KR20070090246A - 선형 빔을 형성하기 위한 광 조명 시스템 - Google Patents

선형 빔을 형성하기 위한 광 조명 시스템 Download PDF

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알로이스 헤르콤머
라팰 에거
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칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 광빔으로부터 표면에서의 강도 분포를 생성하기 위한 광학 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 광학 시스템은 입사빔을 다수의 빔으로 나누어 그 중 일부가 적어도 부분적으로 제 1 방향으로 중첩하도록 하는 적어도 하나의 제 1 광학소자 및 상기 빔들 중 적어도 하나를 상기 표면상에서 제 2 방향으로 변위시키는 적어도 하나의 제 2 광학소자를 포함한다.

Description

선형 빔을 형성하기 위한 광 조명 시스템{Optical illumination system for creating a line beam}
1. 종래의 기술
본 발명은 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 목표 필드 내에 목표 강도 분포를 형성하기 위한 광학 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 또한 재료 처리 장치, 특히 레이저 어닐링 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 예컨대, 대규모 기판의 어닐링에서, 광(예컨대, 레이저)에 의해 유발되는 기판 결정화 분야에서, 액정 디스플레이(LCD)(예컨대, 박막 트랜지스터 디스플레이(TFT) 등) 또는 발광 디스플레이(무기 또는 유기 발광 다이오드(LED, OLED), 전계발광(EL)) 제조 공정과 같은 평판 디스플레이의 분야에서 유용하다. 또한, 본 발명은 박막 광전지 소자의 제조에 사용될 수도 있다.
특히, 본 발명은 비정질 실리콘(a-Si) 박막을 결정화하여 다결정 실리콘(p-Si)을 형성하는 데 유용하다. 그러한 다결정 실리콘 박막은 상술한 바와 같은 마이크로 전자공학 및 디스플레이 기술에서 널리 사용된다. p-Si은 a-Si에 비해 더 높은 전하 캐리어 이동도(charge carrier mobility)를 갖는 데, 이는 보다 고속 스위칭 또는 보다 높은 집적도를 갖는 디스플레이 기판에서의 고품질 드라이버 전자기기를 제조하는 데 유용하다. 더욱이, p-Si은 가시 스펙트럼 범위의 광에 대해 보다 낮은 흡수 계수를 갖는 데, 이는 LCD 응용제품들에 대한 배면 전극으로서 사용될 p-Si을 백라이트가 투과될 수 있도록 한다. 마지막으로, p-Si의 결함 밀도는 a-Si에 비해 낮은 데, 이는 높은 효율의 태양전지를 제조하기 위한 전제 조건이다.
a-Si을 p-Si으로 변환하는 것은 1000℃ 부근에서의 열처리를 이용할 수도 있다. 그러한 공정은 석영과 같은 내열성 기판 위에 있는 a-Si에 대해서만 사용될 수 있다. 그러한 재료는 디스플레이 목적의 일반적인 플로트 판유리(float glass)에 비해 비싸다. 광에 의해 유발되는 a-Si의 결정화는 결정화하는 동안 열적 부하에 의한 기판의 파손 없이 a-Si으로부터 p-Si을 형성할 수 있게 한다. 비정질 실리콘은 스퍼터링 또는 화학 기상 증착(CVD)과 같은 저렴한 공정에 의해 유리, 석영 또는 합성제품과 같은 기판 위에 증착될 수 있다. 결정화 공정은 엑시머 레이저 결정화(excimer laser crystallization; ELC), 연속 측방 고상법(sequential lateral solidification; SLS) 또는 얇은 빔 결정화 공정(thin beam crystallization procedure; TDX)으로서 잘 알려져 있다. 이러한 상이한 제조 공정들의 개관은, 예컨대, "LCD Panel Manufacturing Moves to the next Level-Thin-Beam Directional 'Xtallization (TDX) Improves Yield, Quality and Throughput for Processing Poly-Silicon LCDs"라는 제목의 TCZ GmbH 사의 브로셔에서 D.S.Knowles 등의 "Thin Beam Crystallization Method: A New Laser Annealing Tool with Lower Cost and Higher Yield for LTPS Panels"(SID 00 Digest, 1-3), Ji-Yong Park 등의 "P-60: Thin Laser Beam Crystallization method for SOP and OLED application"(SID 05 Digest, 1-3)에 주어져 있다.
예컨대, 0.5mm × 300mm의 통상적인 크기와 균질한 강도 분포를 갖는 선형 빔들이, 예컨대, 엑시머 레이저를 이용한 대규모 기판상의 실리콘 어닐링(ELC)에 적용된다. 종래의 광학계는 소망하는 강도 분포를 형성하기 위해 교차된 실린드리컬 렌즈 어레이들을 포함하는 굴절식 광 조명 시스템을 사용한다. 그 기능성이, 예컨대, US 2003/0202251 A1에 개시되어 있는 이러한 어레이들은, 적절하게 성형된 서브 개구들을 이용하여 입력빔을 복수의 빔들로 분할하는 보다 일반적인 그룹의 균질화 방식의 예이다. 필드 평면에서의 이러한 복수의 빔들의 중첩은 강도 변화를 평균화하고 빔을 균질화시킨다.
통상적으로, 실린드리컬 광학소자들을 사용하여 두 개의 수직한 방향들이 개별적으로 균질화된다. 각각의 방향에 대한 주요 소자는 소정의 균질한 각도 퍼짐을 형성하는 실린드리컬 렌즈 어레이들이다. 이는, 각각의 방향에 대해, 상기 실린드리컬 렌즈 어레이들 중 하나가 소정의 균질한 각도 퍼짐을 형성하도록 광학적으로 관련되어 있다는 것을 의미한다. 도 1은 교차된 실린드리컬 렌즈 어레이들을 포함하는 종래의 균질화 광학계(1)의 수직한 방향들 중 한 방향을 따른 단면도를 보여준다. 편의상, 도 1은 화살표(3)로 표시되고 도시된 방향(제 1 축 방향)으로 입력빔(4)으로부터 소정의 균질한 각도 퍼짐(발산)을 형성하는 (이 경우에 n=3 개의 단일 렌즈(2a,2b,2c)들을 포함하는) 실린드리컬 렌즈 어레이(2)만을 도시하고 있다. 각각의 어레이(2)로부터의 각도 범위(5)는 균질한 조명(8)을 생산하기 위해 뒤에 있는 콘덴서 렌즈(7)의 초점 평면(6)으로 매핑된다.
필드 크기 sf는 다음의 수학식 1에 따라 제 1 어레이(2)의 간격 d와 상기 렌즈(2,7)들의 초점 길이 fcondensor, farray에 의해 결정된다.
sf = d * fcondensor/farray
빔의 다른 축은, 비록 소망하는 필드 크기를 얻기 위해 다른 초점 길이 및/또는 어레이 간격들이 요구되지만, 동일한 기술을 이용하여 균질화된다.
하나의 어레이(2)를 갖는 이러한 배치는 필드(9)의 에지를 흐리게 하는 입사빔(4)의 발산(비간섭성(incoherence))에 민감하며, 이를 극복하기 위하여 동일한 초점 길이 farray를 갖는 제 2 어레이(10)(여기서, n=3 개의 단일 렌즈(10a,10b,10c)가 볼록한 필드 어레이(2)의 초점 평면(11)에 위치할 수 있다(예컨대, Fred M. Dickey 및 Scott C. Holswade의 "Laser Beam Shaping", Marcel Dekker Inc. New York/Basel 2000). 이는 도 2에 도시된 고전적인 실린드리컬 플라이-아이 균질화기(12)를 형성한다.
2. 해결해야 할 문제
종래의 시스템에서, 선형 빔의 폭은 통상적으로 (시스템의 주어진 개구수에 대한) 회절 한계 빔폭의 수백배이다. 그러나, 몇몇 응용예의 경우, 균질한 강도 분포를 갖는 매우 가늘고(<0.05mm) 긴(>300mm) 선형 초점을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 빔폭은 회절 한계 빔 크기의 작은 배수에 가깝다. (한 방향에 따른 엑시머 레이저 프로파일에 대한 우수한 근사인) 가우시안 입력빔의 경우, (1/e2 강도 레벨에서 측정된) 회절 한계 빔 크기는
wmin = 2λ/πNA
이며, 여기서 λ는 레이저 파장이고, NA는 (입력빔의 1/e2 강도 레벨에서 측정된) 시스템의 개구수이다. 근사적으로 1.3㎛의 회절 한계 빔 크기를 주는 레이저 재료 처리로부터의 통상적인 값들은 NA = 0.15 및 λ=308nm 이다. 이러한 회절 한계에 가까운 작은 빔폭은 실린드리컬 렌즈 어레이들을 사용하는 종래의 균질화로는 실현될 수 없다. 렌즈 어레이는 빔을 n-배 작은 폭을 갖는 n 개의 빔으로 분할한다. 이는 각각의 빔에 대한 가용 개구수 NAlenslet를 시스템의 개구수 NA의 1/n로 실질적으로 감소시킨다:
NAlenslet = NA/n
성취될 수 있는 최소 필드 크기는 개별적인 단일렌즈의 상기 NAlenslet에 의해 한계가 정해진다. 회절 효과는 작은 빔 크기에 대한 결과적인 빔을 지배한다는 것이 잘 알려져 있다. 예컨대, n=10 및 상술한 파라미터의 경우에, 10㎛ 필드를 형성하고자 시도할 때 도 2에 도시된 것과 같은 2단 균질화기(12)로부터 예측할 수 있는 강도 분포의 최상의 균질성은, 푸리에 광학 계산을 기초로 한 도 3에 도시된 강 도 분포와 같이 보이게 된다. 이러한 다소 균질하지 않은 강도 분포는 부분적인 빔 프로파일의 y-방향으로의 적어도 거의 비간섭성 중첩에 기인한다.
실제로, 상기 결과는 상이한 단일 렌즈들로부터의 빔들 사이의 간섭으로 인한 반점(speckle)들에 의해 더욱 왜곡된다(Fred M. Dickey 및 Scott C. Holswade의 "Laser Beam Shaping", Marcel Dekker Inc. New York/Basel 2000). 또한, 2단 균질화기는 farray 때문에 작은 필드 크기에 대해 실현하기가 어려우며, 따라서 어레이들의 간격이 매우 클 것이 요구된다.
하나의 어레이를 사용하는 균질화기는 실현하기가 보다 쉽지만, 상술한 바와 같이, 필드 평면에서의 강도 분포의 폭을 실질적으로 더욱 증가시키는 입사빔의 발산에 민감하다. 이는 특히, 빔을 포커싱함으로써 실현될 수 있는 최소 빔폭이 회절 한계 선폭 wmin의 r-배(여기서, r은 통상적으로 5 내지 20 사이의 수)인 엑시머 레이저에 대해 문제가 된다.
이는, 종래의 해결책으로는 매우 좁은 강도 분포가 실현될 수 없다는 것을 의미한다. (예컨대, US 5,721,416에서 Burghardt 등에 의해 개시된) 상당히 큰 필드에 대한 설계 및 중심 부분만의 사용이 필요하며, 이는 대부분의 광이 소망하는 필드 영역으로 향하지 않는다는 것을 의미한다. 문제는, 요구되는 레이저 세기를 상당히 감소시키는 작은 경사 폭을 갖는 좁고, 균질한 강도 분포를 형성하기 위한 방법 및 장치를 찾는 것이다.
본 발명의 목적은, 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 목표 필드 내에 목표 강도 분포를 형성함으로써, 목표 강도 분포가 두 개의, 바람직하게는 수직한 방향으로 균질화되는 광학계를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은, 입력 광빔으로부터 목표 필드 내에 작은 경사 폭을 갖는 좁고 균질한 목표 강도 분포를 형성함으로써, 광의 상당 부분이 소망하는 필드 영역으로 향하지 않고 예컨대 필드 조리개에 의해 차단되는 종래의 광학계에 비하여 입력 광세기 대 출력 광세기의 비율이 상당히 감소된 광학계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 목표 필드 내에 목표 강도 분포를 형성하고 목표 강도 분포를 조절하는 것, 특히 폭 및 상기 폭의 수백배 이상으로 연장된 길이를 갖는 출력 선형 빔의 폭을 조절하는 것을 가능하게 하는 광학계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상술한 목적들을 달성하는 재료 처리 장치, 레이저 어닐링 장치 및 예컨대 비정질 실리콘층과 같은 반도체층의 결정화를 유도하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적들 및 다른 목적들은 청구항 제 1 항 내지 제 22 항 및 제 25 항 내지 제94항의 특징들을 갖는 광학계, 청구항 제 23 항의 특징을 갖는 재료 처리 장치 및 청구항 제 24 항의 특징을 갖는 레이저 어닐링 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 첫번째 유형에 따르면, 이러한 목적들 및 다른 목적들은, 광빔으로부터 한 표면상에 강도 분포를 형성하는 광학계에 의해 달성되는 데, 상기 광학계는 입사빔을 다수의 빔으로 나누어 그 중 일부가 적어도 부분적으로 상기 표면에서 제 1 방향으로 중첩하도록 하는 적어도 하나의 제 1 광학소자를 포함하며, 또한 상기 광학계는 상기 빔들 중 적어도 하나를 상기 표면상에서 제 2 방향으로 변위시키는 적어도 하나의 제 2 광학소자를 더 포함한다.
본 발명의 다른 유형에 따르면, 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하는 광학계가 제공되며, 상기 광학계는, 전파 방향으로 진행하며 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 갖는 입력 광빔을 방출시키는 광원과, 상기 입력 광빔을 다수의 빔으로 나누어 그 중 일부가 적어도 부분적으로 상기 표면에서 상기 제 1 차원을 따라 중첩하도록 하는 적어도 하나의 빔 분리 광학소자와, 상기 표면에서 상기 다수의 빔들 중 적어도 하나를 상기 제 2 차원을 따라 변위시키는 적어도 하나의 빔 변위 광학소자를 포함한다.
본 발명의 추가적인 유형에 따르면, 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하는 광학계가 제공되며, 상기 광학계는, 전파 방향으로 진행하며 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 갖는 입력 광빔을 방출시키는 광원과, 상기 입력 광빔을 다수의 빔으로 나누어 그 중 일부가 적어도 부분적으로 상기 표면에서 상기 제 1 차원을 따라 중첩하도록 하는 적어도 하나의 빔 분리 광학소자와, 상기 다수의 빔 중에서 적어도 제 1 부분을 상기 다수의 빔 중에서 제 2 부분에 대해, 상기 다수의 빔들 중 제 1 또는 제 2 부분의 상기 표면에서의 상기 제 2 차원으로의 연장 비율만큼 상기 제 2 차원으로 변위시키는 적어도 하나의 빔 변위 광학소자를 포함한다.
본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하는 광학계가 제공되며, 상기 광학계는, 전파 방향으로 진행하며 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 갖는 입력 광빔을 방출시키는 광원과, 상기 입력 광빔을 상기 제 1 및/또는 제 2 차원을 따라 균질화하여 상기 표면상의 한 영역에 균질화된 강도 분포를 형성하는 적어도 하나의 빔 균질화 광학소자를 포함하며, 여기서 균일성 오차는 15% 미만이고, 제 1 또는 제 2 차원을 따른 연장 Ty은 다음의 관계 0.6 < Ty/FWHM < 0.85 를 유지하고, 여기서 FWHM은 상기 제 1 또는 제 2 차원을 따른 목표 강도 분포의 반치폭인 것을 특징으로 한다. 가우시안 빔 분포의 경우에, Ty/FWHM에 대한 값은 0.48 이다. 균질화의 효과는 이 값을 증가시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하는 광학계가 제공되며, 상기 광학계는, 전파 방향으로 진행하며 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 갖는 입력 광빔을 방출시키는 광원과, 상기 입력 광빔을 상기 제 1 및/또는 제 2 차원을 따라 균질화하고 상기 제 1 또는 제 2 차원으로의 연장 Ry을 갖는 상기 표면상의 한 영역에 균질화되고 경사진 강도 분포를 형성하는 상기 제 1 및/또는 제 2 차원을 따라 선형 강도 경사를 형성하는 적어도 하나의 빔 균질화 및 경사 형성 광학소자를 포함하며, 여기서 목표 강도는 최대 목표 강도의 85% 이상이고, 제 1 또는 제 2 차원으로의 상기 경사의 연장 Ry는 다음의 관계 0.6 < Ry/FWHM < 0.85 를 유지하고, 여기서 FWHM은 상기 제 1 또는 제 2 차원을 따른 목표 강도 분포의 반치폭인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 유형은, 입력 강도 분포를 가지며 전파 방향으로 진행하는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하는 광학계에 관한 것으로, 상기 입력 광빔은 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 가지며, 상기 광학계는 제 1 차원 및 제 2 차원으로 상기 입력 광빔을 균질화하여 상기 목표 강도 분포가 20㎛ 이하의 최대 반치폭을 갖는 제 2 차원으로의 연장을 갖도록 하는 빔 균질화 소자를 포함한다.
본 발명의 또 다른 유형은 레이저 광원으로부터, 최대 강도 값으로부터 15% 이하의 균일성 편차를 갖는 중심 영역의 균질한 목표 강도 분포를 형성하는 광학계에 관한 것으로, 상기 중심 영역은 300mm보다 큰 길이 및 50㎛보다 작은 폭을 가지며, 그럼으로써 레이저 광원에 의해 방출된 레이저 광의 30% 이상이 상기 중심 영역 내에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 추가적인 유형은 최대 강도 값으로부터 15% 이하의 균일성 편차를 갖는 중심 영역의 균질한 목표 강도 분포를 형성하는 광학계에 관한 것으로, 상기 중심 영역은 제 1 차원을 따라 100mm보다 큰 길이 및 제 2 차원을 따라 100㎛보다 작은 폭을 가진다. 본 발명에 따른 상기 광학계는, 제 1 및/또는 제 2 방향으로의 굴절력을 갖는 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈는 상기 제 1 및 제 2 방향에 수직한 광축과 일치하는 회전축을 중심으로 회전 각도만큼 회전하며, 상기 회전 각도는 상기 렌즈의 대칭축, 예컨대 (바람직하게는 제 1 및/또는 제 2 방향으로의 굴절력을 결정하는) 볼록 또는 오목 실린드리컬 렌즈의 꼭지점 라인과 상기 목표 강도 분포의 제 1 또는 제 2 차원 사이의 각도이고, 상기 회전 각도는 0.2°보다 크다. 값 0.2°는 통상적인 조명 시스템들에서의 비조정 이상의 값이다. 바람직하게는, 상기 회전 각도는 상기 굴절력의 방향을 결정하는 제 1 또는 제 2 방향 사이의 각도이다.
본 발명의 또 다른 유형은, 최대 강도 값으로부터 15% 이하의 균일성 편차를 갖는 중심 영역의 균질한 목표 강도 분포를 형성하는 광학계를 제공하는 것으로, 상기 중심 영역은 제 1 차원으로 100mm보다 큰 길이 및 제 2 차원으로 100㎛보다 작은 폭을 가진다. 상기 광학계는 제 1 및/또는 제 2 방향으로 반사능(reflective power)을 갖는 미러를 포함하며, 상기 미러는 회전축을 중심으로 회전 각도만큼 회전하고, 여기서 상기 회전 각도는 상기 미러의 대칭축, 예컨대 (바람직하게는 제 1 및/또는 제 2 방향으로의 굴절력을 결정하는) 볼록 또는 오목 실린드리컬 렌즈의 꼭지점 라인과 상기 목표 강도 분포의 제 1 또는 제 2 차원 사이의 각도이고, 상기 회전 각도는 0.2°보다 크다. 바람직하게는, 상기 회전 각도는 상기 반사능의 방향을 결정하는 제 1 또는 제 2 방향 사이의 각도이다. 가장 바람직하게는, 상기 회전 각도는 광축과 일치하지 않는다.
본 발명의 더 추가적인 유형은, 최대 강도 값으로부터 15% 이하의 균일성 편차를 갖는 중심 영역의 균질한 목표 강도 분포를 형성하는 광학계를 제공하며, 상기 중심 영역은 100mm보다 큰 길이 및 100㎛보다 작은 폭을 가진다. 상기 광학계는 제 1 방향으로 굴절력과 반사능을 갖는 렌즈들을 포함하는 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 렌즈들 중 적어도 하나는 상기 제 1 방향으로 상기 렌즈들 중 적어도 두 번째까지 변위된다.
마지막으로 본 발명의 또 다른 유형은 전파 방향으로 진행하는 입력 광빔을 균질화하며 광학소자의 동공 평면에 배열되는 분산 지연소자 광학소자를 포함하는 광학계에 관한 것이다.
본 발명의 더 추가적인 유형에 따르면, 상술한 바와 같은 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하는 광학계를 포함하는 재료 처리 장치, 레이저 어닐링 장치 및 예컨대 비정질 실리콘층과 같은 반도체층의 결정화를 유도하기 위한 장치가 제공된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 균질화 광학소자의 제 1 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 균질화 광학소자의 제 2 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 3은 10㎛ 필드를 형성할 때 도 2에 도시된 바와 같은 2단 균질화기로부터 예측할 수 있는 계산된 강도 분포이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 균질화 광학소자의 제 3 실시예의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 종래의 기술에 따른 균질화 광학소자의 제 3 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 6은 0.15의 개구수 및 308nm의 파장 및 가우시안 빔의 회절 한계 빔 크기의 8.5배의 폭을 갖는 근사 가우시안 빔 형태를 갖는 엑시머 레이저를 사용한 제 1 차원에 따른 필드 평면에서의 전형적인 강도 프로파일이다.
도 7은 308nm의 파장 및 가우시안 빔의 회절 한계 빔 크기의 8.5배의 폭을 갖는 가우시안 입력빔과 장축을 따라 분리되어 있으며 약 10㎛의 폭을 갖는 탑-햇(top-hat) 강도 프로파일로 귀결되는 단축에서 측방으로 변위하는 10개의 빔들로 조명될 때 0.15의 개구수를 갖는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 2단 균질화기로부터 예측할 수 있는 필드 평면에서의 계산된 강도 분포이다.
도 8은 308nm의 파장 및 가우시안 빔의 회절 한계 빔 크기의 8.5배의 폭을 갖는 가우시안 입력빔과 장축을 따라 분리되어 있으며 약 5㎛의 폭을 갖는 탑-햇으로 귀결되는 단축에서 측방으로 변위하는 10개의 빔들로 조명될 때 0.15의 개구수를 갖는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 2단 균질화기로부터 예측할 수 있는 필드 평면에서의 계산된 강도 분포이다.
도 9는 도 2에 대응하지만, 입사하는 빔을 분리함으로써 형성된 개개의 빔들이 공간적으로 분리되어 있는 영역을 추가적으로 표시하고 있다.
도 10은 예리한 에지를 형성하기 위한 2단 균질화기 및 필드 조리개를 갖는 광학계의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 광학계의 양호한 제 1 실시예의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 12는 도 11에 따른 광학계의 양호한 제 1 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 13은 종래의 기술에 따르지만 실린더 축을 따라 분할된 실린드리컬 렌즈의 사시도이다.
도 14는 도 13에 따른 분할된 실린드리컬 렌즈의 형태로 도 11 및 도 12에 따른 광학계에서 사용되는 본 발명에 따른 빔 변위 광학소자의 사시도이다.
도 15는 종래의 볼록 실린드리컬 렌즈에 대해 꼭지점 라인이 경사져 있는 볼록 실린드리컬 렌즈의 형태의 본 발명에 따른 빔 변위 광학소자의 사시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 광학계에서 단축 또는 장축 방향에 대해 기울어지게 배치되며 볼록 실린드리컬 렌즈의 형태의 본 발명에 따른 빔 변위 광학소자의 사시도이다.
도 17은 본 발명에 따른 광학계의 양호한 제 2 실시예의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 18은 도 17에 따른 광학계의 양호한 제 2 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 광학계의 양호한 제 4 실시예의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 20은 도 19에 따른 광학계의 양호한 제 4 실시예의 yz-평면에서의 평면도 이다.
도 21은 본 발명에 따른 광학계의 양호한 제 5 실시예의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 22는 도 21에 따른 광학계의 양호한 제 5 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 23은 도 21 및 도 22에 따른 광학계의 양호한 제 5 실시예의 변형의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 24는 도 23에 따른 광학계의 양호한 제 5 실시예의 변형의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 25는 본 발명에 따른 광학계의 양호한 제 6 실시예의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 26은 도 25에 따른 광학계의 양호한 제 6 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 27은 본 발명에 따른 광학계(입사부)의 제 7 실시예의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 28a는 도 27에 따른 제 7 실시예의 부품인 회전 실린드리컬 렌즈의 사시도이다.
도 28b는 잘려지는 입사빔의 영역을 도시하는 도 28a에 따른 렌즈의 사시도이다.
도 28c는 도 28a에 따른 회전 실린드리컬 렌즈가 장축 x를 따라 중심에 맞 는, 필드 평면 위로의 빔의 포커싱을 도시하는 도 27에 따른 광학계(출사부)의 제 7 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 28d는 도 28a에 따른 회전 실린드리컬 렌즈가 장축 방향 x에 있는 에지에 맞는, 필드 평면 위로의 빔의 포커싱을 도시하는 도 28c에 따른 광학계(출사부)의 제 7 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 28e는 평행하게 진행하는 선형 에지들을 갖는 장축 방향의 슬릿을 필드-조리개가 형성할 때의 도 28c의 X1-X1을 따른 단면도이다.
도 28f는 장축 방향으로 경사지게 진행하는 선형 에지들을 갖는 절단 블레이드를 사용할 때 도 28c의 X1-X1을 따른 단면도이다.
도 29a는 가우시안 분포를 가정하여 필드 평면에서 계산된 입력빔 강도 프로파일이다.
도 29b는 레이저의 발산을 고려하지 않고 도 28a에 따른 회전 실린드리컬 렌즈를 사용하여 필드 평면에서 계산된 탑-햇 프로파일이다.
도 29c는 도 27, 28c, 28d에 따른 광학계를 통과한 도 29a에 따른 입력빔을 가정하여 계산된 출력빔 강도 프로파일이다.
도 29d는 가우시안 분포를 가정하여 필드 평면에서 계산된 탑-햇 강도 프로파일이다.
도 29e는 입력빔을 방출시키는 레이저의 발산을 고려하지 않고 도 28b, 28f에 따른 절단 블레이드 및 회전 실린드리컬 렌즈를 사용하여 필드 평면에서 계산된 경사 강도 프로파일이다.
도 29f는 도 27, 28c, 28d에 따른 광학계를 통과하며 도 28b에 도시된 것과 같은 회전 실린드리컬 렌즈의 입사측에서 절단된 빔을 갖는 입력빔을 가정하여 계산된 출력빔 강도 프로파일이다.
도 30a는 본 발명에 따른 광학계의 제 7 실시예에 대한 변형의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 30b는 도 30a에 따른 실시예를 사용할 때 단축 방향을 따른 목표 강도 분포이다.
도 31a는 본 발명에 따른 광학계의 제 8 실시예의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 31b는 도 31a에 따른 광학계의 제 8 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
도 32는 도 31a 및 도 31b에 따른 광학계의 제 8 실시예의 다른 구현예의 xz-평면에서의 평면도이다.
도 33은 도 30a, 30b, 30c, 31a, 31b, 31c에 따른 광학계의 제 8 실시예에서 사용되는 것과 같은 회전 실린드리컬 렌즈의 xy-평면에서의 평면도이다.
도 34a는 가우시안 분포를 가정하여 계산된 입력빔 강도 프로파일이다.
도 34b는 레이저의 발산을 고려하지 않고 도 28a에 따른 회전 실린드리컬 렌즈를 사용하여 필드 평면에서 계산된 탑-햇 프로파일이다.
도 34c는 도 30 및 도 31에 따른 광학계를 통과한 도 34a에 따른 입력빔을 가정하여 계산된 출력빔 강도 프로파일이다.
도35a는 입력 광빔을 방출시키는 레이저의 발산을 고려하지 않고 도 28b, 28f에 도시된 것과 유사한 절단 블레이드 및 도 33에 따른 회전 실린드리컬 렌즈를 사용하여 필드 평면에서 계산된 경사 강도 프로파일이다.
도 35b는 도 30 및 도 31에 따른 광학계를 통과하며 도 33에 도시된 것과 같은 회전 실린드리컬 렌즈의 입사측에서 절단된 빔을 갖는 입력빔을 가정하여 계산된 출력빔 강도 프로파일이다.
도 36은 제 1 차원 및 제 2 차원을 가지며 제 1 차원이 제 2 차원의 수백배를 초과하는 단면을 갖는 출력빔의 단축을 따른 강도 분포를 개략적으로 도시한다.
앞서(2. 해결해야 할 문제) 살펴본 바와 같이, 실린드리컬 렌즈 어레이로 균질화하는 것은 작은 에지 폭으로 매우 좁고, 균질하게 조명되는 필드를 형성하기에 적당하지 않다. 종래의 균질화기의 문제점들은 좁은 필드가 형성되어야 하는 방향을 따라 빔을 다수의 빔들로 분할하는 것(이는 개구수(numerical aperture)를 실질적으로 감소시키고 회절 한계 빔 크기를 증가시킨다)에서 발생한다.
해결책의 핵심은, 개구수 NA를 높게 유지하고 회절 한계 빔 크기를 작게 유지하기 위하여 짧은 방향 As으로 빔을 분할하는 것을 피하고 실린드리컬 렌즈 어레이(들)을 사용하여 "긴" 방향 Al으로만 빔을 균질화하는 것이다. 장축 어레이(들)로부터의 다수의 빔들이 빔의 양쪽 축 As, Al을 따른 균질화를 달성하는 데 사용된다.
몇몇 응용예 또는 사용예는 입력빔의 분할이 긴 방향 Al으로만 "배타적으로" 일어나고 짧은 방향 As으로는 "어떠한" 입력빔의 분할도 일어나지 않는다는 것을 요구하지 않는다는 점은 본 기술분야의 당업자에게 명백하다. 몇몇 응용예들은, 입력 광원에 따라 및/또는 발생될 빔의 폭에 따라 짧은 방향 As으로도 추가적으로 빔을 분할(그러나 바람직하게는 단지 몇차례에 대해서만)하는 것을 허용할 수 있다. 예컨대, 약 20㎛의 빔폭은 엑시머 레이저의 입력빔을 2 또는 3차례 분할함으로써 달성될 수도 있는 반면, 이러한 폭은 고체 레이저의 입력빔을 5 내지 20차례 분할함으로써 달성될 수도 있다.
실린드리컬 렌즈 어레이(들)을 사용하여 "긴" 방향 Al으로만 배타적으로 입력빔을 균질화하고 "짧은" 방향 As으로 어떠한 빔의 분할도 피하는 것은 후술할 도 4 및 도 5를 참조하여 예시적으로 도시되어 있다. 도 4는 종래의 기술에 따른 균질화 광학소자의 제 3 실시예의 xz-평면에서의 평면도를 도시한다. 도 5는 도 4에 도시된 제 3 실시예의 yz-평면에서의 대응하는 평면도를 도시한다. 도 2에 이미 도시된 바와 같이, 균질화 광학소자로서 2단 균질화기(12)가 사용된다. 1단 균질화기(예컨대, 도 1에 도시된 것과 같은) 또는 다른 1단 또는 다단 균질화기가 사용될 수도 있다는 점은 본 기술분양의 당업자에게 명백하다.
광원(도시되지 않음)은 전파 방향 z으로 진행하는 입력 광빔(4)을 방출한다. 상기 입력 광빔(4)은 전파 방향 z에 교차하는 제 1 방향 x으로 연장되고 상기 제 1 방향 x과 전파 방향 z에 교차하는 제 2 방향 y으로 연장된다. 상기 광원은 예컨대 레이저, 바람직하게는 예컨대 351nm 또는 308nm를 방출하는 엑시머 레이저(예컨대, Kr-F 엑시머 레이저, XeCl-엑시머 레이저, XeF-엑시머 레이저)와 같이 600nm 이하의 파장에서 동작하는 레이저일 수 있다.
장축 Al 균질화를 위한 실린드리컬 어레이는 필드 평면(6)으로 모두 중첩되는 m 개의 개별적인 빔(13)들을 형성한다(도 4는 m=3개의 개별적인 빔(13)을 도시한다). 이는, 단축으로의 포커싱 렌즈(14)와 함께, 장축 Al을 따라 균질하고 단축 As으로 가능한 작은 빔(8)을 발생시킨다. 상기 포커싱 렌즈(14)는 장축 Al 균질화를 위한 광학소자(2, 10, 7)들 앞에, 그 사이에 또는 그 뒤에 어디든지 위치할 수 있다.
필드 평면에서, 단축 As으로의 전형적인 프로파일은 근사-가우시안 형태를 가지며 r*wmin의 폭을 가진다. 다음의 전형적인 파라미터들을 갖는 가우시안 입력빔(4)에 대해,
NAimaging = 0.15 (1/e2 강도 레벨에서 측정)
λ = 308nm
r = 8.5
(여기서 NAimaging는 결상 시스템의 개구수, λ는 입력빔(4)의 파장), 필드(6)에서의 빔(8)의 단축 As 폭 r*wmin은 도 6에 도시된 바와 같이 11.2㎛(1/e2 강도 레벨에서 측정)이다.
여기에서 시작해서, 단축을 따른 균질한 분포는 m개의 개별적인 빔(13)들을 측방으로 변위시킴으로써 형성되며, 그 결과 변위되기 전과 거의 동일한 에지 폭 wedge을 갖는 상단부가 평평한(flat-topped) 빔(15)이 된다. (6.25, 6.25, 6.25, 2.5, 0, 0, -2.5, -6.25, -6.25, -6.25)㎛의 변위를 갖는 m=10개의 빔(13)들의 경우에, 결과적인 탑-햇 형태는 Ty~10㎛의 폭을 갖는다. 이러한 빔 프로파일(15a)이 도 7에 도시되어 있다.
이러한 탑-햇은 필드 조리개(도 4 및 도 5에 도시되지 않음)로 절단되어 최종적인 평면(도 4 및 도 5에 도시되지 않음)에 결상될 수 있다. Ty=10㎛의 탑-햇을 형성하기 위해서는 손실되는 에너지의 양이 45.6%에 이르는 데, 이는 종래의 기술에 비해 15%의 레이저 세기만이 요구된다는 것을 의미한다(배경기술의 1번 참조). 균질한 부분의 폭 Ty는 빔(13)들을 다르게 변위시킴으로써 조절될 수 있다. (5, 5, 5, 2.25, 0, 0, -2.25, -5, -5, -5)㎛의 변위를 갖는 m=10개의 빔(13)들의 경우에, 탑햇의 폭 Ty는 약 5㎛이다. 이에 대응하는 빔 프로파일(15b)이 도 8에 도시되어 있다.
필드에서 m개의 빔들의 변위는 단축의 지향 각도를 약간 변화시켜 실현될 수 있다. m개의 개별적인 빔(13)들이 공간적으로 분리되는 영역, 즉 (도 9에서 표시된 영역(16)으로서 도시된) 장축 Al 균질화를 위한 실린드리컬 렌즈 어레이(들)의 전방 또는 그 근처에서, 편향이 발생하여야 한다.
필드 평면(6)에서 개별적인 빔(13)들의 측방 변위는 고정될 수도 있고 조절 될 수도 있다. 첫번 째 경우에, 약간 상이한 웨지 각도(wedge angle) 또는 회전 각도들이 광학소자들 또는 마운트들내에 제조될 수 있다. 후자의 경우에, 시스템의 초기 배치시에 한번 조절되거나 또는 스크류, 압전소자, 모터, 열팽창소자, 기압 실린더(pneumatic cylinder) 등을 이용하여 완전히 조절될 수 있다.
예리한 에지를 갖는 선형 빔(21)이 요구된다면, 예컨대 도 10에 도시된 것과 같은 광학계에 의해 구현되듯이, 조명기(12)의 필드 평면(6)이 최종적인 평면(17)에 재 결상될 수 있으며 중간 필드(9)의 위치(6)에 필드 조리개(18)가 위치할 수도 있다.
도 10은 상기 광학계의 yz-평면에서의 평면도를 도시하고 있다. 도 10에 따른 광학계는 xy-평면에 배치되어 있으며 yz-평면에서 광학적으로 작용하는 콘덴서 렌즈(7) 및 2개의 실린드리컬 렌즈 어레이(2,10)에 기초한 2단 균질화기(12)를 포함한다. 상기 광학계는 또 다른 2단 균질화기(12')를 더 포함하는 데, 여기서 실린드리컬 렌즈 어레이(2',10')와 콘덴서 렌즈(7')는 xy-평면에 배치되어 있으며 xz-평면에서 광학적으로 작용한다.
후자의 균질화기(12')는 제 1 차원으로 입사빔의 균질화를 수행하기 위한 것이고, 첫 번째 균질화기(12)는 제 1 차원에 수직한 제 2 차원으로 입사빔의 균질화를 달성하기 위한 것이다. 또한, 제 1 축방향 차원으로의 빔의 연장이 제 2 축방향 차원으로의 연장의 수(백)배를 초과한다고 가정할 수도 있다. 마지막으로, 단축 차원으로 균질화된 빔의 연장이 가능하면 좁게 유지된다고 가정할 수 있다. 후자의 가정은 상기 단축 차원으로의 회절이 낮을 것을 요구한다. 그러므로, 렌즈들의 한 계 크기로 인한 회절을 낮게 유지하기 위하여, 상기 2단 균질화기(12)의 상기 어레이(2,10)에 있는 단일 렌즈들의 개수가 5개 이하, 바람직하게는 3개 이하이어야 한다. 또한, 도 10은 실린드리컬 콘덴서 렌즈(7)의 초점 평면(6)에 배치되어 있는 필드 조리개(18)를 도시하고 있다. 상기 필드 조리개(18)의 다른 쪽면, 즉 균질화기(12)의 반대쪽에는 결상 광학계(19)가 배치되어 있다. 본 예의 경우에, 상기 결상 광학계(19)는 축소 투영 렌즈(20)를 포함한다. 상기 투영 렌즈(20)의 이미지 평면(17)은 상술한 바와 같은 최종적인 평면(17)을 형성한다. 또한, 빔 변위 광학소자(도시되지 않음)가 도 9를 참조하여 상술한 바와 같은 영역에 도입될 수도 있다.
광원(도시되지 않음)은 전파 방향 z로 진행하는 입력 광빔(4)을 방출한다. 상기 입력 광빔(4)은 전파 방향 z에 교차하는 제 1 차원 x으로의 연장 d1(도시되지 않음)과 상기 제 1 차원 x 및 전파 방향 z에 교차하는 제 2 차원 y로의 연장 d2를 갖는다. 상기 입력 광원(4)은 레이저, 예컨대, KrF 엑시머 레이저, XeCl 엑시머 레이저 또는 XeF 엑시머 레이저와 같은 엑시머 레이저로부터 발생할 수 있다. 플라이-아이 균질화기(12) 및 다른 균질화기(12')는 발산을 갖는 다수의 개별적인 빔(13)들로 상기 입력 광빔(4)을 분할한다. 제 1 실린드리컬 렌즈 어레이(2)의 단일 렌즈들의 초점 길이 farray에 대응하는 거리에 배치되어 있는 콘덴서 렌즈(7)는 상기 개별적인 빔(13)들을 (중간) 필드 평면(6)에 결상한다. 제 1 차원 x로 분리되어 있는 상기 개별적인 빔(13)들의 일부는 상기 (중간) 필드 평면(6)상에서 상기 제 1 차원 x로 적어도 부분적으로 중첩된다. 개별적인 빔(13)들이 분리되어 있는 영역 내에 배치되어 있는 빔 변위 광학소자(도시되지 않음)는 상기 (중간) 필드 평면(6)상에서 상기 제 2 차원으로의 다수의 빔들의 연장의 일부만큼 상기 다수의 빔들을 상기 제 2 차원 y로 변위시킨다.
결상된 빔(8)은 상기 (중간) 필드 평면(6)에서 소정의 연장, 즉 필드 크기 sf를 갖는 필드(9)를 갖는다. 상기 (중간) 필드 평면(6)에(또는 상기 필드 평면(6) 부근에) 배치된 상기 필드 조리개(18)는 상기 (중간) 필드 평면(6)에서 상기 결상된 빔(8)의 연장보다 작은 y-방향으로의 개구를 갖는다. 그러므로, 상기 필드 조리개(18)는 상기 결상된 빔(8)의 에지를 잘라낸다. 투영 렌즈(20)는 상기 필드 조리개(18)에 의해 잘려된 필드(9)를 최종적인 이미지 평면(17)에 결상하여 실질적으로 직사각형의 외곽 형태를 갖고 단축 방향 y로 예리한 에지를 갖는 선형 빔(21)을 형성한다.
이러한 구성은 이하에서 설명할 제안된 해법 및 바람직한 실시예들로 사용될 수 있다. 단순화를 위하여, 본 문서의 전체에서 필드 크기 및 개구수에 관한 한 필드 조리개 평면과 이미지 평면 사이의 구별을 불필요하게 하는 축소 비율 1이 가정될 것이다.
필드 조리개의 평면 또는 이미지 평면에서 강도를 측정하기 위한 장치가 사용될 수 있다면, 예컨대 픽-오프 미러(pick-off mirror)/부분 반사기 및 결상 광학계를 통해 삽입될 수 있다면, 피드백 알고리즘을 사용하여 자동적으로 균질성을 재조정하는 것이 가능하다.
이러한 알고리즘는 다음과 같이 작동할 수 있다.
- 이미지 필드/조정 범위의 한 쪽면으로 모든 빔들을 이동시켜 각각의 빔의 배치를 측정하고 상기 빔들을 차례로 다른 쪽면으로 이동시켜 실질적인 변위에 대응하는 변위 신호를 결정한다.
- m개의 빔들 중 절반을 소망하는 필드의 한 쪽 에지로 이동시킨다(예컨대, 위의 예에서 +6.25㎛).
- 상기 빔들 중 나머지 절반을 소망하는 필드의 다른 쪽 에지로 이동시킨다.
- 만약 m이 짝수가 아니라면, 소망하는 필드의 중심에 나머지 빔을 위치시킨다.
- 외측 피크들 사이의 "강도 저점"을 채우기 위하여 각각의 측면으로부터 하나씩 빔들을 이동시킨다.
일단 양호한 균질성이 달성되면, 빔들의 근사적인 위치들의 궤적을 유지하면서 빔의 강도 최대값에 가까운 빔을 인접한 최저값으로 이동시킴으로써 미세하게 조절할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 광학계의 양호한 실시예들이 상세하게 설명될 것이다.
양호한 실시예 #1:
도 11은 본 발명에 따른 광학계의 제 1 양호한 실시예의 xz-평면에서의 평면도이다. 도 12는 도 11에 따른 광학계의 상기 제 1 양호한 실시예의 yz-평면에서의 평면도이다.
본 실시예 #1은 제 1 장축 Al 방향 x로 입사빔을 균질화하기 위한 2단 플라이-아이 균질화기(12)를 형성하는 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(2, 10), 상기 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(2, 10)에 의해 생성된 개개의 빔(13)들을 (필드) 표면에 결상시키기 위한 볼록 콘덴서 렌즈(7)를 포함한다. 상기 필드 표면은 (상술한 바와 같이, 최종적인 필드 표면에 재결상되는 중간 필드 표면일 수도 있고 최종적인 필드 표면일 수도 있다는 점을 유의해야 한다. 또한, 평면으로의 결상이 발생할 뿐만 아니라 실린더형, 구형 또는 다른 만곡된 형태의 표면으로의 결상도 발생할 수 있다는 점을 언급할 필요가 있다. 제 2 단축 As 방향 y를 따라 상기 개개의 빔(13)들로부터 선형의 초점들을 형성하기 위해 적어도 하나의 포커싱 렌즈(22)가 존재한다.
본 발명에 따르면, 도 11 및 도 12에 도시된 광학계는 임의의 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔(4)으로부터 상기 표면(6) 위에 목표 강도 분포를 형성할 수 있다. 광원으로서, 예컨대 상술한 바와 같이 엑시머 레이저가 사용될 수 있다. 상기 광원은 도면의 좌측에서 우측으로 전파 방향 z로 진행하는 입력 광빔(4)을 방출한다. 상기 입력 광빔(4)은 전파 방향 z에 교차하는 제 1 차원 x로의 연장 및 상기 제 1 차원 x와 상기 전파 방향 z에 교차하는 제 2 차원 y로의 연장을 갖는다.
제 2 어레이(10)와 제 1 어레이(2)는 입력 광빔(4)을 다수 m개의 개별적인 빔(13)들로 분할한다. 본 실시예의 경우에, 상기 제 1 및 제 2 어레이(2, 10)는 서 로 인접하여 배치된 m=3개의 실린드리컬 볼록 렌즈들(그 대신에 오목 렌즈 또는 비구면 렌즈 및/또는 평평한 표면을 갖는 렌즈들이 사용될 수도 있다)로 구성된다. 그러므로, m=3개의 개별적인 빔(13)들이 상기 입력 광빔(4)으로부터 형성된다. 굴절식 렌즈 어레이(2, 10) 대신에 다른 타입의 굴절소자들이 사용될 수도 있다. 본 실싱예의 경우에, 굴절소자들은 입사빔의 대부분이 굴절되는 것이다. 굴절소자들, 특히 실린드리컬 렌즈 어레이(2, 10)는 용융 실리카(fused silica) 또는 불화칼슘으로 이루어질 수 있다. 굴절소자들 대신에, 입사빔의 대부분이 반사되는 미러, 특히 실린드리컬, 비구면 또는 평면 미러들을 갖는 어레이(들)과 같은 반사소자들도 사용될 수 있다. 더욱이, 회절소자들을 대신에 사용하는 것도 가능하다. 이러한 회절소자들은, 예컨대 1차원 프레넬 구역 렌즈(fresnel zone lens)들 또는 선형 격자들일 수 있다. 기본적으로, 굴절소자, 반사소자 및/또는 회절소자들의 조합도 역시 가능하다.
개별적인 빔(13)들의 몇몇은 상기 표면(필드 표면 또는 최종 표면)(6)에서 상기 제 1 차원으로 적어도 부분적으로 중첩된다. 본 실시예의 경우에, m=3개의 개별적인 빔(13)들 모두가 상기 빔(13)들을 형성하는 외측 라인들로부터 알 수 있듯이 상기 표면에서 상기 제 1 차원으로 완전하게 중첩된다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 개별적인 빔(13)들의 적어도 하나를 상기 표면(6)에서 상기 제 2 차원 y으로 변위시키기 위한 적어도 하나의 빔 변위 광학소자가 제공된다. 제 1 양호한 실시예에서, m개의 개별적인 빔(13)들의 편향은, (도 13 에 도시된 바와 같이) m개의 부분(27)들로 구성된 단축 As 포커싱 렌즈(22)를 만들어 (도 14에 도시된 바와 같이) 상기 단축 As을 따라 측방으로 이들을 변위시킴으로써 실현된다. 필드 평면(6)에서 각각의 선형 빔(23, 24)의 위치(25, 26)는 단일 렌즈(27i, ...27n, 27n+1, ...27m)와 동일한 양만큼 시프트된다. 따라서, 위의 예에서, 단일 렌즈(27i, ...27n, 27n+1, ...27m)는 Ty=10㎛의 선형 빔을 형성하기 위해 +-6.25㎛만큼 시프트되어야 한다.
본 양호한 실시예 #1에서, 개별적인 빔들의 개수 m은 분리되는 빔들의 개수 m과 동일하다는 것을 유의하여야 한다. 그렇지만, 이는 필수적인 조건은 아니다. 이는, 부분(27)들의 개수가 실린드리컬 어레이(2, 10)들의 실린더들의 개수에 비하여 많을 수도 또는 적을 수도 있다는 것을 의미한다.
바람직하게는, 단일 렌즈(27i, ...27n, 27n+1, ...27m)들이 입력빔(4)의 비균질성에 대한 양호한 평균을 위하여 교대로 시프트될 수 있다(도 14). 이웃하는 단일 렌즈(27n+1, 27n)들을 단축 As을 따라 동일한 방향으로 시프트하는 것이 편리한 결과를 가져올 수도 있다는 점이 발견되었다. 이는 특히, 모든 개별적인 빔(13)들이 장축 Al을 따라 제 1 차원으로 완전히 중첩되는 경우이며, 실시예 #1의 이러한 경우는 도 11 및 도 12에 도시되어 있다.
m → ∞ 인 경우에, (개별화되지 않을 수도 있는) 상기 시프트된 단일 렌즈들의 꼭지점(최대점)에 의해 형성된 라인(29)은, 도 13에 도시된 시프트되지 않은 경우의 꼭지점 라인(28)에서와 같은 장축 방향 Al에 더 이상 평행하지 않으며 경사각 α로 기울어져 있다. 연속적인 시프트 꼭지점 라인(29)을 갖는 그러한 실린드리컬 렌즈(30)는 도 15에 도시되어 있다.
도 15에 도시된 것과 같은 그러한 비대칭 렌즈(30)는 표준 렌즈로서 제조되지는 않는다. 목표 빔의 빔폭을 변화시킬 때, 새로운 설계가 요구된다. 또한, (분할되지 않은) 표준 실린드리컬 렌즈(31)가, 광축에 대하여, 예컨대 도 11 및 도 12에 도시된 광학계에서 개별적인 빔들의 전파 방향 z에 대하여 상기 렌즈(31)를 회전시킬 때 사용될 수도 있다. 그러한 각도 α를 중심으로 하는 회전이 또한 도 16에 표시되어 있다.
이러한 경우에 있어서, 빔 분리 광학소자(22, 30)는 용융 실리카 또는 불화칼슘과 같은 주로 굴절 재료로 이루어진다. 굴절식 빔 분리 소자 대신에, 반사식 또는 회절식 빔 분리 소자들이 사용될 수도 있다.
양호한 실시예 #2
실시예 #1에서와 같이 분할된 포커싱 렌즈는, 빔들이 단일 렌즈들과 동일한 양만큼 시프트되기 때문에 매우 미세한 기계적 조정을 요구한다. 이는, 긴 초점길이 fsegmented를 갖는 분리된 (분할된) 렌즈(22, 30, 31)를 도입함으로써 회피될 수 있다. 필요한 조정은 초점 길이로서 계사되며 따라서 0.1mm 정도의 매우 편리한 기계적 조정 정확도는 필드 평면에서의 강도 분포의 미세한 조정에 충분하다. 개별적인 빔들이 분할되는 영역, 예컨대 단일 렌즈 어레이들 사이의 여역에 어디든지 추가적인 렌즈가 위치할 수도 있다.
도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 광학계의 제 2 양호한 실시예의 xz-평면 및 yz-평면에서의 평면도를 도시하는 데, 상기 광학계는 약한 굴절력의 (분할된) 렌즈(22, 30, 31)가 단일 렌즈 어레이(2, 10)들 사이에 배치되어 있으며, 포커싱 렌즈(14)가 예컨대 도 4에 도시된 것과 같은 실린드리컬 렌즈라는 점에서 도 11 및 도 12에 도시된 광학계와 다르다. 약한 굴절력의 분할된 렌즈(22) 대신에 도 15 및 도 16에 각각 도시된 것과 같이 x-방향에 대해 경사진 꼭지점 라인을 갖는 렌즈(30) 또는 회전(또는 회전 가능한) 실린드리컬 렌즈(31)가 사용될 수도 있다는 점은 본 기술분야의 당업자에게는 명백하다.
양호한 실시예 #3
실시예 #2로부터의 추가적인 렌즈(22, 30, 31)는 다른 소자, 예컨대, 실린드리컬 어레이들에, 이들 중 하나를 다수의 세그먼트로 분할하고, 하나의 면에 단축 As을 따라 약간의 곡률을 주고, 세그먼트들을 조절 가능하게 함으로써 통합될 수 있다.
상기 소자들을 세그먼트로 분할하는 대신에, 상기 실린드리컬 렌즈들을 회전시키거나 또는 상기 실린드리컬 또는 만곡된 렌즈들의 꼭지점 라인을, 예컨대 도 15 및 도 16에 도시된 목표 빔 분포의 짧은 차원을 정의하는 x-방향에 대해 경사지 게 하는 것이 가능할 수도 있다는 점은 본 기술분야의 당업자에게 명백하다.
양호한 실시예 #4
세그먼트로 분할된 렌즈는 빔의 편향을 조절 가능하게 하는 다른 어떤 소자에 의해 대체될 수 있다. 또 다른 제 4 양호한 실시예는 웨지(wedge)(32, 33, 34)들을 사용한다.
빔 변위를 위한 다양한 편향 각도들의 다수의 웨지 프리즘들이 - 다양한 응용예들에서 및 광학계들의 다양한 조합들에서 - 본 기술분야에서 적용되어 왔다. 그러나, 큰 종횡비를 갖는 높은 세기의 강도 분포에 대해, 결과적인 작은 웨지 각도들을 제조하기 어렵고, 또는 웨지 프리즘들의 경사 각도들이 각각 매우 높은 정확도로 정렬되어야 하기 때문에, 이러한 구현예는 편리하지 않다. 본 발명에 따른 매우 효율적인 광학계에 요구되는 작은 빔 변위에 필요한 웨지들의 작은 경사 각도는 콘덴서 렌즈의 큰 초점길이에 기인한다. 본 발명에 따른 응용예에 요구되는 경사 각도는 10 내지 30μrad 정도가 될 것이다.
상이한 프리즘 각도들의 웨지 프리즘들에 대한 응용예는 따라서 바람직하게는 100 이하의 종횡비를 갖는 강도 분포에 대해서만 적용될 수 있다. 그러나, 매우 높은 정밀도를 갖는 몇 도의 동일하고 큰 프리즘 각도의 프리즘들을 제조하는 것은 가능하다. 프리즘 웨지에 수직한 프리즘의 회전에 의해 작은 빔 편향 각도를 달성하는 것이 가능하다는 것을 본 발명자들은 발견하였다. 따라서, 제 4 양호한 실시 예는 조절 가능한 경사 각도 α32, α33을 갖는 웨지(32, 33, 34)들을 사용한다. 이러한 제 4 실시예는 도 19 및 도 20에 도시되어 있다.
본 실시예는 제 1 장축 Al 방향 x로 입사빔을 균질화하기 위한 2단 플라이 아이 균질화기(12)를 형성하는 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(2, 10), 및 상기 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(2, 10)에 의해 형성된 개별적인 빔(13)들을 평평한 중간 필드 표면, 평평한 필드 표면 또는 최종 평면(6)(전술한 설명 참조)에 결상하기 위한 볼록 콘덴서 렌즈(7)를 포함한다. 이러한 표면(6)은 또한 실린더형, 구형 또는 다른 곡면의 형태일 수도 있다는 점을 유의하여야 한다. 상기 제 1 및 제 2 어레이(2, 10)들 사이의 전파 방향 z로, 회전축(35)을 중심으로 회전 가능하며 동일한 웨지 각도 β를 갖는 한 세트의 웨지(32, 33, 34)들이 장축 방향 Al을 따라 서로 인접하여 배치되어 있다. 동일한 웨지 각도 β를 갖는 웨지(32, 33, 34)들 대신에, 상이한 각도 β1, β2, ...를 갖는 웨지들이 사용될 수도 있으며, 그럼으로써 회전축(35)에 대해 프리즘을 추가적으로 회전시킴으로써 빔 편향이 조절될 수 있다. 상기 개별적인 빔(13)들로부터의 선형 초점을 형성하기 위해 적어도 하나의 포커싱 렌즈(14)가 제 2 단축 As 방향 y을 따라 제공된다.
본 발명에 따르면, 도 19 및 도 20에 도시된 광학계는 임의의 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔(4)으로부터 상기 표면(6)에 목표 강도 분포를 형성하는 것이 가능하다. 광원으로서, 예컨대 상술한 것과 같은 엑시머 레이저를 사용할 수 있다. 엑시머 레이저 대신에, 다른 광원, 특히 고체 레이저, CO2 레이저와 같은 다른 레이저를 사용할 수도 있다.
상기 광원은 도면의 좌측에서 우측으로 전파 방향 z를 따라 진행하는 입력 광빔(4)을 방출한다. 상기 입력 광빔(4)은 전파 방향 z에 교차하는 제 1 차원 x로의 연장 및 상기 제 1 차원 x와 상기 전파 방향 z에 교차하는 제 2 차원 y로의 연장을 갖는다. 제 2 어레이(10)와 제 1 어레이(2)는 입력 광빔(4)을 다수 m개의 개별적인 빔(13)들로 분할한다. 본 실시예의 경우에, 상기 제 1 및 제 2 어레이(2, 10)는 서로 인접하여 배치된 m=3개의 실린드리컬 볼록 렌즈들로 구성된다. 그러므로, m=3개의 개별적인 빔(13)들이 상기 입력 광빔(4)으로부터 형성된다.
개별적인 빔(13)들의 몇몇은 상기 표면(필드 표면)(6)에서 상기 제 1 차원으로 적어도 부분적으로 중첩된다. 본 실시예의 경우에, m=3개의 개별적인 빔(13)들 모두가 상기 빔(13)들의 외측 광선들로부터 알 수 있듯이 상기 표면에서 상기 제 1 차원으로 완전하게 중첩된다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 빔 변위 광학소자가 상기 다수의 개별적인 빔(13)들 중 적어도 하나를 상기 표면(6)에서 상기 제 2 차원 y을 따라 변위시키기 위해 제공된다. 양호한 제 4 실시예에서, m개의 개별적인 빔(13)들의 편향은 상기 제 1 및 제 2 어레이(2, 10)들 사이에 도입된 m=3개의 웨지(32, 33, 34)들의 세트에 의해 실현되며, 상기 웨지(32, 33, 34)들은 xy-평면에 대한 경사를 나타내는 각도 α32, α33에 의해 나타낸 바와 같이 서로에 대해 경사져 있다.
xy-평면에 대한 상기 웨지(32, 33, 34)들의 경사 α32, α33 및 그에 따른 서로에 대한 경사는 압전 결정(도시되지 않음) 또는 스텝-모터(도시되지 않음)와 같은 대응하는 액츄에이터를 이용하여 축(35)을 중심으로 상기 웨지(32, 33, 34)들을 회전시킴으로써 조절될 수 있다.
이러한 접근은 편향 각도의 매우 미세한 제어를 가능하게 하며, 따라서 필드 평면(6)에서 단축 방향 As으로의 광빔(8)의 연장을 매우 미세하게 제어하는 것을 가능하게 한다. 실시예 #1, #2, #3은 도 16에 따른 실린드리컬 렌즈(16)의 경사 각도 α 뿐만 아니라, 도 14에 따른 빔 편향소자(22)의 세그먼트(27i, ...27n, 27n+1, ...27m)들의 서로에 대한 위치를 조절하기 위하여 각각의 액츄에이터, 모터 등을 더 포함할 수도 있다는 점을 언급할 필요가 있다.
양호한 실시예 #5
m개의 개별적인 빔들의 편향은 세그먼트로 분할된 반사식 구성을 도입함으로써 달성될 수도 있다. 가장 간단한 것은 개별적인 빔들이 분할되는 영역 내의 어느 곳이든 위치하는 세그먼트로 분할된 평면 미러이다. 상기 세그먼트로 분할된 평면 미러는 (도 21 및 도 22에 도시되고 이하에서 설명된 것처럼) 단축을 따라 또는 장축을 따라 또는 다른 어떤 평면을 따라 빔 경로를 절곡시킬 수 있다.
xz-평면에서 및 yz-평면에서의 평면도의 형태로 도 21 및 도 22에 각각 도시된 이러한 제 5 실시예는 제 1 장축 Al 방향 x를 따라 입사빔(4)을 균질화하기 위한 2단 플라이-아이 균질화기(12)를 형성하는 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(2, 10) 및 콘덴서 렌즈(7)를 예시적으로 포함한다. 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(2, 10)는 입사빔(4)을 분할함으로써 m=3개의 개별적인 빔(13)들을 형성한다. 볼록 콘덴서 렌즈(7)는 상기 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(2, 10)들에 의해 형성된 개별적인 빔(13)들을, 실시예 #4에 대해 상세하게 설명한 바와 같이, 중간 필드 표면, 필드 표면 또는 최종 표면(6)에 집광한다.
xy-평면에서(제 1 어레이(2)) 및 xz-평면에서(제 2 어레이(10)) 서로에 대해 수직하게 배치되어 있는 상기 제 1 및 제 2 어레이(2, 10)들 사이의 전파 방향 z를 따라, 본 경우에 m=3개의 미러 세그먼트(37, 38, 39)들을 포함하는 앞서 설명한 세그먼트로 분할된 평면 미러(40)는 단축 As 방향 y를 따라 상기 개별적인 빔(13)들을 편향시키고 변위시키도록 배치된다. 포커싱 렌즈(14)가 제 2 단축 As 방향 y을 따라 상기 개별적인 빔(13)들로부터 선형 초점을 형성하기 위해 제공된다.
본 발명에 따르면, 도 21 및 도 22에 도시된 광학계는 1,000의 값을 초과하는 높은 종횡비(예컨대, 단축 As 방향 y으로의 연장에 대한 장축 Al 방향 x로의 선형 연장의 높은 비율)를 갖는 거의 직사각형의 신장된 라인 형태의 목표 강도 분포를 임의의 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔(4)으로부터 상기 표면(6) 위에 형성할 수 있다.
광원으로서, 예컨대 상술한 것과 같은 엑시머 레이저를 사용할 수 있다. 상기 광원은 전파 방향 -y로 진행하며, 상기 미러(40)에 의해 실질적으로 z-방향으로 편향되어 도면의 좌측에서 우측으로 상기 방향 z를 따라 진행하는 입력 광빔(4)을 방출한다. 상기 미러(40)는, 예컨대, 용융 실리카, (Schott AG에 의해 판매되는 상표의 재료인) Zerodur 유리 또는 (Corning 사에 의해 판매되는 상표의 재료인) ULE 유리로 제조될 수 있다.
상기 입력 광빔(4)은 전파 방향 -y, z에 교차하는 제 1 차원 x로의 연장 및 상기 제 1 차원 x와 상기 전파 방향 -y, z에 교차하는 제 2 차원 z, y로의 연장을 갖는다.
제 2 어레이(10)와 제 1 어레이(2)는 입력 광빔(4)을 다수 m개의 개별적인 빔(13)들로 분할한다. 본 실시예의 경우에, 상기 제 1 및 제 2 어레이(2, 10)는 서로 인접하여 배치된 m=3개의 실린드리컬 렌즈들로 구성된다. 그러므로, m=3개의 개별적인 빔(13)들이 상기 입력 광빔(4)으로부터 형성된다. 본 실시예의 경우에, m=3개의 개별적인 빔(13)들 모두가 상기 빔(13)들을 형성하는 외측 광선들로부터 알 수 있듯이 상기 표면에서 상기 제 1 차원을 따라 완전하게 중첩된다.
본 발명에 따르면, 빔 변위 광학소자가 상기 다수 m개의 개별적인 빔(13)들을 상기 표면(6)에서 상기 제 2 차원 y을 따라 변위시키기 위해 제공된다. 양호한 제 5 실시예에서, m개의 개별적인 빔(13)들의 편향은 상기 제 1 및 제 2 어레이(2, 10)들 사이에 도입된 상기 미러(40)의 세그먼트(37, 38, 39)들에 의해 실현된다. 이는, 각도 γ1, γ2에 의해 표시된 바와 같이 서로에 대해 상기 미러 세그먼트(37, 38, 39)들을 기울게 함으로써 달성된다(상기 경사 각도 γ1, γ2가 불균등하게 도시 되어 있음을 유의한다). 일반적으로, 이러한 각도 γ1, γ2들은 10 내지 30μrad 정도의 범위에 있을 것이다.
서로에 대한 상기 미러 세그먼트(37, 38, 39)들의 경사 각도 γ1, γ2는 압전 결정(도시되지 않음) 또는 스텝-모터(도시되지 않음)와 같은 대응하는 액츄에이터를 이용하여 축(36)을 중심으로 상기 미러 세그먼트(37, 38, 39)들을 회전시킴으로써 조절될 수 있다.
그러나, 실시예 #4에 대해 위에서 설명한 바와 같이, 큰 종횡비를 갖는 강도 분포를 형성하기 위한 경사 각도는 매우 작아야 한다. 여기서 사용되는 미러들의 경사 각도는 10μrad 이하의 정도가 되어야 한다. 10mm의 미러 직경을 가정할 때, 이는 미러에 수직한 편차가 약 1㎛ 이하라는 결과가 되는 데, 이는 특히 경사진 미러들의 기계적 및 열적 민감도를 고려할 때 유지하기가 매우 어렵다. 또한, 결상 광학계가 사용된다면 미러의 편차는 30㎛보다 작아야 한다. 따라서, 경사 미러들의 적용은 바람직하게는 100보다 낮은 종횡비를 갖는 강도 분포를 형성하는 데 사용된다. 보다 높은 종횡비를 갖는 강도 프로파일을 형성하기 위하여, 예컨대 필드 평면에 가까운 세기 센서와 함께 각각의 개별적인 미러 세그먼트에 대한 적층형 압전과 같은 구동 유닛을 사용하여 미러의 편향 각도 γ1, γ2를 능동적으로 조작하고 제어하는 것이 바람직하다.
그러나, 본 발명의 발명자들은, 세그먼트로 분할된 미러(40) 대신에 도 23 및 도 24(도 23은 도 21에 대응하지만 실린드리컬 어레이(10)를 도시하지 않고 있 으며; 도 24는 도 22에 대응한다)에 도시된 바와 같이 단일 미러(41)를 사용할 수도 있다는 점을 발견하였다. 상기 단일 미러(41)는 (도 23 및 도 24에 따른 세그먼트(37, 38, 39)들에 대한 경우와 같이) 하나의 부품으로서 x-방향으로 축(36)을 중심으로 회전 가능하지 않다. 대신에, 축(36) 중심의 회전 각도는 화살표 D1, D2로 표시된 미러(41)의 비틀림을 유발한 미러(41)를 따라 연속적으로 변한다. 이는 비축 방향(42)을 따른 약간의 실린더 형태로 미러를 변화시키는 것과 동등하다. 미러(41)는 이러한 약간의 실린더 형태를 갖도록 제조되거나 또는 평면 미러로서 기계적으로 휘어지도록 제조될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 상기 단일 미러(41)와 기능적인 관계에 있는 압전 결정 또는 모터과 같은 각각의 액츄에이터들이 또한 미러(41)의 휨을 조절하기 위해 각각 제공될 수도 있다.
상기 미러(41)에 비틀림을 주는 대신에, 위에서 설명한 것과 같은 소정의 형태, 만곡된, 특히 실린더형으로 휘어진 미러가 상기 축(42)을 중심으로 회전 가능하도록 사용될 수도 있다.
양호한 실시예 #6
양호한 실시예 #5에서와 같이 세그먼트로 분할된 미러를 도입하는 대신에, 광학계를 부분적으로 또는 전체적으로 반사식 소자들로 구성하여 이들 중 어느 것을 세그먼트로 분할된 광학부로서 구현하는 것도 가능하다. 도 25 및 도 26은, 어레이(2, 10)들이 반사식이며 이들 중 하나가 세그먼트로 분할되어 있는 및/또는 각 도 조절이 가능한 예를 도시하고 있다. 이 경우에 있어서 반사식은 입사빔의 대부분이 어레이(2, 10)들에서 반사된다는 것을 의미한다.
xz-평면에서 및 yz-평면에서의 평면도의 형태로 도 25 및 도 26에 도시된 이러한 제 6 실시예는, 제 1 장축 Al 방향 x를 따라 입사빔(4)을 균질화하고 두 개의 실린드리컬 미러 어레이(2', 10')에 의해 형성된 개별적인 빔(13)들을 (중간 필드 또는 필드 또는 최종) 표면(6)으로 결상시키기 위한 2단 "플라이-아이" 균질화기(12')를 형성하는 두 개의 실린드리컬 렌즈 어레이(2', 10')와 콘덴서 렌즈(7) 및 제 2 단축 As 방향 y을 따라 상기 개별적인 빔(13)들로부터 선형 초점을 형성하기 위한 포커싱 렌즈(14)를 예시적으로 포함한다.
본 발명에 따르면, 도 25 및 도 26에 도시된 광학계는 1,000 이상의 높은 종횡비를 갖는 거의 직사각형의 신장된 라인 형태의 목표 강도 분포를 임의의 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔(4)으로부터 상기 표면(6) 위에 형성할 수 있다. 광원(4)으로서 엑시머 레이저를 사용할 수 있다. 상기 광원(4)은 전파 방향 z로 진행하는 입력 광빔(4)을 방출한다. x-축에 평행한 축(43) 중심의 회전에 의해 xy-방향에 대해 경사진 상기 제 2 실린드리컬 미러 어레이(10')는 상기 입사빔(4)을 반사하여 다수 m개의 개별적인 빔(13)들로 분할한다. m=3개의 분할된 개별적인 빔(13)들은 상기 제 1 실린드리컬 미러 어레이(2')로 향하게 된다. 실린드리컬 미러 어레 이(10', 2')는 예컨대, 용융 실리카, Zerodur라는 상표로 독일 Mainz의 Schott AG에 의해 판매되는 유리 세라믹 또는 ULE라는 상표로 미국 뉴욕의 Corning 사에 의해 판매되는 유리로 제조될 수 있다.
상기 제 1 실린드리컬 미러 어레이(2')는 x-방향에 평행하게 진행하는 상기 축(43)을 중심으로 독립적으로 회전 가능한 m=3개의 분리된 개별적인 실린드리컬 미러 세그먼트(44, 45, 46)들로 구성된다. x-방향을 따라 서로에 인접하여 배치된 상기 분리된 개별적인 실린드리컬 미러 세그먼트(44, 45, 46)들은 xz-평면에서 서로에 대해 경사지도록 조절된다(경사 각도 ξ1, ξ2는 그 크기대로 도시되지 않았으며, 통상적인 값은 각각 +/- 수㎛의 변위를 가져오는 +/- 10-30μrad 이다). 상기 m=3개의 분리된 개별적인 실린드리컬 미러 세그먼트(44, 45, 46)들은 단축 As 방향 y를 따라 상기 분리된 개별적인 빔들을 반사하고 특히 변위시킨다. 콘덴서 렌즈(7)는 상기 분리되고 변위된 빔(13)들을 (필드) 표면(6)에 결상시킨다. 포커싱 렌즈는 상기 표면(6)에 선형의 초점들을 형성한다. 본 실시예의 경우에 있어서, m=3개의 개별적인 빔(13)들 모두가 상기 빔(13)들을 형성하는 외측 광선들로부터 알 수 있듯이 상기 표면에서 상기 제 1 차원을 따라 완전하게 중첩된다. 모든 이러한 양호한 실시예들은 시스템의 초기 정렬에서 완전한 조절로 또는 한번의 설정으로 구현될 수 있다.
양호한 실시예 #7
본 발명의 양호한 유형에 따른 도 27, 28, 29에 도시된 제 7 실시예는 소위 TDX-공정을 사용하는 ("패널"이라고도 알려진) 기판 위에 증착된 비정질 실리콘막으로부터 다결정 실리콘막을 제조하는 데 사용된다.
이러한 기술은, 상기 기판 위에 증착되어 있는 비정질 실리콘막을 완전히 용융시킨 후 상기 용융된 영역의 에지에 있는 시드(seed)들로부터 큰 결정입자(grain)들의 측방 결정 성장이 진행하도록 하는, 매우 얇은 (따라서 이러한 차원을 단축 As이라고 부르는) 빔으로 패널을 조사하는 피제어 초-측방 성장(controlled super-lateral growth; SLG) 방식을 기초로 한다. 빔폭을 충분히 제한함으로써(여기서 예컨대 5-15㎛), 예컨대 보다 큰 빔폭을 사용하여 관찰될 수 있는 작은 결정입자들의 영역들을 유도하는 어떠한 결정핵생성(nucleation)도 없이, 용융된 전체 영역이 측방 성장을 통해 결정화되는 것을 보장한다.
빔의 다른 쪽 차원은 높은 균일성 정도 및 높은 생산성을 보장하기 위하여 가능한 길게(따라서 이러한 차원을 장축 Al이라고 부른다) 만들어진다. (SLS와 같은) 멀티-패스 노광 기술(multi-pass exposure technique)에서 보여지는 기워 붙인 영역들의 비균일성을 피하기 위하여, 패널의 전체 폭(예컨대 700mm 이상)이 각각의 펄스 내에서 노광된다. 노광하는 동안, 패널은 일정한 (연속적인 또는 단계적인) 속도로 스캐닝되며, 레이저는 약 2㎛의 병진 후에 발사되도록 조정된다(여기서 반복률(repetition rate)은 약 6kHz, 레이저 펄스 에너지는 약 150mJ, 레이저 세기는 300-900W이다). 각각의 펄스는 5-15㎛ × ~700mm 정도의 영역을 용융시키는 데, 상 기 영역은 이전 펄스의 poly-Si으로부터 형성된 시드를 사용하여 측방 결정 성장을 겪게 되며, 스캐닝 방향(단축 As 방향 y)으로 긴 결정 입자들을 형성한다. 표준 엑시머 레이저 어닐링(ELA)에서 사용된 20-40개의 펄스들과 비교할 때, 각 영역을 노광하는 데 단지 두 개 내지 세 개의 펄스들만이 사용되며, 훨씬 높은 패널 생산성을 제공한다.
도 27, 28, 29에 도시된 도면을 참조하여 후술할 시스템은 도 11 및 도 12에 도시된 시스템과 매우 유사한 광학계로 구성되지만, 세그먼트로 분할된 렌즈(22)가 광축 z을 중심으로 회전할 실린드리컬 렌즈소자(53)로 대체되었다. 거의 직사각형 모양의 필드 형태, 높은 종횡비 및 단축을 따라 양호하게 균질화된 탑-햇 형태의 프로파일을 갖는 선형 빔을 형성하기 위하여, 2단 균질화기가 요구되거나 적어도 유리하다. 2단 균질화기의 각각의 단은 단일한 단의 균질화기로 구성될 수도 있지만, 하나 이상의 개별 단을 포함할 수도 있다.
예컨대 US 2005 0031261 A1은 두 개의 단일-단 균질화기, 즉 콘덴서 렌즈를 갖는 실린드리컬 렌즈 어레이(플라이아이 균질화기)와 막대(rod)로 구성되는 2단 균질화기를 개시하고 있다. 상기 문헌에 개시된 구성은 미리 정해진 한 방향을 균질화하기 위해서만 사용된다. 플라이아이의 잔여 비균질성(제 1 단계)은 막대에 의해 향상된다(제 2 단계). 이와는 대조적으로, 이하에서 설명될 본 발명에 따른 해결책은 z-축을 중심으로 회전하는 실린드리컬 렌즈소자에서 균일한 분포를 형성하기 위해 제 1 플라이아이를 사용한다. 막대의 입사측에는 레이저 프로파일의 균질 한 분포가 존재하지 않는다. 회전된 실린드리컬 렌즈의 각도 분포만이 단면을 통해 균질하게 분포되어 있다. 막대는 균일하지 않은 입력빔 프로파일을 균질화하는 데 사용된다.
또 다른 종래기술 문헌인, EP 1 400 832 A1은 폭 방향을 따라 입력 레이저빔을 균질화하기 위해서만 막대를 사용한다. 이하에서 설명될 본 발명에 따른 해결책은 길이 방향을 따라 입력 레이저빔을 균질화하는 데 상기 막대를 사용한다.
위에서 사용된 명칭과 유사하게, 다음의 표기가 이하에서 사용될 것이다. x-축은 300mm보다 큰 최종 평면(패널)에서의 크기를 갖는 장축 Al이다. y-축은 5 내지 200㎛ 사이의, 바람직하게는 5 내지 20㎛ 사이(이는 예컨대, 50 내지 2000㎛ 사이의 범위, 바람직하게는 축소비 M=10에 대해 50 내지 200㎛ 사이의 범위에 있는 (중간) 필드 (조리개) 평면에서의 크기에 대응한다)의 범위에 있는 최종 평면에서의 크기를 갖는 단축 As이다. 막대(56)의 끝 부분까지의 장축 Al의 균질화 및 필드 평면까지의 단축 As의 균질화만이 제공된다. 장축 Al 방향을 따라 최종 평면(패널)으로 출사하는 막대(56)의 이미지는 적어도 2개의 실린드리컬 렌즈(또는 미러)들을 요구한다. 이는 여기서 설명되지 않는다. 각각의 배치는 실시예 #8과 관련하여 도시되어 있다.
도 27 및 도 28에 도시된 광학계는 임의의 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔(50)으로부터 1,000 이상, 바람직하게는 10,000 이상의 종횡비 및 (거의) 직사각형의 외곽 형태를 갖는 목표 강도 분포를 표면(58)에 형성할 수 있다. 광원(여기서 는 도시되지 않음)으로서, 예컨대 엑시머 레이저(앞부분 참조)를 사용할 수 있다. 상기 광원은 도면의 좌측에서 우측으로 전파 방향 z로 진행하는 입력 광빔(50)을 방출한다. 상기 입력 광빔(50)은 전파 방향 z에 교차하는 제 1 차원 x(즉, 여기서 장축 Al 방향)로의 연장 및 상기 제 1 차원 x와 상기 전파 방향 z에 교차하는 제 2 차원 y(즉, 여기서 단축 As 방향)로의 연장을 갖는다.
균질화기는 두 개의 개별적인 균질화단(51, 56)으로 구성된다. 상기 구성은 도 27에 도시되어 있다. 제 1 단은 콘덴서 렌즈(52)와 결합된 실린드리컬 렌즈 어레이(51)(플라이아이)이다. 이러한 단일한 실린드리컬 렌즈 어레이(51) 대신에 앞서 도시된 바와 같은 두 개의 실린드리컬 어레이들을 포함하는 2단 균질화기가 사용될 수도 있다. 제 2 단은 이중 실린드리컬 플라이아이(55) 및 콘덴서 렌즈(54)와 함께 상술한 막대(56)로 구성된다.
제 1 균질화기(51)의 역할은 입력 광빔(50)의 입력 강도 분포로부터 장축 Al을 따른 균일한 강도 분포를 갖는 광빔을 실린드리컬 렌즈소자(53)에 형성하는 것이다.
실린드리컬 렌즈소자(53)는 단축 As 방향 y로의 광학적 굴절력을 갖는다. 상기 실린드리컬 렌즈소자(53)는 광축(50)을 중심으로 회전할 수 있다. 회전의 효과는 광축(50)에서 떨어져 있는 빔들의 장축 Al 방향 y로의 편향이다. 이러한 편향은 장축 Al 방향 y를 따른 광축(50)으로부터의 축 방향 거리에 비례한다.
제 2 균질화단(56)에서, 실린드리컬 렌즈소자(53)에서의 각도 분포는 콘덴서 렌즈(54)에 의해 두 개의 소자(55a,55b)로 구성된 실린드리컬 렌즈 어레이(55)에 집광된다. 이는, 실린드리컬 렌즈소자(53)로부터 시작한 광선들이 실린드리컬 렌즈 어레이(55)의 전체 영역에 걸쳐 분포된다는 것을 의미한다. 즉, 소정의 편향된, 단축 As 방향 y로의 빔이 실린드리컬 렌즈 어레이(55)의 전체 영역에 걸쳐 분포된다.
렌즈 어레이(55)의 입사측에서의 각도 분포는 실린드리컬 렌즈소자(53)에서의 필드 위치에 의존한다. 실린드리컬 렌즈 어레이(55) 입사측에서의 광선들은 실린드리컬 렌즈소자(53)에서의 필드의 공간적인 거리에 따라 기울어진다.
이를 보상하기 위하여, 실린드리컬 렌즈 어레이(55)가 특별한 배치 하에서 사용된다. 제 1 어레이(55a)에 대한 제 2 어레이(55b)의 거리는 렌즈 어레이(55)의 제 2 소자(55b)의 초점길이 farray 55b와 같다. 이러한 구성에서, 출력 각도는 렌즈 어레이(55)의 제 1 소자(55a)에서의 광선의 위치에 의해 결정된다. 렌즈 어레이(55)의 두 번째 역할은 뒤에 있는 막대(56)와 함께 균질화를 위해 요구되는 각도 분포를 정의하는 것이다.
막대(56)는 입사측 영역에 반사방지 코팅(56a)을 갖는다. 막대(56) 내의 광선이 유리(56)와 공기 사이의 경계(56a)에 부딪치면, 막대(56) 내에 광선(59)을 유지시키는 내부 반사가 발생한다. 몇 차례의 반사(60a,60b) 이후에, 막대(56)의 출사측(56b)에서 균일한 분포가 달성된다(도 27). 반사(60a,60b)는 단지 장축 Al 방향 x를 따라서만 발생한다. 단축 As 방향 y로는, 반사가 발생하지 않는다(도 28c, 도 28d). 단축 As 방향 y로의 막대 크기는 단축 As 방향 y로의 빔 크기(61)보다 크다. 장축 Al 방향 x로의 균질화 이외에, 막대(56)는 렌즈소자(53)에 의해 형성된 각도 변위를 장축 Al 방향 x에 걸쳐 동일하게 분포시키는 역할도 갖는다. 장축 Al 방향 x를 따른 최종 평면(패널)으로의 막대(56) 출사측(56b)의 결상은, 여기서는 도시되지 않은 적어도 세 개의 실린드리컬 렌즈들(또는 미러들)을 요구한다. 그러나, 상세한 내용은 실시예 #7과 관련하여 설명되어 있다. 배율은 10 내지 200 정도에 있다.
도 28은 장축 Al 방향 x에서의 빔 위치의 함수로서 단축 As 방향 y에서의 빔 편향의 원리를 도시한다. 도 28a는 xy-평면에서의 회전 가능한 실린드리컬 렌즈소자(53)의 단면도를 도시한다. 도 28c는 광학적으로 작용하는 소자들만을 각각 포함하는 광축(50) 및 단축 방향을 따른 빔 경로의 단면도를 도시한다. 도 28d는 장축 방향으로의 다른 위치가 없는 경우에 도 28c에 도시된 것과 평행한 평면에서 단축 As 방향 y을 따른 빔 경로의 단면도를 도시한다. 경사진 실린드리컬 렌즈(53)로 인해, 중심 광선(53a)은 중심에서 실린드리컬 렌즈(53)에 부딪치지 않고 회전 각도 α에 비례하는 중심으로부터 떨어진 거리 y에 부딪친다.
도 28a에서 빗금 친 직사각형(62)은 렌즈소자(53)에서의 빔 형태이다. 상기 빔 형태는 어레이(51) 및 콘덴서 렌즈(52)에 의해 형성되는 형태에 이미 대응할 수 있다. 또한, 대신에, 상기 균질화된 빔은 조리개(64) 또는 도 28e에 도시된 것과 유사한 배열을 사용하여 단축 As 방향 y을 따라 에지 부분이 잘릴 수도 있다. 이미 설명한 바와 같이, 장축 Al 방향 x을 따른 분포는 균질하다. 빔 좌표 (0, 0)을 갖는 중심 광선(53b)은 중심부에서 실린드리컬 렌즈(53)에 부딪치며 영향을 받지 않을 것이다. 빔 좌표 (-x, 0)을 갖는 좌측 광선(53a)은 하부에서 렌즈(53)에 부딪치며 상부 방향으로 편향될 것이다. 빔 좌표 (x, 0)을 갖는 우측 광선(53c)은 상부에서 렌즈(53)에 부딪치며 하부 방향으로 편향될 것이다. 여기서의 경우와 같이 낮은 편향 값들에 대해, 편향은 x 좌표의 선형 함수이다. 편향된 빔(61a, 61b, 61c, 61)들은 실린드리컬 콘덴서 렌즈소자(57)에 의해(또는 대신에 콘덴서 미러(도시되지 않음)에 의해) (중간) 필드 (조리개) 평면(58) 위로 집광된다. 필드 (조리개) 평면(58)에서의 편향된 빔(61a, 61b, 61c, 61)들의 각각의 위치는 편향에 비례하며 따라서 z축을 중심으로 하는 렌즈소자(53)의 회전에 비례한다. 도 28d는 필드 (조리개) 평면(58)에서의 대응하는 광선(61a 내지 61b)들을 도시한다. 또한 단축 As 방향 y에서 광축(50)으로부터 장축 Al 방향으로의 거리 x를 갖는 광축(50)에 평행한 광선(61)들의 광 경로가 도시되어 있다. 이들 광선(61)들은 포커싱 렌즈(57)에 의해 필드 (조리개) 평면(58) 위로 포커싱된다. 도 29c는 입력광을 사용하여 단축 As을 따른 각각의 빔(64)의 계산된 강도 분포를 도시하고 있다.
레이저 그 자체는 시간에 따라 변할 수 있는 발산 프로파일을 갖는다. 렌즈소자(53)의 회전이 없으면, 이러한 발산 프로파일은 필드 (조리개) 평면(58)에서의 단축 As 방향으로의 공간 분포로서 렌즈소자(53) 및 렌즈소자(57)에 의해 집광될 것이다. 이러한 프로파일은 도 29a에 도시되어 있다. 다음 단계에서는 균질한 분포의 형성이 설명된다. 렌즈소자(53)의 회전은, 상기 렌즈 소자(53)의 위치에서 장축 Al 방향으로의 거리에 비례하는 필드 (조리개) 평면(58)에서의 시프트를 형성한다. 렌즈소자(53)에서의 강도 분포가 제 1 단계의 균질화로 인해 균질하기 때문에, 렌즈소자(53) 위로 입사하는 평행 광선들에 대해 필드 (조리개) 평면(58)에서 탑햇 형태의 강도 분포를 형성할 것이다. 탑햇의 폭 Ty는 렌즈소자(53)의 회전 각도 α에 비례한다. 탑햇 형태의 분포는 도 29b에 도시되어 있다. 상기 탑햇 분포는, 레이저의 발산 및 회절을 고려하지 않은 경우에, 시뮬레이션의 결과이다.
단축 방향으로의 레이저의 발산 때문에, 필드 (조리개) 평면(58)에서의 결과는 집광된 레이저 발산의 공간적 분포(도 29a) 및 회전된 렌즈소자(53)에 의해 형성된 탑햇 분포(도 29b)의 컨볼루션(convolution)이다.
Si-결정의 측방 성장 길이를 증가시키기 위해서는, 비대칭적인 강도 분포가 유리하다. 빔 프로파일의 앞쪽 에지에 가까운 광세기는 끝쪽 에지의 광세기보다 낮을 수도 있다. 이는, 블레이드를 이용하여 도 28b에 도시된 것과 같은 레이저 빔 프로파일을 절단함으로써 성취될 수 있다. 단축 As 연장 y에 걸친 인터그레이팅 된 강도는 장축 Al 방향 x으로의 위치의 함수로서 선형적으로 감소한다. 한 위치 x에서의 인터그레이팅 된 강도는 필드 (조리개) 평면(58) 내의 어느 한 위치에서의 강도가 될 것이다. 그러므로 필드 (조리개) 평면(58)에서의 강도는 렌즈소자(53)에서의 인터그레이팅 된 강도와 동일한 함수에 따라 변화한다. 도 28b에 도시된 빔 프로파일의 경우, 필드 (조리개) 평면(58)에서의 강도 분포는 선형 경사(ramp) Ry로서 예측된다.
상기 경사 Ry를 갖는 비대칭적인 빔 프로파일은 도 28c, 28d, 28e에 도시된 것으로부터 벗어나 있는 조리개로 상부 및 하부를 절단함으로써 쉽게 형성될 수 있다. 조리개는 도 28b에 도시된 빗금 친 영역(63)과 같은 모양을 갖는다. 또는, 도 28f에 도시된 것과 같이 상부 및 하부에 있는 프로파일을 절단하는 두 개의 단일 에지에 의해 구현될 수도 있다.
도 29e에 도시된 절단된 빔 프로파일의 경우, 분포는 탑햇 Ty 대신 경사 Ry와 같다. 집광된 레이저 발산의 공간적인 분포로 컨볼루션 한 후에도, 경사 Ry가 여전히 보인다(도 29f).
단축 As 방향 y를 따른 경사 Ry를 형성하기 위한 블레이드(64')들은 회전된 실린드리컬 렌즈(53)의 전방의 어느 평면에든지 위치하여야 한다. 양호한 방안에서, 블레이드(64')들의 절단은 단축 As 방향 x를 따른 빔의 상부 및 하부에서의 중심 축 Ac에 대해 대칭적이다. 이 경우에, 단축 방향으로의 빔 시프트는 절단 블레이드(64')들을 통한 투과에 단지 약간의 영향만을 준다. 상기 블레이드(64')들은 도 28c에 도시된 것과 같은 선형적인 경사 Ry를 형성할 수 있지만, 단지 빔 프로파일의 일부만을 절단할 수도 있다. 만약 앞쪽 에지측에 있는 일부만이 절단된다면, 끝 쪽 에지에서의 에너지 밀도는 영향을 받지 않을 것이다. 이는, 앞쪽 에지의 영역에 서 경사가 있는 동안에도 공정 관련 끝쪽 에지는 여전히 탑햇 분포를 가질 것이라는 점을 의미한다.
끝쪽 에지에 가까운 거의 탑햇 분포 및 앞쪽 에지에 가까운 경사진 강도 분포를 갖는 후자와 같은 비대칭적인 분포는 또한 단축 As 방향 y를 따른 빔의 포커싱에서의 수차에 의해 형성될 수도 있다. 단축 방향으로 그 광학적 반사능을 갖는 실린드리컬 미러가 0°과 다른 입사각 Θ 하에서 사용된다면, 심각한 코마 수차가 보일 것이다. 도 30a는 본 발명에 따른 제 7 실시예의 그러한 변형의 일부를 도시하는 데, 여기서 실린드리컬 콘덴서 렌즈소자(57)는 40°정도의 입사각 Θ 하에서 입사빔을 반사하는 실린드리컬 미러(57')로 대체되어 있다. 이러한 입사각 Θ=40° 대신에, Θ > 0°의 다른 입사각, 바람직하게는 10°와 50° 사이의 입사각 Θ이 사용될 수도 있다.
(중간 필드) 평면에서 단축 As 방향 x를 따른 빔이 강도 분포를 도시하는 도 30b에서 코마 수차의 영향은 40°의 입사각 Θ으로 인해 매우 크다. 문헌으로부터 알려진 바와 같이, 코마 수차는 비대칭적인 에너지 분포를 형성한다. 그 영향은 또한 단축 As 방향을 따라 비구면 표면 형상의 미러(57')를 사용함으로써 보다 작은 입사각 Θ에서도 도달될 수 있다. 이러한 표면 형상은 다음의 형태를 갖는다.
p = a × q3
여기서 p는 구면 표면 형상으로부터 편차, q는 단축 방향으로 미러에서의 높 이, a는 비구면 및 따라서 경사의 기울기를 결정하는 상수이다.
양호한 실시예 #8
입사빔을 균질화 하기 위한 막대를 사용하는 실시예는 US 4,918,583에 개시되어 있다. 상기 문헌의 도 7은 본 발명에 따른 실시예 #8과 관련하여 사용되는 것과 매우 유사한 배치를 도시한다. 실시예 #8에 따른 배치가 장축 강도 분포를 균질화하는 반면, US 4,918,583에 개시된 배치는 입력빔을 모든 방향으로, 즉 장축과 단축 Al, As 차원 x, y을 따라 균질화한다.
본 발명의 양호한 유형에 따른 도 31a 및 도 31b에 도시된 제 8 실시예는 상술한 TDX-공정을 사용하는 ("패널"이라고도 알려진) 기판 위에 증착된 비정질 실리콘막으로부터 다결정 실리콘막을 제조하는 데 사용될 수도 있다.
도 31a는 본 발명에 따른 광학계의 제 8 양호한 실시예의 xz-평면에서의 평면도를 도시한다. 도 31b는 도 31a에 따른 광학계의 상기 제 8 양호한 실시예의 yz-평면에서의 대응하는 평면도를 도시한다.
본 실시예는 광원(도시되지 않음), 두 개의 균질화단(81, 82), 분산 지연소자(distributed delay device; DDD) 광학소자(73), 세 개의 결상 광학계(83, 84, 85), 회전된 실린드리컬 렌즈(77), 제한 모듈(79)의 선택적인 적용을 위한 중간 필드 평면(92) 및 패널(80)이 위치하는 필드 평면(105)을 포함한다.
광원으로서 레이저가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 레이저는 600nm 이하의 파장에서 동작한다. 특히, KrF 엑시머 레이저, XeCl 엑시머 레이저 또는 XeF 엑시머 레이저와 같은 엑시머 레이저가 사용될 수 있다.
제 1 균질화단(81)은 입사빔을 단지 하나의 차원(여기서 Al)을 따라 다수의 빔들로 분리하기 위한 실린드리컬 렌즈 어레이(71)(이러한 실린드리컬 렌즈 어레이(71) 대신에 앞서 설명한 바와 같이 2단 실린드리컬 렌즈 어레이(플라이아이) 또는 회절광학소자(DOE)가 또한 사용될 수도 있다) 및 상기 분리된 개개의 빔들을 제 1 동공 평면(93)에 집광하기 위한 제 1 볼록 콘덴서 렌즈(72)를 포함한다.
제 2 균질화단(82)은 입사빔을 인터그레이팅 하기 위한 입방형 막대(cuboid rod)(75) 및 상기 인터그레이팅 된 빔을 제 2 동공 평면(112)에 집광하기 위한 제 2 볼록 실린드리컬 콘덴서 렌즈(76)를 포함한다.
DDD 광학소자(73)는 장축 Al 방향 x를 따라 나란히 떨어져서 배치된 다수의 입방형 막대(73a, 73b)들을 포함한다. DDD 소자(73)는 z-방향으로의 진행하는 빔의 광학적 경로 길이를 선택적으로 증가시킬 수 있다. 다수의 (입방형) 막대(73a, 73b)들을 포함하는 이러한 구성 대신에, 예컨대 US 4,619,508에 개시된 것과 같이 z-방향으로 상이한 길이를 갖는 부분들을 갖는 바아(bar)가 사용될 수도 있다.
제 1 결상 광학계(83)는 상기 제 1 콘덴서 렌즈(72)와 추가적인 콜리메이터 렌즈(74)를 포함한다. 상기 제 1 결상 광학계(83)는 실린드리컬 렌즈 어레이(71)의 초점 평면을 대략적으로 막대(75)의 입사 평면(97)에 결상시킬 수 있다.
제 2 결상 광학계(84)는 본 경우에 볼록 실린드리컬 콘덴서 렌즈(76)와 추가 적인 실린드리컬 렌즈(78)를 포함한다. 인터그레이터 로드(integrator rod)(75)의 출사 평면(103)은, 제 1 차원 x를 따른 상기 막대 출사 평면(103)의 확대된 이미지를 형성하기 위해 20 이상의 배율로 상기 제 2 결상 광학계(84)에 의해 목표 평면(80)에 결상된다. 렌즈(76 및 78)들 대신에 미러들이 사용될 수도 있다.
제 3 결상 광학계(85)는 y-방향에 수직하게 배치되어 있는 실린드리컬 렌즈(114)를 포함한다. 제 3 결상 광학계(85)는, 입사빔에 의해 조명되며 필드 평면(92)에 배치된 필드 제한 모듈(79)에 의해 제 1 및/또는 제 2 차원을 따라 선택적으로 제한되는 필드(86)를 결상할 수 있는 릴레이 광학계이다. 이러한 공액 필드 평면(92)에서, 콜리메이팅 된 입사빔의 수축이 실린드리컬 콘덴서 렌즈(113)에 의해 y 방향으로 형성된다. 릴레이 광학계(85)의 축소 비율은 1 내지 15 사이의 값을 가질 수 있다. 렌즈를 기초로 하는 결상 광학계(85) 대신에, 미러를 기초로 하는 결상 광학계 또는 이들의 결합이 사용될 수도 있다.
실린드리컬 렌즈(77)는 실시예 #7에 대해 이미 설명한 것과 유사하게 구성된다. 도 32는 그러한 실린드리컬 렌즈(77)를 도시하고 있다.
실린드리컬 렌즈는 평행한 전파 방향을 갖는 상이한 입사빔들을 상이한 방향으로 변위시키기 위하여 장축 Al 방향 x에 대한 꼭지점 라인(87) 사이의 각도 α에 의존하여 사용될 수도 있다. 상세한 기능은 실시예 #7을 참조하여 위에서 이미 설명하였다. 실린드리컬 렌즈(77) 대신에, 위에서 설명한 것과 같은 얇게 자른 렌즈(도 13, 14 참조) 또는 도 15에 도시된 것과 같은 경사진 꼭지점 라인을 갖는 비대 칭 실린드리컬 렌즈가 사용될 수도 있다.
필드 제한 모듈(79)로서, 예컨대, 직사각형의 필드-조리개가, 예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 통상적인 필드-조리개 대신에, 빔의 비사용 부분과 빔의 사용 부분을 분리하는 광학소자들이 또한 사용될 수도 있다. 그러한 빔 분리소자는, 분리될 광을 편향시키는 예리한 경계를 갖는 광섬유와 같은 실린드리컬 렌즈, 미러 또는 웨지 프리즘과 같은 다수의 반사, 굴절 또는 회절 광학소자들 또는 그 중 하나로 구성될 수 있으며, 반사식 분리소자의 경우에, 분리될 광이 지나가는 동안 소망하는 빔을 반사시키기 위한 제한된 반사 영역을 갖는 구조화된 미러들로 구성될 수 있다.
본 경우에 있어서 패널(80)은 얇은 비정질 실리콘막을 탑재한 평평한 기판이다. 그러므로 상기 패널(80)의 표면(88)은 평면이다. 상기 패널(88)은 또한 실린더형, 구형, 또는 다른 만곡된 표면을 가질 수도 있다.
본 발명에 따르면, 도 31a 및 도 31b에 도시된 광학계는, 임의의 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔(89)으로부터 외곽 형태가 실질적으로 직사각형이고 10,000을 초과하는 높은 종횡비를 갖는 목표 강도 분포를 상기 패널(80)의 표면(88)에 형성할 수 있다.
상기 광원(4)은 도면(도 31a, 31b)의 좌측에서 우측으로 전파 방향 z로 진행하는 입력 광빔(89)을 방출한다. 상기 입력 광빔(89)은 전파 방향 z에 교차하는 제 1 차원 x를 따른 연장 및 상기 제 1 차원 x와 상기 전파 방향 z에 교차하는 제 2 차원 y를 따른 연장을 갖는다.
레이저 빔(89)의 크기는, 레이저의 개구를 실린드리컬 렌즈 어레이(71)로 결상시키는 (도 31a, 31b에 도시되지 않은) 결상 광학계에 의해 또는 빔 확장기에 의해 조절될 수 있다. 도 31a, 31b에 도시된 콜리메이팅된 레이저 빔(89)은 장축 방향 x를 따라 상기 빔(89)을 균질화하기 위한 제 1 균질화단(81)에 입사한다. 실린드리컬 렌즈 어레이(71)를 포함하는 1단 인터그레이터에 있는 제 1 균질화단(81)은 (도 31b의 하단에서 첫 번째 작은 그림(107)으로 도시된) 선형 초점(106)들을 초점 평면(105)에 형성한다.
렌즈 어레이(71)는 추가적인 전파 방향 z를 따라 입력 광빔(89)을 다수 m개의 개별적인 빔(91)들로 분할하는 데, 여기서 m은 단축 As 방향 y를 따라 진행하는 각각의 축들을 갖는 서로에 대해 인접하여 배치된 실린드리컬 렌즈 세그먼트(90)들의 개수에 대응한다.
본 경우에 있어서, 실린더 축이 y-방향으로 진행하는 볼록 실린드리컬 콘덴서 렌즈(72)는 상기 개별적인 빔(91)들을 집광한다. 개별적인 빔(91)들은 상기 균질화 장치(81)의 동공 평면(93)에서 제 1 차원 x를 따라 완전하게 중첩한다. 본 발명에 따른 상기 DDD-소자(73)는 상기 동공 평면(93)에 배치되어 있으며, 예컨대 US 4,619,508에 기재된 바와 같이 필드 평면에는 배치되어 있지 않다.
레이저 빔의 공간적인 가간섭성 셀(coherence cell)의 크기가 실린드리컬 렌즈소자(71)의 간격과 동일한 크기를 갖는다면, 각각의 공간적인 가간섭성 셀은 평면(73)에 있는 동공 전체를 조명한다. DDD 소자를 통과하지 않은 광선들은 DDD 소 자를 통과하는 광선들에 대해 (k-1)*L(여기서 L은 DDD 막대(73)들의 길이)의 경로 길이 차이를 가질 것이다. 양호한 실시예에서, 이러한 경로 길이는 레이저의 가간섭성 길이보다 크다. 이 경우에, 두 개의 상이한 간섭 패턴들이 필드 평면(116)에 발생한다. 간섭량은 √2의 비율로 감소된다. 만약 (예컨대 US 4,619,508에 기재된 바와 같이) 필드 평면에 배치되었을 DDD 소자들이 사용된다면, 공간적인 가간섭성 셀들의 개수와 동일한 개수의 DDD 소자들에 의해 동일한 간섭 감소가 달성될 수 있을 것이다. 엑시머 레이저의 경우 가간섭성 셀들의 개수는 20 내지 100개 정도이다. 필드 평면에 있는 DDD 소자들을 이용하여 간섭을 감소시키는 것은, 동공 평면(93)에 있는 DDD 소자(73)들을 이용하는 것보다 훨씬 많은 소자들을 요구하였을 것이다.
상기 떨어져 배치된 입방형 막대(73a, 73b)들을 통과하는 빔 부분(94)들은, 일반적인 공기 중에 있는 나머지 환경에 비하여, 상기 막대(73a, 73b)들의 높은 광학적 밀도로 인해 지연된다.
이 영향은, DDD 소자(73)를 통과하여 진행하여 하나 또는 그 이상의 상기 막대들에 부분적으로 입사하고 상기 DDD 소자(73)를 대부분 교란되지 않고 부분적으로 투과하는 (351nm의 엑시머 레이저 XeF를 사용할 때 수 mm 정도의 가간섭성 길이를 갖는) 입력 가간섭성 빔이 상이한 광 경로들로 인해 부분적으로 비간섭성이 된다는 것이다. 바람직하게는, 상기 막대(73a, 73b)들의 길이는 가간섭성 길이를 2배만큼 초과한다.
실린더 축이 y-방향으로 진행하는 실린드리컬 콜리메이터 렌즈(74)는 (상기 DDD-소자(73)에 의해 실현되듯이) 상기 (부분적으로) 가간섭성인 레이저 빔(96)을 콜리메이팅 하고 상기 빔(96)을 상기 막대(75)의 입사면(97) 또는 상기 막대(75)의 내부로 결상한다.
막대(75)의 입사면(97)의 조명은 거의 완전하게 x-방향으로 조명된다. 막대(75)의 향상된 균질화가 달성되어야 한다면, 상기 막대(75)는 또한 약간 오버필링될 수도 있다. 이 경우에, 오버필링(overfilling)으로 인한 에너지 손실이 있으며, 또한 시간에 의존하는 빔 시프트가 있다면 장축 Al에 대한 방향 x를 따른 비대칭적인 빔 분포에 관한 동적 에너지 변화가 있다.
상기 막대(75)의 상기 입사면(97)은 가능한 반사를 감소시키기 위해 반사방지 코팅(도시되지 않음)으로 덮인다. 반사방지 코팅으로서, 본 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 유전체 다중층이 사용될 수 있다. 상기 막대(75)는 상기 입사면(97)으로 안내되는 상기 콜리메이팅된 빔(98)을 위한 인터그레이터로서 역할을 한다. 만약 막대(75) 내부의 광선(99)이 (막대(75)를 제조하기 위한 재료로서 바람직하게 사용될 수 있는) 수정 유리와 주위의 공기 사이의 경계(100a,100b)에 부딪친다면, 막대(75) 내에 광선(99)을 유지시키는 내부 반사(101)가 발생한다. 막대(75)의 연장은, 가능한 한 반사 손실을 최소화하기 위해 막대(75) 내의 내부 반사(101)들의 각도가 전반사를 위한 임계각 이하로 유지되도록 선택된다. 종래의 기술로부터 또한 잘 알려진 미러링 웨지면들을 갖는 공동 막대(hollow rod)를 사용할 경우, 공통 미러링 층들의 유한한 반사도로 인해 원하지 않는 손실이 발생한다.
몇회의 반사(101) 후에, 균일한 강도 분포를 갖는 출사빔(102)이 막대(75)의 출사면(103)에서 달성된다(도 31a, 31b). 위에서 설명한 예와 유사하게, 반사(101)는 단지 장축 Al 방향 x로만 발생한다(도 31a). 이 방향 x를 따라, 막대(75)는 약간 오버필링 될 수도 있다. 단축 As 방향 y를 따라서는 어떠한 반사도 일어나지 않는다(도 31b). 단축 As 방향 y를 따른 막대의 크기는 단축 As 방향 y를 따른 빔의 크기보다 크다. 단축 방향 y를 따른 빔의 크기는 이 방향 y로의 작은 발산 각도로 인해 작다.
그러므로, 막대(75)의 입사빔(98)을 형성하는 m개의 개별적인 빔(91)들은 상기 막대(75) 내에서 혼합되고 중첩되어 장축 Al 차원 y를 따른 n*m 개의 개별적인 서브-빔(명시적으로 도시되지 않음)들을 형성한다. 여기서 n은 빔(102)이 상기 막대(75)의 출사면(103)을 떠나기 전까지 상기 막대(75) 내에서 발생하는 반사의 대략적인 회수이다. 상세하게는, 상기 반사의 회수는 입사빔의 입사각, 막대(82)의 길이, 굴절률 및 폭에 의존한다. 개별적인 서브빔들은, 삽입도(111) 내에 초점 라인(110)에 의해 표시된 바와 같이, 대응하는 동공 평면(112)에 x-방향을 따라 형성된다. 이러한 초점 라인들은, 콘덴서 렌즈(113)에 의해 포커싱 되어 평면(92)에서 y 방향을 따라 약간 변위된 초점 위치들을 초래하면서, 경사진 실린드리컬 렌즈(77)를 상이한 위치에서 교차한다.
y-방향으로는, 상기 실린드리컬 렌즈 어레이(71)들 뿐만 아니라 x-방향으로만 작용하는 그 뒤의 결상 광학계(72, 74)도 영향을 주지 않는다. 이 경우에 상기 결상 광학계(72, 74)는, 망원경과 같은 결상 장치를 이용하여 y-방향으로 빔경을 조절하기 위해 y-방향으로 사용될 수도 있다. 그러한 경우에, 막대(75)의 입사면에서 y-방향으로는, 막대(75)의 내부에서 y-방향으로 반사가 발생하지 않도록 레이저 빔의 공통적인 빔 발산을 초과하는 적절한 발산 각도를 얻을 수 없다(도 31b). 제 1 및 제 2 균질화단(81, 82) 모두는 y-방향으로 작용하지 않으며, y-방향으로의 빔경의 형성과 y-방향으로의 발산 각도로서 정의되는 y-방향으로의 기하학적 광속의 증가를 가져오지 않는다.
막대(75) 대신에, 동공 평면(93) 또는 그의 연역 평면에 개재되는 실린드리컬 렌즈 어레이(75')가 제 2 균질화단(82)으로서 또한 사용될 수도 있다. 이러한 대체적인 실시예는 도 31c에 도시되어 있다. 실린드리컬 렌즈 어레이(71 및 75')에 의해 형성되는 n*m개의 선형 초점(112)들이 삽입도(113)로서 도 31c에 도시되어 있다.
콜리메이터 렌즈(76)는 단축 방향 y를 따른 n*m개의 선형 초점(110)(초점 평면(112))들과 장축 방향 x를 따른 대응하는 점 초점(110)들을 형성하는 상기 n*m개의 개별적인 서브-빔들을 콜리메이팅 한다(도 31b, 삽입도(111)). 단축 방향에서, 단축 방향 x를 따른 선형 초점들은 (대략적으로) 평행한 광선들을 갖는 콜리메이팅 된 서브-빔들과 대응한다.
x-방향에서, 실린드리컬 광학계(76)와 함께 추가적인 콜리메이팅 광학계(78)는, 상당히 균질화된 조명이 x-방향을 따라 발생하도록 막대(75)의 출사면(103)을 이미지 평면(80)에 결상시킨다. 특히, 단축 방향 y를 따른 n*m개의 선형 초점들은 장축 방향 x를 따른 개구 NA를 포함하며 초점 평면(112)에 위치한다. 콜리메이터 렌즈(78)는 상기 필드(86)를 상기 x-차원으로 조명하기 위하여 상기 장축 방향 x를 따라 상기 개구를 콜리메이팅 한다. 그럼으로써, 상기 n*m개의 개별적인 서브-빔들이 장축 방향 x를 따라 중첩된다. 상기 중첩은 상기 장축 방향 x로의 균질화를 가져온다.
단축 방향에서, 단축 방향 z로의 선형 초점들은 (대략적으로) 평행한 광선들을 갖는 콜리메이팅 된 서브-빔들에 대응한다. 제 2 균질화단(82) 뒤에 있는 각각의 선형 초점(110)은, 예컨대 프리즘, 미러 등을 이용하여 (기판에 대한 출력 선형 빔의 스캐닝 방향에 대응하는) y-방향으로 약간 변위될 수 있으며, 그럼으로써 이론적으로 x-방향으로 균질화된 조명이 생성될 수 있다. 상이한 변위를 갖는 소위 개구 분할(aperture division) 및 프리즘 부품(prismatic part)들을 이용하여 균질화된 조명을 형성하는 그러한 방법은 종래의 기술에 따라 잘 알려져 있다. 그럼에도 불구하고, 그러한 방법은 이 경우에는 적용될 수 없다. 특히 높은 종횡비를 가질 때 높은 효율 및 높은 세기 밀도를 실현하기 위해서는, 이미지 평면에서 레이저 발산에 의해 제한되는 빔 다발을 세 배만큼 확장만 하는 매우 작은 렌즈 균질화 효과만이 달성될 수 있다. 각도에 있어서 그러한 정확도를 갖는 프리즘들은 본 발명자들이 알고 있는 한 제조될 수 없다. 놀랍게도, 본 발명자들은 매우 작은 빔 오프셋을 정확하게 조절하기 위하여 실린드리컬 렌즈의 변위가 구현될 수도 있다는 점을 발견하였다. 약간 변위된 실린드리컬 렌즈들의 어레이를 이용하여, 종래의 방안에 따른 경우에는 있지 않았던 매우 작은 영역에 걸친 균질화가 기술적으로 가능하 게 되었다.
더욱이, 본 발명자들은, 매우 좁은 영역들을 균질화하기 위해서는, 상술된 양호한 실시예들에 대해서 이미 상세하게 설명된 바와 같이, y-방향으로 주요 굴절력을 갖는 실린드리컬 렌즈를 z-축을 중심으로 약간 회전시키는 것으로도 놀랍게도 충분하다는 것을 발견하였다.
그러한 회전 가능한 실린드리컬 렌즈를 사용함으로써, 레이저 발산에 의해 미리 결정되는 조명의 기하학적 광속의 약 세 배의 영역에서 이미지 평면의 균질한 조명이 가능하다. 레이저 발산이 y-방향으로의 조명의 좁은 한계에 비해 훨씬 큰 경우에, 중간 필드 평면(92)에 필드-조리개(79)가 적용될 수 있는 데, 이는 이하에서 설명할 실린드리컬 광학계(85)를 이용하여 최종 필드 평면(105)에 결상된다. 이 경우에, 균질화는 주로 필드-조리개(79)의 균질한 조명을 위한 역할을 하며, 그럼으로써 가능한 가장 높은 정도로 광손실을 감소시키기 위하여 필드-조리개(79)에 대한 과 조명은 가능한 낮아야 한다.
본 발명에 따르면, x-방향에 대해 경사각 α로 경사져 있는 꼭지점 라인(87) (이 경우에 상기 꼭지점 라인은 렌즈의 실린더축에 평행하다)을 갖는 실린드리컬 렌즈 형태의 빔 변위 광학소자(77)는, m*n개의 다수의 개별적인 서브-빔들 중 적어도 하나를 필드 평면(86)에서 제 2 차원 y를 따라 적어도 평행하게 변위시키기 위해 제공된다. 도 31에 도시된 본 경우에, 회전된 실린드리컬 렌즈(77)는 콜리메이팅 된 m*n개의 개별적인 서브-빔들을 약간, 즉 10㎛ 이하로 편향시킨다. 각각의 콜리메이팅 된 개별적인 서브-빔은 다른 각도로 편향된다. 상세한 내용이 도 28a 및 도 28b에 도시되어 있으며, 위에서 설명되었다.
포커싱 렌즈(113)는 상기 개별적인 서브-빔들을 상기 (중간) 필드 평면(92)에 포커싱한다. 포커싱된 m*n개의 개별적인 서브-빔들은 적어도 부분적으로 중첩하며 단축 As 방향 y를 따라 상기 필드의 잘 정의된 제한된 조명을 형성한다. 도 34c는 도 34a에 도시된 바와 같은 가우시안 빔 프로파일을 갖는 입력 광빔을 이용하여 단축 As를 따라 필드 평면(92)에서 계산된 각각의 빔의 강도 분포를 도시한다.
도 34c에 도시된 단축 As 방향 y를 따른 상기 출력 강도 분포의 에지 선예도를 향상시키기 위하여, 앞서 설명된 광학 장치에 의해 형성된 에지들이 필드-조리개(79) 또는 앞서 언급된 예와 같은 다른 어떤 광학 장치를 이용하여 절단될 수도 있다. 상기 빔은 축소 광학계(85)에 의해 더 축소되며, 도 34b에 도시된 것과 유사하게 단축 As 방향 y를 따른 강도 프로파일을 전달하면서 도 31a 및 도 31b에 도시된 최종 평면(80)에 결상된다.
Si-결정의 측방 성장 길이를 증가시키기 위하여, 위에서 이미 언급한 바와 같이 비대칭적인 강도 분포가 유리하다. 이는, 회전된 실린드리컬 렌즈(77)에 입사하기 전에 도 32에 도시된 바와 같이 레이저 빔 프로파일을 도 32에서 음영으로 표시된 영역으로 절단함으로써 성취될 수 있다. 비대칭적인 빔 프로파일은 조리개로 상부와 하부를 절단함으로써 쉽게 형성될 수 있다. 조리개는 도 33에 도시된 빗금 친 영역(104)과 같은 모양을 갖는다. 단축 As 연장 y에 걸쳐 인터그레이팅 된 강도 는 장축 Al 방향 x로의 위치의 함수로서 선형적으로 감소한다. 한 위치 x에서의 인터그레이팅 된 강도는 필드 (조리개) 평면(92)에서의 특정 위치에서의 강도를 결정할 것이다. 필드 (조리개) 평면(92)에서의 위치는 장축 Al 위치 x의 선형 함수이다. 그러므로, 필드 (조리개) 평면(92)에서의 강도는 또한 회전된 렌즈소자(77)에서의 인터그레이팅 된 강도와 동일한 함수에 따라 변화한다.
광원으로서 레이저를 사용하면, 입력빔(89) 그 자체는 시간에 따라 변할 수 있는 발산 프로파일을 갖는다(그러므로 그 계산이 도 34a에 도시되어 있다). 렌즈소자(77)의 회전이 없으며, 상기 절단된 발산 프로파일은 필드 (조리개) 평면(92)에서 단축 As 방향 x에 따른 공간 분포로서 렌즈소자(78)에 의해 집광될 것이다. 이러한 프로파일은 도 35b에 도시되어 있다. 단축 방향으로의 레이저 발산 때문에, 상기 필드 (조리개) 평면(92)에서의 결과는 회전된 렌즈소자(77)에 의해 형성된 경사 분포(도 35a)와 집광된 레이저 발산의 공간 분포(도 34a)의 컨볼루션이다. 집광된 레이저 발산의 공간 분포로 컨볼루션된 후에도, 여전히 경사가 보인다(도 35b).
도 35b에 따른 이러한 강도 분포는 필드 조리개(79) 또는 필드 평면(92)에 위치하는 다른 필드 제한 소자에 의해 다시 절단될 수도 있다. 절단된 필드(79)는 도 31a 및 도 31b에 도시된 광학 장치(85)에 의해 최종 평면(105)에 재 결상될 수 있다.
도 36은 도 31a 및 도 31b에 도시된 바와 같은 광학계를 사용하여 달성될 수 있으며 위에서 상세하게 설명된 단축 As 차원 y에 따른 출력 강도 분포 I의 특징적 인 크기를 요약하고 있다.

Claims (93)

  1. 광빔으로부터 강도 분포를 한 표면상에 형성하기 위한 광학계에 있어서,
    - 입사빔을 다수의 빔들로 분할하여 그 중 일부가 상기 표면상에서 제 1 방향으로 적어도 부분적으로 중첩되도록 하는 적어도 하나의 제 1 광학소자, 및
    - 상기 빔들 중 적어도 하나를 상기 표면상에서 제 2 방향으로 변위시키는 적어도 하나의 제 2 광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강도 분포의 외곽 형태는 실질적으로 직사각형인 것을 특징으로 하는 광학계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 빔들 중 일부, 바람직하게는 전부가 상기 표면상에서 제 1 방향으로 완전히 중첩되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 실질적으로 수직한 것을 특징으로 하는 광학계.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형태는 제 2 방향으로 폭을 가지며 상기 폭은 100㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 광학계.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형태는 제 1 방향으로 길이를 가지며 상기 길이는 100mm보다 큰 것을 특징으로 하는 광학계.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형태는 3 내지 20㎛ 사이의 폭 및 300mm보다 큰 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 광학계.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강도 분포는 중심 영역에서 실질적으로 균질하며, 상기 중심 영역은 +5%와 -5% 사이, 바람직하게는 +1%와 -1% 사이에서 강도가 변화하는 영역으로 정의되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면은 실린더형 또는 구형 또는 평면인 것을 특징으로 하는 광학계.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광학소자는 굴절식 또는 반사식 어레이인 것을 특징으로 하는 광학계.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 어레이는 실린더형 렌즈 또는 비구면 렌즈 또는 평면을 갖는 렌즈를 포함하거나 또는 실린더형 미러 또는 비구면 미러 또는 평면 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광학소자는 굴절식 또는 반사식 또는 회절식인 것을 특징으로 하는 광학계.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 광학소자는 실린더형 렌즈 또는 비구면 렌즈 또는 평면을 갖는 렌즈 또는 웨지들을 포함하는 굴절식 어레이이거나 또는 상기 제 2 광학소자는 실린더형 또는 비구면 또는 평면 미러들을 포함하는 반사식 어레이인 것을 특징으로 하는 광학계.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 광학소자는 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광학소자는 서브소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  16. 제 15 항에 있어서,
    적어도 하나의 서브소자는 상기 빔들 중 적어도 하나를 제 2 방향으로 변위시키기 위하여 다른 서브소자에 대해 시프트되거나 경사진 것을 특징으로 하는 광학계.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 서브소자들은 웨지 또는 프리즘 파워 또는 실린더형 렌즈들을 포함하는 굴절식 소자들을 포함하거나 또는 상기 서브소자들은 실린더형 또는 비구면 또는 평면 미러들을 포함하는 반사식 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 서브소자들은 제 1 방향에 평행한 회전축을 중심으로 서로에 대해 회전하거나 또는 상기 서브소자들은 제 2 방향으로 서로에 대해 변위되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브소자들 중 적어도 하나, 바람직하게는 전부는 각도 또는 위치가 조절 가능한 것을 특징으로 하는 광학계.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 방향에 대한 빔들의 위치는 광학 장치, 특히 CMOS 검출기 또는 포토다이오드 어레이로 측정되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 광학 장치로부터의 정보는 상기 조절 가능한 서브소자들을 제어하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제어는 디지털 신호처리를 포함하며, 상기 디지털 신호처리는 상기 빔들의 각각의 최적의 위치를 결정하기 위한 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 적어도 한 항에 따른 광학계를 포함하는 재료 처리 장치.
  24. 제 1 항 내지 제 22 항 중 적어도 한 항에 따른 광학계를 포함하는 레이저 어닐링 장치.
  25. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 표면에서 적어도 부분적으로 상기 빔들을 중첩시키기 위한 콘덴서 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 콘덴서 렌즈는 실린더형 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학계.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 실린더형 렌즈는 제 1 방향으로만 광학적 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는 광학계.
  28. 제 1 항 내지 제 22 항 또는 제 25 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는 제 2 방향으로 상기 빔들을 포커싱 하기 위한 포커싱 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 포커싱 소자는 실린더형 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 광학계.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 실린더형 표면은 제 2 방향으로만 광학적 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 광학계.
  31. 제 28 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커싱 소자는 상기 제 2 광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  32. 제 1 항 내지 제 22 항 또는 제 28 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광학소자는 두 개의 서브소자 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 두 개의 어레이는 광축을 따라 변위되어 배치되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    상기 제 2 광학소자는 상기 두 개의 어레이 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 두 개의 어레이의 서브소자들은 입사 광빔의 선형 초점들을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  36. 제 1 항 내지 제 22 항 또는 제 28 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는 중간 필드 평면 및 상기 중간 필드 평면에 배치된 필드 조리개 및 상기 필드 조리개를 상기 표면 위로 결상시키기 위한 릴레이 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  37. 제 15 항 내지 제 22 항 또는 제 28 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔들 중 적어도 하나를 제 2 방향으로 변위시키기 위하여 적어도 하나의 서브소자가 다른 서브소자에 대하여 시프트 된 것을 특징으로 하는 광학계.
  38. 제 15 항 내지 제 22 항 또는 제 28 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔들 중 적어도 하나를 제 2 방향으로 변위시키기 위하여 적어도 하나의 서브소자가 다른 서브소자에 대하여 경사진 것을 특징으로 하는 광학계.
  39. 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하기 위한 광학계에 있어서,
    - 전파 방향으로 진행하며, 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 갖는 입력 광빔을 방출시키는 광원,
    - 상기 입력 광빔을 다수의 빔으로 나누어 그 중 일부가 상기 표면에서 상기 제 1 차원을 따라 적어도 부분적으로 중첩하도록 하는 적어도 하나의 빔 분리 광학소자,
    - 상기 표면에서 상기 다수의 빔들 중 적어도 하나를 상기 제 2 차원을 따라 변위시키는 적어도 하나의 빔 변위 광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 광학계는 막대 인터그레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  41. 제 39 항 또는 제 40 항에 있어서,
    상기 빔 변위 광학소자는 실린더형, 환형(toroidal), 구형, 평면 또는 비구 면인 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 빔 변위 광학소자는 회전축으로서 광축에 대해 회전하는 실린더형 또는 환형 렌즈를 포함하며, 회전 각도는 0°보다 크고 20°보다 작은 사이에 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
  43. 제 41 항에 있어서,
    상기 빔 변위 광학소자는 상기 제 1 및/또는 제 2 차원에 대해 경사진 회전축을 중심으로 회전하는 실린더형, 환형, 구형, 비구면 또는 평면 미러를 포함하며, 회전 각도는 0°보다 크고 20°보다 작은 사이에 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 제 1 및 제 2 차원에 의해 형성되는 평면 내에 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 미러에 의해 형성되는 평면 내에 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
  46. 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하기 위한 광학계에 있어서,
    - 전파 방향으로 진행하며, 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 갖는 입력 광빔을 방출시키는 광원,
    - 상기 입력 광빔을 다수의 빔으로 나누어 그 중 일부가 상기 표면에서 상기 제 1 차원을 따라 적어도 부분적으로 중첩하도록 하는 적어도 하나의 빔 분리 광학소자,
    - 상기 다수의 빔들 중 적어도 제 1 부분을 상기 다수의 빔들 중 제 2 부분에 대하여 상기 다수의 빔들 중 제 1 또는 제 2 부분의 상기 제 2 차원으로의 연장의 일부만큼 상기 표면에서 상기 제 2 차원을 따라 변위시키는 적어도 하나의 빔 변위 광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 다수의 빔들의 변위는 상기 표면에서 20㎛ 이하, 바람직하게는 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 광학계.
  48. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 제 2 차원으로의 개구수는 0.15보다 작은 것을 특징으로 하는 광학계.
  49. 제 46 항, 제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
    상기 다수의 빔들 중 인접하는 두 개는 상기 표면에서 상기 제 2 차원을 따라 적어도 부분적으로 중첩하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  50. 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하기 위한 광학계에 있어서,
    - 전파 방향으로 진행하며 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 갖는 입력 광빔을 방출시키는 광원,
    - 상기 입력 광빔을 상기 제 1 및/또는 제 2 차원을 따라 균질화하여 상기 표면상의 한 영역에서 균질화된 강도 분포를 형성하는 적어도 하나의 빔 균질화 광학소자를 포함하며, 여기서 최대 목표 강도로부터의 편차는 15% 미만이고, 제 1 또는 제 2 차원을 따른 연장 Ty는 다음의 관계 0.6 < Ty/FWHM < 0.85 를 유지하며, 여기서 FWHM은 상기 제 1 또는 제 2 차원을 따른 목표 강도 분포의 반치폭인 것을 특징으로 하는 광학계.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 편차는 10% 미만인 것을 특징으로 하는 광학계.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 편차는 5% 미만인 것을 특징으로 하는 광학계.
  53. 제 50 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면상에서 상기 제 2 차원으로의 연장에 대한 상기 제 1 차원으로의 연장의 비율은 10000의 값을 초과하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  54. 제 50 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는, 상기 표면상에 또는 상기 표면 부근에 위치하며 상기 관계식을 유지하도록 상기 차원으로의 필드의 필드 크기를 제한하기 위한 필드 제한 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  55. 제 50 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는, 상기 관계식을 유지하도록 상기 차원으로의 필드의 필드 크기를 축소하고 상기 필드를 다른 표면에 결상시키기 위한 결상 및 축소 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  56. 제 50 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는, 상기 빔 균질화 광학소자의 입사측에서의 입력 광세기에 대한 목표 광세기의 비율이 30%보다 큰 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 광학계.
  57. 제 55 항 또는 제 56 항에 있어서,
    상기 다른 표면상에 또는 상기 다른 표면 부근에 기판이 위치하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  58. 입력 강도 분포를 갖는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하는 광학계에 있어서,
    - 전파 방향으로 진행하며 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 갖는 입력 광빔을 방출시키는 광원,
    - 상기 입력 광빔을 상기 제 1 및/또는 제 2 차원을 따라 균질화하고, 상기 제 1 및/또는 제 2 차원을 따라 선형 강도 경사를 형성하여, 상기 표면상의 한 영역에서 상기 제 1 또는 제 2 차원으로의 연장 Ry을 갖는 균질화되고 경사진 강도 분포를 형성하는 적어도 하나의 빔 균질화 및 경사 형성 광학소자를 포함하며, 여기서 목표 강도는 최대 목표 강도의 85% 이상이고, 상기 제 1 또는 제 2 차원으로의 상기 경사의 연장 Ry는 다음의 관계 0.6 < Ry/FWHM < 0.85 를 유지하며, 여기서 FWHM은 상기 제 1 또는 제 2 차원을 따른 목표 강도 분포의 반치폭인 것을 특징으로 하는 광학계.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 경사 형성 광학소자는 절단 조리개를 포함하며, 절단 양은 상기 제 1 또는 제 2 차원의 함수인 것을 특징으로 하는 광학계.
  60. 제 58 항 또는 제 59 항에 있어서,
    상기 경사 형성 광학소자는 상기 제 1 및/또는 제 2 차원으로의 반사능을 갖는 미러를 포함하며, 상기 균질화된 빔은 상기 표면에서 코마 수차를 도입하면서 10° 이상의 입사각으로 상기 미러에 입사하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 미러는 상기 표면에서의 코마 수차를 증가시키기 위하여 상기 제 1 또는 제 2 차원으로의 비구면 표면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 광학계.
  62. 제 58 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면상에서 상기 제 2 차원으로의 연장에 대한 상기 제 1 차원으로의 연장의 비율은 10,000의 값을 초과하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  63. 제 58 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는, 상기 표면상에 또는 상기 표면 부근에 위치하며 상기 관계식을 유지하도록 상기 차원으로의 필드의 필드 크기를 제한하기 위한 필드 제한 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  64. 제 58 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는, 상기 관계식을 유지하도록 상기 차원으로의 필드의 필드 크기를 축소하고 상기 필드를 다른 표면에 결상시키기 위한 결상 및 축소 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  65. 제 58 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는, 상기 빔 균질화 및 경사 형성 광학소자의 입사측에서의 입력 광세기에 대한 목표 광세기의 비율이 30%보다 큰 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 광학계.
  66. 제 58 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다른 표면상에 또는 상기 다른 표면 부근에 기판이 위치하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  67. 입력 강도 분포를 가지며 전파 방향으로 진행하는 입력 광빔으로부터 한 표면상에 목표 강도 분포를 형성하기 위한 광학계에 있어서,
    상기 입력 광빔은 상기 전파 방향에 교차하는 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 1 차원 및 상기 전파 방향에 교차하는 제 2 차원으로의 연장을 가지며, 상기 광학계는 상기 제 1 차원 및 제 2 차원을 따라 상기 입력 광빔을 균질화하여 상기 목 표 강도 분포가 20㎛ 이하의 최대 반치폭을 갖는 제 2 차원으로의 연장을 갖도록 하는 빔 균질화 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 목표 강도 분포는 4 내지 12㎛, 바람직하게는 4 내지 7㎛의 최대 반치폭을 갖는 제 2 차원으로의 연장을 갖는 것을 특징으로 하는 광학계.
  69. 제 67 항 또는 제 68 항에 있어서,
    상기 목표 강도 분포는 제 2 차원으로의 연장을 한정하는 상기 균질화된 입력 광빔의 에지를 절단하지 않고 달성되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  70. 제 67 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반치폭의 상기 제 1 차원을 따른 편차는 5㎛/m 이하, 바람직하게는 2㎛/m 이하인 것을 특징으로 하는 광학계.
  71. 제 70 항에 있어서,
    상기 목표 강도 분포의 상기 표면상에서의 형태는 상기 제 1 및/또는 제 2 차원을 따른 선형 또는 곡선형인 것을 특징으로 하는 광학계.
  72. 제 67 항 내지 제 71 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표 강도 분포의 상기 제 1 차원으로의 연장과 상기 제 2 차원으로의 연장 사이의 비율로서 정의되는 종횡비는 10,000의 값, 바람직하게는 30,000의 값을 초과하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  73. 제 67 항 내지 제 72 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표 강도 분포는 상기 제 2 방향으로 제 1 기울기를 가지며, 상기 강도는 4㎛ 이하의 거리 내에서, 바람직하게는 2.5㎛ 이하의 거리 내에서 최대 강도의 10%로부터 90%까지 증가하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  74. 제 70 항 내지 제 73 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표 강도 분포는 상기 제 2 방향으로 제 2 기울기를 가지며, 상기 강도는 5.5㎛ 이하의 거리 내에서, 바람직하게는 2.5㎛ 이하의 거리 내에서 최대 강도의 10%로부터 90%까지 증가하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  75. 제 67 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 목표 강도 분포를 상기 표면에 대해 상기 제 2 차원으로 이동시키기 위한 상대적 이동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  76. 제 75 항에 있어서,
    상기 상대적 이동 장치는 상기 목표 강도 분포를 상기 표면에 대해 상기 제 2 차원을 따라, 펄스 입력 광빔의 펄스 주기 내의 상기 최대 반치폭보다 작게 이동시키는 것을 특징으로 하는 광학계.
  77. 제 75 항 또는 제 76 항에 있어서,
    상기 상대적 이동 장치는 단계적으로 및/또는 연속적으로 이동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
  78. 최대 강도 값으로부터 15% 이하의 균일성 편차를 갖는 중심 영역의 균질한 목표 강도 분포를 레이저 광원으로부터 형성하기 위한 광학계에 있어서, 상기 중심 영역은 300mm보다 큰 길이 및 50㎛보다 작은 폭을 가지며, 상기 레이저 광원에 의해 방출된 레이저 광의 30% 이상이 상기 중심 영역 내에 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
  79. 중심 영역의 균질한 목표 강도 분포를 레이저 광원으로부터 형성하기 위한 광학계에 있어서, 상기 중심 영역은 300mm보다 큰 길이의 제 1 차원을 가지며, 상기 광학계는 상기 제 1 차원으로만 인터그레이팅 하기 위한 막대 인터그레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  80. 제 79 항에 있어서,
    상기 중심 영역은 50㎛보다 작은 폭의 제 2 차원을 갖는 것을 특징으로 하는 광학계.
  81. 제 79 항 또는 제 80 항에 있어서,
    상기 중심 영역 내에서, 최대 강도 값으로부터의 균일성 편차는 15% 이하인 것을 특징으로 하는 광학계.
  82. 제 79 항 내지 제 81 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막대 인터그레이터의 출사 평면은, 상기 제 1 차원으로 상기 막대 출사 평면의 확대된 이미지를 형성하기 위해 확대 배율로 목표 평면에 결상되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  83. 제 82 항에 있어서,
    상기 확대 배율은 20보다 큰 것을 특징으로 하는 광학계.
  84. 최대 강도 값으로부터 15% 이하의 균일성 편차를 갖는 중심 영역의 균질한 목표 강도 분포를 형성하기 위한 광학계에 있어서,
    상기 중심 영역은 제 1 차원으로 100mm보다 큰 길이 및 제 2 차원으로 100㎛보다 작은 폭을 가지며, 상기 광학계는 제 1 방향으로 제 1 굴절력을 갖는 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 제 1 방향에 수직한 광축과 일치하는 회전축을 중심으로 회전 각도만큼 회전하며, 상기 회전 각도는 상기 제 1 방향과 상기 제 1 및/또 는 제 2 차원 사이의 각도이고, 0.2°보다 크고 20°보다 작은 것을 특징으로 하는 광학계.
  85. 제 84 항에 있어서,
    상기 회전 각도는 0.4°보다 큰, 바람직하게는 0.6°보다 큰 것을 특징으로 하는 광학계.
  86. 최대 강도 값으로부터 15% 이하의 균일성 편차를 갖는 중심 영역의 균질한 목표 강도 분포를 형성하기 위한 광학계에 있어서,
    상기 중심 영역은 100mm보다 큰 길이 및 100㎛보다 작은 폭을 가지며, 상기 광학계는 제 1 및/또는 제 2 방향으로 반사능을 갖는 미러를 포함하고, 상기 미러는 회전축을 중심으로 회전 각도만큼 회전하며, 상기 회전 각도는 상기 미러의 대칭축과 상기 제 1 또는 제 2 방향 사이의 각도이고, 0.2°보다 큰 것을 특징으로 하는 광학계.
  87. 제 86 항에 있어서,
    상기 회전 각도는 0.4°보다 큰, 바람직하게는 0.6°보다 큰 것을 특징으로 하는 광학계.
  88. 최대 강도 값으로부터 15% 이하의 균일성 편차를 갖는 중심 영역의 균질한 목표 강도 분포를 형성하기 위한 광학계에 있어서,
    상기 중심 영역은 100mm보다 큰 길이 및 100㎛보다 작은 폭을 가지며, 상기 광학계는 제 1 방향으로 반사능 또는 굴절력을 갖는 렌즈들을 포함하는 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 렌즈들 중 적어도 하나는 상기 제 1 방향으로 상기 렌즈들 중 적어도 제 2 렌즈에 대해 변위되는 것을 특징으로 하는 광학계.
  89. 전파 방향으로 진행하는 입력 광빔을 균질화하기 위한 광학계에 있어서,
    상기 광학계의 동공 평면에 배치된 분산 지연소자 광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  90. 제 89 항에 있어서,
    상기 분산 지연소자 광학소자는 상기 전파 방향에 교차하여 나란히 떨어져서 배치된 다수의 입방형 막대를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  91. 제 89 항 또는 제 90 항에 있어서,
    상기 입방형 막대의 길이는 상기 입력 광빔의 가간섭성 길이를 초과하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  92. 제 91 항에 있어서,
    상기 입방형 막대의 길이는 상기 입력 광빔의 가간섭성 길이를 두 배 이상 초과하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  93. 제 89 항 내지 제 92 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분산 지연소자 광학소자는 상기 전파 방향으로 상이한 길이들을 갖는 부분들을 구비하는 바아를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계.
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