KR102409834B1 - 레이저 결정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저 빔 형태의 적어도 하나의 입력광을 발생시키는 레이저 발생기, 입력광을 적어도 하나의 출력광으로 변환하는 광학계, 및 피가공물이 안착되고, 출력광이 조사되는 스테이지를 포함하고, 광학계는, 입력광의 편광 상태를 변경하는 제1 편광 회전기, 광경로 상에서 제1 편광회전기의 후방에 배치되고, 입사되는 광을 편광 상태에 따라 투과 또는 반사하여, 입사 되는광을 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 진행하는 광들로 분기시키는 편광 빔스플리터, 편광 빔스플리터로부터 분기된 광 중 제1 방향으로 진행하는 광을 반사하여 다시 편광 빔스플리터를 향하도록 루프를 형성하는 복수의 미러들, 및 광경로 상에서 편광 빔스플리터와 스테이지 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제1 보상 부재를 포함한다.

Description

레이저 결정화 장치{LASER CRYSTALLING APPARATUS}

본 발명은 레이저 결정화 장치 에 관한 것으로, 레이저 빔의 반치폭을 증가시키는 레이저 결정화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 표시 장치와 같은 전기 전자 소자는 박막 트랜지스터에 의하여 구동된다. 높은 이동도 등의 장점을 가진 결정질 실리콘을 박막 트랜지스터의 활성층으로 사용하기 위하여, 비정질 다결정 박막, 예를 들어 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 과정이 필요하다.

비정질 실리콘 박막을 결정질 실리콘 박막으로 결정화하기 위해서는 일정한 양의 에너지로 레이저를 조사해야 한다.

본 발명의 목적은 레이저 빔의 반치폭을 증가시키는 레이저 결정화 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저 빔 형태의 적어도 하나의 입력광을 발생시키는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기에서 제공받은 상기 입력광을 적어도 하나의 출력광으로 변환하는 광학계, 및 피가공물이 안착되고, 상기 출력광이 조사되는 스테이지를 포함하고, 상기 광학계는, 상기 입력광의 편광 상태를 변경하는 제1 편광 회전기, 광경로 상에서 상기 제1 편광회전기의 후방에 배치되고, 입사되는 광을 편광 상태에 따라 투과 또는 반사하여, 상기 입사되는 광을 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 진행하는 광들로 분기시키는 편광 빔스플리터, 상기 편광 빔스플리터로부터 분기된 광 중 상기 제1 방향으로 진행하는 광을 반사하여 다시 상기 편광 빔스플리터를 향하도록 루프를 형성하는 복수의 미러들, 및 상기 광경로 상에서 상기 편광 빔스플리터와 상기 스테이지 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제1 보상 부재를 포함하고, 상기 편광 빔스플리터에 의하여 분기된 광 중 상기 제2 방향으로 진행하는 광은 상기 스테이지를 향하여 조사된다.

상기 편광 빔스플리터에 의하여 상기 제1 방향으로 분기된 광은 상기 루프를 제1 내지 제n 차례 통과하고, 상기 제n 번째 루프를 통과한 후 상기 제2 방향으로 분기된 광들은, 제n-1번째 루프를 통과한 후 상기 제2 방향으로 분기된 광들과 혼합되고, 상기 n은 자연수이다.

상기 혼합된 광은 하나의 펄스 형태를 갖고, 상기 혼합된 광의 반치폭은 상기 입력광의 반치폭보다 크다.

상기 편광 빔스플리터로부터 복수의 미러들로 제공되는 광량은 상기 루프 횟수가 증가할수록 감소하고, 상기 루프 횟수가 4 이상일 때, 상기 혼합된 출력광의 광량은 상기 입력광의 광량의 90% 이상이다.

상기 제1 편광 회전기는 반파장 플레이트를 포함한다

상기 광경로 상에서 상기 광학계와 상기 스테이지 사이에 배치되는 빔 스플리터, 및 상기 빔 스플리터로부터 분기된 광 중 일부를 제공받아 상기 혼합된 광의 세기 및 반치폭을 측정하는 모니터링부를 더 포함한다.

상기 제1 편광 회전기는 상기 반파장 플레이트를 회전시키는 회전 부재를 더 포함한다.

상기 모니터링부는 상기 회전 부재를 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 입력광은 고체 레이저이다.

상기 광경로 상에서 상기 광학계의 최후방에 배치되어 입사되는 광의 편광 상태를 변경시키는 제2 편광 회전기를 더 포함하고, 상기 입력광의 편광 상태와 상기 출력광의 편광 상태는 동일하다.

상기 입력광은 엑시머 레이저이다.

상기 레이저 발생기와 상기 광학계 사이에 배치되고, 상기 입력광을 선편광시키는 편광판을 더 포함한다.

상기 광학계는, 상기 광경로 상에서 상기 편광 빔스플리터와 상기 스테이지 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제1 보상 부재를 더 포함한다.

상기 광학계는, 상기 복수의 미러들 사이 또는 상기 복수의 미러들 및 상기 편광 빔스플리터 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제2 보상 부재를 더 포함한다.

상기 루프의 길이는 1m 이상 10m 이하이다.

상기 편광 빔스플리터는 일 편광 상태에 대하여 20% 이상 80% 이하의 반사율을 갖는다.

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저 빔 형태의 적어도 하나의 입력광을 발생시키는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기에서 제공받은 상기 입력광을 적어도 하나의 출력광으로 변환하는 광학계, 및 피가공물이 안착되고, 상기 출력광이 조사되는 스테이지를 포함하고, 상기 광학계는, 상기 입력광의 편광 상태를 변경하는 제1 편광 회전기, 광경로 상에서 상기 제1 편광회전기의 후방에 배치되고, 입사되는 광을 제n 루프광 및 제n 펄스광으로 분기시키는 편광 빔스플리터, 상기 편광 빔스플리터로부터 분기된 광 중 상기 제n 루프광을 반사하여 상기 편광 빔스플리터를 향하도록 재입사시키는 복수의 미러들, 및 상기 광경로 상에서 상기 편광 빔스플리터와 상기 스테이지 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제1 보상 부재를 포함하고, 상기 제n 펄스광은 상기 스테이지를 향하여 조사되고, 상기 복수의 미러들에 의하여 상기 편광 빔스플리터로 재입사된 상기 제n 루프광은 상기 편광 빔스플리터에 의하여 제n+1 루프광 및 제n+1 펄스광으로 재분기되고, 상기 n은 자연수이다.

상기 제n+1 펄스광의 광경로는 상기 제n 펄스광의 광경로보다 길다.

상기 제1 내지 제n+1 펄스광들은 서로 혼합되어 하나의 펄스 형태를 갖고, 상기 혼합된 광의 반치폭은 상기 입력광의 반치폭보다 크다.

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저 빔 형태의 적어도 하나의 입력광을 발생시키는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기에서 제공받은 상기 입력광을 적어도 하나의 출력광으로 변환하는 광학계, 및 피가공물이 안착되고, 상기 출력광이 조사되는 스테이지를 포함하고, 상기 광학계는, 상기 입력광의 편광 상태를 변경하는 제1 편광 회전기, 광경로 상에서 상기 제1 편광회전기의 후방에 배치되고, 입사되는 광을 편광 상태에 따라 투과 또는 반사하여, 상기 입사되는 광을 두 개의 광들로 분기시키고, 상기 분기된 광들 중 하나의 광을 상기 스테이지를 향하도록 제공하는 편광 빔스플리터, 상기 편광 빔스플리터로부터 분기된 광들 중 나머지 하나의 광을 상기 편광 빔스플리터로 재입사되도록 반사하는 복수의 미러들; 및 상기 광경로 상에서 상기 편광 빔스플리터와 상기 스테이지 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제1 보상 부재를 포함하고, 상기 편광 빔스플리터로 재입사하는 횟수가 증가할수록 상기 출력광의 반치폭이 증가한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 레이저 빔의 반치폭이 증가될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 개략적인 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광학계의 개략적인 모식도이다
도 3은 펄스광들 각각의 시간에 따른 세기를 나타낸 그래프이다.
도 4는 루프를 통과하는 광과 루프를 통과하지 않는 광의 시간에 따른 세기를 비교한 그래프이다.
도 5는 일 편광 상태의 광에 대한 편광 빔스플리터의 투과율에 따른 반치폭을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 개략적인 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학계의 개략적인 모식도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학계의 개략적인 모식도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학계의 개략적인 모식도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학계의 개략적인 모식도이다.

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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면,

소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제 1, 제 2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 소자, 제 1 구성요소 또는 제 1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 소자, 제 2 구성요소 또는 제 2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 개략적인 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치는 레이저 발생기(100), 광학계(200) 및 스테이지(300)를 포함한다.

레이저 발생기(100)는 입력광(IL)을 발생시킨다. 본 실시 예에서, 입력광(IL)은 고체 레이저(Solid Laser)일 수 있다. 즉, 레이저 발생기(100)에서 발생된 입력광(IL)은 선편광 상태의 광일 수 있다. 예시적으로, 입력광(IL)은 P편광 상태의 광 및 S편광 상태의 광을 포함한다.

도 1 및 도 2에서는 하나의 레이저 발생기(100)만이 도시되었으나, 본 발명의 레이저 발생기(100)의 개수에 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 실시 예에서는 레이저 발생기(100)가 복수로 제공될 수 있다.

광학계(200)는 레이저 발생기(100)로부터 제공받은 입력광(IL)을 적어도 하나의 출력광(OL)으로 변환한다. 광학계(200)는 광경로 상에서, 스테이지(300)와 레이저 발생기(100) 사이에 배치되어, 적어도 하나의 출력광(OL)을 스테이지(300)를 향하는 방향으로 조사한다.

본 실시 예에서는 하나의 광학계(200)가 설명되나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000)는 후술되는 광학계(200)와 독립된 기능을 하는 복수의 광학계들(미도시)을 더 포함할 수 있다.

이하, 도 2에서 광학계(200)에 관하여 보다 상세히 후술된다.

스테이지(300)는 피가공물(10)을 지지한다. 스테이지(300)는 평탄면을 제공한다. 도면에 도시되지 않았으나, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000)는 스테이지(300)의 하부 또는 측면에 배치되어 스테이지(300)를 이동시키는 스테이지 이동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

광학계(200)로부터 출사된 출력광(OL)은 스테이지(300) 상에 안착된 피가공물(10)에 조사될 수 있다. 본 실시 예에서, 출력광(OL)은 피가공물(10)의 상면에 형성된 박막을 결정화시킬 수 있다. 구체적으로, 피가공물(10)은 비정질 실리콘층(Amorphous Silicon Layer)을 포함할 수 있다. 피가공물(10)은 저압 화학 증착법, 상압 화학 증착법, PECVD법 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링법, 진공증착법(vacuum evaporation) 등의 방법으로 형성될 수 있다. 본 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000)는 피가공물(10)에 출력광(OL)을 조사함으로써, 피가공물(10)의 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층(Poly-crystal Silicon Layer)으로　결정화시킬 수 있다.

도면에 도시되지 않았으나, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000)는 광경로 상에서, 광학계(200) 및 스테이지(300) 사이에 배치되는 적어도 하나의 방향 전환 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 방향 전환 부재(미도시)는 갈바노미터 스캐너(Galvanometer Scanner) 또는 미러(Mirror)일 수 있다. 방향 전환 부재(미도시)는 광학계(200)로부터 제공된 출력광(OL)이 스테이지(300)를 향하도록 출력광(OL)의 방향을 변경시킨다.

도 2는 도 1에 도시된 광학계의 개략적인 모식도이다

도 2를 참조하면, 광학계(200)는 제1 편광 회전기(PR1), 편광 빔스플리터(PBS) 및 복수의 미러들(M1~M4)을 포함한다.

제1 편광 회전기(PR1)는 입력광(IL)의 편광 상태를 변경한다. 즉, 제1 편광 회전기(PR1)는 입력광(IL)이 갖는 P편광 상태의 광 및 S편광 상태의 광의 비율을 변경할 수 있다.

구체적으로, 제1 편광 회전기(PR1)는 입력광(IL)의 일 성분의 위상을 최대 λ/2만큼 지연시킨다. 즉, 본 실시 예에 따른 제1 편광 회전기(PR1)는 반파장 플레이트를 포함할 수 있다. 입력광(IL)은 제1 편광 회전기(PR1)에 의하여 변조광(PL)으로 변환될 수 있다.

도면에 도시되지 않았으나, 본 발명의 실시 예에 따른 제1 편광 회전기(PR1)는 반파장 플레이트의 광축을 회전시키는 회전 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 회전 부재(미도시)는 외부로부터 전기적 신호를 수신하여 광축이 회전하는 각도를 조절할 수 있다. 회전 부재(미도시)에 의하여 변조광(PL)을 사용자가 원하는 편광 상태로 변환할 수 있다. 변조광(PL)은 편광 빔스플리터(PBS)로 입사된다.

편광 빔스플리터(PBS)는 광경로 상에서 제1 편광 회전기(PR1)의 후방에 배치된다. 편광 빔스플리터(PBS)는 입사하는 광의 편광 상태에 따라 일부를 투과하고, 나머지 일부를 반사한다. 본 발명의 편광 빔스플리터(PBS)는 일 편광 상태에 대하여 약 20% 이상 80% 이하의 투과율 또는 반사율을 가질 수 있다. 본 실시 예에서, 일 편광 상태에 대하여 약 70% 이상 80% 이하의 반사율을 갖는 편광 빔스플리터(PBS)가 도시되었다.

본 실시 예에서, 편광 빔스플리터(PBS)는 입사하는 광이 진행하는 방향과 소정의 각도를 갖도록 배치된다. 따라서, 편광 빔스플리터(PBS)로 입사된 광은 두 방향으로 진행하도록 분기될 수 있다. 본 실시 예에서, 편광 빔스플리터(PBS)에서 분기되는 광은 복수의 미러들(M1~M4) 중 어느 하나를 향하는 제1 방향 및 스테이지를 향하는 제2 방향으로 분기될 수 있다. 예시적으로, 본 실시 예에서, 상기 소정의 각도는 약 45도 또는 약 135도 일수 있다. 즉, 제1 방향 및 제2 방향은 수직일 수 있다. 그러나, 본 발명은 편광 빔스플리터(PBS)가 배치되는 상기 소정의 각도의 크기에 특별히 한정되지 않는다.

복수의 미러들(M1~M4)은 광경로 상에서 제1 편광 회전기(PR1)의 후방에 배치된다. 본 실시 예에 따른 복수의 미러들(M1~M4)은 제1 내지 제4 미러들(M1~M4)을 포함한다. 그러나, 본 발명이 미러들의 개수에 특별히 한정되는 것은 아니다.

제1 내지 제4 미러들(M1~M4)은 편광 빔스플리터(PBS)로부터 분기된 광 중 일부를 반사하여 편광 빔스플리터(PBS)로 재입사시킨다. 편광 빔스플리터(PBS)로 재입사된 광은 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 또 다시 분기된다. 즉, 제1 내지 제4 미러들(M1~M4)은 편광 빔스플리터(PBS)로부터 광을 제공받고, 제공받은 광을 반사시켜 다시 편광 빔스플리터(PBS)로 제공함으로써, 루프(LP)를 형성할 수 있다. 즉, 상기 루프(LP)에 입사하는 광의 광경로는 폐곡선 형태를 가질 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 편광 빔스플리터(PBS)로 입사된 변조광(PL) 중 편광 빔스플리터(PBS)를 투과한 광은 제1 펄스광(DA1)으로 정의된다. 제1 펄스광(DA1)은 스테이지(300)를 향하는 방향인 제2 방향으로 진행한다.

편광 빔스플리터(PBS)로 입사된 변조광(PL) 중 편광 빔스플리터(PBS)에서 반사된 광은 제1 루프광(LL1)으로 정의된다. 제1 루프광(LL1)은 제1 방향으로 진행하여 제1 미러(M1)에 입사된다.

제1 미러(M1)에 입사된 제1 루프광(LL1)은 제1 내지 제4 미러들(M1~M4)에 차례로 반사되어 제1 루프(LP1)를 통과한다. 제1 루프광(LL1)은 제1 루프(LP1)를 통과함에 따라 광경로가 증가한다. 광경로가 증가된 제1 루프광(LL1)은 편광 빔스플리터(PBS)에 재입사되어 제1 방향 및 제2 방향으로 재분기된다.

편광 빔스플리터(PBS)로 재입사된 제1 루프광(LL1) 중 편광 빔스플리터(PBS)에 반사된 광은 제2 펄스광(DA2)으로 정의된다. 제2 펄스광(DA2)은 스테이지(300)를 향하는 제2 방향으로 진행한다. 제2 펄스광(DA2)의 광경로는 제1 펄스광(DA1)의 광경로보다 제1 루프(LP1)의 길이만큼 길다. 제2 펄스광(DA2)은 제1 펄스광(DA1)과 제1 루프(LP1)의 길이에 대응하는 시간차를 두고 혼합된다.

편광 빔스플리터(PBS)로 입사된 제1 루프광(LL1) 중 편광 빔스플리터(PBS)를 투과한 광은 제2 루프광(LL2)으로 정의된다. 제2 루프광(LL2)은 제1 방향으로 진행하여 제1 미러(M1)에 입사된다.

제1 미러(M1)에 입사된 제2 루프광(LL2)은 제2 루프(LP2)를 통과한다. 제2 루프(LP2)가 형성하는 광경로는 제1 루프(LP1)가 형성하는 광경로와 동일하다. 제2 루프광(LL2)은 제2 루프(LP2)를 통과함에 따라 광경로가 증가된다. 광경로가 증가된 제2 루프광(LL2)은 편광 빔스플리터(PBS)에 재입사되어 제1 방향 및 제2 방향으로 재분기된다.

편광 빔스플리터(PBS)로 재입된 제2 루프광(LL2) 중 편광 빔스플리터(PBS)에서 반사된 제3 펄스광(DA3)은 스테이지(300)를 향하는 제2 방향으로 진행한다. 제3 펄스광(DA3)의 광경로는 제2 펄스광(DA2)의 광경로보다 제2 루프(LP2)의 길이만큼 길다. 제3 펄스광(DA3)은 제2 펄스광(DA2)과 제2 루프(LP2)의 길이에 대응하는 시간차를 두고 혼합된다.

편광 빔스플리터(PBS)로 재입사된 제2 루프광(LL2) 중 편광 빔스플리터(PBS)를 투과한 제3 루프광(LL3)은 제1 방향으로 진행하여 제3 루프(LP3)를 통과한다. 제3 루프(LP3)를 통과함에 따라 제3 루프광(LL3)의 광경로가 증가된다. 광경로가 증가된 제3 루프광(LL3)은 편광 빔스플리터(PBS)에 재입사되어 제1 방향 및 제2 방향으로 재분기된다.

이처럼, 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 제1 방향으로 분기된 루프광들(LL)은 루프(LP)를 제1 내지 제n 차례(n은 자연수) 통과한다. 즉, 제n 루프(LP)를 통과하여 편광 빔스플리터(PBS)로 입사된 제n 루프광은 제n+1 펄스광 및 제n+1 루프광으로 재분기된다. 도 2에서는 제1 방향으로 분기된 제4 루프광(LL1~LL4)이 제4 차례 루프(LP1~LP4)를 통과하는 경우(n=4)가 도시되었으나, 본 발명이 n의 크기에 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 2에서는 제5 루프광의 도시가 생략되었다.

펄스광들(DA)은 서로 혼합되어 가공광(ML)을 형성한다. 가공광(ML)은 하나의 펄스 형태를 갖는다. 본 실시 예에 따르면, 가공광(ML)은 출력광(OL)의 형태로 피가공물(10)에 조사된다.

도 3은 펄스광들 각각의 시간에 따른 세기를 나타낸 그래프이다.

도 3을 더 참조하면, 본 실시 예에 따른 루프(LP)를 통과하는 광은 복수의 미러(M1~M4)에 의하여 광경로가 증가될 수 있다. n이 1보다 큰 경우, 제n-1 루프를 통과한 제n 펄스광의 광경로는 제n-2 루프를 통과한 제n-1 펄스광의 광경로보다 길다. 제0 루프를 통과한 광은 루프(LP)를 통과하지 않은 광인 제1 펄스광(DA1)으로 정의된다. 본 실시 예에서, 하나의 루프(LP)가 형성하는 광경로는 약 1m 이상 10m 이하일 수 있다.

또한, 본 실시 예에 따르면, 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 분기되는 횟수 n의 크기가 증가할수록, 편광 빔스플리터(PBS)로 분기되는 제n 펄스광(DA)의 광량이 감소된다. 예시적으로, n이 1보다 큰 경우, 제2 펄스광의 광량은 제1 펄스광의 광량의 약 20% 내지 30%이고, 제 n+1펄스광의 광량은 제n 펄스광의 광량의 약 70% 내지 80%일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, n이 4이상일 때, 출력광(OL)의 광량은 입력광(IL)의 광량의 약 90% 이상일 수 있다.

도 4는 루프를 통과하는 광과 루프를 통과하지 않는 광의 시간에 따른 세기를 비교한 그래프이다.

도 4를 더 참조하면, 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 제2 방향으로 분기된 제1 내지 제n+1 펄스광들(DA)은 스테이지(300)를 향하여 진행한다. 제1 내지 제n+1 펄스광들(DA)은 서로 시간차를 두고 혼합될 수 있다. 혼합된 광은 가공광(ML)을 형성한다. 본 실시 예에 따르면, 가공광(ML)은 출력광(OL)의 형태로 피가공물(10)에 조사된다.

제n 루프(LP)를 통과한 후 편광 빔 스플리터(PBS)에서 분기되어 스테이지(300)를 향하는 제n+1 펄스광은 제n 펄스광보다 피가공물(10)에 조사되는 시간이 지연될 수 있다. 따라서, 가공광(ML)은 입력광(IL) 대비 스테이지(300)에 조사되는 조사 시간이 증가될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따르면, 편광 빔스플리터(PBS)에 입사되는 입력광(IL)의 적어도 일부는 복수의 미러들(M1~M4)이 형성하는 루프(LP)에 의하여 광경로가 증가될 수 있다. 즉, 루프(LP)를 제1 내지 제n 차례 통과한 광들은 각각 루프(LP) 길이의 제1 내지 제n 배만큼 광경로가 증가될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제n 차례 루프(LP)를 통과한 광들이 최종적으로 혼합된 가공광(ML)은 입력광(IL)에 대비하여, 최대 세기가 감소되고, 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum)은 증가될 수 있다. 즉, 출력광(OL)의 반치폭(W2)은 루프(LP)를 통과하지 않은 입력광(IL)의 반치폭(W1)보다 클 수 있다.

도 5는 일 편광 상태의 광에 대한 편광 빔스플리터의 투과율에 따른 반치폭을 나타내는 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 일 편광 상태의 광에 대한 편광 빔 스플리터(PBS)의 투과율 및 반사율을 조절하여, 사용자가 원하는 반치폭을 갖는 출력광(OL)을 형성할 수 있다. 예시적으로, 본 실시 예에서는 투과율이 약 20% 내지 30%이고, 반사율이 약 70% 내지 80%인 편광 빔스플리터(PBS)가 제공될 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따르면, 광학계(200)에 입사되는 광을 복수번 분기하여 조사 시간을 지연시킨 후, 다시 혼합함에 따라, 출력광(OL)의 반치폭을 증가시킬 수 있다. 즉, 피가공물(10)에 대한 조사 시간을 증가시킴으로써, 피가공물(10)을 용이하게 결정화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 편광 회전기(PBS) 및 편광 빔스플리터(PBS)를 이용하여, 편광 상태에 따라 입사되는 광량을 용이하게 변경시킬 수 있다. 즉, 출력광(OL)의 반치폭을 용이하게 변경시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치의 개략적인 모식도이다.

설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시 예와 다른 점을 위주로 설명하며, 생략된 부분은 본 발명의 일 실시 예에 따른다. 또한, 앞서 설명된 구성 요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성 요소들에 대한 중복된 설명은 생략한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000-1)의 레이저 발생기(100)가 발생시키는 입력광(IL)은 무편광 상태의 광일 수 있다. 예시적으로, 본 실시 예에 따른 입력광(IL)은 엑시머 레이저(Eximer Laser)일 수 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000-1)는 레이저 발생기(100) 및 광학계(200) 사이에 배치되는 편광 변조기(POL)를 더 포함할 수 있다. 편광 변조기(POL)는 레이저 발생기(100)로부터 제공되는 입력광(IL)의 편광 방향을 변경시킨다. 구체적으로, 편광 변조기(POL)는 레이저 발생기(100)로부터 제공되는 입력광(IL)을 선편광된 광(IL')으로 변환시킨다. 예시적으로, 편광 변조기(POL)는 적어도 하나의 직선 편광자(POL, Polarizer)를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학계의 개략적인 모식도이다.

설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시 예와 다른 점을 위주로 설명하며, 생략된 부분은 본 발명의 일 실시 예에 따른다. 또한, 앞서 설명된 구성 요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성 요소들에 대한 중복된 설명은 생략한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000-2)의 광학계(200-2)는 제2 편광 회전기(PR2)를 더 포함한다. 제2 편광 회전기(PR2)는 광학계(200)의 최후방에 배치된다. 제2 편광 회전기(PR2)는 입사하는 가공광(ML)의 일 성분의 위상을 최대 λ/2만큼 지연시킨다. 즉, 본 실시 예에 따른 제2 편광 회전기(PR2)는 반파장 플레이트를 포함할 수 있다. 가공광(ML)은 제2 편광 회전기(PR2)에 의하여 편광 상태가 변환된 후, 출력광(OL)의 형태로 스테이지(300)에 조사된다.

본 실시 예에 따르면, 제2 편광 회전기(PR2)는 제1 편광 회전기(PR1)에 의하여 변환된 편광 상태를 제1 편광 회전기(PR1)에 입사하기 전의 편광 상태로 되돌리는 역할을 할 수 있다. 즉, 본 실시 예에 따르면, 입력광(IL)의 편광 상태와 출력광(OL)의 편광 상태는 동일할 수 있다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예시적으로, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제2 편광 회전기(PR2)를 이용하여, 사용자의 임의에 따라 출력광(OL)의 편광 방향을 조절할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학계의 개략적인 모식도이다.

설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시 예와 다른 점을 위주로 설명하며, 생략된 부분은 본 발명의 일 실시 예에 따른다. 또한, 앞서 설명된 구성 요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성 요소들에 대한 중복된 설명은 생략한다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000-3)의 광학계(200-3)는 제1 보상 부재(CPS1)을 더 포함할 수 있다. 제1 보상 부재(CPS1)는 광경로 상에서, 편광 빔스플리터(PBS)의 후방에 배치될 수 있다.

제1 보상 부재(CPS1)는 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 굴절된 광의 경로를 보상하는 역할을 한다. 예시적으로, 도 8에 도시된 광학계(200-3)에 따르면, 편광 빔스플리터(PBS)를 투과한 제1 펄스광(DA1)은 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 굴절될 수 있다. 제1 펄스광(DA1)이 굴절되는 정도는 편광 빔스플리터(PBS)의 재질 및 두께에 따라 결정될 수 있다.

본 실시 예에 따른 제1 보상 부재(CPS1)는 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 굴절된 제1 펄스광(DA1)의 경로를 보상하는 역할을 한다. 예시적으로, 제1 보상 부재(CPS1)의 재질 및 두께는 편광 빔스플리터(PBS)의 재질 및 두께와 동일할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제1 보상 부재(CPS1)는 곡률을 갖는 렌즈 형태일 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학계의 개략적인 모식도이다.

설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시 예와 다른 점을 위주로 설명하며, 생략된 부분은 본 발명의 일 실시 예에 따른다. 또한, 앞서 설명된 구성 요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성 요소들에 대한 중복된 설명은 생략한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000-4)의 광학계(200-4)는 제2 보상 부재(CPS2)를 더 포함할 수 있다. 제2 보상 부재(CPS2)는 복수의 미러들(M1~M4)이 형성하는 루프(LP1~LP4) 내에 배치될 수 있다.

제2 보상 부재(CPS2)는 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 굴절된 광의 경로를 보상하는 역할을 한다. 도 9에 도시된 광학계(200-4)에 따르면, 편광 빔스플리터(PBS)를 반사한 제2 내지 제n 루프광(LL)은 제n 차례 루프를 통과할 때마다 편광 빔스플리터(PBS)를 제n 차례 투과한다. 제2 루프광(LL1)은 편광 빔스플리터(PBS)를 투과하지 않는다. 편광 빔스플리터(PBS)를 투과한 제2 내지 제n 루프광(LL)은 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 굴절될 수 있다. 제2 내지 제n 루프광(LL)이 굴절되는 정도는 편광 빔스플리터(PBS)의 재질 및 두께에 따라 결정될 수 있다.

본 실시 예에 따른 제2 보상 부재(CPS2)는 편광 빔스플리터(PBS)에 의하여 굴절된 제2 내지 제n 루프광(LL)의 경로를 보상하는 역할을 한다. 예시적으로, 제1 보상 부재(CPS1)의 재질 및 두께는 편광 빔 스플리터(PBS)의 재질 및 두께와 동일할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제2 보상 부재(CPS2)는 곡률을 갖는 렌즈 형태일 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학계의 개략적인 모식도이다.

설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시 예와 다른 점을 위주로 설명하며, 생략된 부분은 본 발명의 일 실시 예에 따른다. 또한, 앞서 설명된 구성 요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성 요소들에 대한 중복된 설명은 생략한다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 결정화 장치(1000-5)는 빔스플리터(BS) 및 모니터링부(MT)를 더 포함한다. 빔스플리터(BS)는 광경로 상에서 광학계(200) 및 스테이지(300) 사이에 배치되어 광학계(200)로부터 제공되는 출력광(OL)를 분기한다.

모니터링부(MT)는 빔스플리터(BS)에 의하여 분기된 광의 일부를 제공받는다. 모니터링부(MT)는 출력광(OL)의 세기 및 반치폭을 측정할 수 있다.

모니터링부(MT)는 제어부(CU)를 포함할 수 있다. 제어부(CU)는 모니터링부(MT)에서 측정된 출력광(OL)의 세기 및 반치폭 정보에 대응하여 제1 편광 회전기(PR1)의 회전 부재를 제어할 수 있다. 즉, 회전 부재는 제어부(CU)로부터 전기적 신호를 수신하여 반파장 플레이트의 광축을 회전시킬 수 있다.

이상 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위 및 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1000: 레이저 결정화 장치 10: 피가공물
100: 레이저 발생기 200: 광학계
300: 스테이지 PR1: 제1 편광회전기
PR2: 제2 편광회전기 PBS: 편광 빔스플리터
PL: 변조광 ML: 가공광
DA: 펄스광 LL: 루프광
IL: 입력광 OL: 출력광
CPS: 보상 부재 MT: 모니터링부

Claims (20)

1. 레이저 빔 형태의 적어도 하나의 입력광을 발생시키는 레이저 발생기;
   상기 레이저 발생기에서 제공받은 상기 입력광을 적어도 하나의 출력광으로 변환하는 광학계; 및
   피가공물이 안착되고, 상기 출력광이 조사되는 스테이지를 포함하고,
   상기 광학계는,
   상기 입력광의 편광 상태를 변경하는 제1 편광 회전기;
   광경로 상에서 상기 제1 편광회전기의 후방에 배치되고, 입사되는 광을 편광 상태에 따라 투과 또는 반사하여, 상기 입사되는 광을 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 진행하는 광들로 분기시키는 편광 빔스플리터;
   상기 편광 빔스플리터로부터 분기된 광 중 상기 제1 방향으로 진행하는 광을 반사하여 다시 상기 편광 빔스플리터를 향하도록 루프를 형성하는 복수의 미러들; 및
   상기 광경로 상에서 상기 편광 빔스플리터와 상기 스테이지 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제1 보상 부재를 포함하고,
   상기 편광 빔스플리터에 의하여 분기된 광 중 상기 제2 방향으로 진행하는 광은 상기 스테이지를 향하여 조사되는 레이저 결정화 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 편광 빔스플리터에 의하여 상기 제1 방향으로 분기된 광은 상기 루프를 제1 내지 제n 차례 통과하고, 상기 제n 번째 루프를 통과한 후 상기 제2 방향으로 분기된 광들은, 제n-1번째 루프를 통과한 후 상기 제2 방향으로 분기된 광들과 혼합되고, 상기 n은 자연수인 레이저 결정화 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 혼합된 광은 하나의 펄스 형태를 갖고,
   상기 혼합된 광의 반치폭은 상기 입력광의 반치폭보다 큰 레이저 결정화 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 편광 빔스플리터로부터 복수의 미러들로 제공되는 광량은 상기 루프 횟수가 증가할수록 감소하고,
   상기 루프 횟수가 4 이상일 때, 상기 혼합된 출력광의 광량은 상기 입력광의 광량의 90% 이상인 레이저 결정화 장치.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 편광 회전기는 반파장 플레이트를 포함하는 레이저 결정화 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 광경로 상에서 상기 광학계와 상기 스테이지 사이에 배치되는 빔 스플리터; 및
   상기 빔 스플리터로부터 분기된 광 중 일부를 제공받아 상기 혼합된 광의 세기 및 반치폭을 측정하는 모니터링부를 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1 편광 회전기는 상기 반파장 플레이트를 회전시키는 회전 부재를 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 모니터링부는 상기 회전 부재를 제어하는 제어부를 포함하는 레이저 결정화 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 입력광은 고체 레이저인 레이저 결정화 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경로 상에서 상기 광학계의 최후방에 배치되어 입사되는 광의 편광 상태를 변경시키는 제2 편광 회전기를 더 포함하고,
    상기 입력광의 편광 상태와 상기 출력광의 편광 상태는 동일한 레이저 결정화 장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력광은 엑시머 레이저인 레이저 결정화 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 레이저 발생기와 상기 광학계 사이에 배치되고, 상기 입력광을 선편광시키는 직선 편광자를 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
13. 삭제
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학계는,
    상기 복수의 미러들 사이 또는 상기 복수의 미러들 및 상기 편광 빔스플리터 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제2 보상 부재를 더 포함하는 레이저 결정화 장치.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 루프의 길이는 1m 이상 10m 이하인 레이저 결정화 장치.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 빔스플리터는 일 편광 상태에 대하여 20% 이상 80% 이하의 반사율을 갖는 레이저 결정화 장치.
17. 레이저 빔 형태의 적어도 하나의 입력광을 발생시키는 레이저 발생기;
    상기 레이저 발생기에서 제공받은 상기 입력광을 적어도 하나의 출력광으로 변환하는 광학계; 및
    피가공물이 안착되고, 상기 출력광이 조사되는 스테이지를 포함하고,
    상기 광학계는,
    상기 입력광의 편광 상태를 변경하는 제1 편광 회전기;
    광경로 상에서 상기 제1 편광회전기의 후방에 배치되고, 입사되는 광을 제n 루프광 및 제n 펄스광으로 분기시키는 편광 빔스플리터;
    상기 편광 빔스플리터로부터 분기된 광 중 상기 제n 루프광을 반사하여 상기 편광 빔스플리터를 향하도록 재입사시키는 복수의 미러들; 및
    상기 광경로 상에서 상기 편광 빔스플리터와 상기 스테이지 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제1 보상 부재를 포함하고,
    상기 제n 펄스광은 상기 스테이지를 향하여 조사되고,
    상기 복수의 미러들에 의하여 상기 편광 빔스플리터로 재입사된 상기 제n 루프광은 상기 편광 빔스플리터에 의하여 제n+1 루프광 및 제n+1 펄스광으로 재분기되고, 상기 n은 자연수인 레이저 결정화 장치.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제n+1 펄스광의 광경로는 상기 제n 펄스광의 광경로보다 긴 레이저 결정화 장치.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제n+1 펄스광들은 서로 혼합되어 하나의 펄스 형태를 갖고,
    상기 혼합된 광의 반치폭은 상기 입력광의 반치폭보다 큰 레이저 결정화 장치.
20. 레이저 빔 형태의 적어도 하나의 입력광을 발생시키는 레이저 발생기;
    상기 레이저 발생기에서 제공받은 상기 입력광을 적어도 하나의 출력광으로 변환하는 광학계; 및
    피가공물이 안착되고, 상기 출력광이 조사되는 스테이지를 포함하고,
    상기 광학계는,
    상기 입력광의 편광 상태를 변경하는 제1 편광 회전기;
    광경로 상에서 상기 제1 편광회전기의 후방에 배치되고, 입사되는 광을 편광 상태에 따라 투과 또는 반사하여, 상기 입사되는 광을 두 개의 광들로 분기시키고, 상기 분기된 광들 중 하나의 광을 상기 스테이지를 향하도록 제공하는 편광 빔스플리터;
    상기 편광 빔스플리터로부터 분기된 광들 중 나머지 하나의 광을 상기 편광 빔스플리터로 재입사되도록 반사하는 복수의 미러들; 및
    상기 광경로 상에서 상기 편광 빔스플리터와 상기 스테이지 사이에 배치되어 입사되는 광을 굴절시키는 제1 보상 부재를 포함하고,
    상기 편광 빔스플리터로 재입사하는 횟수가 증가할수록 상기 출력광의 반치폭이 증가하는 레이저 결정화 장치.

Images