KR20230144825A - 레이저 어닐 공정의 기판 결정 상태 모니터링 시스템 - Google Patents

레이저 어닐 공정의 기판 결정 상태 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열 이미지를 수집하여 기판의 전기적 특성을 예측하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 고속 적외선 카메라가 기판을 측정하여 열 이미지를 용이하게 수집하여 기판의 결정 상태에 따른 전기적인 특성을 예측할 수 있으며, 미리 수집된 열 이미지에 따른 기판의 결정성과 전기적 특성 간의 빅데이터를 기반으로 실시간으로 촬영되는 기판의 열 이미지의 결정성과 전기적 특성을 빠르게 판단할 수 있고, 열 이미지의 결정성과 전기적 특성을 빠르게 판단한 후, 목표로 하는 결정성과 전기적 특성이 확보되지 않았다고 판단될 경우에는 레이저 어닐 장치의 공정 조건이 변경되도록 제어하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 제공함에 있다.

Description

레이저 어닐 공정의 기판 결정 상태 모니터링 시스템 {Substrate crystal state monitoring system for laser annealing process}
본 발명은 기판 결정 상태 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열 이미지를 수집하여 기판의 전기적 특성을 예측하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 액정디스플레이 장치나 태양광 장치 등의 전기전자 소자를 제조함에 있어서, 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 과정이 필요하다. 비정질 실리콘 박막을 결정질 실리콘 박막(이하, "기판"이라고 한다)으로 결정화하기 위해서는 일정한 양의 에너지로 레이저를 조사해야 한다. 이 에너지를 에너지 밀도(Energy Density, 이하 ED라 함)라고 하는데, ED 조건 중 결정화 결과를 가장 좋게 만드는 ED를 Optimized Energy Density(이하 OPED라 함)라고 한다.
OPED로 조사된 결과물은 주사전자현미경(SEM)으로 관측하였을 때 결정립의 방향이 가장 고르며 결정 크기의 균일도 또한 우수하다. 하지만 양산단계에서는 시간 및 인력 소요 등의 이유로 결과물마다 SEM으로 결과를 확인하는 것이 어렵다.
그래서, 육안검사를 통해 OPED를 선정하는 기준이 생겼으며, 그 기준이 바로 무라(Mura)이다. 무라의 세기, 발생 빈도, 발생 경향을 통해 ED Split(ED 조건을 달리하며 결정화를 진행하는 평가)의 결과물을 육안으로 살펴보고 OPED를 선정하게 된다.
레이저를 이용한 결정화 공정은 각 레이저 펄스가 오버랩되는 스캔 공정인데, 오버랩되는 영역이 주변과 에너지 차이가 생기면서 그 부분이 무라로 나타나며, 이를 샷무라라고 한다. 또한, 결정화하고자 하는 기판을 스캔하며 대상 박막에 결정화를 진행하는 경우, 선형인 레이저 빔의 불균일 현상에 의해 발생하는 얼룩을 스캔무라라고 한다.
이러한 결정화 장치에 의한 결정화 공정 이후에 생산품의 양불을 검사하기 위해서, 기존에는 검사기 설비 내에서 육안으로 검사하는 방법으로 진행하고 있다. 그러나, 육안으로 무라를 검출하는 데는 한계가 있으며, 검사자 간 검출 편차가 있어 검사의 생산성, 정확성 및 재현성이 떨어지고, 검사자를 배치해야 하므로 인력 및 비용의 낭비를 초래하는 문제점이 있다.
1. 대한민국특허 등록특허공보 제10-1939058호 ("레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법", 2019.01.10.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 고속 적외선 카메라가 기판을 측정하여 열 이미지를 용이하게 수집하여 기판의 결정 상태에 따른 전기적인 특성을 예측할 수 있는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 제공함에 있다.
또한, 미리 수집된 열 이미지에 따른 기판의 결정성과 전기적 특성 간의 빅데이터를 기반으로 실시간으로 촬영되는 기판의 열 이미지의 결정성과 전기적 특성을 빠르게 판단할 수 있는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 제공함에 있다.
아울러, 열 이미지의 결정성과 전기적 특성을 빠르게 판단한 후, 목표로 하는 결정성과 전기적 특성이 확보되지 않았다고 판단될 경우에는 레이저 어닐 장치의 공정 조건이 변경되도록 제어하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 레이저 어닐 장치는, 기판이 장착되는 스테이지; 상기 스테이지의 상부에 설치되며 상기 기판에 레이저를 조사하는 레이저 조사부; 상기 스테이지 또는 상기 레이저 조사부를 이송시키는 이송부; 및 레이저가 조사된 상기 기판의 반응 영역을 촬영하여 이미지 정보를 수집하는 촬영부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레이저 어닐 장치는, 외부와 통신하며, 데이터 또는 신호를 송수신하는 제1통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판 결정 상태 모니터링 시스템은, 레이저 어닐 장치; 상기 레이저 어닐 장치와 전기적으로 연결되어 통신 가능하도록 설치되며, 상기 촬영부가 촬영한 이미지 정보를 수신받고, 수신된 이미지 정보와 기저장된 이미지 정보를 기반으로 상기 기판의 결정 상태를 판단하는 모니터링부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모니터링부는, 상기 레이저 어닐 장치와 통신하며, 상기 촬영부로부터 수집된 이미지 정보를 수신받고, 상기 레이저 어닐 장치를 동작시키는 신호를 송신하는 제2통신부, 미리 수집된 상기 기판의 이미지 정보와 상기 이미지 정보에 따른 결정 상태에 대한 정보가 저장된 데이터베이스, 상기 제2통신부에 수신된 이미지 정보를 가공하는 이미지 가공부, 상기 이미지 가공부에서 가공된 이미지 정보와 상기 데이터베이스에 저장된 이미지 정보를 비교하여 상기 이미지 가공부에서 가공된 이미지 정보에 따른 결정 상태를 판단하는 판단부 및 상기 판단부에서 판단된 결과를 기반으로 상기 레이저 어닐 장치를 동작시키는 신호가 생성되는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공부는, 상기 이미지 정보의 반응 영역을 경계 처리하고, 경계 처리된 반응 영역을 음영 처리하며, 상기 판단부는, 음영 처리된 반응 영역의 면적을 측정하여 반응 영역의 결정 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공부는, 상기 이미지 정보의 반응 영역을 경계 처리하고, 경계 처리된 반응 영역을 음영 처리하며, 상기 판단부는, 음영 처리된 반응 영역의 최대 가로 길이 및 최대 세로 길이를 측정하여 반응 영역의 결정 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공부는, 상기 이미지 정보의 반응 영역을 경계 처리하고 상기 판단부는, 경계 처리된 반응 영역의 각 픽셀의 광량 강도를 수집하고, 광량 강도의 최대값, 최소값, 평균값 및 산포도 중 선택되는 하나 이상의 데이터를 기반으로 반응 영역의 결정 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법에 있어서, 상기 레이저 조사부로부터 상기 기판에 레이저가 조사되는 조사 단계; 레이저가 조사된 상기 기판이 촬영되고, 이미지 정보가 수집되는 촬영 단계; 상기 촬영 단계에서 촬영된 이미지 정보가 상기 모니터링부에 송신되는 이미지 정보 송신 단계; 상기 이미지 정보 송신 단계에 의해 상기 레이저 어닐 장치로부터 상기 모니터링부에 이미지 정보가 수신되는 이미지 정보 수신 단계; 및 상기 이미지 정보 수신 단계에서 수신된 이미지 정보를 기반으로 상기 모니터링부의 판단부에 의해 상기 기판의 결정 상태가 판단되는 판단 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모니터링 방법은, 상기 판단 단계에서 상기 기판이 목표한 결정 상태를 달성했다고 판단될 경우, 상기 이송부가 상기 스테이지 또는 상기 레이저 조사부를 이송시킬 수 있도록 하는 이송 신호가 상기 모니터링부의 제어부에서 생성되고, 상기 이송 신호가 상기 제1통신부에 송신되는 이송 신호 송신 단계; 상기 제1통신부에 수신된 이송 신호에 의해 상기 이송부가 상기 스테이지 또는 상기 레이저 조사부가 이송되는 이송 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모니터링 방법은, 상기 판단 단계에서 상기 기판이 목표한 결정 상태를 달성하지 않았다고 판단될 경우, 상기 레이저 어닐 장치의 공정 조건이 변경되는 제어 신호가 상기 모니터링부의 제어부에서 생성되고, 상기 제어 신호가 상기 제1통신부에 송신되는 제어 신호 송신 단계; 상기 제1통신부에 수신된 제어 신호에 의해 상기 레이저 조사부, 상기 레이저 어닐 장치의 공정 조건이 변경되는 공정 조건 변경 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판단 단계는, 이미지 정보의 반응 영역이 상기 모니터링부의 이미지 가공부에 의해 경계 처리되는 제1경계 처리 단계, 경계 처리된 상기 반응 영역의 모서리가 이미지 가공부에 의해 음영 처리되는 제1음영 처리 단계, 상기 반응 영역의 면적이 측정되는 면적 측정 단계, 상기 면적 측정 단계에서 측정된 면적 값이 미리 정해진 데이터에 의해 정규화되는 정규화 단계 및 상기 정규화 값을 기반으로 상기 모니터링부의 데이터베이스에 기저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태 정보와 비교하여 상기 반응 영역의 결정 상태가 상기 판단부에 의해 판단되는 제1판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판단 단계는, 이미지 정보의 반응 영역이 상기 모니터링부의 이미지 가공부에 의해 경계 처리되는 제2경계 처리 단계, 경계 처리된 상기 반응 영역의 모서리가 이미지 가공부에 의해 음영 처리되는 제2음영 처리 단계, 상기 반응 영역의 최대 가로 길이가 측정되는 가로 길이 측정 단계, 상기 반응 영역의 최대 세로 길이가 측정되는 세로 길이 측정 단계, 상기 반응 영역의 가로 길이와 세로 길이를 기반으로 상기 모니터링부의 데이터베이스에 기저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태 정보와 비교하여 상기 반응 영역의 결정 상태가 상기 판단부에 의해 판단되는 제2판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판단 단계는, 이미지 정보의 반응 영역이 상기 모니터링부의 이미지 가공부에 의해 경계 처리되는 제3경계 처리 단계, 반응 영역 광량 강도 수집 단계 및 상기 반응 영역 광량 강도의 최대값, 최소값, 평균값 및 산포도 중 선택되는 하나 이상의 데이터를 기반으로 상기 모니터링부의 데이터베이스에 기저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태 정보와 비교하여 상기 반응 영역의 결정 상태가 상기 판단부에 의해 판단되는 제3판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 기판 결정 상태 모니터링 시스템은 고속 적외선 카메라가 기판을 측정하여 열 이미지를 용이하게 수집하여 기판의 결정 상태에 따른 전기적인 특성을 예측할 수 있다.
또한, 미리 수집된 열 이미지에 따른 기판의 결정성과 전기적 특성 간의 빅데이터를 기반으로 실시간으로 촬영되는 기판의 열 이미지의 결정성과 전기적 특성을 빠르게 판단할 수 있다.
아울러, 열 이미지의 결정성과 전기적 특성을 빠르게 판단한 후, 목표로 하는 결정성과 전기적 특성이 확보되지 않았다고 판단될 경우에는 레이저 어닐 장치의 공정 조건이 변경되도록 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 공정 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 공정에 따른 기판의 결정화 과정 개략도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 어닐 공정 조건 변화에 따른 기판의 재결정화 상태 이미지
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 결정 상태 모니터링 시스템 블록도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법 순서도
도 6 내지 도 8은 본 발명의 여러 실시예에 따른 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법의 열 이미지 판단 방법 순서도
도 9는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법 순서도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 공정 개략도를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 레이저 어닐 장치(100)는 기판(W)이 장착되는 스테이지(130), 스테이지(130)의 상부에 위치하며, 스테이지(130)에 장착된 기판(W)에 레이저를 조사하는 레이저 조사부(120), 스테이지(130) 또는 레이저 조사부(120)를 이송시키는 이송부(140) 및 기판(W)을 촬영하여 이미지 정보를 수집하는 촬영부(150)를 포함한다.
레이저 조사부(120)에서 레이저가 기판(W)에 조사되면 촬영부(150)는 어닐된 기판(W)을 촬영하여 기판(W)의 결정 상태와 더 나아가 기판(W)의 결정 상태에 따른 전기적인 특성을 예측할 수 있다. 촬영부(150)는 고속 적외선 카메라인 것이 바람직하다.
마이크로 전자기기(반도체, 디스플레이 소자 등)의 제조 시 기판(W)의 증착은 필수적이며, 증착 상태 대비 기판(W)의 전기적인 특성을 개선하기 위해 레이저 어닐 등을 이용한 열처리가 요구된다. 기판(W)의 전기적인 특성은 기판의 결정 상태에 크게 의존하며, 결정 상태(다결정, 단결정, 결정의 크기, 결정 결함 정도 등)는 레이저 조사부(120)로부터 레이저가 조사된 반응 영역의 온도 분포와 관련이 있다.
열 이미지는 반응 영역에서 방출되는 thermal radiation intensity 정보를 이미지화한 것으로 반응 영역의 온도 분포와 거의 동일한 경향을 나타낸다. 열 이미지에서 추출된 이미지의 특징으로부터 기판(W)의 결정 상태와 전기적 특성을 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 공정에 따른 기판의 결정화 과정 개략도를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 순수 실리콘으로만 형성된 실리콘 기판(W)이 마련된다. 이후, 실리콘 기판(W)에 전도성을 부여하고 전기적 특성을 향상시키는 데 필요한 dopant가 주입되는 이온 주입 공정이 진행된다. 이때, dopant는 붕소를 포함하는 3족 dopant일 수 있고, 인이나 비소를 포함하는 5족 dopant일 수 있다.
이온 주입에 따른 실리콘 기판(W)은 비정질화되고, 재결정화를 위한 레이저 어닐 공정이 진행된다. 레이저 조사부(120)로부터 레이저가 조사되고, 주입된 dopant를 실리콘 사이에 확산시켜 전기적으로 활성화시킬 뿐만 아니라 손상된 실리콘 결정이나 불완전한 Si-dopant 결합이 안정되도록 재결정화되도록 한다.
즉, 이온 주입 공정에 의해 dopant가 유입되면 원래 있던 실리콘 입자와 충돌하게 되고, 충돌에 의해 원래 위치에 자리잡고 있던 실리콘 입자는 이탈하게 된다. 이때, 유입된 dopant가 원래 실리콘 입자가 자리했던 위치를 잘 채워넣어야 기판(W)이 반도체로서의 전기 전도성을 가질 수 있으며, 어닐 공정에 의해 dopant가 정위치에 자리 잡을 수 있도록 한다.
이때, 기판(W)의 활성화 특성은 레이저 조사 조건에 따라 달라진다. 이는 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 어닐 공정 조건 변화에 따른 기판의 재결정화 상태 이미지를 도시하고 있다. 도 3a는 laser fluence 조건에 따른 결정 입자 크기와 이동성을 나타낸 그래프이다. 도 3a에 도시된 바와 같이 laser fluence 값이 250(
Figure pat00001
) 미만일 때는 결정 입자의 크기도 작고 이동성이 낮은 것을 알 수 있다. laser fluence 값이 300(
Figure pat00002
)일 때, 결정 입자의 크기와 이동성이 눈에 띄게 증가하였으며, laser fluence 값이 약 330(
Figure pat00003
)일 때 최고로 높은 것을 알 수 있다. laser fluence 값이 350(
Figure pat00004
) 이상일 경우에는 결정 입자의 크기와 이동성이 다시 눈에 띄게 감소하는 것을 알 수 있다.
도 3b는 laser power 조건에 따른 기판(W)의 RGB 파장 및 RB 파장에 대한 저항값을 나타낸 그래프이다. 도 3b에 도시된 바와 같이 laser power가 26W일 경우에는 RGB 파장과 RB 파장에 대한 저항값은 약 800
Figure pat00005
인 것으로 측정되었다. 또한, laser power가 27W, 28W일 경우에는 RGB 파장에 대한 저항값은 약 200
Figure pat00006
, RB 파장에 대한 저항 값은 약 50
Figure pat00007
~70
Figure pat00008
내외로 측정되었다. 마지막으로 30W일 경우에는 RGB 파장에 대한 저항값은 약 60
Figure pat00009
, RB 파장에 대한 저항값은 약 50
Figure pat00010
으로 측정되었다.
도 3c는 도 3b에 따른 laser power로 기판(W)에 레이저가 조사되었을 때, 기판(W)의 결정 상태를 TEM 이미지로 분석한 것이다. 도 3c에 도시된 바와 같이 이온 주입 공정 후에는 실리콘 기판 층의 상부에 비정질 실리콘 층을 이루고 있으며, 층 사이에는 결정 결함이 형성되어 있다.
26W로 조사되었을 때 실리콘 기판 층의 상부에 비정질 실리콘 층이 형성되고, 비정질 실리콘 층의 상부에는 비정질 상태에 가까운 다결정 실리콘 층이 형성된다. 27W로 조사되었을 때는 실리콘 기판 층의 상부에 단결정 실리콘 층이 형성되고, 단결정 실리콘 층의 상부에 다결정 실리콘 층이 형성되며, 단결정 실리콘 층과 다결정 실리콘 층 사이에는 결정 결함이 형성되어 있다.
28W로 조사되었을 때는 실리콘 기판 층의 상부에 단결정 실리콘 층이 형성되며, 실리콘 기판 층과 단결정 실리콘 층 사이에는 결정 결함이 형성되어 있으며, 30W로 조사되었을 때에는 결정 결함이 없고, 실리콘 원자가 규칙적으로 배열된 단결정 형태의 기판(W)을 제공한다.
도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 레이저 조사부(120)로부터 조사되는 레이저의 세기, 어닐 시간, 조사 속도 등 어닐 공정 조건에 따라 기판(W)의 결정화 상태가 결정된다. 따라서, 본 발명은 기판(W)의 결정화 상태를 예측하고, 예측된 상태에 따라 레이저 조사부(120)의 공정 조건을 변경시킬 수 있는 기판(W)의 결정 상태 모니터링 시스템 및 방법을 제공한다. 도 4를 참조하여 기판(W)의 결정 상태 모니터링 시스템의 구성을 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 결정 상태 모니터링 시스템 블록도를 도시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 기판(W)을 열처리하는 레이저 어닐 장치(100)와 기판(W)의 반응 영역의 결정 상태를 판단하는 모니터링부(200)는 전기적으로 연결되어 서로 통신 가능하도록 구비된다.
레이저 어닐 장치(100)는 제1통신부(110), 레이저 조사부(120), 스테이지(130), 이송부(140) 및 촬영부(150)를 포함한다. 이때, 이송부(140)는 레이저 조사부(120) 또는 스테이지(130)를 이송시키는 것이라고 상술하였으나, 스테이지(130)를 이송시킬 경우 이동, 정지를 반복함에 따라 스테이지(130)에 안착된 기판(W)에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이송부(140)는 레이저 조사부(120)를 이송시키는 것이 바람직하다.
제1통신부(110)는 모니터링부(200)와 통신하기 위한 것으로, 레이저 어닐 장치(100)가 취득한 정보를 모니터링부(200)에 송신할 수도 있고, 모니터링부(200)로부터 송신되는 제어 신호를 수신받을 수 있다. 레이저 조사부(120)는 기판(W)에 레이저를 조사하는 것으로, 조사 강도, 조사 시간, 조사 각도 등이 변경될 수 있도록 설치된다. 스테이지(130)는 기판(W)이 장착되는 것이고, 이송부(140)는 레이저 조사부(120)를 이송시키는 것이며, 촬영부(150)는 기판(W)의 레이저가 조사된 반응 영역을 촬영하여 이미지 정보를 취득하는 것이다.
모니터링부(200)는 제2통신부(210), 데이터베이스(220), 이미지 가공부(230), 판단부(240) 및 제어부(250)를 포함한다. 제2통신부(210)는 레이저 어닐 장치(100)와 통신하며, 촬영부(150)로부터 취득된 이미지 정보를 수신받고 레이저 어닐 장치(100)의 동작을 제어하는 신호를 송신하기 위해 구비된다. 또한, 작업자의 단말기와 통신할 수도 있다.
데이터베이스(220)는 이전에 수집된 열 이미지와 열 이미지에 따른 결정 상태와 결정 상태에 따른 전기적 특성 데이터가 저장되어 있으며, 판단부(240)가 제2통신부(210)가 새로 수신받는 이미지 정보와 데이터베이스(220)에 저장된 데이터를 비교하여 새로 수신된 이미지 정보에 따른 기판(W)의 결정 상태와 전기적 특성을 판단할 수 있다.
이미지 가공부(230)는 제2통신부(210)에 수신된 이미지 정보를 정확하게 판단하기 위해 경계 처리, 음영 처리 등을 진행하기 위해 구비된 것이고, 제어부(250)는 판단부(240)로부터 판단된 결정 상태와 전기적 특성을 기반으로 레이저 어닐 장치(100)의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법 순서도를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 조사 단계(S100), 촬영 단계(S200), 이미지 정보 송신 단계(S300), 이미지 정보 수신 단계(S400), 판단 단계(S500), 이송 신호 송신 단계(S600), 이송 단계(S700), 제어 신호 송신 단계(S800) 및 공정 조건 변경 단계(S900)를 포함한다.
먼저, 스테이지(130)에 기판(W)이 장착되고, 기판(W)의 열처리를 위해 레이저 조사부(120)로부터 레이저가 기판(W)에 조사되는 조사 단계(S100)가 진행된다. 조사 단계(S100) 이후, 레이저가 조사된 기판(W)의 반응 영역을 촬영부(150)가 촬영하는 촬영 단계(S200)가 진행되고, 촬영 단계(S200)에서 촬영한 반응 영역의 이미지 정보를 제1통신부(110)가 모니터링부(200)의 제2통신부에 송신하는 이미지 정보 송신 단계(S300)가 진행된다.
모니터링부(200)의 제2통신부(210)가 제1통신부(110)로부터 이미지 정보를 수신받는 이미지 정보 수신 단계(S400)가 진행되고, 이미지 정보와 데이터베이스(220)에 저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태와 전기적 특성을 비교하여 기판(W)의 결정 상태와 전기적 특성을 판단하는 판단 단계(S500)가 진행되며, 판단 단계(S500)에서 목표로 하는 결정 상태와 전기적 특성이 확보되었다고 판단되면, 제어부(250)에서 생성된 이송 신호가 제2통신부(210)를 통해 제1통신부(110)로 송신되는 이송 신호 송신 단계(S600)가 진행되고, 이송부(140)가 제1통신부(110)에 수신된 이송 신호에 의해 레이저 조사부(120)를 다음 열처리 영역으로 이송시키는 레이저 이송 단계(S700) 가 진행된다.
반면, 판단 단계(S500)에서 목표로 하는 결정 상태와 전기적 특성이 확보되지 않았다고 판단되면, 제어부(250)로부터 제어 신호가 생성되고, 생성된 제어 신호를 제2통신부(210)를 통해 제1통신부(110)로 송신되는 제어 신호 송신 단계(S800)가 진행되고, 레이저 어닐 장치(100)는 제어 신호에 의해 공정 조건이 변경되는 공정 조건 변경 단계(S900)가 진행된다. 이때, 변경되는 공정 조건은 레이저 출력 세기, 레이저 빔이 기판(W)을 조사하는 어닐 시간 및 레이저 빔이 기판(W)의 작업 영역을 스캔하는 조사 속도 등이 변경될 수 있다.
이때, 판단 단계(S500)에서는 이미지 정보 수신 단계(S400)에서 수신된 이미지 정보를 가공하여 모니터링 정확도를 높이는 것을 특징으로 한다. 이는 도 6 내지 도 8을 참조하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 여러 실시예에 따른 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법의 열 이미지 판단 방법 순서도를 도시하고 있다. 반응 영역을 기반으로 결정 상태와 전기적 특성을 판단하는 방법은 세 가지가 있는데, 반응 영역의 면적, 반응 영역의 최대 가로 길이, 최대 세로 길이 및 반응 영역의 온도를 이용한 방법이 있다.
먼저, 도 6을 참조하여 반응 영역의 면적을 기반으로 기판(W)의 결정 상태를 판단하는 방법을 설명하도록 한다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 제1실시예의 판단 단계는 제1경계 처리 단계(S510), 제1음영 처리 단계(S511), 면적 측정 단계(S512), 정규화 단계(S513), 제1판단 단계(S514)를 포함한다. 도 6b에 도시된 바와 같이 촬영부(150)에 의해 촬영된 이미지 정보는 레이저 광이 산란된 형태로 촬영된다.
따라서, 정확한 판단을 위하여 이미지 가공부(230)에 의해 이미지 정보가 가공된다. 먼저 선명한 영역이 경계 처리되는 제1경계 처리 단계(S510)가 진행되고, 경계 처리된 반응 영역의 모서리가 정리되는 제1음영 처리 단계(S511)가 진행된다.
이미지 가공부(230)에 의해 경계 처리와 음영 처리가 된 반응 영역의 면적이 측정되는 면적 측정 단계(S512)가 진행된다. 이때, 면적 측정은 반응 영역 내 픽셀 개수를 이용하여 용이하게 측정될 수 있다. 면적 측정 단계(S512)에서 측정된 면적 값은 일정한 규칙에 따라 변형하여 이용하기 쉽도록 정규화되는 정규화 단계(S512)가 진행된다. 정규화 단계(S512)에서 정규화된 값을 기반으로 데이터베이스(220)에 저장된 데이터와 비교하여 반응 영역의 결정 상태를 예측하는 제1판단 단계(S514)가 진행된다.
일 실시예로 정규화된 면적 값이 1~10 사이라고 했을 때, 2 이하일 경우에는 비정질 상태라고 판단하며, 2 초과 7 이하일 경우에는 다결정 상태라고 판단하고, 7 초과일 경우에는 전기적 특성이 우수한 단결정 상태라고 판단한다.
따라서, 7 초과일 경우에는 제어부(250)로부터 이송 신호가 생성되고, 7 이하일 경우에는 정규화된 값에 따라 레이저 어닐 장치(100)의 공정 조건이 변경되도록 하는 제어 신호가 생성된다. 이때, 다결정 상태는 세분화될 수 있다. 2 초과 4 이하일 경우에는 결정 결함이 많은 다결정 상태라고 판단할 수 있고, 4 초과 7 미만일 경우에는 결함이 적은 다결정 상태라고 판단할 수 있다.
판단부(240)는 데이터베이스(220)에 기저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태와 해당 결정 상태에 따른 공정 조건 변경 데이터를 제어부(250)에 송신하여 제어부(250)가 제어 신호를 생성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 제2실시예의 판단 단계는 제2경계 처리 단계(S520), 제2음영 처리 단계(S521), 가로 길이 측정 단계(S522), 세로 길이 측정 단계(S523), 제2판단 단계(S524)를 포함한다. 도 7b에 도시된 바와 같이 촬영부(150)에 의해 촬영된 이미지 정보는 레이저 광이 산란된 형태로 촬영된다.
따라서, 정확한 판단을 위하여 이미지 가공부(230)에 의해 이미지 정보가 가공된다. 먼저 선명한 영역이 경계 처리되는 제2경계 처리 단계(S520)가 진행되고, 경계 처리된 반응 영역의 모서리가 정리되는 제2음영 처리 단계(S521)가 진행된다.
이미지 가공부(230)에 의해 경계 처리와 음영 처리가 된 반응 영역의 가로 길이와 세로 길이가 측정되는 가로 길이 측정 단계(S522)와 세로 길이 측정 단계(S523)가 진행되고, 측정된 가로 길이와 세로 길이를 기반으로 반응 영역의 결정 상태를 예측하는 제2판단 단계(S524)가 진행된다.
가로 길이 측정 단계(S522)와 세로 길이 측정 단계(S523)에서는 최대값이 측정되며, 가로 길이와 세로 길이가 일정 길이 이하일 경우에는 비정질 상태 또는 다결정 상태라고 판단하며, 일정 길이를 초과할 경우에는 단결정 상태라고 판단할 수 있다. 제1실시예의 면적 측정 단계(S512)에서 시간이 많이 소요될 수 있기 때문에 가로 길이와 세로 길이를 측정하여 판단하면 빠르게 반응 영역의 결정 상태를 판단할 수 있다는 효과가 있다.
따라서, 제2판단단계(S524)에서 단결정 상태라고 판단될 경우에는 제어부(250)로부터 이송 신호가 생성되고, 다결정 상태 또는 비정질 상태라고 판단될 경우에는 레이저 어닐 장치(100)의 공정 조건이 변경되도록 하는 제어 신호가 생성된다.
판단부(240)는 데이터베이스(220)에 기 저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태와 해당 결정 상태에 따른 공정 조건 변경 데이터를 제어부(250)에 송신하여 제어부(250)가 제어 신호를 생성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 제3실시예의 판단 단계는 제3경계 처리 단계(S530), 반응 영역 광량 강도 수집 단계(S531), 제3판단 단계(S532)를 포함한다. 도 8b에 도시된 바와 같이 촬영부(150)에 의해 촬영된 이미지 정보는 레이저 광이 산란된 형태로 촬영된다.
따라서, 정확한 판단을 위하여 이미지 가공부(230)에 의해 이미지 정보가 가공된다. 먼저 선명한 영역이 경계 처리되는 제3경계 처리 단계(S530)가 진행되고, 경계 처리된 반응 영역의 모서리가 정리되는 제3음영 처리 단계(S531)가 진행된다.
반응 영역 광량 강도 수집 단계(S531)는 제3음영 처리 단계(S531)가 진행된 반응 영역 내 각 픽셀들의 광량 강도를 수집하는 것으로, 반응 영역의 온도가 높을수록 픽셀의 광량 강도가 증가하는 경향이 있다. 반응 영역의 온도가 높을수록 단결정 상태일 가능성이 높고, 반응 영역의 온도 분포가 균일할수록 해당 결정 상태가 균일하게 분포되어 있을 가능성이 높다.
따라서, 제3판단 단계(S532)에서는 각 픽셀의 광량 강도의 최대값, 최소값, 또는 평균값을 산출하여 반응 영역의 온도가 높은지 판단하고, 광량 강도의 산포도를 산출하여 반응 영역 내 광량 강도가 균일한지 판단한다. 즉, 최대값, 최소값, 평균값은 높을수록 단결정 상태라고 판단할 수 있으며, 산포도는 낮을수록 반응 영역의 결정 상태가 균일하다고 판단할 수 있다.
따라서, 제3판단단계(S532)에서 평균값과 산포도를 기반으로 단결정 상태라고 판단될 경우에는 제어부(250)로부터 이송 신호가 생성되고, 다결정 상태 또는 비정질 상태라고 판단될 경우에는 레이저 어닐 장치(100)의 공정 조건이 변경되도록 하는 제어 신호가 생성된다.
판단부(240)는 데이터베이스(220)에 기 저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태와 해당 결정 상태에 따른 공정 조건 변경 데이터를 제어부(250)에 송신하여 제어부(250)가 제어 신호를 생성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법 순서도를 도시하고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 조사 단계(S10), 촬영 단계(S20), 이미지 정보 송신 단계(S30), 이미지 정보 수신 단계(S40), 1차 판단 단계(S50), 2차 판단 단계(S60), 이송 신호 송신 단계(S70), 이송 단계(S71), 제어 신호 송신 단계(S80) 및 공정 조건 변경 단계(S81)를 포함한다.
먼저, 스테이지(130)에 기판(W)이 장착되고, 기판(W)의 열처리를 위해 레이저 조사부(120)로부터 레이저가 기판(W)에 조사되는 조사 단계(S10)가 진행된다. 조사 단계(S10) 이후, 레이저가 조사된 기판(W)의 반응 영역을 촬영부(150)가 촬영하는 촬영 단계(S20)가 진행되고, 촬영 단계(S20)에서 촬영한 반응 영역의 이미지 정보를 제1통신부(110)가 모니터링부(200)의 제2통신부에 송신하는 이미지 정보 송신 단계(S30)가 진행된다.
모니터링부(200)의 제2통신부(210)가 제1통신부(110)로부터 이미지 정보를 수신받는 이미지 정보 수신 단계(S40)가 진행되고, 이미지 정보와 데이터베이스(220)에 저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태와 전기적 특성을 비교하여 기판(W)의 결정 상태와 전기적 특성을 판단하는 1차 판단 단계(S50)가 진행된다.
1차 판단 단계(S50)에서 목표로 하는 결정 상태와 전기적 특성이 확보되었다고 판단되면, 또 다른 이미지 정보와 이터베이스(220)에 저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태와 전기적 특성을 비교하여 기판(W)의 결정 상태와 전기적 특성을 판단하는 2차 판단 단계(S60)가 진행된다.
반면, 1차 판단 단계(S50)에서 목표로 하는 결정 상태와 전기적 특성이 확보되지 않았다고 판단되면, 제어부(250)로부터 제어 신호가 생성되고, 생성된 제어 신호를 제2통신부(210)를 통해 제1통신부(110)로 송신되는 제어 신호 송신 단계(S80)가 진행되고, 레이저 어닐 장치(100)는 제어 신호에 의해 공정 조건이 변경되는 공정 조건 변경 단계(S81)가 진행된다. 이때, 변경되는 공정 조건은 레이저 출력 세기, 레이저 빔이 기판(W)을 조사하는 어닐 시간 및 레이저 빔이 기판(W)의 작업 영역을 스캔하는 조사 속도 등이 변경될 수 있다.
2차 판단 단계(S60)에서 목표로 하는 결정 상태와 전기적 특성이 확보되었다고 판단되면, 제어부(250)에서 생성된 이송 신호가 제2통신부(210)를 통해 제1통신부(110)로 송신되는 이송 신호 송신 단계(S70)가 진행되고, 이송부(140)가 제1통신부(110)에 수신된 이송 신호에 의해 레이저 조사부(120)를 다음 열처리 영역으로 이송시키는 레이저 이송 단계(S71) 가 진행된다.
반면, 2차 판단 단계(S60)에서 목표로 하는 결정 상태와 전기적 특성이 확보되지 않았다고 판단되면, 제어부(250)로부터 제어 신호가 생성되고, 생성된 제어 신호를 제2통신부(210)를 통해 제1통신부(110)로 송신되는 제어 신호 송신 단계(S80)가 진행되고, 레이저 어닐 장치(100)는 제어 신호에 의해 공정 조건이 변경되는 공정 조건 변경 단계(S81)가 진행된다. 이때, 변경되는 공정 조건은 레이저 출력 세기, 레이저 빔이 기판(W)을 조사하는 어닐 시간 및 레이저 빔이 기판(W)의 작업 영역을 스캔하는 조사 속도 등이 변경될 수 있다.
이때, 1차 판단 단계(50)와 2차 판단 단계(60)에서 판단하는 이미지 정보는 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 것 중 하나일 수 있다. 보다 자세히 설명하자면, 1차 판단 단계(50)에서 이미지 정보 중 반응 영역의 면적으로 반응 영역의 결정 상태를 1차 판단한 후, 2차 판단 단계(60)에서 반응 영역의 광량 강도의 최대값, 최소값, 평균값 또는 산포도를 이용하여 2차로 반응 영역의 결정 상태를 판단할 수 있다.
또는, 1차 판단 단계(50)에서 반응 영역의 광량 강도의 최대값, 최소값, 평균값 또는 산포도를 이용하여 2차로 반응 영역의 결정 상태를 판단한 후, 2차 판단 단계(60)에서 반응 영역의 최대 가로 길이, 최대 세로 길이 값을 이용하여 2차로 반응 영역의 결정 상태를 판단할 수 있다.
즉, 도 5를 참조하여 상술한 모니터링 방법은 이미지 정보 중 선택되는 하나를 이용하여 결정 상태를 판단하는 것이나, 도 9를 참조하여 상술한 모니터링 방법은 복수의 이미지 정보를 이용하여 N차로 결정 상태를 판단할 수 있기 때문에 결정 상태 모니터링 정확도를 높일 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
W 기판
100 레이저 어닐 장치
110 제1통신부
120 레이저 조사부
130 스테이지
140 이송부
150 촬영부
200 모니터링부
210 제2통신부
220 데이터베이스
230 이미지 가공부
240 판단부
250 제어부

Claims (13)

  1. 기판이 장착되는 스테이지;
    상기 스테이지의 상부에 설치되며 상기 기판에 레이저를 조사하는 레이저 조사부;
    상기 스테이지 또는 상기 레이저 조사부를 이송시키는 이송부; 및
    레이저가 조사된 상기 기판의 반응 영역을 촬영하여 이미지 정보를 수집하는 촬영부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 어닐 장치는,
    외부와 통신하며, 데이터 또는 신호를 송수신하는 제1통신부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  3. 제2항에 따른 레이저 어닐 장치;
    상기 레이저 어닐 장치와 전기적으로 연결되어 통신 가능하도록 설치되며, 상기 촬영부가 촬영한 이미지 정보를 수신받고, 수신된 이미지 정보와 기저장된 이미지 정보를 기반으로 상기 기판의 결정 상태를 판단하는 모니터링부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모니터링부는,
    상기 레이저 어닐 장치와 통신하며, 상기 촬영부로부터 수집된 이미지 정보를 수신받고, 상기 레이저 어닐 장치를 동작시키는 신호를 송신하는 제2통신부,
    미리 수집된 상기 기판의 이미지 정보와 상기 이미지 정보에 따른 결정 상태에 대한 정보가 저장된 데이터베이스,
    상기 제2통신부에 수신된 이미지 정보를 가공하는 이미지 가공부,
    상기 이미지 가공부에서 가공된 이미지 정보와 상기 데이터베이스에 저장된 이미지 정보를 비교하여 상기 이미지 가공부에서 가공된 이미지 정보에 따른 결정 상태를 판단하는 판단부 및
    상기 판단부에서 판단된 결과를 기반으로 상기 레이저 어닐 장치를 동작시키는 신호가 생성되는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가공부는,
    상기 이미지 정보의 반응 영역을 경계 처리하고, 경계 처리된 반응 영역을 음영 처리하며,
    상기 판단부는,
    음영 처리된 반응 영역의 면적을 측정하여 반응 영역의 결정 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 가공부는,
    상기 이미지 정보의 반응 영역을 경계 처리하고, 경계 처리된 반응 영역을 음영 처리하며,
    상기 판단부는,
    음영 처리된 반응 영역의 최대 가로 길이 및 최대 세로 길이를 측정하여 반응 영역의 결정 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 가공부는,
    상기 이미지 정보의 반응 영역을 경계 처리하고
    상기 판단부는,
    경계 처리된 반응 영역의 각 픽셀의 광량 강도를 수집하고, 광량 강도의최대값, 최소값, 평균값 및 산포도 중 선택되는 하나 이상의 데이터를 기반으로 반응 영역의 결정 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법.
  8. 제3항의 레이저 기판 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법에 있어서,
    상기 레이저 조사부로부터 상기 기판에 레이저가 조사되는 조사 단계;
    레이저가 조사된 상기 기판이 촬영되고, 이미지 정보가 수집되는 촬영 단계;
    상기 촬영 단계에서 촬영된 이미지 정보가 상기 모니터링부에 송신되는 이미지 정보 송신 단계;
    상기 이미지 정보 송신 단계에 의해 상기 레이저 어닐 장치로부터 상기 모니터링부에 이미지 정보가 수신되는 이미지 정보 수신 단계; 및
    상기 이미지 정보 수신 단계에서 수신된 이미지 정보를 기반으로 상기 모니터링부의 판단부에 의해 상기 기판의 결정 상태가 판단되는 판단 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 모니터링 방법은,
    상기 판단 단계에서 상기 기판이 목표한 결정 상태를 달성했다고 판단될 경우,
    상기 이송부가 상기 스테이지 또는 상기 레이저 조사부를 이송시킬 수 있도록 하는 이송 신호가 상기 모니터링부의 제어부에서 생성되고, 상기 이송 신호가 상기 제1통신부에 송신되는 이송 신호 송신 단계;
    상기 제1통신부에 수신된 이송 신호에 의해 상기 이송부가 상기 스테이지 또는 상기 레이저 조사부가 이송되는 이송 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 모니터링 방법은,
    상기 판단 단계에서 상기 기판이 목표한 결정 상태를 달성하지 않았다고 판단될 경우,
    상기 레이저 어닐 장치의 공정 조건이 변경되는 제어 신호가 상기 모니터링부의 제어부에서 생성되고, 상기 제어 신호가 상기 제1통신부에 송신되는 제어 신호 송신 단계;
    상기 제1통신부에 수신된 제어 신호에 의해 상기 레이저 조사부, 상기 레이저 어닐 장치의 공정 조건이 변경되는 공정 조건 변경 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 판단 단계는,
    이미지 정보의 반응 영역이 상기 모니터링부의 이미지 가공부에 의해 경계 처리되는 제1경계 처리 단계,
    경계 처리된 상기 반응 영역의 모서리가 이미지 가공부에 의해 음영 처리되는 제1음영 처리 단계,
    상기 반응 영역의 면적이 측정되는 면적 측정 단계,
    상기 면적 측정 단계에서 측정된 면적 값이 미리 정해진 데이터에 의해 정규화되는 정규화 단계 및
    상기 정규화 값을 기반으로 상기 모니터링부의 데이터베이스에 기저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태 정보와 비교하여 상기 반응 영역의 결정 상태가 상기 판단부에 의해 판단되는 제1판단 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 판단 단계는,
    이미지 정보의 반응 영역이 상기 모니터링부의 이미지 가공부에 의해 경계 처리되는 제2경계 처리 단계,
    경계 처리된 상기 반응 영역의 모서리가 이미지 가공부에 의해 음영 처리되는 제2음영 처리 단계,
    상기 반응 영역의 최대 가로 길이가 측정되는 가로 길이 측정 단계,
    상기 반응 영역의 최대 세로 길이가 측정되는 세로 길이 측정 단계,
    상기 반응 영역의 가로 길이와 세로 길이를 기반으로 상기 모니터링부의 데이터베이스에 기저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태 정보와 비교하여 상기 반응 영역의 결정 상태가 상기 판단부에 의해 판단되는 제2판단 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 판단 단계는,
    이미지 정보의 반응 영역이 상기 모니터링부의 이미지 가공부에 의해 경계 처리되는 제3경계 처리 단계,
    반응 영역 광량 강도 수집 단계 및
    상기 반응 영역 광량 강도의 최대값, 최소값, 평균값 및 산포도 중 선택되는 하나 이상의 데이터를 기반으로 상기 모니터링부의 데이터베이스에 기저장된 이미지 정보에 따른 결정 상태 정보와 비교하여 상기 반응 영역의 결정 상태가 상기 판단부에 의해 판단되는 제3판단 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 결정 상태 모니터링 시스템을 이용한 모니터링 방법.
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KR101939058B1 (ko) 2015-06-09 2019-01-17 에이피시스템 주식회사 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 시스템 및 레이저 결정화 설비에 기인하는 무라 정량화 방법

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