KR100603319B1 - Laser processing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판이 챔버 내 지지대에 의해 지지되는 스테이지의 일면 상에 배치되고, 상기 기판 상의 선택 영역에 레이저 광선을 조사하여 상기 기판 상의 비정질 물질 또는 입경이 작은 다결정 물질을 입경이 큰 다결정 물질로 변환시키기 위한 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 기판 상에 조사되는 레이저 광선을 생성하기 위한 레이저 발진기, 상기 생성된 레이저 광선을 상기 챔버 내로 입사시키기 위한 레이저 조정 장치, 상기 챔버 내로 입사된 레이저 광선이 상기 기판 상에 일정한 각도를 지니며 조사되도록 하는 조사각 변동 수단, 및 상기 지지대를 이송시키기 위한 지지대 이송 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다.According to the present invention, a substrate is placed on one surface of a stage supported by a support in a chamber, and a laser beam is irradiated to a selected region on the substrate to form amorphous material or a polycrystalline material having a small particle diameter on the substrate, A laser oscillator for generating a laser beam to be irradiated on the substrate, a laser adjusting device for making the generated laser beam enter the chamber, a laser beam incident into the chamber, Irradiating angle changing means for irradiating the laser beam with a predetermined angle on the support base, and support base transfer means for transferring the support base.
Description
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 가공 장치의 대략적인 구성도,1 is a schematic diagram of a conventional laser processing apparatus;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 장치의 대략적인 구성도,2 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 레이저 가공 장치의 대략적인 구성도,3 is a schematic diagram of a laser machining apparatus according to another embodiment of the present invention;
도 4a는 레이저 광선이 기판에 조사되는 경우의 대략적인 단면도,4A is a schematic cross-sectional view when the laser beam is irradiated to the substrate,
도 4b 및 도 4c는 기판의 어느 일 지점에서의 두께에 대한 시간에 따른 레이저 광선의 조사 프로파일 선도.Figures 4b and 4c are irradiation profile profiles of the laser beam over time for thickness at any one point of the substrate.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
201, 301...레이저 발진기 202, 302...슬릿201, 301
203, 303...제어기 207, 307...기판203, 303
209, 309...지지대 215, 315...챔버209, 309 ... supports 215, 315 ... chamber
216, 317...조사각 변동 수단 220, 320...지지대 이송 구동 수단216, 317 ... irradiated angle varying means 220, 320 ... supporting table conveying drive means
본 발명은 레이저 광선을 기판에 조사하는 레이저 가공 장치, 상세하게는 레 이저 광선을 통하여 입경이 큰 다결정질 박막을 형성할 수 있는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus for irradiating a substrate with a laser beam, and more particularly, to a laser processing apparatus capable of forming a polycrystalline thin film having a large particle diameter through a laser beam.
화상을 표시하는데 있어, 수많은 종류의 디스플레이 장치가 사용되는데, 근래에는 종래의 브라운관, 즉 CRT(cathode ray tube, 음극선관)를 대체하는 다양한 평판 디스플레이 장치가 사용된다. 이러한 평판 디스플레이 장치는 발광 형태에 따라 자발광형(emissive)과 비자발광형(non-emissive)으로 분류할 수 있는데, 대표적인 자발광형 디스플레이 장치로는 플라즈마 디스플레이 장치(plasma display panel device)와 유기 전계 발광 디스플레이 장치(organic electroluminescent display device) 등이 있고, 대표적인 비자발광형 디스플레이 장치로는 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display device)가 있다.Many types of display devices are used for displaying an image. Recently, a variety of flat panel display devices replacing a conventional CRT (cathode ray tube) have been used. Such flat panel display devices can be classified into emissive and non-emissive types according to the emission type. Representative self-emission type display devices include a plasma display panel device, An organic electroluminescent display device, and the like. A representative non-electroluminescent display device is a liquid crystal display device.
액정 디스플레이 장치와 유기 전계 발광 디스플레이 장치의 경우, 구동 소자, 즉 박막 트랜지스터(TFT, thin film transistor)가 화소에 걸리는 전압 또는 전류를 조절하는 능동 구동 액정 디스플레이 장치(AMLCD)와 능동 구동 유기 전계 발광 디스플레이(AMOLED) 등이 대두되고 있다. 구동 소자로서의 박막 트랜지스터에는 비정질 실리콘과 다결정질 실리콘이 사용되는데, 다결정질 실리콘, 그 중에서도 입경이 큰 다결정질 실리콘이 비정질 실리콘 또는 입경이 작은 다결정질 실리콘보다 전계 효과 이동도가 뛰어나기 때문에, 박막 트랜지스터를 구성하는 소자로서 다결정질 실리콘이 주로 사용된다. In the case of a liquid crystal display device and an organic electroluminescence display device, an active matrix liquid crystal display device (AMLCD) and an active matrix organic electroluminescent display device (AMLCD) for controlling a voltage or a current applied to a pixel by a driving device such as a thin film transistor (AMOLED) are emerging. Amorphous silicon and polycrystalline silicon are used for the thin film transistor as the driving element. Since polycrystalline silicon, polycrystalline silicon having a large particle diameter among them is superior in amorphous silicon or polycrystalline silicon having a small particle diameter, Polycrystalline silicon is mainly used as an element constituting the semiconductor device.
다결정질 물질, 예를 들어 다결정질 실리콘의 제조 방법으로는 제조 온도에 따라 저온 공정과 고온 공정으로 분류된다. 고온 공정의 경우 성막시 높은 표면 조도로 인하여 박막 두께가 불균일해진다는 문제점을 수반한다. 저온 공정의 경우, 통상적으로 레이저 가공, 즉 레이저 광선을 박막 기판 상에 조사하는 레이저 어닐링이 사용되는데, 레이저 광선에 의한 비정질 실리콘의 결정화는 나노 세컨드(nano second) 단위로 이루어지기 때문에 박막 아래의 기판에 가해지는 손상을 최소화시킬 수 있다는 장점을 구비한다.The production method of a polycrystalline material, for example, polycrystalline silicon, is classified into a low-temperature process and a high-temperature process depending on the production temperature. In the case of a high-temperature process, there is a problem that the film thickness becomes uneven due to high surface roughness during film formation. In the low-temperature process, laser processing, that is, laser annealing for irradiating a laser beam onto a thin film substrate is used. Since crystallization of amorphous silicon by a laser beam is performed in nano second units, It is possible to minimize the damage that may occur to the user.
레이저 어닐링에 사용되는 레이저는 발진되는 레이저 광선의 파형에 따라 펄스 레이저(pulse laser)와 연속 발진 레이저(continuous wave laser)로 분류할 수 있다. 펄스 레이저는 수십 나노 세컨드의 짧은 조사 시간을 갖는 레이저 광선을 주기적으로 발진시키는 방식으로, 야그 레이저, 엑시머 레이저 등이 이에 해당된다. 연속 발진 레이저는 발진 주기에 관계없이 연속적으로 조사되는 레이저 광선으로, 이에는 아르곤 레이저, 반도체 레이저 등이 있다. The laser used for the laser annealing can be classified into a pulse laser and a continuous wave laser according to the waveform of the oscillated laser beam. The pulse laser is a method of periodically oscillating a laser beam having a short irradiation time of several tens of nanoseconds, such as a YAG laser or an excimer laser. A continuous oscillation laser is a laser beam continuously irradiated regardless of an oscillation period, such as argon laser or semiconductor laser.
종래 기술에 따른 레이저 광선의 단일 조사에 따라 다결정 실리콘을 제조하는 경우 상기한 레이저 광선 소스에 따라 발진 파장의 상이함으로 인하여 조사되는 광선의 에너지 차이가 발생하기도 하지만, 광선의 폭, 및 단위 면적당 조사 정도(펄스 레이저의 경우 단위 면적당 레이저 샷 수 또는 연속 발진 레이저의 경우 단위 면적당 조사 시간) 등은 다결정 실리콘 박막의 결정 입자의 크기 및 방향성을 변화시켜 전기적 특성의 차이를 일으키는데 큰 역할을 담당한다.In the case of producing the polycrystalline silicon according to the single irradiation of the laser beam according to the prior art, there is a difference in the energy of the irradiated light due to the difference of the oscillation wavelength depending on the laser beam source, (The number of laser shots per unit area in the case of a pulsed laser or the irradiation time per unit area in the case of a continuous oscillation laser) plays a major role in changing electrical characteristics by changing the size and direction of crystal grains of the polycrystalline silicon thin film.
따라서, 이러한 다결정 실리콘 박막의 결정 입자의 상이함으로 인한 문제점을 해소하기 위하여 다양한 방법의 다결정 실리콘 결정화 방법이 시도되고 있는데, 이 중 대표적인 방안으로는 레이저 광선을 기판 표면, 엄밀하게는 기판 표면 상의 박막에 재차 2회 또는 수회 반복 조사하는 이중 또는 다중 레이저 광선 조사 방식이 사용된다. 이러한 이중 또는 다중 레이저 광선 조사 방식은 1차 조사시 비정질 박막을 결정화시키고 2차 조사시 1차보다 약한 에너지로 다결정 박막을 리커버리 또는 경화시켜 결정성을 증대시키는 방법과, 1차 조사시 약한 레이저 광선으로 비정질 박막을 미세 결정 박막화하고 2차 조사시 완전 결정화시키는 방법과, 그리고 이들을 조합하는 방법으로 분류될 수 있는데, 도 1에는 이러한 종래 기술에 따른 레이저 가공 장치가 도시되어 있다. 기판(7)은, 챔버(15) 내에 배치되며 지지대 이송 수단(10, 11, 20)에 의하여 이송 가능한 지지대(9) 상의 스테이지(8) 상에 안착된다. 챔버(15)의 상부 일측에는 N2, O2, He 및 Ar 등과 같은 기체를 유입시키기 위한 기체 이송 시스템(14)이 배치되고, 챔버(15)의 하부 일측에는 챔버(15) 내 기체를 배출시키기 위한 펌프 시스템(12)이 배치되어 있다. 기판(7)의 일면 상에는 비정질 물질, 예를 들어 비정질 실리콘의 박막(7)이 형성되어 있다. 레이저 발진기(1)에 의해 생성된 레이저 광선은 슬릿(2)을 통하여 일부는 제어기(3)로 전달되어 레이저 광선의 상태를 피드백하고 그리고 다른 일부는 광학 시스템(4)으로 전달되어 레이저 광선의 에너지 분포 및 크기가 조정된다. 광학 시스템(4)을 거친 레이저 광선은 고정된 반사 거울(5)을 거쳐 챔버(15) 상단에 배치된 수정 윈도우(16)를 통해 기판에 수직 조사된다.Therefore, various methods of polycrystalline silicon crystallization have been attempted in order to solve the problems caused by the difference in crystal grains of the polycrystalline silicon thin film. Typical examples of the method include a laser beam on the substrate surface, strictly a thin film on the surface of the substrate A double or multiple laser beam irradiation method is used which is repeated twice or repeatedly several times. This dual or multiple laser beam irradiation method crystallizes the amorphous thin film during the first irradiation, recovering or curing the polycrystalline thin film with a lower energy than the first energy during the secondary irradiation to increase the crystallinity, Crystallizing the amorphous thin film into a microcrystal thin film, and completely crystallizing the amorphous thin film in the second irradiation, and a method of combining them. FIG. 1 shows a laser processing apparatus according to the prior art. The
또한, 미국 특허 공보 제 5,834,071호에는 마이크로 다결정질 실리콘으로 구성된 제 1 층과 상기 제 1 층 상부에 수소화 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon)으로 구성된 제 2 층을 형성하고 레이저 어닐링을 실시하는 방 안이 개시되어 있다.In addition, U.S. Patent No. 5,834,071 discloses a method for forming a first layer made of micro-crystalline silicon and a second layer made of hydrogenated amorphous silicon on the first layer and performing laser annealing have.
그리고, 특허 공개 제 2000-53428호에는 레이저 광선의 에너지 단면 형상을 조절하여 실시되는 레이저 어닐링 방안이 개시되어 있다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-53428 discloses a laser annealing method implemented by adjusting the energy cross-sectional shape of a laser beam.
하지만, 이러한 종래 기술에 있어서, 재차 또는 수 회 반복시 발생하는 레이저 광선 조사 영역의 중첩 내지 기판을 원위치 이송시키는 과정 중에 발생하는 진동으로 인하여 조사 영역 표면의 다결정질 실리콘의 입경이 상이해져 조사 영역 전체에 걸쳐 균일한 조립도를 가지는 표면을 형성하지 못한다는 문제점을 야기한다. 또한, 층을 이중 또는 복수의 층으로 형성하는 경우 공정 회수의 증대로 인해 공정 생산성이 현저히 저감된다는 문제점을 도출할 수도 있으며, 그리고 레이저 광선의 에너지 단면 형상을 제어하는 경우 복잡한 별도의 설비 및 정밀한 단면 형상 제어의 공정이 요구될 뿐만 아니라, 이에 사용 가능한 레이저 소스에도 제한이 가해진다는 문제점을 수반한다. However, in this conventional technique, the particle diameters of the polycrystalline silicon on the surface of the irradiation area are different due to the vibrations occurring during the overlapping of the laser beam irradiation areas or the in-situ transfer of the substrate, The surface having a uniform degree of assembly can not be formed over the entire surface. In addition, when the layer is formed as a double layer or a plurality of layers, it is possible to obtain a problem that process productivity is remarkably reduced due to an increase in the number of processes, and when controlling the energy sectional shape of the laser beam, Not only the shape control process is required but also the limitation is imposed on the usable laser source.
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하며 레이저 광선의 단일 조사에 의하여 입경이 큰 다결정 물질 박막을 형성할 수 있는, 단순한 구조의 레이저 가공 장치를 제공함을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser machining apparatus of a simple structure capable of forming a thin film of polycrystalline material having a large particle size by solving the above problem and irradiating a single laser beam.
또한, 본 발명은, 공간이 제약되는 조건 하에서 레이저 광선의 단일 조사로 입경이 큰 다결정 물질 박막을 형성할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공함을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a laser processing apparatus capable of forming a polycrystalline thin film having a large particle diameter by a single irradiation of a laser beam under a condition that space is restricted.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따르면, 기판이 챔버 내 지지대에 의해 지지되는 스테이지의 일면 상에 배치되고, 상기 기판 상의 선택 영역에 레이저 광선을 조사하여 상기 기판 상 박막의 비정질 물질 또는 입경이 작은 다결정 물질을 입경이 큰 다결정 물질로 변환시키기 위한 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 박막에 조사되는 레이저 광선을 생성하기 위한 레이저 발진기, 상기 생성된 레이저 광선을 상기 챔버 내로 입사시키기 위한 레이저 조정 장치, 상기 챔버 내로 입사된 레이저 광선이 상기 박막에 일정한 각도를 지니며 조사되도록 하는 조사각 변동 수단, 및 상기 지지대를 이송시키기 위한 지지대 이송 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising: disposing a substrate on a surface of a stage supported by a support in a chamber; irradiating a laser beam on a selected region of the substrate to form an amorphous material Or a polycrystalline substance having a small particle size into a polycrystalline substance having a large particle size, the apparatus comprising: a laser oscillator for generating a laser beam to be irradiated on the thin film; a laser oscillator for entering the generated laser beam into the chamber An irradiation angle changing means for irradiating a laser beam incident into the chamber with a predetermined angle to the thin film, and a support base transferring means for transferring the support base.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 조사각 변동 수단은, 상기 박막으로 조사되는 레이저 광선의 조사 경로 상에 배치되고 일정한 축선에 대하여 회전 가능한 반사 수단인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a laser machining apparatus characterized in that the irradiation angle changing means is a reflecting means arranged on an irradiation path of a laser beam irradiated on the thin film and rotatable about a constant axis.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 반사 수단은 상기 지지대에 대하여 상하 이동 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a laser machining apparatus characterized in that the reflecting means is vertically movable with respect to the support base.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 반사 수단은 상기 지지대의 이송 방향에 대하여 전후 이동 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a laser machining apparatus characterized in that the reflecting means is movable back and forth with respect to the feeding direction of the support.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 조사각 변동 수단은, 상기 챔버 내 상기 스테이지를 일정한 축선에 대하여 회전시키는 스테이지 회전 수단인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the irradiation angle changing means is a stage rotating means for rotating the stage in the chamber about a constant axis.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 박막에 대한 레이저 광선의 조사각 은 상기 기판에 대하여 약 5°내지 약 30°인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a laser machining apparatus characterized in that the irradiation angle of the laser beam to the thin film is about 5 [deg.] To about 30 [deg.] With respect to the substrate.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 박막에 레이저 광선이 조사되는 동안 상기 지지대 이송 수단은 일정한 속도로 이송되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a laser machining apparatus characterized in that while the thin film is irradiated with a laser beam, the supporter transporting means is transported at a constant speed.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다결정 물질로 변환시키기 위한 레이저 가공 장치를 설명한다.Hereinafter, a laser processing apparatus for converting into a polycrystalline material according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치, 즉 레이저 어닐링 장치가 도시되어 있다. 레이저 가공 장치(200)는 레이저 광선을 생성하는 레이저 발진기(201)와, 레이저 발진기(201)로부터 생성된 레이저 광선을 챔버(215)로 입사시키기 위한 레이저 조정 장치(200-1)와, 챔버(215) 내로 입사된 레이저 광선을 기판(207) 상에 일정한 각도를 지니며 조사되도록 하는 조사각 변동 수단과, 그리고 레이저 광선이 기판(207), 엄밀하게는 기판(207) 상의 비정질 박막(207) 상에 조사되는 동안 기판(207)이 안착된 스테이지를 지지하는 지지대(209)를 이동시키는 지지대 이송 수단(220, 210, 211) 등으로 구성된다.2 shows a laser processing apparatus, i.e., a laser annealing apparatus, according to an embodiment of the present invention. The
기판 상의 박막 레이저 가공, 즉 레이저 어닐링을 위한 챔버(215)의 일측에는 비정질 물질 또는 입경이 작은 다결정 물질의 박막이 형성된 기판(207)을 챔버(215) 내로 유입시키기 위한 기판 윈도우(213)가 형성되고, 챔버(215)의 일측 상단에는 N2, O2, He, Ar 등의 기체를 유입시키기 위한 기체 이송 시스템(214)이, 그리고 챔버(215)의 일측 하단에는 챔버(215) 내의 분위기를 바꾸기 위한 펌프 시 스템(212)이 배치된다. 챔버(215)의 내측에는 지지대(209)가 배치되고, 지지대(209)의 상부에는 기판(207)을 안착시키기 위한 스테이지(208)가 배치된다. 지지대(209)는 지지대 이송 수단(210, 211, 220)에 의하여 기판(207)의 박막(207)에 레이저 광선이 조사되는 동안 이동 가능하다. 지지대 이송 수단(210, 211, 220)은 지지대(209)가 장착된 이송 바아(210) 및 이송 바아(210)를 챔버(215) 내에 지지하기 위한 고정 바아(211), 그리고 구동 수단(220)으로 구성되는데, 도 2에서 구동 수단(220)은 지지대(209) 내에 내장된 것으로 도시되었으나, 구동 수단(220)은 고정 바아(211)와 연계되는 등 지지대 이송 수단은 이에 한정되지 않고 다양한 구성을 취할 수도 있다. A
한편, 레이저 발진기(201)로부터 생성된 레이저 광선은 슬릿(202), 제어기(203), 광학 시스템(204) 및 반사 수단(205) 등으로 구성된 레이저 조정 장치(200-1)로 유입된다. 즉, 레이저 발진기(201)로부터의 레이저 광선은 슬릿(202)을 거쳐 일정한 비율로 이분되어, 일부는 슬릿(202)으로부터 반사되고, 다른 일부는 슬릿(202)을 투과한다. 반사된 일부 레이저 광선은 제어부(203)로 전달되는데, 제어부(203)는 반사 전달된 일부의 레이저 광선을 통하여 레이저 광선의 에너지를 모니터링하여 모니터링된 레이저 광선의 에너지 수치와 목표 설정된 에너지 수치와의 차이로부터 제어 신호를 생성하고 이를 다시 레이저 발진기(201)에 출력하는 피드백 폐루프 제어를 실시함으로써 레이저 발진기(201)가 일정하면서도 균일한 레이저 광선을 생성하도록 제어한다. 슬릿(202)을 투과한 다른 일부의 레이저 광선은 광학 시스템(204)으로 유입된다. 광학 시스템(204)에서는 레이저 광선의 크기 및 에너지 분포가 조절될 수 있다. 도면에서 자세하게 도시되지는 않았으나, 광학 시스템(204)은 레이저 광선의 에너지 분포를 균일하게 만드는 호모지나이저(homogenizer) 또는 레이저 광선의 단면 형상을 변화시킬 수 있는 기계적 셔터 또는 광학적 라이트 밸브(optical light valve) 등으로 구성될 수도 있는데, 광학 시스템은 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 형태 및 구성을 취할 수도 있다. 광학 시스템(204)을 통과한 레이저 광선은, 챔버(215)의 상부 일단에 형성된 수정 윈도우(206)를 거쳐 챔버(215) 내로 입사된다. 챔버(215)로 입사된 레이저 광선은 조사각 변동 수단, 즉 반사 수단으로서의 반사 거울(216)에 의하여 반사된다. 반사 거울(216)은 반사 구동 수단(216-1)에 의하여 구동 가능하다. 예를 들어 반사 거울(216)은, 기판(207) 상의 박막(207)에 조사되는 레이저 광선의 조사각을 변화시키기 위하여 기판(207)에 평행한 회전축(216)을 중심으로 반사 구동 수단(216-1)에 의하여 회전 가능할 뿐만 아니라, 기판(207) 상의 박막(207)에 레이저 광선을 조사하는 경우 협소한 챔버(215) 공간 상 제약을 받는 지지대(209)의 이송 거리를 줄이도록 챔버(215) 내 지면에 대하여 수직 방향으로 상하 이동 가능하다. 그리고, 작업자의 작업시 반사 수단으로서의 반사 거울(216)의 비작동 요구 사항을 만족시키기 위하여 지지대(209)의 이송 방향으로 전후 이동 가능할 수도 있다. 이러한 반사 수단으로서의 반사 거울(216)의 구동은 반사 구동 수단(220)에 의하여 이루어지고 레이저 가공 조건, 즉 기판 이송 속도(v), 박막 두께(d), 레이저 광선의 폭(w) 등의 조건에 기초하여 결정될 수도 있는데, 반사 수단으로서의 반사 거울(216)을 회전 또는 이동시키는 신호를 생성하는 제어기는 도면 부호 203으로 명명된 제어기와는 별개의 제어기로 이루어질 수도 있다. On the other hand, the laser beam generated from the
한편, 도 3에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(300), 즉 레이저 어닐링 장치가 도시되어 있다. 레이저 가공 장치(300)는 레이저 발진기(301)와, 슬롯(302), 제어기(303), 광학 시스템(304) 및 반사 거울(305) 등으로 구성되는 레이저 조정 장치(300-1)와, 그리고 챔버(315) 내에서 일면 상에 기판(307)이 배치된 스테이지(308)를 지지하는 지지대(309) 및 지지대 이송 수단(320, 310, 311) 등으로 구성되고, 챔버(315)의 일측 상단에는 N2, O2, He, Ar 등의 기체를 유입시키기 위한 기체 이송 시스템(314)이, 그리고 챔버(315)의 일측 하단에는 챔버(315) 내의 분위기를 바꾸기 위한 펌프 시스템(312)이 배치되는데, 이러한 구성은 도 2에 도시된 레이저 가공 장치(200)와 유사하다. 하지만, 반사 수단으로서의 반사 거울(216)을 구비하는 앞선 일실시예와는 달리, 본 실시예는 반사 수단을 구비하지 않고 기판(307)이 배치된 스테이지(308)를 직접 회전시킨다는 점을 특징으로 갖는다. 즉, 지지대(309)의 일측에 장착된 스테이지 회전 수단(317)은 지지대(309)가 스테이지(308)를 지지하는 축(317)을 중심으로 스테이지(308)를 회전시킬 수 있는데, 스테이지(308)의 회전에 의하여 레이저 광선과 기판(307) 상 박막(307) 간에 일정한 조사각이 형성됨으로써 스테이지(308)를 지지하는 지지대(309)의 이송 거리를 현저히 단축시킬 수 있다. 스테이지 회전 수단(317)의 회전 정도는 레이저 가공 조건, 즉 기판 이송 속도(v), 박막 두께(d), 레이저 광선의 폭(w) 등의 조건에 기초하여 결정될 수도 있는데, 스테이지(308)를 회전 또는 이동시키는 신호를 생성하는 제어기는 도면 부호 303으로 명명된 제어기 와는 별개의 제어기로 이루어질 수도 있다. Meanwhile, FIG. 3 shows a
상기 레이저 가공 장치의 작동은 다음과 같은 과정에 의하여 이루어진다. 먼저, 제어기(203, 303)의 출력 신호에 의하여 지지대 이송 구동 수단(220, 320)이 작동하여 스테이지(208, 308)를 기판 윈도우(213, 313)의 인접부까지 이동시킨다. 기판 윈도우(213, 313)를 통하여 박막이 형성된 기판(207, 307)이 챔버(215, 315) 내로 삽입되어 스테이지(208, 308) 상에 안착된 후, 지지대 이송 구동 수단(220, 320)은 제어부(203, 303)로부터 신호를 입력받아 레이저 광선을 조사시키고자 하는 영역으로 스테이지(208, 308)를 이동시킨다. 제어부(203, 303)로부터 입력된 신호에 기초하여 조사각 변동 수단(216, 317)을 조작하여 레이저 광선이 기판(207, 307) 상의 박막(207, 307)과 일정한 각도를 이루며 조사되도록 조사각(θ)을 사전 설정한다. 이후 레이저 발진기(201, 301)로부터 생성된 레이저 광선은 슬릿(2), 광학 시스템(204, 304) 및 반사 거울(205, 305)을 거쳐 챔버(215, 315) 내의 박막에 조사된다.The operation of the laser processing apparatus is performed by the following procedure. First, the support conveying drive means 220 and 320 are operated by the output signals of the
도 4a 내지 도 4c에는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 통해 기판 상에 입사되는 레이저 광선의 개략도 및 시간에 따른 레이저 광선 조사 프로파일을 도시하고 있다. 레이저 광선은 기판(407) 상의 박막(407)에 대하여 다양한 속도로 조사될 수 있으나, 레이저 광선에 의한 다결정질화가 기판(407) 상의 박막(407) 표면에 대하여 균일하게 이루어지도록, 레이저 광선은 기판(407) 상의 박막(407)에 대하여 일정한 상대 속도(va 또는 vb)를 갖는 것이 바람직하다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 두께가 d인, 기판(407) 상 박막(407)에 조사되는 폭이 w인 레이저 광선과 기판(407) 상의 박막은 θ의 각도를 이루는데, 기판(407)의 상면, 즉 박막의 하면에 투영되는 레이저 광선의 길이를 s1, 그리고 레이저 광선이 지점 A를 향하여 상대 이동하는 경우 박막 하면의 지점(a)과 레이저 광선이 접하는 경우 박막 상면의 지점(a')과 교차하게 될 레이저 광선의 일단과의 거리를 s2라한다. 레이저 광선이 일정한 상대 속도(va)로 이동한다고 할 때, 기판의 지점(엄밀하게는 박막) A에서의 박막의 두께 방향에 따른 레이저 광선의 프로파일은 도 4b에 도시되어 있다. 레이저 광선은 일정한 각도(θ)만큼 기판(407), 엄밀하게는 박막(407)에 대하여 경사져 있기 때문에, 레이저 광선은 A 지점의 박막 하단(a)에 먼저 도달하게 된다. A 지점의 하단(a)에는 t1의 시간 동안 레이저 광선이 조사된다. 그리고, A 지점의 상단(a)에는, A 지점의 하단(a)에 레이저 광선이 조사되기 시작한 시간으로부터 t2의 시간 후에 레이저 광선이 조사되기 시작한다. 균일한 결정화를 위해 레이저 광선이 일정한 속도(va)를 구비하는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 도 4a에서의 s1 및 s2와 도 4b에서의 t1 및 t2는 다음과 같은 관계를 갖는다.4A to 4C show a schematic view of a laser beam incident on a substrate through a laser machining apparatus according to an embodiment of the present invention and a laser beam irradiation profile according to time. The laser beam can be irradiated to the
및 (1) And (One)
그리고, 도 4a의 기하학적 관계로부터 다음과 같은 관계를 얻을 수 있다.Then, the following relationship can be obtained from the geometric relationship in Fig. 4A.
및 (2) And (2)
상기 (1) 및 (2)의 관계들로부터 기판(407)과 박막(407) 및 레이저 광선 간에는 다음과 같은 관계를 갖게 된다. From the relations (1) and (2), the relationship between the
및 And
따라서, 레이저 광선의 상대 속도(va), 레이저 광선의 폭(w), 레이저 광선의 경사각(θ) 등을 조절함으로써, t1 및 t2를 조절하여 기판(407) 상 박막(407)의 일지점에서의 두께에 따른 결정화 속도를 조절할 수 있다. 즉, 조사각(θ)이 작아질수록, 조사 시간이 증대되고, 두께에 따른 레이저 광선의 조사 시간 간격이 증대되어 레이저 광선이 조사되는 영역의 조립화, 즉 큰 입경의 다결정화가 보다 원활하게 이루어질 수 있다. Therefore, by adjusting the relative speed va of the laser beam, the width w of the laser beam, and the inclination angle? Of the laser beam, t1 and t2 can be adjusted so as to be adjusted at one point of the
하지만, 이러한 조사각(θ)의 크기에는 일정한 제한이 가해진다. 즉, 조사각(θ)이 너무 커질 경우 박막(407)의 두께에 따른 다결정질화 속도 조절이 어려운 반면, 너무 작은 경우 수차(aberration error)에 의한 정확한 가공이 어렵기 때문에, 박막(407)에 조사되는 레이저 광선은 적절한 크기의 조사각(θ)을 가져야 하는데, 조사각(θ)은 약 5° 내지 약 60° 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다.However, a certain limitation is imposed on the magnitude of the irradiation angle [theta]. In other words, when the irradiation angle? Is too large, it is difficult to control the polycrystallization rate according to the thickness of the
도 4c에는, 도 4a에서 레이저 광선이 지점 B를 향하여 이동하는 상대 속도 vb로 이동하는 경우, 지점 B에서 박막(407)의 두께에 따른 레이저 광선의 조사 여부를 나타내는 프로파일이 도시되어 있는데, 이는 도 4b에 대하여 기술된 사항과 동일하게 적용된다. 4C shows a profile showing whether the laser beam is irradiated according to the thickness of the
상기한 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. The present invention having the above-described configuration can achieve the following effects.
본 발명의 일실시예에 따른 단순한 구조의 레이저 가공 장치는 기판, 엄밀하 게는 박막 상에 조사되는 레이저 광선과 박막 간의 조사각을 변경시키는 조사각 변동 수단을 구비하여 레이저 광선을 박막에 대하여 일정한 각도를 가지고 조사시킬 수 있어 박막의 일 지점에서 박막의 두께 방향으로의 결정화 속도를 조절할 수 있기 때문에, 반복적인 조사없이 단일 조사만으로 입경이 큰 다결정질 박막을 형성 가능하여, 공정 회수 및 공정 시간을 현저히 줄임으로써 다결정질 박막의 생산 효율을 증대시킬 수 있다. A laser processing apparatus of a simple structure according to an embodiment of the present invention is provided with a substrate, specifically, irradiation angle changing means for changing the irradiation angle between the laser beam and the thin film irradiated on the thin film, It is possible to control the crystallization speed in the thickness direction of the thin film at one point of the thin film so that the polycrystalline thin film having a large particle size can be formed only by a single irradiation without repeated irradiation, The production efficiency of the polycrystalline thin film can be increased.
조사각 변동 수단으로 회전 및/또는 이동 가능한 반사 거울을 구비하는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 장치에 의하여, 단순한 구성으로 레이저 광선과 기판 간에 일정한 조사각을 형성하여 단일 조사로 기판을 다결정질화시킬 수도 있다. By the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention including the reflection mirror which can be rotated and / or moved by the irradiation variation means, a uniform irradiation angle is formed between the laser beam and the substrate with a simple structure, It may be nitrided.
조사각 변동 수단으로 박막이 형성된 기판을 지지하는 스테이지를 회전시켜 레이저 광선을 조사하고자 하는 박막의 영역에 대한 지지대의 이송 거리를 현저히 감축시킴으로써, 공간상 제약이 가해지는 챔버 내에서 단일 조사로 기판을 다결정질화시킬 수도 있다. By irradiating the substrate with a single irradiation in the chamber in which the space constraint is applied, by rotating the stage supporting the substrate on which the thin film is formed by the irradiation variation means and by reducing the transfer distance of the support to the region of the thin film to be irradiated with the laser beam, Polycrystalline nitriding may be performed.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 기술되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 이하 첨부되는 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해질 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention . Accordingly, the scope of protection of the present invention will be defined by the technical idea of the appended claims.
Claims (8)
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2003
- 2003-11-28 KR KR1020030085771A patent/KR100603319B1/en not_active IP Right Cessation
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Non-Patent Citations (2)
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1020030011724 * |
1020030026906 * |
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