KR102302777B1 - 레이저 결정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 입사 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기, 상기 입사 레이저 빔을 광변환시켜 출사 레이저 빔을 만드는 광학계, 그리고 상기 출사 레이저 빔이 조사되어 레이저 결정화되는 대상 박막이 형성된 대상 기판이 탑재되는 스테이지를 포함하고, 상기 광학계는 상기 입사 레이저 빔의 펄스 지속 시간을 증가시키는 동시에 상기 입사 레이저 빔의 펄스 모양을 상하 반전시키는 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈을 포함할 수 있다.

Description

레이저 결정화 장치{LASER CRYSTALLING APPARATUS}
본 발명은 레이저 결정화 장치에 관한 것으로서, 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하는 레이저 결정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)은 전하 운반체인 전자의 이동도가 낮은 단점이 있다. 반면에, 다결정 실리콘(Polycrystal Silicon)은 비정질 실리콘으로 제조된 박막 트랜지스터(Thin Film Ttransistor, TFT)를 기판 상에 구현하는 것이 불가능하였던 구동 회로를 기판상에 구현하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 다결정 실리콘으로 제조된 박막 트랜지스터는 기판 상에 직접 형성하므로, 복수개의 단자와 구동 집적 회로(Drriver IC)와의 접속이 불필요하게 되어, 생산성과 신뢰성을 높이고 표시 장치의 두께를 줄일 수 있다.
이러한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 저온 조건에서 제조하는 방법으로는 고상 결정화법(Solid Phase Crystallization, SPC), 금속유도 결정화법(Metal Induced Crystallization, MIC), 금속유도측면 결정화법(Metal Induced Lateral Crystallization, MILC), 엑시머 레이저 열처리법(Excimer Laser Annealing, ELA) 등이 있다. 특히, 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Diode display, OLED) 또는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD)의 제조 공정에서는 높은 에너지를 갖는 레이저 빔을 이용하여 결정화하는 엑시머 레이저 열처리법(ELA)을 사용한다.
이러한 엑시머 레이저 열처리법(ELA)의 레이저 결정화 장치에 사용하는 레이저 발생기는 펄스형 레이저 발생기로서 샷(shot)간의 세기(intensity)의 균일도가 중요하다. 펄스 익스텐더 모듈(Pulse EXtender module, PEX)을 이용하여 레이저 빔의 펄스 지속 시간(pulse duration time)을 증가시켜 레이저 빔의 펄스간 산포를 개선할 수 있다. 그러나, 펄스 익스텐더 모듈(PEX)을 이용하여 레이저 빔의 펄스간 산포를 개선할 수 있으나, 레이저 빔의 펄스 모양이 비대칭인 경우 펄스 모양간 산포를 개선하기는 어렵다.
또한, 펄스형 레이저 발생기에서 발생한 주 레이저 빔과 보조 레이저 빔을 빔 믹서 모듈(beam mixer module)을 이용하여 50% 씩 섞어주어 주 레이저 빔과 보조 레이저 빔을 균일하게 혼합할 수 있다. 그러나, 빔 믹서 모듈(beam mixer module)을 이용하여 레이저 빔의 균일도를 향상시킬 수 있으나, 레이저 빔의 펄스간 산포를 개선하기는 어렵다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저 빔의 펄스 모양간 산포를 개선할 수 있는 레이저 결정화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 입사 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기, 상기 입사 레이저 빔을 광변환시켜 출사 레이저 빔을 만드는 광학계, 그리고 상기 출사 레이저 빔이 조사되어 레이저 결정화되는 대상 박막이 형성된 대상 기판이 탑재되는 스테이지를 포함하고, 상기 광학계는 상기 입사 레이저 빔의 펄스 지속 시간을 증가시키는 동시에 상기 입사 레이저 빔의 펄스 모양을 상하 반전시키는 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈을 포함할 수 있다.
상기 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈은 빔의 일부는 반사시키고 상기 빔의 나머지 일부는 투과시키는 스플리터, 상기 빔의 전부를 반사시키는 미러를 포함하고, 상기 스플리터와 미러를 이용하여 복수개의 출사 빔을 만들고, 복수개의 출사 빔을 혼합하여 상기 출사 레이저 빔을 만들 수 있다.
상기 스플리터는 상기 입사 레이저 빔의 50%는 반사시켜 반사 빔을 만들고, 상기 입사 레이저 빔의 나머지 50%는 투과시켜 투과 빔을 만들며, 상기 미러는 상기 반사 빔을 상기 스플리터로 재입사 시키고, 상기 스플리터를 투과한 투과 빔인 제1 출사 빔과, 상기 반사 빔이 루프 경로를 진행한 후 출사한 복수개의 제2 출사 빔을 혼합하여 상기 출사 레이저 빔을 만들 수 있다.
상기 미러는 제1 미러, 제2 미러 및 제3 미러를 포함할 수 있다.
상기 루프 경로는 상기 반사 빔이 상기 제1 미러, 제2 미러 및 제3 미러에서 순차적으로 반사되어 상기 스플리터로 재입사하는 경로일 수 있다.
상기 반사 빔은 상기 루프 경로를 진행하며 상하 반전될 수 있다.
상기 제1 미러는 상기 스플리터에서 반사된 반사 빔을 반사시켜 상기 제2 미러로 입사시키고, 상기 제2 미러는 상기 제1 미러에서 반사된 반사 빔을 반사시켜 상기 제3 미러로 입사시키고, 상기 제3 미러는 상기 제2 미러에서 반사된 반사 빔을 반사시켜 상기 스플리터로 재입사시킬 수 있다.
상기 스플리터로 재입사한 반사 빔의 50%는 상기 스플리터에서 반사되어 제2출사 빔이 되고, 상기 스플리터로 재입사한 반사 빔의 나머지 50%는 상기 스플리터를 투과하여 다시 상기 루프 경로를 진행할 수 있다.
상기 루프 경로는 무한 반복되어 상기 복수개의 제2 출사 빔을 순차적으로 출사할 수 있다.
상기 스플리터는 상기 입사 레이저 빔의 50%는 반사시켜 반사 빔을 만들고, 상기 입사 레이저 빔의 나머지 50%는 투과시켜 투과 빔을 만들며, 상기 미러는 상기 투과 빔을 상기 스플리터로 재입사 시키고, 상기 스플리터에서 반사된 반사 빔인 제1 출사 빔과, 상기 투과 빔이 루프 경로를 진행한 후 출사한 복수개의 제2 출사 빔을 혼합하여 상기 출사 레이저 빔을 만들 수 있다.
상기 미러는 제1 미러 및 제2 미러를 포함할 수 있다.
상기 루프 경로는 상기 투과 빔이 상기 제1 미러 및 제2 미러에서 순차적으로 반사되어 상기 스플리터로 재입사하는 경로일 수 있다.
상기 투과 빔은 상기 루프 경로를 진행하며 상하 반전될 수 있다.
상기 제1 미러는 상기 스플리터를 투과한 투과 빔을 반사시켜 상기 제2 미러로 입사시키고, 상기 제2 미러는 상기 제1 미러에서 반사된 반사 빔을 반사시켜 상기 스플리터로 재입사시킬 수 있다.
상기 스플리터로 재입사한 반사 빔의 50%는 상기 스플리터를 투과하여 제2 출사 빔이 되고, 상기 스플리터로 재입사한 반사 빔의 나머지 50%는 상기 스플리터에서 반사되어 다시 상기 루프 경로를 진행할 수 있다.
상기 루프 경로는 무한 반복되어 상기 복수개의 제2 출사 빔을 순차적으로 출사할 수 있다.
상기 입사 레이저 빔의 펄스 지속 시간을 증가시키는 동시에 상기 입사 레이저 빔의 펄스 모양을 좌우 반전시키는 펄스 익스텐더 및 좌우 반전 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스플리터와 미러를 포함하는 광학계를 설치하여 복수개의 출사 빔을 만들고, 복수개의 출사 빔을 혼합하여 출사 레이저 빔을 만들어, 입사 레이저 빔의 펄스 모양간 산포를 출사 레이저 빔에서 보정할 수 있다.
또한, 펄스 지속 시간을 증가시킴으로써, 다결정 실리콘층의 그레인 크기를 증가시켜 공정 마진을 확대할 수 있다. 따라서, 입사 레이저 빔의 펄스간 산포를 출사 레이저 빔에서 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 광학계의 구체적인 설명도이다.
도 3은 도 2의 광학계를 통해 만들어지는 제1 출사 빔의 진행 경로를 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 광학계를 통해 만들어지는 제2 출사 빔이 진행하는 제1 루프 경로를 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 광학계를 통해 만들어지는 제3 출사 빔이 진행하는 제2 루프 경로를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 광학계를 통해 출사되는 출사 레이저 빔의 펄스 지속 시간에 따른 세기의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치의 광학계의 구체적인 설명도이다.
도 8은 도 7의 광학계를 통해 만들어지는 제1 출사 빔의 진행 경로를 도시한 도면이고, 도 9는 도 7의 광학계를 통해 만들어지는 제2 출사 빔이 진행하는 제1 루프 경로를 도시한 도면이고, 도 10은 도 7의 광학계를 통해 만들어지는 제3 출사 빔이 진행하는 제2 루프 경로를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치의 광학계의 구체적인 설명도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 광학계의 구체적인 설명도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결정화 장치는 입사 레이저 빔(1)을 발생시키는 레이저 발생기(10), 입사 레이저 빔(1)을 광변환시켜 출사 레이저 빔(1')을 만드는 광학계(20), 그리고, 출사 레이저 빔(1')이 조사되어 레이저 결정화되는 대상 박막(110)이 형성된 대상 기판(100)이 탑재되는 스테이지(30)를 포함한다.
레이저 발생기(10)에서 발생하는 입사 레이저 빔(1)은 대상 박막(110)의 상 변이를 유도하는 엑시머 레이저 빔 등으로서 출사 레이저 빔(1')으로 변환되어 대상 기판(100)에 형성된 대상 박막(110)을 결정화시킨다. 대상 박막(110)은 비정질 실리콘층일 수 있으며, 이는 저압화학 증착법, 상압화학 증착법, PECVD법(plasma enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링법, 진공증착법(vacuum evaporation) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 광학계(20)는 입사 레이저 빔(1)의 펄스 지속 시간을 증가시키는 동시에 입사 레이저 빔(1)의 펄스 모양을 상하 반전시키는 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)을 포함한다.
펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)은 빔의 일부는 반사시키고 빔의 나머지 일부는 투과시키는 스플리터(splitter)(40), 빔의 전부를 반사시키는 미러(mirror)(50)를 포함한다. 스플리터(40)와 미러(50)를 이용하여 입사 레이저 빔(1)을 복수개의 출사 빔(1A, 1B, 1C)으로 만들고, 복수개의 출사 빔(1A, 1B, 1C)을 혼합하여 출사 레이저 빔(1')을 만든다.
스플리터(40)는 입사 레이저 빔(1)의 50%는 반사시켜 반사 빔(12)을 만들고, 입사 레이저 빔(1)의 나머지 50%는 투과시켜 제1 투과 빔(11)을 만든다.
미러(50)는 반사 빔(12)을 제1 루프 경로(13)로 진행시켜 스플리터(40)로 재입사시키며, 미러(50)는 서로 이격되어 있는 제1 미러(51), 제2 미러(52) 및 제3 미러(53)를 포함할 수 있다.
또한, 스플리터(40)는 제1 루프 경로(13)를 거쳐 재입사한 반사 빔(12)의 50%를 반사시켜 제2 출사 빔(1B)으로 만들고, 반사 빔(12)의 50%는 투과시켜 제2 투과 빔(14)을 만들고, 제2 투과 빔(14)을 미러(50)를 이용하여 제2 루프 경로(15)로 진행시킨다.
스플리터(40)를 투과한 제1 투과 빔(11)인 제1 출사 빔(1A)과, 반사 빔(12)이 제1 루프 경로(13)를 진행한 후 출사한 제2 출사 빔(1B), 제2 투과 빔(14)이 제2 루프 경로(15)를 진행한 후 출사한 제3 출사 빔(1C)을 혼합하여 출사 레이저 빔(1')을 만든다.
이하에서 도 3 내지 도 5를 이용하여 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈의 구체적인 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 도 2의 광학계를 통해 만들어지는 제1 출사 빔의 진행 경로를 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 광학계를 통해 만들어지는 제2 출사 빔이 진행하는 제1 루프 경로를 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 광학계를 통해 만들어지는 제3 출사 빔이 진행하는 제2 루프 경로를 도시한 도면이다.
우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 스플리터(40)를 투과한 입사 레이저 빔(1)의 50%는 투과 빔(11)이 되어 제1 출사 빔(1A)을 형성한다. 이 때, 입사 레이저 빔(1)과 제1 출사 빔(1A)간에 상하 반전은 발생하지 않는다. 즉, 입사 레이저 빔(1)이 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지고 있을 때, 제1 출사 빔(1A)도 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지게 된다.
다음으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 스플리터(40)에서 반사한 입사 레이저 빔(1)의 50%는 반사 빔(12)이 되어 제1 미러(51), 제2 미러(52) 및 제3 미러(53)에서 순차적으로 반사되는 제1 루프 경로(13)를 진행하고, 스플리터(40)에 재입사한다. 그리고, 스플리터(40)에서 반사 빔(12)의 50%는 반사되어 제2 출사 빔(1B)을 형성한다. 이 때, 제2 출사 빔(1B)는 입사 레이저 빔(1)과 비교하여 상하 반전된다. 즉, 입사 레이저 빔(1)이 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지고 있을 때, 제2 출사 빔(1B)은 우측 하단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지게 된다.
다음으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 스플리터(40)에 재입사한 반사 빔(12)의 50%는 투과되어 제2 투과 빔(14)이 되고, 제2 투과 빔(14)은 제1 미러(51), 제2 미러(52) 및 제3 미러(53)에서 순차적으로 반사되어 제2 루프 경로(15)로 진행하고, 스플리터(40)에 재입사한다. 그리고, 스플리터(40)에서 제2 투과 빔(14)의 50%는 반사되어 제3 출사 빔(1C)을 형성한다. 이 때, 제3 출사 빔(1C)은 제2 출사 빔(1B)과 비교하여 상하 반전되므로, 입사 레이저 빔(1)과 동일한 펄스 모양을 가지게 된다. 즉, 입사 레이저 빔(1)이 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지고 있을 때, 제3 출사 빔(1C)은 우측 상단이 세기가 강한 펄스 모양을 가지게 된다.
따라서, 도 2에 도시한 바와 같이, 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양의 제1 출사 빔(1A)과, 우측 하단의 세기가 강한 펄스 모양의 제2 출사 빔(1B), 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양의 제3 출사 빔(1C)이 혼합하여 출사 레이저 빔(1')을 만든다. 이러한 출사 레이저 빔(1')은 세기가 균일한 펄스 모양을 가지게 된다.
이와 같이, 스플리터(40)와 미러(50)를 포함하는 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)을 설치하여 서로 상하 반전된 복수개의 출사 빔(1A, 1B, 1C)을 만들고, 복수개의 출사 빔(1A, 1B, 1C)을 혼합하여 출사 레이저 빔(1')을 만들어, 입사 레이저 빔(1)의 펄스 모양간 산포를 출사 레이저 빔(1')에서 보정할 수 있다. 한편, 스플리터(40)에서 제2 투과 빔(14)의 50%는 다시 투과되므로, 이후 다시 루프 경로를 진행하게 된다. 이와 같이, 루프 경로를 무한 반복하여 제4 출사 빔, 제5 출사 빔 등의 복수개의 출사 빔을 순차적으로 출사하게 된다.
도 6은 도 2의 광학계를 통해 출사되는 출사 레이저 빔의 펄스 지속 시간에 따른 세기의 변화를 도시한 그래프이다.
일 실시예에서, 입사 레이저 빔(1)이 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)을 통과하며 입사 레이저 빔(1)의 경로 길이가 2m가 되는 경우, 레이저 지연 시간(laser delay time)은 6.6ns가 된다. 따라서, 입사 레이저 빔(1)이 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)을 통과하여 6.6ns 후에 제1 출사 빔(1A)이 출사되고, 제1 출사 빔(1A)이 출사된 후 6.6ns 후에 제2 출사 빔(1B)이 출사되고, 제2 출사 빔(1B)이 출사된 후 6.6ns 후에 제3 출사 빔(1C)이 출사되므로, 이들이 혼합된 출사 레이저 빔(1')은 결과적으로 총 19.8ns의 펄스 지속 시간이 증가하게 된다.
이와 같이, 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)을 이용하여 입사 레이저 빔(1)의 경로 길이를 증가시켜 펄스 지속 시간을 증가시킴으로써, 다결정 실리콘층의 그레인 크기를 증가시킬 수 있다. 따라서, 공정 마진을 확대하여 입사 레이저 빔(1)의 펄스간 산포를 출사 레이저 빔(1')에서 개선할 수 있다.
또한, 제1 미러 내지 제3 미러(51, 52, 53)간의 거리, 제1 미러(51)와 스플리터(40) 간의 거리, 제3 미러(53)와 스플리터(40) 간의 거리를 조절하여 펄스 지속 시간을 조절할 수 있다.
한편, 상기 일 실시예에서는 미러가 제1 미러, 제2 미러 및 제3 미러를 포함하나, 마주보는 두개의 제1 미러 및 제2 미러를 이용하는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치에 대해 상세히 설명한다.
다른 실시예는 도 1 내지 도 5에 도시된 일 실시예와 비교하여 광학계만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치의 광학계의 구체적인 설명도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 광학계(20)는 입사 레이저 빔(1)의 펄스 지속 시간을 증가시키는 동시에 입사 레이저 빔(1)의 펄스 모양을 상하 반전시키는 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)을 포함한다.
펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)은 빔의 일부는 반사시키고 빔의 나머지 일부는 투과시키는 스플리터(40), 빔의 전부를 반사시키는 미러(50)를 포함한다. 스플리터(40)와 미러(50)를 이용하여 입사 레이저 빔(1)을 복수개의 출사 빔(1A, 1B, 1C)으로 만들고, 복수개의 출사 빔(1A, 1B, 1C)을 혼합하여 출사 레이저 빔(1')을 만든다.
스플리터(40)는 입사 레이저 빔(1)의 50%는 반사시켜 제1 반사 빔(111)을 만들고, 입사 레이저 빔(1)의 나머지 50%는 투과시켜 투과 빔(112)을 만든다.
미러(50)는 투과 빔(112)을 제1 루프 경로(113)로 진행시켜 스플리터(40)로 재입사시키며, 미러(50)는 서로 이격되어 있는 제1 미러(51) 및 제2 미러(52)를 포함할 수 있다.
또한, 스플리터(40)는 제1 루프 경로(113)를 거쳐 재입사한 투과 빔(112)의 50%를 투과시켜 제2 출사 빔(1B)으로 만들고, 투과 빔(112)의 50%는 반사시켜 제2 반사 빔(114)을 만들고, 제2 반사 빔(14)을 미러(50)를 이용하여 제2 루프 경로(115)로 진행시킨다.
스플리터(40)에서 반사된 제1 반사 빔(111)인 제1 출사 빔(1A)과, 투과 빔(112)이 제1 루프 경로(113)를 진행한 후 출사한 제2 출사 빔(1B), 제2 반사 빔(114)이 제2 루프 경로(115)를 진행한 후 출사한 제3 출사 빔(1C)을 혼합하여 출사 레이저 빔(1')을 만든다.
이하에서 도 8 내지 도 10을 이용하여 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈의 구체적인 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 8은 도 7의 광학계를 통해 만들어지는 제1 출사 빔의 진행 경로를 도시한 도면이고, 도 9는 도 7의 광학계를 통해 만들어지는 제2 출사 빔이 진행하는 제1 루프 경로를 도시한 도면이고, 도 10은 도 7의 광학계를 통해 만들어지는 제3 출사 빔이 진행하는 제2 루프 경로를 도시한 도면이다.
우선, 도 8에 도시한 바와 같이, 스플리터(40)에서 반사된 입사 레이저 빔(1)의 50%는 제1 반사 빔(111)이 되어 제1 출사 빔(1A)을 형성한다. 이 때, 입사 레이저 빔(1)과 제1 출사 빔(1A)간에 상하 반전은 발생하지 않는다. 즉, 입사 레이저 빔(1)이 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지고 있을 때, 제1 출사 빔(1A)도 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지게 된다.
다음으로, 도 9에 도시한 바와 같이, 스플리터(40)를 투과한 입사 레이저 빔(1)의 50%는 투과 빔(112)이 되어 제1 미러(51) 및 제2 미러(52)에서 순차적으로 반사되는 제1 루프 경로(113)를 진행하고, 스플리터(40)에 재입사한다. 그리고, 스플리터(40)에서 투과 빔(112)의 50%는 투과되어 제2 출사 빔(1B)을 형성한다. 이 때, 제2 출사 빔(1B)는 입사 레이저 빔(1)과 비교하여 상하 반전된다. 즉, 입사 레이저 빔(1)이 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지고 있을 때, 제2 출사 빔(1B)은 우측 하단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지게 된다.
다음으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 스플리터(40)에 재입사한 투과 빔(112)의 50%는 반사되어 제2 반사 빔(114)이 되고, 제2 반사 빔(114)은 제1 미러(51) 및 제2 미러(52)에서 순차적으로 반사되어 제2 루프 경로(115)로 진행하고, 스플리터(40)에 재입사한다. 그리고, 스플리터(40)에서 제2 반사 빔(14)의 50%는 투과되어 제3 출사 빔(1C)을 형성한다. 이 때, 제3 출사 빔(1C)은 제2 출사 빔(1B)과 비교하여 상하 반전되므로, 입사 레이저 빔(1)과 동일한 펄스 모양을 가지게 된다. 즉, 입사 레이저 빔(1)이 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지고 있을 때, 제3 출사 빔(1C)은 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양을 가지게 된다.
따라서, 도 7에 도시한 바와 같이, 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양의 제1 출사 빔(1A)과, 우측 하단의 세기가 강한 펄스 모양의 제2 출사 빔(1B), 우측 상단의 세기가 강한 펄스 모양의 제3 출사 빔(1C)이 혼합하여 출사 레이저 빔(1')을 만든다. 이러한 출사 레이저 빔(1')은 세기가 균일한 펄스 모양을 가지게 된다.
이와 같이, 스플리터(40)와 미러(50)를 포함하는 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)을 설치하여 서로 상하 반전된 복수개의 출사 빔(1A, 1B, 1C)을 만들고, 복수개의 출사 빔(1A, 1B, 1C)을 혼합하여 출사 레이저 빔(1')을 만들어, 입사 레이저 빔(1)의 펄스 모양간 산포를 출사 레이저 빔(1')에서 보정할 수 있다. 또한, 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)을 이용하여 입사 레이저 빔(1)의 경로 길이를 증가시켜 펄스 지속 시간을 증가시킴으로써, 다결정 실리콘층의 그레인 크기를 증가시킬 수 있다. 따라서, 공정 마진을 확대하여 입사 레이저 빔(1)의 펄스간 산포를 출사 레이저 빔(1')에서 개선할 수 있다. 또한, 제1 미러(51)와 제2 미러(52)간의 거리, 제1 미러(51)와 스플리터(40) 간의 거리, 제2 미러(52)와 스플리터(40) 간의 거리를 조절하여 펄스 지속 시간을 조절할 수 있다.
한편, 스플리터(40)에서 제2 반사 빔(114)의 50%는 다시 반사되므로, 이후 다시 루프 경로를 진행하게 된다. 이와 같이, 루프 경로를 무한 반복하여 제4 출사 빔, 제5 출사 빔 등의 복수개의 출사 빔을 순차적으로 출사하게 된다.
한편, 상기 다른 실시예에서는 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈만을 설치하였으나, 펄스 익스텐더 및 좌우 반전 모듈을 더 설치하는 또 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 11을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치에 대해 상세히 설명한다.
또 다른 실시예는 도 7 내지 도 10에 도시된 다른 실시예와 비교하여 펄스 익스텐더 및 좌우 반전 모듈이 더 설치된 것을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 결정화 장치의 광학계의 구체적인 설명도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 광학계(20)는 입사 레이저 빔(1)의 펄스 지속 시간을 증가시키는 동시에 입사 레이저 빔(1)의 펄스 모양을 상하 반전시키는 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)과, 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)에서 출사된 출사 레이저 빔(1')의 펄스 지속 시간을 증가시키는 동시에 출사 레이저 빔(1')의 펄스 모양을 좌우 반전시키는 펄스 익스텐더 및 좌우 반전 모듈(22)을 포함한다.
펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈(21)을 통해 출사된 출사 레이저 빔(1')은 입사 레이저 빔(1)의 펄스 모양간 산포를 보정할 수 있다. 그러나, 빔의 상하 반전만 가능하므로 출사 레이저 빔(1')의 좌우측간 세기의 편차가 발생할 수 있다. 이러한 출사 레이저 빔(1')의 좌우측간 세기의 편차가 보정하기 위해 펄스 익스텐더 및 좌우 반전 모듈(22)을 설치한다. 출사 레이저 빔(1')은 다시 입사 레이저 빔(2)이 되어 펄스 익스텐더 및 좌우 반전 모듈(22)로 입사한다.
펄스 익스텐더 및 좌우 반전 모듈(22)은 빔의 일부는 반사시키고 빔의 나머지 일부는 투과시키는 스플리터(60), 빔의 전부를 반사시키는 미러(70)를 포함한다. 스플리터(60)와 미러(70)를 이용하여 입사 레이저 빔(2)을 복수개의 출사 빔(2A, 2B, 2C)으로 만들고, 복수개의 출사 빔(2A, 2B, 2C)을 혼합하여 출사 레이저 빔(2')을 만든다.
스플리터(60)는 입사 레이저 빔(2)의 50%는 반사시켜 제1 반사 빔(111)을 만들고, 입사 레이저 빔(2)의 나머지 50%는 투과시켜 투과 빔(112)을 만든다.
미러(70)는 투과 빔(112)을 제1 루프 경로(113)로 진행시켜 스플리터(60)로 재입사시키며, 미러(70)는 서로 이격되어 있는 제1 미러(71) 및 제2 미러(72)를 포함할 수 있다.
또한, 스플리터(60)는 제1 루프 경로(113)를 거쳐 재입사한 투과 빔(112)의 50%를 투과시켜 제2 출사 빔(2B)으로 만들고, 투과 빔(112)의 50%는 반사시켜 제2 반사 빔(114)을 만들고, 제2 반사 빔(114)을 미러(51, 52)를 이용하여 제2 루프 경로(115)로 진행시킨다.
스플리터(60)에서 반사된 제1 반사 빔(111)인 제1 출사 빔(2A)과, 투과 빔(112)이 제1 루프 경로(113)를 진행한 후 출사한 제2 출사 빔(2B), 제2 반사 빔(114)이 제2 루프 경로(115)를 진행한 후 출사한 제3 출사 빔(2C)을 혼합하여 출사 레이저 빔(2')을 만든다.
입사 레이저 빔(2)과 제1 출사 빔(2A)간에 상하 반전은 발생하지 않으므로, 입사 레이저 빔(2)이 우측의 세기가 강한 펄스 모양을 가지고 있을 때, 제1 출사 빔(2A)도 우측의 세기가 강한 펄스 모양을 가지게 된다. 그리고, 제2 출사 빔(2B)는 입사 레이저 빔(2)과 비교하여 좌우 반전되므로 제2 출사 빔(2B)은 좌측의 세기가 강한 펄스 모양을 가지게 된다. 그리고, 제3 출사 빔(2C)은 제2 출사 빔(2B)과 비교하여 좌우 반전되므로, 입사 레이저 빔(2)과 동일한 펄스 모양을 가지게 된다. 즉, 입사 레이저 빔(2)이 우측의 세기가 강한 펄스 모양을 가지고 있을 때, 제3 출사 빔(2C)은 우측의 세기가 강한 펄스 모양을 가지게 된다.
따라서, 도 11에 도시한 바와 같이, 우측의 세기가 강한 펄스 모양의 제1 출사 빔(2A)과, 좌측의 세기가 강한 펄스 모양의 제2 출사 빔(2B), 우측의 세기가 강한 펄스 모양의 제3 출사 빔(2C)이 혼합하여 출사 레이저 빔(2')을 만든다. 이러한 출사 레이저 빔(2')은 좌우 상하 모두의 세기가 균일한 펄스 모양을 가지게 된다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
1, 2: 입사 레이저 빔 1', 2': 출사 레이저 빔
10: 레이저 발생기 20: 광학계
21: 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈
22: 펄스 익스텐더 및 좌우 반전 모듈
30: 스테이지 40, 60: 스플리터
50, 70: 미러

Claims (17)

  1. 입사 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기,
    상기 입사 레이저 빔을 광변환시켜 출사 레이저 빔을 만드는 광학계, 그리고
    상기 출사 레이저 빔이 조사되어 레이저 결정화되는 대상 박막이 형성된 대상 기판이 탑재되는 스테이지를 포함하고,
    상기 광학계는
    상기 입사 레이저 빔의 펄스 지속 시간을 증가시키는 동시에 상기 입사 레이저 빔의 펄스 모양을 상하 반전시키는 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈을 포함하고,
    상기 펄스 익스텐더 및 상하 반전 모듈은
    빔의 일부는 반사시켜 반사 빔을 만들고 상기 빔의 나머지 일부는 투과시켜 투과 빔을 만드는 스플리터,
    상기 투과 빔의 전부를 순차적으로 반사시켜 상기 스플리터로 재입사 시키는 제1 미러 및 제2 미러를 포함하고,
    상기 스플리터에서 반사된 상기 반사 빔인 제1 출사 빔과, 상기 투과 빔이 상기 제1 미러 및 제2 미러에서 순차적으로 반사되어 상기 스플리터로 재입사되는 루프 경로를 진행한 후 출사한 제2 출사 빔을 혼합하여 출사 레이저 빔을 만들고,
    상기 투과 빔은 상기 루프 경로를 진행하며 상하 반전되는 레이저 결정화 장치.
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  10. 제1항에서,
    상기 스플리터는 상기 입사 레이저 빔의 50%는 반사시켜 반사 빔을 만들고, 상기 입사 레이저 빔의 나머지 50%는 투과시켜 투과 빔을 만드는 레이저 결정화 장치.
  11. 삭제
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  14. 제10항에서,
    상기 제1 미러는 상기 스플리터를 투과한 투과 빔을 반사시켜 상기 제2 미러로 입사시키고,
    상기 제2 미러는 상기 제1 미러에서 반사된 반사 빔을 반사시켜 상기 스플리터로 재입사시키는 레이저 결정화 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 스플리터로 재입사한 반사 빔의 50%는 상기 스플리터를 투과하여 상기 제2 출사 빔이 되고, 상기 스플리터로 재입사한 반사 빔의 나머지 50%는 상기 스플리터에서 반사되어 다시 상기 루프 경로를 진행하는 레이저 결정화 장치.
  16. 제10항에서,
    상기 루프 경로는 무한 반복되어 복수개의 상기 제2 출사 빔을 순차적으로 출사하는 레이저 결정화 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 입사 레이저 빔의 펄스 지속 시간을 증가시키는 동시에 상기 입사 레이저 빔의 펄스 모양을 좌우 반전시키는 펄스 익스텐더 및 좌우 반전 모듈을 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
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