KR20080113121A - 대형 기판의 레이저 어닐링 장치 및 대형 기판의 레이저 어닐링 방법 - Google Patents

대형 기판의 레이저 어닐링 장치 및 대형 기판의 레이저 어닐링 방법 Download PDF

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KR20080113121A
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볼프강 자이페르트
토르스텐 트리트쉴러
마르쿠스 젠찡거
빌리 안데를
외르그 발터
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칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 기판(32)의 조명 평면(36) 상에 좁은 조명 라인(31)을 형성하기 위한 광학 장치(여기서 상기 조명 라인(31)은 레이저 빔으로부터 형성되고 제 1 방향으로의 확장과 제 2 방향으로의 확장을 갖는 단면을 가지며, 상기 제 1 방향으로의 확장은 상기 제 2 방향으로의 확장을 복수 배 초과한다) 및 조명 라인으로 상기 기판의 조명 평면의 제 1 부분을 상기 제 2 방향으로 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 장치를 포함하는, 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 어닐링 장치는 상기 제 1 부분(37)을 스캐닝한 후에 상기 조명 평면(36)에 수직한 회전 축(38)을 중심으로 상기 기판(32)을 상기 조명 라인(31)에 대해 180°만큼 회전시키는 회전 장치를 포함하며, 그럼으로써 상기 스캐닝 장치는 조명 라인(31)으로 상기 기판(32)의 조명 평면(36)의 상기 제 1 부분에 인접한 상기 기판(32)의 조명 평면(36)의 제 2 부분을 상기 제 2 방향(y)으로 스캐닝하도록 구성된다.

Description

대형 기판의 레이저 어닐링 장치 및 대형 기판의 레이저 어닐링 방법{Apparatus for laser annealing of large substrates and method for laser annealing of large substrates}
본 개시는 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 장치에 관한 것이다. 본 개시는 또한 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 방법에 관한 것이다.
a-Si을 p-Si으로 변환하는 것은 대략 1000℃에서의 열처리에 의해 이루어질 수 있을 것이다. 그러한 공정은 수정(quartz)과 같은 열저항성 기판 상의 a-Si에 대해서만 사용될 수 있다. 그러한 재료들은 디스플레이 목적을 위한 보통의 판유리(float glass)에 비하여 고가이다.
a-Si의 광, 특히 레이저 광 유도 결정화는 결정화 과정 동안 열적 부하에 의해 기판을 손상시키지 않고 a-Si로부터 p-Si를 형성할 수 있게 한다. 비정질 실리콘은 스퍼터링 또는 화학 기상 증착(CVD)과 같은 저렴한 공정에 의해 유리, 수정 또는 합성물과 같은 기판 위에 형성될 수 있다. 후속하는 레이저 유도 결정화 공정들은 엑시머 레이저 결정화(ELC; excimer laser crystallization), 연속 측방 고상법(SLS; sequential lateral solidification) 또는 얇은 빔 결정화 공정(TDX™; thin beam crystallization procedure)로서 공지되어 있다. 이들 상이한 제조 공정들에 대한 개관은, 예컨대, SID 00 Digest, 1-3에 게재된 D.S. Knowles 등의 "Thin Beam Crystallization Method: A New Laser Annealing Tool with Lower Cost and Higher Yield for LTPS Panels"; SID 05 Digest, 1-3에 게재된 Ji-Yong Park 등의 "P-60: Thin Laser Beam Crystallization method for SOP and OLED application" 및 "LCD Panel Manufacturing Moves to the next Level-Thin-Beam Directional X'tallization(TDX) Improves Yield, Quality and Throughput for Processing Poly -Silicon LCDs"라는 제목의 TCZ GmbH Company의 브로셔에 주어져 있다. 이들 방법들 중 하나에 의해 제조된 다결정 실리콘은 저온 다결정 Si(LTPS)이라고 불린다.
상술한 레이저 결정화 공정의 대부분은, 기판을 탑재한 스테이지를 이동시킴으로써 및/또는 레이저 빔을 이동시킴으로써 포커싱된 레이저 빔이 기판 위로 스캐닝된다는 점에서 공통점을 갖는다.
예컨대 0.5mm×300mm의 통상적인 크기와 균질한 강도 분포를 갖는 라인 빔이, 예를 들어, 엑시머 레이저 결정화(ELC)를 이용한 대형 기판 상의 실리콘 어닐링에 적용된다. 최신의 광학 시스템은 원하는 강도 분포를 형성하기 위하여 교차 실린드리컬 렌즈 어레이들을 포함하는 굴절식 광학 조명 시스템을 사용한다. 그 기능성이 US 2003/0202251 A1에 기재되어 있는 이들 어레이들은, 적절하게 성형된 서브 개구들을 사용하여 입력 빔을 다수의 빔들로 분할하는 균질화 방식들의 보다 일반적인 그룹의 예이다. 필드 평면에서의 이들 다수의 빔들이 중첩은 강도 변화들을 평균화시켜 빔을 균질하게 한다. 라인 빔은 단축 또는 폭 방향으로, 즉 조명 라인 의 덜 확장된 방향으로 기판을 스캐닝한다.
미래의 추세는 비정질 실리콘 박막의 결정화에 사용되는 라인 빔의 폭 또는 단축 확장을 가능한 한 감소시키고 길이 또는 장축 크기를 증가시키는 것이다. 따라서, 여기서 참조에 의해 통합된 US 2006/0209310 A1은 단축 방향으로 기판의 표면을 스캐닝하는 5-15㎛×700mm 또는 그 이상(예컨대, 5㎛×730mm)의 크기를 갖는 긴 얇은 빔을 결정화 공정용으로 개시한다. 균일하거나 또는 적어도 소정의 강도 분포를 갖는 그러한 얇고 긴 조명 라인은, 조명 평면 위로 균질화된 빔을 투영/축소시키는 투영/축소 광학기기 앞에 있는 특정한 균질화 방식에 의해 엑시머 레이저로부터 방출되는 빔으로부터 형성된다.
처리량을 증가시키기 위하여, 미래의 추세는 더 큰 기판을 사용하는 것이다. 특히, 얇지만 긴 라인 빔이 사용되는 "얇은 빔 지향성 결정화(TDX™)" 공정의 경우에, 길이의 확장은 몇몇 문제들을 일으킨다:
- 큰 크기는 큰 미러와 렌즈들을 요구한다. 상기 크기는 렌즈 및 미러들의 제조에 사용되는 장치 길이에 의해 그리고 코팅 기술들에 의해 제한된다.
- 길이를 증가시키는 것은 더욱 높은 유효 투과율을 요구한다. 요구되는 투과율은 라인의 길이에 비례한다.
따라서, 본 발명의 목적은 대형 기판, 특히 지금까지 사용된 크기를 초과하는 기판을 처리하기 위한 장치 및 방법에 관하여 대안적인 해법을 제공하는 것이 다.
제 1 유형에 따르면, 본 발명은 기판의 조명 평면 상에 좁은 조명 라인을 형성하기 위한 광학 장치(상기 조명 라인은 레이저 빔으로부터 형성되며 제 1 방향으로의 확장과 제 2 방향으로의 확장을 갖는 단면을 가지며, 상기 제 1 방향으로의 확장은 상기 제 2 방향으로의 확장을 복수 배 초과한다) 및 상기 제 2 방향을 따라 상기 조명 라인으로 상기 기판의 조명 평면의 제 1 부분을 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 장치를 갖는 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 장치에 관한 것이다. 제 1 대안적인 실시예에서, 상기 광학 장치는 상기 조명 평면 상에 상기 조명 라인을 형성하기 위한 투영/축소 광학기기의 통합 부품인 굴절력을 갖는 적어도 두 개의 광학 소자들을 포함한다. 상기 적어도 두 개의 광학 소자들은 상기 제 1 방향으로 서로에 인접하여 배치된다. 제 2 대안적인 실시예는 상기 기판의 조명 평면 상에 또 다른 좁은 조명 라인을 형성하기 위한 또 다른 광학 장치를 포함하는데, 상기 다른 조명 라인은 레이저 빔으로부터 형성되며 제 1 방향으로의 확장과 제 2 방향으로의 확장을 갖는 단면을 가지며, 상기 제 1 방향으로의 확장은 상기 제 2 방향으로의 확장을 복수 배 초과한다. 상기 광학 장치는 상기 조명 평면 상에 상기 조명 라인을 형성하기 위한 투영/축소 광학기기의 통합 부품인 굴절력을 갖는 적어도 하나의 광학 소자를 포함한다. 상기 다른 광학 장치는 상기 조명 평면 상에 상기 다른 조명 라인을 형성하기 위한 또 다른 투영/축소 광학기기의 통합 부품인 굴절력을 갖는 적어도 하나의 다른 광학 소자를 포함한다. 상기 적어도 하나의 광학 소자 및 상기 적어도 하나의 다른 광학 소자는 상기 제 1 방향으로 서로에 인접하여 배치된다.
상기 광학 소자들 및/또는 상기 광학 소자 및 상기 다른 광학 소자는 렌즈 또는 미러일 수 있다.
상기 광학 소자들 및/또는 상기 광학 소자 및 상기 다른 광학 소자는 바람직하게는 투영/축소 광학기기에 사용된 굴절력을 갖는 마지막 광학 소자이다. 투영/축소 광학기기와 기판 사이의 보호 윈도우는 상기 용어 "굴절력을 갖는 광학 소자"를 의미하지 않으며, 투영/축소 작용 그 자체에만 연관된 그러한 광학 소자들만이 이를 의미한다.
제 2 유형에 따르면, 본 발명은 기판의 조명 평면 상에 좁은 조명 라인을 형성하기 위한 광학 장치(상기 조명 라인은 레이저 빔으로부터 형성되며 제 1 방향으로의 확장과 제 2 방향으로의 확장을 갖는 단면을 가지며, 상기 제 1 방향으로의 확장은 상기 제 2 방향으로의 확장을 복수 배 초과한다) 및 상기 제 2 방향을 따라 상기 조명 라인으로 상기 기판의 조명 평면의 제 1 부분을 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 장치를 포함하는 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 또 다른 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 광학 장치는 상기 조명 평면 상에 상기 조명 라인을 형성하기 위한 투영/축소 광학기기의 통합 부품인 굴절력을 갖는 하나의 마지막 광학 소자를 포함한다. 광학 장치에 의해 형성된 조명 라인의 길이 치수를 증가시키기 위하여, 상기 마지막 광학 소자와 상기 기판의 조명 평면 사이의 거리는 500mm보다 크도록 선택된다.
상기 마지막 광학 소자와 상기 기판의 조명 평면 사이의 거리는 또한 600mm보다 더 클 수도 있다. 바람직하게는, 거리는 700mm보다 더 크며, 더욱 바람직하게는 800mm보다 더 크고, 더욱 더 바람직하게는 900mm보다 더 크고, 가장 바람직하게는 1000mm보다 더 크다.
대신에 또는 그에 추가하여, 상기 광학 장치는 상기 제 1 방향의 레이저 빔을 상기 제 1 방향의 상기 조명 라인의 확장을 위해 7°보다 큰 확장 각도만큼 확장하기 위한 장축 빔 확장 장치를 포함할 수 있다.
상기 확장 각도(expansion angle)는 15°보다 클 수도 있다. 바람직하게는 상기 확장 각도는 20°보다 크며, 더욱 바람직하게는 25°보다 크고, 더욱 더 바람직하게는 30°보다 크며, 가장 바람직하게는 35°보다 크다.
설명된 해법들의 대부분은 기판에서 결과적인 이음매를 가져올 것이다. 이러한 이음매는 두 개의 미러 또는 렌즈들의 스티칭으로 인한 또는 두 단계의 처리 기술에 의한 불연속성에 기인한다. 일반적으로, 기판이 어쨌든 절단될 것이기 때문에 이음매는 문제가 되지 않는다. 그러나 원하는 패널의 크기에 따라서는, 절단선이 기판의 중앙에 있거나 또는 중앙으로부터 떨어져 있을 수도 있다. 따라서 모든 설명된 해법들은 이음매의 위치를 이동시킬 가능성을 갖는다.
이하의 설명에서, 장축(long axis)은 스캐닝 방향에 수직한 축을 말한다. 단축(short axis)은 스캐닝 방향과 평행한 축이다.
간략함을 위하여, 모든 도시된 광학 소자들은 렌즈들이다. 일반적으로, 빔을 단축 방향으로 포커싱하는 광학 소자와 필드 제한 소자를 기판 위에 투영하는 광학 소자가 미러라면 유리하다. WO 2006/066687 A1에서 설명된 바와 같이, 실린드리컬 렌즈 대신에 실린드리컬 미러가 사용된다면 소위 보타이 오차(bow tie error)가 존재할 수 있다.
제 1 바람직한 실시예: 스테이지의 회전
본 발명에 따른 제 1 바람직한 실시예는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된다. 제 1 바람직한 실시예에 따른 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 장치는 공지된 타입의 좁은 조명 라인을 형성하기 위한 광학 장치를 포함한다. 그러한 광학 장치의 예들은, 예컨대 US 2006/0209310 A1에 개시되어 있다. 대안적인 광학 장치가 US 5,721,416 A에 개시되어 있다. 어닐링 장치는 기판이 위치할 수 있는 스테이지를 더 포함한다. 스테이지는 조명 라인이 상기 기판의 표면을 스캐닝하도록 선형적인 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 스테이지는 상기 기판의 표면에 수직한 회전 축을 중심으로 회전될 수 있다.
도 1은 상면도로 상기 어닐링 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 도면은 위에서 언급한 광학 장치에 의해 형성되는 상기 조명 라인(31)과 상기 기판(32)의 표면(36)을 도시한다. 기판(32)은 직사각형 모양이며 길이(l)와 폭(w)을 갖는다. 길이 방향은 직각 좌표계의 y-방향과 평행하며, 폭 방향은 x-방향과 평행하다. 기판은, 예컨대 50nm 두께의 얇은 비정질 실리콘층에 의해 덮힌 통상적인 판유리일 수 있다.
조명 라인(31)도 역시 직각 좌표계의 수직한 x 및 y 방향들로의 확장을 갖는 xy-평면 내에서 주로 직사각형 모양을 갖는다. y-방향으로의 확장은 참조 번호 As로 표시되어 있으며, x-방향으로의 확장은 참조 번호 Al로 표시되어 있다. 단축 확장(As)은 예를 들어 대략 5-7㎛일 수 있으며, 장축 방향으로의 확장(Al)은 예컨대 730mm일 수 있다. 장축(Al) 방향(x)으로 조명 라인(31)이 균질하다고, 즉 강도가 가능한 한 균일하다고 가정된다. 단축(As) 방향(y)으로의 강도 프로파일도 역시 균일할 수 있으며 에지들에서의 강도의 경사는 가능한 높을 수 있다(탑햇 프로파일). y-방향으로의 균일한 탑햇 프로파일 대신에, 조명 라인(31)은 US 2006/0209310 A1의 도 36에 도시된 것과 유사한 강도 프로파일, 즉 후미 에지(T)에 비하여 덜 가파른 선두 에지(L)를 갖는 프로파일을 가질 수도 있다. 도 1에 도시된 조명 라인(31)의 선두 에지(L)와 후미 에지(T)는 모두 각각의 참조 부호로 표시되어 있다. 본 출원의 도 1에서 사용된 참조 부호들은 US 2006/0209310 A1의 도 36에 있는 각각의 참조 분호들과 일치한다.
본 발명에 따른 아이디어는 기판(32)의 폭(w)보다 더 짧은 레이저 라인(31)을 사용하는 것이다. 기판(32)은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 두 개의 단계로 처리되어야 한다.
- 길이 방향(Al)에서 얇은 레이저 빔(31)의 크기는 블레이드에 의해 원하는 크기로 잘려진다. 블레이드를 사용하는 대신에, 빔(31)의 크기를 조절하는데 줌 광 학기기가 사용될 수 있다. 줌 광학기기의 이점은 레이저 파워를 감소시키지 않고 전체 시스템의 수명을 증가시킬 가능성이다.
- 기판(32)은 제 1 단계에서 단지 한쪽 면만이 처리된다. 이 목적을 위해, 상기 조명 라인(31)이 상기 기판(32)의 표면(36)의 제 1 부분을 스캐닝하여 그 결과 상기 부분에서 실리콘의 결정화가 일어나도록, 스테이지가 스캐닝 방향(35)을 따라 선형적으로 이동된다. 도 2는 상기 처리 단계 후의 기판(32)과 조명 라인(31)을 도시한다. 기판(32)의 결정화된 부분은 도 2에서 참조 번호 37로 표시되어 있으며, 결정화되지 않은 부분은 참조 번호 36으로 표시되어 있다.
- 그런 후 스테이지는 회전(39)의 축(38)을 중심으로 180° 회전되고(도 3) 시작 위치로 다시 이동된다(도 4). 단축 방향(As)으로의 빔(31,33)의 프로파일이 위에서 설명한 바와 같이 후미 에지(T)와 선두 에지(L)에 대해 상이하다면, 이는 중요하다. 유사한 처리 결과를 얻기 위하여, 처리를 위한 스캐닝 방향은 두 단계에 대해 모두 동일하여야 한다.
- 얇은 레이저 빔(33)의 크기는, 예컨대 위에서 이미 언급한 바와 같은 블레이드 또는 줌 광학기기에 의해 다시 조절되어야 한다. 기판(32)은 제 2 단계에서 다른 쪽 면이 처리된다. 이 목적을 위해, 상기 조명 라인(33)이 상기 제 1 부분에 인접한 상기 기판(32)의 표면(36)의 제 2 부분을 스캐닝하여 그 결과 상기 제 2 부분에서 실리콘의 결정화가 일어나도록, 스테이지는 스캐닝 방향(35)을 따라 선형적으로 이동된다. 도 5는 상기 처리 단계 후의 기판(32)과 상기 조명 라인(33)을 도 시한다. 기판(32)의 결정화된 부분들은 참조 번호 37로 표시되어 있다. 이전에 결정화된 부분(37)에 인접하는 장축 방향(Al)의 레이저 빔(33)의 에지에서, 결과적인 이음매(seam)(34)가 존재할 것이다. 이는 빔(33)의 에지에서 에너지 밀도가 떨어지기 때문이다. 빔 절단 블레이드가 기판(32)에 가까우며 따라서 에너지 밀도에서의 결과적인 램프(ramp)가 매우 작다면, 이음매(34)는 매우 작을 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 처리된 영역들의 경계에서 이음매가 존재할 것이다. 이음매의 위치는 레이저 빔 크기의 조절에 따라 장축(Al) 방향(x)으로 이동될 수 있다.
이러한 해법의 단점은 처리를 위해 요구되는 두 개의 단계 및 회전하는 스테이지의 구현이다. 한편, 회전하는 스테이지는 매우 융통성 있는 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 스테이지를 90° 회전시키는 것은 Si 결정의 배향에 영향을 줄 것이며 기판 상의 추가적인 전자 부품들에 대한 바람직한 방향을 한정한다.
몇몇 기판들이 스캐닝 방향으로 또는 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 구조들을 갖기 때문에, 어느 정도의 스테이지의 경사는 처리 후의 구조들의 출현을 방해할 수도 있다.
본 발명의 제 1 바람직한 실시예의 이점은 4세대 크기의 패널(730mm×920mm)을 위한 기존의 시스템이 1100mm×1300mm의 5세대 크기로 업그레이드 될 수 있다는 것이다. 또한 시스템에 요구되는 투과율이 동일할 것이다.
제 2 바람직한 실시예: 렌즈 및/또는 미러들의 스티칭(Stitching)
기판에서 레이저 빔의 길이를 확장하기 위한 또 다른 가능성은 상기 기판의 조명 평면 상에 좁은 조명 라인을 형성하는 광학 장치의 렌즈들 또는 미러들 중 적어도 하나를 이어붙이는 것이다. 특히 기판에 가장 가까운 렌즈(미러)는 장축 방향으로 큰 확장을 가져야 한다.
도 6 및 도 7은 좁은 조명 라인을 형성할 수 있는 광학 장치의 주요 원리를 도시한다. 도 6은 종래의 기술에 따른 광학 장치의 xz-평면에서의 평면도이다. 도 7은 동일한 광학 장치의 yz-평면에서의 평면도이다. 광학 장치는 2단 플라이아이 균질화기(two-stage fly's eye homogenizer)를 형성하는 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(1a, 1b)들 및 x-방향으로 광학적으로 활성인 볼록한 실린드리컬 콘덴서 렌즈(3)를 포함한다. 광학 장치는 다수의(여기서는 세 개) 실린더 렌즈 세그먼트(2a, 2b, 2c)들로 구성된 슬라이스 실린드리컬 렌즈(sliced cylindrical lens)(2), 실린드리컬 렌즈(4) 및 투영 광학기기, 즉 축소 광학기기, 특히 도 6 및 도 7에 도시된 예에서는 y-방향으로 광학적으로 활성인 실린드리컬 렌즈(5)를 더 포함한다.
장축(Al) 방향(x)에 대한 균질화기는, 서로에 대해 인접하여 배치되어 있는 다수의 실린드리컬 렌즈렛(lenslet)(1aa, 1ab, 1ac 및 1ba, 1bb, 1bc)들을 각각 포함하며 어레이(1a, 1b)들의 배치의 초점 길이 farray를 결과적으로 가져오는 초점 길이 f1을 각각 갖는 상기 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(1a, 1b)들 및 초점 길이 f3을 갖는 상기 콘덴서 실린드리컬 렌즈(3)에 의해 구성된다. z-방향으로 진행하는 입사 레이저 빔(10)은 제 1 실린드리컬 렌즈 어레이(1a)의 실린드리컬 렌즈렛(1aa, 1ab, 1ac)들의 개수에 대응하는 다수의 빔렛(beamlet)들로 분할된다. 각각의 빔렛은 초점 길이 farray의 거리에서 포커싱되어 상기 콘덴서 렌즈(3)에 입사할 때 발산하는 광선속을 형성한다. 콘덴서 렌즈(3)는 빔렛들의 각도 분포를 기판이 위치하게 될 평면(6)에서의 필드 분포로 변환한다. 필드의 크기는 렌즈(3)의 초점 길이 f3에 의존하며 각각의 빔렛의 각도 분포의 최대각은 어레이(1a, 1b)에 의해 초래된다.
단축(As)에 대한 가능한 균질화 체계는 US 2006/0209310 A1에서 이미 설명된 개념인 슬라이스 렌즈(2)이다. 단축(As) 방향(y)으로 곡률을 갖는 개별적인 실린드리컬 렌즈렛(2a, 2b, 2c)들은 단축(As)에 대해 방향-y로 독립적으로 시프트된다. 단축(As) 방향(y)으로의 주빔(main beam)(10a)은 시프트의 양에 따라 편향된다. 장축(Al)에 대한 방향으로의 렌즈렛(2a, 2b, 2c)들의 크기는 렌즈 어레이(1a)의 실린드리컬 렌즈 소자(1aa, 1ab, 1ac)들 중 하나의 크기와 등가이다. 실린드리컬 렌즈 소자(4)의 초점 평면에서, 즉 실린드리컬 렌즈(4)에 대한 초점 거리(f4)에서, 빔의 폭은 단축(As) 방향(y)으로의 입사 빔의 발산에 의존한다. 서로에 의해 변위된 이들 빔렛들 중 몇몇을 중첩시키기 때문에, 단축(As) 방향(y)으로 균질화된 빔 프로파일이 형성될 수 있다. 단축(As) 방향(y) 상에 포커싱된 빔의 위치에서, 필드 제한 소자(7), 예컨대 필드 조리개(field stop)가 위치할 수 있다. 투영 광학기기(5)는 필 드 제한 소자(7)를 기판(6)의 평면 위로 결상시킨다. 현재의 경우에 투영 광학기기(5)는 장축(Al) 방향(x)으로의 빔의 진행에 영향을 주지 않는 실린드리컬 렌즈(대안으로서 미러일 수도 있다)이다. 투영 광학기기(5)는 또한 단축(As) 방향(y)으로 빔의 확장을 축소시킬 수도 있다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 광학 소자(5)는 장축(Al) 방향(x)으로 큰 확장을 갖는다. 이하의 해법들은, (장축(Al) 방향(x)으로) 광학 소자(5)의 제한된 크기로 더 큰 필드 크기들이 성취될 수 있는 방법을 설명한다.
더 큰 필드 크기를 성취하기 위한 하나의 가능한 해법은 위에서 설명된 종류의 2개의 독립적인 광학 소자들을 사용하여 그들을 서로 이어붙인 것이다. 도 8은, 장축(Al) 방향(x)으로 서로 이어붙여진, 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같은 두 개의 동일한 장치들을 도시한다. 특히, 실린드리컬 렌즈(5)들은 장축(Al) 방향(x)으로 서로에 대해 인접하게 배치되어 있다. 두 실린드리컬 렌즈(5)들 사이의 간격(5g)은, 상기 기판의 표면, 즉 조명 평면(6) 상에서 형성되는 조명 라인(6a, 6b)들의 적어도 인접한 에지 경사들이 적어도 부분적으로 중첩되도록, 미리 정의된다.
만약 두 개의 인접한 실린드리컬 렌즈(5)들 사이의 간격(5g)이 더 감소된다면 특히 간격(5g)이 실질적으로 영(zero)으로 감소된다면, 결과적인 강도가 더 높은 조명 라인(6a, 6b)들의 중첩 영역(9)이 생길 것이다. 조명 평면(6)에 가깝게 배치되어 있는 절단 블레이드(8a, 8b, 8c, 8d)들의 사용으로, 중첩은 도 9에 도시된 바와 같이 조절될 수 있다. 절단 블레이드(8)의 조절 가능성은 도 8에서 각각의 화살표(28a, 28b, 28c, 28d)들로 표시되어 있다.
이 경우에, 조명 라인(6a, 6b)들의 두 개의 필드 분포(11, 12)는 50%의 강도 값에서 교차한다. 만약 두 개의 곡선(11, 12)들이 에지에서 동일한 선형 경사를 갖는 강도 분포를 갖는다면, 도 10에 도시된 두 곡선(11, 12)들의 합은 필드 전체에 걸쳐서 일정한 강도로 된다. 두 필드 분포(11, 12)들의 강도에 있어서의 잔여 불균질성 뿐만 아니라 선형 경사로부터의 작은 잔여 편차들은 전체적인 강도의 불균질성으로 귀결될 수 있다.
기판 평면(6)이 콘덴서 렌즈(3)의 초점 평면에 있지 않고 약간 디포커싱 되어 있다면 정의된 램프(ramp)가 성취될 수 있다. 이러한 방식의 이점은 매우 큰 필드(13a)가 형성될 수 있다는 것이다.
대안으로서, 두 개의 좁은 라인 생성 광학 시스템들 상에 단지 하나의 균질화기를 사용하고 액시콘(axicon)으로 장축(Al) 방향(x)을 따라 빔을 분할하는 것도 가능하다. 이러한 해법은 여기서는 도시되어 있지 않다.
다른 가능성은, 기판(6)에 대한 결상 광학기기(5)의 거리를 증가시킴으로써 또는 장축(Al) 방향(x)으로의 빔의 각도를 증가시킴으로써 중첩 영역(9)을 증가시키는 것이다. 두 개의 빔의 초기 필드 분포(21, 22)는 도 11에 도시되어 있다. 블레이드(8a, 8b, 8c, 8d)들로 빔(26a, 26b)들 중 하나 또는 모두를 잘라냄으로써, 조명 라인(6a)과 조명 라인(6b)의 교차 위치가 넓은 범위에 걸쳐 선택될 수 있다. 이 는 도 12에 도시된 빔 프로파일(21, 22)들의 상이한 확장에 의해 예시적으로 표시되어 있다.
두 개의 조명 라인(6a, 6b)들의 교차 영역(9)에서, 빔(26a, 26b)들 중 적어도 하나의 절단(여기서는 두 빔(26a, 26b)들이 모두 중첩 영역(9)에서 절단되어 있다)으로 인한 작은 불연속성(24)이 있을 수 있다. 명료함을 위하여, 장축 방향(x)으로의 강도 프로파일(21, 22)들의 합(23)이 도시된 도 13에 이 상황이 도시되어 있다. 이러한 불연속성(24)은 (여기서는 도시되어 있지 않지만, 상이한 실리콘 미세 구조 및 표면 형태로 인한 도 5에 도시된 상황과 유사한 원리로) 기판에 이음매를 발생시킬 수 있다. 이음매의 위치는 두 개의 빔(26a, 26b) 또는 조명 라인(6a, 6b)들 각각의 전체 교차 영역(9) 위에서 이동될 수 있다.
필드의 크기를 증가시키기 위한 또 다른 가능성은 도 14를 참조하여 설명된다. 도 14는 본 발명에 따른 xz-평면에서의 광학 장치의 평면도를 도시한다. 광학 장치는 도 6 및 도 7에 도시된 것과 비교할 때 동일한 광학 소자들을 포함한다. 특히, 광학 장치는 2단 플라이아이 균질화기를 형성하는 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(1a, 1b) 및 x-방향으로 광학적으로 활성인 볼록한 실린드리컬 콘덴서 렌즈(3)를 포함한다. 광학 장치는 또한 다수의(여기서는 세 개) 실린더 렌즈 세그먼트(2a, 2b, 2c)들로 구성된 슬라이스 실린드리컬 렌즈(2), 실린드리컬 렌즈(4) 및 투영 광학기기, 즉 축소 광학기기, 특히 본 예에서는 y-방향으로 광학적으로 활성인 실린드리컬 렌즈(5)를 더 포함한다. 또한, 필드 제한 광학 소자, 예를 들어, 필드 조리 개(7)가 단축(As) 방향(y)에 대해 중간 공액 필드 평면에 배치된다.
조명은 필드(6)의 장축 방향(x)으로의 크기(Al)를 증가시키는 방식으로 변형된다. 도 6 및 도 7에 도시된 종래 기술에 따른 예로부터 벗어나서, 마지막 투영 소자(5)는 스티칭 위치(5s)에서 함께 이어붙여진 두 개의 소자(5a 및 5b)들로 분할되어 있다. 도 15의 상부는 도 14에 도시된 광학 장치에 의해 형성되며 함께 이어붙여진 렌즈(5a, 5b)들을 각각 투과하는 빔(26c, 26d)들의 프로파일(42, 43)의 합인 조명 라인(6)의 강도 프로파일(41)을 도시한다. 도 15에 도시된 예에서, 전체 필드 크기(46)는 기판(40)의 크기(47)보다 크다(도 15의 하부에 도시된 기판(40) 참조). 따라서, 입사 레이저 빔(26)은 각각의 블레이드(8a, 8b)에 의해 한쪽 또는 양쪽 면에서 잘려질 수 있다. 여기서는, 블레이드(8a)가 빔(26)의 확장을 제한하여 도 15의 상부에 도시된 필드의 실제 크기(48)가 되도록 한다.
장축 방향(x)으로 감소된 확장(Al)을 갖는 조명 라인(6)은 스캐닝 방향(45)을 따라 기판(40)을 이동시킴으로써 기판(40)의 조명 평면 위로 스캐닝된다. 스티칭 렌즈(5a, 5b)로 인하여, 조명 라인(6)의 강도 프로파일(41)은 강도에 있어서 불연속성(49)을 갖는다. 이러한 불연속성(49)은 기판(40)의 처리 후에 이음매(44)가 생기게 한다. 처리 후의 이음매(44)의 허여된 위치에 따라, 필드 크기가 양쪽 면에서 동일한 정도로 제한되어 이음매(44)가 중앙에 생기게 할 수 있다. 대신에, 필드가 한쪽 면에서만 제한되어 이음매(44)가 중앙에서 벗어나도록 할 수도 있다. 도 15의 아래쪽은 중앙에서 벗어난 이음매(44)를 도시한다.
필드 분포(41)에 대해 기판(40)을 조절하기 위해서는 두 개의 가능성이 있다:
- 기판(40)을 탑재하는 스테이지가 참조 번호 45a로 표시된 바와 같이 장축 방향(x)으로 이동될 수 있으며,
- 기판(40)을 탑재하는 스테이지가 기판(40)보다 더 클 수 있다. 기판(40)은 제한기(8a, 8b)를 사용하여 실제 필드로 조절된다.
제 3 바람직한 실시예: 각도 분포 및 거리를 변형하기
도 16을 참조하여, 기판에서 필드의 크기를 증가시키기 위한 세 번째 해법이 설명된다. 도 16은 특별한 구조가 아니라 그 기능성이 종래의 기술로부터 공지되어 있는 본 발명의 광학 장치에 대한 xz-평면에서의 평면도를 도시한다. 광학 장치의 구성 부품들은 도 6 및 도 7에서 이미 도시된 것들이다. 광학 장치는 2단 플라이아이 균질화기를 형성하는 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(1a, 1b)들 및 x-방향으로 광학적으로 활성인 볼록한 실린드리컬 콘덴서 렌즈(3)를 포함한다. 광학 장치는 또한 다수의(여기서는 세 개) 실린더 렌즈 세그먼트(2a, 2b, 2c)들로 구성된 슬라이스 실린드리컬 렌즈(2), 실린드리컬 렌즈(4) 및 투영 광학기기, 즉 축소 광학기기, 특히 y-방향으로만 광학적으로 활성인 실린드리컬 렌즈(5)를 더 포함한다. 고출력 레이저 광원(도시되지 않음)으로부터 방출된 레이저 빔(10)은 기판의 표면에서 좁은 조명 라인(6)으로 변환된다.
본 발명에 따르면, 마지막 렌즈(5) 또는 미러에서의 필드의 확장은 기판에서 의 필드(6)의 크기보다 크게 작다. 필드 크기에서의 차이는 다음의 작용에 의해 증가된다:
- 마지막 광학 소자(5)(유의: "마지막 광학 소자"라는 말은 여기서 투영 광학기기에 사용되는 마지막 렌즈 또는 미러를 의미한다. 투영 광학기기와 기판 사이의 보호 윈도우는 여기서 광학 소자로서 고려되지 않는다)와 기판(조명 라인(6)의 위치) 사이의 거리(d)가 증가될 수 있다. 이는, 상기 광학 소자(5)의 개구가 단축 방향(y)으로 증가하고 및/또는 기판에서 단축 방향(y)으로의 개구수(NA)가 감소한다면 가능하다. 거리(d)의 목표는 500mm보다 큰 값이다. 선호되는 거리는 600mm보다 더 크다.
- 에지 빔(51)의 각도(α)가 증가될 수 있다. 기판에서의 에너지 밀도는 에지에서 코사인 법칙(cosine law)에 의해 감소된다. 또한 각도(α)가 증가된다면, 추가적인 수차들이 균질화기의 변형된 설계를 요구할 것이다. 이러한 설계는 다수의 렌즈들 및 가능하다면 적어도 하나의 비구면 실린드리컬 렌즈를 요구할 것이다. 장축 방향(x)으로의 최대 각도(α)는 7°보다 커야 한다. 양호하게는, 각도(α)는 15°보다 더 커야 한다. 즉, 광학 소자(5)와 기판 사이의 거리(d)가 600mm이고 각도(α)가 15°라면, 780mm의 크기를 갖는 광학 소자(5)로 1100mm의 필드(Al)가 형성될 수 있다. 20°의 각도(α)에 대해, 소자(5)의 크기는 660mm로 더욱 줄어든다.
도 1은 기판의 표면과 조명 라인을 도시하는 상면도로 제 1 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 제 1 스캐닝 단계 후의 기판의 표면과 조명 라인을 도시하는 상면도로 도 1의 제 1 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 회전 축을 중심으로 회전하는 동안 기판의 표면을 도시하는 상면도로 도 1 및 2의 제 1 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 회전 축을 중심으로 180°만큼 회전한 후에 기판의 표면을 도시하는 상면도로 도 1, 2 및 3의 제 1 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 제 2 스캐닝 단계 후의 기판의 표면을 도시하는 상면도로 도 1 내지 도 4의 제 1 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한다.
도 6은 기판의 조명 평면 상에 좁은 조명 라인을 형성하기 위한 최신의 기술에 따른 광학 장치를 개략적으로 도시하는 것으로, 광학 장치가 직각 좌표계의 xz-평면 내에 도시되어 있다.
도 7은 도 6에 따른 광학 장치를 직각 좌표계의 yz-평면 내에 개략적으로 도시한다.
도 8은 기판의 조명 평면 상에 좁은 조명 라인을 형성하기 위한 본 발명에 따른 광학 장치를 개략적으로 도시하는 것으로, 광학 장치가 직각 좌표계의 xz-평면 내에 도시되어 있다.
도 9는 도 8에 도시된 광학 배치를 형성하는 두 개의 광학 장치에 의해 조명 평면 내에 형성되는 조명 라인들의 강도 프로파일이다.
도 10은 도 9에 도시된 개별적인 강도 프로파일들의 합으로부터 도출된 합 강도 프로파일이다.
도 11은 도 8에 도시된 광학 배치를 형성하는 두 개의 광학 장치에 의해 조명 평면 내에 형성되는 조명 라인들의 다른 강도 프로파일이다.
도 12는 인접한 영역에 조명 라인들을 형성하는 빔들을 잘라낼 때 조명 라인들의 강도 프로파일을 도시한다.
도 13은 도 12에 도시된 개별적인 강도 프로파일들의 합으로부터 도출된 합 강도 프로파일이다.
도 14는 기판의 조명 평면 상에 좁은 조명 라인을 형성하기 위한 본 발명에 따른 광학 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 것으로, 광학 장치가 직각 좌표계의 xz-평면에 도시되어 있다.
도 15는 도 14에 따른 광학 장치에 의해 형성된 조명 라인의 강도 프로파일 및 도 14에 따른 광학 장치에 의해 처리되는 기판의 표면을 개략적으로 도시한다.
도 16은 기판의 조명 평면 상에 좁은 조명 라인을 형성하기 위한 본 발명에 따른 광학 장치를 개략적으로 도시하는 것으로, 광학 장치가 직각 좌표계의 xz-평면 내에 도시되어 있다.

Claims (21)

  1. 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 장치에 있어서,
    - 상기 기판의 조명 평면 위에 좁은 조명 라인(6,6a)을 형성하기 위한 광학 장치로서, 상기 조명 라인(6,6a)이 레이저 빔(10)으로부터 형성되며 제 1 방향(x)으로의 확장(Al)과 제 2 방향(y)으로의 확장(As)을 갖는 단면을 가지며, 상기 제 1 방향(x)으로의 확장(Al)이 상기 제 2 방향(y)으로의 확장(As)을 복수 배 초과하도록 하는 광학 장치,
    - 상기 기판의 조명 평면의 제 1 부분을 상기 제 2 방향(y)을 따라 상기 조명 라인(6,6a)으로 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 장치를 포함하며,
    - 상기 광학 장치는 상기 조명 평면 상에 상기 조명 라인(6)을 형성하기 위한 투영/축소 광학기기의 통합 부품인 굴절력을 갖는 적어도 두 개의 광학 소자(5a,5b)들을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 광학 소자(5a,5b)는 상기 제 1 방향(x)으로 서로 인접하여 배치되어 있고,
    상기 기판의 조명 평면 위에 또 다른 좁은 조명 라인(6,6b)을 형성하기 위한 광학 장치로서, 상기 다른 조명 라인(6b)이 레이저 빔으로부터 형성되며 제 1 방향(x)으로의 확장(Al)과 제 2 방향(y)으로의 확장(As)을 갖는 단면을 가지며, 상기 제 1 방향(x)으로의 확장(Al)이 상기 제 2 방향(y)으로의 확장(As)을 복수 배 초과하도록 하는 또 다른 광학 장치를 더 포함하고, 상기 광학 장치는 상기 조명 평면 상에 상기 조명 라인(6a)을 형성하기 위한 투영/축소 광학기기의 통합 부품인 굴절력을 갖는 적어도 하나의 광학 소자(5)를 포함하며, 상기 다른 광학 장치는 상기 조명 평면 상에 상기 다른 조명 라인(6b)을 형성하기 위한 또 다른 투영/축소 광학기기인 굴절력을 갖는 적어도 하나의 또 다른 광학 소자(5)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 광학 소자(5)와 상기 적어도 하나의 다른 광학 소자(5)는 상기 제 1 방향(x)으로 서로 인접하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자(5a,5b)들 및/또는 상기 광학 소자(5)와 상기 다른 광학 소자(5)는 렌즈 또는 미러인 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 소자(5a,5b)들 및/또는 상기 광학 소자(5)와 상기 다른 광학 소자(5)는 투영/축소 광학기기에 사용되는 굴절력을 갖는 마지막 광학 소자(5,5a,5b)인 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  4. 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 장치에 있어서,
    - 상기 기판의 조명 평면 위에 좁은 조명 라인(6)을 형성하기 위한 광학 장치로서, 상기 조명 라인(6)이 레이저 빔(10)으로부터 형성되며 제 1 방향(x)으로의 확장(Al)과 제 2 방향(y)으로의 확장(As)을 갖는 단면을 가지며, 상기 제 1 방향(x)으로의 확장(Al)이 상기 제 2 방향(y)으로의 확장(As)을 복수 배 초과하도록 하는 광학 장치,
    - 상기 기판의 조명 평면의 제 1 부분을 상기 제 2 방향(y)을 따라 상기 조명 라인(6)으로 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 장치를 포함하며,
    - 상기 광학 장치는 상기 조명 평면 상에 상기 조명 라인(6)을 형성하기 위한 투영/축소 광학기기의 통합 부품인 굴절력을 갖는 하나의 마지막 광학 소자(5)를 포함하며, 상기 마지막 광학 소자(5)와 상기 기판의 조명 평면 사이의 거리(d)는 500mm보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 마지막 광학 소자(5)와 상기 기판의 조명 평면 사이의 거리(d)는 600mm보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 마지막 광학 소자(5)와 상기 기판의 조명 평면 사이의 거리(d)는 700mm보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마지막 광학 소자(5)와 상기 기판의 조명 평면 사이의 거리(d)는 800mm보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마지막 광학 소자(5)와 상기 기판의 조명 평면 사이의 거리(d)는 900mm보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마지막 광학 소자(5)와 상기 기판의 조명 평면 사이의 거리(d)는 1000mm보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 장치는 상기 제 1 방향(x)으로의 상기 조명 라인(6)의 확장(Al)을 위해 상기 제 1 방향(x)으로 상기 레이저 빔(10)을 확장 각도(α)만큼 확장시키기 위한 장축 빔 확장 장치(1a,1b,3)를 포함하며, 상기 확장 각도(α)는 7°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 15°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 20°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 25°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 30°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 35°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  16. 대형 기판의 레이저 어닐링을 위한 장치에 있어서,
    - 상기 기판의 조명 평면 위에 좁은 조명 라인(6)을 형성하기 위한 광학 장치로서, 상기 조명 라인(6)이 레이저 빔(10)으로부터 형성되며 제 1 방향(x)으로의 확장(Al)과 제 2 방향(y)으로의 확장(As)을 갖는 단면을 가지며, 상기 제 1 방향(x)으로의 확장(Al)이 상기 제 2 방향(y)으로의 확장(As)을 복수 배 초과하도록 하는 광학 장치,
    - 상기 기판의 조명 평면의 제 1 부분을 상기 제 2 방향을 따라 상기 조명 라인(6)으로 스캐닝하도록 구성된 스캐닝 장치를 포함하며,
    상기 광학 장치는 상기 제 1 방향(x)으로의 상기 조명 라인(6)의 확장(Al)을 위해 상기 제 1 방향(x)으로 상기 레이저 빔(10)을 확장 각도(α)만큼 확장시키기 위한 장축(Al) 빔 확장 장치(1a,1b,3)를 포함하며, 상기 확장 각도(α)는 7°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 15°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 20°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 25°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 30°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 확장 각도(α)는 35°보다 큰 것을 특징으로 하는 어닐링 장치.
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