KR20110010252A - 기판 이송이 에어 베어링을 통해 이루어지는 레이저 열처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 레이저 열처리 장치의 가장 큰 특징은, 반응챔버의 바닥면이 하나의 평면으로 이루어져 있으며, 기판이송수단이: 두 개가 평행하게 설치되는 가이드 레일; 가이드 레일에 양단이 걸쳐져서 가이드 레일을 따라 이동하며, 반응챔버의 바닥면을 따라 에어 베어링에 의해 활주하도록 설치되는 제1축 이송대; 제1축 이송대에 올려 놓여져서 제1축 이송대의 활주방향과 수직한 방향으로 제1축 이송대를 따라 에어 베어링을 통해서 활주하도록 설치되는 제2축 이송대; 제2축 이송대의 중앙 내부에 삽입되는 회전축 가이드; 및 회전축 가이드 상에 설치되는 기판지지대를 포함한다는 것이다. 본 발명에 따르면, 기판이송에 에어 베어링 스테이지를 사용하기 때문에 파티클의 발생없이 기판을 안정적으로 이송시킬 수 있어 레이저 열처리 후 기판 표면에 물결모양의 잔상이 생기는 것을 방지할 수 있다.
레이저 열처리, 기판 이송, 물결, 에어 베어링, LM 가이드
Description
본 발명은 레이저 열처리 장치에 관한 것으로서, 특히 레이저 열처리 챔버 내에서의 기판 이송이 에어 베어링(air bearing)을 통해서 이루어지는 레이저 열처리 장치에 관한 것이다.
액정디스플레이나 태양광소자 등을 제조함에 있어 비정질 다결정 실리콘을 결정화시키는 열처리가 대부분 수반된다. 이 때 융점이 낮은 유리기판을 사용할 경우 레이저를 이용하여 결정화시키는 것이 유리하다.
도 1은 종래의 레이저 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 반응챔버(10)의 상면에는 석영창(20)이 설치되며 석영창(20)의 위쪽에는 레이저 조사수단(40)이 설치된다. 레이저 조사수단(40)에서 출력되는 레이저(41)는 석영창(20)을 통과하여 반응챔버(10) 내의 기판(30)에 조사된다.
도 2는 도 1의 레이저빔(41)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저빔(41)은 라인형태로 조사되며 따라서 커튼 형태를 하게 된다. 기판(30)은 레이저빔(41)의 면에 대해서 수직한 방향으로 수평이동하여 기판(30)의 전면에 레이저빔(41)의 조사가 이루어진다.
종래에는 기판(30)의 이동이 LM 가이드를 통해서 이루어졌다. 도 3에 도시된 바와 같이 LM 가이드에서 제1축 이송대(52)는 LM 가이드 레일(51)을 따라 움직이고, 제2축 이송대 겸 기판 지지대(53)는 제1축 이송대(52)를 따라 움직인다. 따라서 기판(30)은 열처리 시에 제1축 방향 뿐만 아니라 제2 방향 및 수평회전운동을 통하여 적절한 위치에 자리잡게 된다. 여기서, 제1축 및 제2축은 2차원 평면을 구성하는 임의의 축으로서, 간단하게는 X축 및 Y축으로 표현할 수도 있다. 제1축 및 제2축에 대한 정의는 아래의 설명에서도 동일하게 적용된다.
그러나 상술한 종래의 레이저 열처리 장치는 LM 가이드를 통해서 기판(30)의 이송이 이루어지기 때문에 기구적인 접촉을 피할 수 없어 레이저 열처리 공정에서 불량을 유발할 수 있는 파티클이 발생하여 문제이다. 또한 기판(30)의 이송이 안정적이지 못하여 비정질 실리콘을 레이저 열처리 할 경우에 열처리 결과물에 잔물결(ripple)이 형성되는 문제가 발생한다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기판의 이송이 파티클의 발생없이 안정적으로 이루어지도록 함으로써 레이저 열처리 결과물에 잔물결이 형성되는 것을 방지할 수 있는 레이저 열처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 열처리장치는, 기판이 내부에 장착되며 윗면에 석영창이 설치되는 반응챔버와, 상기 석영창의 위쪽에 위치하도록 상기 반응챔버의 외부에 설치되며 상기 기판에 레이저빔을 조사하는 레이저 조사수단과, 상기 기판을 이송시키도록 상기 반응챔버의 바닥면 위에 설치되는 기판이송수단을 포함하는 것으로서, 상기 반응챔버의 바닥면이 하나의 평면으로 이루어져 있으며, 상기 기판이송수단이: 두 개가 평행하게 설치되는 가이드 레일; 상기 가이드 레일에 양단이 걸쳐져서 상기 가이드 레일을 따라 이동하며, 상기 반응챔버의 바닥면을 따라 에어 베어링에 의해 활주하도록 설치되는 제1축 이송대; 상기 제1축 이송대에 올려 놓여져서 상기 제1축 이송대의 활주방향과 수직한 방향으로 상기 제1축 이송대와 바닥면을 따라 에어 베어링을 통해서 활주하도록 설치되는 제2축 이송대; 상기 제2축 이송대의 중앙 내부에 삽입되는 회전축 가이드; 및 상기 회전축 가이드 상에 설치되는 기판지지대를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 레이저빔은 상기 기판에 대해 수평한 라인형태로 조사되어 전체적으로 커튼형태를 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반응챔버는 기체 유입구 및 유출구를 가지며, 상기 반응챔버에는 압력게이지가 설치되고, 상기 기체 유입구 및 유출구 중의 어느 하나에는 압력조절밸브가 설치되며, 상기 압력게이지와 압력조절밸브 사이에는 상기 압력게이지에 서 측정되는 압력을 바탕으로 상기 반응챔버의 압력을 제어하도록 상기 압력조절밸브를 제어하는 컨트롤러가 설치되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 제2축 이송대가 상기 제1축 이송대를 오목하게 감싸도록 설치되어 상기 기판이송수단의 전체적인 높이를 감소시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에어 베어링에는 열처리 시에 상기 반응챔버에 공급되는 기체와 동일한 기체가 사용되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 반응챔버의 챔버벽은 외기의 유입을 차단하기 위해 하나의 본체로 제작되는 것이 좋은데, 그렇지 못 할 경우, 각 면을 별도로 가공하고 오링을 삽입한 조립 및 용접으로 반응챔버의 챔버벽이 제작되어도 좋다.
본 발명에 의하면, 기판이송에 에어 베어링 스테이지를 사용하기 때문에 비접촉으로 이동하여 마찰에 의한 파티클 및 진동 발생 없이 기판을 안정적으로 이송시킬 수 있어 레이저 열처리 후 기판 표면에 물결모양의 잔상이 생기는 것을 방지할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형 이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 열처리장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1축 이송대(152)는 두 개가 평행하게 설치된 가이드 레일(151)을 활주하고, 제2축 이송대(153)는 제1축 이송대(152)를 활주하도록 설치된다. 이 때 제1축 이송대(152)와 제2축 이송대(153)의 활주는 하나의 평면으로 구성된 바닥면(155)과 각 축의 가이드면을 따라 이동하는 에어 베어링을 통해서 이루어진다. 제2축 이송대(153)의 중앙 내부에는 회전축 가이드(미도시)가 삽입되어 있으며, 그 회전축 가이드 상에 기판지지대(154)가 설치되어 있다. 제1축 이송대(152)와 제2축 이송대(153)는 에어 베어링이 작용하는 상태에서 리니어 모터(linear motor)에 의해 움직이며, 회전축 가이드는 에어 베어링 방식이 아닌 크로스 롤러 가이드 방식으로 R 방향 동작, 즉 기판의 회전 동작을 하게 해준다. 제1축 이송대(152)는 도 2에서 레이저빔(41)의 커튼면을 관통하는 방향으로 활주한다. 이와 같이 본 발명은 에어 베어링 스테이지를 통하여 기판(30)을 이송하는 것을 특징으로 한다.
한편, 레이저 열처리는 통상 대기압보다 약간 높은 압력에서 진행되는 것이 일반적인데, 에어 베어링 스테이지를 사용하여 기판(30)을 이송하게 되면 원하는 압력으로 세팅되어 있던 챔버(10) 내의 압력이 변할 수 있게 된다. 이러한 현상을 염려하여 도 5에 도시된 바와 같이 챔버(10)에는 압력게이지(10c)를 설치하고, 챔버(10)의 기체 유입구(10a) 및 유출구(10b) 중 적어도 어느 한 곳, 예컨대 유출구(10b)에는 압력조절밸브(10d)를 설치하여 이들 사이의 컨트롤러(10e)를 통하여 챔버(10) 내의 압력이 일정하게 유지되도록 제어한다.
본 발명에서 사용되는 에어 베어링에서 실제로 분사되는 가스는 산소와 질소의 혼합기체인 일반 공기보다는 비활성 기체인 질소인 것이 바람직한데, 그 이유는 레이저 열처리 공정에서 챔버(10)에 공급되는 가스와 동일한 가스, 예컨대 질소 가스를 에어 베어링 스테이지의 사용가스로 채택하는 것이 챔버(10)의 내부압력조절 및 열처리 공정의 신뢰성을 위해서 바람직하기 때문이다.
한편, 본 발명의 반응챔버(10)의 챔버벽은 외기의 유입을 차단하기 위해 하나의 본체로 제작되는 것이 바람직한데, 그렇지 못할 경우에는 각 면을 별도로 가공하고 오링을 삽입한 조립 및 용접으로 제작되어도 좋다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치의 기판이송부만을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 6의 (a)는 평면도, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 G-G' 선에 따른 단면도를, 각각 나타낸 것이다. 도 6의 (b)는 도 4의 레이저 열처리장치의 F-F'선에 따른 단면을 화살표 D의 방향에서 본 상태를 나타낸 도면이기도 하다. 도 6을 참조하면, 제2축 이송대(153)가 상기 제1축 이송대(152)를 오목하게 감싸도록 설치되어 기판이송부의 전체적인 높이를 낮추고 있음을 알 수 있다. 또한, 제2축 이송대(153)의 중앙 내부에도 회전축 가이드(157)가 삽입되는 형태로 설치되어 있어서, 이러한 형태도 기판이송부의 전체적인 높이를 낮추는 데 기여하고 있다. 이러한 구조를 택한 이유는 제2축 이송대(153)가 제1축 이송대(152) 상에, 회전축 가이드(157)가 제2축 이송대(153) 상에 각각 그대로 적층될 경우, 기판이송부의 전체적인 높이가 높아져서 많은 공간을 차지할 뿐만 아니라 기판 이송의 안정성도 떨 어지는 것을 보완하기 위함이다.
종래와 같이 LM 가이드를 사용하는 경우에는 기판(30)이 약간의 진동 등을 수반하여 안정적이지 못한 이동을 하게 된다. 이 때 레이저 열처리는 도 2에 도시된 바와 같이 레이저빔(41)이 기판(30)에 국부적으로 조사되는 과정에서 기판(30)이 이동되면서 이루어지기 때문에 열처리가 불균일하게 이루어져 기판(30)의 표면에 물결모양(ripple)의 잔상이 생기게 된다. 이는 일반 열처리와 달리 레이저 열처리를 행할 때의 특유의 현상이다.
그러나 본 발명에서와 같이 에어 베어링 스테이지를 사용하면, 기판이 동요없이 안정적으로 이동되어 레이저 열처리 후 기판 표면에 물결모양의 잔상이 생기는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 레이저 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도;
도 2는 도 1의 레이저빔(41)을 설명하기 위한 도면;
도 3은 종래의 기판이송수단을 설명하기 위한 도면;
도 4는 본 발명에 따른 레이저 열처리장치를 설명하기 위한 도면;
도 5는 본 발명에 따른 레이저 열처리장치의 압력제어를 설명하기 위한 도면; 및
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 열처리 장치의 기판이송부만을 개략적으로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>
10: 반응챔버 10a: 기체 유입구
10b: 기체 유출구 10c: 압력게이지
10d: 압력조절밸브 10e: 컨트롤러
20: 석영창 30: 기판
40: 레이저 조사수단 41: 레이저빔
51: LM 가이드 레일 52, 152: 제1축 이송대
53, 153: 제2축 이송대 151: 가이드 레일
154: 기판 지지대 155: 챔버 바닥면
157: 회전축 가이드
Claims (7)
- 기판이 내부에 장착되며 윗면에 석영창이 설치되는 반응챔버와, 상기 석영창의 위쪽에 위치하도록 상기 반응챔버의 외부에 설치되며 상기 기판에 레이저빔을 조사하는 레이저 조사수단과, 상기 기판을 이송시키도록 상기 반응챔버의 바닥면 위에 설치되는 기판이송수단을 포함하는 레이저 열처리 장치에 있어서,상기 반응챔버의 바닥면이 하나의 평면으로 이루어져 있으며,상기 기판이송수단이:두 개가 평행하게 설치되는 가이드 레일;상기 가이드 레일에 양단이 걸쳐져서 상기 가이드 레일을 따라 이동하며, 상기 반응챔버의 바닥면을 따라 에어 베어링에 의해 활주하도록 설치되는 제1축 이송대;상기 제1축 이송대에 올려 놓여져서 상기 제1축 이송대의 활주방향과 수직한 방향으로 상기 제1축 이송대와 바닥면을 따라 에어 베어링을 통해서 활주하도록 설치되는 제2축 이송대;상기 제2축 이송대의 중앙 내부에 삽입되는 회전축 가이드; 및상기 회전축 가이드 상에 설치되는 기판지지대;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 레이저빔이 상기 기판에 대해 수평한 라인형태로 조사되어 전체적으로 커튼형태를 하는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 반응챔버는 기체 유입구 및 유출구를 가지며, 상기 반응챔버에는 압력게이지가 설치되고, 상기 기체 유입구 및 유출구 중의 어느 하나에는 압력조절밸브가 설치되며, 상기 압력게이지와 압력조절밸브 사이에는 상기 압력게이지에서 측정되는 압력을 바탕으로 상기 반응챔버의 압력을 제어하도록 상기 압력조절밸브를 제어하는 컨트롤러가 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 챔버.
- 제1항에 있어서, 상기 제2축 이송대가 상기 제1축 이송대를 오목하게 감싸도록 설치되어 상기 기판이송수단의 전체적인 높이를 감소시킨 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 챔버.
- 제1항에 있어서, 상기 에어 베어링에는 열처리시에 상기 반응챔버에 공급되는 기체와 동일한 기체가 사용되는 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 반응챔버의 챔버벽이 외기의 유입을 차단하기 위해 하나의 본체로 제작된 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 반응챔버의 챔버벽이, 각 면을 별도로 가공하고 오링을 삽입한 조립 및 용접으로 제작된 것을 특징으로 하는 레이저 열처리 장치.
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