KR20060085328A - 레이저 장치와 그 검사방법 - Google Patents

레이저 장치와 그 검사방법 Download PDF

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Abstract

본발명은 레이저 장치와 그 검사방법에 관한 것이다. 본발명에 따른 레이저 장치는 레이저 발생부와, 상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저광을 일정한 패턴으로 통과시키는 마스크와, 상기 마스크와 처리대상인 비정질 실리콘층 사이에 위치하며, 검사 패턴이 마련되어 있는 검사 마스크를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 마스크의 오정렬 여부를 간단한 방법으로 판단할 수 있다.

Description

레이저 장치와 그 검사방법{LASER APPARATUS AND INSPECTING METHOD OF THE SAME}
도 1은 본발명의 일실시예에 따른 레이저 장치에서 비정질 실리콘층에 레이저광이 조사되는 것을 나타낸 개략도이고,
도 2는 본발명의 일실시예에 따른 마스크의 구조를 도시한 도면이고,
도 3는 본발명의 일실시예에 따른 보호렌즈와 검사 마스크를 도시한 도면이고,
도 4는 본발명의 일실시예에 따른 검사 마스크의 검사 패턴을 도시한 도면이고,
도 5는 본발명의 일실시예에 따른 검사 마스크의 검사 패턴과 마스크의 슬릿간의 관계를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본발명의 일실시예에 따라 형성된 비정질 실리콘층의 패턴을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본발명의 일실시예에 따른 레이저 장치의 검사방법을 나타낸 순서도이다.
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *
10 : 레이저 발생부 20 : 제1광학계
30a, 30b, 30c : 반사 미러 40 : 마스크
50 : 제2광학계 60 : 프로젝션 렌즈부
70 : 검사 마스크 80 : 보호 미러
본 발명은, 레이저 장치와 이의 검사 방법에 관한 것이다.
표시장치 중에서 최근에 평판표시장치(flat display device)가 각광을 받고 있다. 평판표시장치는 액정표시장치(LCD)와 유기전계발광 표시장치(OLED)를 포함한다.
액정표시장치와 유기전계발광 표시장치는 서로 다른 메커니즘에 의해 영상을 표시하지만, 공통적으로 영상을 표시하기 위해 박막트랜지스터를 갖는다.
박막트랜지스터는 채널부, 게이트 전극, 소스 전극, 데이터 전극 등으로 이루어져 있다. 이 중 채널부는 비정질 실리콘으로 형성할 수 있다. 그런데 비정질 실리콘은 낮은 이동도로 인해 전기적 특성과 신뢰성이 낮으며, 표시소자를 대면적화하는데 어려움이 있다.
이에 따라 높은 이동도를 얻을 수 있는 폴리 실리콘이 많이 연구되고 있다. 이러한 폴리 실리콘을 얻는 방법으로는 로 열처리, 급속열처리(RTA), 엑시머 레이저 어닐링(ELA) 등의 다양한 방법이 가능하다.
이중에서 특히 엑시머 레이저 어닐링 기술의 일종인 SLS(순차적 측면 고상 화, sequential lateral solidification)는 상대적으로 적은 조사 횟수에 의해 양질의 폴리 실리콘을 제조할 수 있다는 장점이 있다. SLS방법은 폴리 실리콘의 그레인이 레이저가 조사된 액상영역과 레이저가 조사되지 않은 고상영역의 경계에서, 그 경계면에 대하여 수직방향으로 성장한다는 사실을 이용한 기술이다.
SLS 방법을 이용하여 형성된 폴리 실리콘의 전기적 특성은 조사된 레이저의 광학특성에 민감하게 변화하며 폴리 실리콘의 전기적 특성이 다르면 화면에 얼룩과 같은 불량이 발생할 수 있다. SLS 장치에서 레이저의 광학 특성은 SLS 마스크의 오정렬 여부에 크게 영향을 받는데, 종래의 SLS 장치에서는SLS 마스크의 오정렬 여부을 판단하기가 용이하지 않은 문제가 있었다.
따라서 본발명의 목적은, 마스크의 오정렬 여부를 용이하게 판단할 수 있는 레이저 장치를 제공하는 것이다.
본발명의 다른 목적은 레이저 장치에서 마스크의 오정렬 여부를 용이하게 판단할 수 있는 검사방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적은 레이저 발생부와, 상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저광을 일정한 패턴으로 통과시키는 마스크와, 상기 마스크와 처리대상인 비정질 실리콘층 사이에 위치하며, 검사 패턴이 마련되어 있는 검사 마스크를 포함하는 것에 의하여 달성될 수 있다.
상기 검사 마스크의 차단 패턴의 적어도 일부는 상기 마스크의 투과 패턴과 겹치도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 검사 마스크의 검사 패턴은 눈금 패턴을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 마스크에는 레이저광을 투과시키는 슬릿이 일렬로 배치되어 있으며 상호 평행한 한 쌍의 슬릿열을 포함하며, 상기 각 슬릿열의 상기 슬릿은 상호 엇갈리게 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 마스크와 상기 검사 마스크 사이에 위치하며 상기 마스크를 통과한 레이저광의 크기를 조절하는 프로젝션 렌즈부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 검사 마스크는 상기 프로젝션 렌즈부의 하부에 장착되어 있는 것이 바람직하다.
상기 프로젝션 렌즈부의 하부에 장착되는 보호 미러를 더 포함하며, 상기 검사 마스크는 상기 보호 미러와 일체로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 보호 미러와 상기 검사 마스크는 레이저 광로에 상호 선택적으로 적용될 수 있는 것이 바람직하다.
상기 본발명의 다른 목적은 레이저광을 발생하는 단계와, 상기 레이저 발생부에서 발생한 레이저광을 마스크를 통과시켜 일정한 패턴으로 형성하는 단계와, 상기 마스크를 통과한 레이저광을 검사 패턴이 마련되어 있는 검사 마스크를 거쳐서 비정질 실리콘층에 조사하는 단계와, 상기 비정질 실리콘층의 패턴을 관찰하여 상기 마스크의 오정렬 여부를 판단하는 단계를 포함하는 레이저 장치의 검사방법에 의하여도 달성될 수 있다.
상기 비정렬 실리콘의 패턴 관찰은 CCD카메라 또는 광학 현미경을 이용하여 수행하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본발명을 더욱 상세히 설명하겠다.
도 1은 본발명의 일실시예에 따른 레이저 장치에서 비정질 실리콘 박막에 레이저광이 조사되는 것을 나타낸 개략도이다.
레이저 장치는 크게 레이저 발생부(10), 광학계(20, 50), 반사 미러(30a,30b, 30c), 마스크(40), 프로젝션 렌즈부(60), 검사 마스크(70) 그리고 보호 미러(80)를 포함한다.
레이저 발생부(10)는 가공되지 않은 원시 레이저광을 발생한다. 레이저 발생부(10)는 레이저 발생 튜브(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 레이저 발생 튜브는 각각 상부전극과 하부전극을 포함하며, 이들 사이에 Ze, Cl, He, Ne 가스 등이 충진되어 있는 구조이다. 원시 레이저광의 크기는 12mm×36mm 정도이며 펄스 유지시간은 약 20ns이다.
레이저 발생부(10)에서 발생한 원시 레이저광은 제1광학계(20)로 공급된다. 제1광학계(20)는 복수의 미러와 렌즈를 포함한다. 제1광학계(20)에는 펄스 유지 시간 연장부(pulse duration extender, PDE)가 마련되어 있어 펄스 유지 시간을 20ns에서 200ns로 증가시킨다. 펄스 유지 시간이 길수록 형성되는 폴리 실리콘의 결정 크기가 커져 품질이 우수해진다. 제1광학계(20)는 또한 레이저광을 원하는 크기로 조절하는 기능도 한다.
제1광학계(20)를 거치면서 펄스유지시간이 증가하고 크기가 조절된 레이저광은 제1반사미러(30a)에 반사된 후 마스크(40)를 지나게 된다. 레이저광은 마스크(40)를 거치면서 일정한 패턴을 가지게 된다.
도 2에 마스크(40)의 구조가 도시되어 있다. 마스크(40)는 레이저가 투과되는 슬릿(41)과 레이저가 투과되지 못하는 광차단부(42)로 이루어져 있다. 마스크(40)는 쿼츠(quartz) 등의 베이스판에 패터닝된 크롬이 입혀진 것으로, 크롬이 형성된 부분이 광차단부(42)가 된다. 마스크(40)에는 슬릿(41)이 일렬로 배치되어 있으며 서로 나란히 배치되어 있는 2개의 슬릿열(43a, 43b)을 가진다. 여기서 각 슬릿열(43a, 43b)의 슬릿(41)은 서로 엇갈리게 배치되어 있으며 또한 슬릿(41)의 높이(d4)는 슬릿(41) 간의 간격(d5)보다 크게 형성되어 있다. 2개 슬릿열(43a, 43b)의 크기(d2×d3)는 약 10mm×90mm정도이다.
마스크(40)를 거쳐 일정한 패턴을 가지게 된 레이저광은 제2반사미러(30b), 제2광학계(50), 그리고 제3발사미러(30c)를 거친 후에 프로젝션 렌즈부(60)로 입사된다. 프로젝션 렌즈부(60)는 레이저광의 초점을 맞추고 레이저광의 크기를 축소시킨다. 실제 비정질 실리콘층(110)에 조사되는 레이저광의 크기는 마스크(40)를 통과한 레이저광의 약 1/5가 된다. 이와 같이 실제 사용되는 레이저광보다 마스크(40)의 크기가 큰 것은 마스크(40)의 패턴 형성을 용이하게 하기 위함이다.
프로젝션 렌즈부(60)를 거친 레이저는 비정질 실리콘층(110)에 조사되어 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화한다. 여기서 프로젝션 렌즈부(60)를 통과한 레이저는 검사 마스크(70) 또는 보호 미러(80)를 거쳐 비정질 실리콘층(110)으로 조사된다. 검사 마스크(70)와 보호 미러(80)는 도 3과 같이 일체로 형성되어 있으며 프로젝션 렌즈부(60)의 하부에 장착되어 있다. 검사 마스크(70) 및 보호 미러(80)는 레이저 조사방향과 수직 방향으로 슬라이딩하면서 레이저 광로에 선택적으로 적용될 수 있도록 마련되어 있다.
검사 마스크(70)는 마스크(40)의 오정렬 여부를 확인하기 위한 것으로 검사 패턴(71)이 형성되어 있다. 도 4에 검사 마스크(70)의 검사 패턴(71)이 도시되어 있다. 검사 마스크(70) 역시 쿼츠(quartz) 등의 베이스 판에 크롬을 패터닝하여 마련될 수 있다. 검사 패턴(71)은 눈금 모양을 되어 있으며, 사각형 형상의 테두리 패턴(71a), 테두리 패턴(71a)에 일정간격으로 배치되어 있는 장패턴(71b) 그리고 장패턴(71b) 사이에 배치되어 있는 단패턴(71c)으로 이루어져 있다. 검사 패턴(71)의 폭(d7)은 마스크(40)에 형성된 2개의 슬릿열(43a, 43b)의 폭(d2)에 비하여 다소 작게 마련되어 있다. 실제로는 검사 마스크(70)에 입사되는 레이저광은 마스크(40)를 통과한 빛의 약 1/5크기로 줄어든 상태이기 때문에 검사 패턴(71)의 폭(d7)은 마스크(40)에 형성된 2개의 슬릿열(43a, 43b)의 폭(d2)에 비하여 상당히 크다. 본 명세서에서 마스크(40)와 검사 마스크(70)의 크기 비교는 비정질 실리콘층(110)에 조사 시를 기준으로 설명한다. 검사 마스크(70)의 장패턴(71b) 간의 거리(d8)는 슬릿(41)의 높이(d4)와 동일하게 마련되어 있다.
프로젝션 렌즈부(60)와 비정질 실리콘층(110) 간의 간격(d1)은 약 25mm정도로 매우 작다. 간격이 좁아 실리콘 결정화 과정 중에 실리콘이 튀어서 프로젝션 렌즈부(60)를 손상시킬 수 있는데 보호 미러(80)는 이를 방지하는 역할을 한다. 보호 미러(80) 역시 실리콘에 의해 손상될 수 있으므로 일정 시간 사용 후 교체한다.
검사 마스크(70) 및 보호 미러(80)의 하부에는 비정질 실리콘층(110)이 형 성되어 있는 기판(100)이 위치하고 있다. 비정질 실리콘층(110)은 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 방법으로 기판(100) 상에 증착될 수 있다. 기판(100)은 스테이지(200)에 안착되어 있다. 스테이지(200)는 기판(100)을 X-Y 방향으로 이동시키면서 비정질 실리콘층(110) 전체가 결정화될 수 있도록 한다.
비정질 실리콘층(110)이 결정화되는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 레이저광의 조사에 의해 비정질 실리콘층(110)이 용융된다. 레이저광의 전체적 형태는 띠형상으로 약 2mm×18mm의 사이즈를 갖는다. 용융되는 비정질 실리콘층(110)의 패턴은 마스크(40)의 슬릿(41) 패턴과 동일하다. 용융된 비정질 실리콘층(110)은 액상영역과 고상영역의 양 경계로부터 액상영역의 가운데 부분을 향하여 성장하면서 결정화된다. 성장방향은 띠형상 레이저광의 길이방향과 직각을 이룬다. 또한 성장방향은 기판(100) 평면방향의 직각방향이 아닌, 평행한 방향으로 성장한다.
이렇게 한 영역의 비정질 실리콘(110)이 결정화되면 기판(100)이 안착되어 있는 스테이지(200)를 이동시켜 인접한 다른 영역을 결정화 시킨다. 여기서 먼저 결정화된 영역과 이후에 결정화되는 영역은 일부가 서로 겹쳐진다. 스테이지(200)의 이동은 단속적으로 이루어지며 1회 이동 거리는 슬릿(41)의 폭(d6)과 유사할 수 있다. 기판(100)과 레이저광의 상대적인 이동방향은 도 2에서 나타낸 바와 같이 슬릿열(43a, 43b)의 연장방향과 직각방향이다. 앞서 설명한 바와 같이 슬릿(41)의 높이(d4)는 슬릿(41) 간의 간격(d5)보다 크기 때문에, 슬릿(41) 간의 광차단부(42)에 위치하여 결정화되지 않은 비정질 실리콘층(110)은 다음 번 레이저 조사에는 슬릿(41) 내에 위치하여 결정화된다.
이와 같이 제1영역에 대하여 결정화 후 제2영역으로 옮기고, 제2영역을 결정한 후 제3영역으로 옮기는 것을 반복한다. 이 같은 반복은 비정질 실리콘층(110)이 모두 결정화 될 때까지 반복한다.
이하에서는 본발명에 따른 검사 마스크(70)의 작용을 도 5와 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5는 본발명의 일실시예에 따른 검사 마스크의 검사 패턴과 마스크의 슬릿 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본발명의 일실시예에 따라 형성된 비정질 실리콘층의 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
검사 마스크(70)에 형성되어 있는 검사 패턴(71)의 일부분은 마스크(40)의 슬릿(41)과 겹치고, 다른 일부분은 마스크(40)의 슬릿(41)과 겹치지 않는다. 마스크(40)의 슬릿(41)과 겹치는 부분은 비정질 실리콘층(110)의 용융 상태에 영향을 주며 마스크(40)의 슬릿(41)과 겹치지 않는 부분은 비정질 실리콘층(110)의 용융 상태에 영향을 주지 않는다.
도 6은 비정질 실리콘층(110)이 용융되어 폴리 실리콘(120)이 형성된 상태를 나타낸다. 폴리 실리콘(120)은 마스크(40)의 슬릿 패턴 형상대로 형성되어 있다. 폴리 실리콘(120)에는 검사 마스크(70)의 검사 패턴(71)에 의해 검사 라인(121)이 형성되어 있다. 검사 라인(121)은 마스크(40)의 슬릿(41)을 통과한 레이저가 검사 마스크(70)의 검사 패턴(71)에 의해 차단되어 생긴 것으로서, 비정질 실리콘층(110)으로 남아있거나 주위의 폴리 실리콘(120)과 구별되는 상태를 가지는 폴리 실리콘(120)일 수 있다.
검사 라인(121)은 검사 패턴(71)의 테두리 패턴(71a)에 의해 생긴 테두리 라인(121a), 장패턴(71b)에 의해 생긴 장라인(121b) 그리고 단패턴(71b)에 의해 생긴 단라인(121c) 등으로 이루어져 있다. 좌측에 형성된 폴리 실리콘(120)의 검사 라인(121)과 우측에 형성된 폴리 실리콘(120)의 검사 라인(121)은 서로 다른 형상을 가지고 있으며, 상하로 인접한 폴리 실리콘(120)에 형성되어 있는 검사 라인(121)도 서로 상이하다.
검사 라인(121)과 슬릿 형상의 폴리 실리콘(120)의 테두리와의 위치 관계를 검사하면 마스크(40)의 오정렬 여부를 판단할 수 있다. 즉 마스크(40)가 오정렬되어 있다면 검사 라인(121)과 폴리 실리콘(120)의 테두리는 도 6과 다른 형상을 가지게 되기 때문이다. 위치 관계 검사는 CCD카메라나 광학 현미경 등으로 관찰하여 수행할 수 있다. 위치 관계 검사로 오정렬 여부, 오정렬 정도, 오정렬 방향 등을 알 수 있으며 이에 따라 마스크(40)의 설치위치를 조절하여 오정렬을 용이하게 해소할 수 있다.
본 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 검사 패턴(71)은 실시예와 달리 눈금 패턴과 함께 숫자 또는 기호 패턴을 더 포함할 수 있다. 또한 눈금 패턴 대신에 일정한 위치에 정렬키가 마련될 수도 있다. 검사 마스크(70)는 보호 미러(80)와 일체형으로 형성되지 않을 수 있으며 마스크(40)와 프로젝션 렌즈부(60)의 사이에 위치하는 것도 가능하다. 검사 라인(121)을 확인 할 수 있다면, 레이저 조사에 의해 비정질 실리콘층(110)이 폴리 실리콘(120)으로 되지 않아도 무방하다.
이하 본발명의 일실시예에 따른 레이저 장치의 검사방법을 도 7을 참조하여 설명한다.
먼저 레이저 발생부(10)에서 레이저광을 발생시킨다(S100).
발생된 레이저광은 제1광학계(20)와 제1반사미러(30a)를 거쳐 마스크(40)를 통과한다(S200). 마스크(40)를 통과한 레이저는 마스크(40)의 슬릿 패턴과 동일한 패턴을 가지게 된다.
마스크(40)를 통과한 레이저광은 제2반사미러(30b), 제2광학계(50), 제3반사미러(30c), 프로젝션 렌즈부(60)를 순차적으로 지나게 된다. 프로젝션 렌즈부(60)를 지나면서 레이저광은 초점이 분명해지고 크기가 약 1/5로 감소한다. 이 때 프로젝션 렌즈부(60)의 하부에는 검사 마스크(70)가 위치하고 있어 레이저는 검사 마스크(70)를 통과하게 된다(S300).
검사 마스크(70)를 통과한 레이저는 하부에 위치하는 비정질 실리콘층(110)에 조사된다(S400). 이 때 비정질 실리콘층(110)은 조사된 레이저의 강도에 따라 용융되어 폴리 실리콘으로 결정화될 수도 있고, 비정질 실리콘층(110)으로 남아 있을 수도 있다. 어떤 경우에도 비정질 실리콘층(110)에는 마스크(40)에 의한 슬릿 패턴 함께 검사 마스크(70)의 검사 패턴(71)에 의한 검사 라인(121)이 남게 된다.
이 후, CCD 카메라나 광학 현미경을 이용하여 비정질 실리콘층(110)에 형성된 슬릿 패턴과 검사 라인(121)을 관찰한다(S500). 이 관찰을 통해 마스크(40)의 오정렬 여부, 오정렬 방향, 오정렬 정도를 알 수 있다.
이 후 관찰 결과에 따라 마스크(40)를 재정렬하고 검사 마스크(70) 대신 보호 미러(80)를 레이저 경로 상에 설치한 후 통상의 SLS방법으로 폴리 실리콘층을 형성하게 된다.
본발명은 이와 같이 레이저의 경로 상에 검사 패턴이 형성되어 있는 검사 마스크를 설치하여 마스크의 오정렬 여부를 용이하게 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 마스크의 오정렬 여부를 용이하게 판단할 수 있는 레이저 장치가 제공된다.
또한 레이저 장치에서 마스크의 오정렬 여부를 용이하게 판단할 수 있는 검사방법을 제공하는 것이다

Claims (10)

  1. 레이저 발생부와;
    상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저광을 일정한 패턴으로 통과시키는 마스크와;
    상기 마스크와 처리대상인 비정질 실리콘층 사이에 위치하며, 검사 패턴이 마련되어 있는 검사 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 검사 마스크의 차단 패턴의 적어도 일부는 상기 마스크의 투과 패턴과 겹치도록 형성되어 있는 것을 특징을 하는 레이저 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 검사 마스크의 검사 패턴은 눈금 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크에는 레이저광을 투과시키는 슬릿이 일렬로 배치되어 있으며 상호 평행한 한 쌍의 슬릿열을 포함하며,
    상기 각 슬릿열의 상기 슬릿은 상호 엇갈리게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크와 상기 검사 마스크 사이에 위치하며 상기 마스크를 통과한 레이저광의 크기를 조절하는 프로젝션 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 검사 마스크는 상기 프로젝션 렌즈부의 하부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 프로젝션 렌즈부의 하부에 장착되는 보호 미러를 더 포함하며,
    상기 검사 마스크는 상기 보호 미러와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 보호 미러와 상기 검사 마스크는 레이저 광로에 상호 선택적으로 적용될 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  9. 레이저를 발생하는 단계와;
    상기 레이저 발생부에서 발생한 레이저광을 마스크를 통과시켜 일정한 패턴으로 형성하는 단계와;
    상기 마스크를 통과한 레이저광을 검사 패턴이 마련되어 있는 검사 마스크를 거쳐서 비정질 실리콘층에 조사하는 단계와;
    상기 비정질 실리콘층의 패턴을 관찰하여 상기 마스크의 오정렬 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치의 검사방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 비정렬 실리콘의 패턴 관찰은 CCD카메라 또는 광학 현미경을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치의 검사방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101491498B1 (ko) * 2008-12-18 2015-02-11 재단법인 포항산업과학연구원 용사 코팅 장치

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