KR102215750B1 - 레이저 어닐 장치 및 이를 이용한 레이저 어닐 방법 - Google Patents

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Abstract

레이저 어닐 장치는 레이저로부터 출사된 빔을 반사광과 투과광으로 분리하는 빔분리기, 상기 빔분리기에 의해 분리된 빔의 조사점을 일방향으로 왕복 진동시키는 빔진동기, 상기 빔분리기에 의해 분리된 빔을 반전시키는 빔반전기 및 상기 분리된 빔을 집광시키는 집광부를 포함한다.

Description

레이저 어닐 장치 및 이를 이용한 레이저 어닐 방법{LASER ANNEAL APPARATUS AND LASER ANNEAL METHOD USING THE SAME}
본 발명은 레이저 어닐 장치 및 이를 이용한 레이저 어닐 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치나 유기 발광 표시 장치 등의 평판 표시장치는 각 화소의 동작을 제어하는 스위칭소자 및 화소를 구동시키는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 구비한다. 이러한 박막 트랜지스터는 고농도의 불순물로 도핑된 반도체 활성층을 갖는데, 이 반도체 활성층으로는 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 다결정질 실리콘(poly silicon)이 사용될 수 있다.
비정질 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터는 저온 증착이 가능하다는 장점이 있으나, 전기적 특성과 신뢰성이 저하되고, 표시소자의 대면적화가 어려운 단점이 있어 최근에는 다결정질 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터가 많이 사용되고 있다.
다결정질 실리콘은 수십 내지 수백 cm2/Vs의 높은 전류 이동도를 갖고, 고주파 동작 특성 및 누설 전류치가 낮아 초정밀 및 대면적의 평판표시장치에 사용하기에 매우 적합하다. 이러한 다결정질 실리콘은 비정질 실리콘을 결정화하여 제조되는데 그 제조 방법으로 레이저빔을 박막 기판 상에 조사하는 레이저 어닐 방법이 사용되고 있다.
본 발명의 목적은 레이저빔의 에너지 산포를 줄이기 위한 레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 장치는 한 개 이상 제공되는 레이저, 제1 빔분리기, 제2 빔분리기, 제3 빔분리기, 제1 빔진동기, 제2 빔진동기, 제1 빔반전기, 제2 빔반전기, 및 집광부를 포함한다. 또한, 상기 레이저 어닐 장치는 상기 레이저빔의 경로를 변경하는 반사경을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 빔분리기는 상기 레이저로부터 출사된 레이저빔을 반사광 및 투과광으로 분리한다. 상기 제2 빔분리기는 상기 반사광을 제1 분할빔 및 제2 분할빔으로 분리한다. 상기 제3 빔분리기는 상기 투과광을 제3 분할빔 및 제4 분할빔으로 분리한다. 여기서, 상기 레이저빔은 상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔의 광량 비가 1:1:1:1이 되도록 분리된다.
상기 제1 빔진동기는 상기 제1 분할빔의 조사점을 일방향으로 왕복 진동시킨다. 상기 제2 빔진동기는 상기 제4 분할빔의 조사점을 일방향으로 왕복 진동시킨다. 상기 제1 빔반전기는 상기 제2 분할빔을 반전시킨다. 상기 제2 빔반전기는 상기 제2 빔진동기로부터 출사된 상기 제4 분할빔을 반전시킨다.
상기 제1 빔반전기 및 상기 제2 빔반전기 각각은 제1 경면 내지 제4 경면을 갖는다. 상기 제1 경면은 상기 제2 경면과 마주보며, 상기 제3 경면은 상기 제4 경면과 마주보면 배치된다. 상기 제2 경면과 상기 제3 경면은 서로 직각을 이룬다. 상기 제2 경면 및 상기 제3 경면은 상기 제1 경면 및 상기 제4 경면 상에 이격되어 위치한다.
상기 집광부는 상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔을 집광시킨다. 이때, 상기 제2 분할빔과 상기 제3 분할빔은 서로 상하좌우로 반전된 상태로 상기 집광부에 입사된다. 또한, 상기 제1 분할빔과 상기 제4 분할빔은 서로 상하좌우 반전된 상태로 상기 집광부에 입사된다.
그 결과 서로 다른 상태의 상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔이 중첩됨에 따라, 상기 레이저 어닐 장치로부터 에너지 분포가 균일한 레이저빔이 출사된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 방법은 레이저로부터 출사된 레이저빔을 제1 빔분리기를 투과하는 투과광과 상기 제1 빔분리기에 의해 반사되는 반사광으로 분리하는 단계, 상기 반사광을 제2 빔분리기를 투과하는 제1 분할빔과 상기 제2 빔분리기에 의해 반사되는 제2 분할빔으로 분리하는 단계, 제1 빔진동기를 통해 상기 제1 분할빔의 조사점을 일방향으로 왕복 진동시키는 단계, 제1 빔반전기를 통해 상기 제2 분할빔을 반전시키는 단계, 상기 투과광을 제3 빔분리기를 투과하는 제3 분할빔과 상기 제3 빔분리기에 의해 반사되는 제4 분할빔으로 분리하는 단계, 제2 빔진동기를 통해 상기 제4 분할빔의 조사점을 일방향으로 왕복 진동시키는 단계, 사기 제2 빔진동기를 통과한 상기 제4 분할빔을 제2 빔반전기를 통해 반전시키는 단계, 및 상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔을 집광시키는 단계를 포함한다.
상기 제1 빔반전기 및 상기 제2 빔반전기는 각각 4개의 경면들을 갖는다.
상기 제2 분할빔을 반전시키는 단계에 있어서, 상기 제1 빔반전기의 제1 경면에 입사된 상기 제2 분할빔을 상기 제1 빔반전기의 제2 경면으로 반사시키는 단계, 상기 제1 빔반전기의 제2 경면에 입사된 상기 제2 분할빔을 상기 제1 빔반전기의 제3 경면으로 반사시키는 단계, 상기 제1 빔반전기의 제3 경면에 입사된 상기 제2 분할빔을 상기 제1 빔반전기의 제4 경면으로 반사시키는 단계를 포함한다.
상기 제4 분할빔을 반전시키는 단계에 있어서 상기 제2 빔반전기의 제1 경면에 입사된 상기 제4 분할빔을 상기 제2 빔반전기의 제2 경면으로 반사시키는 단계, 상기 제2 빔반전기의 제2 경면에 입사된 상기 제4 분할빔을 상기 제2 빔반전기의 제3 경면으로 반사시키는 단계, 상기 제2 빔반전기의 제3 경면에 입사된 상기 제4 분할빔을 상기 제2 빔반전기의 제4 경면으로 반사시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법은 레이저빔의 품질을 개선하여 박막 트랜지스터의 특성을 향상시키는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 레이저 어닐 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔반전기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔들의 형상 및 분할빔들의 중첩된 형상을 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 장치의 구성도이며, 도 2는 도 1의 레이저 어닐 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 장치는 레이저빔을 복수 개의 광들로 분리시킨 후, 다시 상기 복수 개의 광들을 하나의 광으로 집광시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 어닐 장치는 레이저(LS), 빔혼합부(BMP), 빔분리부(BSP), 빔진동부(BVP), 빔반전부(BIP), 및 집광부(CLP)를 포함할 수 있다.
상기 레이저(LS)는 레이저빔을 제공한다. 상기 레이저(LS)는 한 개 이상 제공될 수 있다. 상기 레이저빔은 엑시머 레이저빔일 수 있다.
상기 레이저(LS)가 복수 개로 제공되는 경우, 복수의 레이저빔들은 상기 빔혼합부(BMP)에서 혼합될 수 있다. 상기 빔혼합부(BMP)에서는 상기 레이저빔이 1차적으로 두 개의 빔으로 분리된다.
상기 빔혼합부(BMP)는 제1 빔분리기(BS1), 제1 반사경(M1), 및 제2 반사경(M2)을 포함할 수 있다.
상기 제1 빔분리기(BS1)는 상기 레이저빔을 상기 제1 빔분리기(BS1)의 분리율에 따라 일부는 반사시키고 일부는 투과시켜 두 개의 빔들, 즉 제1 빔과 제2 빔으로 분리한다.
상기 제1 반사경(M1)은 상기 레이저빔의 진행 경로를 변경한다. 상기 제1 반사경(M1)은 상기 레이저(LS)와 상기 제1 빔분리기(BS1) 사이에 배치되며, 상기 레이저(LS)로부터 출사된 상기 레이저빔을 상기 제1 빔분리기(BS1)를 향하여 반사시킨다.
그러나, 상기 제1 반사경(M1)은 상기 레이저빔이 상기 제1 빔분리기(BS1)에 직접 입사될 수 있다면, 생략될 수 있다. 또한, 상기 제1 반사경(M1)은 상기 레이저(LS) 및 상기 제1 빔분리기(BS1) 사이에 복수 개로 제공될 수 있다. 이때, 상기 제1 반사경(M1)들은 상기 레이저빔의 경로를 복수 회 반사시켜 상기 레이저빔을 상기 제1 빔분리기(BS1)를 향하여 진행되도록 할 수 있다.
상기 제2 반사경(M2)은 상기 제1 빔분리기(BS1)를 투과한 상기 레이저빔을 반사시킨다.
상기 빔분리부(BSP)는 상기 제1 빔을 두 개의 빔들로 분리하며, 상기 제2 빔을 두 개의 빔들로 분리한다.
상기 빔분리부(BSP)는 제2 빔분리기(BS2), 제3 빔분리기(BS3), 제3 반사경(M3), 및 제4 반사경(M4)을 포함한다.
상기 제2 빔분리기(BS2)는 상기 제1 빔을 상기 제2 빔분리기(BS2)의 분리율에 따라 일부는 반사시키고 일부는 투과시켜 제1 분할빔 및 제2 분할빔으로 분리한다.
상기 제3 반사경(M3)은 상기 제2 빔분리기(BS2)에 의해 반사된 상기 제1 빔을 반사시킨다.
상기 제3 빔분리기(BS3)는 상기 제2 빔을 일부는 반사시키고 일부는 투과시켜 제3 분할빔 및 제4 분할빔으로 분리한다.
상기 제4 반사경(M4)은 상기 제3 빔분리기(BS3)에 의해 반사된 상기 제2 빔을 반사시킨다.
상기 빔진동부(BVP)는 상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔 중 일부의 조사점을 일정방향으로 왕복 진동시킨다.
상기 빔진동부(BVP)는 제1 빔진동기(BV1) 및 제2 빔진동기(BV2)를 포함한다.
상기 제1 빔진동기(BV1) 및 상기 제2 빔진동기(BV2) 각각은 소정 주파수의 왕복 진동을 부여하는 진동구동 장치, 상기 진동구동 장치에 의해 왕복 진동되는 광학 기기, 및 상기 진동이 상기 제1 빔진동기(BV1) 및 상기 제2 빔진동기(BV2) 이외의 다른 구성요소에 전달되는 것을 방지하기 위한 방진기을 포함할 수 있다. 상기 진동구동 장치는 모터 등으로 제공될 수 있다.
상기 광학 기기는 렌즈, 슬릿, 또는 반사경 등으로 제공될 수 있다. 상기 광학 기기는 입사된 분할빔을 굴절, 회절, 또는 반사시킬 수 있다. 상기 광학 기기가 상기 진동구동 장치에 의해 왕복 진동되는 경우, 상기 분할빔이 상기 광학 기기 내에서 굴절, 회절, 또는 반사되는 지점이 달라지게 된다. 이에 따라, 상기 제1 빔진동기(BV1) 및 상기 제2 빔진동기(BV2)로부터 출사된 상기 분할빔들의 조사점이 일정한 방향으로 시공간적인 차이가 발생하게 된다.
도 3은 레이저 어닐 장치의 빔반전기의 사시도이다.
상기 빔반전부(BIP)는 상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔 중 일부를 반전시킨다. 상기 빔반전부(BIP)는 제1 빔반전기(BI1) 및 제2 빔반전기(BI2)를 포함한다.
이하, 도 3을 참조하여, 상기 제1 빔반전기(BI1) 및 상기 제2 빔반전기(BI2)의 구조에 대해 설명한다. 상기 제1 빔반전기(BI1)와 상기 제2 빔반전기(BI2)는 동일한 구조이므로, 설명의 편의를 위해, 하나의 빔반전기(BI)에 대해 설명한다.
상기 빔반전기(BI)는 4개의 경면(鏡面)을 갖는다.
제1 경면(S1)은 상기 빔진동부(BVP) 또는 상기 빔분리부(BSP)에서 출사된 분할빔을 상기 제1 경면(S1)과 마주보는 제2 경면(S2)으로 반사시킨다. 상기 제1 경면(S1)은 상기 빔분리부(BSP) 또는 상기 빔진동부(BVP)와 마주보도록 지면에 대해 일정 각도로 기울어져 배치된다.
상기 제2 경면(S2)은 상기 제1 경면(S1)에 의해 반사된 분할빔을 상기 제2 경면(S2)에 인접한 제3 경면(S3)으로 반사시킨다.
상기 제2 경면(S2)은 상기 제1 경면(S1) 상에서 상기 제1 경면(S1)과 일정간격 이격되어 배치된다. 상기 제2 경면(S2)과 상기 제3 경면(S3)은 서로 직각을 이루도록 상기 제2 경면(S2)의 일변과 상기 제3 경면(S3)의 일변이 인접하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 경면(S2)으로 입사된 분할빔과 상기 제3 경면(S3)으로 입사된 분할빔은 상기 제2 경면(S2)의 일변과 상기 제3 경면(S3)의 일변이 만나는 선에 대해 서로 대칭을 이루게 된다.
상기 제3 경면(S3)은 제2 경면(S2)에 반사된 분할빔을 상기 제3 경면(S3)과 마주보는 제4 경면(S4)으로 반사시킨다.
상기 제4 경면(S4)은 상기 제3 경면(S3)에 의해 반사된 분할빔을 상기 집광부(CLP)로 반사시킨다.
상기 제4 경면(S4)은 상기 제3 경면(S3) 하부에 상기 제3 경면(S3)과 일정간격 이격되어 배치한다. 상기 제4 경면(S4)은 상기 집광부(CLP)와 마주보도록 지면에 대해 일정 각도로 기울어져 배치된다.
이에 따라, 상기 빔반전기(BI)로 입사된 분할빔은 상기 제1 경면(S1) 내지 상기 제4 경면(S4)에 순차적으로 반사되면서, 상하좌우로 반전된다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 집광부(CLP)는 상기 빔분리부(BSP), 상기 빔진동부(BVP), 및 상기 빔반전부(BIP)에서 출사된 분할빔들을 모아 중첩시킨다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 어닐 장치에 있어서, 레이저(LS)로부터 출사된 레이저빔의 진행경로에 대해 자세히 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 두 개의 레이저, 즉 제1 레이저(LS1) 및 제2 레이저(LS2)가 제공된 것을 예로 설명한다.
이하, 설명의 편의를 위해, 상기 제1 레이저(LS1)로부터 출사된 제1 레이저빔의 진행경로에 대해 설명한 후, 상기 제2 레이저(LS2)로부터 출사된 제2 레이저빔의 진행경로에 대해 후술한다.
상기 제1 레이저빔은 상기 빔혼합부(BMP)로 입사된 후, 상기 빔분리부(BSP), 상기 빔진동부(BVP), 상기 빔반전부(BIP), 및 상기 집광부(CLP)를 거쳐 출사된다.
상기 제1 레이저빔은 상기 제1 반사경(M1)에 의해 전반사된 후, 상기 제1 빔분리기(BS1)로 입사된다.
상기 제1 빔분리기(BS1)에 입사된 상기 제1 레이저빔은 상기 제1 빔분리기(BS1)에 의해 반사되는 제1 반사광 및 상기 제1 빔분리기(BS1)를 투과하는 제1 투과광으로 분리된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 레이저빔은 상기 제1 반사광 및 상기 제1 투과광의 광량 비가 1:1이 되도록 분리된다. 그러나, 상기 제1 반사광 및 상기 제1 투과광의 광량 비는 이에 한정되지 않으며, 상기 제1 빔분리기(BS1)의 분리율에 따라 달라질 수 있다.
상기 제1 반사광은 상기 제2 빔분리기(BS2)로 입사된다. 상기 제2 빔분리기(BS2)로 입사된 상기 제1 반사광은 상기 제2 빔분리기(BS2)를 투과하는 제1 분할빔(SB1) 및 상기 제2 빔분리기(BS2)에 의해 반사되는 제2 분할빔(SB2)으로 분리된다. 상기 제1 반사광은 상기 제1 분할빔(SB1) 및 상기 제2 분할빔(SB2)의 광량 비가 1:1이 되도록 분리된다. 그러나, 상기 제1 분할빔(SB1) 및 상기 제2 분할빔(SB2)의 광량 비는 이에 한정되지 않으며, 상기 제2 빔분리기(BS2)의 분리율에 따라 달라질 수 있다.
상기 제1 분할빔(SB1)은 상기 제1 빔진동기(BV1)로 입사된다. 상기 제1 빔진동기(BV1)로부터 출사된 상기 제1 분할빔(SB1)은 조사점이 일정한 방향으로 왕복 진동되는 상태로 상기 집광부(CLP)에 입사된다.
상기 제2 분할빔(SB2)은 상기 제3 반사경(M3)에 의해 전반사된 후, 상기 제1 빔반전기(BI1)로 입사된다. 상기 제2 분할빔(SB2)은 상기 제1 빔반전기(BI1)의 상기 제1 빔반전기(BI1)의 제1 경면(S1) 내지 제4 경면(S4)에 의해 순차적으로 반사된 후, 상기 집광부(CLP)로 입사된다. 이때, 상기 제2 분할빔(SB2)은 상기 제1 경면(S1)에 입사된 상기 제2 분할빔(SB2)의 단면에 대해 상하좌우로 반전된 상태로 상기 집광부(CLP)에 입사된다.
상기 제1 투과광은 상기 제2 반사경(M2)에 의해 전반사된 후, 상기 제3 빔분리기(BS3)로 입사된다. 상기 제3 빔분리기(BS3)에 입사된 상기 제1 투과광은 상기 제3 빔분리기(BS3)를 투과하는 제3 분할빔(SB3) 및 상기 제3 빔분리기(BS3)에 의해 반사되는 제4 분할빔(SB4)으로 분리된다. 상기 제1 투과광은 상기 제3 분할빔(SB3) 및 상기 제4 분할빔(SB4)의 광량 비가 1:1이 되도록 분리된다. 그러나, 상기 제3 분할빔(SB3) 및 상기 제4 분할빔(SB4)의 광량 비는 이에 한정되지 않으며, 상기 제3 빔분리기(BS3)의 분리율에 따라 달라질 수 있다.
상기 제3 분할빔(SB3)은 상기 집광부(CLP)로 입사된다. 상기 집광부(CLP)에 입사된 상기 제3 분할빔(SB3)은 상기 집광부(CLP)에 입사된 상기 제2 분할빔(SB2)과 서로 상하좌우로 반전된 모습이다.
상기 제4 분할빔(SB4)은 상기 제4 반사경(M4)에 의해 전반사된 후, 상기 제2 빔진동기(BV2)로 입사된다. 상기 제2 빔진동기(BV2)로부터 출사된 상기 제4 분할빔(SB4)은 조사점이 일정한 방향으로 왕복 진동되는 상태로 상기 제2 빔반전기(BI2)에 입사된다.
상기 제2 빔반전기(BI2)에 입사된 상기 제4 분할빔(SB4)은 상기 제2 빔반전기(BI2)의 제1 경면(S1) 내지 제4 경면(S4)에 의해 순차적으로 반사된 후, 상기 집광부(CLP)로 입사된다. 이때, 상기 제4 분할빔(SB4)은 상기 제2 빔반전기(BI2)의 제1 경면(S1)에 입사된 상기 제4 분할빔(SB4)의 단면에 대해 상하좌우로 반전된 상태로 상기 집광부(CLP)에 입사된다.
상기 집광부(CLP)에 입사된 상기 제4 분할빔(SB4)은 상기 집광부(CLP)에 입사된 상기 제1 분할빔(SB1)과 서로 상하좌우로 반전된 모습이다.
상기 제1 분할빔(SB1) 내지 상기 제4 분할빔(SB4)들은 상기 집광부(CLP)에서 중첩된 후, 상기 레이저 어닐 장치로부터 출사된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저 어닐 장치는 상기 제1 분할빔(SB1) 내지 상기 제4 분할빔(SB4)들이 서로 다른 상태로 상기 집광부(CLP)에 입사될 수 있다면, 상기 레이저 어닐 장치에 포함된 구성요소들 간의 위치를 달리할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 레이저빔은 상기 빔혼합부(BMP)로 입사된 후, 상기 빔분리부(BSP), 상기 빔진동부(BVP), 상기 빔반전부(BIP), 및 상기 집광부(CLP)를 거쳐 출사된다. 설명의 편의를 위해, 상기 제2 레이저빔의 진행 경로에 있어서, 상기 제1 레이저빔의 진행 경로와 중복되는 설명은 생략한다.
먼저, 상기 빔혼합부(BMP)로 입사된 상기 제2 레이저빔은 제5 반사경(M5) 및 제6 반사경(M6)에 의해 전반사된 후, 상기 제1 빔분리기(BS1)로 입사된다. 상기 제2 레이저빔은 상기 제1 빔분리기(BS1)에 입사될 때, 상기 제1 빔분리기(BS1)로 입사되는 상기 제1 레이저빔과 혼합될 수 있다.
상기 제5 반사경(M5) 및 상기 제6 반사경(M6)은 상기 제1 반사경(M1)과 같이, 상기 제2 레이저빔의 경로를 변경하기 위한 것으로서, 상기 제2 레이저(LS2)와 상기 제1 빔분리기(BS1) 사이에 배치된다.
상기 제1 빔분리기(BS1)에 입사된 상기 제2 레이저빔은 상기 제1 빔분리기(BS1)에 입사된 상기 제1 레이저빔과 동일한 방식으로 진행됨에 따라, 상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔과 같이, 서로 다른 모습을 갖는 제5 분할빔 내지 제8 분할빔이 생성되게 된다.
상기 제5 분할빔(SB5) 내지 상기 제8 분할빔(SB8)들은 상기 제1 분할빔(SB1) 내지 상기 제4 분할빔(SB4)들과 함께 상기 집광부(CLP)에서 중첩된 후, 상기 레이저 어닐 장치로부터 출사된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 레이저 어닐 장치는 상기 제5 분할빔(SB5) 내지 상기 제8 분할빔(SB8)들이 서로 다른 상태로 상기 집광부(CLP)에 입사될 수 있다면, 상기 레이저 어닐 장치에 포함된 구성요소들 간의 위치를 달리할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔들의 형상 및 분할빔들의 중첩된 형상을 도시한 것이다.
도 4는 상기 제1 레이저빔 및 상기 제2 레이저빔이 상기 빔혼합부(BMP), 상기 빔분리부(BSP), 상기 빔진동부(BVP), 상기 빔반전부(BIP)를 거쳐 상기 집광부(CLP)로 입사되는 상기 제1 분할빔(SB1) 내지 상기 제8 분할빔(SB8)의 형상 및 상기 제1 분할빔(SB1) 내지 상기 제8 분할빔(SB8)이 중첩됨에 따른 최종 레이저빔(LB)의 형상을 도시한 것이다.
상기 제3 분할빔(SB3)은 상기 제1 레이저빔의 왜곡된 단면 형상과 동일한 모습이다.
상기 제1 분할빔(SB1)은 상기 제3 분할빔(SB3)의 형상과 동일하며, 상기 제1 분할빔(SB1)의 조사점이 일방향, 예를 들어, 좌측 및 우측으로 왕복 진동되는 상태이다.
상기 제2 분할빔(SB2)은 상기 제3 분할빔(SB3)의 형상이 상하좌우로 반전된 모습이다.
상기 제4 분할빔(SB4)은 상기 제3 분할빔(SB3)의 형상이 상하좌우로 반전된 모습이며, 상기 제4 분할빔(SB4)의 조사점이 일방향, 예를 들어, 좌측 및 우측으로 왕복 진동되는 상태이다.
상기 제7 분할빔(SB7)은 상기 제2 레이저빔의 왜곡된 단면 형상과 동일한 모습이다.
상기 제5 분할빔(SB5)은 상기 제7 분할빔(SB7)의 형상과 동일하며, 상기 제5 분할빔(SB5)의 조사점이 일방향, 예를 들어, 좌측 및 우측으로 왕복 진동되는 상태이다.
상기 제6 분할빔(SB6)은 상기 제7 분할빔(SB7)의 형상이 상하좌우로 반전된 모습이다.
상기 제8 분할빔(SB8)은 상기 제7 분할빔(SB7)의 형상이 상하좌우로 반전된 모습이며, 상기 제8 분할빔(SB8)의 조사점이 일방향, 예를 들어, 좌측 및 우측으로 왕복 진동되는 상태이다.
최종적으로, 상기 제1 분할빔(SB1) 내지 상기 제4 분할빔(SB4) 및 상기 제5 분할빔(SB5) 내지 상기 제8 분할빔(SB8)이 중첩됨에 따라, 에너지 밀도가 균일한 상기 레이저빔(LB)이 만들어지게 된다.
기존에는 레이저빔이 레이저 장치 내에서 진행하는 과정에서 레이저빔의 형상이 왜곡됨에 따라, 레이저빔의 에너지 산포가 증가하였다. 그러나, 본 발명의 레이저 어닐 장치를 이용하는 경우에는, 하나의 레이저빔으로부터 분할된 4개의 빔들이 빔진동기, 빔반전기 등을 이동하는 과정에서 서로 다른 형상으로 만들진 후, 하나로 중첩됨에 따라, 4개의 빔들 각각이 왜곡된 부분을 서로 보상해주는 효과가 있다.
즉, 반전된 일 분할빔을 다른 분할빔들에 중첩시킴에 따라, 레이저빔의 상부 및 하부의 에너지 밀도를 보상해줄 수 있다. 또한, 조사점이 일 방향으로 왕복 진동되는 일 분할빔을 다른 분할빔들에 중첩시킴에 따라, 레이저빔의 좌측 및 우측의 에너지 밀도를 보상해줄 수 있다. 이에 따라, 상기 레이저 어닐 장치로부터 에너지 밀도가 균일한 레이저빔이 출사된다.
상기 레이저 어닐 장치를 이용하여 하나의 레이저빔을 분할시킨 후, 다시 중첩시키는 과정에서 분할빔들의 간섭효과(interference)에 의해 출력되는 레이저빔의 강도가 향상되게 된다.
상기 레이저 어닐 장치로부터 출력된 레이저빔을 이용하여 박막 트랜지스터를 제작하는 경우에 있어서, 상기 레이저빔을 기판에 조사하는 횟수가 증가하더라도 상기 레이저빔의 에너지 강도분포가 균일하므로, 상기 박막 트랜지스터에 가해지는 손상을 줄일 수 있다. 예를 들어, 에너지 밀도가 균일한 레이저빔을 비정질 실리콘에 조사하는 경우, 다결정 실리콘을 균일하게 형성할 수 있다. 그 결과, 품질이 향상된 상기 박막 트랜지스터를 제작할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 기준하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
BMP : 빔혼합부 BSP : 빔분리부
BVP : 빔진동부 BIP : 빔반전부
CLP : 집광부 LS1, LS2 : 제1, 제2 레이저
LB1, LB2 : 제1, 제2 레이저빔 BV1, BV2 : 제1, 제2 빔진동기
BI1, BI2 : 제1, 제2 빔반전기
BS1, BS2, BS3 : 제1 내지 제3 빔분리기
M1, M2, M3, M4, M5, M6 : 제1 내지 제6 반사경

Claims (17)

  1. 레이저로부터 출사된 빔을 반사광 및 투과광으로 분리하는 제1 빔분리기;
    상기 반사광을 제1 분할빔 및 제2 분할빔으로 분리하는 제2 빔분리기;
    상기 투과광을 제3 분할빔 및 제4 분할빔으로 분리하는 제3 빔분리기;
    상기 제1 분할빔의 조사점을 일방향으로 왕복 진동시키는 제1 빔진동기;
    상기 제2 분할빔을 반전시키는 제1 빔반전기;
    상기 제4 분할빔의 조사점을 일방향으로 왕복 진동시키는 제2 빔진동기;
    상기 제4 분할빔을 반전시키는 제2 빔반전기; 및
    상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔을 집광시키는 집광부;를 포함하는 레이저 어닐 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔의 광량 비는 1:1:1:1인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 빔반전기 및 상기 제2 빔반전기 각각은 제1 경면 내지 제4 경면을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 경면은 상기 제2 경면과 마주보며, 상기 제3 경면은 상기 제4 경면과 마주보는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 경면과 상기 제3 경면은 직각을 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 분할빔과 상기 제3 분할빔은 서로 상하좌우로 반전된 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 분할빔과 상기 제4 분할빔은 서로 상하좌우로 반전된 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 빔의 경로를 변경하는 반사경을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 레이저는 한 개 이상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  10. 레이저로부터 출사된 빔을 반사광과 투과광으로 분리하는 빔분리기;
    상기 빔분리기에 의해 분리된 빔의 조사점을 일방향으로 왕복 진동시키는 빔진동기;
    상기 빔분리기에 의해 분리된 빔을 반전시키는 빔반전기; 및
    상기 분리된 빔을 집광시키는 집광부를 포함하는 레이저 어닐 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 빔분리기는 상기 반사광과 상기 투과광의 비가 1:1이 되도록 상기 빔을 분리하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 빔반전기는 상기 빔을 상하좌우로 반전시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 빔반전기는 4개의 경면을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 장치.
  14. 레이저로부터 출사된 빔이 제1 빔분리기를 투과하는 투과광과 상기 제1 빔분리기에 의해 반사되는 반사광으로 분리되는 단계;
    상기 반사광이 제2 빔분리기를 투과하는 제1 분할빔과 상기 제2 빔분리기에 의해 반사되는 제2 분할빔으로 분리되는 단계;
    제1 빔진동기를 통해 상기 제1 분할빔의 조사점이 일방향으로 왕복 진동되는 단계;
    제1 빔반전기를 통해 상기 제2 분할빔이 반전되는 단계;
    상기 투과광이 제3 빔분리기를 투과하는 제3 분할빔과 상기 제3 빔분리기에 의해 반사되는 제4 분할빔으로 분리되는 단계;
    제2 빔진동기를 통해 상기 제4 분할빔의 조사점이 일방향으로 왕복 진동되는 단계;
    상기 제2 빔진동기를 통과한 상기 제4 분할빔이 제2 빔반전기를 통해 반전되는 단계; 및
    상기 제1 분할빔 내지 상기 제4 분할빔이 집광되는 단계를 포함하는 레이저 어닐 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 빔반전기 및 상기 제2 빔반전기 각각은 4개의 경면을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 분할빔이 반전되는 단계에 있어서,
    상기 제1 빔반전기의 제1 경면에 입사된 상기 제2 분할빔이 상기 제1 빔반전기의 제2 경면으로 반사되는 단계;
    상기 제1 빔반전기의 제2 경면에 입사된 상기 제2 분할빔이 상기 제1 빔반전기의 제3 경면으로 반사되는 단계; 및
    상기 제1 빔반전기의 제3 경면에 입사된 상기 제2 분할빔이 상기 제1 빔반전기의 제4 경면에 반사되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제4 분할빔이 반전되는 단계에 있어서,
    상기 제4 분할빔의 제1 경면에 입사된 상기 제4 분할빔이 상기 제4 분할빔의 제2 경면으로 반사되는 단계;
    상기 제4 분할빔의 제2 경면에 입사된 상기 제4 분할빔이 상기 제4 분할빔의 제3 경면을 반사되는 단계; 및
    상기 제4 분할빔의 제3 경면에 입사된 상기 제4 분할빔이 상기 제4 분할빔의 제4 경면에 반사되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐 방법.
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