KR20170141310A - 레이저 결정화 장치 및 레이저 결정화 방법 - Google Patents

레이저 결정화 장치 및 레이저 결정화 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 결정화 장치 및 이를 이용한 레이저 결정화 방법이 개시된다. 레이저 결정화 장치는 기밀 용기, 한 쌍의 전극, 레이저 공진부, 및 세정 미러를 포함한다. 기밀 용기는 내부에 매질 가스가 충진되며, 양 단부에 고정된 제1 투명창과 제2 투명창을 포함한다. 한 쌍의 전극은 기밀 용기의 내부에 설치되며, 매질 가스를 여기시켜 레이저 광을 발생시킨다. 레이저 공진부는 제1 투명창의 외측에 설치된 고반사 미러와, 제2 투명창의 외측에 설치되며 고반사 미러의 반사율보다 낮은 반사율을 가지는 저반사 미러를 포함한다. 세정 미러는 제2 투명창을 투과한 레이저 광 경로 상의 제1 위치와, 레이저 광 경로와 이격된 제2 위치 중 어느 한 곳에 위치하며, 운행 상태에 따라 제1 위치와 제2 위치를 오갈 수 있다.

Description

레이저 결정화 장치 및 레이저 결정화 방법 {LASER CRYSTALLIZATION APPARATUS AND LASER CRYSTALLIZATION METHOD}
본 개시는 레이저 결정화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 결정화하는 레이저 결정화 장치 및 레이저 결정화 방법에 관한 것이다.
유기 발광 표시장치(OLED), 액정 표시장치(LCD)와 같은 능동 구동형 표시장치의 화소에는 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터(TFT)가 구비된다. 반도체층은 다결정 실리콘으로 형성될 수 있다. 다결정 실리콘은 높은 이동도(mobility)를 가지므로, 전류의 크기에 따라 발광층의 밝기를 조절해야 하는 유기 발광 표시장치에 적합하다.
다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 레이저 광을 조사하여 어닐링(annealing)하는 방법으로 형성될 수 있으며, 이 과정에 레이저 결정화 장치가 사용된다. 레이저 결정화 장치는 기체 레이저 장치일 수 있고, 예를 들어 엑시머 레이저 장치일 수 있다. 레이저 결정화 장치는 전기 방전으로 매질 가스를 여기시켜 레이저 광을 생성하며, 공진에 의해 레이저 광을 증폭시킨 후 출력한다.
본 개시는 구성 부품의 오염을 저감시켜 교체 주기를 늘릴 수 있는 레이저 결정화 장치 및 레이저 결정화 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 기밀 용기, 한 쌍의 전극, 레이저 공진부, 및 세정 미러를 포함한다. 기밀 용기는 내부에 매질 가스가 충진되며, 양 단부에 고정된 제1 투명창과 제2 투명창을 포함한다. 한 쌍의 전극은 기밀 용기의 내부에 설치되며, 매질 가스를 여기시켜 레이저 광을 발생시킨다. 레이저 공진부는 제1 투명창의 외측에 설치된 고반사 미러와, 제2 투명창의 외측에 설치되며 고반사 미러의 반사율보다 낮은 반사율을 가지는 저반사 미러를 포함한다. 세정 미러는 제2 투명창을 투과한 레이저 광 경로 상의 제1 위치와, 레이저 광 경로와 이격된 제2 위치 중 어느 한 곳에 위치하며, 운행 상태에 따라 제1 위치와 제2 위치를 오간다.
세정 미러는 유휴(idle) 상태에서 제1 위치에 위치할 수 있고, 실행(run) 상태에서 제2 위치에 위치할 수 있다.
세정 미러는 이송부에 결합되어 제1 위치와 제2 위치 사이를 이동할 수 있다. 이송부는 구동 모터와, 구동 모터에 결합되어 구동 모터의 작동에 의해 회전하는 미러 프레임을 포함할 수 있고, 세정 미러는 미러 프레임에 장착될 수 있다.
다른 한편으로, 이송부는 구동 모터와, 구동 모터에 결합되어 구동 모터의 작동에 의해 직선 운동하는 미러 프레임을 포함할 수 있고, 세정 미러는 미러 프레임에 장착될 수 있다. 미러 프레임은 세정 미러와 이격된 개구를 형성할 수 있으며, 개구는 실행 상태에서 제1 위치에 위치할 수 있다.
다른 한편으로, 저반사 미러는 이송부에 결합될 수 있고, 저반사 미러와 세정 미러 중 어느 하나가 제2 투명창과 마주하도록 위치할 수 있다.
이송부는 구동 모터와, 구동 모터의 회전축에 결합된 원판 모양의 미러 프레임을 포함할 수 있으며, 저반사 미러와 세정 미러는 미러 프레임의 원주 방향을 따라 미러 프레임에 장착될 수 있다. 회전축은 미러 프레임의 중심에 결합될 수 있고, 저반사 미러와 세정 미러는 회전축을 중심으로 대칭으로 배치될 수 있다.
다른 한편으로, 이송부는 구동 모터와, 구동 모터에 결합되어 구동 모터의 작동에 의해 직선 운동하는 미러 프레임을 포함할 수 있고, 저반사 미러와 세정 미러는 미러 프레임의 운동 방향을 따라 미러 프레임에 나란하게 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 방법은, 기밀 용기 내의 매질 가스를 여기시켜 레이저 광을 발생시키는 광 발생 단계와, 기밀 용기의 양 단부에 고정된 제1 투명창과 제2 투명창을 통해 레이저 광을 투과시키고, 고반사 미러와 저반사 미러를 이용하여 레이저 광을 증폭시켜 출력하는 광 출력 단계와, 제2 투명창을 투과한 레이저 광의 경로에 세정 미러를 배치하는 세정 미러 배치 단계를 포함한다.
광 출력 단계는 조사 대상으로 레이저 광을 조사하는 실행(run) 상태일 수 있고, 세정 미러 배치 단계는 다음 번 실행을 위한 유휴(idle) 상태일 수 있다.
세정 미러는 광 출력 단계에서 레이저 광의 경로와 이격되어 위치할 수 있다. 세정 미러는 이송부에 결합되어 레이저 광 경로 상의 제1 위치와, 레이저 광 경로와 이격된 제2 위치 사이를 오갈 수 있다.
이송부는 구동 모터와, 구동 모터의 작동에 의해 회전하며 세정 미러를 고정시키는 미러 프레임을 포함할 수 있다. 세정 미러는 미러 프레임의 회전에 의해 제1 위치와 제2 위치 사이를 오갈 수 있다.
다른 한편으로, 이송부는 구동 모터와, 구동 모터의 작동에 의해 직선 운동하며 세정 미러를 고정시키는 미러 프레임을 포함할 수 있다. 세정 미러는 미러 프레임의 직선 운동에 의해 제1 위치와 제2 위치 사이를 오갈 수 있다.
다른 한편으로, 저반사 미러와 세정 미러는 이송부에 결합될 수 있으며, 광 출력 단계와 세정 미러 배치 단계에서 위치가 서로 바뀔 수 있다. 이송부는 구동 모터와, 구동 모터의 작동에 의해 회전하며 저반사 미러와 세정 미러를 고정시키는 미러 프레임을 포함할 수 있다. 저반사 미러와 세정 미러는 미러 프레임의 회전에 의해 위치가 서로 바뀔 수 있다.
다른 한편으로, 저반사 미러와 세정 미러는 이송부에 결합될 수 있으며, 저반사 미러는 세정 미러 배치 단계에서 레이저 광의 경로와 이격되어 위치할 수 있다. 이송부는 구동 모터와, 구동 모터의 작동에 의해 직선 운동하며 저반사 미러와 세정 미러를 고정시키는 미러 프레임을 포함할 수 있다. 저반사 미러와 세정 미러 중 어느 하나는 미러 프레임의 직선 운동에 의해 제2 투명창과 마주할 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 제2 투명창은 세정 미러에 의해 오염이 저감되어 장시간 높은 투과율을 유지할 수 있다. 따라서 제2 투명창의 교체 주기를 늘릴 수 있으며, 레이저 결정화 장치의 운용 비용을 낮출 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시한 레이저 결정화 장치 중 제2 투명창의 확대도이다.
도 4는 도 2에 도시한 레이저 결정화 장치 중 제2 투명창의 확대도이다.
도 5는 도 1에 도시한 레이저 결정화 장치 중 세정 미러의 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시한 이송부의 변형예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시한 미러 프레임의 변형예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 도시한 구성도이다.
도 10a와 도 10b는 도 8과 도 9에 도시한 저반사 미러와 세정 미러를 도시한 구성도이다.
도 11은 도 10a와 도 10b에 도시한 이송부의 변형예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 13과 도 14는 비교예의 레이저 결정화 장치와 실시예의 레이저 결정화 장치에서 제2 투명창의 투과율을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 15는 투과율 측정 지점을 설명하기 위한 제2 투명창의 정면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때 이는 다른 부분의 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 그리고 "~위에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.
도 1과 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 도시한 구성도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 제1 실시예의 레이저 결정화 장치(100)는 내부에 매질 가스가 충진된 기밀 용기(10)와, 기밀 용기(10)의 내부에 설치된 한 쌍의 전극(20)과, 기밀 용기(10)의 외측에 설치된 레이저 공진부(30) 및 세정 미러(40)를 포함한다.
레이저 결정화 장치(100)는 기체 레이저 장치일 수 있으며, 예를 들어 자외역의 고출력 레이저인 엑시머(excimer) 레이저 장치일 수 있다. 엑시머는 여기 상태에서만 안정하게 존재하는 분자를 의미한다. 기밀 용기(10) 내부의 매질 가스는 Kr, Ar, 및 Xe 등의 희가스와 염화수소(HCl)의 혼합 가스일 수 있다.
기밀 용기(10)는 관형으로 형성될 수 있고, 한 쌍의 전극(20)은 기밀 용기(10)의 축선(쇄선으로 도시함)을 중심으로 대칭으로 배열될 수 있다. 한 쌍의 전극(20) 중 어느 하나는 접지될 수 있고, 다른 하나는 고압 전원부(21)에 연결될 수 있다. 전극(20)에 전압이 인가되면 한 쌍의 전극(20) 사이 공간에서 방전이 시작되고, 이로 인해 매질 가스가 여기되면서 레이저 광이 발생한다.
기밀 용기(10)의 양 단부에는 제1 투명창(11)과 제2 투명창(12)이 고정된다. 제1 투명창(11)과 제2 투명창(12)은 기밀 용기(10)의 축선을 따라 서로 마주하며, 레이저 광을 투과시킨다. 제1 투명창(11)과 제2 투명창(12)은 유리 또는 사파이어 등으로 제작될 수 있고, 그 표면에는 투과율을 높이기 위한 반사 방지 코팅층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
레이저 공진부(30)는 제1 투명창(11)의 외측에 설치된 고반사 미러(31)와, 제2 투명창(12)의 외측에 설치된 저반사 미러(32)를 포함한다. 고반사 미러(31)는 100%에 가까운 반사율을 나타낸다. 저반사 미러(32)는 반사율이 투과율보다 낮은 미러이며, 예를 들어 대략 10%의 반사율과 대략 90%의 투과율을 가질 수 있다.
제1 투명창(11)을 투과한 레이저 광은 고반사 미러(31)에서 반사된다. 제2 투명창(12)을 투과한 레이저 광의 일부는 저반사 미러(32)에서 반사되고, 나머지는 저반사 미러(32)를 투과한다. 레이저 광은 고반사 미러(31)와 저반사 미러(32) 사이를 계속 오가면서 공진을 일으키며 증폭된다. 증폭된 레이저 광(레이저 빔)은 저반사 미러(32)를 투과하여 조사 대상을 향해 출력된다.
레이저 공진부(30)를 구성하는 두 개의 미러 중 레이저 광이 출력되는 측에 위치하는 저반사 미러(32)를 아웃 커플러 미러(out coupler mirror)라고 한다.
레이저 결정화 장치(100)는 기밀 용기(10)에 결합된 도시하지 않은 팬 모터와 냉각 배관 등을 포함할 수 있다. 팬 모터는 기밀 용기(10) 내에서 매질 가스를 순환시키는 기능을 하고, 냉각 배관은 매질 가스를 냉각수와 열교환하여 매질 가스를 냉각시키는 기능을 한다.
또한, 레이저 결정화 장치(100)는 저반사 미러(32)의 외측에 설치된 셔터(51)와 반사 미러(52) 및 집광 렌즈(53)를 포함할 수 있다. 셔터(51)는 저반사 미러(32)에서 출력된 레이저 빔(LB)을 투과 또는 차단시킨다. 반사 미러(52)는 레이저 빔의 진행 방향을 전환시키며, 집광 렌즈(53)는 조사 대상으로 레이저 빔을 집속한다.
조사 대상은 기판(61) 위에 형성된 비정질 실리콘층(62)일 수 있다. 비정질 실리콘층(62)은 레이저 조사에 의한 어닐링(annealing)에 의해 결정화되어 다결정 실리콘층이 된다. 기판(61)과 비정질 실리콘층(62)은 스테이지(63) 위에 고정될 수 있으며, 스테이지(63)가 기판(61)과 비정질 실리콘층(62)을 이동시켜 레이저 빔(LB)이 비정질 실리콘층(62)을 스캔하도록 할 수 있다.
전술한 레이저 결정화 장치(100)의 작동 과정에서, 한 쌍의 전극(20)은 매질 가스 중의 염소 성분과 방전 시 아킹(arcing)에 의해 부식될 수 있다. 매질 가스 중의 염화수소(HCl)는 방전에 의해 수소 원자와 염소 원자로 분리되는데, 염소 원자들이 전극(20)의 부식을 유발할 수 있다. 부식 물질을 포함한 기밀 용기(10) 내의 불순물은 주로 제2 투명창(12)의 내면에 부착된다.
제1 투명창(11)의 경우, 기밀 용기(10)의 내부로부터 제1 투명창(11)을 투과하는 레이저 광의 강도는 기밀 용기(10)의 외부, 즉 고반사 미러(31)로부터 제1 투명창(11)을 투과하는 레이저 광의 강도와 거의 동일하다. 반면 제2 투명창(12)의 경우, 기밀 용기(10)의 내부로부터 제2 투명창(12)을 투과하는 레이저 광의 강도는 기밀 용기(10)의 외부, 즉 저반사 미러(32)로부터 제2 투명창(12)을 투과하는 레이저 광의 강도보다 훨씬 높다.
도 3은 도 1에 도시한 레이저 결정화 장치 중 제2 투명창의 확대도이다.
도 1과 도 3을 참고하면, 기밀 용기(10)의 내부로부터 제2 투명창(12)을 투과한 레이저 광의 강도를 100으로 가정할 때, 저반사 미러(32)에서 반사되어 제2 투명창(12)을 투과하는 레이저 광의 강도는 대략 10 정도이다.
이는 기밀 용기(10)의 내부로부터 제2 투명창(12)에 가해지는 레이저 충격파의 정도가 기밀 용기(10)의 외부로부터 제2 투명창(12)에 가해지는 레이저 충격파의 정도보다 훨씬 높은 것을 의미한다. 따라서 제2 투명창(12)은 제1 투명창(11)보다 상대적으로 불순물(80)의 부착이 용이하며, 기밀 용기(10) 내부의 불순물(80)은 주로 제2 투명창(12)의 내면에 흡착된다.
다시 도 1과 도 2를 참고하면, 레이저 결정화 장치(100)는 조사 대상으로 레이저 광을 출력하는 실행(run) 상태와, 다음 번 실행을 위한 대기 상태인 유휴(idle) 상태를 반복하며 동작한다. 실행 상태와 유휴 상태는 스테이지(63) 위에 조사 대상이 있고 없음에 따라 구분될 수 있다.
도 1은 실행 상태의 레이저 결정화 장치를 도시하고 있고, 도 2는 유휴 상태의 레이저 결정화 장치를 도시하고 있다. 실행 상태에서 셔터(51)는 레이저 빔(LB)의 경로와 이격되어 레이저 빔(LB)을 통과시키며, 유휴 상태에서 셔터(51)는 저반사 미러(32)와 마주하도록 배치된다.
기체 레이저 장치는 고체 레이저 장치와 달리 끄는 동작이 쉽지 않다. 따라서 레이저 결정화 장치(100)는 유휴 상태에서도 전극(20)에 전압이 인가되어 방전 상태를 유지한다. 세정 미러(40)는 레이저 결정화 장치(100)의 유휴 상태에서 제2 투명창(12)과 저반사 미러(32) 사이에 배치되어 제2 투명창(12)으로 레이저 광을 반사한다. 세정 미러(40)는 100%에 가까운 반사율을 가지는 고반사 미러일 수 있다.
도 4는 도 2에 도시한 레이저 결정화 장치 중 제2 투명창의 확대도이다.
도 2와 도 4를 참고하면, 세정 미러(40)는 유휴 상태에서 제2 투명창(12)을 투과한 레이저 광을 100%에 가까운 비율로 반사한다. 따라서 기밀 용기(10)의 내부로부터 제2 투명창(12)에 가해지는 레이저 충격파와 거의 동일한 강도의 레이저 충격파가 기밀 용기(10)의 외부로부터 제2 투명창(12)에 가해지면서 제2 투명창(12)에 묻은 오염 물질을 떼어낸다.
엑시머 레이저는 대략 1/600초 내지 1/50초마다 발진되며, 레이저 광의 유지 시간은 수십 나노초(ns)에 불과하다. 세정 미러(40)가 배치되어 레이저 광이 고반사 미러(31)와 세정 미러(40) 사이를 오가더라도 대략 6회 또는 7회 왕복 후 소멸되며, 기밀 용기(10) 내에는 실질적인 변화가 없다. 즉, 세정 미러(40)를 배치하여도 레이저 발진 매커니즘이나 레이저 유지 시간에는 실질적인 변화가 없다.
세정 미러(40)는 유휴 상태에서 제2 투명창(12)을 투과한 레이저 광의 경로에 위치하고, 실행 상태에서는 레이저 광의 경로와 이격되어 위치한다. 세정 미러(40)는 이송부(도시하지 않음)에 결합되어 이송부의 작동에 의해 움직일 수 있다. 이송부는 셔터(51)를 움직이는 장치와 연동할 수 있으며, 이 경우 세정 미러(40)와 셔터(51)는 동시에 움직인다.
도 5는 도 1에 도시한 레이저 결정화 장치 중 세정 미러의 구성도이다.
도 5를 참고하면, 이송부(70A)는 구동 모터(71)와, 구동 모터(71)의 회전축에 결합된 회전 막대(72)와, 회전 막대(72)에 고정된 미러 프레임(73)을 포함한다. 세정 미러(40)는 미러 프레임(73)에 고정되며, 구동 모터(71)의 회전 방향과 회전량에 따라 그 위치가 결정된다.
세정 미러(40)는 유휴 상태에서 레이저 광의 경로에 위치하고(제1 위치), 실행 상태에서 레이저 광의 경로와 이격되어 위치한다(제2 위치). 도 5에서는 세정 미러(40)가 시계 방향으로 90˚ 회전하여 유휴 상태에서 제1 위치에 배치되고, 반시계 방향으로 90˚ 회전하여 실행 상태에서 제2 위치에 배치되는 경우를 예로 들어 도시하였다.
도 6은 도 5에 도시한 이송부의 변형예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 6을 참고하면, 이송부(70B)는 구동 모터(71)와 엘엠(Linear Motion, LM) 가이드로 구성될 수 있다. 엘엠 가이드는 구동 모터(71)에 결합된 회전 스크류(74)와, 회전 스크류(74)에 결합된 슬라이더(75)와, 슬라이더(75)에 고정된 미러 프레임(73)과, 슬라이더(75)를 가이드하는 레일(76)을 포함할 수 있다. 세정 미러(40)는 미러 프레임(73)에 고정된다.
구동 모터(71)의 작동으로 회전 스크류(74)가 회전하면, 슬라이더(75)와 미러 프레임(73)이 레일(76)을 따라 움직이면서 세정 미러(40)를 이동시킨다. 구동 모터(71)의 회전 방향과 회전량에 따라 세정 미러(40)의 이동 방향과 이동량이 결정된다. 세정 미러(40)는 유휴 상태에서 레이저 광의 경로에 위치하고(제1 위치), 실행 상태에서 레이저 광의 경로와 이격되어 위치한다(제2 위치).
도 7은 도 6에 도시한 미러 프레임의 변형예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 7을 참고하면, 이송부(70C)의 미러 프레임(731)은 레일(76)과 나란한 방향을 따라 세정 미러(40)와 이격된 개구(77)를 형성한다. 실행 상태에서는 개구(77)가 레이저 광의 경로에 위치하고, 슬라이더(75)의 이동에 따라 유휴 상태에서는 세정 미러(40)가 레이저 광의 경로에 위치한다.
도 8과 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 결정화 장치를 도시한 구성도이고, 도 10a와 도 10b는 도 8과 도 9에 도시한 저반사 미러와 세정 미러를 도시한 구성도이다.
도 8 내지 도 10b를 참고하면, 제2 실시예의 레이저 결정화 장치(200)에서 저반사 미러(32)와 세정 미러(40)는 이송부(70D)에 결합되며, 이송부(70D)의 작동에 의해 저반사 미러(32)와 세정 미러(40) 중 어느 하나가 레이저 광의 경로에 위치한다.
이송부(70D)는 구동 모터(71)와, 구동 모터(71)의 회전축(711)에 결합된 미러 프레임(732)을 포함할 수 있다. 미러 프레임(732)은 원판 모양으로 형성될 수 있고, 회전축(711)은 미러 프레임(732)의 중앙에 결합될 수 있다. 저반사 미러(32)와 세정 미러(40)는 미러 프레임(732)에 고정되는데, 회전축(711)을 중심으로 대칭으로 배치될 수 있다.
실행 상태에서 저반사 미러(32)는 레이저 광의 경로에 위치하고, 세정 미러(40)는 레이저 광의 경로와 이격되어 위치한다. 유휴 상태에서 미러 프레임(732)은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 180˚ 회전한다. 따라서 세정 미러(40)가 레이저 광의 경로에 위치하고, 저반사 미러(32)는 레이저 광의 경로와 이격되어 위치한다.
도 11은 도 10a와 도 10b에 도시한 이송부의 변형예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 11을 참고하면, 이송부(70E)는 구동 모터(71)와 엘엠(LM) 가이드로 구성될 수 있다. 엘엠 가이드는 구동 모터(71)에 결합된 회전 스크류(74)와, 회전 스크류(74)에 결합된 슬라이더(75)와, 슬라이더(75)에 고정된 미러 프레임(733)과, 슬라이더(75)를 가이드하는 레일(76)을 포함할 수 있다. 저반사 미러(32)와 세정 미러(40)는 레일(76)과 나란한 방향을 따라 미러 프레임(733)에 나란하게 고정된다.
구동 모터(71)의 작동으로 회전 스크류(74)가 회전하면, 슬라이더(75)와 미러 프레임(733)이 레일(76)을 따라 움직이면서 저반사 미러(32)와 세정 미러(40)를 이동시킨다. 실행 상태에서 저반사 미러(32)는 제2 투명창(12)을 투과한 레이저 광의 경로에 위치하고, 세정 미러(40)는 레이저 광의 경로와 이격되어 위치한다. 유휴 상태에서 세정 미러(40)는 제2 투명창(12)을 투과한 레이저 광의 경로에 위치하고, 저반사 미러(32)는 레이저 광의 경로와 이격되어 위치한다.
제2 실시예의 레이저 결정화 장치(200)는 저반사 미러(32)와 세정 미러(40)가 선택적으로 제2 투명창(12)과 마주하도록 위치하는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 같은 구성으로 이루어진다.
전술한 제1 및 제2 실시예의 레이저 결정화 장치(100, 200)에서 제2 투명창(12)은 세정 미러(40)에 의해 오염이 저감되어 장시간 높은 투과율을 유지할 수 있다. 따라서 제2 투명창(12)의 교체 주기를 늘릴 수 있으며, 레이저 결정화 장치(100, 200)의 운용 비용을 낮출 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12를 참고하면, 레이저 결정화 방법은 기밀 용기 내의 매질 가스를 여기시켜 레이저 광을 발생시키는 제1 단계 (S10)와, 기밀 용기의 양 단부에 고정된 제1 투명창과 제2 투명창을 통해 레이저 광을 투과시키고, 고반사 미러와 저반사 미러를 이용하여 레이저 광을 증폭시켜 출력하는 제2 단계 (S20)와, 제2 투명창을 투과한 레이저 광의 경로에 세정 미러를 배치하는 제3 단계(S30)를 포함한다.
제1 단계(S10)는 광 생성 단계이다. 제1 단계(S10)에서, 기밀 용기(10) 내부에 한 쌍의 전극(20)이 위치한다. 한 쌍의 전극(20) 중 어느 하나는 접지될 수 있고, 다른 하나는 고압 전원부(21)에 연결될 수 있다. 전극(20)에 전압을 인가하면 한 쌍의 전극(20) 사이 공간에서 방전이 시작되고, 이로 인해 매질 가스가 여기되어 레이저 광이 발생한다.
제2 단계(S20)는 광 출력 단계이다. 제2 단계(S20)에서, 고반사 미러(31)는 제1 투명창(11)의 외측에 위치하고, 저반사 미러(32)는 제2 투명창(12)의 외측에 위치한다. 레이저 광은 고반사 미러(31)와 저반사 미러(32) 사이를 계속 오가면서 공진을 일으키며 증폭되고, 증폭된 레이저 광(레이저 빔)은 저반사 미러(32)를 투과하여 조사 대상을 향해 출력된다.
제1 단계(S10)와 제2 단계(S20)는 실질적으로 동시에 일어난다. 조사 대상은 비정질 실리콘층일 수 있으며, 제2 단계(S20)에서 비정질 실리콘층은 레이저 빔 조사에 의해 어닐링되어 다결정 실리콘층으로 변한다. 제2 단계(S20)는 조사 대상으로 레이저 빔을 조사하는 실행(run) 상태이다.
제3 단계(S30)는 세정 미러 배치 단계이다. 제3 단계(S30)는 다음 번 실행을 위한 대기 상태인 유휴(idle) 상태이며, 제2 단계(S20)와 제3 단계(S30)가 반복 수행된다.
제3 단계(S30)에서 세정 미러(40)는 제2 투명창(12)과 마주하도록 위치한다. 세정 미러(40)는 100%에 가까운 반사율을 가지는 고반사 미러이며, 제2 투명창(12)을 투과한 레이저 광을 제2 투명창(12)으로 반사하여 제2 투명창(12)의 내면에 묻은 오염 물질을 떼어내는 작용을 한다.
세정 미러(40)는 이송부에 결합되어 이송부의 작동에 의해 움직일 수 있다. 세정 미러(40)는 제2 단계(S20)에서 레이저 광의 경로와 이격되어 위치하고, 제3 단계(S30)에서 이송부에 의해 이동하여 제2 투명창(12)과 저반사 미러(32) 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 이송부는 도 5와 도 6 및 도 7에 도시한 구성 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
다른 한편으로, 세정 미러(40)와 저반사 미러(32)는 이송부에 같이 결합되어 이송부의 작동에 의해 같이 움직일 수 있다. 이송부는 세정 미러(40)와 저반사 미러(32) 중 어느 하나를 레이저 광의 경로에 위치시킨다.
구체적으로, 제2 단계(S20)에서 저반사 미러(32)는 레이저 광의 경로에 위치하고, 세정 미러(40)는 레이저 광의 경로와 이격되어 위치한다. 제3 단계(S30)에서 이송부는 저반사 미러(32)와 세정 미러(40)의 위치를 서로 바꾸어 세정 미러(40)가 레이저 광의 경로에 위치하도록 한다. 이송부는 도 10a와 도 10b에 도시한 구성 또는 도 11에 도시한 구성으로 이루어질 수 있다.
제2 단계(S20)에서 제2 투명창(12)의 내면에 흡착된 불순물은 제3 단계(S30)에서 세정 미러(40)의 반사 작용에 의해 제거되며, 제2 투명창(12)의 오염이 저감된다.
도 13과 도 14는 비교예의 레이저 결정화 장치와 실시예의 레이저 결정화 장치에서 제2 투명창의 투과율을 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 15는 투과율 측정 지점을 설명하기 위한 제2 투명창의 정면도이다.
도 13은 제2 투명창의 중앙 지점의 투과율을 측정한 결과이고, 도 14는 제2 투명창의 주변 지점의 투과율을 측정한 결과이다. 도 15에서 P1이 중앙 지점을 나타내고, P2가 주변 지점을 나타낸다. 주변 지점(P2)은 중앙 지점(P1)과 제2 투명창(12) 가장자리 사이의 절반 지점이며, 점선은 제2 투명창(12) 가운데 실제 레이저 빔이 투과되는 영역을 나타낸다.
비교예는 세정 미러를 사용하지 않은 경우이고, 비교예와 실시예 모두 4,000만 샷(shot) 조사 이후 제2 투명창의 투과율을 측정하였다. 비교예와 실시예 모두 레이저 빔의 출력 조건은 1.6kV와 200Hz로 동일하다.
도 13을 참고하면, 레이저 빔의 파장(308nm)에서 비교예의 경우 제2 투명창의 투과율은 90.7%이나, 실시예의 경우 제2 투명창의 투과율은 96.1%이다. 도 14를 참고하면, 레이저 빔의 파장(308nm)에서 비교예의 경우 제2 투명창의 투과율은 93.7%이나, 실시예의 경우 제2 투명창의 투과율은 98.0%이다. 세정 미러를 이용한 실시예의 경우가 비교예보다 대략 5% 향상된 투과율을 나타낸다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 200: 레이저 결정화 장치
10: 기밀 용기 11: 제1 투명창
12: 제2 투명창 20: 전극
21: 고압 전원부 30: 레이저 공진부
31: 고반사 미러 32: 저반사 미러
40: 세정 미러 51: 셔터
52: 반사 미러 53: 집광 렌즈
61: 기판 62: 비정질 실리콘층
63: 스테이지

Claims (20)

  1. 내부에 매질 가스가 충진되며, 양 단부에 고정된 제1 투명창과 제2 투명창을 포함하는 기밀 용기,
    상기 기밀 용기의 내부에 설치되며, 상기 매질 가스를 여기시켜 레이저 광을 발생시키기 위한 한 쌍의 전극,
    상기 제1 투명창의 외측에 설치된 고반사 미러와, 상기 제2 투명창의 외측에 설치되며 상기 고반사 미러의 반사율보다 낮은 반사율을 가지는 저반사 미러를 포함하는 레이저 공진부, 및
    상기 제2 투명창을 투과한 레이저 광 경로 상의 제1 위치와, 상기 레이저 광 경로와 이격된 제2 위치 중 어느 한 곳에 위치하며, 운행 상태에 따라 상기 제1 위치와 상기 제2 위치를 오갈 수 있는 세정 미러
    를 포함하는 레이저 결정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정 미러는 유휴(idle) 상태에서 상기 제1 위치에 위치하고, 실행(run) 상태에서 상기 제2 위치에 위치하는 레이저 결정화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 세정 미러는 이송부에 결합되어 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 이동하는 레이저 결정화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이송부는 구동 모터와, 상기 구동 모터에 결합되어 상기 구동 모터의 작동에 의해 회전하는 미러 프레임을 포함하며,
    상기 세정 미러는 상기 미러 프레임에 장착되는 레이저 결정화 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이송부는 구동 모터와, 상기 구동 모터에 결합되어 상기 구동 모터의 작동에 의해 직선 운동하는 미러 프레임을 포함하며,
    상기 세정 미러는 상기 미러 프레임에 장착되는 레이저 결정화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 미러 프레임은 상기 세정 미러와 이격된 개구를 형성하며,
    상기 개구는 실행 상태에서 상기 제1 위치에 위치하는 레이저 결정화 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 저반사 미러는 상기 이송부에 결합되고,
    상기 저반사 미러와 상기 세정 미러 중 어느 하나가 상기 제2 투명창과 마주하도록 위치하는 레이저 결정화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이송부는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 회전축에 결합된 원판 모양의 미러 프레임을 포함하며,
    상기 저반사 미러와 상기 세정 미러는 상기 미러 프레임의 원주 방향을 따라상기 미러 프레임에 장착되는 레이저 결정화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 미러 프레임의 중심에 결합되고,
    상기 저반사 미러와 상기 세정 미러는 상기 회전축을 중심으로 대칭으로 배치되는 레이저 결정화 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 이송부는 구동 모터와, 상기 구동 모터에 결합되어 상기 구동 모터의 작동에 의해 직선 운동하는 미러 프레임을 포함하며,
    상기 저반사 미러와 상기 세정 미러는 상기 미러 프레임의 운동 방향을 따라상기 미러 프레임에 나란하게 장착되는 레이저 결정화 장치.
  11. 기밀 용기 내의 매질 가스를 여기시켜 레이저 광을 발생시키는 광 발생 단계,
    상기 기밀 용기의 양 단부에 고정된 제1 투명창과 제2 투명창을 통해 상기 레이저 광을 투과시키고, 고반사 미러와 저반사 미러를 이용하여 상기 레이저 광을 증폭시켜 출력하는 광 출력 단계, 및
    상기 제2 투명창을 투과한 상기 레이저 광의 경로에 세정 미러를 배치하는 세정 미러 배치 단계
    를 포함하는 레이저 결정화 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광 출력 단계는 조사 대상으로 상기 레이저 광을 조사하는 실행(run) 상태이고,
    상기 세정 미러 배치 단계는 다음 번 실행을 위한 유휴(idle) 상태인 레이저 결정화 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 세정 미러는 상기 광 출력 단계에서 상기 레이저 광의 경로와 이격되어 위치하는 레이저 결정화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 세정 미러는 이송부에 결합되어 상기 레이저 광 경로 상의 제1 위치와, 상기 레이저 광 경로와 이격된 제2 위치 사이를 오가는 레이저 결정화 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이송부는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 작동에 의해 회전하며 상기 세정 미러를 고정시키는 미러 프레임을 포함하고,
    상기 세정 미러는 상기 미러 프레임의 회전에 의해 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 오가는 레이저 결정화 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 이송부는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 작동에 의해 직선 운동하며 상기 세정 미러를 고정시키는 미러 프레임을 포함하고,
    상기 세정 미러는 상기 미러 프레임의 직선 운동에 의해 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 오가는 레이저 결정화 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 저반사 미러와 상기 세정 미러는 이송부에 결합되며, 상기 광 출력 단계와 상기 세정 미러 배치 단계에서 위치가 서로 바뀌는 레이저 결정화 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 이송부는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 작동에 의해 회전하며 상기 저반사 미러와 상기 세정 미러를 고정시키는 미러 프레임을 포함하고,
    상기 저반사 미러와 상기 세정 미러는 상기 미러 프레임의 회전에 의해 위치가 서로 바뀌는 레이저 결정화 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 저반사 미러와 상기 세정 미러는 이송부에 결합되며,
    상기 저반사 미러는 상기 세정 미러 배치 단계에서 상기 레이저 광의 경로와 이격되어 위치하는 레이저 결정화 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 이송부는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 작동에 의해 직선 운동하며 상기 저반사 미러와 상기 세정 미러를 고정시키는 미러 프레임을 포함하고,
    상기 저반사 미러와 상기 세정 미러 중 어느 하나는 상기 미러 프레임의 직선 운동에 의해 상기 제2 투명창과 마주하는 레이저 결정화 방법.
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