KR20220030462A - Optical system and laser scanning apparatus using the same - Google Patents

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오세욱
우호식
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Abstract

The present invention relates to a laser irradiation device comprising: a first beam block disposed in a path of a laser beam output from a laser output device and controlling the length of the laser beam by blocking both ends of the laser beam; a projection lens for condensing the laser beam that has passed through the first beam block; a second beam block disposed in the path of the laser beam passing through the projection lens and controlling the length of the laser beam passing through the projection lens; and a beam cutter disposed in the path of the laser beam that has passed through the second beam block, and controlling the length of the laser beam that has passed through the second beam block, thereby capable of forming a uniform polycrystalline silicon film.

Description

광학계 및 이를 포함하는 레이저 조사 장치 {Optical system and laser scanning apparatus using the same}Optical system and laser irradiation apparatus including same {Optical system and laser scanning apparatus using the same}

본 개시는 광학 시스템 및 이를 포함하는 레이저 조사 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 비정질 규소막을 결정화하는데 사용하는 레이저 조사 장치와 이에 사용되는 광학 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to an optical system and a laser irradiation apparatus including the same, and more particularly, to a laser irradiation apparatus used for crystallizing an amorphous silicon film and an optical system used therein.

OLED (Organic Light Emitting Display)와 같이 다결정 규소를 스위칭 소자인 박막 트랜지스터의 활성층으로 사용하는 장치를 제조하기 위해서는 비정질 규소막을 증착하고 이를 결정화하는 공정이 필요하다. 결정화 공정에 가장 일반적으로 사용되는 방법은 레이저 스캐닝으로서, 기판 위에 형성된 비정질 규소막에 일정한 에너지의 레이저를 균일하게 조사함으로써 다결정화하는 방법이다. 이러한 레이저 다결정화 방법은 비정질 규소막에 균일하게 레이저 에너지를 전달하여 기판 전체에서 다결정 규소막이 균일하게 형성되도록 하는 것이 매우 중요하다. In order to manufacture a device using polycrystalline silicon as an active layer of a thin film transistor as a switching element, such as an organic light emitting display (OLED), a process of depositing an amorphous silicon film and crystallizing it is required. The most commonly used method for the crystallization process is laser scanning, which is a method of polycrystallizing an amorphous silicon film formed on a substrate by uniformly irradiating a laser of a constant energy. In this laser polycrystalization method, it is very important to uniformly transmit laser energy to the amorphous silicon film so that the polysilicon film is uniformly formed over the entire substrate.

종래의 레이저 조사 장치의 경우 비정질 규소막에 조사되는 레이저 빔의 길이를 조절하기 위하여 광학계의 최종단에 빔커터를 배치하여 조사될 레이저 빔만을 통과시키고 나머지 레이저 빔을 차단한다. 이때, 정밀한 레이아웃 조절을 위해 빔커터를 기판 가까이에 위치시킨다. 그런데, 차단된 레이저 빔은 빔커터에 에너지를 전달하여 고온의 열을 발생시키고, 이 열이 빔커터 주변에 열 구배를 발생시켜서 공기 밀도차를 유발한다. 이로 인해 부분적으로 레이저 산포가 발생하고 결국 모서리부에 비정형 얼룩을 발생시킨다. 즉, 다결정 규소막의 균일성이 저해된다. In the case of a conventional laser irradiation apparatus, a beam cutter is disposed at the last stage of the optical system to adjust the length of the laser beam irradiated to the amorphous silicon film, and only the laser beam to be irradiated passes through and the remaining laser beams are blocked. At this time, the beam cutter is positioned close to the substrate for precise layout control. However, the blocked laser beam transfers energy to the beam cutter to generate high-temperature heat, and this heat generates a thermal gradient around the beam cutter, causing a difference in air density. This partially causes laser scattering, which eventually results in atypical specks in the corners. That is, the uniformity of the polysilicon film is impaired.

본 발명의 실시예들은 이러한 종래 기술의 문제점을 해소하여 균일한 다결정 규소막을 형성할 수 있는 레이저 조사 장치를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY Embodiments of the present invention are to provide a laser irradiation apparatus capable of forming a uniform polycrystalline silicon film by solving the problems of the prior art.

본 발명의 실시예들은 이러한 균일한 레이저 조사를 위한 광학계를 제공하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention are to provide an optical system for such uniform laser irradiation.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 조사 장치는 레이저 출력기, 상기 레이저 출력기가 출력하는 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 레이저 빔의 양단부를 차단하여 레이저 빔의 길이를 제어하는 제1 빔블록, 상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔을 응집하는 프로젝션 렌즈, 상기 프로젝션 렌즈를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 프로젝션 렌즈를 통과한 레이저 빔의 길이를 제어하는 제2 빔블록, 상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔의 길이를 제어하는 빔커터를 포함한다.A laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention is a laser output device, a first beam block disposed in a path of a laser beam output from the laser output device, and controlling the length of the laser beam by blocking both ends of the laser beam , a projection lens for condensing the laser beam passing through the first beam block, a second beam block disposed in a path of the laser beam passing through the projection lens, and controlling the length of the laser beam passing through the projection lens , disposed on the path of the laser beam passing through the second beam block, and a beam cutter for controlling the length of the laser beam passing through the second beam block.

상기 제1 빔블록, 상기 제2 빔블록 및 상기 빔커터가 통과시키는 레이저 빔의 길이는 동일할 수 있다.The length of the laser beam passing through the first beam block, the second beam block, and the beam cutter may be the same.

상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔 중 리얼빔은 상기 제2 빔블록을 통과하고 회절빔은 상기 제2 빔블록이 차단할 수 있고, 상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔 중 리얼빔은 상기 빔커터를 통과하고 회절빔은 상기 빔커터가 차단할 수 있다.Among the laser beams that have passed through the first beam block, a real beam may pass through the second beam block, and the diffracted beam may be blocked by the second beam block, and a real beam of the laser beams that have passed through the second beam block may be The diffracted beam passing through the beam cutter may be blocked by the beam cutter.

상기 제1 빔블록과 상기 제2 빔블록은 지지체와 상기 지지체에 의하여 지지되는 한 쌍의 빔 차단 블록을 포함할 수 있고, 상기 제1 빔블록의 상기 빔 차단 블록은 방열 구조를 가질 수 있으며, 상기 제1 빔블록의 상기 빔 차단 블록은 기판과 상기 기판 위에 형성되어 있으며 서로 나란한 복수의 돌출벽을 포함할 수 있다. 상기 제1 빔블록의 상기 빔 차단 블록의 상기 방열 구조는 레이저 빔이 조사되는 쪽 면에 배치될 수 있다.The first beam block and the second beam block may include a support and a pair of beam blocking blocks supported by the support, and the beam blocking block of the first beam block may have a heat dissipation structure, The beam blocking block of the first beam block may include a substrate and a plurality of protruding walls formed on the substrate and parallel to each other. The heat dissipation structure of the beam blocking block of the first beam block may be disposed on a side to which a laser beam is irradiated.

상기 제2 빔블록의 상기 빔 차단 블록은 방열 구조를 가질 수 있고, 상기 제2 빔블록의 상기 빔 차단 블록은 기판과 상기 기판 위에 형성되어 있으며 서로 나란한 복수의 돌출벽을 포함할 수 있으며, 상기 제2 빔블록의 상기 빔 차단 블록의 상기 방열 구조는 레이저 빔이 조사되는 쪽 면에 배치될 수 있다. The beam blocking block of the second beam block may have a heat dissipation structure, and the beam blocking block of the second beam block may include a substrate and a plurality of protruding walls formed on the substrate and parallel to each other, The heat dissipation structure of the beam blocking block of the second beam block may be disposed on the side to which the laser beam is irradiated.

상기 제1 빔블록과 상기 제2 빔블록의 상기 한 쌍의 빔 차단 블록 사이의 거리는 조절 가능할 수 있다.A distance between the pair of beam blocking blocks of the first beamblock and the second beamblock may be adjustable.

상기 빔커터는 지지체와 상기 지지체에 의하여 지지되는 한 쌍의 빔 차단 블록을 포함할 수 있고, 상기 빔커터의 상기 빔 차단 블록은 지지 구조부와 레이저 빔 차단부를 포함하고, 상기 레이저 빔 차단부는 상기 지지 구조부에 비하여 비열이 큰 재료로 이루어질 수 있다. 구체적으로 상기 지지 구조부는 SUS로 이루어지고, 상기 레이저 빔 차단부는 석영으로 이루어질 수 있다. 상기 빔커터의 상기 한 쌍의 빔 차단 블록 사이의 거리는 조절 가능할 수 있다.The beam cutter may include a support and a pair of beam blocking blocks supported by the support, wherein the beam blocking block of the beam cutter includes a support structure and a laser beam blocking portion, and the laser beam blocking portion is supported by the support. It may be made of a material having a high specific heat compared to the structural part. Specifically, the support structure may be made of SUS, and the laser beam blocking part may be made of quartz. A distance between the pair of beam blocking blocks of the beam cutter may be adjustable.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 조사 장치는 상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔을 반사하여 상기 프로젝션 렌즈를 향하여 진행시키는 반사경을 더 포함할 수 있다.The laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a reflector that reflects the laser beam passing through the first beam block and advances toward the projection lens.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학계는 레이저 빔의 단면 크기를 제어하는 제1 빔블록, 상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔을 응집하는 프로젝션 렌즈, 상기 프로젝션 렌즈를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 프로젝션 렌즈를 통과한 레이저 빔의 단면 크기를 제어하는 제2 빔블록, 상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔의 단면 크기를 제어하는 빔커터를 포함하고, 상기 제1 빔블록, 상기 제2 빔블록 및 상기 빔커터가 통과시키는 레이저 빔의 단면의 길이가 동일할 수 있다.An optical system according to an embodiment of the present invention includes a first beam block for controlling the cross-sectional size of a laser beam, a projection lens for condensing a laser beam passing through the first beam block, and a path of a laser beam passing through the projection lens a second beam block that controls the cross-sectional size of the laser beam that has passed through the projection lens, is disposed in a path of the laser beam that has passed through the second beam block, and has passed through the second beam block A beam cutter for controlling a cross-sectional size of a laser beam may be included, and lengths of the cross-sections of the first beam block, the second beam block, and the laser beam passing through the beam cutter may be the same.

상기 제1 빔블록, 상기 제2 빔블록 및 상기 빔커터는 지지체와 상기 지지체에 의하여 지지되는 한 쌍의 빔 차단 블록을 포함하고, 상기 제1 빔블록과 상기 제2 빔블록의 빔 차단 블록은 방열 구조를 가지며, 상기 빔커터의 상기 빔 차단 블록은 지지 구조부와 레이저 빔 차단부를 포함하고, 상기 레이저 빔 차단부는 상기 지지 구조부에 비하여 비열이 큰 재료로 이루어질 수 있다.The first beam block, the second beam block, and the beam cutter include a support and a pair of beam blocking blocks supported by the support, and the beam blocking blocks of the first and second beam blocks include: It may have a heat dissipation structure, and the beam blocking block of the beam cutter may include a supporting structure and a laser beam blocking unit, and the laser beam blocking unit may be made of a material having a higher specific heat than the supporting structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학계는 상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔을 반사하여 상기 프로젝션 렌즈를 향하여 진행시키는 반사경을 더 포함할 수 있다.The optical system according to an embodiment of the present invention may further include a reflector that reflects the laser beam passing through the first beam block and advances it toward the projection lens.

본 발명의 실시예들에 따르면, 빔블록이 에너지가 강한 레이저 빔을 사전에 차단하고, 기판 가까이에 배치되는 빔커터는 회절에 의한 약한 빔만을 차단하도록 함으로써, 조사되는 레이저 빔의 균일성을 향상할 수 있다. According to embodiments of the present invention, the beam block blocks a laser beam with strong energy in advance, and the beam cutter disposed near the substrate blocks only the weak beam due to diffraction, thereby improving the uniformity of the irradiated laser beam can do.

또한, 빔블록에 방열 구조를 형성하여 공랭식 냉각을 유도하고 빔커터에는 비열이 큰 석영 등의 재료를 적용하여 빔커터 주변의 온도 상승을 억제할 수 있다.In addition, by forming a heat dissipation structure in the beam block to induce air cooling, and by applying a material such as quartz with a large specific heat to the beam cutter, the temperature increase around the beam cutter can be suppressed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈을 포함하는 레이저 조사 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 레이저 조사 장치에 사용된 광학 모듈의 측면도이다.
도 3은 도 1의 레이저 조사 장치에 사용된 광학 모듈이 레이저 빔의 길이 제어하는 기능을 보여주는 개념도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈에 사용되는 빔블록의 방열 구조의 정면도(위에서 바라본)이다.
도 5는 도 4의 빔블록의 좌측면도이다.
도 6은 도 4의 빔블록의 하측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈에 사용되는 빔커터의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈에 사용되는 빔커터의 기능을 보여주는 개념도이다.1 is a perspective view of a laser irradiation apparatus including an optical module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of an optical module used in the laser irradiation apparatus of FIG. 1 .
3 is a conceptual diagram illustrating a function of an optical module used in the laser irradiation apparatus of FIG. 1 to control the length of a laser beam.
4 is a front view (viewed from above) of a heat dissipation structure of a beam block used in an optical module according to an embodiment of the present invention.
5 is a left side view of the beam block of FIG.
6 is a bottom side view of the beam block of FIG.
7 is a partial cross-sectional view of a beam cutter used in an optical module according to an embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating a function of a beam cutter used in an optical module according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of description, the thickness of some layers and regions are exaggerated.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Further, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. In addition, to be "on" or "on" the reference part is located above or below the reference part, and does not necessarily mean to be located "on" or "on" the opposite direction of gravity. .

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, when referring to "planar", it means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional" means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈을 포함하는 레이저 조사 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 레이저 조사 장치에 사용된 광학 모듈의 측면도이며, 도 3은 도 1의 레이저 조사 장치에 사용된 광학 모듈이 레이저 빔의 길이 제어하는 기능을 보여주는 개념도이다.1 is a perspective view of a laser irradiation apparatus including an optical module according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the optical module used in the laser irradiation apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is the laser irradiation apparatus of FIG. It is a conceptual diagram showing the function of the optical module used in the laser beam length control.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 조사 장치는 레이저 출력기(1)와 광학계를 포함할 수 있다. 광학계는 제1 빔블록(10), 반사경(20), 프로젝션 렌즈(30), 제2 빔블록(40) 및 빔커터(50)를 포함할 수 있다. The laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention may include a laser output device 1 and an optical system. The optical system may include a first beam block 10 , a reflector 20 , a projection lens 30 , a second beam block 40 , and a beam cutter 50 .

레이저 출력기(1)는 소정의 폭과 길이를 가지는 레이저 빔을 출력하는 장치이고, 광학계는 레이저 출력기(1)가 출력하는 레이저 빔을 응집하고, 레이저 빔 폭과 길이를 원하는 크기로 만드는 광학 장치이다. 레이저 출력기(1)는 펄스 레이저를 발진할 수 있고, 기체 레이저, 고체 레이저 등 다양한 종류의 레이저 중 하나를 사용할 수 있다.The laser output device 1 is a device that outputs a laser beam having a predetermined width and length, and the optical system is an optical device that aggregates the laser beam output from the laser output device 1 and makes the laser beam width and length to a desired size. . The laser output device 1 may oscillate a pulse laser, and may use one of various types of lasers, such as gas lasers and solid-state lasers.

광학계를 구성하는 제1 빔블록(10)은 지지대(14)와 지지대(14) 위에 설치되어 있는 빔 차단 블록(13)을 포함할 수 있다. 지지대(14)는 투명한 재료로 이루어지거나 중앙에 형성되어 있는 슬릿을 가짐으로써 레이저 빔이 손실없이 통과할 수 있도록 하고, 빔 차단 블록(13)을 이동 가능하게 지지하는 구성이다. 빔 차단 블록(13)은 지지대(14)의 일면에 두 개가 쌍을 이뤄 설치될 수 있다. 두 빔 차단 블록(13) 사이의 거리는 조절 가능하며, 이 거리를 조절함으로써 레이저 빔의 길이를 조정할 수 있다. 빔 차단 블록(13)은 방열 구조를 가질 수 있고, 이를 통해 차단된 레이저 빔에 의하여 발생하는 열을 공랭식으로 방출할 수 있다. 빔 차단 블록(13)의 방열 구조에 대하여는 도 4 내지 도 6을 참고하여 뒤에서 자세히 설명한다. 한편, 지지대(14)는 선택적 구성으로서 이를 대신하여 빔 차단 블록(13) 각각을 독립적으로 지지하는 지지 구조체(15)를 채용하여 빔 차단 블록(13)의 위치를 독립적으로 제어할 수도 있다. 지지대(14)와 지지 구조체(15)는 빔 차단 블록(13) 지지체의 두 가지 예시일 뿐이고, 다양한 다른 구조의 지지체를 채용할 수 있다.The first beam block 10 constituting the optical system may include a support 14 and a beam blocking block 13 installed on the support 14 . The support 14 is made of a transparent material or has a slit formed in the center so that the laser beam can pass without loss, and is configured to movably support the beam blocking block 13 . The beam blocking block 13 may be installed in pairs on one surface of the support 14 . The distance between the two beam blocking blocks 13 is adjustable, and by adjusting this distance, the length of the laser beam can be adjusted. The beam blocking block 13 may have a heat dissipation structure, and through this, heat generated by the blocked laser beam may be air-cooled. The heat dissipation structure of the beam blocking block 13 will be described in detail later with reference to FIGS. 4 to 6 . On the other hand, the support 14 is an optional configuration, and instead of this, the support structure 15 for independently supporting each of the beam blocking blocks 13 may be employed to independently control the position of the beam blocking block 13 . The support 14 and the support structure 15 are only two examples of the beam blocking block 13 support, and supporters of various other structures may be employed.

반사경(20)은 제1 빔블록(10)을 통과한 레이저 빔을 반사하여 프로젝션 렌즈(30)를 향하여 진행하도록 방향을 전환하는 소자이다.The reflector 20 is an element that reflects the laser beam passing through the first beam block 10 and converts the direction to proceed toward the projection lens 30 .

프로젝션 렌즈(30)는 레이저 빔을 응집하여 에너지 밀도를 높이기 위한 소자이고, 복수의 렌즈(31, 32, 33, 34, 35)를 포함할 수 있고, 복수의 렌즈(31, 32, 33, 34, 35)는 모두 볼록 렌즈일 수 있고, 가장 위의 렌즈(31)와 가장 아래의 렌즈(35)는 구면 렌즈일 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 레이저 빔은 프로젝션 렌즈를 통과하면서 빔폭이 줄어들고 소정의 초점 거리에서 하나의 선으로 수렴할 수 있다.The projection lens 30 is an element for increasing energy density by condensing a laser beam, and may include a plurality of lenses 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , and a plurality of lenses 31 , 32 , 33 , 34 , 35) may be convex lenses, and the uppermost lens 31 and the lowermost lens 35 may be spherical lenses. As shown in FIG. 2 , the laser beam may have a reduced beam width while passing through the projection lens and may converge to one line at a predetermined focal length.

제2 빔블록(40)은 지지대(44)와 지지대(44) 위에 설치되어 있는 한 쌍의 빔 차단 블록(43)을 포함할 수 있다. 지지대(44)는 투명한 재료로 이루어지거나 중앙에 형성되어 있는 슬릿을 가짐으로써 레이저 빔이 손실없이 통과할 수 있도록 하고, 빔 차단 블록(43)을 이동 가능하게 지지하는 구성이다. 빔 차단 블록(43)은 지지대(44)의 일면에 두 개가 쌍을 이뤄 설치될 수 있다. 두 빔 차단 블록(43) 사이의 거리는 조절 가능하며, 이 거리를 조절함으로써 레이저 빔의 길이를 조정할 수 있다. 빔 차단 블록(43)은 방열 구조를 가질 수 있고, 이를 통해 차단된 레이저 빔에 의하여 발생하는 열을 공랭식으로 방출할 수 있다. 빔 차단 블록(43)의 방열 구조에 대하여는 도 4 내지 도 6을 참고하여 뒤에서 자세히 설명한다. 한편, 지지대(44)는 선택적 구성으로서 이를 대신하여 빔 차단 블록(43) 각각을 독립적으로 지지하는 지지 구조체(45)를 채용하여 빔 차단 블록(43)의 위치를 독립적으로 제어할 수도 있다. 지지대(44)와 지지 구조체(45)는 빔 차단 블록(43) 지지체의 두 가지 예시일 뿐이고, 다양한 다른 구조의 지지체를 채용할 수 있다.The second beam block 40 may include a support 44 and a pair of beam blocking blocks 43 installed on the support 44 . The support 44 is made of a transparent material or has a slit formed in the center so that the laser beam can pass without loss, and is configured to movably support the beam blocking block 43 . The beam blocking block 43 may be installed in pairs on one surface of the support 44 . The distance between the two beam blocking blocks 43 is adjustable, and by adjusting this distance, the length of the laser beam can be adjusted. The beam blocking block 43 may have a heat dissipation structure, and heat generated by the blocked laser beam may be emitted in an air cooling manner. The heat dissipation structure of the beam blocking block 43 will be described in detail later with reference to FIGS. 4 to 6 . On the other hand, the support 44 may be an optional configuration, and instead of this, the position of the beam blocking block 43 may be independently controlled by employing a support structure 45 that independently supports each of the beam blocking blocks 43 . The support 44 and the support structure 45 are only two examples of the beam blocking block 43 support, and various other structures of the support may be employed.

제2 빔블록(40)은 제1 빔블록(10)과 연동하여 제어되고, 제1 빔블록(10)을 통과한 레이저 빔이 반사경과 프로젝션 렌즈(30)를 통과하여 제2 빔블록(40)을 통과할 때, 리얼빔(레이저 빔이 회절에 의하여 확산되어 넓어진 부분(이하 '회절빔')을 제외한 레이저 빔)은 모두 통과하고 회절빔은 차단하도록 두 개의 빔 차단 블록(43) 사이의 거리와 위치를 제어할 수 있다. The second beam block 40 is controlled in association with the first beam block 10 , and the laser beam passing through the first beam block 10 passes through the reflector and the projection lens 30 to the second beam block 40 . ), the real beam (laser beam excluding the part where the laser beam is diffused and widened by diffraction (hereinafter 'diffraction beam')) passes and the diffraction beam is blocked between the two beam blocking blocks 43 You can control distance and location.

빔커터(50)는 지지대(54)와 지지대(54) 위에 설치되어 있는 한 쌍의 빔 차단 블록(53)을 포함할 수 있다. 지지대(54)는 투명한 재료로 이루어지거나 중앙에 형성되어 있는 슬릿을 가짐으로써 레이저 빔이 손실없이 통과할 수 있도록 하고, 빔 차단 블록(53)을 이동 가능하게 지지하는 구성이다. 빔 차단 블록(53)은 지지대(54)의 일면에 두 개가 쌍을 이뤄 설치될 수 있다. 두 빔 차단 블록(53) 사이의 거리는 조절 가능하며, 이 거리를 조절함으로써 레이저 빔의 길이를 조정할 수 있다. 빔 차단 블록(53)은 SUS (steel use stainless)로 형성된 부분(531)과 석영 등 비열이 큰 물질로 형성된 부분(532)을 가질 수 있다. 비열이 큰 물질로 형성된 부분(532)은 레이저 빔이 조사되는 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련한 내용은 도 7 및 도 8을 참고하여 뒤에서 자세히 설명한다. 한편, 지지대(54)는 선택적 구성으로서 이를 대신하여 빔 차단 블록(53) 각각을 독립적으로 지지하는 지지 구조체(55)를 채용하여 빔 차단 블록(53)의 위치를 독립적으로 제어할 수도 있다. 지지대(54)와 지지 구조체(55)는 빔 차단 블록(53) 지지체의 두 가지 예시일 뿐이고, 다양한 다른 구조의 지지체를 채용할 수 있다.The beam cutter 50 may include a support 54 and a pair of beam blocking blocks 53 installed on the support 54 . The support 54 is made of a transparent material or has a slit formed in the center so that the laser beam can pass without loss, and is configured to movably support the beam blocking block 53 . The beam blocking block 53 may be installed in pairs on one surface of the support 54 . The distance between the two beam blocking blocks 53 is adjustable, and by adjusting this distance, the length of the laser beam can be adjusted. The beam blocking block 53 may include a portion 531 formed of steel use stainless (SUS) and a portion 532 formed of a material having a high specific heat such as quartz. The portion 532 formed of a material having high specific heat may be disposed in an area to which a laser beam is irradiated. This will be described in detail later with reference to FIGS. 7 and 8 . On the other hand, the support 54 may be an optional configuration, and instead of this, the position of the beam blocking block 53 may be independently controlled by employing a support structure 55 that independently supports each of the beam blocking blocks 53 . The support 54 and the support structure 55 are only two examples of the beam blocking block 53 support, and supporters of various other structures may be employed.

빔커터(50)는 제1 및 제2 빔블록(10, 40)과 연동하여 제어되고, 제2 빔블록(40)을 통과한 레이저 빔이 빔커터(50)를 통과할 때, 리얼빔은 모두 통과하고 회절빔은 차단하도록 두 개의 빔 차단 블록(53) 사이의 거리를 제어할 수 있다.The beam cutter 50 is controlled in conjunction with the first and second beam blocks 10 and 40, and when the laser beam passing through the second beam block 40 passes through the beam cutter 50, the real beam is It is possible to control the distance between the two beam blocking blocks 53 so that all of them pass through and the diffracted beam is blocked.

이러한 구성의 레이저 조사 장치에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 레이저 출력기(1)가 출력한 레이저 빔을 제1 빔블록(10)이 1차로 커팅하여 빔의 길이를 조정하고, 레이저 빔이 진행하면서 회절에 의하여 발생하는 회절빔을 제2 빔블록(40)이 2차로 커팅하여 리얼빔만 진행하도록 할 수 있다. 빔커터(50)는 제2 빔블록(40)을 통과한 리얼빔이 진행하면서 회절에 의하여 발생하는 회절빔을 3차로 커팅하여 다시 리얼빔만 목표물을 향해 진행하도록 한다. 이와 같은 과정을 거치면 제1 빔블록(10)은 출력된 레이저의 100%에 해당하는 에너지를 갖는 레이저 빔을 차단하여 흡수하고, 제2 빔블록(40)은 출력된 레이저의 20%에 해당하는 에너지를 갖는 회절광을 차단하여 흡수하며, 빔커터(50)는 출력된 레이저의 4%에 해당하는 에너지를 갖는 회절광을 차단하여 흡수하게 된다. 따라서 차단되는 레이저 빔의 대부분의 에너지는 제1 및 제2 빔블록(10, 40)에 의하여 차단 흡수되고, 빔커터(50)가 차단 흡수하는 레이저 빔의 에너지는 크게 줄어들게 된다. 이를 통해, 비정질 규소막 가까이에 배치되는 빔커터(50)에서 열이 발생하는 것을 방지하여 레이저 조사를 통해 다결정화된 다결정 규소막의 균일성을 향상할 수 있다.In the laser irradiation device having this configuration, as shown in FIG. 3 , the first beam block 10 cuts the laser beam output by the laser output device 1 first to adjust the length of the beam, and as the laser beam progresses The second beam block 40 may secondarily cut the diffracted beam generated by diffraction so that only the real beam proceeds. The beam cutter 50 cuts the diffraction beam generated by diffraction three times while the real beam passing through the second beam block 40 proceeds, so that only the real beam proceeds toward the target again. Through this process, the first beam block 10 blocks and absorbs a laser beam having an energy corresponding to 100% of the output laser, and the second beam block 40 corresponds to 20% of the output laser. The diffracted light having energy is blocked and absorbed, and the beam cutter 50 blocks and absorbs the diffracted light having an energy corresponding to 4% of the output laser. Accordingly, most of the energy of the blocked laser beam is blocked and absorbed by the first and second beam blocks 10 and 40, and the energy of the laser beam that the beam cutter 50 blocks and absorbs is greatly reduced. Through this, heat is prevented from being generated in the beam cutter 50 disposed near the amorphous silicon film, and thus the uniformity of the polycrystalline silicon film polycrystalline through laser irradiation can be improved.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈에 사용되는 빔블록의 방열 구조의 정면도(위에서 바라본)이고, 도 5는 도 4의 빔블록의 좌측면도이며, 도 6은 도 4의 빔블록의 하측면도이다. 4 is a front view (as viewed from above) of a heat dissipation structure of a beam block used in an optical module according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a left side view of the beam block of FIG. 4, and FIG. 6 is the beam of FIG. It is a bottom view of the block.

앞서 설명한 제1 및 제2 빔블록(10, 40)의 빔 차단 블록(13, 43)은, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 방열 구조를 가질 수 있다. 빔 차단 블록(13, 43)은 기판(131)과 기판(131) 위에 서로 나란하게 형성되어 있는 복수의 돌출벽(132)을 포함할 수 있다. 복수의 돌출벽(132)은 표면적을 넓히기 위하여 요철을 형성한 것으로 돌출벽(132) 대신 복수의 돌출 기둥을 형성하거나 다른 형상의 돌출 구조물을 형성할 수도 있다.The beam blocking blocks 13 and 43 of the first and second beam blocks 10 and 40 described above may have a heat dissipation structure as shown in FIGS. 4 to 6 . The beam blocking blocks 13 and 43 may include a substrate 131 and a plurality of protruding walls 132 formed in parallel with each other on the substrate 131 . The plurality of protruding walls 132 are concavo-convex to increase the surface area, and instead of the protruding walls 132 , a plurality of protruding pillars may be formed or a protruding structure having a different shape may be formed.

제1 및 제2 빔블록(10, 40)을 배치할 때, 복수의 돌출벽(132)이 형성되어 있는 면에 레이저 빔이 조사되도록 배치할 수 있다. 복수의 돌출벽(132)에 조사된 레이저 빔은 복수의 돌출벽(132)에 흡수되어 열을 발생시키고, 발생된 열은 복수의 돌출벽(132)을 타고 전파되어 방출될 수 있다. 이와 같이, 레이저 빔 커팅 과정에서 발생하는 열을 방열 구조를 통해 신속히 방출함으로써 이 때 발생하는 열로 인해 레이저 결정화 장치가 영향을 받거나 다결정 규소막에 불균일이 생기는 것을 방지할 수 있다.When the first and second beam blocks 10 and 40 are disposed, the laser beam may be irradiated to the surface on which the plurality of protruding walls 132 are formed. The laser beam irradiated to the plurality of protruding walls 132 may be absorbed by the plurality of protruding walls 132 to generate heat, and the generated heat may be propagated and emitted along the plurality of protruding walls 132 . In this way, heat generated in the laser beam cutting process is rapidly radiated through the heat dissipation structure, thereby preventing the laser crystallization apparatus from being affected or non-uniformity occurring in the polysilicon film due to the heat generated at this time.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈에 사용되는 빔커터의 부분 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈에 사용되는 빔커터의 기능을 보여주는 개념도이다.7 is a partial cross-sectional view of a beam cutter used in an optical module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a function of a beam cutter used in an optical module according to an embodiment of the present invention.

앞서 설명한 빔커터(50)의 빔 차단 블록(53)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 지지 구조를 이루는 부분(531)과 레이저 빔을 차단하는 부분(532)을 포함할 수 있다. 지지 구조를 이루는 부분(531)은 SUS 등의 내구성이 좋은 재료로 형성하고, 레이저 빔을 차단하는 부분(532)은 석영과 같이 비열이 큰고 열전도도가 낮은 재료로 형성하여 레이저 빔에 의하여 열이 발생하더라도 주변으로 전파되는 것을 억제할 수 있다.As shown in FIG. 7 , the beam blocking block 53 of the beam cutter 50 described above may include a portion 531 forming a support structure and a portion 532 blocking the laser beam. The part 531 constituting the support structure is made of a durable material such as SUS, and the part 532 blocking the laser beam is made of a material with high specific heat and low thermal conductivity, such as quartz, so that heat is generated by the laser beam. Even if it occurs, propagation to the surroundings can be suppressed.

아래 표는 지지 구조를 이루는 SUS와 레이저 빔 차단 부분(532)을 이루는 석영의 물질 특성을 비교한 것이다.The table below compares the material properties of SUS constituting the support structure and quartz constituting the laser beam blocking portion 532 .

Figure pat00001
Figure pat00001

이러한 빔커터(50)를 레이저 빔의 최종 출력단에 배치하면, 도 8에 도시한 바와 같이, 비열이 크고 열전도도가 낮은 재료로 형성된 빔을 차단하는 부분(532)이 회절빔을 차단하고, 리얼빔만 실박스(seal box, 60)를 통과하여 목표물에 조사된다. 실박스(60)는 레이저가 조사되는 부분을 소정의 가스 분위기 상태로 유지하기 위한 구성으로서 소정 기체를 가두어 두는 역할을 한다. When such a beam cutter 50 is disposed at the final output end of the laser beam, as shown in FIG. 8, a portion 532 that blocks a beam formed of a material with high specific heat and low thermal conductivity blocks the diffracted beam, and the real Only the beam passes through the seal box 60 and is irradiated to the target. The seal box 60 serves to confine a predetermined gas as a configuration for maintaining the laser-irradiated portion in a predetermined gas atmosphere state.

이상과 같이, 빔을 차단하는 부분(532)이 차단하는 회절빔은 그 에너지가 최초 출력에 비하여 4% 정도에 불과하여 발생하는 열이 적고, 이 열도 비열이 크고 열전도도가 낮은 재료가 흡수하게 되므로 주위의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다. As described above, the energy of the diffracted beam blocked by the beam blocking portion 532 is only about 4% of the initial output, so the heat generated is small, and this heat is also absorbed by the material with high specific heat and low thermal conductivity Therefore, it is possible to prevent the ambient temperature from rising.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the right.

1 레이저 출력기
10, 40 빔블록
20 반사경
30 프로젝션 렌즈
50 빔커터1 laser printer
10, 40 beam blocks
20 reflector
30 projection lens
50 beam cutter

Claims (20)

레이저 출력기,
상기 레이저 출력기가 출력하는 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 레이저 빔의 양단부를 차단하여 레이저 빔의 길이를 제어하는 제1 빔블록,
상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔을 응집하는 프로젝션 렌즈,
상기 프로젝션 렌즈를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 프로젝션 렌즈를 통과한 레이저 빔의 길이를 제어하는 제2 빔블록,
상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔의 길이를 제어하는 빔커터
를 포함하는 레이저 조사 장치.laser printer,
a first beam block disposed in the path of the laser beam output from the laser output device and controlling the length of the laser beam by blocking both ends of the laser beam;
a projection lens for condensing the laser beam that has passed through the first beam block;
a second beam block disposed on the path of the laser beam passing through the projection lens and controlling the length of the laser beam passing through the projection lens;
A beam cutter disposed in a path of the laser beam passing through the second beam block and controlling the length of the laser beam passing through the second beam block
A laser irradiation device comprising a. 제1항에서,
상기 제1 빔블록, 상기 제2 빔블록 및 상기 빔커터가 통과시키는 레이저 빔의 길이는 동일한 레이저 조사 장치.In claim 1,
The length of the laser beam passed through the first beam block, the second beam block, and the beam cutter is the same laser irradiation apparatus. 제2항에서,
상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔 중 리얼빔은 상기 제2 빔블록을 통과하고 회절빔은 상기 제2 빔블록이 차단하는 레이저 조사 장치.In claim 2,
Among the laser beams that have passed through the first beam block, a real beam passes through the second beam block and the diffracted beam is blocked by the second beam block. 제3항에서,
상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔 중 리얼빔은 상기 빔커터를 통과하고 회절빔은 상기 빔커터가 차단하는 레이저 조사 장치. In claim 3,
A real beam of the laser beam that has passed through the second beam block passes through the beam cutter and the diffracted beam is blocked by the beam cutter. 제1항에서,
상기 제1 빔블록과 상기 제2 빔블록은
지지체와 상기 지지체에 의하여 지지되는 한 쌍의 빔 차단 블록을 포함하는 레이저 조사 장치.In claim 1,
The first beamblock and the second beamblock are
A laser irradiation device comprising a support and a pair of beam blocking blocks supported by the support. 제5항에서,
상기 제1 빔블록의 상기 빔 차단 블록은 방열 구조를 가지는 레이저 조사 장치.In claim 5,
The beam blocking block of the first beam block is a laser irradiation device having a heat dissipation structure. 제6항에서,
상기 제1 빔블록의 상기 빔 차단 블록은
기판과 상기 기판 위에 형성되어 있으며 서로 나란한 복수의 돌출벽을 포함하는 레이저 조사 장치.In claim 6,
The beam blocking block of the first beam block is
A laser irradiation apparatus comprising a substrate and a plurality of protruding walls formed on the substrate and parallel to each other. 제6항에서,
상기 제1 빔블록의 상기 빔 차단 블록의 상기 방열 구조는 레이저 빔이 조사되는 쪽 면에 배치되는 레이저 조사 장치.In claim 6,
The heat dissipation structure of the beam blocking block of the first beam block is a laser irradiation device disposed on the side to which the laser beam is irradiated. 제5항에서,
상기 제2 빔블록의 상기 빔 차단 블록은 방열 구조를 가지는 레이저 조사 장치.In claim 5,
The beam blocking block of the second beam block is a laser irradiation device having a heat dissipation structure. 제9항에서,
상기 제2 빔블록의 상기 빔 차단 블록은
기판과 상기 기판 위에 형성되어 있으며 서로 나란한 복수의 돌출벽을 포함하는 레이저 조사 장치.In claim 9,
The beam blocking block of the second beam block is
A laser irradiation apparatus comprising a substrate and a plurality of protruding walls formed on the substrate and parallel to each other. 제9항에서,
상기 제2 빔블록의 상기 빔 차단 블록의 상기 방열 구조는 레이저 빔이 조사되는 쪽 면에 배치되는 레이저 조사 장치.In claim 9,
The heat dissipation structure of the beam blocking block of the second beam block is a laser irradiation device disposed on the side to which the laser beam is irradiated. 제5항에서,
상기 한 쌍의 빔 차단 블록 사이의 거리는 조절 가능한 레이저 조사 장치.In claim 5,
The distance between the pair of beam blocking blocks is adjustable laser irradiation device. 제1항에서,
상기 빔커터는
지지체와 상기 지지체에 의하여 지지되는 한 쌍의 빔 차단 블록을 포함하는 레이저 조사 장치.In claim 1,
The beam cutter
A laser irradiation device comprising a support and a pair of beam blocking blocks supported by the support. 제13항에서,
상기 빔커터의 상기 빔 차단 블록은
지지 구조부와 레이저 빔 차단부를 포함하고, 상기 레이저 빔 차단부는 상기 지지 구조부에 비하여 비열이 큰 재료로 이루어지는 레이저 조사 장치.In claim 13,
The beam blocking block of the beam cutter is
A laser irradiation device comprising a support structure and a laser beam blocking portion, wherein the laser beam blocking portion is made of a material having a specific heat greater than that of the support structure. 제14항에서,
상기 지지 구조부는 SUS로 이루어지고, 상기 레이저 빔 차단부는 석영으로 이루어지는 레이저 조사 장치.15. In claim 14,
The support structure is made of SUS, and the laser beam blocking part is made of quartz. 제13항에서,
상기 한 쌍의 빔 차단 블록 사이의 거리는 조절 가능한 레이저 조사 장치.In claim 13,
The distance between the pair of beam blocking blocks is adjustable laser irradiation device. 제1항에서,
상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔을 반사하여 상기 프로젝션 렌즈를 향하여 진행시키는 반사경을 더 포함하는 레이저 조사 장치.In claim 1,
Laser irradiation apparatus further comprising a reflector for reflecting the laser beam that has passed through the first beam block to advance toward the projection lens. 레이저 빔의 단면 크기를 제어하는 제1 빔블록,
상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔을 응집하는 프로젝션 렌즈,
상기 프로젝션 렌즈를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 프로젝션 렌즈를 통과한 레이저 빔의 단면 크기를 제어하는 제2 빔블록,
상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 있고, 상기 제2 빔블록을 통과한 레이저 빔의 단면 크기를 제어하는 빔커터
를 포함하고,
상기 제1 빔블록, 상기 제2 빔블록 및 상기 빔커터가 통과시키는 레이저 빔의 단면의 길이가 동일한 광학계.A first beam block for controlling the cross-sectional size of the laser beam,
a projection lens for condensing the laser beam that has passed through the first beam block;
a second beam block disposed in the path of the laser beam passing through the projection lens and controlling the cross-sectional size of the laser beam passing through the projection lens;
A beam cutter disposed in a path of the laser beam passing through the second beam block and controlling the cross-sectional size of the laser beam passing through the second beam block
including,
An optical system in which the cross-section lengths of the first beam block, the second beam block, and the laser beam passing through the beam cutter are the same. 제18항에서,
상기 제1 빔블록, 상기 제2 빔블록 및 상기 빔커터는
지지체와 상기 지지체에 의하여 지지되는 한 쌍의 빔 차단 블록을 포함하고,
상기 제1 빔블록과 상기 제2 빔블록의 빔 차단 블록은 방열 구조를 가지며,
상기 빔커터의 상기 빔 차단 블록은 지지 구조부와 레이저 빔 차단부를 포함하고, 상기 레이저 빔 차단부는 상기 지지 구조부에 비하여 비열이 큰 재료로 이루어지는 광학계.In claim 18,
The first beam block, the second beam block and the beam cutter
A support and a pair of beam blocking blocks supported by the support,
The first beam block and the beam blocking block of the second beam block have a heat dissipation structure,
The beam blocking block of the beam cutter includes a supporting structure and a laser beam blocking unit, and the laser beam blocking unit is made of a material having a higher specific heat than the supporting structure. 제19항에서,
상기 제1 빔블록을 통과한 레이저 빔을 반사하여 상기 프로젝션 렌즈를 향하여 진행시키는 반사경을 더 포함하는 광학계.In paragraph 19,
The optical system further comprising a reflector for reflecting the laser beam that has passed through the first beam block to advance toward the projection lens.
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