KR20140128741A - 결정화 얼룩 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

결정화 얼룩 검출 장치에 관한 기술이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 결정화된 기판이 탑재되는 지지부, 상기 기판에 소정 영역의 파장으로 편광(polarized)된 광원을 조사하는 광원부 및 상기 광원이 조사된 영역으로부터 결정화 얼룩을 검출하는 검출부를 포함하는, 결정화 얼룩 검출 장치가 제공된다.

Description

결정화 얼룩 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING CRYSTALLIZING STAIN}
본 발명은 결정화 얼룩 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로 비정질 실리콘(a-Si)은 전하 운반체인 전자의 이동도 및 개구 율이 낮고 CMOS 공정에 부합되지 못하는 단점이 있다. 반면에, 다결정 실리콘(Poly-Si) 박막 소자는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si TFT)에서는 불가능하였던 영상신호를 화소에 기입하는데 필요한 구동 회로를 화소 TFT-array와 같이 기판상에 구성하는 것이 가능하다. 따라서, 다결정 실리콘 박막 소자에서는 다수의 단자와 드라이버 IC와의 접속이 불필요하게 되므로, 생산성과 신뢰성을 높이고 패널의 두께를 줄일 수 있다.
이러한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조하는 방법으로는 고온 조건에서 제조하는 방법과 저온 조건에서 제조하는 기술이 있는데, 고온 조건에서 형성하기 위해서는 기판으로 석영 등의 고가의 재질을 사용하여야 하므로, 대면적화에 적당하지 않다. 따라서, 저온 조건에서 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘으로 대량으로 제조하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 저온의 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로는 고상 결정화법(SPC, Solid Phase Crystallization), 금속유도 결정화법(MIC, Metal Induced Crystallization), 금속유도측면 결정화법(MILCM, Metal Induced Lateral Crystallization), 엑시머 레이저 열처리법(ELA, Excimer Laser Annealing) 등이 있다.
한편, 상기의 엑시머 레이저 열처리법과 같은 레이저 결정화 장치는 엑시머 레이저 등으로서 대상 박막을 결정화시키는 장치이다.
이 때, 레이저 결정화 장치는 단면적이 한정되어 있기 때문에 대형 표시 장치의 결정화에 적용 시, 다수의 결정화 얼룩을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 광 특성을 기반으로 하여 다양한 종류의 결정화 얼룩을 검출할 수 있되, 그 검출력 또한 증대시킬 수 있는 결정화 얼룩 검출 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 결정화된 기판이 탑재되는 지지부, 상기 기판에 소정 영역의 파장으로 편광(polarized)된 광원을 조사하는 광원부 및 상기 광원이 조사된 영역으로부터 결정화 얼룩을 검출하는 검출부를 포함하는, 결정화 얼룩 검출 장치가 제공된다.
이 때, 상기 소정 영역은 S편파(S-polarization)와 P편파(P-polarization)의 유의차가 존재할 때의 구간일 수 있다.
또한, 상기 파장은 450±15nm, 515±15nm 또는 730±15nm 일 수 있다.
또한, 상기 기판과 상기 광원부의 각도는 40 내지 60도일 수 있다.
또한, 상기 기판과 상기 검출부의 각도는 40 내지 70도일 수 있다.
또한, 상기 광원은 LED 광원일 수 있다.
또한, 상기 광원부에는 상기 LED 광원의 각 파장에서의 편광 정도를 조절하기 위한 편광판 및 파장판(λ/2) 중 적어도 하나가 설치될 수 있다.
또한, 상기 LED 광원은 하나 이상으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 광원은 레이저일 수 있다.
또한, 상기 레이저는 이중 빔(dual beam)으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 광원부는 OPA(Optical Parametric Amplifier), OPO(Optical Parametric Oscillator) 및 OPG(Optical Parametric Generation)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 광원부는 단파장의 레이저를 하나 이상 결합하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 얼룩 검출 장치는 다양한 종류의 결정화 얼룩을 검출 가능하며, 그 검출력 또한 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 얼룩 검출 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 입사된 광원의 편광에 따른 투과율 차이를 파장에 따라 나타낸 실험치 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 S편광의 각 파장에 따른 반사, 투과, 산란 스펙트럼을 나타낸 이론치 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 P편광의 각 파장에 따른 반사, 투과, 산란 스펙트럼을 나타낸 이론치 그래프이다.
도 5는 도 3과 도 4의 투과 스펙트럼 차이를 나타낸 이론치 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 광원부의 일실시예를 나타낸 구성도이다.
도 7은 도 6의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 광원부의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 광원부의 다른 실시예를 나타낸 상세 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
그러면 도 1을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 얼룩 검출 장치에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 얼룩 검출 장치의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에서 입사된 광원의 편광에 따른 투과율 차이를 파장에 따라 나타낸 실험치 그래프이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에서 S편광의 각 파장에 따른 반사, 투과, 산란 스펙트럼을 나타낸 이론치 그래프이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에서 P편광의 각 파장에 따른 반사, 투과, 산란 스펙트럼을 나타낸 이론치 그래프이다. 도 5는 도 3과 도 4의 투과 스펙트럼 차이를 나타낸 이론치 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 얼룩 검출 장치는 다양한 형태의 결정화 얼룩을 검출할 수 있도록 하되, 그 정합성을 보다 향상시킬 수 있도록 안출되었다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 얼룩 검출 장치는 지지부(1), 광원부(2) 및 검출부(3)을 포함할 수 있다.
먼저, 지지부(1)는 결정화가 수행된 기판(10)을 지지하는 구성요소이다.
지지부(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 사각형의 단면을 갖는 프레임으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
지지부(1)에 탑재된 기판(10)의 상부에는 기판(10)에 광원을 조사하도록 광원부(2)가 설치된다.
광원부(2)는 후술되는 검출부(3)가 기판(10)의 표면으로부터 결함을 검출함에 있어 검출력을 향상시키는 위한 구성 요소이다.
본 발명의 일실시예에서 광원부(2)는, 소정 영역의 파장으로 편광(polarized)된 광원을 조사하도록 한다.
이는, 편광된 광원을 이용하게 되면 특정 편광에서 측정 감도가 증가하게 되어 전반적으로 검출력이 향상되는 것에 기인한 것이다.
보다 상세하게, 도 2를 참조하면, 입사된 광원의 편광에 따른 투과율 차이를 파장에 따라 나타낸 실험치 그래프가 도시되었다.
실험은 표면 구조가 상이한 각 시료 A~G에 각 파장으로 편광된 광원을 조사하여 투과율을 측정한 것이다.
이 때, 그래프의 세로축은 Ts­Tp 값으로서, Ts는 편광된 광원이 시료 표면과 평행하게 입사되었을 때의 투과율이고, Tp는 편광된 광원이 시료 표면에 수직하게 입사되었을 때의 투과율이다.
여기에서, Ts­Tp 값의 절대값이 클수록 검출 효과는 커지게 된다.
도 2를 참조하면, Ts­Tp 값의 절대값은 피크 값(peak value)인 약 450nm, 515nm, 730nm 부근에서 극대화된다.
또한, 도 2를 참조하면, 시료 A~G의 Ts­Tp 값은 파장 전반에 걸쳐 유의차가 거의 존재하지 않는 것으로 나타난다.
다만, 약 450nm, 515nm, 730nm 부근에서는 시료에 따라 일부 유의차가 존재하는 것으로 보여진다. 이는 파장이 약 450nm, 515nm, 730nm 일 때 표면 구조가 다른 시료 A~G에서 각기 다른 반응을 나타내는 것이므로 상기의 파장을 이용하면 다양한 종류의 결함을 검출할 수 있음을 나타낸다.
이와 더불어, 도 3 및 도 4에는 각각 S편광과 P편광이 입사되었을 때 각 파장에 따른 반사, 투과, 산란 정도를 이론적으로 계산한 그래프가 도시되었다.
그리고, 도 5에는, 도 3 및 도 4에서 S편광이 입사되었을 때와 P편광이 입사되었을 때의 각 파장에 따른 투과율 차이를 나타내었다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 특정 파장에서만 변화폭이 증가하는 것으로 나타나므로, 이는 도 2에 도시된 실험치 그래프와 일부 수치 상의 차이는 있으나 그 경향성이 같음을 알 수 있다.
이와 같이, 도 2 내지 도 5에 나타난 실험 및 이론 데이터는 수십 nm의 결정화 얼룩 등과 같은 결함이 기판(10)의 표면에 존재할 때 편광에 따른 변화를 보여주는 것으로서, 특정 파장에서만 투과율에 대한 유의차를 보이게 되므로 이 영역의 파장을 사용하면 검출 감도가 향상됨을 유추할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에서 광원부(2)는 상기의 실험 및 이론적인 계산을 통해 도출된 450±15nm, 515±15nm 또는 730±15nm 영역의 파장으로 편광된 광원을 조사하도록 한다.
한편, 다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 반사 및 투과 스펙트럼을 통해 이론적인 계산을 해보면 광원부(2)에서 조사되는 광원과 기판(10)에 수직한 법선과의 각도(입사각, Qi)는 30 내지 50도로 유지되도록 한다(도 1 참조).
이에 따라, 본 발명의 일실시예에서 광원부(2)는 광원이 기판(10)에 40 내지 60도의 각도로 조사되도록 설치되도록 한다.
그리고, 기판(10)으로부터 반사된 광원과 기판(10)에 수직한 법선과의 각도(반사각, Qc)는 20 내지 50도로 유지되도록 한다(도 1 참조).
이에 따라, 후술되는 검출부(3)는 기판(10)과의 각도가 40 내지 70도로 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서 광원부(2)는 광원이 LED 광원 또는 레이저로 구성될 수 있는데, 이러한 광원부(2)의 구성은 구체적인 예를 통해 후술하도록 한다.
한편, 광원부(2)의 타측으로는 검출부(3)가 설치된다.
검출부(3)는 광원부(2)에 의하여 광원이 조사된 기판(10)의 영역으로부터 결정화 얼룩 등과 같은 불량을 검출하기 위한 구성요소이다.
도 1을 참조하면, 검출부(3)는 광원부(2)와 법선에 의해 대칭인 공간에 위치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 검출부(3)는, 전술된 바와 같이, 편광된 광원이 시료 표면과 평행하게 입사되었을 때의 투과율(Ts)과 시료 표면과 수직하게 입사되었을 때의 투과율(Tp)을 측정하여 두 투과율 스펙트럼의 차이를 비교했을 때, 특정 파장에서 특정 구조, 즉, 결정화 얼룩 등과 같은 결함(나노 구조체)에서 더욱 민감하게 반응하게 되고, 이 때의 시인성이 극대화됨을 이용하여 결함을 검출하게 된다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서 검출부(3)는, 광원이 기판(10)으로부터 20 내지 50도의 각도로 반사(반사각, Qc)될 수 있으므로, 기판(10)과의 각도가 40 내지 70도로 설치되도록 한다.
이하에서는, 광원부(2)의 광원이 각각 LED 광원과 레이저로 구성된 경우의 세부구성을 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 광원부의 일실시예를 나타낸 구성도이다. 도 7은 도 6의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 광원부(2)의 일실시예는 LED 광원(12), 편광판(22) 및 반파장판(23)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, LED 광원(12)으로부터 발산된 빛이 편광판(22)을 거치면 특정 편광 정도를 갖는 빛으로 통과하게 된다.
여기에서, LED 광원(12)은 중심파장이 약 450, 515, 730nm에 가까운 것으로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 편광판(22)을 통과한 빛이 반파장판(23)을 통과하면, 도 7과 같이, 파장판의 각도에 따라 편광된 방향을 회전시킬 수 있다.
도 6 및 도 7에서, 화살표(↔)와 동그라미(⊙)로 표현된 것은 편광된 빛을 표현한 것이며, 도 6에서의 화살표가 0도의 편광을 나타낸다고 하면 도 7에서는 화살표가 90도로 회전하여 평면도에서 동그라미로 표현된 것이다.
또한, 도 6 및 도 7과 같이, LED 광원(12), 편광판(22) 및 반파장판(23)을 다수 개로 하여 광원부(2)를 구성하면 단 시간 내에 광범위한 영역을 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 광원부의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에서 광원부의 다른 실시예를 나타낸 상세 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 광원부(2´)의 다른 실시예에서는 레이저(21´, 22´) 및 OPA(Optical Parametric Amplifier)(23´)/OPO(Optical Parametric Oscillator)(24´)/OPG(Optical Parametric Generation)(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
전술된 본 발명의 일 실시예에서 광원부(2)의 일실시예에서 LED 광원을 사용하는 경우 한 가지의 파장의 빛만 사용할 수 있는데 반해, 본 발명의 일 실시예에서 광원부(2´)의 다른 실시예에서는 제1 및 제2레이저(21´, 22´)를 사용함으로써 200 내지 1,064nm 영역의 파장을 이용할 수 있다.
그리고, OPA(23´)/OPO(24´)/OPG(미도시)를 제1 및 제2레이저(21´, 22´)에 내장하거나 따로 부가함으로써 파장을 가변 할 수 있다.
도 8에서는, 제1 및 제2레이저(21´, 22´)를 각각 펨토초(fs) 레이저와 나노초(ns) 레이저로 구성하고 OPA(23´)/OPO(24´)/OPG(미도시)를 통해 파장을 가변하도록 구성하였으나, 원하는 파장을 갖는 단파장 레이저를 복수 개로 구성하거나 파장 선택이 가능한 다이 레이저(dye laser)로 구성할 수도 있다.
여기에서, 본 발명의 일 실시예에서 광원부(2´)의 다른 실시예에서와 같이, 제1 및 제2레이저(21´, 22´)를 각각 펨토초(fs) 레이저와 나노초(ns) 레이저로 구성하면, 광원과 기판(10)과의 반응을 시분해(time-resolved)로 관찰할 수 있는 장점이 있다.
한편, 레이저를 통하여 나오는 빔(beam)은 그 크기와 세기가 한정되어 있다.
이 때, 대면적의 기판(10)에 레이저를 적용하기 위해서는 도 9와 같이, 제1 및 제2렌즈(25´, 26´)의 조합을 통해 빔의 크기를 확장시킬 수 있다.
다만, 빔의 크기를 확장시키게 되면 단위면적당 광자(photon)의 수, 즉, 광밀도가 감소하게 된다.
물론, 본 발명의 일실시예에서 광자의 수가 소정 량 감소하게 된다 하더라도 검출에 크게 영향을 미칠 정도는 아니나, 레이저를 이중 빔으로 구성하면 단위면적당 광자의 수를 늘릴 수 있게 된다.
레이저를 이중 빔으로 구성한 예를 도 8을 참조하여 설명하면, 복수 개의 제1레이저(21´) 및 제2레이저(22´)를 통하여 발산된 빔이 OPA(23´)/OPO(24´)를 통과하면서 원하는 파장으로 가변된 후, 제1 및 제2미러(231´, 232´)를 통과하게 된다.
이 때, 제1 및 제2미러(231´, 232´)는 통상의 미러(mirror)로서, 제1미러(231´)와 제2미러(232´)를 통과한 빔은 경로만 동일할 뿐 정확히 정합될 필요는 없으며, 제1미러(231´)를 통과한 빔이 다시 제2미러(232´)를 통과하거나 영향을 주지는 않도록 구성한다.
이에 따라, 빔의 크기를 확장시킬 수 있으면서도 광밀도는 감소하지 않는 광원부(2) 시스템을 구현할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
1: 지지부 2, 2´: 광원부
3: 검출부 10: 기판
21: LED 광원 22: 편광판
23: 반파장판 21´: 제1레이저
22´: 제2레이저 23´: OPA
24´: OPO 231´: 제1미러
232´: 제2미러 25´: 제1렌즈
26´: 제2렌즈

Claims (12)

  1. 결정화된 기판이 탑재되는 지지부;
    상기 기판에 소정 영역의 파장으로 편광(polarized)된 광원을 조사하는 광원부; 및
    상기 광원이 조사된 영역으로부터 결정화 얼룩을 검출하는 검출부
    를 포함하는, 결정화 얼룩 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 영역은 S편파(S-polarization)와 P편파(P-polarization)의 차에 유의차가 존재할 때의 파장 구간인, 결정화 얼룩 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파장 구간은 450±15nm, 515±15nm 또는 730±15nm인, 결정화 얼룩 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 광원부의 각도는 40 내지 60도인, 결정화 얼룩 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 검출부의 각도는 40 내지 70도인, 결정화 얼룩 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 LED 광원인, 결정화 얼룩 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광원부에는 상기 LED 광원의 각 파장에서의 편광 정도를 조절하기 위한 편광판 및 파장판(λ/2) 중 적어도 하나가 설치된, 결정화 얼룩 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 LED 광원은 하나 이상으로 구성된, 결정화 얼룩 검출 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 레이저인, 결정화 얼룩 검출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저는 이중 빔(dual beam)으로 구성된, 결정화 얼룩 검출 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원부는 OPA(Optical Parametric Amplifier), OPO(Optical Parametric Oscillator) 및 OPG(Optical Parametric Generation)를 포함하여 구성된, 결정화 얼룩 검출 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원부는 단파장의 레이저를 하나 이상 결합하여 구성된, 결정화 얼룩 검출 장치.
KR1020130047561A 2013-04-29 2013-04-29 결정화 얼룩 검출 장치 KR20140128741A (ko)

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