KR20050051159A - 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에 관한 것으로, 복수의 피가공 제품들의 목적 영역들을 향해 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부와; 상기 레이저 조사부로부터 조사되는 레이저 빔을 사이에 두고, 상기 복수의 피가공 제품의 목적 영역의 분위기를 제어하기 위한 가스가 유입 또는 배기되는 복수의 제1 노즐들 및 복수의 제2 노즐들과; 상기 레이저 빔에 의해 조사되는 상기 복수의 피가공 제품들을 동일한 이송속도로 수평 이동시키는 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 복수의 반도체에 대한 레이저 어닐링을 인라인으로 처리하는 장치에 관한 것으로서, 특히 하나의 어닐링용 레이저로 복수의 반사 슬릿을 통하여, 이송중인 복수의 반도체에 대하여, 인라인으로 처리할 수 있는 장치를 통해 신뢰성 높은 반도체 장치를 신속하게 제공하고 제조 비용을 저감할 수 있는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에 관한 것이다.
종래에는 능동 구동 유기 EL 표시소자(Active Matrix-Organic Electro Luminescence Display; AM-OLED) 및 능동 구동 액정 표시소자(Active Matrix-Liquid Crystal Display ; AM-LCD)의 스위칭 소자로서 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor ; a-Si TFT)가 이용되었으나, 점차적으로 표시소자의 고화질화 요구에 따라 비정질 실리콘 박막 트랜지스터보다 동작 속도가 빠른 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(Polycrystalline Silicon Thin Film Transistor ; poly-Si TFT)가 표시소자의 스위칭 소자로 많이 이용되고 있다.
다결정 실리콘 박막트랜지스터의 제작시에는 비정질 실리콘 박막트랜지스터의 제작방법에서 결정화 공정이 추가된다. 이 결정화 공정에는 일반적인 열처리방법과 엑시머 레이저를 이용하는 방법이 사용될 수 있다. 그러나, 일반적인 열처리 공정은 OLED 또는 LCD의 기판으로 사용되는 유리기판이 600℃ 이상이 되어 제품이 손상될 위험이 커지므로 엑시머 레이저를 이용한 어닐링 방법이 주로 사용된다. 왜냐하면, 레이저 어닐링은 높은 에너지를 갖는 레이저 빔을 결정화가 요구되는 부분의 비정질 실리콘박막에 조사하는 것으로서, 수십 nsec 정도의 순간적인 가열에 의해 결정화가 일어나므로 유리 기판에 손상을 주지 않는 장점이 있기 때문이다. 또한, 엑시머 레이저를 이용하여 제작된 다결정 실리콘 박막의 전기적 특성은 일반적인 열처리 방법으로 제작된 다결정 실리콘 박막보다 우수하다. 이는 엑시머 레이저 조사에 의해 비정질 실리콘박막이 액체 상태로 용융된 후 고체로 고상화될 때 실리콘 원자들이 우수한 결정성을 갖는 그레인 형태로 재배열되기 때문이다(Appl. Phys. Lett. vol. 63, no. 14, p. 1969, 1993). 예를 들어, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 전기적 이동도가 1 내지 2cm2/Vsec 정도이고, 일반적인 열처리 방법으로 제작된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 전기적 이동도가 10 내지 20cm2/Vsec 정도인 반면에, 엑시머 레이저를 이용하여 제작된 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 전기적 이동도는 100cm2/Vsec가 넘는 값을 가진다(IEEE Trans. Electron Devices, vol. 36, no. 12, p. 2868, 1989).
엑시머 레이저 어닐링(Excimer Laser Annealing;ELA)을 이용하는 반도체 제조 장치에 대해, 미국특허 제6,580,053호에서는 도 1에 도시된 것과 같이, 비정질 반도체 재료의 표면에 복수의 노즐로부터 헬륨, 네온, 아르곤, 질소 등의 가스를 강하게 분출(Flushing)시켜 레이저 어닐링에 필요한 분위기를 만들면서, 레이저 어닐링을 통해 고품질의 다결정 영역을 생성하는 장치에 대해 개시하고 있다.
도 1을 참조하면, 이동성 스테이지(30)상에 기판(55) 및 비정질 실리콘 막(50)이 높여 있고, 비정질 실리콘 막(50)의 표면(51)중에서 결정화되어야 하는 목적 영역(target region;52)을 향하여, 레이저 헤드(11)로부터 방사된 레이저 빔(15)이 빔 균질화 기기(17)를 통하여 조사되고 있다. 그리고, 비정질 실리콘 막의 표면상으로는 가스 공급기(23)의 헬륨, 네온, 아르곤, 질소 등의 가스가 펌프(24)로부터 밸브(25) 및 도관(26)을 통해 노즐(21, 22)에서 분사된다. 노즐(21, 22)로부터 분사된 헬륨, 네온, 아르곤, 질소 등의 가스는 별도의 배기구를 통해 외부로 배기(Exhaust)된다.
그런데, 이와 같은 종래의 레이저 어닐링을 이용한 반도제 제조 장치는 하나의 어닐링용 레이저로 단일의 반도체 장치만을 제조할 수 있었으며, 단일의 반도체 장치에 대해 개별적인 세정이 이루어져야 함으로 인하여, 제조 공정이 번잡하고 신속한 제조가 이루어지지 못하는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 하나의 어닐링용 레이저로 이송중인 복수의 반도체에 대하여 동시에 어닐링 공정을 수행할 수 있는, 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 어닐링 공정을 수행받는 복수의 반도체를 신속하게 이송시킬 수 있는, 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 어닐링 공정의 전후에 복수의 반도체를 신속하게 세정시킬 수 있는, 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에 관한 것으로, 복수의 피가공 제품들의 목적 영역들을 향해 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부와; 상기 레이저 조사부로부터 조사되는 레이저 빔을 사이에 두고, 상기 복수의 피가공 제품의 목적 영역의 분위기를 제어하기 위한 가스가 유입 또는 배기되는 복수의 제1 노즐들 및 복수의 제2 노즐들과; 상기 레이저 빔에 의해 조사되는 상기 복수의 피가공 제품들을 동일한 이송속도로 수평 이동시키는 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하여, 수평 이동되고 있는 복수의 피가공 제품들인 반도체 시료들이 수평 이동되면서 동시에 가공되는 인라인 제조가 가능하게 된다.
그리고, 상기 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에서 상기 레이저 조사부는, 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드와; 상기 레이저 헤드로부터 방사된 레이저 빔의 일부를 반사하고 다른 일부를 투과하는 복수의 슬릿들을 포함하는데, 이때 복수의 슬릿들은 이송되는 복수의 피가공 제품들 상의 상기 복수의 목적 영역들에 대해 모두 균일한 전력의 레이저 빔을 조사하도록, 순차적으로 소정의 비율의 반사율을 가진다. 예를 들어, 슬릿들의 갯수가 N개일 때, 레이저 헤드로부터 n번째 순차의 슬릿의 반사율은 1/(N-n+1)로 하는 것이 바람직하다. 이때, 레이저 헤드로부터 n번째 순차의 슬릿의 투과율은 (N-n)/(N-n+1)이 된다.
한편, 복수의 제1 노즐들은 가스 유입구들이고, 복수의 제2 노즐들은 가스 배기구들로 이루어짐으로써, 일방으로부터 유입된 가스가 타방으로 용이하게 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 이송수단은, 상기 피가공 제품을 임시적으로 탑재하여 이송하는 이동성 스테이지와; 상기 이동성 스테이지를 수평 이동시키는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 피가공 제품의 목적 영역에 상기 레이저 빔이 조사되지 않을 때의 상기 이동성 스테이지의 이송속도가, 상기 레이저 빔이 조사될 때의 이송속도보다 빠르도록 구동하도록 하면, 피가공 제품인 반도체 장치를 보다 신속하게 처리함으로써 신속한 반도체 장치의 제조가 가능하여 생산성 향상에 이바지할 수 있다. 예를 들어, 이송수단은, 이송되는 복수의 피가공 제품의 수평 이동 궤적으로부터 소정의 수직적 간격을 두고 배치되어 복수의 피가공 제품의 위치를 감지하는 이송속도 조절용 포토 디텍터를 더 포함하고, 구동부는 상기 포토 디텍터에서 빛이 감지되는가 여부에 따라 상기 이동성 스테이지의 이송속도를 변화시킨다. 예를 들어, 이송수단은, 제1 및 제2 이송속도 조절용 포토 디텍터를 포함하고, 구동부는 상기 제1 이송속도 조절용 포토 디텍터에서 상기 이동성 스테이지를 감지한 때로부터 상기 제2 이송속도 조절용 포토 디텍터에서 상기 이동성 스테이지를 감지한 때까지의 시간에 의해 상기 이동성 스테이지의 현재 이송속도를 측정하여, 상기 이동성 스테이지의 이송속도를 레이저 어닐링에 필요한 적절한 이송속도로 변화시킬 수 있다.
그리고, 레이저 조사부는, 상기 이송되는 복수의 피가공 제품의 수평 이동 궤적으로부터 소정의 수직적 간격을 두고 배치되어, 상기 복수의 피가공 제품의 위치를 감지하는 레이저 조절용 포토 디텍터와; 상기 레이저 조절용 포토 디텍터에서 빛이 감지되는가 여부에 따라 상기 레이저 빔을 차단하는 셔터를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치는 상기 레이저 조사부 및 복수의 노즐들과 수평으로 설치된 세정부를 더 포함할 수 있다. 이때, 이송수단은 상기 복수의 피가공 제품들의 이송속도와 상기 세정부 내에서 세정되는 복수의 피가공 제품들의 이송속도가 동일하도록 구동되는 것이 바람직하며, 이로써, 레이저 어닐링 과정을 거치기 전에 세정되어 유입되는 피가공 제품이 레이저 어닐링 과정을 시작할 때 이송이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한, 레이저 어닐링 과정을 거친 후 배출되어 세정되어야 하는 피가공 제품이 레이저 어닐링 과정을 종료할 때 이송이 원활하게 이루어질 수 있다. 이때, 예를 들어, 이송수단이 상기 세정부내에 확장되어, 상기 세정부 내에 상기 복수의 피가공 제품들을 이송하기 위한 별도의 이송 수단이 존재하지 않도록 할 수도 있다. 이렇게 하면, 세정부에서의 작업과 레이저 어닐링 작업간에 대기시간이 거의 소요되지 않으므로 신속하고 정확한 이송이 유지될 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에 대한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 종래의 레이저 어닐링 장치가 채용된 경우에 피가공 제품(50)이 이송되면서 가공되는 모습을 나타낸 사시도이다. 도 2는, 개방형 챔버(open type chamber)에서 피가공 제품(50)이 인라인으로 처리되기 위하여, 이송되고 있는 피가공 제품(50)에 대해 좌측의 노즐(21)로부터 헬륨, 네온, 아르곤, 질소 등의 가스가 강하게 유입되고, 우측의 노즐(22)로부터 상기 가스가 강하게 배기되는 모습을 나타낸다. 분위기의 상태에 따라 필요한 분위기를 만드는데 어려움이 없는 한 좌측 노즐(21)과 우측 노즐(22)이 모두 가스 유입구이라도 무방하다. 레이저 헤드(110)로부터 출력되는 소정의 전력을 가지는 레이저 빔(115)이 반사 슬릿(120)에 의해 반사된다. 반사된 레이저 빔(115)은 비정질 실리콘 박막이 결정화될 수 있도록 반도체 장치인 피가공 제품(50)상의 목적 영역(target region)에 조사된다. 개별적인 레이저 빔(115)은 그 단면이 원형이지만, 도 2에서는 인라인 처리를 위하여 수평적으로 복수의 레이저 빔이 동시에 조사되는 구성을 나타내었다.
피가공 제품(50)은 이동성 스테이지(310) 상에 임시적으로 배치되어, 이동성 스테이지(310)와 함께 수평 이동된다. 이동성 스테이지(310)는 구동부(320)에 의해 수평 이동되며, 구동부(320)는 예컨대 롤러 또는 콘베이어 벨트일 수 있다. 이동성 스테이지(310)는 도 2의 우측으로부터 좌측을 향해 이동하며, 우측단은 입력되는 피가공 제품(50)이 수납되는 입력용 카세트(61)와 연결되고, 좌측되는 출력되는 피가공 제품(50)이 수납되는 출력용 카세트(62)와 연결된다.
따라서, 피가공 제품(50)은 카세트(61)로부터 인출된 후 이동성 스테이지(310) 상에 놓여져 좌측을 향해 소정의 속도로 수평 이동하며, 수평 이동중에 노즐(210,220)로부터 분사되어 조성되는 분위기하에서 조사되는 레이저 빔(115)에 의해 목적 영역(52)에서 레이저 어닐링 작업이 피가공 제품(50)의 좌측으로부터 우측을 향해 이루어진다. 수평 이동하면서 레이저 어닐링 작업을 거친 피가공 제품(50)은 좌측의 출력용 카세트(62)로 출력된다.
이동성 스테이지(310) 및 구동부(320)의 상측 또는 하측에는 레이저 조절용 포토 디텍터(130) 또는 이송속도 조절용 포토 디텍터(331,332)가 배치될 수 있다. 포토 디텍터(130,331,332)는 별도로 설치되는 발광 다이오드(도시되지 않음)로부터 발광되어 이동성 스테이지(310)부터 반사되는 빛을 이용할 수도 있고, 장치 주위의 자연광을 이용할 수도 있다.
예컨대, 레이저 조절용 포토 디텍터(130)는 이송되는 피가공 제품(50)의 수평 이동 궤적으로부터, 적절한 소정의 수직적 간격을 두고 배치되며, 레이저 헤드(110)의 입력단 또는 출력단에서 레이저의 출력 여부를 결정하는 셔터(140)와 결합된다. 셔터(140)는 레이저 조절용 포토 디텍터(130)에서 빛이 감지되는가 여부에 따라 피가공 제품의 위치를 파악하여 레이저 빔(115)을 차단한다.
또한, 이송속도 조절용 포토 디텍터(331,332)는 이송되는 피가공 제품(50)의 수평 이동 궤적으로부터, 적절한 소정의 수직적 간격을 두고 배치되며, 이송수단 구동부(320)에 결합된다. 이송수단 구동부(320)는 이송속도 조절용 포토 디텍터(331,332)에서 빛이 감지되는가 여부에 따라 이동성 스테이지(310)의 이송속도를 변화시킨다. 예컨대, 제1 이송속도 조절용 포토 디텍터(331)에 의해 이동성 스테이지(310)에 의해 반사되는 빛이 검출되기 전까지는 이동성 스테이지(310) 및 피가공 제품(50)을 빠른 속도로 이송하고, 제1 이송속도 조절용 포토 디텍터(331)에 의해 이동성 스테이지(310)에 의해 반사되는 빛이 검출된 즉시 레이저 어닐링에 적합한 이송속도로 늦출 수 있다.
한편, 이송속도에 오류가 생길 가능성에 대비하여 이송되는 속도를 검출하여 재조정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 제1 이송속도 조절용 포토 디텍터(331)에 의해 이동성 스테이지(310)에 의해 반사되는 빛을 검출한 후, 제2 이송속도 조절용 포토 디텍터(332)에 의해 이동성 스테이지(310)에 의해 반사되는 빛을 검출한 때까지의 시간을 측정함으로써 현재의 이송속도를 측정하여, 레이저 어닐링에 적합한 이송속도보다 빠르거나 느릴 경우에 이송수단의 구동부(320)로 피드백하여 레이저 어닐링에 적합한 이송속도로 재조정하게 하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에서 복수의 피가공 제품(50-1, 50-2, ...)이 이송되면서 가공되는 모습을 나타낸 사시도이다. 상기 도 2와 다른 점은 복수의 이동성 스테이지(310-1, 310-2, ...) 및 그 위에 배치된 복수의 피가공 제품(50-1, 50-2, ...)의 이송속도가 모두 동일하게 변화하여, 복수의 피가공 제품(50-1, 50-2, ...)이 모두 인라인으로 처리될 수 있다는 점이다.
레이저 헤드(110)로부터 출력되는 소정의 전력을 가지는 레이저 빔(115)이 복수의 반사 슬릿(120-1, 120-2, ...)에 의해 반사된다. 슬릿(120-1, 120-2, ...)에 의해 반사된 각각의 레이저 빔(115-1, 115-2, ...)은 비정질 실리콘 박막이 결정화될 수 있도록 반도체 장치인 피가공 제품(50-1, 5-2,...)상의 목적 영역에 조사된다. 개별적인 레이저 빔(115)은 그 단면이 원형이지만, 도 3에서는 인라인 처리를 위하여 수평적으로 복수의 레이저 빔이 동시에 조사되는 구성을 나타내었다.
복수의 슬릿들(120-1, 120-2, ...)은 입사되는 레이저 빔의 전력에 대해 소정의 반사율을 가진다. 즉, 복수의 슬릿들(120-1, 120-2, ...)은 이송되는 복수의 피가공 제품들(50-1, 50-2, ...)상의 복수의 목적 영역(52)들에 대해 모두 균일한 전력의 레이저 빔을 조사하도록, 순차적으로 소정의 비율의 반사율을 가진다.
이때, 균일한 레이저 조사를 위하여, 슬릿들의 갯수가 N개일 때, 레이저 헤드로부터 n번째 순차의 슬릿의 반사율은 1/(N-n+1)로 하는 것이 바람직하다. 즉, 균일한 전력의 레이저 빔이 조사되기 위하여는, 예컨대 3개의 피가공 제품이 인라인 처리되는 경우에는 슬릿의 수가 3개 필요하며, 이때 3개의 피가공 제품들(50)이 제1, 제2, 제3 슬릿(120-1,120-2,120-3)으로부터 모두 균일한 33.3%의 전력을 반사하기 위하여, 제1 슬릿(120-1)은 33.3%의 반사율을 가지고, 제2 슬릿(120-2)은 50%의 반사율을 가지고,제3 슬릿(120-3)은 100%의 반사율을 가지도록 해야 한다. 제2 슬릿(120-2)은 제1 슬릿(120-1)으로부터 투과된 전체 전력의 66.6%의 50%인 33.3%의 전력의 레이저 빔을 반사하며, 제3 슬릿(120-3)은 제2 슬릿(120-2)으로부터 투과된 전체 전력의 33.3%의 100%인 33.3%의 전력의 레이저 빔을 모두 반사한다.
복수의 피가공 제품들(50-1, 50-2, ...)은 이동성 스테이지들(310-1, 310-2, ...) 상에 임시적으로 배치되어, 이동성 스테이지들(310-1, 310-2, ...)과 함께 수평 이동된다. 이동성 스테이지들(310-1, 310-2, ...)은 구동부(320)에 의해 수평 이동되며, 구동부(320)는 예컨대 롤러 또는 콘베이어 벨트일 수 있다. 이동성 스테이지(310)는 도 3의 우측으로부터 좌측을 향해 이동하며, 우측단은 입력되는 복수의 피가공 제품들(50)이 수납되는 입력용 카세트(61)와 연결되고, 좌측되는 출력되는 피가공 제품(50)이 수납되는 출력용 카세트(62)와 연결된다.
따라서, 복수의 피가공 제품들(50)은 카세트(61)로부터 인출된 후 이동성 스테이지(310) 상에 놓여져 좌측을 향해 소정의 속도로 수평 이동하며, 수평 이동중에 노즐(210,220)로부터 분사되어 조성되는 분위기하에서 조사되는 레이저 빔(115)에 의해, 목적 영역(52)에서 레이저 어닐링 작업이 복수의 피가공 제품(50)의 좌측으로부터 우측을 향해 이루어진다. 수평 이동되면서 레이저 어닐링 작업을 거친 복수의 피가공 제품들(50-1, 50-2, ...)은 좌측의 출력용 카세트(62)로 출력된다.
이동성 스테이지들(311, 312, ...) 및 구동부(320)의 상측 또는 하측에는 레이저 조절용 포토 디텍터(130) 또는 이송속도 조절용 포토 디텍터(331,332)가 배치될 수 있다. 포토 디텍터(130,331,332)는 별도로 설치되는 발광 다이오드(도시되지 않음)로부터 발광되어 이동성 스테이지(310)부터 반사되는 빛을 이용할 수도 있고, 장치 주위의 자연광을 이용할 수도 있다.
예컨대, 레이저 조절용 포토 디텍터(130)는 이송되는 피가공 제품(50)의 수평 이동 궤적으로부터, 적절한 소정의 수직적 간격을 두고 배치되며, 레이저 헤드(110)의 입력단 또는 출력단에서 레이저의 출력 여부를 결정하는 셔터(140)와 결합된다. 셔터(140)는 레이저 조절용 포토 디텍터(130)에서 빛이 감지되는가 여부에 따라 피가공 제품의 위치를 파악하여 레이저 빔(115)을 차단한다.
또한, 이송속도 조절용 포토 디텍터(331,332)는 이송되는 피가공 제품(50-1)의 수평 이동 궤적으로부터, 적절한 소정의 수직적 간격을 두고 배치되며, 이송수단 구동부(320)에 결합된다. 이송수단 구동부(320)는 이송속도 조절용 포토 디텍터(331,332)에서 빛이 감지되는가 여부에 따라 이동성 스테이지들(310-1, 310-2, ...)의 이송속도를 변화시킨다. 예컨대, 제1 이송속도 조절용 포토 디텍터(331)에 의해 이동성 스테이지들(310-1, 310-2, ...)에 의해 반사되는 빛이 검출되기 전까지는 이동성 스테이지들(310-1, 310-2, ...) 및 피가공 제품(50-1, 50-2)을 빠른 속도로 이송하고, 제1 이송속도 조절용 포토 디텍터(331)에 의해 이동성 스테이지(310)에 의해 반사되는 빛이 검출된 즉시 레이저 어닐링에 적합한 이송속도로 늦출 수 있다.
한편, 이송속도에 오류가 생길 가능성에 대비하여 이송되는 속도를 검출하여 재조정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 제1 이송속도 조절용 포토 디텍터(331)에 의해 이동성 스테이지(310)에 의해 반사되는 빛을 검출한 후, 제2 이송속도 조절용 포토 디텍터(332)에 의해 이동성 스테이지들(310-1, 310-2, ...)에 의해 반사되는 빛을 검출한 때까지의 시간을 측정함으로써 현재의 이송속도를 측정하여, 레이저 어닐링에 적합한 이송속도보다 빠르거나 느릴 경우에 이송수단의 구동부(320)로 피드백하여 레이저 어닐링에 적합한 이송속도로 재조정하게 하는 것이 바람직하다.
다만, 이동성 스테이지들(310-1, 310-2, ...)의 이송속도는 동일하므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 포토 디텍터들(130, 331, 332)이 각각 한 개씩만 설치되어도 무방하다.
도 4는 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에서 2개의 피가공 제품들(50-1, 50-2)이 이송되면서 가공되는 모습을 나타낸 측면도이다. 발진된 레이저 빔(115)은 레이저 헤드(110)로부터 발사되어 셔터(140)가 개방되어 있는 동안 에너지 감지용 슬릿(112)에서 대부분의 에너지가 투과되고 극히 일부분이 피드백 제어기(114)로 반사된다. 피드백 제어기(114)는 전원장치와 레이저 헤드(110)와 결합되어 있으며, 피드백 제어기(114)에서 발사된 레이저 빔(115)의 에너지가 측정됨으로써 출력되는 레이저 빔(115)의 전력이 조절된다.
에너지 감지용 슬릿(112)에서 투과된 레이저 빔(115)은 광학조절기(116)에서 빔 크기 및 에너지 분포의 조절이 이루어진 후 제1 슬릿(120-1)에서 에너지의 50%가 반사되고 나머지 50%가 투과된다. 반사된 50% 에너지의 레이저 빔(115-1)은 이송되고 있는 제1 피가공 제품(50-1)의 목적영역을 향해 조사된다. 제1 슬릿(120-1)에서 투과된 나머지 50%에너지의 레이저 빔(115-2)은 제2 슬릿(120-2)에서 100% 반사되어, 제1 피가공 제품(50-1)과 동일한 이송속도로 이송되고 있는 제2 피가공 제품(50-2)의 목적영역을 향해 조사된다. 이때, 이송되고 있는 피가공 제품들(50-1, 50-2)의 양측에는 각각 분위기 처리용 가스가 유입 또는 배기되는 노즐들(210, 220)이 있다. 이송되는 피가공 제품들(50-1, 50-2)이 레이저가 조사되는 구간에 도착한 사실을 포토 디텍터(130)가 감지하면, 분위기 처리용 가스가 노즐들(210,220)에서 강하게 유입 또는 배기되면서 셔터(140)가 개방되면서 레이저 빔(115)이 조사된다. 제1 피가공 제품(50-1)과 제2 피가공 제품(50-2)의 레이저 어닐링이 정밀하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여 이송속도 조절용 포토 디텍터(331,332)에서 피가공 제품(50-1)의 이송속도를 검출하고, 구동부(320)가 이송속도를 조절한다.
도 5는 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에서 4개의 피가공 제품들(50-1, 50-2, 50-3, 50-4)이 이송되면서 가공되는 모습을 나타낸 측면도이다. 발진된 레이저 빔(115)은 레이저 헤드(110)로부터 발사되어 셔터(140)가 개방되어 있는 동안 에너지 감지용 슬릿(112)에서 대부분의 에너지가 투과되고 극히 일부분이 피드백 제어기(114)로 반사된다. 피드백 제어기(114)는 전원장치와 레이저 헤드(110)와 결합되어 있으며, 피드백 제어기(114)에서 발사된 레이저 빔(115)의 에너지가 측정됨으로써 출력되는 레이저 빔(115)의 전력이 조절된다.
에너지 감지용 슬릿(112)에서 투과된 레이저 빔(115)은 광학조절기(116)에서 빔 크기 및 에너지 분포의 조절이 이루어진 후 제1 슬릿(120-1)에서 레이저 빔(115)의 에너지의 25%가 반사되고 나머지 75%가 투과된다. 최초의 레이저 빔(115)의 전력이 100KW라고 가정한 경우, 제1 슬릿(120-1)에서 반사되는 에너지는 25KW이다. 반사된 25% 에너지(25KW)의 레이저 빔(115-1)은 이송되고 있는 제1 피가공 제품(50-1)의 목적영역을 향해 조사된다. 제1 슬릿(120-1)에서 투과된 나머지 75% 에너지(75KW)의 레이저 빔(115-2)은 제2 슬릿(120-2)에서 33.3% 반사되어 25KW의 전력을 가지며, 제1 피가공 제품(50-1)과 동일한 이송속도로 이송되고 있는 제2 피가공 제품(50-2)의 목적영역을 향해 조사된다. 제2 슬릿(120-2)에서 투과된 나머지 66.6% 에너지(50KW)의 레이저 빔(115-3)은 제3 슬릿(120-3)에서 50% 반사되어 25KW의 전력을 가지며, 제1 및 제2 피가공 제품들(50-1, 50-2)과 동일한 이송속도로 이송되고 있는 제3 피가공 제품(50-3)의 목적영역을 향해 조사된다. 제3 슬릿(120-3)에서 투과된 나머지 50% 에너지(25KW)의 레이저 빔(115-4)은 제4 슬릿(120-4)에서 100% 반사되어 25KW의 전력을 가지며, 제1, 제2 및 제3 피가공 제품들(50-1, 50-2, 50-3)과 동일한 이송속도로 이송되고 있는 제4 피가공 제품(50-4)의 목적영역을 향해 조사된다.
이때, 이송되고 있는 피가공 제품들(50-1, 50-2, 50-3, 50-4)의 양측에는 각각 분위기 처리용 가스가 유입 또는 배기되는 노즐들(210, 220)이 있다. 이송되는 피가공 제품들(50-1, 50-2, 50-3, 50-4)이 레이저가 조사되는 구간에 도착한 사실을 포토 디텍터(130)가 감지하면, 분위기 처리용 가스가 노즐들(210,220)에서 강하게 유입 또는 배기되면서 셔터(140)가 개방되면서 레이저 빔(115)이 조사된다. 피가공 제품들(50-1, 50-2, 50-3, 50-4)의 레이저 어닐링이 정밀하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여 이송속도 조절용 포토 디텍터(331,332)에서 피가공 제품(50-1)의 이송속도를 검출하고, 구동부(320)가 이송속도를 조절한다.
동시에 어닐링 처리되는 피가공 제품들(50)의 갯수에 따라 대응하는 각각의 슬릿의 반사율과 투과율을 적절하게 할 필요가 있다. 즉, 슬릿들은 이송되는 복수의 피가공 제품들 상의 상기 복수의 목적 영역들에 대해 모두 균일한 전력의 레이저 빔을 조사하도록, 순차적으로 소정의 비율의 반사율을 가져야 하며, 예를 들어, 슬릿들의 갯수가 N개일 때, 레이저 헤드로부터 n번째 순차의 슬릿의 반사율은 1/(N-n+1)로 하고, 투과율은 (N-n)/(N-n+1)로 하는 것이 바람직하다.
피가공 제품들(50)의 갯수, 즉 슬릿들의 갯수를 N이라고 할 때, n번째 순차의 슬릿의 반사율과 투과율을 바람직하게 설정하면 도 6과 같다. 예컨대, 피가공 제품들(50)의 갯수, 즉 슬릿들의 갯수가 N=5일 때, 1번째 슬릿의 반사율은 100/5 %, 2번째 슬릿의 반사율은 100/4 %, 3번째 슬릿의 반사율은 100/3 %, 4번째 슬릿의 반사율은 100/2 %, 5번째 슬릿의 반사율은 100% 로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 레이저 헤드(110)로부터 조사되는 레이저 빔의 전력이 100KW라고 가정하면, 5개의 피가공 제품들(50)에 조사되는 레이저 빔의 에너지는 모두 20KW로 균일하게 조사된다.
이와 같이 슬릿들의 반사율을 설정하면, 반사되는 레이저 빔(115)의 에너지가 각각의 슬릿을 통해 균일하게 배분되어, 각각의 피가공 제품들(50)에게 균등한 에너지의 레이저 빔이 조사되므로 일관적인 레이저 어닐링이 용이하게 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에 세정부(400)가 일체로 결합된 모습을 보여주는 사시도이고, 도 8은 그 측면도이다.
레이저 어닐링용 인라인 처리 장치는 슬릿들(120)을 포함한 레이저 조사부 및 노즐들(210, 22)에 대해 수평으로 설치된 세정부(400)를 더 포함할 수 있다. 이때, 이송수단은 복수의 피가공 제품들(50)의 이송속도와 세정부(400) 내에서 세정되는 복수의 피가공 제품들(50)의 이송속도가 동일하도록 구동되는 것이 바람직하다. 모든 복수의 피가공 제품들(50)의 이송속도가 동일하도록 구동됨으로써, 레이저 어닐링 과정을 거치기 전에 세정되어 유입되는 피가공 제품(50)이 레이저 어닐링 과정을 시작할 때 대기시간이 거의 없어지므로, 세정작업과 레이저 어닐링 작업과의 전환을 위한 이송이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한, 레이저 어닐링 과정을 거친 후 배출되어 세정되어야 하는 피가공 제품(50)이 레이저 어닐링 과정을 종료할 때 대기시간이 거의 없어지므로, 레이저 어닐링 작업과 세정작업과의 전환을 위한 이송이 원활하게 이루어질 수 있다. 이때, 예를 들어, 이송수단이 세정부(400)내에 확장되도록 일체로 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 세정부(400) 내에 복수의 피가공 제품들(50)을 이송하기 위한 별도의 이송 수단이 존재하지 않도록 일체로 설치하면 세정부(400) 내부에서의 세정작업중의 이송속도가 레이저 어닐링 작업중의 이송속도와 동일하기 때문에, 대기시간이 거의 없어지므로 원활한 작업 전환이 가능하게 된다. 이송수단의 구동부(320)은 롤러 또는 콘베이어 벨트의 구동모터일 수 있으며, 레이저 어닐링 구간에서의 구동부(320)와 세정작업 구간에서의 구동부(320)를 공통으로 함으로써, 레이저 어닐링 작업시와 세정작업시의 이송속도를 동일하게 할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 가장 바람직한 실시예를 기준으로 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 그에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 구성에 대한 일부 구성요소의 부가,삭감,변경,수정 등이 있더라도 첨부된 특허청구범위에 의하여 정의되는 본 발명의 기술적 사상에 속하는 한, 본 발명의 범위에 해당된다.
본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에 따르면, 하나의 어닐링용 레이저로 이송중인 복수의 반도체에 대하여 동시에 레이저 어닐링 공정을 수행하면서도 복수의 반도체를 신속하게 이송시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에 따르면, 모든 반도체가 동일한 이송 속도로 균일하게 레이저 어닐링되므로 다수의 반도체를 용이하게 처리할 수 있으며, 모든 반도체에 대해 세정 공정과 레이저 어닐링 공정 사이의 대기시간을 짧고 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 공정의 안정성과 재현성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 레이저 어닐링 장치의 개략을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 종래의 레이저 어닐링 장치가 채용된 경우에 피가공 제품(50)이 이송되면서 가공되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에서 복수의 피가공 제품이 이송되면서 가공되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에서 2개의 피가공 제품들이 이송되면서 가공되는 모습을 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에서 4개의 피가공 제품들이 이송되면서 가공되는 모습을 나타낸 측면도이다.
도 6은 피가공 제품들 및 슬릿들의 갯수를 N이라고 할 때, n번째 순차의 슬릿의 반사율과 투과율을 바람직하게 설정한 테이블이다.
도 7은 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에 세정부가 일체로 결합된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 의한 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치에 세정부가 일체로 결합된 모습을 보여주는 측면도이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50:피가공 제품 61:피가공 제품 입력용 카세트
62:피가공 제품 출력용 카세트 110:레이저 헤드
115:레이저 빔 120:슬릿
130:레이저 조절용 포토 디텍터 140:레이저 차단용 셔터
210, 220:가스 유입/배기용 노즐 310:이동성 스테이지
320:이송수단 구동부 331,332:이송속도 조절용 포토 디텍터
400:세정부
Claims (11)
- 복수의 피가공 제품들의 목적 영역들을 향해 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부와;상기 레이저 조사부로부터 조사되는 레이저 빔을 사이에 두고, 상기 복수의 피가공 제품의 목적 영역의 분위기를 제어하기 위한 가스가 유입 또는 배기되는 복수의 제1 노즐들 및 복수의 제2 노즐들과;상기 레이저 빔에 의해 조사되는 상기 복수의 피가공 제품들을 동일한 이송속도로 수평 이동시키는 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 레이저 조사부는,레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드와;상기 레이저 헤드로부터 방사된 레이저 빔의 일부를 반사하고 다른 일부를 투과하는 복수의 슬릿들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제2항에 있어서,상기 복수의 슬릿들은,상기 이송되는 복수의 피가공 제품들 상의 상기 복수의 목적 영역들에 대해 모두 균일한 전력의 레이저 빔을 조사하도록, 순차적으로 소정의 비율의 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제3항에 있어서,상기 복수의 슬릿들은,슬릿들의 갯수가 N개일 때, 레이저 헤드로부터 n번째 순차의 슬릿의 반사율이 1/(N-n+1)인 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 제1 노즐들은 가스 유입구들이고, 상기 복수의 제2 노즐들은 가스 배기구들인 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 이송수단은,상기 피가공 제품을 임시적으로 탑재하여 이송하는 이동성 스테이지와; 상기 이동성 스테이지를 수평 이동시키는 구동부를 포함하고,상기 구동부는, 상기 피가공 제품의 목적 영역에 상기 레이저 빔이 조사되지 않을 때의 상기 이동성 스테이지의 이송속도가, 상기 레이저 빔이 조사될 때의 이송속도보다 빠르도록 구동하는 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제6항에 있어서,상기 이송수단은,상기 이송되는 복수의 피가공 제품의 수평 이동 궤적으로부터 소정의 수직적 간격을 두고 배치되어, 상기 복수의 피가공 제품의 위치를 감지하는 이송속도 조절용 포토 디텍터를 더 포함하고,상기 구동부는 상기 포토 디텍터에서 빛이 감지되는가 여부에 따라 상기 이동성 스테이지의 이송속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제7항에 있어서,상기 이송수단은,제1 및 제2 이송속도 조절용 포토 디텍터를 포함하고,상기 구동부는 상기 제1 이송속도 조절용 포토 디텍터에서 상기 이동성 스테이지를 감지한 때로부터 상기 제2 이송속도 조절용 포토 디텍터에서 상기 이동성 스테이지를 감지한 때까지의 시간에 의해 상기 이동성 스테이지의 현재 이송속도를 측정하여, 상기 이동성 스테이지의 이송속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 레이저 조사부는,상기 이송되는 복수의 피가공 제품의 수평 이동 궤적으로부터 소정의 수직적 간격을 두고 배치되어, 상기 복수의 피가공 제품의 위치를 감지하는 레이저 조절용 포토 디텍터와;상기 레이저 조절용 포토 디텍터에서 빛이 감지되는가 여부에 따라 상기 레이저 빔을 차단하는 셔터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 인라인 처리 장치는 상기 레이저 조사부 및 복수의 노즐들과 수평으로 설치된 세정부를 더 포함하고,상기 이송수단은 상기 복수의 피가공 제품들의 이송속도와 상기 세정부 내에서 세정되는 복수의 피가공 제품들의 이송속도가 동일하도록 구동되는 것을 특징으 로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
- 제8항에 있어서,상기 이송수단이 상기 세정부내에 확장되어, 상기 세정부 내에 상기 복수의 피가공 제품들을 이송하기 위한 별도의 이송 수단이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 반도체의 레이저 어닐링용 인라인 처리 장치.
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