KR102589766B1 - 레이저 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 균일한 레이저빔을 방출하여 고품질의 비정질 실리콘층 결정화가 레이저빔 결정화 장치에 대한 것으로 레이저빔을 방출할 수 있는 레이저빔 발생부와, 레이저빔을 균일화하는 호모지나이저 및 광확산부를 포함하고, 호모지나이저는 광분할 렌즈, 광중첩 미러를 포함한다.

Description

레이저 장치 {Laser Apparatus}
본 발명의 실시 예들은 결정화 레이저 장치에 대한 것으로 더 상세하게는 균일한 레이저빔을 방출하여 고품질의 비정질 실리콘층 결정화가 가능한 레이저빔 결정화 장치 및 결정화 레이저 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기발광 표시 장치 또는 액정 표시 장치 등은 각 화소의 발광여부나 발광 정도를 박막트랜지스터를 이용해 제어한다. 그러한 박막트랜지스터는 반도체층, 게이트전극 및 소스/드레인전극 등을 포함하는데, 반도체층으로는 비정질 실리콘을 결정화한 폴리실리콘이 주로 사용된다.
이와 같은 박막트랜지스터를 구비하는 박막트랜지스터 기판이나 이를 이용한 디스플레이 장치의 제조공정을 설명하면, 기판에 비정질 실리콘층(a-Si)을 형성하고 이를 폴리실리콘(P-Si)으로 결정화하는 과정을 거쳐, 박막트랜지스터 기판이나 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제조하였다. 비정질 실리콘을 폴리실리콘으로 결정하는 방법으로 비정질 실리콘에 레이저빔을 조사하는 방법이 사용된다. 이때 조사하는 레이저빔의 강도, 조사 각도 등이 균일하지 않은 경우 비정질 실리콘층의 결정화도가 균일하지 않을 수 있다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 레이저 결정화 시스템에서 레이저빔의 강도 및 조사 각도를 균일하게 출력하는 호모지나이저를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부, 레이저 발생부로부터 출사된 레이저빔을 제1 방향으로 균일화하여 출사하는 단축 호모지나이저, 단축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 균일화하는 장축 호모지나이저 및 장축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 제2 방향을 따라 확산하는 광확산부를 포함하고, 장축 호모지나이저는 단축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 제2 방향을 따라 평행한 복수의 서브 레이저빔으로 분할하는 광분할부 및 복수의 서브 레이저빔을 중첩하여 서브 레이저빔과 평행한 레이저빔으로 중첩하는 광중첩 미러부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 광분할부는 연속하여 배치된 제1 광분할 렌즈 및 제2 광분할 렌즈를 포함하고, 제1 광분할 렌즈 및 제2 광분할 렌즈는 복수의 실린더렌즈를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 제1 광분할 렌즈는 입사 레이저빔을 제2 방향으로 굴절하여 집속하고, 제2 광분할 렌즈는 집속된 레이저빔을 굴절하여 입사 레이저빔보다 광폭이 좁은 서브 레이저빔을 출사한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 제1 광분할 렌즈는 입사된 레이저빔을 집속하는 제1 초점거리를 가지며, 제1 광분할 렌즈는 입사된 레이저빔을 집속하는 제2 초점거리를 가지며, 제2 광분할 렌즈와 제1 광분할 렌즈의 이격거리는 제1 초점거리보다 크고, 제1 초점거리와 제2 초점거리의 합보다 작다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 광분할부는 적어도 3개 이상의 평행한 서브 레이저빔을 출사한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 광중첩 미러부는 제2 방향을 따라 서브 레이저빔에 대응되는 위치에 각각 배치된 제1 미러, 제2 미러 및 제3 미러를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 제1 미러, 제2 미러 및 제3 미러는 제2 방향을 따라 순차적으로 배치되고, 제1 미러 내지 제3 미러 중 적어도 어느 하나는 일면으로부터 입사된 광을 반사하고, 이면으로부터 입사된 광을 투과하는 일면반사-이면투과 미러이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 제1 미러는 입사된 제1 서브 레이저빔을 반사하여 제2 미러 방향으로 진행시키고, 상기 제3 미러는 입사된 제3 서브 레이저빔을 반사하여 제2 미러 방향으로 진행시키고, 제2 미러는 입사된 제2 서브 레이저빔을 투과하고, 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러에 의해 반사된 제1 서브 레이저빔 및 제3 서브 레이저빔을 반사하여 투과된 제2 서브 레이저빔에 중첩한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 광확산부는 입사광을 굴절하여 확산하는 제1 빔확산 렌즈를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 광확산부는 제1 빔확산렌즈의 출사광을 제2 방향으로 굴절하여 확산각을 조정하는 제2 빔확산 렌즈를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 레이저 발생기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 유리 레이저, YVO4 레이저, Ar 레이저 중 어느 하나이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 결정화 레이저 제어 방법은 레이저빔 출력하는 단계, 제1 렌즈 어레이에 의해 제1 방향을 따라 상기 레이저빔을 분할하는 단계, 제2 렌즈 어레이에 의해 분할된 레이저빔을 합성하는 단계, 제3 렌즈 어레이에 의해 합성된 레이저빔을 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 분할하는 단계, 제4 렌즈 어레이에 의해 상기 분할된 레이저빔을 복수의 평행한 서브 레이저빔으로 변환하는 단계, 복수의 광중첩 미러에 의해 복수의 평행한 서브 레이저빔을 하나의 레이저빔의 중첩하는 단계, 중첩된 레이저빔을 확산하여 기판에 조사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 결정화 레이저 제어 방법의 레이저빔은 엑시머 레이저, YAG 레이저, 유리 레이저, YVO4 레이저, Ar 레이저 중 어느 하나이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 결정화 레이저 제어 방법의 제1 렌즈 어레이 내지 제4 렌즈 어레이 중 적어도 하나는 원통 렌즈 어레이이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 결정화 레이저 제어 방법의 광중첩 미러는 일면으로 입사광을 반사하고, 이면(裏面)으로 입사광을 투과하는 일면반사-이면투과 미러이다.
본 발명은 발산각의 영향을 받지 않는 균일한 레이저빔을 방출하여 비정질 실리콘 박막의 결정화 품질을 향상하는 것이 가능한 레이저 결정화 장치 및 레이저의 제어 방법을 구현할 수 있다.
도 1은 비정질 실리콘 박막의 레이저 결정화를 나타내는 모식도이다.
도 2는 종래 기술의 레이저 결정화 장치의 구성도이다.
도 3a는 도 2의 레이저 결정화 장치의 호모지나이저 렌즈의 측면도이다.
도 3b는 도 2의 레이저 결정화 장치의 호모지나이저 렌즈의 상면도이다.
도 4a 및 도 4b는 장축 호모지나이저와 기판의 거리에 따른 발산각을 나타낸 도면이다.
도 5a는 큰 발산각을 갖는 레이저빔으로 결정화된 기판의 사진이다.
도 5b는 작은 발산각을 갖는 레이저빔으로 결정화된 기판의 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 장치의 구성도이다.
도 7a 는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 장치의 호모지나이저 측면도이다.
도 7b 는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 장치의 호모지나이저 상면도이다.
도 8a는 본 발명의 실시 예에 따른 광중첩 미러부의 구성도이다.
도 8b 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광중첩 미러부의 구성도이다.
도 8c는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광중첩 미러부의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 적용된 광중첩 미러의 동작 원리이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 구성 요소가 제2 또는 제3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제2 또는 제3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 비정질 실리콘 박막의 레이저 결정화를 나타내는 모식도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치의 기판(10) 상에 위치하는 비정질 실리콘 박막(11)에 레이저빔(110)이 조사된다. 비정질 실리콘 박막(11)은 스퍼터링 방법, 감압 CVD, 또는 플라스마 CVD 방법 같은 종래의 방법에 의해 25nm부터 80nm까지의 두께로 실리콘 또는 실리콘 기반 물질(예를 들어, SixGe1-x)를 사용하여 형성된다. 비정질 실리콘 박막(11)이 형성된 기판(10)은 이동트레이(150)상에 위치한다. 레이저빔(110)이 조사되는 동안 이동트레이(150)는 기판(10)을 화살표 방향으로 일정하게 이동하여 기판(10) 상의 비정질 실리콘 박막(11)에 레이저빔(110)이 고르게 조사되도록 한다. 레이저빔(110)이 조사된 비정질 실리콘 박막(11)은 다결정 실리콘 박막(12)으로 결정화된다. 비정질 실리콘 박막(11)의 결정화는 레이저빔(110)이 수 나노초(ns)동안 조사되어 비정질 실리콘의 온도를 급상승 시킨 후 냉각하는 것을 통해 비정질 실리콘을 용융 및 재결정시키는 원리이다.
다결정 실리콘은 폴리 실리콘(Po-Si)이라고도 하며, 전계 효과 이동도(μFE)가 비정질 실리콘에 비해 수백 배 높고, 고주파에서 높은 신호처리 능력도 우수하여 유기발광 표시 장치와 같은 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
레이저빔(110)은 기판(10)의 넓은 기판에 고르게 조사될 수 있도록 직사각형의 형태로 출력된다. 여기서 직사각형의 장변 방향을 장축이라하고, 단변 방향을 단축이라고도 한다. 레이저 결정화 장치에 사용되는 레이저 발생부(100)는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 유리 레이저, YVO4 레이저, Ar 레이저 등이 사용될 수 있다.
도 2는 종래 기술의 레이저 결정화 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 레이저빔(110)은 레이저 발생부(100)로부터 출력되어 텔레스코프 렌즈부(200, telescope lens)로 전파된다. 레이저 발생부(100)로부터 출력된 레이저빔(110)은 레이버빔(110)의 중심부에서 에너지가 높은 가우시안 분포를 갖는다. 레이저 발생부(100)는 주로 엑시머 레이저가 사용되고 엑시머 레이저는 가스의 종류에 따라 서로 다른 파장의 레이저빔이 출력된다. 대표적으로 많이 사용되는 ArF 엑시머 레이저는 193nm 파장을 갖고, KrF 엑시머 레이저는 248nm 파장을 갖고, XeCl 엑시머 레이저는 308nm 파장을 갖고, XeF 엑시머 레이저는 351nm 파장을 갖는다. 레이저 발생부(100)는 엑시머 레이저 이외에도 실리콘을 결정화 할 수 있는 레이저라면 어느 것이라도 사용이 가능함은 물론이다.
텔레스코프 렌즈부(200)는 레이저빔을 장축 방향으로 확장하는 기능을 한다. 텔레스코프 렌즈부(200)에서 출력된 레이저빔은 단축 호모지나이저(300, Short Axis Homogenizer)로 입사된다. 단축 호모지나이저(300)는 입력된 레이저빔의 단축 방향의 에너지 밀도를 균일하게 한다. 단축 호모지나이저(300)를 통과한 레이저빔은 장축 호모지나이저(400, Long Axis Homogenizer)로 입사된다. 장축 호모지나이저(400)는 입력된 레이저빔의 에너지 밀도를 장축 방향으로 균일하게 한다. 장축 호모지나이저(400)를 통과한 레이저빔은 장축 방향으로 길고 단축 방향으로 짧은 직사각형의 형태를 가지며, 레이저빔의 장축 방향에 따라 균일한 에너지 밀도를 갖는다.
도 3a는 도 2의 레이저 결정화 장치의 호모지나이저 렌즈의 측면도이다.
도 3b는 도 2의 레이저 결정화 장치의 호모지나이저 렌즈의 상면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여, 각 단계별 레이저빔의 변화을 살펴보면 다음과 같다.
레이저 발생부(100)에서 출력된 레이저빔(110)은 출력 중심부의 에너지 밀도가 주변부보다 높은 가우시안 분포를 갖는다.
레이저빔(110)은 출사 방향(z축)을 따라 텔레스코프 렌즈부(200)로 입사된다. 텔레스코프 렌즈부(200)는 제1 텔레스코프렌즈(210) 및 제2 텔레스코프렌즈(220)로 구성된다. 제1 텔레스코프렌즈(210)의 입사면은 도면 상에서 수직 방향인 장축(X축)을 따라 볼록한 렌즈면이고, 출사면은 평면인 직사각형의 렌즈이다. 레이저빔은 제1 텔레스코프렌즈(210)에서 장축(X축) 방향으로 굴절되어 초점(f1)에 집속된 후 분산된다.
제1 텔레스코프렌즈(210)의 배면에는 제2 텔레스코프렌즈(220)가 배치된다. 제2 텔레스코프렌즈(220)의 입사면은 평면이고, 출사면은 장축(X축)을 따라 볼록한 렌즈면이다. 제2 텔레스코프렌즈(220)는 제1 텔레스코프렌즈(210)에 의해 굴절되어 장축(X축) 방향으로 확산되는 레이저빔을 굴절하여 장축 방향으로 평행한 레이저빔을 출사한다. 제2 텔레스코프렌즈(220)에서 출사되는 레이저빔은 레이저 발생부(100)에서 출력된 레이저빔(110)보다 장축(X축) 방향으로 더 넓은 폭을 갖는다. 즉, 텔레스코프 렌즈부(200)는 입사된 레이저빔을 장축(X축) 방향으로 확장할 수 있다. 그러나, 텔레스코프 렌즈부(200)에 의해 확장된 레이저빔의 에너지 밀도는 입사된 레이저빔(110)과 동일한 가우시안 분포를 갖는다.
텔레스코프 렌즈부(200)로부터 출사된 레이저빔(111)은 단축 호모지나이저(300)에 입사된다. 단축 호모지나이저(300)는 제1 단축 호모지나이저렌즈(310), 제2 단축 호모지나이저렌즈(320) 및 제3 단축 호모지나이저렌즈(330)로 구성된다. 단축 호모지나이저(300)는 가우시안 분포의 에너지 밀도를 갖는 레이저빔을 입력 받아 단축(Y축) 방향으로 균일한 에너지 밀도를 갖는 레이저빔으로 변경한다.
도 3b를 참조하면, 제1 단축 호모지나이저렌즈(310)의 입사면은 단축(Y축) 방향을 따라 볼록한 원통렌즈 어레이 구조이고, 출사면은 평면 구조이다. 원통렌즈 어레이는 단축(Y축) 방향을 따라 구성된 복수의 원통렌즈가 연속하여 배치된 구조이다. 원통렌즈는 구면렌즈 또는 비구면렌즈를 사용할 수 있다. 레이저빔(111)은 제1 단축 호모지나이저렌즈(310)에 입사되어 원통렌즈 어레이의 개별 원통렌즈에 의해 굴절되어 복수의 레이저빔으로 분할된다. 제1 단축 호모지나이저렌즈(310)의 배면에는 제2 단축 호모지나이저렌즈(320)가 배치된다. 제1 단축 호모지나이저렌즈(310)의 초점 거리는 제1 단축 호모지나이저렌즈(310)와 제2 단축 호모지나이저렌즈(320)의 이격거리보다 짧다. 분할된 각 레이저빔은 초점(f2)에 집속된 후 다시 분산되어 제2 단축 호모지나이저렌즈(320)로 입사된다.
제2 단축 호모지나이저렌즈(320)의 입사면은 평면으로 구성되고, 출사면은 단축(Y축) 방향으로 볼록한 원통렌즈 어레이로 구성된다. 제2 단축 호모지나이저렌즈(320)는 제1 단축 호모지나이저렌즈(310)에 의해 굴절되어 분리된 레이저빔을 단축(Y축) 방향으로 확산하면서 하나의 레이저빔으로 다시 결합한다.
제2 단축 호모지나이저렌즈(320)의 배면에는 제3 단축 호모지나이저렌즈(330)가 배치된다. 제3 단축 호모지나이저렌즈(330)의 입사면은 단축(Y축)을 따라 형성된 원통렌즈면이고, 출사면은 평면이다. 제3 단축 호모지나이저 렌즈(330)는 제2 단축 호모지나이저렌즈(320)에 의해 결합되고 단축(Y축) 방향으로 확산되는 레이저빔을 굴절하여 단축(Y축)방향으로 평행한 레이저빔으로 출사한다. 제3 단축 호모지나이저렌즈(330)로부터 출사되는 레이저빔(112)은 단축(Y축) 방향으로 균일해진 에너지 밀도를 갖는다.
단축 호모지나이저(300)를 통과한 레이저빔(112)은 장축 호모지나이저(400)로 입사된다.
장축 호모지나이저(400)는 제1 장축 호모지나이저렌즈(410), 제2 장축 호모지나이저렌즈(420) 및 제3 장축 호모지나이저렌즈(430)로 구성된다. 장축 호모이나이저(400)는 입사된 레이저빔을 장축(X축) 방향으로 균일하게 할 수 있다.
제1 장축 호모지나이저렌즈(410)의 입사면은 장축(X축) 방향을 따라 볼록한 원통렌즈 어레이이고 출사면은 평면 구조이다. 원통렌즈 어레이는 장축(X축) 방향을 따라 구성된 복수의 원통렌즈가 연속하여 배치된 구조이다. 원통렌즈는 구면렌즈 또는 비구면렌즈를 사용할 수 있다. 입사된 레이저빔(112)은 제1 장축 호모지나이저렌즈(410)에 입사되어 원통렌즈 어레이의 개별 원통렌즈에 의해 굴절되어 복수의 레이저빔으로 분할된다. 제1 장축 호모지나이저렌즈(410) 배면에는 제2 장축 호모지나이저렌즈(420)가 배치된다. 제1 장축 호모지나이저렌즈(410)의 초점 거리는 제1 장축 호모지나이저렌즈(410)와 제2 장축 호모지나이저렌즈(420)의 이격거리보다 짧다. 제1 장축 호모지나이저렌즈(410)에 의해 분할된 각 레이저빔은 초점(f3)에 집속된 후 다시 분산되어 제2 장축 호모지나이저렌즈(420)로 입사된다.
제2 장축 호모지나이저렌즈(420)의 배면에는 제3 장축 호모지나이저렌즈(430)가 배치된다. 제3 장축 호모지나이저렌즈(430)의 입사면은 평면이고 출사면은 장축(X축)을 따라 형성된 볼록렌즈면이다. 제3 장축 호모지나이저렌즈(430)는 장축(X축) 방향으로 확산되는 레이저빔을 장축(X축)방향으로 평행한 레이저빔으로 굴절시켜 출사한다. 제3 장축 호모지나이저렌즈(430)에서 출사되는 레이저빔(113)은 장축(X축) 방향으로 균일한 에너지 밀도를 갖는다.
도 4a 및 도 4b는 장축 호모지나이저와 기판의 거리에 따른 발산각을 나타낸 도면이다.
도 4a는 장축 호모지나이저(400)와 기판(10)의 거리가 짧은 경우, 장축 호모지나이저(400)로부터 출사된 레이저빔(113)이 기판(10)에 조사되는 경로를 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 제3 장축 호모지나이저렌즈(430)를 통과한 레이저빔(113)은 기판(10)에 조사된다. 기판(10)은 제3 장축 호모지나이저렌즈(430)와 Z축 방향으로 거리 A 만큼 이격되어 배치된다. 기판(10)의 기준 위치에 입사되는 레이저빔(113)은 출사되는 제3 장축 호모지나이저렌즈(430)의 위치에 따라 서로 다른 입사각으로 조사된다. 기판의 어느 한 지점을 기준으로 입사되는 레이저빔(113)의 최대 입사각의 차는 제1 발산각(Divergence Angle, θ1)으로 표시된다.
발산각은 일반적으로 레이저빔이 출력창으로부터 출사되며 퍼지는 각도를 나타내는 데 사용되나, 본 발명에서는 호모지나이저렌즈를 통과한 레이저빔이 기판에 조사되는 경우, 레이저빔의 최대 입사각차를 의미하는 것으로 사용된다. 발산각의 단위를 밀리 라디언(mrad)이 사용된다. 밀리 라디언(mrad)은 레이저빔이 1m 진행될 때 1mm만큼 발산되는 각도를 나타낸다.
도 4b는 장축 호모지나이저(400)와 기판(10)의 거리가 길 경우, 장축 호모지나이저(400)로부터 출사된 레이저빔(113)이 기판(10)에 조사되는 경로를 나타낸다.
도 4b를 참조하면, 장축 호모지나이저(400)로부터 출력된 레이저빔은 z축 방향으로 거리 B 만큼 이격된 기판(10)에 조사된다. 이격 거리 B는 A보다 길고, 레이저빔(113)은 장축(X축) 방향을 기준으로 제2 발산각(Divergence Angle, θ2)의 각도로 조사된다.
레이저빔의 출사 조건이 동일하다면, 장축 호모지나이저(400)와 기판의 이격거리가 멀수록 기판에 조사되는 레이저빔의 발산각이 더 작게 된다. 레이저빔의 발산각이 작은 경우, 레이저의 입사각에 따른 편차가 발생하지 않아 적어 비정질 실리콘 박막의 결정화 품질이 우수해진다.
도 5a는 큰 발산각을 갖는 레이저빔으로 결정화된 기판의 사진이다.
도 5b는 작은 발산각을 갖는 레이저빔으로 결정화된 기판의 사진이다.
도 5a는 발산각이 62 밀리 라디언(mrad)으로 설정된 레이저 결정화 장치에 의해 결정화된 다결정 실리콘 기판(12)을 나타낸다. 발산각이 큰 경우, 비정질 실리콘 박막(11)에 조사되는 레이저의 광은 위치별로 에너지 밀도의 편차가 발생할 수 있어, 결정화된 상태에서 결정의 패턴이 불균일하게 될 수 잇다.
반면, 도 5b는 발산각이 40 밀리 라디언(mrad)으로 설정된 레이저빔 장치에 의해 결정화된 다결정 실리콘 기판을 나타낸다. 도 5b에 표시된 다결정 실리콘는 결정화가 균일하게 이루어진 패턴을 나타낸다.
실리콘 기판의 결정화 품질을 향상하기 위해서는 레이저빔의 발산각은 작을수록 더 바람직하지만, 실제 적용 시에는 제조 라인의 레이저빔 출력 장치의 크기가 커지게 되어 실제 적용에 제약이 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 장치의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 레이저 장치는 텔레스코프 렌즈부(200), 단축 호모지나이저(300), 장축 호모지나이저(500)와 광확산부(600)를 포함한다.
텔레스코프 렌즈부(200) 및 단축 호모지나이저(300)는 도 2에서 설명한 것과 동일한 기능 및 구조를 가지므로 추가적인 설명은 생락한다. 장축 호모지나이저(500)를 통과한 레이저빔은 장축(X축) 방향을 기준으로 좁은 광폭을 갖고 에너지 밀도가 집속되어 출사된다. 장축 호모지나이저(500)에서 출사된 레이저빔은 광확산부(600)에서 기판의 조사면에 대응하도록 장축(X축) 방향으로 광폭이 확산되어 출사된다.
도 7a 는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 장치의 호모지나이저 측면도이다.
도 7b 는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 장치의 호모지나이저 상면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 레이저 발생부(100)로부터 출사된 레이저빔(110)은 텔레스코프 렌즈부(200) 및 단축 호모지나이저(300)를 통과하면서 단축(Y축) 방향으로 균일한 에너지 밀도를 갖는다. 텔레스코프 렌즈부(200) 및 단축 호모지나이저(300)의 기능은 도 3a 및 도 3b의 설명부의 종래 기술과 동일하며 설명을 생략한다.
단축 호모지나이저(300)에서 출사된 레이저빔(112)은 장축 호모지나이저(500)로 입사된다. 장축 호모지나이저(500)는 입사된 레이저빔(112)을 복수의 평행한 서브 레이저빔으로 분할하는 광분할부(510) 및 광중첩 미러부(520)를 포함한다. 광분할부(510)는 제1 광분할 렌즈(511), 제2 광분할 렌즈(512)로 구성될 수 있다.
제1 광분할 렌즈(511) 및 제2 광분할 렌즈(512)는 원통렌즈 어레이로 구성될 수 있다. 제1 광분할 렌즈(511)는 입사면에 원통렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 원통렌즈 어레이는 장축(X축) 방향을 따라 볼록한 복수의 원통렌즈가 장축(X축)방향으로 적층된 구조를 갖는다. 원통렌즈 어레이는 단축(Y축) 방향을 따라서는 일정한 형상을 유지한다.
제1 광분할 렌즈(511)에 입사된 레이저빔(112)은 각 개별 원통렌즈에 의해 굴절되어 집속된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 광분할 렌즈(511)는 장축(X축)방향으로 연속하게 배치된 5 개의 원통렌즈를 포함한다. 입사된 레이저빔(112)은 제1 광분할 렌즈(511)에 의해 분할되어 5 개의 서브 레이저빔으로 나누어진다. 제1 광분할 렌즈(511)에 의해 분할된 서브 레이저빔은 각각 확산되며 각각 제2 광분할 렌즈(512)로 입사된다.
제2 광분할 렌즈(512)는 입사부가 평면부이고, 출사부가 장축(X축) 방향으로 적층된 원통렌즈 어레이로 구성된다. 제2 광분할 렌즈(512)는 각 원통렌즈에 확산되며 입사된 서브 레이저빔을 굴절하여 서로 평행하는 서브 레이저빔들(114a~114e)을 출력한다. 제2 광분할 렌즈(512)에서 출사된 서브 레이저빔들(114a~114e)은 서로 평행광으로 인접한 서브 레이저빔(114a~114e)과 서로 중첩하지 않는다. 또한, 서브 레이저빔(114a~114e)은 장축(X축) 방향으로 제2 광분할 렌즈(512)의 원통렌즈의 폭보다 좁은 광폭을 갖는다.
제2 광분할 렌즈(512)에서 출사된 서브 레이저빔(114a~114e)은 광중첩 미러부(520)로 입사된다. 광중첩 미러부(520)는 복수의 반사 미러 및 광중첩 미러로 구성된다. 광중첩 미러부(520)는 장축(X축) 방향으로 분할되어 입사된 복수의 평행한 서브 레이저빔(114a~114e)을 하나의 레이저빔(115)에 결합하여 출사한다. 광중첩 미러부(520)에서 출사되는 레이저빔(115)은 하나의 서브 레이저빔의 광폭에 해당하며 장축 및 단축 방향으로 균일하게 분산된 에너지 밀도를 갖는다.
광중첩 미러부(520)에서 출사된 레이저빔(115)은 광확산부(600)로 입사된다. 광확산부(600)는 제1 빔확산렌즈(610) 및 제2 빔확산렌즈(620)로 구성될 수 있다. 일 예로 제1 빔확산렌즈(610)는 텔레스코프 렌즈일 수 있고, 제2 빔확산렌즈(620)는 콘덴스 렌즈일 수 있다.
제1 빔확산렌즈(610)의 입사면은 장축(X축)을 따라 볼록부가 형성된 볼록렌즈면이고, 출사면은 평면인 구조를 갖는 직사각형 렌즈일 수 있다. 입사된 레이저빔(115)은 제1 빔확산렌즈(610)에서 굴절되어 장축(X축) 방향으로 집속된 후 확산된다. 제1 빔확산렌즈(610)의 배면에는 제2 빔확산렌즈(620)가 배치될 수 있다. 제2 빔확산렌즈(620)는 제1 빔확산렌즈(610)에서 굴절된 레이저빔을 기판(10)의 조사면까지 확산하여 주는 렌즈이다. 제2 빔확산렌즈(620)의 입사면은 평면이고 출사면은 장축(X축) 방향으로 볼록한 렌즈로 구성된다. 제2 빔확산렌즈(620)에서 굴절된 레이저빔(116)은 기판(10)의 조사면으로 입사된다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 조사 장치는 광중첩 미러부(520)에 의해 좁은 광폭 영역에 밀집된 레이저빔(115)를 확산하여 기판(10)에 조사한다. 좁은 영역으로부터 기판(10)의 조사면으로 확산된 레이저빔(116)을 사용하여 조사면을 기준으로 레이저빔(116)의 입사각의 차이가 발생하지 않는다. 조사 위치에 따라 균일한 에너지밀도를 갖는 레이저빔(116)을 조사함으로써 레이저 결정화 품질을 향상할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 제2 빔확산렌즈(620)와 기판(10)의 조사면 사이에 레이저빔의 단축(Y축) 방향의 에너지 밀도를 균일하게 하는 복수의 렌즈가 추가될 수도 있다. 그러나, 장축(X축) 방향으로 레이저빔의 굴절을 발생시키는 렌즈는 배치되지 않는다.
도 8a는 본 발명의 실시 예에 따른 광중첩 미러부의 구성도이다.
도 8a를 참조하면, 레이저빔(112)은 제1 광분할 렌즈(511)에서 굴절되어 집속된다. 제1 광분할 렌즈(511)에 이어 제2 광분할 렌즈(512)가 배치된다. 제1 광분할 렌즈(511)의 입사면은 원통렌즈 어레이로 구성되고 출사면은 평면으로 구성된다. 제1 광분할 렌즈(511) 는 입사된 레이저빔(112)을 장축(X축) 방향을 따라 분할하여 집속한다.
도 8a을 참조하면 하나의 원통렌즈에 입사되는 레이저빔의 장축(X축) 방향의 광폭은 C로 표시된다. 제2 광분할 렌즈(512)는 제1 광분할 렌즈(511)에 의해 집속된 레이저빔을 굴절시켜 장축(X축) 방향을 따라 평행하고 서로 분리된 복수의 서브 레이저빔(114a~114e)으로 출사한다. 제2 광분할 렌즈(512)는 장축(X축) 방향으로 5개의 서브 레이저빔(114a~114e)을 출사하고, 각 서브 레이저빔(114a~114e)은 장축(X축) 방향으로 폭 D를 갖는다. 제1 광분할 렌즈(511) 및 제2 광분할 렌즈(512)를 통과한 레이저빔(112)는 장축 방향으로 분할되고 폭이 감소하여 C > D 의 식이 성립된다.
입사광을 제1 광분할 렌즈(511) 및 제2 광분할 렌즈(512)의 배치 위치에 따라 분할될 수 있다.
제1 광분할 렌즈(511) 및 제2 광분할 렌즈(512)는 동일한 실린더 렌즈 구조를 갖고 대칭인 형상으로 배치될 수 있다. 따라서, 제1 광분할 렌즈(511) 및 제2 광분할 렌즈(512)의 초점거리(FL)는 동일하게 된다. 제1 광분할 렌즈(511)에 입사된 레이저빔은 초점거리(FL)에서 초점(f4)이 형성되고, 초점거리(FL)를 지나면서 다시 확산된다.
제2 광분할 렌즈(512)는 제1 광분할 렌즈(511)의 매 변에서, 초점거리(FL)보다 멀리 이격되고, 2배의 초점거리(FL)보다 가까운 거리에 배치된다. 여기서, 렌즈의 초점거리(FL)은 렌즈축과 렌즈에서 굴절된 입사광이 렌즈의 광축과 만나는 지점의 이격거리를 의미하고, 렌즈가 배치된다는 것은 렌즈의 굴절이 발생하는 것으로 대표되는 렌즈축의 위치를 기준으로 한다.
제2 광분할 렌즈(512)로부터 출사된 평행하고 독립된 복수의 서브 레이저빔(114a~1145e)은 광중첩 미러부(520)로 입사된다. 광중첩 미러부(520)는 직육면체 구조로 단축(Y축) 방향으로 길게 연장된 복수의 미러(521~526)로 구성될 수 있다. 광중첩 미러부(520)는 일면반사-이면투과 기능을 갖는 광중첩 미러를 적용한다.
도 8a를 참조하면, 제1 미러(521)는 제1 서브 레이저빔(114a)의 입사 위치에 장축(X축)을 기준으로 45도 경사지게 배치된다. 제1 미러(521)는 장축(X축) 방향과 45도 경사지게 배치되며, 제1 서브 레이저빔(114a)을 반사하여 음의 장축(X-)방향으로 진행하도록 반사한다.
제2 미러(522)는 제2 서브 레이저빔(114b)의 입사 위치에 배치되고, 제1 미러(521)와 장축(X축) 방향으로 평행한 위치에 배치된다. 제2 미러(522)는 제1 미러(521)에 의해 반사된 제1 서브 레이저빔(114a)을 투과하고, 제2 서브 레이저빔(114b)을 음의 장축(X-)방향으로 진행하도록 반사한다. 제2 미러(522)는 제1 서브 레이저빔(114a)과 제2 서브 레이저빔(114b)을 중첩할 수 있다.
제3 미러(523)는 제3 서브 레이저빔(114c)의 입사 위치에 배치되고, 제1 미러(521) 및 제2 미러(522)와 180도 회전 대칭되어 배치된다. 제3 미러(523)는 제3 서브 레이저빔(114c)을 투과하고, 제1 서브 레이저빔(114a) 및 제2 서브 레이저빔(114b)을 반사하여 Z축 방향으로 진행하도록 한다. 제3 미러(523)는 제1 서브 레이저빔(114a), 제2 서브 레이저빔(114b) 및 제3 서브 레이저빔을 중첩한다.
제6 미러(526)는 제5 서브 레이저빔(114e)의 입사 위치에 배치되고, 제1 미러(521) 및 제2 미러(522)와 90도 각도로 회전된 각도로 배치된다. 제6 미러(526)는 제5 서브 레이저빔을 반사하여 양의 장축(X+) 방향으로 진행시킨다.
제5 미러(525)는 제4 서브 레이저빔(114d)의 입사 위치에 배치되고, 제6 미러(526)와 평행하게 위치한다. 제5 미러(525)는 제4 레이저빔(114d)을 반사하여 양의 장축(X+) 방향으로 진행시키고, 제5 서브 레이저빔(114e)을 투과하여 중첩시킨다.
제4 미러(524)는 제3 서브 레이저빔(114c)의 입사 위치에 배치된 제3 미러(523)의 후면에 배치된다. 제4 미러(524)는 제4 서브 레이저빔(114d) 및 제5 서브 레이저빔(114e)을 반사하여 Z축 방향으로 진행시키고, 제3 미러(523)에 의해 중첩된 제1 서브 레이저빔(114a), 제2 서브 레이저빔(114b) 및 제3 서브 레이저빔(114c)을 투과한다. 제4 미러(524)는 제1 서브 레이저빔(114a) 내지 제5 서브 레이저빔(114e)을 중첩하여 출사한다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 광중첩 미러부(520)에 입사된 제1 서브 레이저빔(114a) 내지 제5 서브 레이저빔(114e)은 일면반사미러(521~526)의 조합에 의해 결합되어, 제3 서브 레이저빔(114c)의 위치에 밀집되어 중첩될 수 있다. 제1 미러(521) 및 제6 미러(526)는 배면으로부터 광이 입사되지 않는 위치에 배치되므로 일면반사-이면투과 기능을 갖는 광중첩 미러 대신 일면 반사 미러를 적용하는 것도 있다.
광중첩 미러부(520)에 후면에는 광확산부(600)가 배치된다. 광확산부(600)는 도 7에서 설명한 바와 같이 제1 빔확산렌즈(610) 및 제2 빔확산렌즈(620)로 구성될 수 있다. 광확산부(600)는 집속된 레이저빔을 입력 받아 기판(10)의 조사면으로 확산하여 출력할 수 있다.
장축(X축) 방향으로 분할된 제1 서브 레이저빔(114a) 내지 제5 서브 레이저빔(114e)은 광중첩 미러부(520)에서 좁은 장축(X축) 거리를 갖는 하나의 레이저빔(115)로 변환된다. 광중첩 미러부(520)에서 출사된 레이저빔(115)은 좁은 영역에서 균일한 에너지 밀도를 갖는다. 레이저빔(115)은 광확산부(600)를 통해 장축(X축)방향으로 분산되면서 조사 영역에서 균일한 에너지 밀도를 갖는 레이저빔(116)으로 변환되어 기판(10)에 조사된다.
광확산부(600)는 장축(X축) 방향으로 중첩된 레이저빔(115)를 확산하여 조사한다. 이를 통해 광확산부(600)는 기판(10)에 조사되는 레이저빔의 발산각에 의한 에너지 밀도의 편차를 제거할 수 있다. 또한, 장축 호모지나이저(500)와 기판(10)의 이격 거리가 변화하여도 발산각의 차이가 발생하지 않아 소형화된 레이저 결정화 장치에서도 적용이 가능하다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광중첩 미러부의 구성도이다.
도 8b를 참조하면, 제1 미러(531)는 제1 서브 레이저빔(114a)의 입사 위치에 배치되고, 장축(X축) 방향에 45도 경사로 배치될 수 있다. 제1 미러(531)는 제1 서브 레이저빔(114a)을 반사하여 음의 장축(X-) 방향으로 진행시킨다.
제2 미러(532)는 제2 서브 레이저빔(114b)의 입사 위치에 제1 미러(531)과 평행하게 배치된다. 제2 미러(532)는 제2 서브 레이저빔(114b)을 반사하여 음의 장축(X-) 방향으로 진행키시고, 이면으로 입사되는 제1 서브 레이저빔(114a)을 투과한다.
제3 미러(533)는 제3 서브 레이저빔(114c)의 입사 위치에 제1 미러(531)과 평행하게 배치된다. 제3 미러(532)는 제3 서브 레이저빔(114c)을 반사하여 음의 장축(X-) 방향으로 진행키시고, 이면으로 입사되는 제1 서브 레이저빔(114a) 및 제2 서브 레이저빔(114b)을 투과한다.
제4 미러(534)는 제4 서브 레이저빔(114d)의 입사 위치에 제1 미러(531)과 평행하게 배치된다. 제4 미러(532)는 제4 서브 레이저빔(114d)을 반사하여 음의 장축(X-) 방향으로 진행키시고, 이면으로 입사되는 제1 서브 레이저빔(114a), 제2 서브 레이저빔(114b) 및 제3 서브 레이저빔(114c)을 투과한다.
제5 미러(535)는 제5 서브 레이저빔(114e)의 입사 위치에 배치되고, 제1 서브 레이저빔(114a) 내지 제4 서브 레이저빔(114d)을 반사하여 Z 축 방향으로 진행시킨다. 제5 미러(535)는 제5 서브 레이저빔을 투과하여, 제1 서브 레이저빔(114a) 내지 제5 서브 레이저빔을 모두 중첩시킨다.
제6 미러(536)는 제5 미러(535)의 후면에 위치하고, 입사된 제1 서브 레이저빔(114a) 내지 제5 서브 레이저빔(114e)을 반사하여 X축(X+) 방향으로 진행시킨다.
제7 미러(537)는 제3 서브 레이저빔(114c)의 입사 위치에서 제3 미러(533)의 후면에 배치되며, 제6 미러(536)에 의해 반사된 제1 서브 레이저빔(114a) 내지 제5 서브 레이저빔(114e)을 반사하여 Z축 방향으로 출사한다.
광중첩 미러부(530)의 후면에는 광확산부(600)가 위치한다. 광확산부(600)는 집속된 레이저빔을 입력 받아 기판(10)의 조사면으로 확산하여 출력할 수 있다.
도 8c는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광중첩 미러부의 구성도이다.
도 8c를 참조하면, 제1 미러(541)는 제1 서브 레이저빔(114a)의 입사 위치에 배치되고, 장축(X축) 방향에 45도 경사로 배치될 수 있다. 제1 미러(541)는 제1 서브 레이저빔(114a)을 반사하여 음의 장축(X-) 방향으로 진행시킨다.
제2 미러(542)는 제2 서브 레이저빔(114b)의 입사 위치에 제1 미러(541)과 평행하게 배치된다. 제2 미러(542)는 제2 서브 레이저빔(114b)을 반사하여 음의 장축(X-) 방향으로 진행키시고, 이면으로 입사되는 제1 서브 레이저빔(114a)을 투과한다.
제3 미러(543)는 제3 서브 레이저빔(114c)의 입사 위치에 제1 미러(541)과 평행하게 배치된다. 제3 미러(543)는 제3 서브 레이저빔(114c)을 반사하여 음의 장축(X-) 방향으로 진행키시고, 이면으로 입사되는 제1 서브 레이저빔(114a) 및 제2 서브 레이저빔(114b)을 투과한다.
제4 미러(544)는 제4 서브 레이저빔(114d)의 입사 위치에 제1 미러(541)과 평행하게 배치된다. 제4 미러(544)는 제4 서브 레이저빔(114d)을 반사하여 음의 장축(X-) 방향으로 진행키시고, 이면으로 입사되는 제1 서브 레이저빔(114a), 제2 서브 레이저빔(114b) 및 제3 서브 레이저빔(114c)을 투과한다.
제5 미러(545)는 제5 서브 레이저빔의 입사 위치에 배치되고, 제1 서브 레이저빔(114a) 내지 제4 서브 레이저빔(114d)을 반사하여 Z 축 방향으로 진행시킨다. 제5 미러(545)는 제5 서브 레이저빔(114e)을 투과하여, 제1 서브 레이저빔 내지 제5 서브 레이저빔(114a~114e)을 모두 중첩시킨다.
광중첩 미러부(540)의 후면에는 광확산부(600)가 위치한다. 광확산부(600)는 집속된 레이저빔을 입력 받아 기판의 조사면으로 확산하여 출력할 수 있다. 광확산부(600)의 위치는 제5 미러(545)의 출사광을 입력 받는 위치로 배치될 수 있다. 도 8c에 적용된 광중첩 미러부(540)의 배치 구조는 레이저빔을 가장 적은 수의 미러를 사용하여 결합할 수 있는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 적용된 광중첩 미러의 동작 원리이다.
광중첩 미러는 일면에 입사되는 광원을 반사하고, 배면으로부터 입사되는 광원을 투과하는 기능을 하여 광을 중첩하는 기능을 수행한다. 도 9를 참조하면, 광중첩 미러의 반사면으로 45도 입사각으로 입사되는 광원 E는 반사각 45도로 반사하여 출사하고, 광중첩 미러의 배면으로부터 입사하는 광원 F는 미러를 투과하여 광원 E의 반사면과 같은 면으로 출사되도록 한다.
레이저 발생부 100
텔레스코프 렌즈부 200
제1 텔레스코프렌즈 210
제2 텔레스코프렌즈 220
단축 호모지나이저 300
제1 단축 호모지나이저렌즈 310
제2 단축 호모지나이저렌즈 320
장축 호모지나이저 400, 500
제1 장축 호모지나이저렌즈 410
제2 장축 호모지나이저렌즈 420
제1 광분할 렌즈 511
제2 광분할 렌즈 512
광중첩 미러부 520, 530, 540
광확산부 600
제1 빔확산렌즈 610
제2 빔확산렌즈 620

Claims (15)

  1. 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부;
    상기 레이저 발생부로부터 출사된 레이저빔을 제1 방향으로 균일화하여 출사하는 단축 호모지나이저;
    상기 단축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 균일화하는 장축 호모지나이저; 및
    상기 장축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 제2 방향을 따라 확산하는 광확산부를 포함하고,
    상기 장축 호모지나이저는 상기 단축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 상기 제2 방향을 따라 복수의 평행한 서브 레이저빔으로 분할하는 광분할부; 및
    상기 복수의 서브 레이저빔을 중첩하여, 상기 복수의 서브 레이저빔과 평행하고 상기 복수의 서브 레이저빔의 총 광폭보다 작은 광폭을 갖는 레이저빔으로 중첩하는 광중첩 미러부;를 포함하는 레이저 결정화 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광분할부는 연속하여 배치된 제1 광분할 렌즈 및 제2 광분할 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 광분할 렌즈 및 상기 제2 광분할 렌즈는 복수의 실린더렌즈를 포함하는 레이저 결정화 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 광분할 렌즈는 입사 레이저빔을 상기 제2 방향으로 굴절하여 집속하고,
    상기 제2 광분할 렌즈는 상기 집속된 레이저빔을 굴절하여 상기 입사 레이저빔보다 광폭이 좁은 서브 레이저빔을 출사하는 레이저 결정화 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광분할 렌즈는 입사된 레이저빔을 집속하는 제1 초점거리를 가지며,
    상기 제1 광분할 렌즈는 입사된 레이저빔을 집속하는 제2 초점거리를 가지며,
    상기 제2 광분할 렌즈와 상기 제1 광분할 렌즈의 이격거리는 상기 제1 초점거리보다 크고, 상기 제1 초점거리와 상기 제2 초점거리의 합보다 작은 레이저 결정화 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 광분할부는 적어도 3개 이상의 평행한 서브 레이저빔을 출사하는 레이저 결정화 장치.
  6. 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부;
    상기 레이저 발생부로부터 출사된 레이저빔을 제1 방향으로 균일화하여 출사하는 단축 호모지나이저;
    상기 단축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 균일화하는 장축 호모지나이저; 및
    상기 장축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 제2 방향을 따라 확산하는 광확산부를 포함하고,
    상기 장축 호모지나이저는 상기 단축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 상기 제2 방향을 따라 평행한 복수의 서브 레이저빔으로 분할하는 광분할부; 및
    상기 복수의 서브 레이저빔을 중첩하여 상기 서브 레이저빔과 평행한 레이저빔으로 중첩하는 광중첩 미러부;를 포함하고,
    상기 광분할부는 연속하여 배치된 제1 광분할 렌즈 및 제2 광분할 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 광분할 렌즈 및 상기 제2 광분할 렌즈는 복수의 실린더렌즈를 포함하며,
    상기 제1 광분할 렌즈는 입사 레이저빔을 상기 제2 방향으로 굴절하여 집속하고,
    상기 제2 광분할 렌즈는 상기 집속된 레이저빔을 굴절하여 상기 입사 레이저빔보다 광폭이 좁고,
    상기 광분할부는 적어도 3개 이상의 평행한 서브 레이저빔을 출사하고,
    상기 광중첩 미러부는 상기 제2 방향을 따라 상기 서브 레이저빔에 대응되는 위치에 각각 배치된 제1 미러, 제2 미러 및 제3 미러를 포함하는 레이저 결정화 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 미러, 상기 제2 미러 및 상기 제3 미러는 상기 제2 방향을 따라 순차적으로 배치되고,
    상기 제1 미러 내지 제3 미러 중 적어도 어느 하나는 일면으로부터 입사된 광을 반사하고, 이면으로부터 입사된 광을 투과하는 일면반사-이면투과 미러인 레이저 결정화 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 미러는 입사된 제1 서브 레이저빔을 반사하여 상기 제2 미러 방향으로 진행시키고,
    상기 제3 미러는 입사된 제3 서브 레이저빔을 반사하여 상기 제2 미러 방향으로 진행시키고,
    상기 제2 미러는 입사된 제2 서브 레이저빔을 투과하고, 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러에 의해 반사된 제1 서브 레이저빔 및 제3 서브 레이저빔을 반사하여 상기 투과된 제2 서브 레이저빔에 중첩하는 레이저 결정화 장치.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 광확산부는 입사광을 굴절하여 확산하는 제1 빔확산 렌즈를 포함하는 레이저 결정화 장치.
  10. 레이저빔을 방출하는 레이저 발생부;
    상기 레이저 발생부로부터 출사된 레이저빔을 제1 방향으로 균일화하여 출사하는 단축 호모지나이저;
    상기 단축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 균일화하는 장축 호모지나이저; 및
    상기 장축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 제2 방향을 따라 확산하는 광확산부를 포함하고,
    상기 장축 호모지나이저는 상기 단축 호모지나이저로부터 출사된 레이저빔을 상기 제2 방향을 따라 평행한 복수의 서브 레이저빔으로 분할하는 광분할부; 및
    상기 복수의 서브 레이저빔을 중첩하여 상기 서브 레이저빔과 평행한 레이저빔으로 중첩하는 광중첩 미러부;를 포함하고,
    상기 광분할부는 연속하여 배치된 제1 광분할 렌즈 및 제2 광분할 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 광분할 렌즈 및 상기 제2 광분할 렌즈는 복수의 실린더렌즈를 포함하고,
    상기 광확산부는 입사광을 굴절하여 확산하는 제1 빔확산 렌즈를 포함하며,
    상기 광확산부는 상기 제1 빔확산렌즈의 출사광을 굴절하여 확산각을 조정하는 제2 빔확산 렌즈를 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저 발생부는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 유리 레이저, YVO4 레이저, Ar 레이저 중 어느 하나인 레이저 결정화 장치.
  12. 레이저빔을 출력하는 단계;
    제1 렌즈 어레이에 의해 제1 방향을 따라 상기 레이저빔을 분할하는 단계;
    제2 렌즈 어레이에 의해 분할된 상기 레이저빔을 합성하는 단계;
    제3 렌즈 어레이에 의해 상기 합성된 레이저빔을 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 분할하는 단계;
    제4 렌즈 어레이에 의해 상기 분할된 레이저빔을 복수의 평행한 서브 레이저빔으로 변환하는 단계;
    복수의 광중첩 미러에 의해 상기 복수의 평행한 서브 레이저빔을 중첩하여, 상기 복수의 서브 레이저빔과 평행하고 상기 복수의 서브 레이저빔의 총 광폭보다 작은 광폭을 갖는 하나의 레이저빔으로 중첩하는 단계;
    상기 중첩된 레이저빔을 확산하여 기판에 조사하는 단계를 포함하는 결정화 레이저빔의 제어 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 레이저빔은 엑시머 레이저, YAG 레이저, 유리 레이저, YVO4 레이저, Ar 레이저 중 어느 하나인 결정화 레이저빔의 제어 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 렌즈 어레이 중 적어도 하나는 원통 렌즈 어레이인 결정화 레이저빔의 제어 방법.
  15. 레이저빔 출력하는 단계;
    제1 렌즈 어레이에 의해 제1 방향을 따라 상기 레이저빔을 분할하는 단계;
    제2 렌즈 어레이에 의해 분할된 상기 레이저빔을 합성하는 단계;
    제3 렌즈 어레이에 의해 상기 합성된 레이저빔을 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 분할하는 단계;
    제4 렌즈 어레이에 의해 상기 분할된 레이저빔을 복수의 평행한 서브 레이저빔으로 변환하는 단계;
    복수의 광중첩 미러에 의해 상기 복수의 평행한 서브 레이저빔을 하나의 레이저빔의 중첩하는 단계;
    상기 중첩된 레이저빔을 확산하여 기판에 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 광중첩 미러는 일면으로 입사광을 반사하고, 이면(裏面)으로 입사광을 투과하는 일면반사-이면투과 미러인 결정화 레이저빔의 제어 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110181179B (zh) 2019-05-31 2021-12-14 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光切割设备及激光切割方法
KR20210016218A (ko) * 2019-08-02 2021-02-15 삼성디스플레이 주식회사 디퓨저 기반의 레이저 빔 균질화를 위한 광학계 및 이를 포함하는 레이저 열처리 장치
KR20210016226A (ko) * 2019-08-02 2021-02-15 삼성디스플레이 주식회사 복굴절 프리즘을 이용한 레이저 빔 균질화기 및 이를 포함하는 레이저 열처리 장치
CN112276339B (zh) * 2020-10-19 2022-02-15 温州大学 一种曲面工件的智能随形激光扫描加工方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006049444A (ja) * 2004-08-02 2006-02-16 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd レーザ加工装置およびレーザ結晶化装置
CN103692089B (zh) * 2013-12-05 2015-07-08 苏州德龙激光股份有限公司 激光切割装置及其切割方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2535182Y (zh) * 2002-01-22 2003-02-12 北京工业大学 准分子激光微加工用的均束器
US7486856B2 (en) * 2004-03-24 2009-02-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer and laser irradiation apparatus
JP2006287183A (ja) * 2005-03-10 2006-10-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd レーザアニール装置のレーザ照射装置
CN101191971B (zh) * 2006-11-20 2010-12-15 中国科学院西安光学精密机械研究所 大功率多路高斯激光光束光纤分光方法及其设备
KR101242094B1 (ko) * 2008-01-07 2013-03-11 가부시키가이샤 아이에이치아이 레이저 어닐링 방법 및 장치
JP4386137B2 (ja) * 2008-02-29 2009-12-16 トヨタ自動車株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
CN201307197Y (zh) * 2008-11-21 2009-09-09 广东工业大学 一种增强激光束均匀化的均束器
CN203376545U (zh) * 2013-06-03 2014-01-01 长春理工大学 一种采用旋转匀光片匀化的激光照明装置
CN103713390B (zh) * 2013-12-26 2016-03-09 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种多波长激光合束选通调试***及方法
CN205342240U (zh) * 2016-02-19 2016-06-29 武汉铱科赛科技有限公司 一种旋转对称轴平行的旋转光束组钻孔***
CN106654814A (zh) * 2017-03-09 2017-05-10 中国科学院合肥物质科学研究院 可用于晶化和剥离的两用准分子激光***

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006049444A (ja) * 2004-08-02 2006-02-16 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd レーザ加工装置およびレーザ結晶化装置
CN103692089B (zh) * 2013-12-05 2015-07-08 苏州德龙激光股份有限公司 激光切割装置及其切割方法

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