KR20210113479A

KR20210113479A - 실리콘 결정화 장치

Info

Publication number: KR20210113479A
Application number: KR1020200027846A
Authority: KR
Inventors: 임동언; 류훈철; 김영식; 김지수; 김현진; 박광호; 설영진; 최주환
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2021-09-16

Abstract

본 발명은 실리콘 결정화 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치는 레이저 출사부, 레이저 출사부와 나란하게 배치되고 제1 이격 거리만큼 이격된 복수의 호모지나이저들을 포함하는 레이저 균질화부, 레이저 출사부 및 레이저 균질화부와 나란하게 배치되고, 제2 이격 거리만큼 서로 이격된 복수의 텔레스코프 렌즈들을 포함하는 레이저 전달부 및 레이저 조사부를 포함하되, 제2 텔레스코프 렌즈의 제2 곡률 반지름은, 제1 텔레스코프 렌즈의 제1 곡률 반지름보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

실리콘 결정화 장치{SILICON CRYSTALLIZATION APPARATUS}

본 발명은 실리콘 결정화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유기발광 표시 장치 또는 액정 표시 장치 등은 각 화소의 박막트랜지스터를 이용해 발광여부나 발광 정도를 제어한다. 그러한 박막트랜지스터는 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극 등을 포함하는데, 반도체층으로 비정질 실리콘이 결정화된 폴리 실리콘이 주로 사용된다.

이와 같은 박막트랜지스터를 구비하는 기판이나 이를 이용한 디스플레이 장치의 제조공정을 설명하면, 기판에 비정질 실리콘층(a-Si)을 형성하고 이를 폴리 실리콘(P-Si)으로 결정화하는 과정을 거쳐, 기판이나 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제조하였다. 이에 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화하는 방법으로 고상 결정화 방법(SPC; Solid Phase Crystallization), 급속 열처리 방법(RTA; Rapid Thermal Annealing), 비정질 실리콘에 레이저 빔을 조사하는 엑시머 레이저 어닐링 방법(ELA; Excimer Laser Annealing)이 있다.

특히, 엑시머 레이저 어닐링 방법의 경우, 그 끝이 뾰족한 펄스파 형태의 레이저 빔은 그 중앙부와 주변부 간의 에너지 밀도차가 심하며 그 조사되는 영역이 매우 국부적이므로, 그 끝이 어느 정도 평평(flat)한 펄스파의 빔 형태를 갖도록 변형되어야 한다. 또한, 비교적 넓은 영역에 레이저 빔이 조사되는 영역에 대해서 그 에너지 밀도가 충분히 확보된 레이저 빔을 이용해야만 엑시머 레이저 어닐링 방법을 이용하여 결정화 공정을 진행할 수 있다.

이러한 레이저 빔의 에너지를 확보하기 위해, 조사되는 레이저 빔이 입사 면적을 감소시킴으로써 레이저 빔의 초점심도(DOF; Depth Of Focus)의 마진(Margin)을 충분히 확보하고 구면 수차(Spherical aberration)를 최소하는 기술이 필요하다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 레이저 빔의 초점심도의 마진을 충분히 확보하고, 구면 수차를 최소화하는 실리콘 결정화 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 레이저 빔의 초점심도의 마진을 충분히 확보하고, 구면 수차를 최소화하여 실리콘 결정화에 대한 수율을 개선시키는 실리콘 결정화 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치는, 일 방향으로 레이저 빔을 출사하는 레이저 출사부, 레이저 출사부에 의해 출사된 레이저 빔을 수신하고, 제1 이격 거리만큼 서로 이격된 제1 호모지나이저(Homogenizer) 및 제2 호모지나이저를 포함하는 레이저 균질화부, 레이저 균질화부에 의해 출사된 레이저 빔을 수신하고, 제2 이격 거리만큼 서로 이격되며 서로 다른 곡률 반지름을 갖는 제1 텔레스코프 렌즈(Telescope Lens) 및 제2 텔레스코프 렌즈를 포함하는 레이저 전달부 및 레이저 전달부에 의해 출사된 레이저 빔을 수신하고, 레이저 빔을 기판에 조사하는 레이저 조사부를 포함하되, 제2 텔레스코프 렌즈의 제2 곡률 반지름은, 제1 텔레스코프 렌즈의 제1 곡률 반지름보다 작은 것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 제1 호모지나이저 및 제2 호모지나이저는, 제1 호모지나이저의 출사면과 및 제2 호모지나이저의 입사면이 마주보도록 일 방향으로 나란하게 배치될 수 있다.

일 실시예로, 제1 호모지나이저의 출사면과 제2 호모지나이저의 출사면은 볼록할 수 있다.

일 실시예로, 제1 호모지나이저의 입사면과 제2 호모지나이저의 입사면은 평평할 수 있다.

일 실시예로, 제2 곡률 반지름이 변경되면, 제1 이격 거리 및 제2 이격 거리가 변경될 수 있다.

일 실시예로, 제2 곡률 반지름이 감소하면, 제1 이격 거리가 증가하고, 제2 곡률 반지름이 증가하면, 제1 이격 거리가 감소할 수 있다.

일 실시예로, 제1 호모지나이저는 제1 초점 거리를 갖는 제1 단축 렌즈를 적어도 하나 구비하는 제1 렌즈렛 어레이(Lenslet array)를 포함하고, 제2 호모지나이저는 제2 초점 거리를 갖는 제2 단축 렌즈를 적어도 하나 구비하는 제2 렌즈렛 어레이를 포함하고, 제1 초점 거리 및 제2 초점 거리 중 적어도 하나의 초점 거리가 증가하면, 제1 이격 거리가 증가하고, 초점 거리가 감소하면, 제1 이격 거리가 감소할 수 있다.

일 실시예로, 제1 초점 거리와 제2 초점 거리는 동일하고, 제1 이격 거리는, 제1 초점 거리 또는 제2 초점 거리와, 제2 곡률 반지름에 기초하여 산출될 수 있다.

일 실시예로, 제2 곡률 반지름이 감소하면, 제2 이격 거리가 감소하고, 제2 곡률 반지름이 증가하면, 제2 이격 거리가 증가할 수 있다.

일 실시예로, 제2 텔레스코프 렌즈의 제2 곡률은 제1 텔레스코프 렌즈의 제1 곡률보다 클 수 있다.

일 실시예로, 제1 텔레스코프 렌즈 및 제2 텔레스코프 렌즈는, 제1 텔레스코프 렌즈의 출사면과 제2 텔레스코프 렌즈의 입사면이 서로 마주 보도록 배치될 수 있다.

일 실시예로, 제1 텔레스코프 렌즈의 입사면이 레이저 균질화부로부터 레이저 빔을 수신하도록, 제1 텔레스코프 렌즈와 레이저 균질화부가 나란히 배치될 수 있다.

일 실시예로, 제1 텔레스코프 렌즈와 제2 텔레스코프 렌즈는 서로 대칭된 형태일 수 있다.

일 실시예로, 제 제1 텔레스코프 렌즈의 입사면과 제2 텔레스코프 렌즈의 출사면은 볼록할 수 있다.

일 실시예로, 제1 텔레스코프 렌즈의 출사면과 제2 텔레스코프 렌즈의 입사면은 평평할 수 있다.

일 실시예로, 레이저 조사부는, 레이저 전달부에 의해 출사된 레이저 빔을 수신하는 집광 렌즈, 집광 렌즈에 의해 출사된 레이저 빔을 수신하는 미러 및 미러에 의해 반사된 레이저 빔을 기판에 조사하는 투영 렌즈를 포함할 수 있다.

일 실시예로, 집광 렌즈의 입사면은 평평하고, 집광 렌즈의 출사면은 볼록할 수 있다.

일 실시예로, 미러는, 일 방향을 기준으로 미리 설정된 각도로 기울어져 배치되고, 미러의 반사면들 중 레이저 빔이 반사되는 면은 평평할 수 있다.

일 실시예로, 투영 렌즈의 입사면은 볼록하고, 투영 렌즈의 출사면은 평평할 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 레이저 빔의 초점심도의 마진을 충분히 확보하고, 구면 수차를 최소화하는 실리콘 결정화 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 레이저 빔의 초점심도의 마진을 충분히 확보하고, 구면 수차를 최소화하여 실리콘 결정화에 대한 수율을 개선시키는 실리콘 결정화 장치를 제공할 수 있다.

실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 비정질 실리콘을 결정화하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 실리콘 결정화 장치에 의해 조사된 레이저 빔의 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity)를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 실리콘 결정화 장치에 의해 조사된 레이저 빔의 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity)를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 실리콘 결정화 장치에 의해 조사된 레이저 빔의 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity)를 나타낸 도면이다.
도 8은 비교예 및 본 발명의 실시예 각각에 따른 레이저 빔과 초점심도의 마진을 나타낸 도면이다.
도 9는 비교예 및 본 발명의 실시예에 따라 산출되는 레이저 빔의 P편광 및 S편광 각각의 그레이팅 벡터(Grating Vector)들에 대한 산포도를 비교하기 위한 도표이다.
도 10은 비교예 및 본 발명의 실시예에 따라 결정화된 폴리 실리콘의 그레인 사이즈의 정렬도를 비교하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들에 들에 의해 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 본 발명의 실시예들은 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.

각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 어떤 구성 요소나, 소자(elements) 또는 층 등이 다른 구성 요소나, 다른 소자 또는 다른 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 한편, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 비정질 실리콘을 결정화하는 실시예를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 표시 장치의 기판(30) 상에 위치하는 비정질 실리콘 박막(31)에 레이저 빔(20)이 특정 방향(예를 들어, 제1 방향(DR1))으로 조사될 수 있다. 여기서, 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)은 2차원 평면 상에서 서로 직교하는 방향을 의미할 수 있다.

비정질 실리콘은 낮은 온도에서 증착하여 박막으로 형성될 수 있다. 비정질 실리콘은 주로 낮은 용융점을 가지는 유리를 기판(30)으로 사용하는 표시 장치의 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 형성하는데 이용될 수 있다.

비정질 실리콘 박막(31)은 스퍼터링 방법, 감압 CVD, 플라스마 CVD 방법 등과 같은 방법에 의해 25nm부터 80nm까지의 두께로 실리콘 또는 실리콘 기반 물질(예를 들어, SixGe1-x)을 사용하여 형성될 수 있다.

한편, 비정질 실리콘 박막(31)이 형성된 기판(30)은 이동 트레이(40) 상에 위치할 수 있다. 레이저 빔(20)이 조사되는 동안 이동 트레이(40)는 특정 방향(예를 들어, 제2 방향(DR2))으로 일정하게 이동하여 기판(30) 상의 비정질 실리콘 박막(31)에 레이저 빔(20)이 고르게 조사되도록 할 수 있다.

레이저 빔(20)이 조사된 비정질 실리콘 박막(31)은 폴리 실리콘 박막(32)으로 결정화될 수 있다. 비정질 실리콘 박막(31)을 결정화하는 원리는 레이저 빔(20)이 수 나노 초(Nano second) 동안 조사되어 비정질 실리콘의 온도가 급상승되고 비정질 실리콘이 냉각되는 과정을 통해 비정질 실리콘을 용융 및 재결정시키는 것이다.

폴리 실리콘은 전계 효과 이동도(Field effect mobility)가 비정질 실리콘에 비해 수백 배 높고, 고주파에서 신호 처리 능력도 우수하여 유기 발광 표시 장치 등에 이용될 수 있다.

레이저 빔(20)은 실리콘 결정화 장치(10)로부터 출력될 수 있다. 구체적으로, 레이저 빔(20)은 기판(30)에 넓고 고르게 조사될 수 있도록 특정 형태로 출력될 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(20)은 직사각형일 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 설명의 편의성을 위하여 실리콘 결정화 장치(10)로부터 조사되는 레이저 빔(20)의 형태는 직사각형인 것을 기준으로 본 실시예들을 설명하며, 직사각형에서 길이가 상대적으로 긴 변이 제3 방향(DR3)로 연장되는 방향을 장축 방향으로 정의하고, 길이가 상대적으로 짧은 변이 제2 방향(DR2)로 연장되는 방향을 단축 방향으로 정의한다.

실리콘 결정화 장치(10)는, 실리콘 결정화 장치(10)의 내부를 뾰족한 펄스파 형태의 레이저 빔(미도시)이 통과함으로써 최종적으로 상면이 플랫한 펄스파 형태의 레이저 빔(20)을 만들 수 있으며, 이러한 형태의 레이저 빔(20)을 기판(30) 상에 증착된 비정질 실리콘 박막(31)에 소정 간격으로 중첩하여 조사함으로써 비정질 실리콘 박막(31)을 폴리 실리콘 박막(32)으로 결정화할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 실리콘 결정화 장치에 의해 조사된 레이저 빔의 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity)를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치(10a)는 레이저 출사부(100), 레이저 균질화부(200a), 레이저 전달부(300a) 및 레이저 조사부(400) 등을 포함할 수 있다.

레이저 출사부(100)는 일 방향(예를 들어, x축 방향)으로 레이저 빔(20a)을 출사할 수 있다. 여기서, 레이저 빔(20a)이 출사되는 방향은 본 실시예들의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 설명의 편의성을 위하여 일 방향을 x축 방향으로 하고, 일 방향과 다른 방향을 y축 방향(또는 z축 방향)으로 하여 본 실시예들을 설명한다.

레이저 출사부(100)에 의해 출사된 레이저 빔(20a)은 펄스파 형태일 수 있으며, 가우시안 분포(Gaussian distribution)의 에너지 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(20a)의 중심부의 에너지 밀도는 그 레이저 빔(20a)의 주변부의 에너지 밀도보다 더 높을 수 있다.

레이저 빔(20a)은 예를 들어 엑시머(excimer) 레이저, YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 레이저, 유리 레이저, YVO4(Yttrium Orthovanadate) 레이저, 아르곤(Ar) 레이저 등이 사용된 레이저 빔(20a)일 수 있다.

레이저 균질화부(200a)는 레이저 출사부(100)와 일 방향(예를 들어, x축 방향)으로 소정의 거리만큼 나란하게 배치될 수 있다.

레이저 균질화부(200a)는 레이저 출사부(100)로부터 출사된 레이저 빔(20a)을 입사 받고, 레이저 빔(20a)을 분할하며, 레이저 빔(20a)의 단면 에너지 분포를 균일하게 하여 레이저 빔(20a)을 균질화(Homogenization)할 수 있다. 예를 들어, 레이저 균질화부(200a)는 레이저 빔(20a)을 장축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 확장하도록 레이저 빔(20a)을 균질화할 수 있으며, 구체적으로, 레이저 균질화부(200a)는 가우시안 분포인 레이저 빔(20a)을 플랫 탑(Flat top) 레이저 빔(20b)으로 변환할 수 있다. 이 경우, 레이저 빔(20b)은 장축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 확장됨에 따라 단축 방향(예를 들어, y축 방향)으로도 확장될 수 있다.

레이저 균질화부(200a)는 균질화된 레이저 빔(20b)들을 레이저 전달부(300a)에 출력할 수 있다.

레이저 균질화부(200a)는 복수의 호모지나이저(Homogenizer)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 레이저 균질화부(200a)는 제1 호모지나이저(210a) 및 제2 호모지나이저(220a)를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 호모지나이저(210a) 및 제2 호모지나이저(220a)는 일 방향으로 나란하게 배치되고, 제1 이격 거리(l1)만큼 서로 이격되어 배치될 수 있다.

구체적으로, 제1 호모지나이저(210a)는 레이저 출사부(100)와 제2 호모지나이저(220a) 사이에 위치할 수 있고, 제2 호모지나이저(220a)는 제1 호모지나이저(210a)와 제1 이격 거리(l1)만큼 이격되어 일 방향으로 나란하게 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 호모지나이저(210a) 및 제2 호모지나이저(220a) 각각은 입사면과 출사면을 구비할 수 있으며, 제1 호모지나이저(210a) 및 제2 호모지나이저(220a)는, 제1 호모지나이저(210a)의 출사면과 및 제2 호모지나이저(220a)의 입사면이 마주보도록, 일 방향으로 나란하게 배치될 수 있다.

여기서, 제1 호모지나이저(210a)의 출사면과 제2 호모지나이저(220a)의 출사면 각각은 볼록할 수 있다.

여기서, 제1 호모지나이저(210a)의 입사면과 제2 호모지나이저(220a)의 입사면은 평평할 수 있다.

이러한 제1 호모지나이저(210a) 및 제2 호모지나이저(220a) 각각은 복수의 단축 렌즈(Short axis lens)들을 구비하는 렌즈렛 어레이(Lenslet array)를 포함할 수 있다.

예를 들면, 제1 호모지나이저(210a)는 제1 단축 렌즈(211a)들을 구비하는 제1 렌즈렛 어레이를 포함하고, 제2 호모지나이저(220a)는 제2 단축 렌즈(221a)들을 구비하는 제2 렌즈렛 어레이를 포함할 수 있다.

제1 단축 렌즈(211a)들 각각은 서로 동일한 단축 렌즈일 수 있다. 제1 단축 렌즈(211a)들 각각은 반원기둥의 형상 또는 원기둥의 형상을 가질 수 있다. 제1 단축 렌즈(211a)들은 각각 평평한 입사면을 가질 수 있다. 그리고, 제1 단축 렌즈(211a)들은 각각 볼록한 출사면을 가질 수 있다. 제1 단축 렌즈(211a)들은 일 방향과 다른 방향(예를 들어, y축 방향)을 따라 배치될 수 있다.

제1 렌즈렛 어레이에 구비된 제1 단축 렌즈(211a)들은 레이저 출사부(100)와 소정의 간격으로 이격되어 위치하므로, 레이저 출사부(100)에 의해 출사된 레이저 빔(20a)은 제1 단축 렌즈(211a)들에 의해 굴절되어 제2 호모지나이저(220a)에 입사될 수 있다. 이 경우, 제2 호모지나이저(220a)의 입사면에 입사되는 레이저 빔(20b)은 집중(concentrate)될 수 있다.

제2 단축 렌즈(221a)들 각각은 서로 동일한 단축 렌즈일 수 있다. 제2 단축 렌즈(221a)들 각각의 형상은 반원기둥 또는 원기둥일 수 있고, 제2 단축 렌즈(221a)들 각각의 입사면은 평평하고, 제2 단축 렌즈(221a)들 각각의 출사면은 볼록하며, 제2 단축 렌즈(221a)들은 일 방향과 다른 방향(예를 들어, y축 방향)을 따라 배치될 수 있다. 즉, 제2 단축 렌즈(221a)들은 제1 단축 렌즈(211a)들과 동일할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 설명의 편의성을 위하여 제2 단축 렌즈(221a)들은 제1 단축 렌즈(211a)들과 동일한 것으로 가정한다.

제1 호모지나이저(210a)에 의해 출사된 레이저 빔(20b)은 제2 단축 렌즈(221a)들에 의해 굴절되어 레이저 전달부(300a)에 입사될 수 있다. 이 경우, 제2 호모지나이저(220a)에서 출사된 레이저 빔(20b)은 일정한 발산각을 이루며 발산될 수 있다.

제1 단축 렌즈(211a)들의 개수와 제2 단축 렌즈(221a)들의 개수는 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 단축 렌즈(211a)들의 개수 및 제2 단축 렌즈(221a)들의 개수는 11개일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 단축 렌즈(211a)와 제2 단축 렌즈(221a) 각각은 소정의 초점 거리(Focal length)를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 단축 렌즈(211a)는 제1 초점 거리(fl1)를 가질 수 있고, 제2 단축 렌즈(221a)는 제2 초점 거리(fl2)를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 단축 렌즈(211a)들과 제2 단축 렌즈(221a)들이 동일한 경우, 제1 초점 거리(fl1)와 제2 초점 거리(fl2)는 서로 동일한 값일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 렌즈렛 어레이에 구비된 제2 단축 렌즈(221a)들은 제1 호모지나이저(210a)와 레이저 전달부(300a) 사이에 위치하므로, 제1 단축 렌즈(211a)들에 의해 굴절된 레이저 빔(20b)은 제2 단축 렌즈(221a)들에 의해 굴절 및 분할되어 레이저 전달부(300a)에 입사될 수 있다.

레이저 전달부(300a)는 레이저 균질화부(200a)에 의해 출사된 레이저 빔을 수신하도록 레이저 균질화부(200a)와 소정의 거리만큼 이격되어 나란히 배치될 수 있다.

레이저 전달부(300a)는 레이저 균질화부(200a)로부터 출사된 레이저 빔(20b)들을 레이저 조사부(400)에 전달할 수 있다. 구체적으로, 레이저 전달부(300a)는, 제2 호모지나이저(220a)에서 출력된 레이저 빔(20b)들의 발산각이 집광 렌즈(410)에 입사되는 레이저 빔(20b)들의 발산각과 동일하도록 레이저 빔(20b)들을 전달할 수 있다.

레이저 균질화부(200a)로부터 출사된 레이저 빔(20b)은 단축 방향(예를 들어, y축 방향)으로도 확장되므로, 레이저 빔(20b)의 특성(예를 들어, Divergence)을 보존하도록, 레이저 전달부(300a)는 단축 방향(예를 들어, y축 방향)으로 넓어진 균질화된 레이저 빔(20b)들을 단축 방향(예를 들어, y축 방향)의 빔 폭(Beam width)을 보상함으로써 레이저 빔(20b)을 변형할 수 있다.

레이저 전달부(300a)는 복수의 텔레스코프 렌즈(Telescope lens)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 레이저 전달부(300a)는 제1 텔레스코프 렌즈(310a) 및 제2 텔레스코프 렌즈(320a)를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 텔레스코프 렌즈(310a) 및 제2 텔레스코프 렌즈(320a)는 일 방향으로 나란하게 배치되고, 제1 이격 거리(d1)만큼 서로 이격되어 배치될 수 있다.

제1 텔레스코프 렌즈(310a)는 소정의 두께를 가지며 제2 호모지나이저(220a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 사이에 위치할 수 있다. 구체적으로, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)의 입사면이 레이저 균질화부(200a)로부터 출사된 레이저 빔(20b)들을 수신하도록, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 레이저 균질화부(200a)(구체적으로, 제2 호모지나이저(220a))가 소정의 간격으로 이격되어 나란히 배치될 수 있다.

일 실시예로, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)의 입사면은 볼록할 수 있고, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)의 출사면은 평평할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 텔레스코프 렌즈(310a)는 제2 호모지나이저(220a)(예를 들면, 제2 단축 렌즈(221a)들)로부터 발산된 레이저 빔(20b)을 입사 받고, 레이저 빔(20b)을 굴절시켜 제2 텔레스코프 렌즈(320a)로 전달할 수 있다.

제2 텔레스코프 렌즈(320a)는 소정의 두께를 가지며 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제1 이격 거리(d1)만큼 이격되어 일 방향으로 나란하게 배치될 수 있다.

일 실시예로, 제2 텔레스코프 렌즈(320a)의 입사면은 평평할 수 있고, 제2 텔레스코프 렌즈(320a)의 출사면은 볼록할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 텔레스코프 렌즈(320a)는 제1 텔레스코프 렌즈(310a)로부터 전달된 레이저 빔(20b)을 입사 받고, 레이저 빔(20b)을 굴절시켜 레이저 조사부(400)로 전달할 수 있다. 이 경우, 제2 텔레스코프 렌즈(320a)에 의해 출사된 레이저 빔(20b)은 전달 과정에서 집중될 수 있고, 집중된 이후에 일정한 발산각을 이루며 레이저 조사부(400)에 입사될 수 있다. 명확히 도시되지 않았지만, 이때의 발산각은 제2 호모지나이저(220a)에서 출사된 레이저 빔(20b)의 발산각과 동일할 수 있다.

제1 텔레스코프 렌즈(310a) 및 제2 텔레스코프 렌즈(320a)는, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)의 출사면과 제2 텔레스코프 렌즈(320a)의 입사면이 서로 마주 보도록, 일 방향으로 나란히 배치될 수 있다.

한편, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a)는 서로 대칭된 형태일 수 있다.

도 2를 참조하여 예를 들면, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)의 입사면과 제2 텔레스코프 렌즈(320a)의 출사면은 볼록하고, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)의 출사면과 제2 텔레스코프 렌즈(320a)의 입사면은 평평할 수 있다. 즉, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 각각의 형태는 일축(예를 들어, x축) 상에서 서로 대칭된 형태일 수 있다.

제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 각각은 소정의 곡률 반지름(r1)을 가질 수 있다. 여기서, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 각각의 곡률 반지름(r1)은 서로 동일할 수 있다. 한편, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 각각은 곡률 반지름(r1)에 반비례하는 곡률을 가질 수 있다. 이때, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 각각의 곡률 반지름(r1)이 동일하므로, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 각각의 곡률도 동일할 수 있다.

도시되지 않았지만, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 각각은 미리 설정된 초점 거리를 가질 수 있다. 이때, 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 각각의 초점 거리는 서로 동일할 수 있고, 서로 다를 수 있다. 이하에서는 설명의 편의성을 위하여 제1 텔레스코프 렌즈(310a)와 제2 텔레스코프 렌즈(320a) 각각의 초점 거리는 서로 동일한 것을 기준으로 설명한다. 여기서, 초점 거리는 곡률 반지름에 비례하고, 굴절률에 반비례할 수 있다.

레이저 조사부(400)는 레이저 전달부(300a)에 의해 출사된 레이저 빔(20b)을 수신하도록 일 방향으로 배치될 수 있다. 그리고, 레이저 조사부(400)는 레이저 전달부(300a)에 의해 출사된 레이저 빔(20b)을 집중시켜 기판(30)에 조사할 수 있다.

이러한 레이저 조사부(400)는 집광 렌즈(410), 미러(420), 투영 렌즈(430) 등을 포함할 수 있다.

집광 렌즈(Condenser lens)(410)는 레이저 전달부(300a)에 의해 출사된 레이저 빔(20b)을 수신하도록 일 방향으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 집광 렌즈(410)는 제2 텔레스코프 렌즈(320a)으로부터 레이저 빔(20b)의 진행 방향(예를 들어, x축 방향)으로 소정의 간격만큼 이격되어 위치할 수 있다.

일 실시예에서, 집광 렌즈(410)의 입사면은 평평하고, 집광 렌즈(410)의 출사면은 볼록할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

미러(Mirror)(420)는 집광 렌즈(410)에 의해 집광되는 레이저 빔(20b)을 수신하도록 집광 렌즈(410)와 소정의 간격만큼 이격되어 일 방향으로 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 미러(420)는 도 2에 도시된 바와 같이 일 방향(예를 들어, x축 방향)을 기준으로 미리 설정된 각도로 기울어져 배치되고, 미러(420)의 반사면들 중 집광되는 레이저 빔(20b)이 반사되는 면은 평평할 수 있다.

미러(420)는 일 방향(예를 들어, x축 방향)으로 진행하는 레이저 빔(20b)을 반사시킬 수 있다. 이 경우, 레이저 빔(20b)은 일 방향과 다른 방향(예를 들어, y축 방향)으로 진행할 수 있다. 이때, 다른 방향(예를 들어, y축 방향)으로 진행하는 레이저 빔(20b)의 단축 방향은 x축 방향일 수 있고, 장축 방향은 z축 방향일 수 있다.

투영 렌즈(Projection lens)(430)는 미러(420)에 의해 반사된 레이저 빔(20b)을 기판(30)에 조사하도록 미러(420)와 소정의 간격만큼 이격되어 일 방향과 다른 방향(예를 들어, y축 방향)으로 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 투영 렌즈(430)의 입사면은 볼록하고, 투영 렌즈(430)의 출사면은 평평할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

미러(420)에서 반사된 레이저 빔(20b)들이 제1 입사 면적(S1)만큼 투영 렌즈(430)에 입사되고, 투영 렌즈(430)는 제1 입사 면적(S1)만큼 입사된 레이저 빔(20b)들을 기판(30)에 조사할 수 있다.

도시되지 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치(10a)는 레이저 출사부(100)에서 출사되는 레이저 빔(20a)을 감쇠하는 감쇠 모듈(Attenuator Module), 대물 렌즈(Field lens) 등을 더 포함할 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 제1 입사 면적(S1)을 갖는 레이저 빔(20b)들은 기판(30)에서 소정의 빔 폭(Beam width)과 강도(Intensity)를 가질 수 있다. 여기서, 빔 폭은 레이저 빔(20b)의 단축 방향의 빔 폭일 수 있다.

그리고, 실리콘 결정화 장치(10a)의 광학계 구조 및 실리콘 결정화 장치(10a)와 기판(30) 간의 거리에 따라서, 초점심도의 마진이 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실리콘 결정화 장치(10a)에 의하면, 제1 초점심도(DOF1)의 마진이 도 3과 같이 형성될 수 있다. 여기서, 화살표의 크기는 본 실시예의 이해를 돕기 위해 예시적으로 도시된 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 입사 면적(S1)을 갖는 레이저 빔(20b)들에 대응되는 소정의 빔 폭(Beam width)과 강도(Intensity) 각각이 비정질 실리콘(예를 들어, 도 1에 도시된 비정질 실리콘 박막(31))이 폴리 실리콘(예를 들어, 도 1에 도시된 폴리 실리콘 박막(32))으로 결정화되기에 충분한 크기의 결정화 조건을 만족하는 경우, 제1 입사 면적(S1)을 갖는 레이저 빔(20b)들에 의해 비정질 실리콘(예를 들어, 도 1에 도시된 비정질 실리콘 박막(31))이 폴리 실리콘(예를 들어, 도 1에 도시된 폴리 실리콘 박막(32))으로 결정화될 수 있다. 이후 실시예들을 설명함에 있어서, 도 3의 레이저 빔들(20b)의 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity)가 결정화 조건을 만족하는 것으로 가정한다.

한편, 제1 입사 면적(S1)을 갖는 레이저 빔(20b)들이 도 2에 도시된 투영 렌즈(430)를 통과하는 경우, 제1 입사 면적(S1)에 따른 구면 수차가 발생할 수 있다. 특히, 제1 입사 면적(S1)이 클수록, 즉, 레이저 빔(20b)들이 투영 렌즈(430)의 외곽으로 퍼져서 입사될수록 구면 수차는 커질 수 있다. 구면 수차가 클수록 레이저 빔(20b)들이 초점에서 분산되므로 결정화 조건이 만족되지 않을 수 있다.

한편, 기판(30)은, 도 1에 도시된 이동 트레이(40)가 이동하거나 외부 충격 등에 의해서, 이동 트레이(40)의 이동 방향과 평행한 방향 또는 수직한 방향으로 움직일 수 있다. 만약 제1 입사 면적(S1)을 갖는 레이저 빔(20b)들에 의한 제1 초점심도(DOF1)의 마진이 소정의 값 이하인 경우, 기판(30)이 제1 초점심도(DOF1)의 마진을 벗어나 이동 트레이(40)의 이동 방향과 수직한 방향으로 움직일 수 있고, 이에 따라 제1 입사 면적(S1)을 갖는 레이저 빔(20b)들에 대응되는 소정의 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity) 중 적어도 하나가 전술한 결정화 조건을 만족하지 않을 수 있다.

따라서, 전술한 구면 수차 및 초점심도의 마진을 충분히 확보하기 위해, 입사 면적을 감소시킬 필요가 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 실리콘 결정화 장치에 의해 조사된 레이저 빔의 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity)를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 실리콘 결정화 장치(10b)를 설명함에 있어서, 도 4에 도시된 실리콘 결정화 장치(10b)에 포함된 구성들 중 도 2에 도시된 실리콘 결정화 장치(10a)와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치(10b)는 레이저 출사부(100), 레이저 균질화부(200a), 레이저 전달부(300b) 및 레이저 조사부(400) 등을 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 레이저 균질화부(200a)는 도 2에 도시된 레이저 균질화부(200a)와 동일하게, 제1 이격 거리(l1)만큼 서로 이격된 제1 호모지나이저(210a) 및 제2 호모지나이저(220a)를 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 레이저 전달부(300b)는 도 2에 도시된 레이저 전달부(300a)와 유사하게 복수의 텔레스코프 렌즈들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 레이저 전달부(300b)는 제1 텔레스코프 렌즈(310b)와 제2 텔레스코프 렌즈(320b)를 포함할 수 있다. 그리고, 도 4에 도시된 레이저 전달부(300b)에 포함된 복수의 텔레스코프 렌즈들(310b, 320b) 각각의 형태, 입사면, 출사면, 배치 등이 도 2에 도시된 바와 동일할 수 있다.

다만, 도 2에 도시된 복수의 텔레스코프 렌즈들(310a, 320a)과 다르게, 도 4에 도시된 복수의 텔레스코프 렌즈들(310b, 320b)은 서로 다른 곡률 반지름을 가질 수 있다. 도 4를 참조하여 예를 들면, 제1 텔레스코프 렌즈(310b)는 제1 곡률 반지름(r1)을 가질 수 있고, 제2 텔레스코프 렌즈(320b)는 제1 곡률 반지름(r1)과 다른 제2 곡률 반지름(r2)을 가질 수 있다. 여기서, 제2 곡률 반지름(r2)은 제1 곡률 반지름(r1)보다 작을 수 있다. 한편, 곡률은 곡률 반지름에 반비례하므로, 도시되지 않았지만, 제2 텔레스코프 렌즈(320b)의 제2 곡률은 제1 텔레스코프 렌즈(310b)의 제1 곡률보다 클 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 다르게, 도 4에 도시된 복수의 텔레스코프 렌즈들(310b, 320b) 사이의 제2 이격 거리(d2)는 도 2에 도시된 복수의 텔레스코프 렌즈들(310b, 320b) 사이의 제1 이격 거리(d1)와 다를 수 있다.

예를 들면, 제2 이격 거리(d2)는 미리 설정된 기준 이격 거리보다 짧을 수 있다. 여기서, 기준 이격 거리는 제2 곡률 반지름(r2)이 제1 곡률 반지름(r1)과 동일한 경우에 제1 텔레스코프 렌즈(310b)와 제2 텔레스코프 렌즈(320b) 사이의 거리일 수 있다. 기준 이격 거리는 예를 들어 제1 이격 거리(d1)일 수 있다.

한편, 일 실시예로, 제2 텔레스코프 렌즈(320b)의 제2 곡률 반지름(r2)이 제1 곡률 반지름(r1)보다 작을수록, 제1 텔레스코프 렌즈(310b)와 제2 텔레스코프 렌즈(320b) 간의 제2 이격 거리(d2)는 제1 이격 거리(d1)보다 작을 수 있다.

예를 들면, 제2 곡률 반지름(r2)이 점점 감소하여 제1 곡률 반지름(r1)과 제2 곡률 반지름(r2) 간의 차이가 커질수록, 제2 이격 거리(d2)는 더욱 작게 설정될 수 있다. 이 경우, 제2 텔레스코프 렌즈(320b)가 제1 텔레스코프 렌즈(310b)와 점점 더 가까이 배치될 수 있다.

예를 들면, 제1 곡률 반지름(r1)보다 작은 제2 곡률 반지름(r2)이 제1 곡률 반지름(r1)에 근접하도록 증가하여 제1 곡률 반지름(r1)과 제2 곡률 반지름(r2) 간의 차이가 작아질수록, 제2 이격 거리(d2)는 더욱 크게 설정될 수 있다. 따라서, 제2 텔레스코프 렌즈(320b)가 제1 텔레스코프 렌즈(310b)로부터 점점 더 멀리 이격되어 배치될 수 있다.

레이저 출사부(100)에 의해 출사되는 레이저 빔(20a)들은 도 2를 참조하여 전술한 바와 동일하게 레이저 균질화부(200a) 및 레이저 전달부(300b)에 의해 레이저 빔(20b)들로 변경될 수 있다.

그리고, 레이저 빔(20b)들은 집광 렌즈(410)를 통과하고, 미러(420)의 반사면에 반사되어 투영 렌즈(430)에 입사될 수 있다. 이때, 투영 렌즈(430)에 입사되는 레이저 빔(20b)들은 제2 입사 면적(S2)을 가질 수 있다. 여기서, 제2 입사 면적(S2)의 크기는 제1 입사 면적(S1)의 크기보다 작을 수 있다.

제2 입사 면적(S2)은 제1 입사 면적(S1)보다 작으므로, 제2 입사 면적(S2)을 갖는 레이저 빔(20b)이 기판(30)에 조사되는 경우, 구면 수차가 감소하는 장점이 있다.

한편, 작아진 제2 입사 면적(S2)에 의해서 초점심도의 마진이 증가하는 장점이 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 실리콘 결정화 장치(10b)에 의하면, 제2 초점심도(DOF2)의 마진이 도 5와 같이 형성될 수 있다. 그리고, 도 5에 도시된 제2 초점심도(DOF2)의 마진은 도 3에 도시된 제1 초점심도(DOF1)의 마진보다 클 수 있다.

하지만, 도 5를 참조하면, 좁아진 제2 입사 면적(S2)에 의해서 투영 렌즈(430) 및 레이저 빔(20b)의 초점의 간격이 도 3의 경우에 비해 더 작아질 수 있다. 다시 말해, 투영 렌즈(430) 및 레이저 빔(20b)의 초점과 기판(30) 간의 간격이 도 3의 경우에 비해 더 커질 수 있다. 이에 따라, 기판(30)에 조사되는 레이저 빔(20b)의 빔 폭(Beam width)은 도 3의 경우에 비해 오히려 더 커질 수 있다. 이에 따라, 레이저 빔(20b)의 강도(Intensity)가 도 3의 경우에 비해 작아질 수 있다. 즉, 구면 수차의 문제는 해소되나 레이저 빔(20b)이 적절한 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity)로 기판(30)에 조사되지 못하는 문제가 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 실리콘 결정화 장치에 의해 조사된 레이저 빔의 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity)를 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 실리콘 결정화 장치(10c)를 설명함에 있어서, 도 6에 도시된 실리콘 결정화 장치(10c)에 포함된 구성들 중 도 2 및 도 4 각각에 도시된 실리콘 결정화 장치(10a, 10b)와 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 결정화 장치(10c)는 레이저 출사부(100), 레이저 균질화부(200b), 레이저 전달부(300b) 및 레이저 조사부(400) 등을 포함할 수 있다.

도 6에 도시된 레이저 균질화부(200b)는 도 2 및 도 4 각각에 도시된 레이저 균질화부(200a)와 동일하게 복수의 호모지나이저들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 레이저 균질화부(200b)는 제1 호모지나이저(210b)와 제2 호모지나이저(220b)를 포함할 수 있다. 그리고, 도 6에 도시된 제1 호모지나이저(210b)와 제2 호모지나이저(220b) 각각의 모양, 단축 렌즈들, 입사면, 출사면, 초점 거리 등이 도 2 및 도 4 각각에 도시된 바와 동일할 수 있다.

다만, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 다르게, 도 6에 도시된 제1 호모지나이저(210b)와 제2 호모지나이저(220b) 간의 제2 이격 거리(l2)는 도 2 및 도 4에 도시된 제1 이격 거리(l1)와 다를 수 있다.

예를 들면, 제2 이격 거리(l2)는 미리 설정된 기준 이격 거리보다 길 수 있다. 여기서, 기준 이격 거리는 제2 곡률 반지름(r2)이 제1 곡률 반지름(r1)과 동일한 경우에 제1 호모지나이저(210b)와 제2 호모지나이저(220b) 사이의 거리의 거리일 수 있다. 기준 이격 거리는 예를 들어 제1 이격 거리(l1)일 수 있다.

도 2에 도시된 바와 다르게, 도 4에 도시된 레이저 전달부(300b)에 포함된 복수의 텔레스코프 렌즈들 사이의 제2 이격 거리(d2)는 도 2에 도시된 제1 이격 거리(d1)와 다를 수 있다.

일 실시예로, 제2 텔레스코프 렌즈(320b)의 제2 곡률 반지름(r2)이 제1 곡률 반지름(r1)보다 작은 범위 내에서 변경되면, 제2 이격 거리(l2)는 제1 이격 거리(l1)보다 큰 범위 내에서 변경될 수 있다.

예를 들면, 제2 곡률 반지름(r2)이 점점 감소하여 제1 곡률 반지름(r1)과 제2 곡률 반지름(r2) 간의 차이가 커질수록, 제2 이격 거리(l2)는 더욱 크게 설정될 수 있다. 따라서, 제2 호모지나이저(220b)가 제1 호모지나이저(210b)로부터 점점 더 멀리 이격되어 배치될 수 있다.

예를 들면, 제1 곡률 반지름(r1)보다 작은 제2 곡률 반지름(r2)이 제1 곡률 반지름(r1)에 근접하도록 증가하여 제1 곡률 반지름(r1)과 제2 곡률 반지름(r2) 간의 차이가 작아질수록, 제2 이격 거리(l2)는 더욱 작게 설정될 수 있다. 따라서, 제2 호모지나이저(220b)가 제1 호모지나이저(210b)와 점점 더 가까이 배치될 수 있다.

일 실시예로, 제1 호모지나이저(210b)(예를 들어, 제1 단축 렌즈(211b))는 제1 초점 거리(fl1)를 갖고, 제2 호모지나이저(220b)(예를 들어, 제2 단축 렌즈(221b))는 제2 초점 거리(fl2)를 갖는 경우, 제1 초점 거리(fl1) 및 제2 초점 거리(fl2) 중 적어도 하나가 변경되면, 제2 이격 거리(l2)는 제1 이격 거리(l1)보다 큰 범위 내에서 변경될 수 있다.

예를 들면, 제1 초점 거리(fl1)가 증가하면, 제2 이격 거리(l2)는 증가할 수 있다. 반대로, 제1 초점 거리(fl1)가 감소하면, 제2 이격 거리(l2)는 감소할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 초점 거리(fl2)가 변경되는 경우에도 전술한 예시와 동일하게 제2 이격 거리(l2)가 변경될 수 있다.

한편, 제2 이격 거리(l2)는 제2 곡률 반지름(r2), 제1 초점 거리(fl1) 및 제2 초점 거리(fl2)에 따라 설계될 수 있으며, 이러한 인자들 간의 관계는 수학식으로도 표현될 수 있다. 예를 들어, 제1 초점 거리(fl1)와 제2 초점 거리(fl2)가 동일한 경우, 제2 이격 거리(l2)는 아래와 같은 [수학식 1]과 같이 제2 곡률 반지름(r2)과 제1 호모지나이저(210b)의 제1 초점 거리(fl1)(또는 제2 호모지나이저(220b)의 제2 초점 거리(fl2))에 기초하여 산출될 수 있다.

[수학식 1]

여기서, fl1은 제1 호모지나이저(210b)의 제1 초점 거리(또는 제2 호모지나이저(220b)의 제2 초점 거리(fl2))이고, c는 상수이며, r2는 제2 곡률 반지름이다. 이때, 상수 c는 예를 들어 1.987일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, [수학식 1]을 참조할 때, 호모지나이저의 초점 거리(fl1 또는 fl2)가 증가하면 제2 이격 거리(l2)가 증가하고, 호모지나이저의 초점 거리(fl1 또는 fl2)가 감소하면 제2 이격 거리(l2)가 감소한다. 그리고, 제2 곡률 반지름(r2)이 감소하면 제2 이격 거리(l2)가 증가하고, 제2 곡률 반지름(r2)이 증가하면 제2 이격 거리(l2)가 감소한다.

도 6에 도시된 레이저 전달부(300b)는 도 4에 도시된 레이저 전달부(300b)와 동일하므로, 도 6에 도시된 레이저 전달부(300b)에 포함된 제2 텔레스코프 렌즈(320b)의 제2 곡률 반지름(r2)은 제1 텔레스코프 렌즈(310b)의 제1 곡률 반지름(r1)보다 작을 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 실리콘 결정화 장치(10c)의 투영 렌즈(430) 및 레이저 빔(20b)의 초점의 간격이 도 5의 경우에 비해 더 커질 수 있다. 다시 말해, 투영 렌즈(430) 및 레이저 빔(20b)의 초점과 기판(30) 간의 간격이 도 5의 경우에 비해 더 작아질 수 있다. 이에 따라, 기판(30)에 조사되는 레이저 빔(20b)의 빔 폭(Beam width)은 도 5의 경우에 비해 더 작아질 수 있다. 즉, 도 7 및 도 3의 빔 폭(Beam width)들은 서로 동일할 수 있다. 이에 따라, 레이저 빔(20b)의 강도(Intensity)가 도 5의 경우에 비해 더 커질 수 있다. 또한, 기판(30)에 조사되는 레이저 빔(20b)의 강도(Intensity)는 도 5의 경우에 비해 더 커질 수 있다. 즉, 도 7 및 도 3의 강도(Intensity)들은 서로 동일할 수 있다. 한편, 도 5에 도시된 바와 유사하게 작아진 제2 입사 면적(S2)에 의해서 제1 초점심도(DOF1)의 마진보다 더 큰 제2 초점심도(DOF2)의 마진이 발생할 수 있다. 따라서, 도 6 및 도 7의 실시예에 의하면, 구면 수차 및 초점심도 마진의 문제들을 해결하면서, 레이저 빔(20b)의 빔 폭(Beam width) 및 강도(Intensity)가 결정화 조건을 만족하는 장점이 있다.

도 8은 비교예 및 본 발명의 실시예 각각에 따른 레이저 빔과 초점심도의 마진을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 도 8의 (a)는 비교예에 따른 레이저 빔(20c_1)을 나타낸 것이고, 도 8의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔(20c_2)을 나타낸 것이다.

비교예에 따른 레이저 빔(20c_1)의 빔 폭은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔(20c_2)의 빔 폭보다 넓을 수 있다.

그리고, 비교예에 따른 레이저 빔(20c_1)의 에너지 밀도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔(20c_2)의 에너지 밀도보다 낮을 수 있다.

또한, 비교예에 따른 레이저 빔(20c_1)의 초점심도(DOF1)의 마진은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔(20c_2)의 초점심도(DOF2)의 마진보다 작을 수 있다.

도 9는 비교예 및 본 발명의 실시예에 따라 산출되는 레이저 빔의 P편광 및 S편광 각각의 그레이팅 벡터(Grating Vector)들에 대한 산포도를 비교하기 위한 도표이다.

도 9를 참조하면, 도 9의 (a)는 비교예에 따라 산출되는 레이저 빔의 P편광(P-Polarization) 및 S편광(S-Polarization) 각각의 그레이팅 벡터들에 대한 산포도를 나타낸 것이고, 도 9의 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 산출되는 레이저 빔의 P편광 및 S편광 각각의 그레이팅 벡터들에 대한 산포도를 나타낸 것이다.

여기서, 산포도는 폴리 실리콘의 그레인 사이즈(Grain size) 간의 편차와 관련이 있다. 즉, 산포도가 작을수록 폴리 실리콘의 그레인 사이즈 간의 편차가 작아져 폴리 실리콘의 결정들의 크기가 일정하게 형성된 것을 의미할 수 있다. 그리고, Lenslet은 전술한 단축 렌즈를 의미할 수 있다. 예를 들어, Lenslet 1 내지 11은 제1 단축 렌즈 내지 제11 단축 렌즈를 의미할 수 있다. 그리고, 입사각은 레이저 빔의 입사각을 의미할 수 있다.

도 9의 (a)의 비교예에 따른 레이저 빔의 P편광의 그레이팅 벡터(λ/(1+sin(θ)), λ/(1-sin(θ)))들 각각에 대한 산포도들은 도 9의 (b)의 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔의 P편광의 그레이팅 벡터(λ/(1+sin(θ)), λ/(1-sin(θ)))들 각각에 대한 산포도들보다 크다.

마찬가지로, 도 9의 (a)의 비교예에 따른 레이저 빔의 S편광의 그레이팅 벡터 (λ/cos(θ))의 산포도는 도 9의 (b)의 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔의 S편광의 그레이팅 벡터 (λ/cos(θ))의 산포도보다 크다.

도 10은 비교예 및 본 발명의 실시예에 따라 결정화된 폴리 실리콘의 그레인 사이즈의 정렬도를 비교하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 도 10의 (a)는 비교예(예를 들어, 도 8의 (a), 도 9의 (a))에 따라 기판(30)에 조사되는 단축 방향의 레이저 빔(20c_1), 레이저 빔(20c_1)의 조사 각도(θ1) 및 레이저 빔(20c_1)에 의해 결정화된 폴리 실리콘의 그레인 사이즈(33_1)의 정렬도를 나타낸 것이다. 그리고, 도 10의 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 기판(30)에 조사되는 단축 방향의 레이저 빔(20c_2), 레이저 빔(20c_2)의 조사 각도(θ2) 및 레이저 빔(20c_2)에 의해 결정화된 폴리 실리콘의 그레인 사이즈(33_2)의 정렬도를 나타낸 것이다.

도 10에 도시된 스캔 방향(Scan direction)에 대응하여 레이저 빔(20c_1, 20c_2)이 조사될 때, 비교예 및 본 발명의 실시예에 따라 비정질 실리콘(또는 비정질 실리콘 박막(31), 도 1 참조)이 폴리 실리콘(또는 폴리 실리콘 박막(32), 도 1 참조)으로 결정화될 수 있다. 여기서, 도 10의 (a)의 레이저 빔(20c_1)의 조사 각도(θ1)는 도 10의 (b)의 레이저 빔(20c_2)의 조사 각도(θ2)보다 클 수 있다. 또한, 명확히 도시되지 않았지만, 도 10의 (a)의 레이저 빔(20c_1)의 입사 면적도 도 10의 (b)의 레이저 빔(20c_2)의 입사 면적보다 클 수 있다.

한편, 폴리 실리콘의 그레인 사이즈들(33_1, 33_2)을 비교하면, 도 9를 참조하여 전술한 바와 같이 비교예(예를 들어, 도 9의 (a))에 따른 P편광의 그레이팅 벡터(λ/(1+sin(θ)), λ/(1-sin(θ)))들에 대한 산포도들 및 S편광의 그레이팅 벡터 (λ/cos(θ))의 산포도가 본 발명의 실시예(예를 들어, 도 9의 (b))보다 상대적으로 크기 때문에, 비교예에 따른 폴리 실리콘의 그레인 사이즈(33_1)의 정렬도가 본 발명의 실시예에 따른 폴리 실리콘의 그레인 사이즈(33_2)의 정렬도보다 낮을 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따라 결정화된 폴리 실리곤의 결정들은 균일하게 형성될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술일 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10, 10a, 10b, 10c: 실리콘 결정화 장치
20, 20a, 20b, 20c_1, 20c_2: 레이저 빔
30: 기판
31: 비정질 실리콘 박막
32: 폴리 실리콘 박막
33_1, 33_2: 그레인 사이즈
40: 이동 트레이
100: 레이저 출사부
200a, 200b: 레이저 균질화부
210a, 210b: 제1 호모지나이저
211a, 211b: 제1 단축 렌즈
220a, 220b: 제2 호모지나이저
221a, 221b: 제2 단축 렌즈
300a, 300b: 레이저 전달부
310a, 310b: 제1 텔레스코프 렌즈
320a, 320b: 제2 텔레스코프 렌즈
400: 레이저 조사부
410: 집광 렌즈
420: 미러
430: 투영 렌즈

Claims

일 방향으로 레이저 빔을 출사하는 레이저 출사부;
상기 레이저 출사부에 의해 출사된 상기 레이저 빔을 수신하고, 제1 이격 거리만큼 서로 이격된 제1 호모지나이저(Homogenizer) 및 제2 호모지나이저를 포함하는 레이저 균질화부;
상기 레이저 균질화부에 의해 출사된 상기 레이저 빔을 수신하고, 제2 이격 거리만큼 서로 이격되며 서로 다른 곡률 반지름을 갖는 제1 텔레스코프 렌즈(Telescope Lens) 및 제2 텔레스코프 렌즈를 포함하는 레이저 전달부; 및
상기 레이저 전달부에 의해 출사된 레이저 빔을 수신하고, 상기 레이저 빔을 기판에 조사하는 레이저 조사부를 포함하되,
상기 제2 텔레스코프 렌즈의 제2 곡률 반지름은, 상기 제1 텔레스코프 렌즈의 제1 곡률 반지름보다 작은 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 호모지나이저 및 상기 제2 호모지나이저는,
상기 제1 호모지나이저의 출사면과 및 상기 제2 호모지나이저의 입사면이 마주보도록 상기 일 방향으로 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 호모지나이저의 상기 출사면과 상기 제2 호모지나이저의 출사면은 볼록한 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 호모지나이저의 입사면과 상기 제2 호모지나이저의 상기 입사면은 평평한 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 곡률 반지름이 변경되면, 상기 제1 이격 거리 및 상기 제2 이격 거리가 변경되는 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 곡률 반지름이 감소하면, 상기 제1 이격 거리가 증가하고,
상기 제2 곡률 반지름이 증가하면, 상기 제1 이격 거리가 감소하는 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 호모지나이저는 제1 초점 거리를 갖는 제1 단축 렌즈를 적어도 하나 구비하는 제1 렌즈렛 어레이(Lenslet array)를 포함하고,
상기 제2 호모지나이저는 제2 초점 거리를 갖는 제2 단축 렌즈를 적어도 하나 구비하는 제2 렌즈렛 어레이를 포함하고,
상기 제1 초점 거리 및 상기 제2 초점 거리 중 적어도 하나의 초점 거리가 증가하면, 상기 제1 이격 거리가 증가하고,
상기 초점 거리가 감소하면, 상기 제1 이격 거리가 감소하는 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 초점 거리와 상기 제2 초점 거리는 동일하고,
상기 제1 이격 거리는,
상기 제1 초점 거리 또는 상기 제2 초점 거리와, 제2 곡률 반지름에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 곡률 반지름이 감소하면, 상기 제2 이격 거리가 감소하고,
상기 제2 곡률 반지름이 증가하면, 상기 제2 이격 거리가 증가하는 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 텔레스코프 렌즈의 제2 곡률은 상기 제1 텔레스코프 렌즈의 제1 곡률보다 큰 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 텔레스코프 렌즈 및 상기 제2 텔레스코프 렌즈는,
상기 제1 텔레스코프 렌즈의 출사면과 상기 제2 텔레스코프 렌즈의 입사면이 서로 마주 보도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 텔레스코프 렌즈의 상기 입사면이 상기 레이저 균질화부로부터 상기 레이저 빔을 수신하도록, 상기 제1 텔레스코프 렌즈와 상기 레이저 균질화부가 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 텔레스코프 렌즈와 상기 제2 텔레스코프 렌즈는 서로 대칭된 형태인 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 텔레스코프 렌즈의 입사면과 상기 제2 텔레스코프 렌즈의 출사면은 볼록한 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제14항에 있어서,
상기 제1 텔레스코프 렌즈의 상기 출사면과 상기 제2 텔레스코프 렌즈의 상기 입사면은 평평한 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 조사부는,
상기 레이저 전달부에 의해 출사된 상기 레이저 빔을 수신하는 집광 렌즈;
상기 집광 렌즈에 의해 출사된 상기 레이저 빔을 수신하는 미러; 및
상기 미러에 의해 반사된 상기 레이저 빔을 상기 기판에 조사하는 투영 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제16항에 있어서,
상기 집광 렌즈의 입사면은 평평하고, 상기 집광 렌즈의 출사면은 볼록한 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제16항에 있어서,
상기 미러는, 상기 일 방향을 기준으로 미리 설정된 각도로 기울어져 배치되고,
상기 미러의 반사면들 중 상기 레이저 빔이 반사되는 면은 평평한 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.
제16항에 있어서,
상기 투영 렌즈의 입사면은 볼록하고, 상기 투영 렌즈의 출사면은 평평한 것을 특징으로 하는,
실리콘 결정화 장치.