KR20180042970A - 레이저 처리장치 및 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판을 처리 가능한 공간이 내부에 마련되는 챔버, 레이저 광을 발진 및 가공하여 챔버의 내부로 조사 가능하게 형성되는 레이저부, 레이저 광의 조사 경로에 기판을 위치시킬 수 있도록 챔버의 내부에 장착되는 스테이지부, 에너지밀도 기준 값을 이용하여 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어하는 제어부,를 포함하고, 에너지밀도 기준 값을 이용하여 라인 빔 조사 조건을 설정하고, 라인 빔 조사 조건을 이용하여 기판을 이동시키며 기판에 라인 빔을 조사함에 따라, 기판이 손상되는 것을 억제 또는 방지할 수 있는 레이저 처리장치 및 방법이 제시된다.
Description
본 발명은 레이저 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 광을 이용한 기판의 처리 시 기판이 손상되는 것을 억제 또는 방지할 수 있는 레이저 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
저온 다결정 실리콘(Low Temperature Polycrystalline Silicon;LTPS) 공정에 해당하는 엑시머 레이저 어닐링(Excimer Laser Annealing;ELA) 공정은 저온 조건에서 엑시머 레이저를 이용하여 기판 상에 다결정 실리콘(Poly silicon) 박막을 형성하는 공정이다. 엑시머 레이저 어닐링 공정은 엑시머 레이저 광원에서 발진된 펄스 레이저 광을 라인 빔으로 정형하고, 이 라인 빔을 기판 상의 비정질 실리콘 박막에 조사하여 기판 상의 비정질 실리콘(a-Si) 박막을 결정화시키는 방식으로 실시한다.
통상적인 엑시머 레이저 어닐링 공정(이하, ELA 공정이라 함)에서는 공정 진행 방향을 따라 수평 이동하는 기판 상에 라인 빔으로 정형된 펄스 레이저 광을 정해진 비율(예컨대 95% 이상)로 중첩시키며 반복하여 조사한다. 이때, 라인 빔으로 정형된 펄스 레이저 광을 한 방향으로 수평 이동하는 기판의 처리면에 정해진 비율로 중첩시키며 반복 조사하는 것을 라인 빔의 오버랩 스캔(Overlap scan) 이라 한다. 통상적인 ELA 공정은 기판을 한 방향으로 수평 이동시키며 오버랩 스캔 방식으로 라인 빔을 조사하여, 기판의 처리면 전체의 오버랩 스캔이 1회 완료되면 ELA 공정을 종료한다. 이처럼 통상적인 ELA 공정은 오버랩 스캔을 한 방향으로 1회 실시하는 싱글 스캔(Single scan) 방식이다.
이 경우, 기판의 처리면 상에 형성된 비정질 실리콘 박막의 전체 영역 중 라인 빔의 스캔 피치(Scan pitch)에 해당하는 부분 영역들마다 라인 빔이 수십 회 정도 반복 및 중첩 조사된다. 이때, 이 부분 영역들마다 반복 조사되는 라인 빔의 에너지밀도(energy density), 크기(size) 및 균질성(homogeneity) 등의 편차로 인해, ELA 공정이 종료된 기판의 처리면 상에 공정 진행 방향에 교차하는 방향으로 샷 무라(Shot Mura)가 생성된다. 예컨대 도 1은 종래의 싱글 스캔 방식으로 처리된 기판의 문제점들을 보여주는 사진이다. 도 1의 (a)는 샷 무라가 생성된 기판을 광학 장치를 이용하여 촬영한 사진이다. 이때, 도면에 보이는 검은색의 가로 줄무늬가 샷 무라이다. ELA 공정의 품질(Quality)은 에너지밀도 마진(ED Margin이라 함)에 의해 평가된다. 예컨대 ED Margin 값이 클수록 ELA 공정 효율이 좋다. ED Margin은 ELA 공정이 종료된 기판 상에 생성된 샷 무라의 생성 정도에 따라 결정되는데, 실리콘 박막의 부분 영역들에 중첩 조사되는 라인 빔의 샷(Shot) 수가 증가할수록 샷 무라의 생성 정도가 심해지고, ED Margin이 감소한다. ED Margin이 점차 감소하여 ELA 공정 효율이 한계점에 이르면 엑시머 레이저 광원을 예방 점검하고, 예방 점검에 의해 ELA 공정 효율이 회복되지 않으면, 레이저 튜브(Laser tube)를 교체해야 한다. 즉, ED Margin 값이 감소하면, 설비를 운용하는 비용이 증가한다. 이를 방지하기 위해, 샷 무라를 개선시켜 ED Margin을 증가시켜야 한다.
한편, 상술한 샷 무라 외에도, 종래의 싱글 스캔 방식으로 처리된 기판의 다른 문제점을 아래에서 설명한다. 도 1의 (b)는 ELA 공정 중, 기판을 지지하는 스테이지의 지지면 일부를 촬영하여 지지면의 패턴을 보여주는 사진이고, 도 1의 (c)는 종래의 싱글 스캔 방식이 적용된 통상적인 ELA 공정 조건에서 10㎜/s 의 공정 속도로 기판을 처리한 후, 공정이 종료된 기판 상에 상술한 지지면 패턴에 의한 무늬가 형성된 모습을 촬영한 사진이다. 이들 도면에서 보여지는 바와 같이, 종래의 싱글 스캔 방식이 적용된 ELA 공정에서 처리된 기판에는 기판 지지면 패턴에 대응하는 소정의 격자 무늬가 형성되는 문제점이 있다. 즉, 기판을 처리할 때 샷 무라 외에 기판이 손상되는 다른 경우가 있다. 이를 아래에서 설명한다.
예컨대 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 패널 제작을 위한 글라스 재질의 기판은 두께가 얇을수록 OLED 패널의 경량화에 유리하고, 패널의 제작 시 식각 공정 등 하나의 단위 공정을 생략하기 용이하다. 따라서, OLED 패널 제작에 사용되는 기판은 두께가 얇아지고 있는 추세이며, 이 결과 0.5㎜ 나 0.4㎜ 두께의 기판보다 0.3㎜ 두께의 기판을 사용하는 것에 비중을 점차 늘려가고 있다. 그러나 0.3㎜ 두께의 기판을 싱글 스캔 방식의 ELA 공정에 사용하는 경우 다음의 문제점이 있다.
ELA 공정 진행 시, 라인 빔의 일부는 얇은 두께의 기판을 투과하여 스테이지에 조사된다. 이때, 스테이지의 지지면에 패턴이 있는 경우, 패턴에 의한 무늬가 ELA 공정이 종료된 기판에 생성된다. 예컨대 0.5㎜ 두께의 기판과 0.3㎜ 두께의 기판은 투과율 면에서 3배 정도 차이가 나게 되는데, 이로 인해, 0.3㎜ 두께의 기판의 경우 스테이지의 지지면의 패턴에 의한 무늬가 기판 상에 선명하게 나타난다.
이처럼 ELA 공정 진행 시, 스테이지의 지지면 패턴이 기판에 영향을 미치는 현상은 상술한 것처럼 기판의 얇아진 두께가 원인이기도 하지만, ELA 공정의 공정 속도가 원인이 될 수도 있다. 예컨대 통상적인 ELA 공정의 경우, 펄스 레이저 광의 펄스 반복 주파수는 약 500㎐ 이고, 스캔 피치는 약 20㎛ 이다. 이 조건에서 실리콘 박막의 결정화를 위한 공정 속도는 대략 10㎜/s 인데, 이때 종래의 싱글 스캔 방식이 적용된 ELA 공정에서 0.3㎜ 두께의 기판을 사용하면 공정이 종료된 기판 상에 스테이지의 지지면 패턴에 의한 무늬가 남겨진다.
본 발명은 기판의 처리 시 기판이 손상되는 것을 억제 또는 방지할 수 있는 레이저 처리장치 및 처리방법을 제공한다.
본 발명은 기판의 처리 시 기판에 조사되는 라인 빔의 에너지밀도 및 균질성의 편차를 줄일 수 있는 레이저 처리장치 및 처리방법을 제공한다.
본 발명은 기판의 처리 시 기판 또는 라인 빔의 이동 속도를 향상시킬 수 있는 레이저 처리장치 및 처리방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 처리장치는, 기판을 처리 가능한 공간이 내부에 마련되는 챔버; 레이저 광을 발진 및 가공하여 상기 챔버의 내부로 조사 가능하게 형성되는 레이저부; 상기 레이저 광의 조사 경로에 상기 기판을 위치시킬 수 있도록 상기 챔버의 내부에 장착되는 스테이지부; 및 에너지밀도 기준 값을 이용하여 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 펄스 형태의 상기 레이저 광이 라인 빔으로 가공되어 상기 기판에 오버랩 되며 조사되는 동안 상기 라인 빔의 빔 폭 및 스캔 피치가 일정하도록 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 라인 빔의 조사가 시작되는 기판 시작위치와 상기 라인 빔의 조사가 종료되는 기판 종료위치가 일치하도록 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 라인 빔이 상기 기판의 처리면 전체 영역을 전후진하며 적어도 한번 이상 왕복하도록 상기 레이저부 및 상기 스테이지부의 작동을 제어할 수 있다.
상기 에너지밀도 기준 값은 기판의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 상기 라인 빔에 의한 에너지밀도 누적 값의 기준 값을 포함하고, 기판의 처리면 부분 영역의 면적은 상기 라인 빔의 스캔 피치 면적에 대응할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 에너지밀도 기준 값과 상기 라인 빔의 에너지밀도 값을 이용하여, 기판의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 라인 빔의 샷 수 기준값을 산출하고, 상기 라인 빔의 샷 수 기준값을 상기 라인 빔의 전진 횟수와 후진 횟수를 더한 값으로 나누어 라인 빔의 샷 수 목표값을 산출하고, 상기 라인 빔의 샷 수 목표값을 이용하여 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 라인 빔의 전진 및 후진 시, 기판의 처리면 부분 영역에 조사되는 라인 빔의 샷 수가 상기 라인 빔의 샷 수 목표값에 일치하도록 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 라인 빔의 전진 속도 및 후진 속도가 일치하도록 상기 스테이지부의 작동을 제어하고, 상기 라인 빔의 전진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치와 상기 라인 빔의 후진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치가 어긋나도록 상기 스테이지부의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 처리방법은, 기판을 마련하는 과정; 에너지밀도 기준 값을 이용하여 라인 빔 조사 조건을 설정하는 과정; 상기 기판에 라인 빔을 조사하는 과정; 상기 라인 빔 조사 조건을 이용하여, 상기 라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정;을 포함한다.
상기 에너지밀도 기준 값은 기판의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 상기 라인 빔에 의한 에너지밀도 누적 값의 기준 값을 포함하고, 기판의 처리면 부분 영역의 면적은 상기 라인 빔의 스캔 피치 면적에 대응할 수 있다.
상기 라인 빔 조사 조건을 설정하는 과정은, 상기 에너지밀도 기준 값과 상기 라인 빔의 에너지밀도 값을 이용하여, 기판의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 라인 빔의 샷 수 기준값을 산출하는 과정; 상기 라인 빔의 샷 수 기준값을 상기 라인 빔의 전진 횟수와 후진 횟수를 더한 값으로 나누어 산출되는 라인 빔의 샷 수 목표값을 상기 라인 빔 조사 조건으로 설정하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 기판에 라인 빔을 조사하는 과정은, 펄스 형태의 레이저 광을 상기 라인 빔으로 가공하여 상기 기판에 오버랩 하며 조사하는 과정; 상기 라인 빔을 상기 기판에 조사하는 동안, 상기 라인 빔의 빔 폭 및 스캔 피치를 일정하게 유지하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정은, 상기 라인 빔의 조사가 시작되는 기판 시작위치와 상기 라인 빔의 조사가 종료되는 기판 종료위치가 일치하도록 상기 기판을 이동시키는 과정; 상기 라인 빔의 샷 수 목표값을 이용하여 상기 기판의 이동 속도를 제어하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정은, 상기 라인 빔이 상기 기판의 처리면 전체 영역을 전후진하며 적어도 한번 이상 왕복하도록 상기 기판을 이동시키는 과정; 상기 라인 빔의 샷 수 목표값을 이용하여 상기 기판의 이동 속도를 제어하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 기판을 이동시키는 과정은, 상기 기판의 처리면에 대한 상기 라인 빔의 전진 속도 및 후진 속도가 일치하고, 상기 라인 빔의 전진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치와 상기 라인 빔의 후진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치가 어긋나도록 상기 기판을 이동시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 기판의 이동 속도를 제어하는 과정은, 상기 기판의 전진 및 후진 시, 기판의 처리면 부분 영역에 조사되는 라인 빔의 샷 수가 상기 라인 빔의 샷 수 목표값에 일치하도록, 상기 기판의 전진 및 후진 속도를 제어하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 기판의 처리 시, 기판에 조사되는 라인 빔의 에너지밀도 및 균질성의 편차를 줄일 수 있고, 기판 또는 라인 빔의 이동 속도를 향상시킬 수 있어, 기판이 손상되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
예컨대 엑시머 레이저 어닐링 공정에 적용되는 경우, 에너지밀도 기준 값을 이용하여 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어 가능한 제어부를 마련한다. 이 제어부를 이용하여 기판에 조사되는 라인 빔이 기판의 처리면 전체 영역을 전후진하면서 한번 이상 왕복하도록 라인 빔의 오버랩 스캔을 복수회 실시할 수 있다. 이와 함께, 제어부를 이용하여, 라인 빔의 조사가 시작되는 기판 시작위치와 라인 빔의 조사가 종료되는 기판 종료위치가 일치하도록 제어할 수 있고, 라인 빔의 빔 폭 및 스캔 피치가 일정하도록 제어할 수 있고, 기판의 처리면 부분 영역에 조사되는 라인 빔의 샷 수를 조절할 수 있다. 또한, 기판의 전진 속도 및 후진 속도를 제어할 수 있다. 이로부터 기판의 처리면 부분 영역들에 대한 라인 빔의 에너지밀도 및 균질성의 편차를 줄일 수 있다. 따라서, 기판에 샷 무라가 생성되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 기판의 이동 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 라인 빔에 의하여 기판에 단위 시간당 가해지는 열을 감소시킬 수 있어, 기판에 스테이지의 지지면 패턴에 의한 격자무늬가 생성되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 방식으로 처리된 기판의 문제점들을 설명하기 위한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리장치의 개략도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 라인 빔의 오버랩 스캔 방식으로 기판에 라인 빔을 조사하는 과정을 도시한 모식도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실험 예에 따른 라인 빔의 에너지밀도 누적 값을 도시한 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 기판 처리 결과를 도시한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리장치의 개략도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 라인 빔의 오버랩 스캔 방식으로 기판에 라인 빔을 조사하는 과정을 도시한 모식도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실험 예에 따른 라인 빔의 에너지밀도 누적 값을 도시한 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 기판 처리 결과를 도시한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 엑시머 레이저 광을 이용하여 기판을 어닐링 처리하는 동안, 기판이 손상되는 것을 억제 또는 방지할 수 있는 레이저 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 이하에서는, 디스플레이 장치 제조부문의 엑시머 레이저 어닐링 공정 및 엑시머 레이저 어닐링 장치를 기준으로 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 레이저 광을 이용하여 각종 처리물을 다양한 방식으로 처리하도록 마련된 여러 산업 분야의 각종 레이저 처리공정 및 처리장치들에 다양하게 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리장치의 개략도이다. 이때, 도 3의 (a)는 레이저 처리장치의 측면도이고, 도 3의 (b)는 레이저 처리장치의 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 라인 빔의 오버랩 스캔방식으로 기판에 라인 빔을 조사하는 과정을 도시한 모식도이다. 이때, 도 4의 (a) 및 (b)는 각각 라인 빔을 전진시키며 기판에 반복 조사하는 과정을 도시한 모식도 및 평면도이고, 도 5의 (a) 및 (b)는 각각 라인 빔을 후진시키며 기판에 반복 조사하는 과정을 도시한 모식도 및 평면도이며, 도 6은 라인 빔이 기판의 처리면 전체 영역을 왕복하도록 라인 빔을 이동시키며 기판에 반복 조사하는 과정을 도시한 모식도이다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 실시 예에 따른 레이저 처리방법을 설명하기 전에, 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리장치를 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리장치는, 기판을 처리 가능한 공간이 내부에 마련되는 챔버(10), 레이저 광을 발진 및 가공하여 챔버(10)의 내부로 조사 가능하게 형성되는 레이저부(20), 레이저 광의 조사 경로에 기판을 위치시킬 수 있도록 챔버(10)의 내부에 장착되는 스테이지부(30), 및 에너지밀도 기준 값을 이용하여 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 작동을 제어하는 제어부(40)를 포함한다.
기판(1)은 일면 예컨대 처리면에 비정질 실리콘 박막이 형성된 유리 기판을 포함할 수 있다. 물론, 기판은 처리면에 각종 박막이나 소자 등이 형성되는 공정이 진행 중이거나 종료된 반도체 소자 제조용의 실리콘 기판이나 디스플레이 장치 제조용의 글라스 기판 등을 포함할 수 있고, 처리면에 PI 박막이 형성된 유리 기판을 포함할 수도 있다. 기판(1)은 그 형상이 원판 형상이나 사각판 형상 등 다양할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 예의 경우, 0.3㎜ 이하의 두께로 기판(1)의 두께가 얇게 형성되어도 제어부(40)의 제어에 의하여 기판이 손상 없이 처리될 수 있다.
챔버(10)는 소정의 입체 예컨대 육면체의 형상으로 형성될 수 있고, 내부에 기판(1)을 처리 가능한 공간이 마련될 수 있다. 챔버(10)는 기판(1)의 형상에 대응하여 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 챔버(10)는 일체형으로 마련되거나, 상부가 개방된 몸체 및 하부가 개방된 리드가 서로 마주보고 탈착 가능하게 결합하여 마련될 수 있다. 챔버(10)는 소정의 위치에 기판의 출입을 위한 도어(미도시)가 마련될 수 있다. 또한, 챔버(10)는 부산물의 배기를 위한 배기 포트(미도시), 진공 형성을 위한 진공 포트(미도시), 및 내부 분위기의 제어를 위한 분사 노즐(미도시)이 복수 위치에 마련될 수 있다. 한편, 챔버(10)는 레이저 광의 조사 경로에 교차하는 상부 일측이 소정 면적 개방되어 입사구가 형성될 수 있으며, 상술한 입사구에 윈도우가 장착되어 챔버(10)의 내부가 밀봉될 수 있다. 윈도우는 레이저 광이 투과 가능하게 형성되며, 예컨대 석영(quartz)으로 형성될 수 있다.
레이저부(20)는 레이저 광을 발진 및 가공하여 챔버(10)의 내부로 조사 가능하게 형성된다. 레이저부(20)는 펄스 형태의 레이저 광을 발진하는 광원(21), 레이저 광을 라인 빔으로 가공하는 광학계(미도시), 라인 빔(L)을 기판(1) 측으로 반사시키는 반사미러(22) 및 반사미러(22)에서 반사된 라인 빔(L)을 기판(1) 상에 집광시키는 렌즈계(미도시)를 포함할 수 있다. 레이저부(20)는 챔버(10)의 외부에 마련된다. 광원(21)은 레이저 광을 발생시키는 구성으로서, 이용하고자 하는 레이저 광의 파장에 따라 KrF 엑시머 레이저와, ArF 엑시머 레이저 등 다양한 종류의 것이 채용될 수 있다. 예를 들어, 레이저 광의 소스로, Ar 레이저, Kr 레이저, 엑시머 레이저 등의 기체 레이저, 단결정의 YAG, YVO4, 포스테라이트(Mg2SiO4), YAlO3, GdVO4, 또는 다결정(세라믹스)의 YAG, Y2O3, YVO4, YAlO3, GdVO4에 도펀트로서 Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, Ta 중 1종 또는 다수 종 첨가한 것을 매질로 하는 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저, 구리 증기 레이저 또는 금 증기 레이저 중 1종 또는 다수 종으로부터 발진되는 것을 사용할 수 있다. 광학계는 챔버(10)의 윈도우측으로 레이저 광을 안내하며 레이저 광의 형상 및 에너지 분포를 가공하고, 라인 빔의 형태로 레이저 광을 가공할 수 있다. 광학계는 레이저 광의 형상을 라인 빔 형상으로 가공하는 빔 팽창 망원경(Beam Expansion Telescope), 및 가공된 라인 빔의 에너지 분포를 균일하게 하는 빔 균일제(Beam Homogenizer)를 포함할 수 있다. 반사미러(22)는 라인 빔의 진행방향에 예컨대 45°기울어지게 배치되고, 광학계에서 출력되는 라인 빔을 기판(1) 측으로 반사시킨다. 렌즈계는 복수의 렌즈가 조합되어 마련되고, 라인 빔을 집광하여 기판(10) 측으로 진행시킨다. 레이저부(20)는 감쇠기(미도시) 및 빔스플리터(미도시) 등을 더 구비할 수 있다. 윈도우를 투과하여 챔버(10)의 내부로 입사된 라인 빔에 의해 레이저 광의 조사 경로가 형성된다.
스테이지부(30)는 레이저 광의 조사 경로에 상기 기판을 위치시킬 수 있도록 상기 챔버(10)의 내부 하측에 장착될 수 있다. 스테이지부(30)는 상면에 기판(1)을 지지 가능하도록 지지면이 구비될 수 있다. 스테이지부(30)는 이송대 예컨대 X축 이송대(31)에 설치되고, X축 방향으로 왕복 이송될 수 있다. 스테이지부(30)와 X축 이송대(31) 사이 또는 챔버(10)와 X축 이송대(31) 사이에 Y축 이송대(미도시)가 설치될 수도 있다. 스테이지부(40)와 Y축 이송대 사이 또는 스테이지부(30)와 X축 이송대(31) 사이에 Z축 방향으로 회전 가능한 정반(미도시)이 설치될 수도 있다.
제어부(40)는 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 작동을 제어 가능하도록 형성될 수 있다. 제어부(40)는 펄스 형태의 레이저 광이 라인 빔(L)으로 가공되어 기판(1)에 오버랩 되며 조사되는 동안, 라인 빔(L)의 빔 폭 및 스캔 피치가 일정하도록 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 작동을 제어할 수 있고, 또한, 라인 빔(L)의 조사가 시작되는 기판 시작위치와 라인 빔의 조사가 종료되는 기판 종료위치가 일치하도록 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 작동을 제어할 수 있으며, 또한, 라인 빔(L)이 기판(1)의 처리면 전체 영역을 전후진하며 적어도 한번 이상 왕복하도록 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 라인 빔(L)이 기판(1)에 조사되는 동안, 라인 빔(L)의 전진 속도와 후진 속도가 일치하도록 스테이지부(30)의 작동을 제어할 수 있고, 라인 빔(L)의 전진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치와 라인 빔(L)의 후진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치가 서로 어긋나도록 스테이지부(30)의 작동을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(40)는 에너지밀도 기준 값을 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 제어에 활용할 수 있다.
한편, 본 발명의 변형 예에서는 라인 빔(L)이 기판(1)의 처리면 전체 영역을 전후진하며 적어도 한번 이상 왕복하는 것을 만족할 때, 기판 시작위치와 기판 종료위치가 일치하지 않을 수도 있다. 즉, 기판(1) 또는 라인 빔(L)의 전진 횟수와 후진 횟수가 서로 일치하지 않는 경우이고, 예컨대 기판(1)의 처리 시 기판(1)이 후진, 전진 및 후진의 순서로 이동하고, 기판(1)의 처리가 종료되는 경우가 이에 해당한다. 이처럼 기판(1)의 처리되는 동안, 라인 빔(L) 또는 기판(1)이 적어도 한번 이상 왕복 이동하는 것을 만족하는 범위 내에서 본 발명의 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다.
라인 빔(L)은 기판(1)이 처리되는 동안, 약 수십 내지 수백 ㎐의 펄스 반복 주파수로 기판(1)의 처리면에 반복하여 조사된다. 즉, 라인 빔(L)은 초당 수십에서 수백 개의 펄스로 기판(1)의 처리면에 반복 조사되는데, 라인 빔(L)이 기판(1)에 1회 조사되는 것을 1샷(shot) 이라 하고, 라인 빔(L)이 기판(1)의 처리면 부분 영역에 각각 반복하여 조사되는 횟수를 샷 수(shot number)라 한다.
기판(1)의 처리면 부분 영역은 라인 빔(L)의 스캔 피치에 대응하는 영역이고, 면적은 라인 빔(L)의 스캔 피치 면적에 대응하고, 예컨대 라인 빔(L)의 스캔 피치 면적에 일치할 수 있다. 기판(1)의 처리면 전체 영역은 라인 빔(L)의 스캔 피치 면적과 일치하는 소정 면적의 상기 부분 영역들로 구분될 수 있고, 부분 영역들은 기판(1)의 길이 방향(공정 진행 방향) 예컨대 X축 방향으로 나열되어 서로 연접하면서 기판(1)의 처리면 전체 영역을 형성할 수 있다.
에너지밀도(energy density; ED)는 예컨대 단위 면적(cm2)당 에너지량(mJ)을 의미하며 레이저의 에너지 세기를 표현하는 하나의 방식이다. 본 발명의 실시 예의 경우 기판(1)의 처리면 부분 영역에 라인 빔(L)이 1샷 조사되었을 때 기판(1)의 처리면 부분 영역에 가해지는 에너지량이 라인 빔(L)의 에너지밀도를 의미한다. 이러한 에너지밀도는 라인 빔(L)의 1샷마다 다를 수 있고, 라인 빔(L)의 샷 수가 증가함에 따라 달라질 수 있다.
에너지밀도 기준 값은 기판(1)의 처리면에 조사되어야 하는 라인 빔(L)에 의한 에너지밀도 누적 값의 기준 값을 포함하며, 특히, 기판(1)의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 라인 빔(L)의 에너지밀도 누적 값의 기준 값을 포함할 수 있다. 예컨대 에너지밀도 기준 값은 기판(1)의 처리면에 형성된 비정질 실리콘 박막을 결정화시키도록 기판(1)의 처리면에 반복 조사된 라인 빔(L)의 에너지밀도 누적 값을 최적화하여 획득한 값일 수 있다. 에너지밀도 기준 값은 기 설정되는 값이고, 이전 공정들에서 축적된 공정 데이타를 이용하여 경험적으로 구하거나, 비정질 실리콘 박막의 특성과 라인 빔의 특성을 이용하여 이론적으로 산출할 수도 있다.
한편, 에너지밀도 누적 값은 기판(1)의 처리 중 라인 빔(L)의 샷 마다 레이저부(20)에서 측정된 라인 빔(L)의 에너지밀도 값을 모두 더하여 획득하거나, 레이저부(20)에 설정된 에너지밀도 값에 라인 빔(L)의 샷 수를 곱하여 획득할 수 있다. 또는, 에너지밀도 누적 값은 라인 빔(L)이 조사된 기판(1)의 처리면을 광학 검사하여 검사된 처리면의 광학적인 특성으로부터 도출될 수도 있다
종래의 싱글 스캔(Single scan)방식으로 라인 빔(L)을 기판(1)의 처리면 전체 영역에 조사하는 경우 기판(1)의 처리면 부분 영역에 조사되는 라인 빔(L)은 샷 수가 수십을 넘는다.
이 경우, 기판(1)의 처리면 부분 영역에 누적된 에너지밀도 값인 에너지밀도 누적 값은 기판(1)의 처리면 부분 영역마다 큰 편차를 가진다. 이 경우, 공정이 종료되면, 기판(1)의 결정화된 실리콘 박막에 샷 무라가 생성된다.
종래의 상술한 문제점을 방지하고자, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(40)는 더블 스캔(Double scan) 또는 멀티 스캔(Multi scan)방식으로 라인 빔(L)을 기판(1)의 처리면 전체 영역에 반복 및 중첩 조사한다.
여기서, 더블 스캔방식이란, 라인 빔(L)을 예컨대 +X 방향인 전진 방향으로 수평 이동시키면서 기판(1)의 처리면 전체 영역에 정해진 비율로 중첩시키며 반복 조사하고, 이어서, 라인 빔(L)을 예컨대 -X 방향인 후진 방향으로 수평 이동시키며 기판(1)의 처리면 전체 영역에 정해진 비율로 중첩시키며 반복 조사하여, 기판(1)의 처리면 전체 영역에 대한 오버랩 스캔이 연속 2회 완료되면 공정을 종료하는 것을 의미한다.
또한, 멀티 스캔 방식이랑 상술한 더블 스캔 방식으로 기판(1)의 처리면 전체 영역에 대한 오버랩 스캔을 연속 2회 실시하고, 이후, 연속하여 기판(1)의 처리면 전체 영역에 대한 오버랩 스캔은 1회 이상 더 실시한 후, 공정을 종료하는 것을 의미한다. 즉, 더블 스캔 및 멀티 스캔 방식은 싱글 스캔 방식을 연속하여 여러 번 실시하는 것을 의미한다. 한편, 더블 스캔 및 멀티 스캔 방식으로 라인 빔(L)을 기판(1)에 조사할 때, 라인 빔(L)이 기판(1)의 처리면 전체 영역을 전후진하며 적어도 한번 이상 왕복하는데, 이때, 라인 빔(L)의 빔 폭 및 스캔 피치가 일정하게 제어되고, 기판 시작위치와 기판 종료위치가 일치하도록 제어되고, 라인 빔(L)의 전진 시 기판(1)의 처리면 부분 영역의 형성위치와 라인 빔(L)의 후진 시 기판(1)의 처리면 부분 영역의 형성위치가 라인 빔(L)의 이동 방향으로 어긋나도록 제어될 수 있다.
이 경우, 종래에는 싱글 스캔 방식으로 기판(1)을 처리하기 때문에 기판(1)의 처리면 부분 영역에 라인 빔(L)의 샷이 상대적으로 짧은 시간 내에 집중적으로 조사된다. 반면, 본 발명의 실시 예에서는 더블 스캔 또는 멀티 스캔 방식으로 기판(1)을 처리하기 때문에 기판(1)의 처리면 부분 영역에 라인 빔(L)의 샷이 소정의 시간 간격을 두고 적어도 두번에 걸쳐 나눠 조사될 수 있다.
이처럼 라인 빔(L)의 샷이 나눠 조사되게 되면, 기판(1)의 처리면 부분 영역들에 각각 누적되는 라인 빔(L)의 에너지밀도 누적 값의 편차가 종래보다 줄어들게 되어 공정이 종료된 기판(1)에 샷 무라가 생성되는 것이 억제될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 실시 예에서는 더블 스캔방식 및 멀티 스캔방식의 공정 효율을 더욱 증대시키도록, 제어부(40)가 에너지밀도 기준 값과 라인 빔의 에너지밀도 값을 이용하여 기판(1)의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 라인 빔의 샷 수 기준값을 산출하고, 라인 빔의 샷 수 기준값을 라인 빔의 전진 횟수와 후진 횟수를 더한 값으로 나누어 라인 빔의 샷 수 목표값을 산출한 후, 라인 빔의 샷 수 목표값을 이용하여 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 작동을 제어한다. 이를 아래에서 예를 들어 설명한다.
예컨대 기 설정된 에너지밀도 기준 값을 라인 빔(L)의 에너지밀도 값으로 나누어 라인 빔의 샷 수 기준값을 산출한다. 라인 빔의 샷 수 기준값은 기판(1)의 비정질 실리콘 박막이 결정화되기 위해 기판(1)의 처리면 부분 영역에 중첩하여 반복 조사되어야 하는 라인 빔의 샷 수를 의미한다. 이때, 라인 빔의 샷 수는 1보다 큰 자연수일 수 있고, 기 설정된 에너지밀도 기준 값을 라인 빔(L)의 에너지밀도 값으로 나눈 값이 자연수가 아니면 소숫점 아래의 값을 반올림하거나 버림하여 그 값을 구할 수 있다.
이후, 라인 빔의 샷 수 기준값을 라인 빔의 전진 횟수와 후진 횟수를 더한 값으로 나누어, 라인 빔의 샷 수 목표값을 산출한다. 예컨대 라인 빔이 1회 왕복하는 경우, 라인 빔의 샷 수 기준값을 2로 나누어 라인 빔의 샷 수 목표값을 구하고, 라인 빔이 n회 왕복하면, 라인 빔의 샷 수 기준값을 2×n으로 나누어 라인 빔의 샷 수 목표값을 구한다. 이때, 본 발명의 실시 예의 경우 상기 n은 1 이상의 자연수일 수 있고, 본 발명의 변형 예의 경우 상기 n은 1 보다 큰 유리수 예컨대, 1.5 또는 2.5 등의 유리수일 수 있다. 또한, 상기 과정으로 구한 값이 자연수가 아니면 소숫점 아래의 값을 반올림하거나 버림하여 그 값을 정정할 수 있다.
상기의 과정으로 구한 라인 빔의 샷 수 목표값은 두 방향(전진 방향 및 후진 방향)으로 번갈아 가며 수평 이동하는 기판(1)에 복수 회 실시되는 오버랩 스캔 중 1 회의 오버랩 스캔 시 기판(1)의 처리면 부분 영역에 중첩하여 반복 조사되어야 하는 라인 빔의 샷 수를 의미한다.
이후, 제어부(40)는 라인 빔의 샷 수 목표값을 이용하여 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 작동을 제어한다. 즉, 라인 빔(L)의 전진 시 기판(1)의 처리면 부분 영역에 조사되는 라인 빔(L)의 샷 수가 라인 빔의 샷 수 목표값에 일치하고, 라인 빔(L)의 후진 시 기판(1)의 처리면 부분 영역에 조사되는 라인 빔(L)의 샷 수가 라인 빔의 샷 수 목표값에 일치하도록, 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 작동을 제어한다. 한편, 에너지밀도 기준 값을 이용하여 레이저부(20) 및 스테이지부(30)의 작동을 제어하면서, 더블 스캔 및 멀티 스캔 방식으로 라인 빔(L)을 기판(1)에 조사할 때, 라인 빔(L)이 기판(1)의 처리면 전체 영역을 전후진하며 적어도 한번 이상 왕복하는데, 라인 빔(L)의 빔 폭 및 스캔 피치가 일정하게 제어되고, 기판 시작위치와 기판 종료위치가 일치하도록 제어되고, 라인 빔(L)의 전진 시 기판(1)의 처리면 부분 영역의 형성위치와 라인 빔(L)의 후진 시 기판(1)의 처리면 부분 영역의 형성위치가 라인 빔(L)의 이동 방향으로 어긋나도록 제어되고, 라인 빔(L)의 전진 속도와 후진 속도가 일치하도록 제어될 수 있다.
이 경우, 종래의 싱글 스캔 방식에서 기판(1)의 처리면 부분 영역에 연속하여 반복 조사되는 라인 빔(L)의 샷 수를 K라고 할 때, 본 발명의 실시 예에서는 기판(1)의 처리면 부분 영역에 라인 빔(L)의 샷이 소정의 시간 간격을 두고 적어도 두번에 걸쳐 절반 이하 예컨대 K/2 이하의 샷 수로 나눠 조사될 수 있다.
이처럼 라인 빔(L)의 샷이 나눠 조사되게 되면, 기판(1)의 처리면 부분 영역들에 각각 누적되는 라인 빔(L)의 에너지밀도 누적 값의 편차가 더욱 줄어들게 되어 공정이 종료된 기판(1)에 샷 무라가 생성되는 것이 억제 또는 방지될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리방법을 설명한다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리방법의 기술적 특징들은 본 발명의 실시 예에 따른 상술한 레이저 처리장치의 기술적 특징들과 일치하거나 상응하며, 따라서, 설명의 중복을 피하고자, 이하에서 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리방법을 설명할 때, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리장치의 상술한 설명과 중복되는 내용은 생략하거나 간단히 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리방법은, 기판을 마련하는 과정(S100), 에너지밀도 기준 값을 이용하여 라인 빔 조사 조건을 설정하는 과정(S200), 기판에 라인 빔을 조사하는 과정(S300), 라인 빔 조사 조건을 이용하여 라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정(S400)을 포함한다.
우선, 기판을 마련하는 과정을 실시한다. 기판(1)은 처리면에 비정질 실리콘 박막이 형성된 유리 기판을 포함할 수 있다. 기판(1)은 챔버(10)의 내부로 반입되어 스테이지(30)의 지지면에 안착되는 일련의 과정을 거쳐 마련될 수 있다.
이후, 에너지밀도 기준 값을 이용하여 라인 빔 조사 조건을 설정하는 과정을 실시한다. 이때, 에너지밀도 기준 값은 기판(1)의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 라인 빔(L)에 의한 에너지밀도 누적 값의 기준 값일 수 있다. 한편, 기판(1)의 처리면 부분 영역은 라인 빔(L)의 스캔 피치(SP)에 대응 또는 일치하는 영역이고, 그 면적은 라인 빔(L)의 스캔 피치(SP) 면적에 대응할 수 있다.
라인 빔 조사 조건을 설정하는 과정은 다음과 같다. 에너지밀도 기준 값과 라인 빔의 에너지밀도 값을 이용하여 기판(1)의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 라인 빔의 샷 수 기준값을 산출한 후, 라인 빔의 샷 수 기준값을 라인 빔의 전진 횟수와 후진 횟수를 더한 값으로 나누어 산출되는 라인 빔의 샷 수 목표값을 라인 빔 조사 조건으로 설정한다. 즉, 라인 빔 조사 조건은 라인 빔의 샷 수 조건일 수 있고, 그 값으로 라인 빔의 샷 수 목표값을 포함한다.
이후, 상기 기판에 라인 빔을 조사하는 과정을 실시한다. 예컨대 펄스 형태의 레이저 광을 라인 빔(L)으로 가공하여 기판(1)에 오버랩 하며 조사하고, 이때, 라인 빔(L)을 기판에 조사하는 동안, 라인 빔의 빔 폭(BW) 및 스캔 피치(SP)를 일정하게 유지한다. 이에 의해, 라인 빔(L)의 오버랩 영역(OL)의 크기 또한 일정하게 유지될 수 있다. 한편, 라인 빔(L)을 오버랩 스캔 방식으로 기판(1)에 반복하여 중첩 조사할 때, 오버랩되는 비율에 따라 결정 구조의 차이가 생기기 때문에, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 라인 빔(L)의 오버랩 영역(OL)의 크기를 일정하게 유지함에 따라 결정화된 실리콘 박막의 결정 구조를 균일하게 제어할 수 있다.
이후, 기판에 라인 빔을 조사하는 상기의 과정과 함께, 라인 빔 조사 조건을 이용하여 라인 빔 또는 기판을 이동시킨다. 본 발명의 실시 예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 라인 빔(L)의 위치를 고정하고, 기판(1)을 +X 방향인 전진 방향으로 수평 이동시키고, 또한, 기판(1)을 -X 방향인 후진 방향으로 수평 이동시키는 방식으로 라인 빔(L)을 기판(1)의 처리면 상에서 전후진 이동시키며 왕복 시킬 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 라인 빔의 위치를 고정하고, 기판(1)을 -X 방향인 후진 방향으로 수평 이동시켜 라인 빔을 기판(1)의 처리면 상에서 +X 방향인 전진 방향으로 수평 이동시키고, 이어, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(1)을 +X 방향인 전진 방향으로 수평 이동시켜 라인 빔을 기판(1)의 처리면 상에서 -X 방향인 후진 방향으로 수평 이동시키는 방식으로 라인 빔(L)을 기판(1)의 처리면 상에서 전후진 이동시키며 왕복 시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에서 라인 빔(L)의 이동은 기판(1)의 처리면에 대한 상대적인 이동을 의미하고, 마찬가지로, 기판(1)의 이동은 라인 빔(L)에 대한 상대적인 이동을 의미한다. 즉, 스테이지 이동 방향과 라인 빔 스캔 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정에 있어서, 라인 빔(L)의 조사가 시작되는 기판 시작위치와 라인 빔(L)의 조사가 종료되는 기판 종료위치가 일치하도록 기판을 이동시킨다. 즉, 기판(1)의 전진 횟수와 후진 횟수가 일치하도록 기판(1)을 이동시킨다. 예컨대 도 6을 보면, 기판(1)이 +X 방향인 전진 방향으로 이동하며 라인 빔에 의해 기판(1)의 처리면 전체 영역이 1회차 오버랩 스캔되고, 연속하여, 기판(1)이 -X 방향인 후진 방향으로 이동하며 라인 빔에 의해 기판(1)의 처리면 전체 영역이 2회차 오버랩 스캔된 후, 공정이 종료된다.
이에 기판 시작위치와 기판 종료위치가 X축 방향에 대하여 그 위치가 일치할 수 있고, 이 경우, 기판(1)의 반입과 반출이 기판(1)의 처리 전후에 즉시 실시될 수 있어 시간 상의 이득이 있다. 예컨대 종래에는 싱글 스캔 방식으로 오버랩 스캔을 1회 실시 후 공정을 종료하였기 때문에, 공정이 종료되면, 다시 기판의 위치를 기판 시작위치로 복귀시킨 후 기판을 반출하는 번거로움이 있었다. 반면, 본 발명의 실시 예에서는 상기한 바와 같이 기판 시작위치와 기판 종료위치가 X축 방향에 대하여 일치하기 때문이 기판(1)의 처리 직후 스테이지의 이동 없이 기판(1)을 빠르게 반출할 수 있다.
한편, 본 발명의 변형 예에서는, 라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정에 있어서, 라인 빔(L)이 상기 기판의 처리면 전체 영역을 전후진하며 적어도 한번 이상 왕복하도록 기판을 이동시킬 수 있다. 즉, 기판(1)의 전진 횟수와 후진 횟수가 서로 일치하지 않을 수 있다, 예컨대 기판(1)의 처리 시 기판(1)이 후진, 전진 및 후진의 순서로 이동하고, 기판(1)의 처리가 종료되는 경우가 이에 해당한다. 이처럼 기판(1)의 처리되는 동안, 라인 빔(L) 또는 기판(1)이 적어도 한번 이상 왕복 이동하는 것을 만족하는 범위 내에서 본 발명의 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다.
기판에 라인 빔을 조사하는 과정과 함께, 라인 빔 조사 조건을 이용하여 라인 빔 또는 기판을 이동시킬 때, 라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정에 있어서, 라인 빔의 샷 수 목표값을 이용하여 기판(1)의 이동 속도를 제어한다.
이 과정은, 기판(1)의 전진 및 후진 시, 기판(1)의 처리면 부분 영역에 조사되는 라인 빔(L)의 샷 수가 각각 라인 빔의 샷 수 목표값에 일치하도록, 기판(1)의 전진 및 후진 속도를 제어하는 방식으로 실시될 수 있다. 이때, 기판(1)의 처리면에 대한 라인 빔(L)의 전진 속도 및 후진 속도가 일치하고, 라인 빔(L)의 전진 시 기판(1)의 처리면 부분 영역의 위치와 라인 빔(L)의 후진 시 기판(1)의 처리면 부분 영역의 위치가 어긋날 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리장치 및 레이저 처리방법은 엑시머 레이저 어닐링 공정에 적용되어 더블 스캔 또는 멀티 스캔 방식으로 라인 빔을 기판에 조사하여 기판 상의 비정질 실리콘 박막을 결정화한다. 이 경우, 종래의 싱글 스캔 방식과 비교하면, 스캔 피치에 해당하는 기판 상의 부분 영역에 반복 조사되는 라인 빔의 샷 수가 오버랩 스캔의 각 회차마다 종래의 절반 이하로 감소될 수 있다.
이처럼 소정의 시간 간격을 두고 적어도 2회 이상 나누어 기판의 처리면 부분 영역에 라인 빔을 반복 조사하기 때문에, 각 회차의 오버랩 스캔 시, 종래보다 오버랩 비율이 감소되어 오버랩 영역의 크기가 작아지고, 종래보다 스캔 피치 면적이 커질 수 있다. 이에, 기판의 처리면 각 부분 영역에 조사된 라인 빔에 의한 에너지밀도 편차가 줄어들게 되어 샷 무라가 개선될 수 있다.
또한, 라인 빔의 이동 속도가 빨라지게 되어 기판의 열 손상이 억제 또는 방지될 수 있다. 이때, 라인 빔의 전진 속도 및 후진 속도는 라인 빔의 왕복 횟수에 반비례하므로, 예컨대 라인 빔의 발진 주기, 펄스 형태, 형상 및 크기 등의 여러 조건을 종래 수준으로 유지시키며 라인 빔의 왕복 횟수를 증가시켜 라인 빔의 전진 속도 및 후진 속도를 제어하여 공정을 종래의 수준 이상으로 원활히 실시하면서 열 손상을 줄일 수 있다. 이처럼 기판의 처리 시 라인 빔의 이동 속도(예컨대 공정 속도)를 종래의 두 배 이상으로 크게 증가시켜 단위 시간당 기판이 받는 열을 감소시킬 수 있어 기판의 손상을 억제 또는 방지할 수 있다.
한편, 각 회차별로 기판에 조사되는 라인 빔의 에너지밀도를 전부 누적하면 기판 상의 비정질 실리콘 박막의 결정화에 필요한 에너지를 만족하기 때문에, 이의 방식으로 기판을 처리하는 경우, 기판 상의 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 것을 만족하면서, 오버랩 비율을 감소시키는 효과, 스캔 피치를 증가시키는 효과, 전체 공정 속도를 두배 이상 증가시키거나 유지시키는 효과 및 단위 시간 당 기판이 받는 열을 감소시키는 효과를 모두 달성할 수 있다. 따라서, 기판 처리 중에 샷 무라가 기판 상에 생성되는 것을 억제 또는 방지할 수 있고, 스테이지부의 지지면 패턴에 의한 무늬가 기판 상에 생성되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 즉, 공정이 종료된 기판의 손상을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 이 경우 라인 빔 가공과 관련된 구성부의 구성 및 방식을 종전대로 유지할 수 있어서 이와 관련된 비용의 증가를 방지할 수 있고, 기판 처리에 필요한 공정 시간을 종래 수준으로 유지하거나 종래 수준보다 줄일 수 있으므로 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 처리가 완료된 기판의 품질을 향상시킬 수 있어 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실험 예에 따른 라인 빔의 에너지밀도 누적 값을 도시한 그래프이다. 이하, 도 7 및 8을 참조하여, 본 발명의 실험 예에 따른 기판의 처리 시 기판의 처리면 부분 영역들에서의 라인 빔의 에너지밀도 누적 값을 설명하면서, 이로 인한 샷 무라의 개선 효과를 함께 설명한다. 실험 예에 따른 공정 조건은 아래의 [표 1]과 같다.
| 싱글 스캔(비교 예) | 더블 스캔(실시 예) | |
| 빔 폭(㎛) | 400 | 400 |
| 스캔 피치(㎛) | 20 | 40 |
| 스캔 피치별 샷 수 | 20 | 10+10 |
| 스캔 속도(mm/s) | 10 | 20 |
| 오버랩 스캔 횟수(회) | 1 | 2 |
| 예상 공정 마진(%) | 100 | 120 |
종래의 방식인 싱글 스캔 방식으로 오버랩 스캔을 1회 실시하고, 본 발명의 실시 예의 방식 중 더블 스캔 방식으로 오버랩 스캔을 2회 실시한 후, 실험을 종료한다, 이때, 더블 스캔의 경우 1회차의 스캔 피치의 위치와 2회차의 스캔 피치의 위치가 스캔 방향으로 서로 어긋나도록 오버랩 스캔을 실시하고, 실험 조건은 상기 [표 1]과 같다. 실험 과정을 간략히 설명하면, 기판을 스테이지에 마련하고 라인 빔을 조사하며 기판을 각 스캔 방식에 맞도록 이동시킨다. 이때, 오버랩 비율은 싱글 스캔 시 95%이고, 더블 스캔 시 90%이다. 기판 이동이 완료되면 실험을 종료한다. 한편, 스캔 피치별 샷 수는 빔 폭과 스캔 피치의 크기에 대응하는데, 예컨대 빔 폭이 400㎛ 이고 스캔 피치가 20㎛ 이면, 스캔 피치별 샷 수는 20(400㎛/20㎛) 이 된다. 싱글 스캔의 경우, 스캔 피치 면적에 규칙적인 샷 수가 주사되며 일정 간격으로 스캔된다. 더블 스캔의 경우, 오버랩 스캔 횟수만큼 스캔 피치가 두배 증가한다. 두 경우 택트 타임(Tact time)은 같거나, 더블 스캔 쪽이 더 작을 수 있다. 이때, 라인 빔의 에너지밀도 및 퀄리티(quality)는 1회차 오버랩 스캔 영역과 2회차 오버랩 스캔 영역에 대한 평균화(Averaging) 효과를 얻을 수 있고, 이 효과에 의해 샷 무라를 개선할 수 있다. 한편 상술한 실험은 컴퓨터 등을 이용하여 시뮬레이션된 실험으로, 이하에서 제시될 결과 데이터 역시 시뮬레이션된 데이타이다. 시뮬레이션 조건으로 아래의 조건을 예시한다.
싱글 스캔에서 샷 수 1 내지 10에 해당하는 에너지밀도 누적 값은 랜덤 값으로 설정하였고, 11 내지 20에 해당하는 에너지밀도 누적 값은 상기 샷 수 1 내지 10의 에너지밀도 누적 값이 그대로 반복되었다고 가정한다. 또한, 더블 스캔에서 1회차 오버랩 스캔 시 샷 수 1 내지 10에 해당하는 에너지밀도 누적 값은 싱글 스캔 시 샷 수 1 내지 10에 해당하는 에너지밀도 누적 값의 절반(1/2)값으로 설정하고, 2회차 오버랩 스캔 시 샷 수 1 내지 10에 해당하는 에너지밀도 누적 값은 1회차 오버랩 스캔 시 샷 수 1 내지 10에 해당하는 에너지밀도 누적 값과 같다고 가정한다. 이때, 두 경우를 비교하기 쉽도록, 더블 스캔의 경우 1회차 및 2회차의 결과를 합산한 후 스캔 피치 면적이 20㎛일 때 누적되는 에너지밀도 누적 값으로 변환시켜 나타내었다. 그 결과는 아래 [표 2]와 같다. 이때, [표 2]의 결과는 스캔 피치의 면적에 대응하는 기판의 처리면 부분 영역 하나에 대한 결과이다. 또한, 아래 제시된 에너지밀도 값은 실제 값이 아니고, 소정의 기준값에 대한 상대값을 의미한다.
| 에너지밀도 누적 값 | ||||
| 스캔 피치(20㎛), 샷 수(20) |
스캔 피치(40㎛), 샷 수(10+10) | |||
| 1회차 샷 수(10) | 2회차 샷 수(10) | 변환(Total) | ||
| 8 | 4 | 3.7 | 7.7 | |
| 9 | 4 | 8 | ||
| 8 | 4.5 | 8.5 | ||
| 9 | 4.5 | 9 | ||
| 8.5 | 4. | 8.5 | ||
| 7 | 4 | 8 | ||
| 8.5 | 4.5 | 8.5 | ||
| 8 | 4.5 | 9 | ||
| 10 | 4.25 | 8.75 | ||
| 7 | 4.25 | 8.5 | ||
| 8 | 3.5 | 7.75 | ||
| 9 | 3.5 | 7 | ||
| 8 | 4.25 | 7.75 | ||
| 9 | 4.25 | 8.5 | ||
| 8.5 | 4 | 8.25 | ||
| 7 | 4 | 8 | ||
| 8.5 | 5 | 9 | ||
| 8 | 5 | 10 | ||
| 10 | 3.5 | 8.5 | ||
| 7 | 3.5 | 7 | ||
| 평균(Avg) | 8.30 | 4.15 | 4.11 | 8.31 |
| 표준편차(STD) | 0.894 | 0.459 | 0.457 | 0.704 |
| sigma(%) | 0.108 | 0.111 | 0.111 | 0.085 |
상기 [표 2]에 나타난 바와 같이, 싱글 스캔과 더블 스캔의 결과를 평균 값과 sigma 값을 기준으로 비교하면 약 21%의 개선 효과가 있음을 확인할 수 있다.
상기 [표 2]의 결과를 막대 그래프로 변환시켜 도 7에 도시하였다. 도 7의 (a)는 싱글 스캔의 결과를 나타내고, 도 7의 (b)는 더블 스캔의 1회차 결과를 나타내고, 도 7의 (c)는 더블 스캔의 2회차 결과를 나타내고, 도 7의 (d)는 더블 스캔의 1회차와 2회차의 합산 결과를 나타낸다. 도 7을 보면, (a)의 경우보다 (d)의 경우가 막대 그래프의 변화 정도가 적은 것을 확인할 수 있다. 즉, 실시 예의 경우 비교 예의 경우보다 기판의 부분 영역에 가해지는 라인 빔의 에너지밀도의 편차가 작아짐을 확인할 수 있다.
또한, 도 7을 선 그래프로 변환시켜 도 8에 도시하였다. 여기서, ΔA는 비교 예의 경우 싱글 스캔 시 에너지밀도 누적 값의 상대적 변화 폭이 1 변화했을 때의 샷 수 증가값이고, ΔB는 실시 예의 경우 더블 스캔 시 에너지밀도 누적 값의 상대적 변화 폭이 1 변화했을 때의 샷 수 증가값이다. ΔA가 ΔB보다 작은 것을 확인할 수 있다. 이로부터 비교 예에서 샷 수가 증가함에 따라 에너지밀도 누적 값의 변화 폭이 상대적으로 크고, 실시 예에서 샷 수가 증가함에 따라 에너지밀도 누적 값의 변화 폭이 상대적으로 작은 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 기판 처리 결과를 도시한 사진이다. 도 9의 (a)는 본 발명의 비교 예 즉 종래의 방식으로 기판 처리공정 예컨대 엑시머 레이저 어닐링 공정(ELA 공정)을 실시한 후 공정이 완료된 기판의 처리면을 촬영한 사진이다. 도 9의 (b)는 본 발명의 실시 예의 방식으로 기판 처리공정 예컨대 엑시머 레이저 어닐링 공정을 실시한 후 공정이 완료된 기판의 처리면을 촬영한 사진이다. 이때, 도면은 공정이 완료된 후술하는 B사(社) 샘플을 각각 촬영한 사진이다. 도면 상에 점선으로 표시된 사각 영역을 보면 도 9의 (b)의 경우 도 9의 (a)보다 샷 무라 상태가 양호한 것을 확인할 수 있다.
비교 예의 공정 조건과 실시 예의 공정 조건은 아래의 [표 3]과 같다.
| A사(社) 샘플(a-Si 기판) | B사(社) 샘플(a-Si 기판) | |||
| 구분 | 싱글 스캔 (비교 예) |
더블 스캔 (실시 예) |
싱글 스캔 (비교 예) |
더블 스캔 (실시 예) |
| 오버랩 비율(%) | 96 | 92 | 96 | 92 |
| 스캔 피치(㎛) | 20 | 40 | 20 | 40 |
| 샷 수 | 25 | 12.5+12.5 | 25 | 12.5+12.5 |
| 스캔 속도(mm/s) | 10 | 20 | 10 | 20 |
| Optimized Energy Density | 470mJ | 475mJ | 490mJ | 497mJ |
| ED Margin (육안검사) |
460~480 (20mJ) |
465~490 (25mJ) |
485~495 (10mJ) |
485~505 (20mJ) |
이때, 레이저 및 옵틱 모듈은 C사(社)의 VYPER & LB750을 사용하였다. 그 결과를 보면, ELA 공정 시 공정 ED(에너지밀도)를 선택 하기 위해 ED Split scan test를 진행한다. 이 때 선택 된 ED는 OED(Optimized Energy Density)라고 한다. 이때, ED Margin을 확인 할 수 있고 그 결과는 상기 [표 3]과 같다. A사(社) 샘플의 경우 공정 ED Margin은 약 5mJ, B사(社) 샘플의 경우 공정 ED Margin은 약 10mJ 정도 개선됨을 확인할 수 있다. 한편, ELA 공정은 ED Split Test 후 선택 된 공정 ED로 a-Si 기판을 Full scan을 하게 되는데, 이 Full scan 공정 시의 공정 결과가 중요하다. 도 9 및 [표 3]을 참조하면 싱글 스캔(Single scan)과 더블 스캔(Double scan)을 비교 했을 때, 더블 스캔 시의 공정 결과가 더 양호하게 나옴을 확인할 수있다.
도 10은 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 기판 처리 결과를 도시한 사진이다. 이때, 기판은 B사의 샘플 a-Si 기판을 사용하였고, 공정 에너지밀도를 450 내지 460mJ로 설정하여, ELA 공정을 Full scan 하였다. 그 결과 기판을 SEM으로 촬영하여 그레인 결정화 상태를 비교 확인하였다.
도 10의 (a)는 ED Margin 값이 460mJ 인 비교 예의 기판 상태이고, (b)는 ED Margin 값이 460mJ 인 실시 예의 기판 상태이다. 도 10의 (c)는 ED Margin 값이 470mJ 인 비교 예의 기판 상태이고, (d)는 ED Margin 값이 470mJ 인 실시 예의 기판 상태이다. 도 10의 (e)는 ED Margin 값이 475mJ 인 비교 예의 기판 상태이고, (f)는 ED Margin 값이 475mJ 인 실시 예의 기판 상태이다. 도 10의 (g)는 ED Margin 값이 480mJ 인 비교 예의 기판 상태이고, (h)는 ED Margin 값이 480mJ 인 실시 예의 기판 상태이다. 이들 도면을 대비해 보면, 실시 예와 비교 예의 경우 모두 그레인 결정화가 잘 이루어짐을 확인할 수 있다. 즉, 실시 예와 같이 더블 스캔 또는 멀티 스캔 방식으로 오버랩 스캔을 실시하여 기판을 처리하여도 그레인 결정화가 종래 수준 또는 그 이상의 수준으로 잘 이루어짐을 확인할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 제시된 구성과 방식들은 서로 결합하거나 교차 적용되어 다양한 형태로 변형될 것이고, 이의 변형 예들을 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 결국, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 챔버 20: 레이저부
30: 스테이지부 40: 제어부
30: 스테이지부 40: 제어부
Claims (16)
- 기판을 처리 가능한 공간이 내부에 마련되는 챔버;
레이저 광을 발진 및 가공하여 상기 챔버의 내부로 조사 가능하게 형성되는 레이저부;
상기 레이저 광의 조사 경로에 상기 기판을 위치시킬 수 있도록 상기 챔버의 내부에 장착되는 스테이지부; 및
에너지밀도 기준 값을 이용하여 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 레이저 처리장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는,
펄스 형태의 상기 레이저 광이 라인 빔으로 가공되어 상기 기판에 오버랩 되며 조사되는 동안 상기 라인 빔의 빔 폭 및 스캔 피치가 일정하도록 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어하는 레이저 처리장치. - 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는,
상기 라인 빔의 조사가 시작되는 기판 시작위치와 상기 라인 빔의 조사가 종료되는 기판 종료위치가 일치하도록 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어하는 레이저 처리장치. - 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는,
상기 라인 빔이 상기 기판의 처리면 전체 영역을 전후진하며 적어도 한번 이상 왕복하도록 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어하는 레이저 처리장치. - 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 에너지밀도 기준 값은 기판의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 상기 라인 빔에 의한 에너지밀도 누적 값의 기준 값을 포함하고,
기판의 처리면 부분 영역의 면적은 상기 라인 빔의 스캔 피치 면적에 대응하는 레이저 처리장치. - 청구항 5에 있어서, 상기 제어부는,
상기 에너지밀도 기준 값과 상기 라인 빔의 에너지밀도 값을 이용하여, 기판의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 라인 빔의 샷 수 기준값을 산출하고,
상기 라인 빔의 샷 수 기준값을 상기 라인 빔의 전진 횟수와 후진 횟수를 더한 값으로 나누어 라인 빔의 샷 수 목표값을 산출하고,
상기 라인 빔의 샷 수 목표값을 이용하여 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어하는 레이저 처리장치. - 청구항 6에 있어서, 상기 제어부는,
상기 라인 빔의 전진 및 후진 시, 기판의 처리면 부분 영역에 조사되는 라인 빔의 샷 수가 상기 라인 빔의 샷 수 목표값에 일치하도록 상기 레이저부 및 스테이지부의 작동을 제어하는 레이저 처리장치. - 청구항 5에 있어서, 상기 제어부는,
상기 라인 빔의 전진 속도 및 후진 속도가 일치하도록 상기 스테이지부의 작동을 제어하고,
상기 라인 빔의 전진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치와 상기 라인 빔의 후진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치가 어긋나도록 상기 스테이지부의 작동을 제어하는 레이저 처리장치. - 기판을 마련하는 과정;
에너지밀도 기준 값을 이용하여 라인 빔 조사 조건을 설정하는 과정;
상기 기판에 라인 빔을 조사하는 과정;
상기 라인 빔 조사 조건을 이용하여, 상기 라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정;을 포함하는 레이저 처리방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 에너지밀도 기준 값은 기판의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 상기 라인 빔에 의한 에너지밀도 누적 값의 기준 값을 포함하고,
기판의 처리면 부분 영역의 면적은 상기 라인 빔의 스캔 피치 면적에 대응하는 레이저 처리방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 라인 빔 조사 조건을 설정하는 과정은,
상기 에너지밀도 기준 값과 상기 라인 빔의 에너지밀도 값을 이용하여, 기판의 처리면 부분 영역에 조사되어야 하는 라인 빔의 샷 수 기준값을 산출하는 과정;
상기 라인 빔의 샷 수 기준값을 상기 라인 빔의 전진 횟수와 후진 횟수를 더한 값으로 나누어 산출되는 라인 빔의 샷 수 목표값을 상기 라인 빔 조사 조건으로 설정하는 과정;을 포함하는 레이저 처리방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 기판에 라인 빔을 조사하는 과정은,
펄스 형태의 레이저 광을 상기 라인 빔으로 가공하여 상기 기판에 오버랩 하며 조사하는 과정;
상기 라인 빔을 상기 기판에 조사하는 동안, 상기 라인 빔의 빔 폭 및 스캔 피치를 일정하게 유지하는 과정;을 포함하는 레이저 처리방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정은,
상기 라인 빔의 조사가 시작되는 기판 시작위치와 상기 라인 빔의 조사가 종료되는 기판 종료위치가 일치하도록 상기 기판을 이동시키는 과정;
상기 라인 빔의 샷 수 목표값을 이용하여 상기 기판의 이동 속도를 제어하는 과정;을 포함하는 레이저 처리방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 라인 빔 또는 기판을 이동시키는 과정은,
상기 라인 빔이 상기 기판의 처리면 전체 영역을 전후진하며 적어도 한번 이상 왕복하도록 상기 기판을 이동시키는 과정;
상기 라인 빔의 샷 수 목표값을 이용하여 상기 기판의 이동 속도를 제어하는 과정;을 포함하는 레이저 처리방법. - 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
상기 기판을 이동시키는 과정은,
상기 기판의 처리면에 대한 상기 라인 빔의 전진 속도 및 후진 속도가 일치하고, 상기 라인 빔의 전진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치와 상기 라인 빔의 후진 시 기판의 처리면 부분 영역의 위치가 어긋나도록 상기 기판을 이동시키는 과정;을 포함하는 레이저 처리방법. - 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
상기 기판의 이동 속도를 제어하는 과정은,
상기 기판의 전진 및 후진 시, 기판의 처리면 부분 영역에 조사되는 라인 빔의 샷 수가 상기 라인 빔의 샷 수 목표값에 일치하도록, 상기 기판의 전진 및 후진 속도를 제어하는 과정;을 포함하는 레이저 처리방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020160135629A KR20180042970A (ko) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 레이저 처리장치 및 처리방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family Applications (1)
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| KR1020160135629A KR20180042970A (ko) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 레이저 처리장치 및 처리방법 |
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2016
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