KR20080082992A - 레이저 빔 프로파일을 성형하기 위한 광학 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

적어도 제1 방향에서 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템은, 적어도 하나의 제1 방향에서의 상기 각도 분포를 클리핑하기 위한 적어도 하나의 각도 선택 광학 소자(26,28)를 포함한다. 본 발명에 따른 접근 방법은, 예컨대 시야 조리개 또는 슬릿과 같은 부분 선택 장치와는 반대로, 입사빔의 발산을 감소시키기 위해 전반사의 원리를 의해 동작하는 각도 선택 장치(25,32)를 이용하는 것에 기초한다. 본 발명에 따른 방법은 고 에너지 밀도에 노출되어야하는 물리적으로 날카로운 에지가 없다는 이점을 갖는다. 따라서, 열 충격 및 고 출력 레이저 빔을 유지하기 위한 광학 소자에 대한 수요는 상당히 감소한다.

Description

레이저 빔 프로파일을 성형하기 위한 광학 시스템 및 방법{OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR SHAPING A PROFILE OF A LASER BEAM}

본 발명은 일반적으로 광 빔, 특히 레이저 광 빔을 성형(shaping)하는 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 입사빔, 특히 레이저 빔을 성형하기 위한 광학 시스템, 광학 유닛, 및 방법에 관한 것이다.

상기 언급한 것과 같은 광학 시스템, 광학 유닛, 및 방법은 특히 재료 처리, 예컨대, 비정질 실리콘 막의 지향성 결정화(directional crystallization)를 위해 가는 레이저 빔을 생성하는데 유용하다. 또한 본 발명에 따른 광학 시스템, 광학 유닛, 및 방법은, 예를 들어 고체 상태 링 레이저에서 사용될 수 있다.

보통의 레이저들은, 빔의 단면을 볼 때 육안으로 볼 수 있는 스케일에서는 날카로운 에지와 정확히 평행한 것으로 나타나는 광 빔을 생성한다. 그러나, 현미경 스케일로 보면, 레이저 빔에는 고유의 발산(divergence)이 존재한다, 즉, 빔은 서로 약간 상이한 전파 방향을 갖는 광선의 번들로서 간주될 수 있다. 따라서, 레이저 빔 세기의 각도 분포는 레이저 빔 전파의 주된 방향(각=0°)에서 최대치를 갖고, 그 최대치의 양측(각≠0°)에서 슬로프를 갖는다. 레이저 빔의 고유의 발산 또는 각도 퍼짐에 기인하여, 레이저 빔의 에지는 정확히 날카롭지 않고 다소 퍼진다.

많은 광학 애플리케이션, 특히 반도체 어닐링과 같은 레이저 애플리케이션을 위해서는 매우 낮은 발산을 갖는 빔이 요구된다.

광학 시스템의 시야를 제한하기 위해 보통 시야 조리개(field-stop)가 사용된다(예, Handbook of Optics, OSA, Eds. W.G. Driscoll 및 W. Vaughan, McGraw Hill, 1978년, p.2-52, W. J. Smith, Modern Optical Engineering, 3rd Ed., McGraw Hill, 2000년, Ch.6, p.141-143를 참조). 이러한 접근 방법은 공간 필터링에 기초한다, 즉, 조리개(diaphragm) 또는 슬릿은 시스템이 이미징하게 될 때 물체의 크기를 축소시키는데 이용된다.

특히, 미국 특허 US 5,721,416에는 고출력 레이저 빔으로부터 조사 평면상에 날카로운 조사선을 발생시키는 광학 장치가 개시된다. 이러한 알려진 장치는 공간 필터링에 기초한다. 날카로운 조사선은 장축 및 단축을 포함한다. 광학 장치는 장축 및 단축 방향으로 레이저 빔의 개별적인 이미징 및 균일화(homogenizing)를 위한 이미징 및 균일화 광학 시스템의 왜상(anamorphic) 구성을 포함한다. 단축 방향으로 레이저 빔을 이미징 및 균일화하기 위해, 슬릿은 균일하게 조사되고, 축소 광학 기기에 의해 조사 평면상에 슬릿이 이미징된다. 따라서, 이러한 알려진 광학 시스템은 또한 레이저 빔 성형을 위해 슬릿을 이용한다.

이와 같은 시야 조리개를 이용하는 광학 시스템이 어느 정도의 효과가 있음에도 불구하고, 슬릿 또는 시야 조리개의 사용은 몇몇 단점들을 수반한다. 이와 같은 시스템이 높은 에너지 밀도의 빔을 요구하는 애플리케이션에서 사용될 때, 이러한 단점들 중 하나가 발생한다. 빔의 높은 에너지 밀도에 기인하여, 시야 조리개의 본체가 매우 높은 온도까지 가열되어, 시야 조리개 또는 슬릿의 변형을 야기한다. 그 결과, 빔 성형은 부정확해진다. 또한, 광 빔의 매우 날카로운 에지를 생성하기 위해, 시야 조리개 또는 슬릿은 고정밀도로 규격화된 날카로운 에지로 제조되어야만 입사빔을 원하는 대로 성형할 수 있다.

미국 특허 US 4,060,308에는 광 에너지를 광섬유 안으로 및/또는 밖으로 커플링하기 위한 각도 선택 커플러가 개시된다. 커플러는 복수의 고차의 광 투과 모드의 광 여기를 허용하기 위한 방식으로 조정된 광섬유 섹션으로 구성되는데, 각각의 모드는 섬유 축에 대해 주어진 전파 각에 의해 정의된다. 일 실시예에서, 커플링 섹션은 자신의 길이를 따라 가늘어지는 하나의 유리 섬유 도파관 스트랜드를 포함한다. 가늘어지는 섹션의 존재는 외부 소스로부터 섬유에 주어진 전파 각으로의 방사 커플링을 허용한다. 이러한 문서는 날카로운 에지를 갖는 레이저 빔을 생성하는 기술적 문제를 다루지 않는다.

알려진 광학 시스템 및 방법의 상술한 단점들에 기인하여, 공간 필터링에 의존하지 않는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템 및 방법에 대한 필요성이 여전히 존재한다.

따라서, 본 발명의 목적은 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템을 제공하는 것이다. 상기 광학 시스템 사용의 물리적 효과는 종래 기술에서 알려진 효과를 벗어난다.

본 발명의 추가 목적은, 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템으로서, 고출력 및/또는 높은 에너지 밀도를 가진 입사빔을 성형할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 발산하는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템으로서, 종래 기술에서 알려진 해결책과 비교하여 열 충격이 상당히 감소한 광학 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 소정의 표면상에서 소정의 폭과 소정의 길이를 갖고, 날카로운 에지를 갖는 조사선을 감소시킬 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 소정의 표면상에서 소정의 폭과 소정의 길이를 갖고, 길이가 수백배만큼 폭을 초과하는 높은 가로세로비(aspect ratio)와 날카로운 에지를 갖는 조사선을 생성할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 추가 목적은, 재료 처리, 특히 기판을 어닐링하기 위한 레이저 어닐링 장치에서 사용되는 가는 레이저 빔을 생성하기 위한 광학 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 재료 처리, 특히 기판을 어닐링하기 위한 레이저 어닐링 및 스캐닝 장치에서 사용되는 가는 레이저 빔을 감소시키기 위한 광학 시스템을 제공하는 것으로, 상기 레이저 빔은 기판의 표면에 대해 주사된다.

본 발명의 추가 목적은, 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔을 성형하기 위한 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법에서 사용되는 물리적 효과는 종래의 기술에서 알려진 효과를 벗어난다.

본 발명의 추가 목적은, 각도 분포를 갖는 발산 및 고출력 및/또는 높은 에너지 밀도를 갖는 입사빔을 성형하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 각도 분포를 갖는 입사빔을 성형하는 방법으로서, 종래 기술에서 알려진 해결책과 비교하여 열 충격이 상당히 감소된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 표면상에 폭 및 길이를 갖는 조사선을 생성할 수 있는 방법을 제공하는 것으로, 상기 조사선은 날카로운 에지를 갖는다.

본 발명의 또 다른 목적은, 표면상에 폭 및 길이를 갖는 조사선을 생성할 수 있는 방법을 제공하는 것으로, 상기 조사선은 수백배만큼 폭을 초과하는 높은 가로세로비와 날카로운 에지를 갖는다.

본 발명의 일 양태에 따라, 적어도 제1 방향에서 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템이 제공되는데, 상기 광학 시스템은 적어도 제1 방향에서의 상기 각도 분포를 클리핑(clipping) 하는 적어도 하나의 각도 선택 광학 소자를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 입사빔의 세기 프로파일을 성형하고 출사빔(exit beam)의 세기 프로파일을 형성하기 위한 빔 성형 광학 유닛이 제공되는데, 상기 입사빔은 적어도 한 측면에 적어도 제1 차원의 입사빔의 발산에 기인하는 제1 세기의 기울기를 갖고, 상기 빔 성형 광학 유닛은 적어도 한 측면에 상기 출사빔이 제2 세기 기울기를 갖도록 출사빔을 성형하는데, 상기 제2 기울기는 상기 제1 기울기보다 크고, 상기 빔 성형 광학 유닛은 적어도 하나의 전반사에 의해 출사빔의 세기 프로파일을 형성한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 제1 방향에서 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔을 성형하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 제1 방향에서의 각도 분포를 클리핑하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 접근 방법은, 예를 들어 시야 조리개 또는 슬릿과 같은 공간 선택 장치와는 반대로, 입사빔의 발산을 감소시키기 위하여 각도 선택 장치를 이용하는 것을 기초로 한다. 본 발명에 따른 방법은 물리적으로 날카로운 에지가 높은 에너지 밀도에서 노출되지 않는다는 이점을 갖는다. 따라서, 고출력 레이저 빔을 견딜 수 있는 광학 소자에 대한 필요성이 상당히 감소한다.

바람직한 실시예에서, 본 발명의 시스템 및 방법은 전반사(TIR; total internal reflection)의 각도 선택 속성에 기초한다, 즉, 입사각이 전반사 각이라 불리는 특정 임계 각을 초과한다면, 빔은 높은 굴절률을 갖는 물질에서 낮은 굴절률을 갖는 물질과의 경계면으로 전파되고 그 경계면에서 반사될 것이다. 빔 전파의 주 방향에 대해 각(≠0°)으로 전파하는 빔의 광선들은 적어도 부분적으로는 그 경계면을 통해 투과될 것이고, 따라서, 클리핑되거나 또는 달리 표현하면 차단(cut off)된다.

사다리꼴 단면 또는 직사각형 단면을 갖는 빔을 발생시키도록 의도된 경우에, 본 발명은, 예컨대, 한 특정 방향에서의 발산을 감소시키는 것(예컨대, 미국 특허 5,721,416호로부터 알려진 시야 조리개에 의해 형성된 슬릿의 대체)을 허용하고 예컨대, 직교 방향에서의 발산에는 영향을 주지 않는다. 2개의 (예를 들어, 직교하는) 차원에 대한 이와 같은 2개 장치의 조합은 양측(즉, 직교) 단면의 빔 차원에 대한 독립적인 발산 조절을 제공한다.

추가의 특징 및 이점들은 후속하는 설명 및 첨부한 도면들로부터 명백해질 것이다.

예시적 실시예들은 도면에 도시되었고, 이후부터 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 원리를 설명하는 바람직한 실시예에 따라, 발산하는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템을 도시한 도면이다.

도 2는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템의 다른 시스템을 도시한 도면이다.

도 3은 전반사(TIR) 표면상의 높은 굴절 코팅의 효과를 도시한 그래프이다.

도 4는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.

도 5는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.

도 6은 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.

도 7은 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.

도 8은 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.

도 9는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.

도 10은 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.

도 11은 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 도시한 도면으로서, 상기 도 11의 시스템은 도 10의 광학 시스템의 적층된 배열의 구조를 갖는다.

도 12는 링 레이저로서 사용되는 도 11의 광학 시스템의 변경을 보여주는 도면이다.

도 13은 파장과 TIR 경계면의 입사각의 함수로서 반사율의 3D-플롯이다.

도 14는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템으로서, 분산(dispersion) 효과의 보정에 대한 요구가 충족된 시스템을 도시한 도면이다.

도 15는 빔 성형에 대한 직교 발산의 효과를 보여주는 TIR 경계면의 개략도이다.

도 16은 빔 성형에 대한 직교 발산의 효과를 설명하기 위한 다른 개략도이다.

도 1에는 일반적으로 입사빔(12)을 성형하기 위한 광학 시스템 또는 광학 유 닛(10)이 도시되어 있다.

도 1의 실시예에 대해 설명한 본 발명의 원리는 본 명세서에 기술된 다른 모든 실시예들에 대해서도 유효하다.

입사빔(12)은 화살표(14) 방향으로 전파한다. 빔(12)은 입사빔(12)의 주 전파 방향(화살표 14)에 평행하게 연장된 2개의 선(16 및 18) 및 전파 방향(화살표 14)에 평행하지 않고 약간 발산하는 가장자리 선(20 및 22)으로 도 1에 도시되어 있다. 따라서, 입사빔(12)은 도 1의 지면에 놓인 제1 방향 x에서의 발산을 갖는다. 이 발산에 기인하여, 입사빔(12)은, 세기 I가 전파 방향(화살표 14)에서 0으로 가정되는 각α에 대해 플롯팅된 그래프(24)에 의해 도시된 바와 같이 각도의 세기 분포를 보여준다. 그래프(24)에 나타한 바와 같이, 최대 세기는 각α= 0에서 이지만, 세기는 각α≠O인 곳에서는 슬로프를 갖는다, 즉, 유한 기울기를 갖는다. 결과적으로, 입사빔(12)은 방향 x에서 날카로운 에지를 갖지 않지만, 에지들은 다소 희미하다.

제1 방향 x에서 선(20)은 입사빔(12)의 한 측면 상에 한 에지를 형성하고, 선(22)은 입사빔(12)의 반대 측면 상에 반대 에지를 형성한다. 예컨대, 방향 x는 입사빔(12)의 폭의 차원일 수 있다.

원하는 것은, 평행선(16 및 18)이 제1 방향 또는 제1 차원(x)에서 빔(12)의 2개의 날카로운 에지를 형성하도록 입사빔(12)을 성형하는 것이다. 이러한 방식으로 입사빔(12)을 성형하기 위해, 광학 시스템 또는 유닛(10)이 제공된다.

실시예에는 2개의 각도 선택 광학 소자(26 및 28)가 도시되는 것처럼 광학 시스템(10)은 적어도 하나의 각도 선택 광학 소자를 포함한다. 각도 선택 광학 소자(26 및 28)는 각을 선택적으로 반사하는 소자, 구체적으로, 프리즘(30 및 32)이다. 프리즘(30)은 3개의 표면(34, 36, 및 38)을 포함하는데, 한편으로 표면들(34 및 36)이, 다른 한편으로 표면들(34 및 38)이 45°의 각으로 교차한다. 따라서, 프리즘(30)은 표면(36 및 38)이 밑변과 높이(katheti)를 형성하고 표면(34)이 빗변을 형성하는 직각 프리즘이다.

프리즘(30 및/또는 32)은 임의의 다른 적합한 광학 소자, 예컨대, 막대형, 판형, 입방형, 다각형, 사다리꼴, 평행사변형 등의 광학 소자에 의해 대체될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

표면(36)은 프리즘(30)의 입사 표면이고, 표면(38)은 출사 표면을 형성한다.

유사하게, 프리즘(32)은 3개의 표면(40, 42, 및 44)을 포함하는데, 표면(40 및 42)은 한 편에 있고, 표면(42 및 44)은 각 45°로 교차하는 다른 편에 있다. 프리즘(32)의 표면(40)은 입사 표면을 형성하고, 표면(44)은 프리즘(32)의 출사 표면을 형성한다.

예를 들어, 프리즘(30 및 32)은 1보다 큰 굴절률을 갖는 매질로 구성된다. 프리즘(30 및 32)은 임의의 적합한 재료, 구체적으로, 실리카, 플루오르화 칼슘 등과 같은 재료로 만들어지는데, 이러한 재료들은 빔(12)의 파장이 투과될 수 있다.

특히, 프리즘(30 및 32)의 표면(34 및 42)은, 프리즘(30 및 32)의 매질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는, 예컨대, 공기와 같은 주변 환경(46)에 대한 경계면을 형성한다.

바람직하게 입사 전 시준된 입사빔(12)은, 빔 편향을 피하기 위해 바람직하게 먼저 직각으로 입사 표면(36)을 통해 프리즘(30)에 입사한다. 입사빔(12)이 표면(34)의 전반사(TIR) 각과 근접한 입사각으로 표면(34)상에 입사하도록 프리즘(30)이 위치되고 설계된다. TIR 각보다 큰 각으로 표면(34)상에 입사하는 입사빔(12)의 광선들은, 입사빔(12)의 선들(16, 18, 및 22)에 의해 도시된 광선들의 경우와 같이 표면(34)에서 반사될 것이다. 반사된 광선들은 16a, 18a, 22a로 표시된다.

TIR 각보다 작은 각으로 표면(34)상에 입사하는 입사빔(12)의 광선들은 표면(34)을 통해 (적어도 부분적으로) 투과될 것이다. 이것이 입사빔(12)의 선(20)에 의해 도시된 광선의 경우이다, 즉, 입사빔(12)의 한 측면 상의 발산 광선(divergent ray)은 제1 프리즘(30)에 의해 클리핑되거나 또는 차단될 것이다. 투과된 빔은 20a로 표시된다.

주목할 것은, 발산하는 선(22)으로 도시된 입사빔(12)의 광선들 또한 TIR 각보다 큰 각으로 표면(34)상에 입사하고, 따라서 표면(34)에서 반사될 것이라는 것이다. 따라서, 프리즘(30)은 방향 x 또는 차원 x에서의 입사빔(12)의 각도 분포를 오직 한 측면(선 20) 상에서 클리핑하는 반면, 다른 측면(선 22)은 프리즘(30)에 의해 차단되지 않는다.

제2 프리즘(32)은 제1 방향 또는 제1 차원(x)에서의 각도 분포의 다른 측면을 성형하는데 효과적이다. 도 1에 보이는 바와 같이, 표면(34)에서 반사된 후, 선(22, 22a)을 따르는 광선은 표면(42)에서 TIR 각보다 작은 각으로 프리즘(32)의 표면(42)상에 입사될 것이고, 따라서, 표면(42)을 통해 (적어도 부분적으로) 투과된다(선 22b로 도시됨). 따라서, 입사빔(12)의 다른 에지의 발산 부분은 프리즘(32)에 의해 차단된다. 결과적으로, 제1 방향 또는 제1 차원(x)에서의 각도 분포가 양 측면 상에서 클리핑되는 출사빔(48)이 만들어진다. 그래프(50)는 출사빔(48)의 각도의 세기 분포를 보여준다. 보이는 바와 같이, 각도 분포의 기울기는 입사빔(12)의 각도 분포의 기울기보다 크다.

표면(34 및/또는 42)은 평면 모양뿐만 아니라 구형, 원통형, 비구면(asphere) 또는 다른 모양을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

양방향 화살표(56 및 58)에 따른 프리즘(30 및 32)의 회전 제어를 위해 표면(34) 및 표면(42)상으로 입사빔(20)의 입사각은 액츄에이터(52 및 54)에 의해 조절될 수 있다. 프리즘(30 및 32)에 의해 빔(12)의 각도 분포 또는 스펙트럼을 얼마나 많이 차단할지를 결정하기 위해 프리즘(30 및 32)의 회전각의 제어가 이용될 수 있다. 양쪽 프리즘(30 및 32)의 회전 제어는 입사빔(12)의 발산을 임의의 원하는 값까지 감소시키도록 허용한다. 표면(34 및 42)상으로의 입사각을 약간 더 높게 하기 위해 양쪽 프리즘(30 및 32)을 회전하는 경우, 여전히 더 작게 발산하는 출사빔(48)의 발산 프로파일을 보여주는 그래프(50)에서 점선(60)을 따르는 각도의 세기 분포가 획득된다.

원하는 빔 모양을 획득하기 위하여 프리즘(30 및/또는 32)의 회전 위치를 조절하기 위해, 투과된, 즉, 클리핑된 부분(선 20a, 22b)은 액추에이터(52 및 54)의 피드백 제어를 위해 검출기(55, 56)에 의해 검출될 수 있는데, 원하는 경우, 빔 성 형의 제어가 빔(12)의 양쪽 측면에 대해 서로 독립적으로 만들어질 수 있다.

이런 유형의 회전 제어는 마침 아래에 제시되는 바람직한 실시예들 중 임의의 실시예에 적용될 수 있고, 당업자들에게는 본 명세서에 설명되는 실시예들 중 임의의 실시예들과 결합될 수 있는, TIR 표면(34 및 42)상으로의 입사각을 제어하는 다른 방법들[예들 들어, 프리즘(30 또는 32)으로 빔을 반사하는 거울의 배향을 바꾸는 방법)이 존재한다는 것이 명백할 것이다.

바람직하게 각각의 빔 위치에 직교하는 프리즘(30 및 32)의 출사 표면(38 및 44)뿐만 아니라 입사 표면(36 및 40)도 시스템(10)의 광 손실을 줄이기 위해 반사 방지(AR; anti-reflective) 코팅재로 코팅될 수 있다.

각도 분포의 기울기를 증가시키기 위해, 표면(34 및 42)을 적당한 고 반사(HR; high reflective) 코팅재로 코팅함으로써 TIR을 이용하는 각 필터링을 강화할 수 있다.

도 1에서는 제1 방향 또는 제 1차원(x)에서의 각도 분포를 클리핑하거나 또는 차단하는 것에 대해 설명되었지만, 도 2는 제1 방향 또는 제1 차원(x)에 직교하는 제2 방향 또는 제2 차원(y)에서 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔(12)의 성형을 위한 광학 시스템(10')이 도시되어 있다. 제 2차원 y는 차원 x의 입사빔(12)의 폭보다 수백배 더 큰 입사빔(12)의 길이를 정의한다. 예를 들어, 입사빔(12)은 약 15μm보다 작은 방향 x에서의 확장성을 가질 수 있지만, 입사빔(12)은 적어도 약 300mm인 제2 방향에서의 확장성을 갖는다.

광학 시스템(10')은 다시 TIR 표면(34' 및 42')이 프리즘(30 및 32)의 TIR 표면(34 및 42)에 직교하도록 배열된 두 개의 프리즘(30' 및 32')을 포함한다. 프리즘(30' 및 32')의 클리핑 또는 차단 효과는 프리즘(30 및 32)의 클리핑 또는 차단 효과에 기초하며, 그 상세는 전술한 바를 참조한다.

출사빔(48)이 광학 시스템(10')에 대해 입사빔(12)을 형성하도록 광학 시스템(10')은 광학 시스템(10)과 직렬로 배열될 수 있다.

그래프(24')는 제2 방향 또는 제2 차원(y)에서의 입사빔(12)의 각도의 세기 분포를 나타내고, 그래프(50')는 방향 y의 양쪽 측면 상의 출사빔(48')의 날카로운 에지를 보여주는 출사빔(48')의 클리핑된 각도의 세기 분포를 나타낸다.

빔(12)은 광학 시스템(10)과 광학 시스템(10')을 통과한 후, 양쪽 방향 또는 차원 x 및 y의 각각의 경우 양쪽 측면 상에 성형되었다.

도 3은 표면(34와 42 또는 34'와 42')과 같은 TIR 표면상의 HR 코팅의 효과를 보여준다. 도 3은 HR 코팅된 용화된 실리카 경계면에 대해 반사율(%)이 입사각(°)과 대비하여 플로팅된 그래프를 보여준다. 반사율은 약 42,6224°의 TIR 임계각에서 100%이고, 약 0,0005°범위에서 30%까지 하락한다. 따라서, 적당한 HR 코팅은 TIR의 각 필터링 효과를 강화한다.

도 4에는 도 1 및 도 2의 실시예들과 동일한 각 필터링의 원리에 기초하는 입사빔(62)의 세기 프로파일을 성형하기 위한 광학 시스템(60)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 광학 시스템(60)과 광학 시스템들(10 및 10') 사이의 차이는, 출사빔(64)의 전파 방향이 입사빔(62)의 전파 방향에 평행하다는 것이다. 이는 프리즘(66)의 빗변(70)이 입사 표면을 형성하고, 입사빔(62)의 한 측면 상의 각도의 세 기 분포를 클리핑하기 위해 제1 밑변(72)이 프리즘(66)의 TIR 표면을 형성하며, 빗변(74)이 제2 프리즘(68)의 입사 표면을 형성하고, 제1 밑변(76)이 프리즘(68)의 TIR 표면을 형성하도록 2개의 직각 프리즘(66 및 68)이 입사빔(62)에 대하여 배열된다는 사실에 의해 달성된다. 프리즘들(66 및 68)의 빗변들(70 및 74)은 프리즘들(66 및 68)의 각각의 입사 표면뿐만 아니라, 프리즘들(66 및 68)의 각각의 출사 표면도 형성하므로, 입사빔(62)의 전파 방향에 평행한 전파 방향을 갖는 출사빔(64)을 야기할 수 있다.

그래프(78)는 입사빔(62)의 각도의 세기 분포를 나타내고, 그래프(80)는 도 4의 지면인 한 차원의 양쪽 측면 상에 날카로운 에지를 나타내는 출사빔(64)의 각도의 세기 분포를 보여준다. 이는 도 4에 평면도로 도시되어 있다.

도 5에는 각도 선택 광학 소자, 구체적으로 TIR을 사용함으로써 입사빔(92)의 각도 분포(96)를 클리핑하기 위한 각도 선택 반사 소자(94)를 이용하는 입사빔(92)을 성형하기 위한 광학 시스템(90)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 광학 소자(94)는, 예컨대, 공기와 같은 주변 매질(100)의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 광학 매질을 포함하는 매우 평탄화된 평행 판 또는 막대(98)이다. 광학 소자(98)의 매질은 입사빔(92)의 파장이 투과 가능한 임의의 적합한 재료를 다시 포함할 수 있다.

광학 소자(98)는 HR 코팅재로 코팅될 수 있는 2개의 TIR 표면(102 및 104)을 갖는다. 광학 소자(98)는 한 측면 상에, 즉, 선(106)으로 도시된 측면 상에 입사빔(92)의 각도 분포(96)를 클리핑하지만, 선(108)으로 도시된 다른 측면 상의 각도 분포는 클리핑되지 않는다. 입사빔(92)이 표면(102) 또는 표면(104)에 부딪힐 때마다, TIR의 임계각보다 낮은 각으로 표면(104 및 102)상에 입사하도록 발산하는 입사빔(92)의 광선들은 적어도 부분적으로 표면(102 및 104)을 통해 투과될 것이고, 예컨대, 수냉식 빔 덤프(101)와 같은 빔 덤프에 의해 흡수될 수 있다. 출사빔(112)은 광학 소자(98)의 출사 표면(110)으로부터 나타나고, 출사빔(112)의 한쪽 측면 상에 날카로운 에지를 나타내는 각도의 세기 분포(114)를 갖는다.

이 실시예는 빔(92)을 성형하는 다중 TIR (여기서는 4중 TIR)을 이용한다.

도 6에는 광학 소자(98)와 더불어, 광학 소자(98)에 직렬로 배치되고 광학 소자(98)에 대해 90°만큼 회전된 평편하고 평행한(planoparallel) 판 형태의 추가 광학 소자(118)를 포함하는 광학 시스템(90')의 형태로 광학 시스템(90)을 변경한 것이 도시되어 있다. 광학 소자(98)는 입사빔(92)의 한쪽 측면 상의 각도 분포(96)를 클리핑하지만, 광학 소자(118)는, 최종 출사빔(112')이 양쪽 측면 상에 날카로운 에지를 갖는 도 6에 도시된 바와 같이 세기 분포(120)가 생성되도록, 다른 측면, 즉, 빔(92)의 반대 측면, 더 정확하게는 출사빔(112)의 반대 측면 상의 각도 분포를 클리핑한다.

출사빔(112 및/또는 112')의 프로파일 모양을 조절하기 위하여, 도 5 및 도 6에 도시된 광학 소자(98) 및/또는 광학 소자(118)에 도 1 및 도 2에 도시된 실시예들과 유사한 회전 제어가 제공될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

또한, 광학 소자(118)의 대응하는 TIR 표면뿐만 아니라 표면(102, 104)은 HR 코팅재로 코팅될 수 있고, 광학 소자(118)의 대응하는 입사 및 출사 표면뿐만 아니 라 광학 소자(98)의 입사 및 출사 표면(109 및 110)도 HR 코팅재로 코팅될 수 있다.

도 7에는 적어도 제1 방향에서 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔(132)을 성형하기 위한 광학 시스템(130)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 그래프(134)는 입사빔(132)의 각도의 세기 분포를 나타낸다.

광학 시스템(130)은 4개의 각도 선택 광학 소자들, 구체적으로 각도 선택 반사 소자, 본 실시예에서, 4개의 직각 프리즘(136, 138, 140, 142)을 포함한다.

프리즘(136 및 138)은 도 1의 광학 시스템(10)의 프리즘(30 및 32)과 유사한 방식으로 배열된다. 프리즘(136 및 138)의 빗변은 TIR 표면으로서 구성된다.

입사빔(132)의 전파 방향으로, 프리즘(140)은 프리즘(138) 뒤로 배치되고, 빔(132)이 다시 프리즘(136)으로 지향되는 프리즘(142)은 프리즘(140)을 뒤따른다.

입사빔(132)은 우선 표면(144)의 가장자리 영역에서 프리즘(136)의 입사 표면(144)으로 입사한다. 빔(132)은 프리즘(136)의 TIR 표면(146)을 떠나면서 도 7에 도시된 화살표를 따라 프리즘들(136 내지 142)을 통하는 경로를 따른다. 도 7에 도시된 바와 같이, 출사빔(148)이 입사빔(132)의 전파 방향에 평행한 방향으로 프리즘(142)으로부터 나타날 때까지 빔(132)은 각각의 프리즘을 3번 통과한다. 광학 시스템(130)으로부터 출사빔(148)을 빠져나오게 하기 위하여, 출사빔(148)이 양쪽 프리즘들(136 및 138) 사이를 통과하기에 충분한 거리만큼 프리즘들(136 및 138)은 서로 이격된다.

광학 시스템(130)은 방향 또는 차원 x에서의 각도 분포의 클리핑 또는 차단 효과를 강화하기 위하여 다중 TIR을 이용한다. 특히, 광학 시스템(130)은 그래프(154)에 의해 도시된 바와 같이, 양쪽 측면(150 및 152) 상의 방향 또는 차원 x에서의 각도 분포를 클리핑하거나 또는 차단한다.

프리즘들(136 내지 142)의 TIR 표면은 HR 코팅재로 코팅될 수 있지만, 프리즘들(136 내지 142)의 입사 및 출사 표면은 광학 시스템(130)의 손실을 피하기 위하여 반사 방지 코팅재로 코팅될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 8에는 2개의 프리즘(140 및 142)이 한 개의 역반사체(retro-reflector) 프리즘(156)으로 대체되고, 따라서 입사 및 출사 표면의 수를 줄이고, 광학 시스템(130')의 손실을 줄일 수 있다는 점에서 광학 시스템(130)에 대해 약간 조정된 광학 시스템(130')이 도시되어 있다.

도 9에는 도 7 또는 도 8의 광학 시스템(130 또는 130')이 추가 변경된 광학 시스템(130")의 다른 실시예가 도시되어 있다. 광학 시스템(130")의 경우, 광학 시스템(130) 2개의 프리즘(140 및 142) 또는 광학 시스템(130')의 역반사체 프리즘(156)이 2개의 거울(158, 160)로 대체되었다. 주목할 것은, 거울(158 및 160)에 의한 각 필터링에 없기 때문에, 거울(158 및 160)이 그것 만으로는 빔 형성에 기여하지 않는다는 것이다. 거울(158 및 160)은 폴딩 미러로서만 작동한다.

도 10에는 입사빔(192)을 성형하기 위한 광학 시스템 또는 유닛(190)의 다른 실시예가 도시되어 있다.

광학 시스템(190)은 한 방향, 예를 들어, 빔(192)의 x-방향 또는 y-방향에서의 입사빔(192)의 각도 분포(194)를 각 필터링하기 위해 TIR을 다시 이용한다.

광학 시스템(190)은 출사빔(204)의 각도 분포를 보여주는 그래프(202)에 도시된 바와 같이, 한 측면 상의 입사빔(192)의 각도 분포(194)를 클리핑하는 2개의 평행한 TIR 표면(198 및 200)을 갖는 제1 광학 소자(196)를 포함한다.

광학 소자(196)는 자신을 통과하는 빔(192)을 구부리기 위하여 서로 평행한 2개의 추가 표면들(206 및 208)을 갖는 직사각형 판으로서 형성된다. 광학 소자(196)의 빔(192)의 빔 경로는 작은 화살표로 도시된다. 출사빔(204)은 광학 소자(196)의 출사 표면(210)을 통해 나타난다. 광학 소자(196)는 오직 한 측면 상의 입사빔(192)의 각도 분포를 클리핑하는데 효과적이다. 반대 측면 상의 각도 분포 또한 클리핑하기 위하여, 빔(192)의 반대 측면 상의 각도 분포를 클리핑하기 위한 2개의 TIR 표면(214 및 216)을 갖는 제2 광학 소자(212)가 제공된다. 광학 소자(212)는 광학 소자(196)와 직렬로 배치되고, 여기서 출사빔(204)은 광학 소자(212)에 대해 입사빔이다.

최종 출사빔(218)은 그래프(220)에 도시된 바와 같은 각도 분포를 나타낸다.

광학 소자(212)는 광학 소자(196)와 동일하게 설계될 수 있는데, 도면에서 광학 소자(196)에 대해 90°의 각만큼 회전된다.

도 11에는 입사빔(192)과 비교하여 출사빔의 각도 분포의 기울기를 더 강화하기 위하여 광학 시스템(190)의 복수의 광학 소자들(196 및 214)을 이용하는 광학 시스템(230)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 입사빔(192)은 광학 소자들(196, 212, 232, 234)을 통과하고, 광학 소자(234)로부터 출사빔(236)으로서 출사된다.

도 10에 따라, 빔(192)은 광학 소자들(196 내지 234) 각각을 몇 번씩 통과하 고, 따라서, 출사빔(236)의 세기 분포의 기울기를 다중 TIR에 의해 더 강화한다. 또한, 광학 시스템(230)은 출사빔(236)이 입사빔(192)과 동일한 방향으로 전파할 뿐만 아니라 지향성 오프셋 없이 전파할 수 있도록 허용한다.

도 12에는 도 11의 광학 시스템(230)을 이용하지만 광학 소자들(196, 212, 232, 및 234) 사이에 배치된 활성 매질(238)을 갖는 광학 시스템(230')이 도시되어 있다. 이러한 방식으로, 광학 시스템(230')은 한 방향에서 감소된 발산을 갖는 레이저 빔을 생성하는 링 레이저로서 이용될 수 있다. 부분 반사판(240)은 출력 커플러로서 이용될 수 있다. 3차원 배치를 이용하여, 양쪽 수직 방향(x 및 y)에서의 발산이 감소될 수 있다.

입사빔, 특히 양쪽 수직 방향(x 및 y)에서의 임의의 직사각형 프로파일을 갖는 입사빔의 발산을 감소시키기 위하여 상술한 실시예들 각각은 직교 평면으로 서로 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

이미 언급한 바와 같이, 상술한 모든 실시예들은 각도 분포의 슬로프들의 기울기를 강화하기 위해 HR 코팅재를 포함하고, 시스템의 광 손실을 줄이기 위해 AR 코팅재를 포함할 수 있다.

또한, 도 1(검출기 55, 56, 액추에이터 52, 54)에 대해 이미 설명한 바와 같이, 상술한 실시예들 각각은 상술한 바와 같은 프리즘 또는 판 등과 같은 TIR 활성 광학 소자의 각도 분포의 자동 조절을 위한 활성 안정화 기술이 장착될 수 있다. 예를 들어, TIR 표면에서 투과된 일부 입사빔은, 포토 다이오드, 1차원 또는 2차원 포토 다이오드 어레이, 또는 CCD-카메라와 같은 감광장치(예컨대, 검출기 55, 56) 에 의해 수신될 수 있다. 각도 분포의 슬로프를 조절하기 위하여, 압전(piezo) 또는 스텝모터와 같은 몇몇 활성 기계 소자, 예를 들어, 도 1의 액추에이터(52 및 54)에 대해 피드백 신호로서 이러한 장치로부터의 정보가 이용될 수 있다.

상술한 광학 시스템은 바람직하게, 예컨대, 비정질 실리콘 막의 지향성 결정화를 위한 어닐링 장치 또는 다른 재료 처리 장치 및 기술에서 사용되는데, 본 발명의 원리에 따라 성형된 조사선은 처리될 기판상에 주사된다.

후속하여, 분산 및 직교 발산 효과의 보정을 위한 수단이 도 13 내지 도 16에 대하여 설명된다.

형성될 빔이 단색(monochromatic)이 아닌 경우, 광학 소자의 벌크 재료 [예를 들어, 도 1의 광학 시스템(10)의 프리즘들(30 및 32)] 및 주어진 경우, 코팅재의 분산이 고려되어야 한다.

도 13에는 코팅된 TIR 경계면 [예를 들어, 도 1의 TIR 경계면(34)]의 전형적인 분산이 도시되어 있다.

반사율의 각도 의존성은 본질적으로는 상이한 파장에 대해서도 동일하지만, 반사율 곡선은 광학 재료의 분산 때문에 약간 상이한 각으로 이동된다.

전반사의 임계각 α_TIR는 아래 식에 의해 주어진다.

sinα_TIR(λ)=1/n(λ)

여기서 n(λ)은 각각의 파장에서의 굴절률이고, 도 13에 보이는 바와 같이, 일반적으로 임계각 (및 반사율 곡선)은 보다 짧은 파장의 보다 작은 각으로 이동한 다.

보정 수단이 존재하지 않는 경우, 이러한 분산 효과는 비-단색 방사에 대해 상술한 실시예에서와 같이, 발산 감소 소자 [예를 들어, 도 1의 프리즘(30 또는 32)]의 각 분해능을 심하게 제한한다. 그러나, 빔이 실제 발산 감소 소자, 예컨대 프리즘(30 및 32) 또는 도 5의 막대나 판(98)을 통과하기 전과 후에 분산 프리즘을 이용하면 보정이 가능하다. 상이한 파장을 갖는 빔들이 마지막 보정(correction) 프리즘을 통과한 후에 다시 동일한 방향을 따라 이동하지만, 각각의 파장에 대해 각각의 TIR 각으로 TIR 표면상에 입사하도록 보정 프리즘 (및 실제 발산 감소 소자의 입사 표면) 상으로의 입사각이 선택되어야 한다.

분산 보정을 달성하기 위해 입사각들의 조합에 대한 광범위한 선택이 존재한다. 그러나, 주목할 것은, 발산 감소 소자 자체의 입사 표면에서의 굴절 분산 처리는 상기 목표를 달성하기에는 결코 충분하지 않다는 것이다. 이유는, 분산 효과가 더 큰 입사각에 대해 더 강하고, TIR에 대한 임계각보다 작은 각에서의 단일 굴절에 대해, 단일 굴절의 분산 효과가 충분하지 않기 때문이다. 따라서, 발산 감소 소자를 위한 분산 소자가 필요하다. 이와 유사하게, 발산 감소 소자의 출사 표면은 보상하기에 충분히 분산적이지 않아 다른 분산 소자가 요구된다.

각도 스펙트럼의 양쪽 측면 상의 발산을 감소시키는 2개의 소자들(246, 248)을 위해, 도 14에 도시된 바와 같이, 총 4개의 보정 프리즘(150, 152, 154, 156)이 이용될 수 있다.

분산 효과의 보정을 위해, 반사 또는 투과 격자(grating) 등과 같은 프리즘 외의 분산 소자들이 또한 이용될 수 있다.

다색(polychromatic) 방사에 대한 분산 효과의 보정은 이전에 설명하였다. 전반사에 대한 임계각이 굴절률에 의존하고, 이에 따라 방사의 파장에 의존하기 때문에 이와 같은 보정이 필요하다.

하지만 완전한 단색 방사에 대해, 입사빔의 각도 스펙트럼이 입사 평면에 수직인 방향에서 매우 좁은 경우에만 상술한 바와 같은 발산 감소가 이루어진다. 그렇지 않다면, TIR 경계면의 표면의 경사각 β 및 직교 방향의 포인팅 각 γ는 TIR 경계면의 표면상의 입사각 α를 함께 결정하는데, 입사각 α는 각 β보다 크다(도 15 참조). 각들은 아래의 식과 관련된다.

앞서 언급한 각들은 도 15에 도시되어 있는데, 여기서 TIR 표면은 직사각형으로 도시되었다.

이는 입사각α가 수직 입사각 γ에 따라 변하고, 특정 수직 발산 범위를 커버하기 위해, 각각의 수직 입사각에 대해 상이한 경사각 β가 요구될 것이라는 것을 의미한다. 다색 방사에 대한 분산 효과와 상황이 유사하고, 따라서 수직 발산 효과의 보정을 위해 분산 효과에 대한 동일한 보정 메커니즘이 이용될 수 있다. 이는 아래와 같이 도 16을 참조하면 알 수 있다:

경사각 β의 평면에서 투영되어 보이는, 상술한 목록들을 이용하는 단일 표면에서의 굴절을 고려해보면, 이 투영도의 투영된 굴절각 β'는 수직 입사각 γ에 의존하고, 굴절의 법칙은 (투영된 각에 대해, 그리고 수직 입사각 γ에 의존하는) 변형된 형태로 다시 쓰일 수 있다:

여기서 유효 굴절률 n(γ)은 아래와 같이 수직 입사각 γ에 의존한다:

이러한 변형된 굴절의 법칙을 이용하여, 임의의 수직 입사각 γ의 빔은 통상처럼 투영도에서 추적될 수 있고, 다른점은, 현재 수직 입사각 γ에 의존하고 따라서 잠재적으로 파장 λ에도 의존하는 굴절률 n뿐이다. 어떤 경우에든, 상술한 바와 같이 분산 효과를 보정하기 위한 보상이 가능하고(도 14 참고), 임의의 굴절 분산보정 장치는 또한 수직 발산에 대해서도 보정될 것이다.

Claims (48)

1. 적어도 제1 방향에서 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔을 성형하기 위한 광학 시스템으로서, 상기 적어도 제1 방향에서의 상기 각도 분포를 클리핑(clipping) 하기 위한 적어도 하나의 각도 선택 광학 소자를 포함하는 광학 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 각도 선택 광학 소자는 단지 상기 적어도 하나의 제1 방향에서의 상기 각도 분포를 클리핑하는 것인, 광학 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 각도 선택 광학 소자는 제2 방향에서의 상기 각도 분포를 클리핑하는 것인, 광학 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2 방향은 적어도 상기 제1 방향에 거의 수직인 것인, 광학 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 각도 선택 광학 소자는 단지 상기 제1 방향에서의 상기 각도 분포를 클리핑하고, 제2 방향에서의 상기 각도 분포를 클리핑하기 위한 적어도 하나의 제2 각도 선택 소자를 더 포함하는 광학 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 각도 선택 광학 소자는 적어도 하나의 각도 선택 반사 소자를 포함하는 것인, 광학 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 각도 선택 반사 소자는 상기 적어도 하나의 각도 선택 반사 소자의 환경과 비교하여 증가된 광 밀도를 갖고, 상기 입사빔은 상기 환경에 대한 상기 각도 선택 반사 소자의 적어도 하나의 표면에 부딪히는 것인, 광학 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 입사빔이 대략 전반사의 임계각인 각도에서 상기 적어도 하나의 표면에 부딪히도록 상기 적어도 하나의 각도 선택 반사 소자는 상기 입사빔에 대해 위치되는 것인, 광학 시스템.
9. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 표면은 평면, 구형, 원통형, 비구면(asphere), 및 이들의 단면 중 하나인 것인, 광학 시스템.
10. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 표면은 높은 반사성의 코팅재로 피복되는 것인, 광학 시스템.
11. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 각도 선택 반사 소자는 입사 표면을 갖고, 상기 적어도 하나의 각도 선택 반사 소자는 상기 입사 표면이 적어도 상기 입 사빔에 거의 수직이 되도록 위치되는 것인, 광학 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 입사 표면은 반사 방지 코팅재로 피복되는 것인, 광학 시스템.
13. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 각도 선택 반사 소자는 출사면을 갖고, 상기 적어도 하나의 각도 선택 반사 소자는 상기 출사면으로부터 나오는 출사빔이 적어도 상기 출사면에 대략 수직이 되도록 위치되는 것인, 광학 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 출사면은 반사 방지 코팅재로 피복되는 것인, 광학 시스템.
15. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 각도 선택 반사 소자는 프리즘, 막대, 입방체, 사다리꼴, 및 다각형, 사다리꼴, 평행사변형 중 적어도 하나의 단면을 갖는 표면을 갖는 본체 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 광학 시스템.
16. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향에서의 상기 입사빔의 확장성을 수백배만큼 초과하는 제2 방향에서의 확장성을 갖는 상기 입사빔의 상기 제1 방향에서의 상기 각도 분포를 클리핑할 수 있는 광학 시스템.
17. 제16항에 있어서, 상기 제1 방향에서의 상기 확장성은 약 15㎛보다 작은 것인, 광학 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 제1 방향에서의 상기 확장성은 약 10㎛보다 작은 것인, 광학 시스템.
19. 제18항에 있어서, 상기 제1 방향에서의 상기 확장성은 약 8㎛보다 작은 것인, 광학 시스템.
20. 제16항에 있어서, 상기 제2 방향에서의 상기 확장성은 적어도 약 300㎜인 것인, 광학 시스템.
21. 제20항에 있어서, 상기 제2 방향에서의 상기 확장성은 적어도 500㎜인 것인, 광학 시스템.
22. 제21항에 있어서, 상기 제2 방향에서의 상기 확장성은 적어도 700㎜인 것인, 광학 시스템.
23. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 각도 선택 소자는 상기 각도 분포의 제1 측면 상에서 상기 각도 분포를 클리핑하는 제1 각도 선택 소자이고, 상기 제1 측 면에 대향하는 제2 측면 상에서 상기 각도 분포를 클리핑하는 적어도 하나의 제2 각도 선택 광학 소자를 더 포함하는 광학 시스템.
24. 제1항에 있어서, 상기 입사빔과 상기 적어도 하나의 각도 선택 소자의 상대적 위치는 조절가능한 것인, 광학 시스템.
25. 제1항에 있어서, 적어도 3개의 각도 선택 광학 소자들을 더 포함하는 광학 시스템.
26. 입사빔의 세기 프로파일을 성형하고 출사빔의 세기 프로파일을 형성하는 빔 성형 광학 유닛으로서, 상기 입사빔은 적어도 한쪽 측면 상에 적어도 제1 차원에서의 상기 입사빔의 발산에 기인하는 제1 세기 기울기를 갖고, 상기 빔 성형 광학 유닛은, 상기 출사빔이 적어도 한쪽 측면에서 제2 세기 기울기를 갖도록 상기 출사빔을 성형하고, 상기 제2 기울기는 상기 제1 기울기보다 크고, 상기 빔 성형 광학 유닛은 적어도 하나의 전반사에 의해 상기 출사빔의 상기 세기 프로파일을 형성하는 것인, 빔 성형 광학 유닛.
27. 제26항에 있어서, 빔 스플리터를 더 포함하는 빔 성형 광학 유닛.
28. 제 27항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 고체 상태의 링 레이저의 출력 커플 러로서 동작하는 것인, 빔 성형 광학 유닛.
29. 제26항에 있어서, 상기 빔 성형 광학 유닛은 상기 입사빔의 각도 분포에 작용하는 것인, 빔 성형 광학 유닛.
30. 제26항에 있어서, 상기 입사빔은 폭을 정의하는 상기 제1 차원에서의 확장성, 및 상기 제1 차원을 가로지르고 길이를 정의하는 제2 차원에서의 확장성을 갖고, 상기 출사빔은 폭을 정의하는 제1 차원에서의 확장성, 및 상기 제1 차원을 가로지르고 길이를 정의하는 제2 차원에서의 확장성을 가지며, 상기 출사빔의 폭은 상기 입사빔의 폭의 적어도 20% 만큼 벗어나고, 상기 빔의 폭은 반치 전폭 세기에 의해 정의되는 것인, 빔 성형 광학 유닛.
31. 제30항에 있어서, 다각형, 프리즘, 사각형과 같은 단면, 및 사다리꼴 모양 중 적어도 하나로 형성된 단면을 갖는 길이 L의 막대형 본체에 의해 형성되는 적어도 하나의 광학 소자를 포함하는 빔 성형 광학 유닛.
32. 제31항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광학 소자는 적어도 하나의 액츄에이터에 의해 상기 입사빔에 수직인 축에 대해 조절 가능한 것인, 빔 성형 광학 유닛.
33. 제27항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 상기 입사빔을 상기 출사빔 및 추가 빔으로 분리시키는 것인, 빔 성형 광학 유닛.
34. 제33항에 있어서, 상기 추가 빔은 추가 빔 덤프에 의해 흡수되는 것인, 빔 성형 광학 유닛.
35. 제34항에 있어서, 상기 빔 덤프는 수냉식 빔 덤프인 것인, 빔 성형 광학 유닛.
36. 제26항에 있어서, 전반사 시퀀스에 의해 상기 출사빔의 상기 세기 프로파일을 형성하는 것인, 빔 성형 광학 유닛.
37. 제26항에 있어서, 상기 입사빔의 각도의 퍼짐을 초래하는 분산을 보정하기 위한 적어도 하나의 파장 감지 광학 소자를 더 포함하는 빔 성형 광학 유닛.
38. 제37항에 있어서, 상기 파장 감지 소자는 상기 제1 차원에 수직인 차원으로의 상기 입사빔의 각도 퍼짐에 기인하는 상기 출사빔의 각도 퍼짐을 보정하는 것인, 빔 성형 광학 유닛.
39. 제1 방향에서 소정의 각도 분포를 갖고 발산하는 입사빔을 성형하기 위한 방법으로서, 상기 입사빔의 적어도 하나의 전반사에 의해 상기 제1 방향에서의 상기 각도 분포를 클리핑하는 단계를 포함하는 빔 성형 방법.
40. 제39항에 있어서, 상기 전반사의 분산 효과를 보정하는 단계를 더 포함하는 빔 성형 방법.
41. 제39항에 있어서, 상기 제1 방향에 수직인 방향에서의 상기 전반사에 대한 상기 입사빔의 수직 발산 효과를 보정하는 단계를 더 포함하는 빔 성형 방법.
42. 제41항에 있어서, 직사각형 프로파일을 갖는 레이저 빔에 대해, 상기 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향에서의 상기 입사빔의 발산을 보정하는 단계를 더 포함하는 빔 성형 방법.
43. 제41항에 있어서, 고체 상태의 링 레이저의 발산을 감소시키기 위해 사용되는 빔 성형 방법.
44. 제1항의 광학 시스템을 포함하는 재료 처리를 위한 가는 레이저 빔을 생성하기 위한 광학 시스템.
45. 제44항에 있어서, 상기 광학 시스템은 비정질 실리콘 막의 지향성 결정화를 위해 사용되는 것인, 광학 시스템.
46. 제1항의 광학 시스템을 이용하여, 입사빔의 분산 및 발산을 보정하기 위한 장치.
47. 제1항의 광학 시스템을 이용하여, 직사각형 프로파일을 갖는 레이저 빔의 수직 방향에서의 발산을 보정하기 위한 장치.
48. 제1항의 광학 시스템을 이용하여, 고체 상태의 링 레이저의 발산을 감소시키기 위한 장치.

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