KR20080094131A

KR20080094131A - 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR20080094131A
Application number: KR1020070038133A
Authority: KR
Inventors: 김일호; 조명훈
Original assignee: 주식회사 코윈디에스티; 김일호
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-10-23
Also published as: KR100878159B1

Abstract

본 발명에 따른 레이저 가공장치는 기판을 장착하고 장착된 상기 기판을 일축 방향으로 이동시키기 위한 스테이지, 기판상에 일축 방향과 수직 방향으로 단면이 라인 형태인 레이저 빔을 조사하기 위한 적어도 하나 이상의 헤드 및 헤드를 지지하기 위한 갠트리를 포함하도록 구성하거나, 기판을 장착하고 장착된 상기 기판을 일축 방향으로 이동시키기 위한 스테이지, 기판상에 일축 방향과 수직 방향으로 단면이 라인 형태인 레이저 빔을 조사하기 위한 적어도 하나 이상의 헤드, 헤드를 지지하기 위한 갠트리 및 갠트리의 하부 일측 또는 양측에 위치하여 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지부재를 포함하도록 구성한다.

따라서, 본 발명에 따른 레이저 가공장치는 설치하는 데 필요한 공간을 절약할 수 있으며, 다양한 분야에 적용되는 대면적 기판을 열처리하거나 패터닝함에 있어 공정의 단계를 일부 생략할 수 있어 공정 시간의 축소 및 공정 수율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

스테이지, 레이저 빔, 패터닝, 열처리

Description

레이저 가공장치 및 가공방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING THE SAME}

도 1은 종래의 레이저 가공장치,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공장치의 입체 사시도,

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 가공장치의 입체 사시도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 가공장치의 입체 사시도,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제5실시예에 따른 공정도,

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제7실시예에 따른 공정도.

<<도면의 주요 부분에 대한 설명>>

200, 300: 기판 210: 스테이지

220: 레이저 빔 230, 230a, 230b, 230c, 230d: 헤드

240: 갠트리 250: 지지테이블

260: 가이드 레일 280: 로봇 암

310: 마스크 320: 패턴

330: 얼라인 키

본 발명은 레이저 광원을 이용한 열처리 및 패터닝 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 기판의 이송방향과 수직방향으로의 단면이 라인 형태인 레이저 빔을 이용하여 대면적의 기판의 열처리 및 패터닝 공정에 적용이 용이한 레이저 가공장치 및 가공방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정은 제조하고자 하는 반도체 소자에 따라 공정이 조금씩 달라질 수 있으나, 기본적으로 감광막(Photo Resist, 이하 'PR'이라 한다)을 이용한 패터닝 공정, 고온 또는 저온 열처리 공정이 수행된다.

이러한 열처리 공정 혹은 패터닝 공정에 있어서, 최근 각광받고 있는 평면표시장치인 액정표시장치의 제조방법을 일례로 들어 설명하면, 액정표시장치는 매트릭스 형태로 배열된 화소 전극의 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 'TFT'라 한다)가 주로 이용되며 이를 흔히 TFT-LCD라고 한다.

이러한 TFT-LCD에 있어서, 액티브층(반도체층)을 형성할 때 주로 사용되는 비정질 실리콘은 전자 이동도가 낮아 대화면 TFT-LCD를 제조하는데 있어 많은 제약 으로 작용함으로 인하여, 최근에는 이러한 단점들을 극복하는 방안으로서, 박막트랜지스터의 액티브층을 폴리 실리콘으로 형성하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이때, 폴리 실리콘층을 형성하는 방법에는 폴리 실리콘을 직접 글래스에 증착하는 방법과, 먼저 비정질 실리콘을 증착한 후에 이를 폴리 실리콘으로 결정화하는 방법이 있다.

전자의 방법은 화학기상증착(CVD)법을 이용하여 600℃ 정도의 고온환경에서 SiH₄를 해리시키면 Si가 글래스에 증착되면서 결정화가 이루어지는 방법이다. 이 방법이 간편하기는 하나 아직까지 결정립의 크기를 정밀하게 제어하지 못하여 박막 특성이 우수하지 못하고, 고온에서 공정이 진행되므로 특수 글래스를 이용하여야 하는 문제점이 있다.

후자의 방법은 글래스 온도를 통상 400℃ 내외로 유지한 상태에서 비정질 실리콘을 먼저 증착한 후에 이를 결정화하는 과정을 거치기 때문에, 이를 통해 형성되는 폴리 실리콘을 통상 저온 폴리실리콘(Low Temperature Poly Silicon, 이하 'LTPS'라 한다)이라 칭한다.

이때, 비정질 실리콘층을 결정화하는 방법으로는, 반응로(furnace) 속에서 로 가열법을 이용하여 비정질 실리콘을 결정화하는 고상결정화법(Solid Phase Crystallization, 이하 'SPC법'이라 한다), 엑시머 레이저를 순간 조사하여 비정질 실리콘층을 1400℃ 정도까지 순간적으로 가열하여 결정화하는 엑시머 레이저 어닐링(Eximer Laser Annealing, 이하 'ELA'라 한다)법, 비정질 실리콘층 상에 선택적 으로 증착된 금속을 씨드로 하여 결정화를 유도하는 금속유도결정화법(Metal Induced Crystallization) 등이 있다.

상술한 바와 같이 전자의 방법 및 후자의 방법 모두 각 공정에 있어서, 고온 혹은 저온으로 열처리를 수행하는 공정이 다수회 수행되며, 이때 열처리 공정은 각 기판을 다수 집하하여 별도의 어닐링 챔버를 이용하여 진행하게 된다.

그러나, 이와 같이 별도의 어닐링 챔버를 이용하여 열처리를 수행할 경우, 챔버의 크기 제약으로 인하여 대화면의 기판을 적용할 수 없는 단점이 있으며, 이때 챔버를 가열하고 냉각함에 있어서도 많은 시간이 소요되므로 시간당 생산성 면에 있어서도 크게 불리한 점이 존재하고 있다.

한편, 종래의 패터닝 공정에 있어서도 일반적으로 하기와 같은 단계를 통하여 이루어진다.

우선, 박막이 형성된 기판을 스핀 코터에 고정시킨 다음 회전시키면서 소정의 두께로 포토레지스트를 코팅한다. 이때, 포토레지스트의 코팅은 기판상에 일정량의 포토레지스트를 분사하면서 기판을 회전하는 스핀 코팅방식 등을 사용할 수 있다. 포토레지스트가 코팅된 기판상에 소정의 회로패턴이 구현된 레티클(Reticle)을 위치시킨 후, 노광장치를 이용하여 광을 조사함으로써, 포토레지스트를 노광한다. 노광 후, 현상공정을 수행함으로써 기판상에 식각 마스크로 사용될 포토레지스트 패턴을 형성한다. 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 식각공정을 진행함으로써 기판상에 패턴을 형성한다. 이때, 식각공정은 반응가스를 사용하는 RIE(Reactive Ion Etching)등의 건식식각공정과 식각용액을 사용하는 습식식각공정 등으로 이루어질 수 있다. 마지막으로, 기판상에 잔류하는 포토레지스트 패턴을 습식 또는 건식식각 방법에 의해서 제거함으로써, 패턴을 완성하게 된다.

그러나 패턴을 형성하는 공정인 메인공정 이외에 다른 공정들이 부가적으로 진행됨으로써, 공정이 복잡하고 공정시간이 오래 소요된다. 이로 인하여, 과도한 공정 비용의 지출, 로스타임(Loss time)의 발생, 잠재적 불량요인의 내재 및 생산성의 저하 등과 같은 다양한 문제점을 발생시키고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 레이저를 이용한 패터닝 형성방법이 제안되었다. 도 1은 종래의 레이저 가공장치의 구성을 도시한 것이다.

스테이지(100)는 베이스(110)와 베이스 상부에는 제 1 스테이지를 x축으로 움직이기 위한 x축 리니어 가이드(120) 및 x 축 리니어 모터(130)가 구비되어 있다. 제 1 스테이지(170-1) 상부에는 제 2 스테이지(170-2)가 있으며, 제 2 스테이지(170-2)를 y 축으로 움직이기 위한 y 축 리니어 가이드(150)와 y 축 리니어 모터(160)가 구비되어 있다. 기판(190)은 제 1 및 제 2 스테이지(170-1, 170-2)의 구동에 의하여 레이저 가공을 위한 적절한 위치로 이동한다. 다음으로 기판(190) 상부에 마스크(도시하지 않음)가 위치하면 레이저가 조사되면서 기판(190)의 패터닝 공정이 시작된다. 레이저 발진기에서 출력된 레이저는 광학계를 적절한 세기, 형태 및 크기로 변환된 후, 마스크를 통하여 기판에 조사된다. 레이저가 조사되면서 진행되는 패터닝 공정에서는 기판의 미세한 움직임이 필요하다.

이때, 미세구동 리니어 모터(180)가 구비된 제 3 스테이지(170-3)가 미세한 움직임으로 구동함으로써, 레이저를 이용한 정밀한 패터닝 공정이 진행된다. 레이 저 빔이 조사되는 면적은 기판(190)의 면적에 비해 매우 적은 면적을 갖고 있으므로, 기판(190)의 전영역을 조사하기 위하여 스테이지(170-1,170-2,170-3)는 레이저 빔이 가공을 위하여 기판상에 조사되는 특정 영역을 중심으로 거리 X, Y 방향으로 이동하게 된다.

따라서, 레이저 가공장치를 설치하는데 있어서, 스테이지의 스트로크로 인하여 기판 면적 이상의 설치영역이 필요하다.

또한, 기판의 크기는 세대를 거듭할수록 대형화됨에 따라, 작업영역 또한 넓어져 레이저 가공을 위한 스테이지를 설치하기 위하여 더욱 넓은 공간을 필요로 하는 단점이 있다. 그리고 소정의 면적을 갖는 레이저 빔을 이용하여 점차 대형화 추세에 있는 기판을 패터닝 할 경우, 공정 시간이 너무 많이 소요되어 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 기판의 이송방향과 수직 방향으로의 단면이 라인 형태인 레이저 빔을 조사함으로써 대형 기판의 열처리 공정을 용이하게 수행할 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 기판의 이송방향과 수직 방향으로의 단면이 라인 형태인 레이저 빔을 조사함으로써 기판상에 패턴을 형성하는 공정을 단축(감광막 형성공정, 현상공정 등의 생략)시킬 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

본 발명은 헤드를 복수로 구비하여 레이저 빔을 복수로 동시 조사함으로써 대면적 기판의 열처리 공정 또는 패턴 형성공정의 시간을 단축할 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 기판의 이송과 동시에 기판상에 기판의 이송방향과 수직 방향으로의 단면이 라인 형태인 레이저 빔을 조사할 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 대면적 기판의 설비 공간을 효율적으로 사용하고 이와 더불어 생산성을 증가시킬 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 있어서, 레이저 가공장치의 일측 또는 타측에 기판을 외부로 이송 하기 위한 기판 이송부(로봇암, 이송 밸트 등)를 더 포함하며, 스테이지의 일측 상단에는 기판의 표면에 퍼지 가스를 제공하기 위한 가스 공급부가 구비되고, 스테이지의 타측 상단에는 기 기판의 표면으로부터 발생하는 파티클 및 퍼지가스를 외부로 배기시키기 위한 배기가스부(일례로 펌프)가 구비된다. 그리고, 스테이지의 일측 또는 타측에는 상기 기판과 상기 마스크의 정렬을 위한 모니터링부를 더 포함하도록 구성한다. 이때 모니터링부는 CCD 카메라 또는 레이저 간섭계 등을 적용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 레이저 빔을 조사하기 위한 헤드는 적어도 하나 이상으로 구비하며, 이러한 헤드는 레이저 빔을 출력하기 위한 레이저 발진기, 레이저 빔의 세기를 조절하기 위한 어테뉴에이터, 레이저 빔의 형태를 변형하기 위한 빔 형성기, 레이저 빔의 세기를 균일화하기 위한 빔 균질기 및 레이저 빔의 형태 또는 초점을 제어하기 위한 광학계를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 복수의 레이저 발진기와 어테뉴에이터, 빔 형성기, 빔 균질기 및 광학계는 동일한 수량으로 구비하되, 어테뉴에이터, 빔 형성기, 빔 균질기 및 광학계는 레이저 발진기에 각각 대응되어 위치하도록 구성한다.

그리고, 헤드는 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저 빔의 경로를 변환하기 위한 광섬유를 더 포함하도록 구성할 수 있다.

이때, 광섬유를 포함하도록 구성할 경우, 하나의 레이저 발진기에 광섬유를 복수로 구비하며, 어테뉴에이터, 상기 빔 형성기, 상기 빔 균질기 및 상기 광학계는 상기 광섬유와 동일한 수량으로 구비하되, 어테뉴에이터, 빔 형성기, 빔 균질기 및 광학계는 광섬유에 각각 대응되어 위치하도록 구성한다.

본 발명에 있어서, 레이저 발진기는 다이오드 레이저, DPSS, KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저 또는 펨토 초 레이저이며, 200nm 내지 1560nm의 레이저 파장을 출력하며, 발생하는 열을 냉각시키기 위한 칠러와 연결하여 적용할 수도 있다.

본 발명에 있어서, 헤드로부터 조사되는 레이저 빔의 길이는 상기 기판의 폭 이상인 것이 바람직하며 일례로 수 mm 내지 수십 mm의 폭으로 형성하며 이때의 길이는 수백 mm 내지 수천 mm로 형성한다.

본 발명에 있어서, 광학계는 렌즈, 프리즘, 반사경, 다이클로익 미러 중 어느 하나 이상을 포함하도록 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 스테이지는 구동 리니어 모터 또는 에어 슬라이드에 의해 구동되며, 미세 구동은 미세 구동 리니어 모터에 의하여 수행된다. 그리고, 스테이지는 외부에서 전달되어오는 진동을 흡수하기 위해 제진대를 포함하도록 구성할 수도 있다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공방법의 일실시예는 피처리막이 형성된 기판을 스테이지 상에 장착한 후 일축 방향으로 이송하는 제1단계 및 일축 방향과 수직방향으로 단면이 라인 형태의 레이저 빔을 조사하여 피처리막 패턴을 형성하는 제2단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 제2단계는 기판을 일축 방향을 따라 이송시키는 단계, 기판의 가공영역과 마스크를 정렬하는 단계 및 가공영역의 상부에 일축 방향과 수직 방향으로의 단면이 라인 형태인 레이저 빔을 조사하여 피처리막 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

이때, 기판의 가공영역과 마스크를 정렬하는 단계는 얼라인 키를 이용하거나, 얼라인 키와 스테이지의 일측 또는 타측에 형성된 모니터링부를 이용하도록 한다.

본 발명에 따르면, 기판을 일축 방향을 따라 이송시키는 단계에 있어서, 이송 속도는 피처리막 구성물질의 패터닝 속도에 따라 변경되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 가공방법은 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 스테이지 상에 장착하는 제1단계 및 기판을 일축 방향을 따라 이송시키되, 일축 방향과 수직방향으로 단면이 라인 형태의 레이저 빔을 조사하여 상기 기판을 열처리하는 제2단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 가공방법은 불순물 이온 영역이 형성된 기판을 스테이지 상에 장착하는 제1단계 및 기판을 일축 방향을 따라 이송시키되, 일축 방향과 수직방향으로 단면이 라인 형태의 레이저 빔을 조사하여 기판을 열처리하는 제2단계를 포함한다.

이때, 제2단계의 열처리를 위한 온도 제어는 상기 레이저 빔의 출력 에너지 또는 출력 시간을 제어하여 수행하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거 나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

[제1실시예]

도 2a 및 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공장치를 도시한 것이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공장치는 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 기판을 장착하고 장착된 기판(200)을 일축 방향으로 이동시키기 위한 스테이지(210), 기판(200)상에 일축 방향과 수직 방향으로 단면이 라인 형태인 레이저 빔(220)을 조사하기 위한 적어도 하나 이상의 헤드(230) 및 헤드(230)를 지지하기 위한 갠트리(240)가 형성되어 있으며, 이때, 헤드(230)는 스테이지(210)상에 존재하는 기판(200)의 수량에 따라 2개가 일렬로 구비되어 있으며, 이때의 2개의 헤드는 한 쌍의 갠트리(240)에 의하여 지지가 되도록 구성한다.

기판(200)은 반도체 소자의 공정용 대면적 기판을 적용하거나, 대면적 디스 플레이용 투명 기판 혹은 일련의 마이크로 칩이 형성된 웨이퍼를 적용할 수 있다.

도 2a는 대면적 디스플레이용 투명 기판을 적용한 일례를 도시한 것이며, 도 2b는 일련의 마이크로 칩이 형성된 기판을 적용한 것을 도시한 것이다.

스테이지(210)의 저면에는 지지테이블(250)상에 스테이지를 일축 방향으로 움직이기 위한 가이드 레일(260) 및 지지테이블(250)을 받치면서 진동을 흡수할 수 있는 제진대를 구비한 지지대(270)가 형성되어 있다.

스테이지(210) 하부에 일축으로 형성된 가이드 레일(260)은 스테이지(210)를 일축 방향으로 움직일 수 있게 한다. 지지대와 가이드 레일(260) 사이에 형성된 지지테이블(250)은 기판의 양 변으로부터 수백 mm 정도 폭이 추가로 연장되어 형성할 수 있고 헤드를 지지하기 위한 갠트리를 지지한다.

그리고, 스테이지(210)의 일측부에는 기판 표면으로 질소와 아르곤 등의 퍼지가스를 공급하기 위한 가스 라인(도시되지 않음)이 구비되어 있고, 타측부에는 스테이지 상에서 레이저 빔을 이용한 공정 시 기판 표면으로부터 발생하는 파티클을 퍼지가스와 함께 외부로 배기시키기 위한 배기 라인(도시되지 않음)과 펌프(도시되지 않음)를 구비할 수 있다.

한편, 스테이지(210)상에 기판의 이송 및 로딩은 스테이지의 이송 방향의 측면에 각각 구비된 로봇 암(280)에 의하여 수행된다.

우선, 스테이지(210)는 기판(200)의 장착 시 충돌로 인하여 발생할 수 있는 기판(200)의 손상을 막으면서, 기판을 고정하기 위한 수지계열의 고정부재(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.

이때, 고정부재는 홀이 형성되어 있고, 진공펌프에 의해 공기가 흡입될 수 있도록 홀과 진공펌프는 파이프와 연결되어 있다. 진공펌프의 작동에 의하여 공정부재에 위치한 기판으로 홀로부터 흡입력에 의하여 진공상태로 유지함으로써, 기판을 고정할 수 있다, 또한 고정부재는 스테이지(210) 상에 복수가 형성되어 있어 복수의 기판이 적재될 수 있고 기판의 크기에 따라 적절한 간격으로 배치할 수 있다.

한편, 고정부재를 대신하여 클램프(clamp)를 스테이지의 외주(外周)를 따라 일정간격 이격되도록 복수로 구비함으로써 진공펌프의 적용 없이도 스테이지상에 기판을 고정할 수도 있다.

스테이지(210)는 가이드 레일(260) 상에서 움직이기 위하여 구동 리니어 모터(도시되지 않음) 또는 에어 슬라이드와 연결되어 있다. 그리고, 레이저 가공시 기판을 미세하게 움직이기 위하여 미세 구동 리니어 모터(도시되지 않음)를 이용할 수도 있다.

헤드(230)는 기판(200)상에 일축 방향과 수직 방향으로 단면이 라인 형태인 레이저 빔(220)을 조사하기 위한 적어도 하나 이상을 구비하게 되는데, 본 발명의 일실시예에 있어서는 2개의 헤드를 일렬로 구비하고 이를 한 쌍의 갠트리를 이용하여 지지하도록 한다. 그리고, 레이저를 조사하기 위한 헤드는 스테이지의 상부에 일정간격 이격되어 위치하고 있다.

그리고, 헤드(230)는 갠트리(240)를 사용하지 않고 별도의 고정 장치에 의하여 고정되도록 구성할 수도 있다.

헤드(230) 내에는 단파장대역인 200nm 내지 1560nm 범위 내에서 특정 파장대 의 레이저를 발생시킬 수 있는 레이저 발진기를 구비하고 있다.

이때, 레이저 발진기는 복수로 구비할 수도 있으며, 레이저 발진기의 일측에 광섬유를 복수개 구비하여 하나의 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저 빔의 경로를 복수로 변환하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 레이저 발진기는 다이오드 레이저, DPSS 레이저, KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, 나노 또는 펨토 초 레이저를 사용할 수 있다.

레이저 발진기는 헤드의 내부 또는 헤드의 외부에 위치할 수 있다. 다이오드 레이저의 경우, 헤드 내부에 구비할 수 있으며, 그 외 KrF, ArF 엑시머 레이저, ND:YAG 레이저 또는 펨토 초의 초단파 레이저의 경우 발진기의 부피가 다이오드 레이저보다 크므로 헤드 외부에 구비할 수 있다.

DPSS 레이저는 펌핑 레이저 다이오드, 집속 광학계, 레이저 매질, 히트 싱크, 열교환기, 비선형 물질, 출력 커플러로 구성된다. 이와 같이 구성된 DPSS 레이저는 펌핑 레이저 다이오드의 광(예, 808nm)을 집속 광학계로 레이저 매질에 집속 시키면, 레이저 매질에서 적외선 파장의 빛(예, 1064nm/914nm)이 발생되고, 이 빛은 출력 커플러에 의하여 공진을 일으킨다. 공진되는 적외선 파장의 빛은 비선형 물질을 통과하면서 그 물질의 SHG(Second Harmonic Generation) 작용에 의하여 공진 파장의 절반(λ/2)의 파장으로 변화(예, 532nm/457nm)되어 출력된다.

레이저 발진기, 어테뉴에이터, 빔 형성기, 빔 균질기 및 광학계의 수는 기판의 일 측면 길이 방향의 전 영역을 조사할 수 있을 정도로 각각 적어도 하나 이상의 수량으로 준비되며, 이들은 하나의 헤드에 구비되어 스테이지에 고정되어 있는 기판 상부의 갠트리에 위치한다. 그리고 상술한 바와 같이 헤드의 수는 기판의 수 또는 기판의 크기에 의하여 결정된다. 일례로서, 2400mm × 2800mm의 크기를 갖는 9세대 마더글라스는 45" 내지 52"의 크기로 절단할 경우, 8개의 기판으로 분할되고, 55" 내지 60"는 6개의 기판으로, 그리고 80" 내지 100"는 2개의 기판으로 분할된다. 일례로서, 55" 내지 60" 크기로 6개로 분할을 할 경우, 도시된 바와 같이 기판 각각을 가공처리하기 위하여 6개의 헤드가 필요하다. 각 헤드에서 조사되는 라인 형태의 레이저 빔의 크기는 수mm 내지 수십 mm의 폭과 수백 mm 내지 수천 mm의 길이를 가지는 형태일 수 있다.

이때, 레이저 발진기를 복수로 구비할 경우 어테뉴에이터, 빔 형성기, 빔 균질기 및 광학계 또한 각각 레이저 발진기의 수량과 동일하도록 구성하며, 하나의 레이저 발진기를 사용할 경우, 상술한 바와 같이 출력된 레이저를 복수의 광섬유를 이용하여 복수의 경로로 분할하고 이 후, 광섬유에 각각 대응하도록 빔 형성기, 빔 균질기 및 광학계를 구비함으로써, 라인 빔 형태의 레이저 빔(220)을 용이하게 형성할 수 있다.

칠러(도시되지 않음)는 레이저 발진기의 타측에 구비되어 레이저 발진기로부터 발생하는 열을 제거한다. 칠러는 레이저 발진기 각각에 구비하거나 하나의 칠러만을 사용하여 복수의 레이저 발진기에서 발생하는 열을 제거할 수 있다.

어테뉴에이터(도시되지 않음)는 레이저 발진기의 출력단에 위치하여 레이저 빔의 출력을 조절하며, 어테뉴에이터 출력단에 구비된 빔 형성기는 레이저빔의 단면적을 조절하여 다양한 형태의 단면적을 갖는 레이저 빔으로 변환할 수 있다.

빔 균질기(도시되지 않음)는 빔 형성기를 거쳐 출력된 레이저 빔의 세기를 균일하게 조절함으로써, 정밀하면서도 우수한 단면 프로파일을 갖는 패터닝된 시료 박막을 형성할 수 있다.

다수의 렌즈, 빔 스플리터, 프리즘 및 다이클로익 미러를 포함하는 광학계(도시되지 않음)는 빔 균질기의 출력단에 위치하여 최종 기판(210) 표면에 레이저 빔의 초점을 조절할 수 있도록 한다.

모니터링 부(도시되지 않음)는 광학계 일측에 위치하고 평면 디스플레이를 포착한 영상을 통하여 평면 디스플레이의 가공 상태를 검사한다. 이때, 평면 디스플레이 상의 정렬 마크를 인식하는 기능을 더 수행하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 평면 디스플레이의 가공 상태나 정렬 상태를 검사하기 위하여 CCD 카메라와 영상을 포착하는 캡쳐 보드(Capture Board)와 영상처리보드 등을 구비할 수 있다. 또한, 평면 디스플레이의 가공 상태를 포착하기 위해 가시광을 조사하는 조명부(도시하지 않음)가 더 구비될 수 있다. CCD 카메라로 유입된 영상은 캡쳐 보드 및 영상처리보드 등에 의해 처리된다. 캡쳐 보드 및 영상처리보드에 의해 처리된 영상은 제어부로 입력된다.

제어부(도시하지 않음)는 모니터링 부를 통하여 입력된 영상과 가공 초기에 조작제어부를 통하여 입력된 초기 설정값과 비교하며 스테이지를 움직이기 위한 리니어 모터와 레이저 발진기를 포함하는 레이저 가공장치를 구성하는 모든 구성을 제어한다. 제어부는 각 구성의 동작이나 헤드에서 출력하는 레이저 빔의 세기, 형상 및 면적 그리고 스테이지의 이동 속도와 거리 등을 제어할 수 있다.

상술한 바와 같이, 레이저 광의 광축과 일치되게 검사비전 헤드를 배치하여 평면 디스플레이의 가공 상태를 실시간으로 감시할 수 있으며, 레이저 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공장치는 대면적 기판의 열처리 공정에 용이하게 적용될 수 있을 뿐 아니라 가공장치를 설치하는데 필요한 공간을 절약할 수 있는 이점이 있는 것이다.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공장치에 의한 대면적 기판의 열처리 공정 과정을 설명한다.

스테이지(210)에는 이송 밸트(컨베이어) 혹은 적재 카세트(도시하지 않음)로부터 로봇 암(280)을 이용하여 이송되는 대면적 기판(200)이 장착된다.

스테이지(210)에 장착된 대면적 기판(200)은 정렬부(도시되지 않음)에 의하여 정렬된다. 그리고, 대면적 기판(200)은 스테이지(210) 상에 돌출되게 형성된 고정부재에 의해 스테이지(210)에 진공 흡착되어 고정되거나, 스테이지(210)의 외주(外周)에 적어도 하나 이상으로 구비된 클램프에 의해 고정된다. 대면적 기판(200)이 스테이지에 장착되면, 모니터링부(도시하지 않음)는 이동하면서 대면적 기판(200)의 장착 상태를 모니터링 한다.

이때, 기판의 장착상태가 일정한 기준치에 벗어날 경우 스테이지를 미세구동하여 틀어진 위치를 보상한다. 위치 보상이 완료되면, 제어부에 의해 제어되는 레이저 헤드가 일축 방향을 따라 이송되고, 레이저 헤드에서 조사된 레이저 빔에 의하여 대면적 기판에 열처리 공정이 수행된다.

일 예로 TFT-LCD를 제조하는데 있어서, 폴리 실리콘층을 형성하는 공정을 수행할 경우, 비정질 실리콘층을 증착한 후에 상술한 레이저 빔을 이용한 열처리 공정을 수행하여 폴리 실리콘층으로 결정화할 수 있다. 다른 예로는 웨이퍼상에 고농도 혹은 저농도의 불순물이 존재하는 영역이 존재할 경우, 레이저 빔을 이용하여 이온 주입된 영역을 확산시키기 위한 급속 열처리 공정을 수행할 수도 있다.

이때, 기판은 일정한 속도로 계속적으로 이동하고 있거나, 일정한 시간 동안 정지된 상태로 열처리 공정 즉, 레이저 빔의 조사가 이루어질 수 있으며, 이때, 기판의 이동속도는 기판상에 존재하는 피처리 물질(비정질 실리콘층, 고농도 혹은 저농도의 불순물 이온 존재하는 영역, 마이크로 칩 등)에 따라 변경되는 것이 바람직하다.

그리고, 레이저 빔을 이용한 열처리 공정 시 온도의 제어는 레이저 빔의 출력 에너지 또는 출력시간을 제어함으로써 용이하게 제어할 수 있도록 한다.

[제2실시예]

도 3a 및 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 가공장치를 도시한 것이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 가공장치는 상술한 제1실시예와 동일한 구성요소를 가지며, 다만 헤드(230a, 230b, 230c, 230d)를 4개로 구비하고 헤드를 지지하기 위한 갠트리를 두 쌍으로 구비함으로써, 대면적 기판의 열처리함에 있어 기판 상의 전 영역에 동일한 조건의 레이저 빔이 조사될 수 있도록 한다.

이때, 두 쌍의 갠트리(240a, 240b)에 존재하는 헤드는 제어부에 의하여 동일하거나, 각각 다른 조건으로 구동할 수 있어, 스테이지 상에 존재하는 대면적 기판의 전 영역에 동일한 조건의 레이저 빔이 조사될 수 있도록 하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 가공장치에 의한 대면적 기판의 열처리 공정 과정을 설명한다.

스테이지에는 이송 밸트(컨베이어) 혹은 적재 카세트로부터 로봇 암을 이용하여 이송되는 대면적 기판이 장착된다.

스테이지에 장착된 대면적 기판은 정렬부(도시되지 않음)에 의하여 정렬된다. 그리고, 스테이지상에 돌출되게 형성된 고정부재에 의해 스테이지에 진공 흡착되어 고정된다. 대면적 기판이 스테이지에 장착되면, 모니터링부는 이동하면서 대면적 기판의 장착 상태를 모니터링 한다. 이때, 기판의 장착상태가 일정한 기준치에 벗어날 경우 스테이지를 미세구동하여 틀어진 위치를 보상한다.

위치 보상이 완료되면, 제어부에 의해 제어되는 레이저 헤드가 일축 방향을 따라 이송되고, 레이저 헤드에서 조사된 레이저 빔에 의하여 대면적 기판에 열처리 공정이 수행되는데, 제어부는 제1헤드(230a), 제2헤드(230b), 제3헤드(230c) 및 제4헤드(230d)를 동일한 조건의 레이저 빔(220)을 출력하도록 제어하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 제2실시예에 도시된 바와 같이 복수의 헤드를 각각 다양한 조건으로 설정하고 이를 기판의 열처리 공정에 적용함으로써 대면적의 기판에 적용할지라도 기판상의 전 영역에 동일한 조건으로 열처리 공정을 수행할 수 있으 며, 이로 인하여 공정 시간의 단축, 설비의 간소화 및 공정 수율의 향상 등을 도모할 수 있는 것이다.

[제3실시예]

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 가공장치를 도시한 것이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 레이저 가공장치는 상술한 제1실시예 혹은 제2실시예와 동일한 구성요소를 가지되, 갠트리의 하단에 마스크를 지지하기 위한 마스크(310) 지지부재(도시하지 않음)를 더 포함하도록 구비하여 레이저 가공장치를 이용하여 LCD, PDP에 사용되는 대면적의 마더글라스 기판에 형성된 투명 도전막의 패턴(320) 형성공정을 용이하게 수행할 수 있도록 한다.

이때, 마스크 지지부재(310)는 상하로 이동하여 기판과 마스크간의 갭을 조절할 수 있도록 구성하며, 마스크 지지부재의 일측에는 기판과 마스크간의 갭을 측정하기 위한 갭 측정부(도시하지 않음)를 더 포함하도록 구비하는 것이 바람직하다.

갭 측정부는 높이를 측정하기 위한 높이 측정용 센서 예를 들어 광학 센서, 초음파 센서, 포토 센서 중 어느 하나 이상을 포함하도록 구성하여 실시간으로 기판과 마스크간의 갭을 측정한다. 그리고, 제어부는 갭 측정부를 통하여 측정된 값을 수신하고 이를 기 설정된 갭의 값과 비교하여 상술한 마스크 지지부재를 상하로 이동시킴으로써 기판과 마스크가 항상 기 설정된 갭을 유지할 수 있도록 한다.

한편, 마스크(310) 지지부재는 상술한 고정부재와 같이 홀이 형성되어 있고, 진공 펌프에 의해 공기가 흡입될 수 있도록 홀과 진공펌프는 파이프와 연결되어 있어 진공펌프의 작동에 의하여 홀로부터 발생하는 흡입력에 의하여 마스크를 고정할 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 마스크는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 기판상의 소정의 영역을 패터닝 할 수 있는 크기로 형성하거나, 혹은 기판과 동일한 크기로 형성할 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 있어서, 기판상에 형성하고자 하는 패턴의 크기에 따라 마스크의 해상도는 상이하게 구성한다. 패턴의 크기는 화소의 크기에 의존하는데, SD(Standard Definition)급은 수직 해상도가 480라인이며, 40인치 패널의 경우 한 픽셀의 크기는 약 460㎛ × 960㎛, HD(High Definition)급은 수직 해상도가 768라인이며, 40인치 패널의 경우 한 픽셀의 크기는 약 210㎛ × 640㎛ 그리고 FHD(Full HD)급은 수직 해상도가 1080라인으로 40인치 패널의 경우 한 픽셀의 크기는 대략 150㎛ × 460㎛이다.

일례로 2mm × 1200mm 크기의 마스크를 사용할 경우, SD급에서는 마스크에 형성된 패턴 라인 중 한 열에 2개의 패턴이, HD급에서는 3개, 그리고 FHD급에서는 4개의 패턴(총 패턴의 수는 1920×3×1080)이 마스크에 형성된다.

마스크(310)를 통하여 기판에 조사된 라인 형태의 레이저 빔(220)은 ITO 등과 같은 투명 도전막에 흡수되면서 투명 도전막에 소정의 에너지를 가하게 되어 유리 기판상의 투명 도전막이 제거되고 기판상에는 투명 도전막 패턴(320)이 형성된 다.

패터닝이 완료되면 레이저 빔의 조사는 중단되고 스테이지는 마스크의 폭에 대응하는 거리로 이동한 후 레이저 빔을 다시 조사함으로써, 계속해서 기판의 나머지 영역을 패터닝하게 된다. 패터닝 공정 중 발생하는 파티클 등은 스테이지에 구비된 퍼지가스 공급부로부터 공급되는 아르곤가스 또는 질소가스 등과 함께 배기펌프의 펌핑에 의하여 외부로 배출된다.

이하에서는 상기 제3실시예와 같은 레이저 가공장치에 의한 대면적의 평면 디스플레이 기판의 가공 과정을 더욱 상세하게 설명한다. 스테이지에는 컨베이어(미도시)를 통해 이송되거나, 적재 카세트로부터 로봇을 이용하여 이송되는 평면 디스플레이 기판이 안착된다. 스테이지에 안착된 평면 디스플레이 기판은 정렬부(도시되지 않음)에 의해 중앙으로 1차 정렬이 된다. 그리고 나서, 스테이지 상에 돌출되게 형성된 고정부재에 의해 스테이지에 진공 흡착되어 고정된다. 평면 디스플레이가 스테이지에 진공 흡착되면, 헤드에 구비된 모니터링부는 이동하면서 평면 디스플레이의 표면에 표시된 얼라인 마크(330)를 읽는다. 이때, 평면 디스플레이가 틀어지게 위치된 경우, 제어부에 의해 틀어진 위치만큼 X축 구동부와 Y축 구동부를 움직여 틀어진 위치를 보상한다. 위치 보상이 완료되고, 모든 공정이 완료되면 스테이지는 소정의 위치로 이송되고, 가공된 기판은 새로운 대면적 기판과 교환된다.

본 발명의 제3실시예는 스테이지에 평면 디스플레이 기판이 고정된 상태에서 스테이지가 일축 방향으로 움직이며 평면 디스플레이 기판을 가공하는 갠트리 타입의 레이저 가공장치의 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 스테이지는 고정되고 레이저 헤드가 움직이며 평면 디스플레이를 가공하는 레이저 가공 장치나, 스테이지와 레이저 헤드가 움직이며 평면 디스플레이를 가공하는 하이브리드 타입의 레이저 가공 장치 또는, 레이저 헤드가 고정된 상태에서 스테이지가 X-Y 방향으로 이동되며 평면 디스플레이를 가공하는 X-Y 타입의 레이저 가공장치에도 적용 가능하다.

[제4실시예]

상술한 바와 같이 도 4a 및 도 4b를 이용하여 본 발명의 제4실시예에 따른 투명 전도성 박막을 패터닝 하기 위한 구체적인 공정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제4실시예에 따르면, 투명 전도성 박막을 패터닝 하기 위하여 사용하는 레이저 빔은 200nm 내지 400nm 내에서 특정 파장대역을 사용한다.

유리기판 또는 유기물 필름으로 이루어진 기판상에 형성된 투명 전도성 박막을 패터닝할 경우, 기판을 스테이지에 진공 척을 이용하여 고정시킨다. 기판에는 마스크와 정렬을 위한 얼라인 키가 형성되어 있다. 기판(300)이 고정되고, 기판(300) 상부에 마스크(310)가 위치한 , 정렬되면, 레이저 빔을 마스크(310) 전면에 소정의 시간 동안 조사한다.

레이저 발진기에서 출력된 레이저 빔은 어테뉴에이터를 거쳐 가공할 시료에 맞게 적절한 세기로 조절한다. 일 예로 ITO 패터닝의 경우, 수 J/㎠의 에너지로 조절하여 출력한다. 레이저 빔의 조사하여 투명 전도성 박막의 패턴(320)이 형성되면, 스테이지를 이용하여 기판(300)을 이동시켜 다음 가공할 영역을 선택하고 다시 얼라인키(330)를 이용하여 기판(300)과 마스크(310)를 정렬시킨다.

어테뉴에이터를 통과한 레이저 빔은 빔 형성기를 통과하면서 그 단면적의 형상이 변형된다. 본 발명에 따른 빔 형성기를 통과한 레이저 빔의 크기는 마스크의 크기보다 작으며, 일례로서 폭이 수 mm 내지 수십 mm, 길이가 수백 mm 내지 수천 mm의 라인 형태의 레이저 빔를 사용할 수 있다.

빔 형성기를 통과한 레이저 빔은 다시 빔 균질기를 통과하면서 레이저 빔의 세기를 균일하게 조절되며, 이는 가공 처리된 투명 도전막의 프로파일을 균일하게 한다. 빔 균질기와 광학계를 통과한 라인 형태의 레이저 빔은 마스크(310)를 통과하면서 기판으로 조사되고, 이로써 패터닝 공정이 진행된다.

본 발명에 따르면, ITO(Indium Tin Oxide)와 같이 대표적인 투명 도전성 박막을 패터닝 할 경우, 200nm 내지 1560nm 파장 대역의 다이오드 레이저, 엑시머 레이저 또는 DPSS 레이저를 사용할 수 있다. 또한, 펄스 폭이 나노 초 또는 펨토 초의 레이저를 사용할 수 있다.

바람직하게는 532nm 또는 1064nm 파장 대역의 레이저를 사용하며, 엑시머 레이저를 사용할 경우, 193nm, 248nm 또는 303nm 파장 대역을 사용하는 것이 효과적이다. 이러한 파장대역 레이저 빔은 ITO를 포함하는 유리 기판에서는 흡수율이 적고 ITO 박막에서는 흡수율이 높기 때문에 출력된 레이저 빔의 에너지 모두를 ITO 패터닝 하는데 효율적으로 사용할 수 있다. 최근 주목받고 있는 플렉서블 디스플레이의 기판으로 사용되는 PET와 같은 유기물 소재의 필름에 형성된 ITO의 경우, 200nm 내지 400nm 파장대역을 갖는 레이저 빔을 사용하는 것이 바람직하다.

[제5실시예]

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 레이저 가공장치를 이용한 전극 형성 공정도를 도시한 것이다. 이를 이용하여 본 발명의 제5실시예에 따른 공정을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제5실시예는 본 발명의 제3실시예와 같은 레이저 가공장치를 전극 형성공정에 적용한 일례를 나타낸 것이다.

먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 기판(410)상에 버퍼용 절연막(420)을 형성하고, 절연막(420)상에 금속막(430)을 증착한다. 다음으로, 도 5b에 도시한 바와 같이, 원하는 패턴 형상이 정의된 마스크(440)를 금속막(430)상에 배치하고, 전면에 레이저(450)를 조사하여 금속막(430)을 선택적으로 제거하여 금속배선(430a)을 형성한다. 여기서, 조사되는 레이저(450)의 펄스폭이 짧을수록 펄스당 높은 첨두 출력을 지니고 있어 금속막(430)의 식각시 절단부 주변에 열팽창 및 충격파를 전혀 발생시키지 않고 균일하게 식각된다. 한편, 마스크(440)는 조사되는 레이저에 의해 변형되지 않는 물질로 형성되는데, 예를 들면, 실리콘 카본(SiC)을 사용할 수 있다. 다음으로, 도 5c에 도시한 바와 같이, 마스크(440)를 분리하면, 마스크(440)에 정의된 패턴 형상을 갖는 금속배선(430a)이 형성된다. 본 발명에 따르면, 레이저(450)를 이용한 금속막(430)을 선택적으로 제거하여 금속배선(430a)을 형성할 때 금속배선(430a)의 주변에 열팽창 및 충격파가 전혀 발생하지 않기 때문에 식각하는 면이 균일하게 식각됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 레이저로서 초단파 레이저를 사용할 경우, 렌즈를 통해 증폭된 레이저의 피크 파워(peak power)는 테라와트에서 페타와트의 피크 파워를 가지고 있다.

그리고 레이저의 종류에 1펄스 당 펄스 에너지는 마이크로 줄(μJ) 범위를 사용할 수 있고, 강하게는 경우에 따라 밀리 줄(mJ)정도, 평균출력으로는 1와트 정도를 사용할 수 있다.

[제6실시예]

본 발명의 제6실시예는 본 발명의 제3실시예와 같은 레이저 가공장치를 BM 패터닝 형성공정에 적용한 일례를 나타낸 것이다.

먼저, BM(Black Matrix)이 코팅된 기판을 소프트 베이크(soft-bake) 공정을 수행한 후, 본 발명의 제3실시예에 개시된 레이저 가공장치에 장착한다.

다음으로, 원하는 패턴 형상이 정의된 마스크를 BM막 상에 일정한 갭을 유지하도록 배치하고, 전면에 레이저 빔을 조사하여 BM막을 선택적으로 제거함으로써 BM 패턴을 제거한다.

본 발명의 제6실시예에 따른 BM 패터닝의 경우, 레이저 빔은 수 J/㎠의 에너지로 조절하여 출력하며, 마스크(440)는 상술한 제5실시예와 같이 레이저에 의해 변형되지 않는 물질로 형성한다.

이후, BM 패터닝된 기판을 하드 베이크(hard-bake)하여 공정을 완료한다.

따라서, 본 발명의 제6실시예에 따른 BM 패터닝 공정은 종래의 BM 패터닝 공 정에서 수행되는 현상공정을 생략할 수 있어 공정을 더욱 간편화한다.

한편, 상술한 제6실시예에 있어서, BM 패터닝 공정 시 소프트 베이크(soft-bake)공정을 대신하여 하드 베이크(hard-bake)를 수행한 후 레이저 빔을 조사하여 BM 패턴을 형성할 수도 있다. 이 경우 두 단계의 베이크 공정을 한 단계로 축소할 수 있는 이점이 있다.

[제7실시예]

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제7실시예에 따른 공정을 도시한 것으로서, 본 발명의 제7실시예는 상술한 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 레이저 가공장치를 이용하여 트랜지스터를 형성하는 가공방법에 관한 것이다.

따라서, 도 6a 내지 도 6d를 참고하여 제7실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 투명한 제 1 기판(510)상에 금속 물질을 증착하고, 금속 물질 상부에 패턴이 정의된 마스크(도시되지 않음)를 정렬한다. 여기서, 금속 물질은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 또는 탄탈륨(Ta)의 금속이나, MoW, MoTa 또는 MoNb의 몰리브덴 합금(Mo alloy) 등을 화학적 기상 증착법(CVD) 또는 스퍼터링법으로 증착하여 형성한다.

다음으로, 제 1 마스크를 이용하여 전면에 레이저 빔을 조사하여 금속물질을 선택적으로 제거하여 게이트 전극(520)을 형성한다. 여기서, 게이트 전극(520)의 형성시 게이트 전극(520)과 연결되어 제 1 방향으로 연장되어 있는 게이트 배선(도 시하지않음)도 함께 형성된다. 이어, 게이트 전극(520)을 포함한 제 1 기판(510)의 전면에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막과 같은 절연 물질을 증착하여 게이트 절연막(530)을 형성한다. 그리고, 게이트 절연막(530) 상에 비정질 실리콘층 및 불순물이 도핑된 비정질 실리콘층을 차례로 증착한다.

다음으로, 불순물이 도핑된 비정질 실리콘층 상부에 패턴이 정의된 제 2 마스크(도시되지 않음)를 정렬하고, 전면에 펨토 초 레이저를 조사하여 불순물이 도핑된 비정질 실리콘층 및 비정질 실리콘층을 선택적으로 제거하여 액티브층(540)과 오믹(ohmic) 콘택층(550)을 형성한다.

도 6b에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(510)의 전면에 금속 물질을 증착하고, 금속 물질 상부에 제 3 마스크(도시되지 않음)를 정렬하고, 전면에 레이저를 조사하여 금속 물질을 선택적으로 제거하여 액티브층(540) 상의 양측단에 소스 전극(560a) 및 드레인 전극(560b)을 형성한다. 여기서, 소스 전극(560a) 및 드레인 전극(560b)의 형성시 소스 전극(560a)에 연장되어 제 2 방향으로 게이트 배선과 직교하여 화소 영역을 정의하는 데이터 배선(도시하지 않음)도 함께 형성된다. 그리고 소스 전극(560a) 및 드레인 전극(560b)에 의해 노출된 오믹 콘택층(550)을 선택적으로 제거한다. 이때, 소스 전극(560a) 및 드레인 전극(560b)은 추후 공정에서 채널을 형성하기 위해, 서로 일정간격 이격되도록 형성한다. 전술한 바와 같이, 소스 및 드레인 전극(560a, 560b)은 게이트 전극(520)과 함께 박막 트랜지스터를 이룬다.

도 6c에 도시한 바와 같이, 소스 및 드레인 전극(560a, 560b)을 포함한 제 1 기판(510)의 전면에 보호막(570)을 형성한다. 여기서, 보호막(570)을 유기 절연막으로 형성할 경우, 박막 트랜지스터로 인한 단차를 제거하여 이후 공정을 원활하게 할 수 있다. 여기서, 보호막(570)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, BCB(Benzocyclobutene) 또는 아크릴 수지 등의 재료로 형성할 수도 있다. 다음으로, 보호막(570) 상부에 패턴이 정의된 제 4 마스크(도시되지 않음)를 정렬하고, 전면에 레이저를 조사하여 드레인 전극(560b)의 표면이 소정부분 노출되도록 보호막(570)을 선택적으로 제거하여 콘택홀(580)을 형성한다.

도 6d에 도시한 바와 같이, 콘택홀(580)을 포함한 제 1 기판(510)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide)나 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide)와 같은 투명 금속막을 증착한다. 이어, 투명 금속막 상부에 패턴이 정의된 제 5 마스크(도시되지 않음)를 정렬하고, 전면에 레이저를 조사하여 투명 금속막을 선택적으로 제거하여 콘택홀(580)을 통해 드레인 전극(560b)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(590)을 형성한다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치는 설치하는 데 필요한 공간을 절약할 수 있 으며, 다양한 분야에 적용되는 대면적 기판을 열처리하거나 패터닝함에 있어 공정의 단계를 일부 생략할 수 있어 공정 시간의 축소 및 공정 수율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims

기판을 장착하고 장착된 상기 기판을 일축 방향으로 이동시키기 위한 스테이지;

상기 기판상에 상기 일축 방향과 수직 방향으로 단면이 라인 형태인 레이저 빔을 조사하기 위한 적어도 하나 이상의 헤드; 및

상기 헤드를 지지하기 위한 갠트리;

를 포함하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,

상기 갠트리의 하부 일측 또는 양측에는 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지부재를 더 포함하는 가공장치.
제 2 항에 있어서,

상기 레이저 가공장치의 일측 또는 타측에 상기 기판을 외부로 이송하기 위한 기판 이송부를 더 포함하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스테이지의 일측 상단에는 상기 기판의 표면에 퍼지 가스를 제공하기 위한 가스 공급부가 구비되고,

상기 스테이지의 타측 상단에는 상기 기판의 표면으로부터 발생하는 파티클 및 퍼지가스를 외부로 배기시키기 위한 배기 가스부가 구비된 레이저 가공장치.
제 4 항에 있어서,

상기 스테이지의 일측 또는 타측에는 상기 기판과 상기 마스크의 정렬을 위한 모니터링부를 더 포함하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,

상기 헤드로부터 조사되는 레이저 빔의 길이는 상기 기판의 폭 이상인 레이저 가공장치.
제 5 항에 있어서,

상기 스테이지는 구동 리니어 모터 또는 에어 슬라이드에 의해 구동되는 레이저 가공장치.
제 7 항에 있어서,

상기 스테이지는 미세 구동 리니어 모터에 의해 미세 구동되는 레이저 가공장치.
제 3 항에 있어서,

상기 기판 이송부는 로봇암 또는 이송 밸트인 레이저 가공장치.
제 5 항에 있어서,

상기 모니터링부는 CCD 카메라 또는 레이저 간섭계를 포함하는 레이저 가공장치.
제 8 항에 있어서,

상기 스테이지는 외부에서 전달되어 오는 진동을 흡수하기 위한 제진대를 포함하는 레이저 가공장치.
제 6 항에 있어서,

상기 헤드는,

상기 레이저 빔을 출력하기 위한 레이저 발진기;

상기 레이저 빔의 세기를 조절하기 위한 어테뉴에이터;

상기 레이저 빔의 형태를 변형하기 위한 빔 형성기;

상기 레이저 빔의 세기를 균일화하기 위한 빔 균질기; 및

상기 레이저 빔의 형태 또는 초점을 제어하기 위한 광학계;

를 포함하는 레이저 가공장치.
제 12 항에 있어서,

상기 헤드는,

상기 레이저 발진기로부터 출력되는 상기 레이저 빔의 경로를 변환하기 위한 광섬유를 더 포함하는 레이저 가공장치.
제 12 항에 있어서,

상기 레이저 발진기, 상기 어테뉴에이터, 상기 빔 형성기, 상기 빔 균질기 및 상기 광학계는 동일한 수량으로 구비되며, 상기 레이저 발진기에 각각 대응되어 위치하는 레이저 가공장치.
제 13 항에 있어서,

상기 광섬유는 복수로 구비하되,

상기 어테뉴에이터, 상기 빔 형성기, 상기 빔 균질기 및 상기 광학계는 상기 광섬유와 동일한 수량으로 구비되며, 상기 광섬유에 각각 대응되어 위치하는 레이저 가공장치.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

상기 레이저 발진기는 다이오드 레이저, DPSS, KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저 또는 펨토 초 레이저인 레이저 가공장치.
제 16 항에 있어서,

상기 레이저 발진기는 200nm 내지 1560nm의 레이저 파장을 출력하는 레이저 가공장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

상기 광학계는 렌즈, 프리즘, 반사경, 다이클로익 미러 중 어느 하나 이상을 포함하는 레이저 가공장치.
제 17 항에 있어서,

상기 레이저 발진기는 발생하는 열을 냉각시키기 위한 칠러가 연결된 레이저 가공장치.
제 6 항에 있어서,

상기 레이저 빔은 수 mm 내지 수십 mm의 폭과 수백 mm 내지 수천 mm의 길이인 레이저 가공장치.
피처리막이 형성된 기판을 스테이지 상에 장착한 후 일축 방향으로 이송하는 제1단계; 및

상기 일축 방향과 수직방향으로 단면이 라인 형태의 레이저 빔을 조사하여 피처리막 패턴을 형성하는 제2단계;

를 포함하는 레이저 가공방법.
제 21 항에 있어서,

상기 제2단계는,

상기 기판을 일축 방향을 따라 이송시키는 단계;

상기 기판의 가공영역과 상기 마스크를 정렬하는 단계; 및

상기 가공영역의 상부에 상기 일축 방향과 수직방향으로의 단면이 라인 형태인 레이저 빔을 조사하여 피처리막 패턴을 형성하는 단계

를 포함하는 레이저 가공방법.
제 22 항에 있어서,

상기 기판의 가공영역과 상기 마스크를 정렬하는 단계는 얼라인 키를 이용하는 레이저 가공방법.
제 23 항에 있어서,

상기 정렬하는 단계는 상기 얼라인 키와 상기 스테이지의 일측 또는 타측에 형성된 모니터링부를 이용하는 레이저 가공방법.
제 22 항에 있어서,

상기 기판을 일축 방향을 따라 이송시키는 단계에 있어서, 이송 속도는 상기 피처리막 구성물질의 패터닝 속도에 따라 변경되는 레이저 가공방법.
비정질 실리콘층이 형성된 기판을 스테이지 상에 장착하는 제1단계; 및

상기 기판을 일축 방향을 따라 이송시키되, 상기 일축 방향과 수직방향으로 단면이 라인 형태의 레이저 빔을 조사하여 상기 기판을 열처리하는 제2단계;

를 포함하는 레이저 가공방법.
불순물 이온 영역이 형성된 기판을 스테이지 상에 장착하는 제1단계; 및

상기 기판을 일축 방향을 따라 이송시키되, 상기 일축 방향과 수직방향으로 단면이 라인 형태의 레이저 빔을 조사하여 상기 기판을 열처리하는 제2단계;

를 포함하는 레이저 가공방법.
제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,

상기 제2단계의 열처리를 위한 온도 제어는 상기 레이저 빔의 출력 에너지 또는 출력 시간을 제어하여 수행하는 레이저 가공방법.