제 2 광학계(130b)를 통과한 레이저빔은 제 2 챔버(140b)로 조사된다.
물론 조절계(120)는 레이저빔을 분할하지 않고 그 방향만 바꿀 수도 있다 하였으므로, 이 경우 제 1 또는 제 2 광학계(130a, 130b) 중 어느 하나 만을 경유하여 해당 광학계와 대응되는 제 1 또는 제 2 챔버(140a, 140b) 중 하나로 조사될 수 있다.
그리고 제 1 및 제 2 챔버(140a, 140b) 내에 각각 설치된 제 1 및 제 2 스테이지(148a, 148b)는 제 1 및 제 2 히터(149a, 149b)에 의해 가열된 기판(1)을 적절히 이동시킴으로서, 스캔 방식으로 기판(1) 표면에 레이저빔이 조사되도록 한다. 이때 기판(1)은 반도체 제조용 웨이퍼(wafer) 또는 평판표시장치용 투명절연기판일 수 있고, 레이저빔이 조사되는 일면으로는 비정질실리콘 박막이 증착된 상태일 수 있다.
한편, 앞서의 설명에서 두 개로 구비되는 제 1 및 제 2 광학계(130a, 130b) 그리고 제 1 및 제 2 챔버(140a, 140b)는 본 발명의 일례에 지나지 않는 바, 비록 별도의 도면으로 도시되지는 않았지만, 조절계(120)가 세 개 레이저를 세 방향으로 분할 할 수 있다면 광학계 및 챔버 역시 각각 세 개로 구비된다. 즉, 본 발명의 가장 큰 특징은 레이저를 분할 또는 집중할 수 있는 조절계를 제공함으로서 하나의 레이저광원을 적어도 두 개 이상의 광학계 및 챔버가 공유할 수 있는 것으로, 각광학계와 챔버의 수는 조절계를 통해 최대 분할된 레이저빔의 수와 동 수로 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 기판어닐링 장치의 동작은, 일례로 제 1 및 제 2 챔버(140a, 140b)에서 진행되는 레이저어닐링공정이 저 에너지를 요구할 경우, 제 1 및 제 2 챔버(140a, 140b) 모두에 레이저빔이 조사되도록 하여 동시에 두 장의 기판(1)을 처리할 수 있다.
더 나아가 조절계(120)의 분할 비율에 따라 제 1 및 제 2 챔버(140a, 140b)로 조사되는 레이저빔의 에너지를 서로 다르게 하는 것도 가능하며, 반면, 고에너지의 레이저빔이 필요한 공정일 경우에는 제 1 또는 제 2 챔버(140a, 140b) 중 어느 하나로만 레이저빔을 집중시켜 해당공정을 진행할 수 있다.
이때 특히 임의의 제 1 챔버(140a)에서 레이저어닐링 공정을 진행 한 후 해당 기판(1)이 냉각되는 동안 다른 제 2 챔버(140b)의 레이저어닐링 공정을 진행할 수 있다.
본 발명에 따른 기판어닐링시스템은 하나의 레이저빔 광원을 통해 적어도 두 개 이상의 기판을 동시에 처리할 수 있는 장점이 있다.
특히 저에너지 파장대의 레이저빔을 요구하는 어닐링공정의 경우에는 조절계를 통해 레이저를 소정비율로 분할함으로서 작업속도를 대폭 향상시킬 수 있고, 이를 통해 장비의 효율을 극대화 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 고에너지대의 레이저빔을 요구하는 공정일 경우에는 레이저빔을 하나로 집중시켜 해당공정을 수행할 수 있고, 기판의 냉각시간동안 다른 기판을 처리할 수 있으므로 공정시간을 단축시키는 잇점이 있다.
Claims (10)
- 레이저를 발생시키는 하나의 레이저광원과;상기 레이저를 적어도 두 방향 이상 분할하거나 또는 하나로 집중시키는 조절계와;상기 조절계를 통해 최대 분할된 레이저 수와 동 수로 구비되며, 각각 레이저를 가공하여 레이저빔을 형성하는 광학계와;각각의 내부로 기판이 존재되며 상기 광학계와 일대일 대응되도록 적어도 두 개 이상이 구비되어, 상기 해당 광학계를 통과한 레이저빔을 상기 각각의 기판으로 조사되도록 하는 챔버를 포함하는 레이저어닐링시스템
- 청구항 1에 있어서,상기 조절계는 최대 두 방향으로 상기 레이저를 분할 가능하고,상기 광학계와 상기 챔버는 각각 두 개로 구비되는 레이저어닐링시스템
- 청구항 1에 있어서,상기 레이저광원은 308nm 의 파장을 발진하는 XeCl 엑시머 레이저, 248nm 파장의 KrF 엑시머 레이저, 193nm 파장의 ArF 엑시머레이저, 157nm 파장의 F2 엑시머레이저, 532nm 파장의 Nd:YAG 레이저 2차 고조파 중 선택된 하나를 발진하는 레이저어닐링시스템
- 청구항 1에 있어서,상기 조절계는, 상기 레이저빔을 각각 소정의 비율로 분할하는 스플리트 렌즈와, 상기 레이저빔을 반사하는 리플렉터 렌즈를 포함하는 레이저어닐링시스템
- 청구항 1에 있어서,상기 각각의 챔버는,상기 해당 광학계를 향하는 일면에 각각 상기 레이저빔이 통과할 수 있는 개구부와;상기 개구부를 막는 투명한 석영유리판과;내부로 히터가 내장되고, 상기 기판을 동일 평면상에서 소정간격 이동시킬 수 있는 기판 스테이지를 포함하는 레이저어닐링시스템
- 청구항 1에 있어서,상기 광학계는 각각 적어도 하나의 어테뉴에이터와, 마스크와, 원통렌즈와, 구면렌즈와, 플라이아이렌즈를 포함하는 레이저어닐링시스템
- 청구항 1에 있어서,상기 기판은 웨이퍼 또는 평판표시장치용 투명절연기판인 레이저어닐링시스템
- 청구항 7에 있어서,상기 레이저빔이 조사되는 웨이퍼 또는 투명절연기판 일면에는 각각 비정실실리콘 박막이 증착되어 있는 레이저어닐링시스템
- 청구항 1의 레이저어닐링시스템 구동방법으로서,상기 적어도 두 개 이상의 챔버에 동시에 상기 레이저빔을 각각 조사하여, 적어도 두 장 이상의 기판을 동시에 처리하는 레이저어닐링시스템 구동방법
- 청구항 1의 레이저어닐링시스템 구동방법으로서,상기 적어도 두 개 이상의 챔버 중 선택된 하나에 상기 레이저빔을 조사한 후, 연이어 다른 챔버 중 선택된 하나로 상기 레이저빔을 조사하는 과정을 순차적으로 진행하는 레이저어닐링시스템 구동방법
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030014491A KR20040079563A (ko) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | 레이저어닐링시스템 및 구동방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020030014491A KR20040079563A (ko) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | 레이저어닐링시스템 및 구동방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20040079563A true KR20040079563A (ko) | 2004-09-16 |
Family
ID=37364498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020030014491A KR20040079563A (ko) | 2003-03-07 | 2003-03-07 | 레이저어닐링시스템 및 구동방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20040079563A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101326133B1 (ko) * | 2005-03-10 | 2013-11-06 | 삼성디스플레이 주식회사 | 평판 표시 장치 제조 시스템 |
| KR20180137304A (ko) * | 2017-06-16 | 2018-12-27 | 주식회사 야스 | Ｆｍｍ 없이 컬러 화소를 형성하는 방법 및 장치 |
| KR20190014327A (ko) * | 2017-08-02 | 2019-02-12 | 주식회사 야스 | Ｆｍｍ이 없는 재료절감형 컬러 화소 형성 시스템 |
| KR20200029286A (ko) * | 2018-09-10 | 2020-03-18 | 삼성전자주식회사 | 건식 세정 장치 및 건식 세정 방법 |
-
2003
- 2003-03-07 KR KR1020030014491A patent/KR20040079563A/ko not_active Application Discontinuation
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