KR20110071591A - Laser processing apparatus which can control size of laser beam - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 여기 화학기상증착 또는 레이저를 이용한 다결정실리콘 등의 어닐링 등을 할 때 사용되는 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 특히 이 때 조사되는 레이저 빔의 길이 조절이 가능한 레이저 가공장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus used when performing laser excitation chemical vapor deposition or annealing of polycrystalline silicon or the like using a laser, and more particularly, to a laser processing apparatus capable of adjusting the length of a laser beam irradiated at this time.
반도체, FPD, 및 태양광 소자 등을 제조할 때에 고온에서 박막을 증착하면 열화학반응에 의해 반응로가 오염되거나 원하지 않는 화합물 생성되는 등 많은 문제가 발생한다. 따라서 낮은 온도에서 박막을 증착하기 위하여 레이저 여기 플라즈마 화학기상증착 등이 사용되고 있다. In manufacturing semiconductors, FPDs, photovoltaic devices, and the like, deposition of thin films at high temperatures causes many problems, such as contamination of reactors or generation of unwanted compounds. Therefore, laser-excited plasma chemical vapor deposition is used to deposit thin films at low temperatures.
한편, 기판이 대형화됨에 따라 박막 증착 후 어닐링(annealing)을 할 때 균일성을 확보하기 힘들어 여러 가지 대안들이 제시되고 있으며 그 중에 하나가 레이저를 이용한 어닐링 방법이다. On the other hand, as the substrate becomes larger, it is difficult to secure uniformity when annealing (annealing) after thin film deposition, and various alternatives have been proposed, and one of them is an annealing method using a laser.
도 1은 종래의 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하 면, 반응챔버(10)에는 반응가스 유출입구(11a, 11b)가 마련되며 상단에는 석영창(20)이 설치된다. 석영창(20)의 위쪽에는 레이저 조사장치(40)가 설치되며, 레이저 조사장치(40)에서 조사되는 레이저 빔은 석영창(20)을 통과하여 반응챔버(10) 내의 기판(30)에 도달한다. 1 is a view for explaining a conventional laser processing apparatus. Referring to Figure 1, the
도 2는 도 1의 레이저 조사장치(40)에서 조사되는 레이저빔(41)의 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이 레이저빔(41)은 라인형태로 기판(30)에 조사된다. 기판(30)은 레이저빔(41)의 라인에 대해서 수직한 방향(화살표 방향)으로 수평이동함으로써 기판(30)의 전면에 레이저빔(41)의 조사가 이루어진다. 도 2의 (a)는 기판을 위에서 내려다 본 상태를 나타낸 도면이며, 도 2의 (b)는 기판의 사시도이다.2 is a view for explaining the form of the
그러나 도 3에 도시된 바와 같이 기판(30)은 소자가 집적되는 소자영역(32)과 소자가 형성되지 않는 주변부(31)를 포함하기 때문에 주변부(31)에는 레이저빔(41)이 조사되지 않도록 할 필요가 있고, 또한 레이저빔(41)의 에지(edge) 부분에서는 회절현상이 일어날 수 있기 때문에 공정 중에 이를 고려할 필요가 있다. 따라서 레이저빔(41)의 라인 길이를 제어할 필요가 있음에도 종래에는 레이저빔(41)의 그 길이를 조절할 수 없어 문제였다. However, as shown in FIG. 3, since the
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 레이저 가공의 효율을 높이기 위 해서 레이저 빔의 라인 길이를 제어할 수 있는 레이저 가공장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of controlling the line length of a laser beam in order to increase the efficiency of laser processing.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일예에 따른 레이저 가공장치는, 기판이 내부에 장착되며 윗면에 석영창이 설치되는 반응챔버; 상기 석영창의 위쪽에 위치하도록 상기 반응챔버의 외부에 설치되며 라인형태의 레이저빔을 상기 기판에 조사하는 레이저 조사장치; 및 상기 레이저 조사장치와 상기 석영창 사이에 위치하도록 설치되며 상기 레이저빔의 라인 측단쪽을 차단하면서 상기 레이저빔의 라인 길이 방향으로 수평이동 가능하도록 상기 레이저빔의 양측단 중의 적어도 어느 한쪽에 설치되는 빔차단수단;을 구비하는 것을 특징으로 한다. Laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the reaction chamber is mounted on the substrate and the quartz window is installed on the upper surface; A laser irradiation device installed outside the reaction chamber so as to be positioned above the quartz window and irradiating the substrate with a line-shaped laser beam; And installed at at least one of both side ends of the laser beam so as to be positioned between the laser irradiation device and the quartz window so as to horizontally move in a line length direction of the laser beam while blocking a line side end of the laser beam. Beam blocking means; characterized in that it comprises a.
상기 빔차단수단의 위쪽 공간에 피드백 수단 또는 빔에너지를 소멸시키는 흡수 수단이 더 설치되고, 상기 빔차단수단은 상기 레이저빔의 조사방향에 대해 비스듬하게 설치되며, 상기 피드백 수단은 상기 빔차단수단에 의해 반사되어 오는 레이저빔을 입력받아 그 강도를 측정하도록 수광소자를 포함하여 상기 수광소자에서 측정된 빔 강도를 상기 레이저 조사장치로 피드백시킴으로써 상기 레이저 조사장치에서 출력되는 레이저빔의 강도를 제어하는 것이 바람직하다. A feedback means or an absorbing means for dissipating beam energy is further provided in a space above the beam blocking means, the beam blocking means is installed obliquely with respect to the irradiation direction of the laser beam, and the feedback means is provided in the beam blocking means. Controlling the intensity of the laser beam output from the laser irradiation apparatus by feeding back the beam intensity measured by the light receiving element, including the light receiving element, to the laser irradiation apparatus so as to receive the laser beam reflected by the laser beam and measure the intensity thereof. desirable.
이 때, 상기 수광소자는 상기 피드백 수단의 밑면 소정부위에 설치될 수 있으며, 이 경우 상기 수광소자가 설치되지 않은 상기 피드백 수단의 밑면 나머지 부분에는 빔흡수수단이 설치되는 것이 바람직하다. 상기 빔흡수수단은 상기 피드백 수단의 밑면을 널링(knurling) 가공함으로써 이루어질 수 있다. In this case, the light receiving element may be installed at a predetermined portion of the bottom surface of the feedback means, and in this case, it is preferable that the beam absorbing means is installed at the remaining bottom portion of the feedback means in which the light receiving element is not installed. The beam absorbing means may be achieved by knurling a bottom surface of the feedback means.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 레이저 가공장치는, 라인형태의 레이저 빔을 기판에 조사하는 레이저 조사장치; 상기 기판이 올려 놓여지며 상기 레이저 빔의 라인에 대해 수직한 방향으로 수평이동하게 설치되는 기판 지지대; 상기 레이저 조사장치와 상기 기판지지대 사이에 위치하여 상기 레이저 빔의 라인 양측단을 차단하면서 상기 레이저 빔의 라인 길이 방향으로 수평이동 가능하게 상기 레이저빔의 양측단에 서로 대향하도록 설치되는 제1빔차단수단 및 제2빔차단수단; 상기 제1빔차단수단 및 제2빔차단수단의 이동을 제어하는 빔 차단제어수단; 을 구비하되, Laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is a laser irradiation device for irradiating a line-type laser beam to the substrate; A substrate support on which the substrate is placed and installed horizontally in a direction perpendicular to the line of the laser beam; A first beam blocker disposed between the laser irradiation device and the substrate support to be opposed to each other at both ends of the laser beam so as to horizontally move in a line length direction of the laser beam while blocking both ends of the line of the laser beam; Means and second beam blocking means; Beam blocking control means for controlling movement of the first beam blocking means and the second beam blocking means; Provided with
상기 기판은 상기 기판지지대의 이동방향에 대해서 θ° 만큼 회전되어 놓여지고, The substrate is placed rotated by θ ° with respect to the moving direction of the substrate support,
상기 제1빔차단수단은 상기 기판 지지대가 이동할 때에 상기 기판 지지대의 이동방향에 나란하면서 상기 기판 상에 위치하는 기준선 상에 위치하도록 상기 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어되고, The movement of the first beam blocking means is controlled by the beam blocking control means so as to be positioned on a reference line positioned on the substrate while being parallel to the moving direction of the substrate support when the substrate support moves.
상기 제2빔차단수단은 상기 기판 지지대가 이동할 때에 상기 기판의 변 상에 위치하도록 상기 빔차단 제어수단에 의해서 그 이동이 제어되는 것을 특징으로 한다. The second beam blocking means is characterized in that the movement is controlled by the beam blocking control means to be located on the side of the substrate when the substrate support is moved.
상기 제1빔차단수단은 상기 기판 지지대가 이동할 때에 상기 기판 지지대의 이동방향에 나란하면서 상기 기판 상에 위치하는 기준선 상에 위치하다가 상기 기준선이 끝나는 지점에서는 상기 기판의 변 상에 위치하도록 상기 빔차단 제어수단 에 의해서 그 이동이 제어될 수 있다. The first beam blocking means is positioned on a reference line positioned on the substrate while being parallel to the moving direction of the substrate support when the substrate support moves, and the beam blocking means is located on the side of the substrate at the point where the reference line ends. The movement can be controlled by the control means.
상기 빔차단 제어수단은, 상기 기판 지지대의 이동속도, 상기 기판의 가로 및 세로길이, 상기 기준선과 상기 기판이 이루는 각도, 및 레이저 가공의 시작점의 위치를 입력받아 상기 제1빔차단수단과 제2빔차단수단의 이동을 제어한다.The beam blocking control means receives the first beam blocking means and the second beam by receiving the moving speed of the substrate support, the horizontal and vertical lengths of the substrate, the angle between the reference line and the substrate, and the position of the start point of laser processing. The movement of the beam blocking means is controlled.
본 발명의 일예에 의하면, 기판에 입사되는 레이저빔의 길이 조절이 가능하며, 또한 레이저빔의 강도를 공정진행 중에도 실시간적으로 제어할 수 있게 된다. According to one embodiment of the present invention, the length of the laser beam incident on the substrate can be adjusted, and the intensity of the laser beam can be controlled in real time during the process.
본 발명의 다른 예에 의하면, 기판을 회전하여 이동시켜야 할 경우에, 기판의 일부분만을 선택적으로 열처리할 수 있게 된다. 이는 (ⅰ) 기판)이 대형화 되면서 레이저 빔의 라인 길이가 기판의 폭에 미치지 못하는 경우, (ⅱ) 기판을 한꺼번에 레이저 가공할 경우 레이저의 강도 불균일에 의해서 기판의 상당부분의 품질이 보장받지 못하는 경우, (ⅲ) 기판을 회전하여 이동시키는 것이 기판에 형성된 패턴에 더 효율적으로 균일한 레이저 가공이 담보되는 경우 등에 있어서 유용하게 활용될 수 있다. According to another example of the present invention, when a substrate is to be rotated and moved, only a part of the substrate can be selectively heat treated. This is because when (i) the substrate is enlarged and the line length of the laser beam does not reach the width of the substrate, (ii) when the substrate is laser processed at the same time, the quality of a large part of the substrate is not guaranteed due to the uneven intensity of the laser. (I) Rotating and moving the substrate can be usefully used in the case where uniform laser processing is ensured more efficiently on the pattern formed on the substrate.
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. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples are only presented to understand the content of the present invention, and those skilled in the art will be capable of many modifications within the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to these embodiments.
[실시예1]Example 1
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 부분 정단면도이고, 도 5는 도 4의 A-A'선에 따른 부분 단면을 나타낸 사시도이다. 그리고 도 6은 빔차단수단(50)의 움직임을 설명하기 위한 평면 개략도이다. 4 is a partial front sectional view for explaining the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, Figure 5 is a perspective view showing a partial cross-section along the line AA 'of FIG. 6 is a plan view schematically illustrating the movement of the beam blocking means 50.
도 4 및 도 5를 참조하면, 레이저 조사장치(40)와 석영창(20) 사이에 빔차단수단(50)이 설치되며, 도 6에 도시된 바와 같이 빔차단수단(50)은 라인형태의 레이저빔(41)의 양단을 차단하면서 레이저빔(41) 라인의 길이 방향으로 수평이동 가능하도록 레이저빔(41)의 양단쪽에 각각 설치된다. 따라서 빔차단수단(50)의 수평이동에 따라 기판(30)에 조사되는 레이저빔(41)의 유효 라인 길이가 결정된다.4 and 5, the beam blocking means 50 is installed between the
빔차단수단(50)은 레이저빔(41)의 차단 뿐만 아니라 위쪽으로의 반사를 위하여, 레이저빔(41)의 조사방향에 대해 비스듬하게 설치된다. 도 4 및 도 5에서는 도시의 명확화를 위해, 양단쪽에 설치된 빔차단수단(50) 중의 하나만을 도시하였다.The beam blocking means 50 is provided obliquely with respect to the irradiation direction of the
빔차단수단(50)에 의해 반사되는 레이저빔(41)은 피드백 수단(60)의 밑면에 설치되는 수광소자(61)에 입사된다. 도 7은 피드백 수단(60)의 밑면을 설명하기 위한 저면도이다. 피드백 수단(60)은 수광소자(61)를 통하여 입력받은 레이저빔의 강도를 측정하여 레이저 조사장치(40)로 피드백 시킴으로써 레이저 조사장치(40)에서 출력되는 레이저빔의 강도를 제어한다. The
레이저빔(41)이 피드백 수단(60)에 의해 다시 반사되어 기판(30) 쪽으로 입 사되어 공정에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 수광소자(61)의 주위에는 빔흡수수단(62)이 설치된다. 빔흡수수단(62)은 수광소자(61)의 주위를 널링(knurling) 가공함으로써 구현할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 의하면 기판(30)에 입사되는 레이저빔(41)의 라인 길이 조절이 가능하며, 또한 레이저빔(41)의 강도를 실시간적으로 입력받아 이를 레이저빔 조사장치(40)로 피드백시킴으로써 레이저빔(41)의 강도를 공정진행 중에도 실시간적으로 제어할 수 있게 된다. According to the first embodiment of the present invention, the line length of the
[실시예2]Example 2
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서와 같이 공정대상물인 기판(30)을 기판(30)의 이동방향에 대해서 반듯하게 놓지 않고 경우에 따라서는 도 8에서와 같이 기판(30)의 이동방향에 나란한 기준선(70)에 대해서 기판(30)을 θ° 만큼 회전하여 레이저 가공을 해야 할 필요가 있다. 또한 기판(30)의 전체가 아니라 일부분을 선택적으로 레이저 가공해야 할 필요가 있다. 도 8은 바로 이러한 경우에 빔차단수단(51, 52)의 이동제어를 설명하기 위한 것이다. 8 is a view for explaining a laser processing apparatus according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
빔차단수단(51, 52)은 레이저 조사장치(40)와 석영창(20) 사이에 위치하되, 레이저빔(41)의 라인 양측단을 차단하면서 레이저빔(41)의 라인 길이 방향으로 수평이동 가능하도록 레이저빔(41)의 양측단에 각각 설치된다. Beam blocking means (51, 52) is located between the
빔차단수단(51, 52)이 레이저빔(41)의 라인 길이 방향으로 수평이동되는 것은 빔차단 제어수단(80)의 제어를 통해서 이루어진다. The horizontal movement of the beam blocking means 51 and 52 in the line length direction of the
제1빔차단수단(51)은 기판(30)이 이동할 때 기판(30)의 이동방향에 나란하면서 기판(30) 상에 위치하는 기준선(70) 상에 위치하다가 기준선(70)이 끝나는 지점(A)에서는 기판(30)의 변을 따라 이동한다. 그리고 제2빔차단수단(52)은 기판(30)이 이동할 때 기판(30)의 변을 따라 이동한다.The first beam blocking means 51 is positioned on the
제1빔차단수단(51)과 제2빔차단수단(52)은 향상 대향하도록 위치하며 그 간격의 변화속도는 기판(30)의 이동속도(V), 기판(30)의 가로길이(L1) 및 세로길이(L2), 기판(30)의 이동방향에 나란하면서 기판(30) 상에 위치하는 기준선(70)과 기판(30) 사이의 각도(θ°), 및 시작점의 위치(S)에 따라 결정된다. The first beam blocking means 51 and the second beam blocking means 52 are positioned so as to face the improvement, and the change rate of the gap is a moving speed V of the
빔차단 제어수단(80)은 사전에 미리 상기와 같은 인자를 사용자로부터 입력받아 제1빔차단수단(51)과 제2빔차단수단(52)의 간격 변화속도를 연산하여 결정한 후, 레이저 가공 공정 시에 이러한 연산결과를 토대로 제1빔차단수단(51)과 제2빔차단수단(52)의 움직임 궤적을 제어한다. The beam
상기에서는 기판(30)을 기준으로 설명을 하였지만, 기판(30)이 올려 놓여지는 기판 지지대를 기준으로 빔차단수단(51, 52)이 제어되어도 무방하다. 물론, 이경우에는 기판 지지대와 기판(30) 사이의 차이에 의한 보정이 필요할 것이다. Although the above description has been made with reference to the
상술한 바와 같이 제2실시예에 의하면, 기판(30)을 회전하여 이동시켜야 할 경우에, 기판(30)의 일부분만을 선택적으로 열처리할 수 있게 된다.As described above, according to the second embodiment, when the
상술한 제2실시예는, (ⅰ) 기판(30)이 대형화 되면서 레이저 빔(41)의 라인 길이가 기판(30)의 폭에 미치지 못하는 경우, (ⅱ) 기판(30)을 한꺼번에 레이저 가공할 경우 레이저(41)의 강도 불균일에 의해서 기판(30)의 상당부분의 품질이 보장 받지 못하는 경우, (ⅲ) 기판(30)을 회전하여 이동시키는 것이 기판(30)에 형성된 패턴에 더 효율적으로 균일한 레이저 가공이 담보되는 경우 등에 있어서 유용하게 활용될 수 있다.In the above-described second embodiment, when (i) the
도 1은 종래의 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면;1 is a view for explaining a conventional laser processing apparatus;
도 2는 도 1의 레이저빔(41)의 형태를 설명하기 위한 도면;2 is a view for explaining the shape of the
도 3은 종래의 레이저 가공장치의 문제점을 설명하기 위한 도면;3 is a view for explaining a problem of the conventional laser processing apparatus;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 부분 정단면도;4 is a partial front cross-sectional view for explaining the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention;
도 5는 도 4의 A-A'선에 따른 부분 단면을 나타낸 사시도;FIG. 5 is a perspective view showing a partial cross section taken along line AA ′ of FIG. 4; FIG.
도 6은 도 5의 빔차단수단(50)의 움직임을 설명하기 위한 평면 개략도;6 is a schematic plan view for explaining the movement of the beam blocking means 50 of FIG.
도 7은 도 5의 피드백 수단(60)을 설명하기 위한 도면;FIG. 7 is a view for explaining the feedback means 60 of FIG. 5;
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 레이저 가공장치를 설명하기 위한 도면이다. 8 is a view for explaining a laser processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명><Description of reference numbers for the main parts of the drawings>
10: 반응챔버 11a, 11b: 반응가스 유출입구10:
20: 석영창 30: 기판20: quartz window 30: substrate
31: 주변부 32: 소자영역31: Peripheral 32: Device Area
40: 레이저 조사장치 41: 레이저빔40: laser irradiation device 41: laser beam
50, 51, 52: 빔차단수단 60: 피드백 수단50, 51, 52: beam blocking means 60: feedback means
61: 수광소자 62: 빔흡수수단61: light receiving element 62: beam absorbing means
70: 기준선 80: 빔차단 제어수단70: reference line 80: beam blocking control means
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