KR20220072953A - 레이저 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 장치는 제1 및 제2 레이저 빔들을 제1 방향으로 출사하는 레이저 발생기, 제1 레이저 빔이 입사하는 제1 광학계 및 제2 레이저 빔이 입사하는 제2 광학계를 포함하는 빔 변환 유닛 및 빔 변환 유닛으로부터 출사된 제1 및 제2 레이저 빔들을 굴절시켜 집광하는 콘덴서 렌즈를 포함하며, 제1 광학계 및 제2 광학계 각각은, 제1 및 제2 레이저 빔들 각각의 사이즈를 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하며, 제1 방향 및 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 압축하는 제1 내지 제m 렌즈들(m은 2이상의 자연수)을 포함하는 렌즈 그룹 및 렌즈 그룹으로부터 출사된 제1 및 제2 레이저 빔들 각각을 제2 방향으로 분할하여 복수의 조각 빔들을 형성하고, 복수의 조각 빔들을 제3 방향으로 배열하여 출사하는 빔질 인자 변환부를 포함하고, 제1 광학계의 제m-1 렌즈로부터 출사된 제1 레이저 빔은 제1 광학계의 제m 렌즈의 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사할 수 있다.

Description

레이저 장치{LASER DEVICE}

본 발명은 레이저 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 균질성이 높은 레이저 빔을 출사할 수 있는 레이저 장치에 관한 것이다.

표시 장치는 화소들을 포함할 수 있으며, 화소들 각각은 각 화소의 발광 여부 및 발광 정도를 제어하는 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터는 액티브층을 포함할 수 있으며, 액티브층에는 산화물계 반도체 물질 및/또는 실리콘계 반도체 물질이 사용될 수 있다.

최근, 실리콘계 반도체 물질로 다결정 실리콘(poly-Si)이 사용되고 있다. 다결정 실리콘은 비정질 실리콘(a-Si)을 결정화시켜서 얻을 수 있으며, 상기 결정화 과정에서 레이저 장치가 사용될 수 있다. 구체적으로, 레이저 장치는 비정질 실리콘 기판에 레이저 빔을 조사하여 비정질 실리콘 기판을 다결정 실리콘 기판으로 결정화시킬 수 있다. 이 경우, 레이저 장치에서 출사되는 레이저 빔의 세기가 균질하지 않으면 실리콘 기판의 결정화가 불균질하게 일어나며, 최종적으로 박막 트랜지스터의 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 균질성이 높은 레이저 빔을 출사할 수 있는 레이저 장치가 연구되고 있다.

본 발명의 목적은 균질성이 높은 레이저 빔을 출사할 수 있는 레이저 장치를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 실현하기 위해, 일 실시예에 따른 레이저 장치는 제1 및 제2 레이저 빔들을 제1 방향으로 출사하는 레이저 발생기, 상기 제1 레이저 빔이 입사하는 제1 광학계 및 상기 제2 레이저 빔이 입사하는 제2 광학계를 포함하는 빔 변환 유닛 및 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들을 굴절시켜 집광하는 콘덴서 렌즈를 포함하며, 상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계 각각은, 상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 압축하는 제1 내지 제m 렌즈들(m은 2이상의 자연수)을 포함하는 렌즈 그룹 및 상기 렌즈 그룹으로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각을 상기 제2 방향으로 분할하여 복수의 조각 빔들을 형성하고, 상기 복수의 조각 빔들을 상기 제3 방향으로 배열하여 출사하는 빔질 인자 변환부를 포함하고, 상기 제1 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔은 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 렌즈 그룹은 제1 내지 제4 렌즈들을 포함하며, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는 상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제2 방향으로 연장하고, 상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈는 상기 제1 및 제2 렌즈들로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제3 방향으로 압축할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제4 렌즈들 각각은 원기둥 렌즈(cylindrical lens)일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 렌즈 그룹은 제1 내지 제3 렌즈들을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 렌즈들은 상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제2 방향으로 연장하며, 상기 제3 방향으로 압축할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 렌즈 및 상기 제3 렌즈 각각은 원기둥 렌즈이고, 상기 제2 렌즈는 구면 렌즈(spherical lens)일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들을 상기 제3 방향으로 균질화시키는 제3 방향 균질화부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제3 방향 균질화부는 제1 내지 제3 장축 균일화 렌즈들을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들을 상기 제2 방향으로 압축시키는 제2 방향 압축부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 방향 압축부는 제1 단축 압축렌즈 및 제2 단축 압축렌즈를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈는 상기 제3 방향으로 진동할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔은 상기 제2 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하며, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔의 진행 방향과 상기 제2 광학계의 상기 제m 렌즈로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔의 진행 방향은 평행하지 않을 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈 및 상기 제2 광학계의 상기 제m 렌즈는 상기 제3 방향으로 진동할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔은 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈의 온-축(on-axis)으로 입사하며, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈와 상기 제1 광학계의 빔질 인자 변환부 사이에 배치되고, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔을 상기 제3 방향으로 굴절시키는 프리즘을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 프리즘은 제3 방향으로 진동할 수 있다.

상술한 본 발명의 목적을 실현하기 위해, 다른 실시예에 따른 레이저 장치는 제1 내지 제4 레이저 빔들을 제1 방향으로 출사하는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔이 입사하는 제1 광학계, 상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔이 입사하는 제2 광학계, 상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제3 레이저 빔이 입사하는 제3 광학계 및 상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제4 레이저 빔이 입사하는 제4 광학계를 포함하는 빔 변환 유닛 및 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들을 굴절시켜 집광하는 콘덴서 렌즈를 포함하며, 상기 제1 내지 제4 광학계들 각각은, 상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 압축하는 제1 내지 제m 렌즈들(m은 2이상의 자연수)을 포함하는 렌즈 그룹 및 상기 렌즈 그룹으로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들 각각을 상기 제2 방향으로 분할하여 복수의 조각 빔들을 형성하고, 상기 복수의 조각 빔들을 상기 제3 방향으로 배열하여 출사하는 빔질 인자 변환부를 포함하고, 상기 제1 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔은 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하고, 상기 제4 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제4 레이저 빔은 상기 제4 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈 및 상기 제4 광학계의 상기 제m 렌즈는 상기 제3 방향으로 진동할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔은 상기 제2 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하고, 상기 제3 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제3 레이저 빔은 상기 제3 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하며, 상기 제1 내지 제4 광학계들의 상기 제m 렌즈들로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들의 진행 방향은 서로 평행하지 않을 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제4 광학계들의 상기 제m 렌즈들은 상기 제3 방향으로 진동할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들을 상기 제3 방향으로 균질화시키는 제3 방향 균질화부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들을 상기 제2 방향으로 균질화시키는 제2 방향 압축부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 레이저 장치는 복수의 레이저 빔들을 발생시키는 레이저 발생기, 렌즈 그룹들, 빔질 인자 변환부들 및 콘덴서 렌즈를 포함할 수 있다. 레이저 장치에 포함된 렌즈 그룹들 각각은 제1 내지 제m 렌즈들을 포함할 수 있다. 레이저 장치의 일부 렌즈 그룹에 있어서, 제m 렌즈가 쉬프트될 수 있다. 이에 따라, 스테이지에 조사되는 레이저 빔들의 세기 분포들이 중첩한 중첩 세기 분포에 있어서 불균질 부분이 상대적으로 작아질 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 장치는 균질성이 높은 레이저 빔을 출사할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과가 전술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 레이저 빔의 세기 분포를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 그룹을 나타내는 도면들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 그룹을 나타내는 도면들이다.
도 5a는 빔질 인자 변환부를 나타내는 도면이다.
도 5b 및 도 5c는 레이저 빔을 나타내는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 변환 유닛을 나타내는 도면이다.
도 7a는 도 6의 6A 영역을 확대한 도면이다.
도 7b는 도 6의 6B 영역을 확대한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 8A 영역에 조사되는 레이저 빔들의 제3 방향에 대한 세기를 나타내는 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 9의 9A 영역을 확대한 그래프들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 변환 유닛의 일부를 나타내는 도면이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 장치를 보다 상세하게 설명한다. 첨부된 도면들 상의 동일한 구성 요소들에 대해서는 동일하거나 유사한 참조 부호들을 사용한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 레이저 장치(1000)는 레이저 발생기(1100), 빔 변환 유닛(1200), 콘덴서 렌즈(1300) 및 스테이지(1400)를 포함할 수 있다. 빔 변환 유닛(1200)은 제1 광학계(1210) 및 제2 광학계(1220)를 포함할 수 있다.

레이저 발생기(1100)는 제1 광학계(1210)로 입사하는 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 광학계(1220)로 입사하는 제2 레이저 빔(L2)을 제1 방향(DR1)으로 출사할 수 있다. 레이저 발생기(1100)는 필요에 따라 제1 광학계(1210)로 입사하는 복수의 제1 레이저 빔(L1)들을 출사할 수 있고, 제2 광학계(1220)로 입사하는 복수의 제2 레이저 빔(L2)들을 출사할 수 있다. 즉, 레이저 발생기(1100)가 출사할 수 있는 레이저 빔의 수는 제한이 없다.

제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)은 직진성을 가질 수 있다. 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)은 중심부에서 세기가 높은 가우시안(gaussian) 형태의 세기 분포를 가질 수 있다. 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)에 있어서, 레이저 빔의 종류, 세기 및 파장은 서로 동일할 수 있다.

실시예들에 있어서, 레이저 발생기(1100)는 엑시머 레이저 빔, YAG 레이저 빔, 유리 레이저 빔, YV04 레이저 빔, Ar 레이저 빔, 루비 레이저 빔 등을 출사할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 레이저 발생기(1100)는 상술한 레이저 빔들 이외에도 비정질 실리콘을 결정화할 수 있는 다양한 레이저 빔들을 출사할 수 있다.

빔 변환 유닛(1200)은 제1 광학계(1210) 및 제2 광학계(1220)를 포함할 수 있다. 제1 광학계(1210) 및 제2 광학계(1220) 각각은 렌즈 그룹 및 빔질 인자 변환부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 광학계(1210)는 제1 렌즈 그룹(1211) 및 제1 빔질 인자 변환부(1212)를 포함할 수 있다. 제2 광학계(1220)는 제2 렌즈 그룹(1221) 및 제2 빔질 인자 변환부(1222)를 포함할 수 있다.

제1 광학계(1210) 및 제2 광학계(1220)의 구조들은 일부 구성을 제외하고 실질적으로 동일할 수 있다. 구체적으로, 제1 렌즈 그룹(1211) 및 제2 렌즈 그룹(1221)의 구조들은 후술할 제m 렌즈를 제외하고 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 제1 빔질 인자 변환부(1212) 및 제2 빔질 인자 변환부(1222)의 구조들은 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 이하에서는 제2 렌즈 그룹(1221) 및 제2 빔질 인자 변환부(1222)를 중심으로 설명하기로 한다.

제2 렌즈 그룹(1221)은 레이저 발생기(1100)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)의 사이즈를 조절할 수 있다. 레이저 발생기(1100)에서 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 렌즈 그룹(1221)으로 입사할 수 있다. 제2 렌즈 그룹(1221)은 제1 내지 제m 렌즈들(m은 2이상의 자연수)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제m 렌즈들은 제1 방향(DR1)으로 순서대로 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈 그룹(1221)으로 입사하는 제2 레이저 빔(L2)은 상기 제1 내지 제m 렌즈들을 순차적으로 통과할 수 있다. 상기 제1 내지 제m 렌즈들은 제2 광학계(1220)로 입사하는 제2 레이저 빔(L2)의 사이즈를 제1 방향(DR1)과 교차하는 제2 방향(DR2)으로 연장하며, 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)과 교차하는 제3 방향(DR3)으로 압축할 수 있다. 제2 렌즈 그룹(1221)의 자세한 구조에 대해서는 도 3a 내지 도 4b를 참조하여 자세히 후술한다.

제2 빔질 인자 변환부(1222)는 제2 렌즈 그룹(1221)으로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)의 제2 방향(DR2)으로의 빔질 인자(beam quality factor) 및 제3 방향(DR3)으로의 빔질 인자를 변경할 수 있다. 제2 빔질 인자 변환부(1222)는 제2 레이저 빔(L2)의 균질성을 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 자세히 후술한다.

제1 렌즈 그룹(1211)과 제2 렌즈 그룹(1221)은 제m 렌즈를 제외하고 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 렌즈 그룹(1211)에 포함된 제m 렌즈는 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 이에 따라, 제1 렌즈 그룹(1211)의 제m-1 렌즈로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)은 제1 렌즈 그룹(1211)의 제m 렌즈의 제3 방향(DR3)으로의 오프 축(off-axis)으로 입사할 수 있다. 이와 달리, 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m-1 렌즈로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m 렌즈의 온 축(on-axis)으로 입사할 수 있다.

콘덴서 렌즈(1300)는 빔 변환 유닛(1200)으로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)을 굴절시켜 집광할 수 있다. 이에 대해서는 도 8을 참조하여 자세히 후술한다.

스테이지(1400)에는 콘덴서 렌즈(1300)로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)이 조사될 수 있다. 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)은 굴절되며 스테이지(1400)에서 중첩될 수 있다. 스테이지(1400)에는 비정질 실리콘 기판이 배치될 수 있다. 상기 비정질 실리콘 기판은 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)에 의해 결정화되어 다결정 실리콘 기판이 될 수 있다.

도 2는 레이저 빔의 세기 분포를 나타내는 도면들이다.

도 2를 참조하면, 레이저 빔은 중심부에서 세기가 높은 가우시안(gaussian) 형태의 세기 분포를 가질 수 있다. 상기 레이저 빔을 임의의 기판에 수직으로 입사시킬 경우, 상기 기판에 생기는 상기 레이저 빔의 단면은 제1 형태(La), 제2 형태(Lb) 및 제3 형태(Lc)의 세기 분포를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 제1 내지 제3 형태들(La, Lb, Lc)을 나타내는 도면들에 포함된 수치들은 레이저 빔의 상대적인 세기(intensity)를 나타낸다.

제1 형태(La)는 구 대칭의 세기 분포를 나타내며, 제2 형태(Lb)는 제1 형태(La)를 제2 방향(DR2)로 연장한 세기 분포를 나타내고, 제3 형태(Lc)는 제2 형태(Lb)를 제3 방향(DR3)으로 압축한 세기 분포를 나타낸다. 레이저 발생기(1100)에서 출사된 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)은 제1 형태(La)의 세기 분포를 가질 수 있다. 제1 및 제2 렌즈 그룹들(1211, 1221)을 통과하는 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)은 제2 형태(Lb) 또는 제3 형태(Lc)의 세기 분포를 가질 수 있다.

도 3a 내지 도 4b는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 렌즈 그룹을 나타내는 도면들이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 그룹을 나타내는 도면들이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 렌즈 그룹(1221)은 제1 렌즈(31), 제2 렌즈(32), 제3 렌즈(33) 및 제4 렌즈(34)를 포함할 수 있다.

레이저 발생기(1100)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제1 렌즈(31)로 입사될 수 있다. 레이저 발생기(1100)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제1 형태(도 2의 La)의 세기 분포를 가질 수 있다. 제1 렌즈(31)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 렌즈(32)로 입사될 수 있다. 제1 렌즈(31) 및 제2 렌즈(32)는 원기둥 렌즈(cylindrical lens)일 수 있다. 제1 렌즈(31) 및 제2 렌즈(32)는 제2 레이저 빔(L2)의 사이즈를 제2 방향(DR2)으로 연장할 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈(32)로부터 출사되는 제2 레이저 빔(L2)은 제2 형태(도 2의 Lb)의 세기 분포를 가질 수 있다.

제2 렌즈(32)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제3 렌즈(33)로 입사될 수 있다. 제3 렌즈(33)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제4 렌즈(34)로 입사될 수 있다. 제3 렌즈(33) 및 제4 렌즈(34)는 원기둥 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(33) 및 제4 렌즈(34)는 제2 레이저 빔(L2)의 사이즈를 제3 방향(DR3)으로 압축할 수 있다. 이에 따라, 제4 렌즈(34)로부터 출사되는 제2 레이저 빔(L2)은 제3 형태(도 2의 Lc)의 세기 분포를 가질 수 있다.

제1 렌즈 그룹(1211)의 구조는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 서술한 제2 렌즈 그룹(1221)의 구조와 제4 렌즈(34)의 위치를 제외하고 실질적으로 동일할 수 있다. 구체적으로, 제1 렌즈 그룹(1211)은 제1 내지 제4 렌즈들(31, 32, 33, 34)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈 그룹(1211)에 있어서, 제4 렌즈(34)는 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 이에 따라, 제3 렌즈(33)로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 제4 렌즈(34)의 제3 방향(DR3)으로의 오프-축으로 입사될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 그룹을 나타내는 도면들이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 렌즈 그룹(1221)은 제1 렌즈(41), 제2 렌즈(42) 및 제3 렌즈(43)를 포함할 수 있다.

레이저 발생기(1100)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제1 렌즈(41)로 입사될 수 있다. 레이저 발생기(1100)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제1 형태(도 2의 La)의 세기 분포를 가질 수 있다. 제1 렌즈(41)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 렌즈(42)로 입사될 수 있다. 제2 렌즈(42)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제3 렌즈(43)로 입사될 수 있다. 제1 렌즈(41) 및 제3 렌즈(43)는 원기둥 렌즈일 수 있으며, 제2 렌즈(42)는 구형 렌즈(spherical lens)일 수 있다. 제1 내지 제3 렌즈들(41, 42, 43)은 제2 레이저 빔(L2)의 사이즈를 제2 방향(DR2)으로 연장하며, 제3 방향(DR3)으로 압축할 수 있다. 이에 따라, 제3 렌즈(43)로부터 출사되는 제2 레이저 빔(L2)은 제3 형태(도 2의 Lc)의 세기 분포를 가질 수 있다.

제1 렌즈 그룹(1211)의 구조는 도 4a 및 도4b를 참조하여 서술한 제2 렌즈 그룹(1221)의 구조와 제3 렌즈(43)의 위치를 제외하고 실질적으로 동일할 수 있다. 구체적으로, 제1 렌즈 그룹(1211)은 제1 내지 제3 렌즈들(41, 42, 43)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈 그룹(1211)에 있어서, 제3 렌즈(43)는 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈(42)로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 제3 렌즈(43)의 제3 방향(DR3)으로의 오프-축으로 입사될 수 있다.

도 5a는 빔질 인자 변환부를 나타내는 도면이다. 도 5b 및 5c는 레이저 빔을 나타내는 도면들이다.

도 5a 내지 도5c를 참조하면, 제2 렌즈 그룹(1221)으로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 빔질 인자 변환부(1222)로 입사할 수 있다. 제2 렌즈 그룹(1221)으로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제3 형태(Lc)의 세기 분포를 가질 수 있다. 제2 빔질 인자 변환부(1222)는 제2 렌즈 그룹(1221)으로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)의 제2 방향(DR2) 사이즈(X1) 및 제3 방향(DR3) 사이즈(Y1)를 변경할 수 있다. 이에 따라, 제2 빔질 인자 변환부(1222)로부터 출사되는 제2 레이저 빔(L2)은 제4 형태(Ld)의 세기 분포를 가질 수 있다.

제2 빔질 인자 변환부(1222)는 제2 레이저 빔(L2)을 반복적으로 반사시킬 수 있다. 제2 빔질 인자 변환부(1222)는 반사된 제2 레이저 빔(L2)의 위치를 일정 거리만큼 이동시키면서 분할하여 일정 크기의 조각 빔들을 순차적으로 출사할 수 있다. 이를 위해, 제2 빔질 인자 변환부(1222)는 복수의 미러들을 포함할 수 있다. 상기 미러들은 제2 빔질 인자 변환부(1222) 내에서 제1 측벽(500) 및 제2 측벽(510)에 배치될 수 있다.

제2 빔질 인자 변환부(1222)는 제2 레이저 빔(L2)을 제2 방향(DR2)으로 5개의 조각 빔들(a, b, c, d, e)로 분할할 수 있다. 제2 빔질 인자 변환부(1222)는 분할된 5개의 조각 빔들(a, b, c, d, e)을 제3 방향(DR3)으로 배열하여 출사할 수 있다. 이를 통해, 제2 빔질 인자 변환부(1222)는 제2 레이저 빔(L2)의 제2 방향(DR2) 사이즈들(X1, X2) 및 제3 방향(DR3) 사이즈들(Y1, Y2)을 변환할 수 있다.

제1 빔질 인자 변환부(1212)의 구조는 도 5a, 도5b 및 도5c를 참조하여 서술한 제2 빔질 인자 변환부(1222)의 구조와 실질적으로 동일할 수 있다. 구체적으로, 제1 빔질 인자 변환부(1212)는 상기 복수의 미러들을 포함할 수 있다. 제1 렌즈 그룹(1211)에서 출사된 제1 레이저 빔(L1)은 제3 형태(Lc)의 세기 분포를 가지고, 제1 빔질 인자 변환부(1212)로 입사될 수 있다. 또한, 제1 빔질 인자 변환부(1212)에서 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 제4 형태(Ld)의 세기 분포를 가질 수 있다.

이하에서는 도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치의 빔 변환 유닛에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 변환 유닛을 나타내는 도면이다. 도 7a는 도 6의 6A 영역을 확대한 도면이다. 도 7b는 도 6의 6B 영역을 확대한 도면이다.

도 6을 참조하면, 제1 렌즈 그룹(1211) 및 제1 빔질 인자 변환부(1212)를 차례로 통과한 제1 레이저 빔(L1)은 제4 형태(도 5c의 Ld)의 세기 분포를 가질 수 있다. 또한, 제2 렌즈 그룹(1221) 및 제2 빔질 인자 변환부(1222)를 차례로 통과한 제2 레이저 빔(L2)은 제4 형태(도 5c의 Ld)의 세기 분포를 가질 수 있다. 제1 광학계(1210) 및 제2 광학계(1220)는 제3 방향(DR3)으로 나란히 배열될 수 있다.

도 7a를 참조하면, 제2 렌즈 그룹(1221)에 포함된 제m 렌즈(62)를 통과한 제2 레이저 빔(L2)은 제2 빔질 인자 변환부(1222)로 입사할 수 있다. 제2 빔질 인자 변환부(1222)로부터 출사되는 제2 레이저 빔(L2)은 제4 형태(도 5c의 Ld)의 세기 분포를 가질 수 있다.

도 7b를 참조하면, 제1 렌즈 그룹(1211)에 포함된 제m 렌즈(61)는 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 이에 따라, 제1 렌즈 그룹(1211)에 포함된 제m 렌즈(61)를 통과한 제1 레이저 빔(L1)이 제1 빔질 인자 변환부(1212)로 입사하는 위치가 제3 방향(DR3)으로 변할 수 있다. 또한, 제1 빔질 인자 변환부(1212)로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 제1 빔질 인자 변환부(1222)로부터 출사하는 제1 레이저 빔(L1)은 제4 형태(도 5c의 Ld)의 세기 분포를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 렌즈 그룹(1211)에 포함된 제m 렌즈(61)는 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다. 이에 따라, 제1 빔질 인자 변환부(1212)로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m-1 렌즈(미도시)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m 렌즈(62)의 제3 방향(DR3)으로의 오프-축(off-axis)으로 입사할 수 있다. 즉, 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m 렌즈(62)가 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 이 경우, 제1 렌즈 그룹(1211)의 제m 렌즈(61)로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)의 진행 방향과 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m 렌즈(62)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)의 진행 방향은 평행하지 않을 수 있다. 즉, 제1 렌즈 그룹(1211)의 제m 렌즈(61)가 제3 방향(DR3)으로 쉬프트되는 거리와 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m 렌즈(62)가 제3 방향(DR3)으로 쉬프트되는 거리는 다를 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘덴서 렌즈를 나타내는 도면이다. 도 9는 도 8의 8A 영역에 조사되는 레이저 빔들의 제3 방향에 대한 세기를 나타내는 그래프이다.

도 8을 참조하면, 콘덴서 렌즈(1300)는 제1 빔질 인자 변환부(1212)에서 출사되는 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 빔질 인자 변환부(1222)에서 출사되는 제2 레이저 빔(L2)을 굴절시켜 집광할 수 있다. 이에 따라, 콘덴서 렌즈(1300)로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)은 스테이지(1400)상의 8A 영역에서 중첩될 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 스테이지(1400) 상에 조사되는 레이저 빔들(L1, L2)의 세기는 중심부에서 가장 클 수 있다. 스테이지(1400) 상에 조사되는 레이저 빔들(L1, L2)의 세기는 상기 중심부로부터 제3 방향(DR3)으로 이격될수록 작아질 수 있다.

도 10a, 도 10b 및 도 10c는 도 9의 9A 영역을 확대한 그래프들이다.

도 10a, 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 스테이지(1400)에 조사된 제1 레이저 빔(L1)은 제3 방향(DR3)으로 제1 세기(intensity) 분포(10A)를 가질 수 있다. 또한, 스테이지(1400)에 조사된 제2 레이저 빔(L2)은 제3 방향(DR3)으로 제2 세기 분포(10B)를 가질 수 있다. 이 경우, 콘덴서 렌즈(1300) 표면의 미세한 흠결 등에 의해 제1 및 제2 세기 분포들(10A, 10B)에 불균질한 부분이 발생할 수 있다. 구체적으로, 제1 세기 분포(10A)에 있어서, 제1 레이저 빔(L1)의 최대 세기와 최소 세기 사이에 제1 세기 차이(D1)가 발생할 수 있다. 제2 레이저 빔(L2)의 제2 세기 분포(10B)에 있어서, 제2 레이저 빔(L2)의 최대 세기와 최소 세기 사이에 제2 세기 차이(D2)가 발생할 수 있다.

도 7a, 도 7b, 도8, 도 9, 도 10a, 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 제1 빔질 인자 변환부(1212)로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있으며, 제2 빔질 인자 변환부(1222)로부터 출사되는 제2 레이저 빔(L2)은 제3 방향(DR3)으로 쉬프트되지 않을 수 있다. 이에 따라, 콘덴서 렌즈(1300)를 통과하여 스테이지(1400)에 조사되는 제1 레이저 빔(L1)은 콘덴서 렌즈(1300)를 통과하여 스테이지(1400)에 조사되는 제2 레이저 빔(L2)에 비해 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 즉, 제1 세기 분포(10A)는 제2 세기 분포(10B)를 제3 방향(DR3)으로 제1 거리(D4)만큼 이동시킨 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 레이저 빔(L1)과 제2 레이저 빔(L2)은 스테이지(1400)의 8A영역에서 중첩하므로, 제1 세기 분포(10A)와 제2 세기 분포(10B)가 중첩하며 중첩 세기 분포(10C)를 나타낼 수 있다. 중첩 세기 분포(10C)에 있어서, 최대 세기와 최소 세기의 제3 차이(D3)는 제1 차이(D1) 또는 제2 차이(D2)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 스테이지(1400)에 조사되는 레이저 빔의 균질성이 향상될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 레이저 장치(1000)는 제1 세기 분포(10A)와 제2 세기 분포(10B) 사이에 제1 거리(D4)의 차이를 만들 수 있다. 이에 따라, 제1 세기 분포(10A)와 제2 세기 분포(10B)를 중첩하여 중첩 세기 분포(10C)를 형성함으로써 세기 분포의 균질성을 높일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 렌즈 그룹(1211)에 포함된 제m 렌즈(61)는 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다. 이에 따라, 스테이지(1400)에 조사되는 제1 레이저 빔(L1)이 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다. 따라서, 제1 세기 분포(10A)는 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다. 즉, 제1 거리(D4)는 일정 주기로 변할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m-1 렌즈(미도시)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m 렌즈(62)의 제3 방향(DR3)으로의 오프-축(off-axis)으로 입사할 수 있다. 이 경우, 제1 렌즈 그룹(1211)의 제m 렌즈(61)로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)의 진행 방향과 제2 렌즈 그룹(1221)의 제m 렌즈(62)로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)의 진행 방향은 평행하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제2 세기 분포(10B)가 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 또한, 제1 세기 분포(10A)와 제2 세기 분포(10B) 사이에 제1 거리(D4)의 차이를 만들 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 변환 유닛의 일부를 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하면, 제1 렌즈 그룹(1211)의 제m-1 렌즈(미도시)로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)은 제1 렌즈 그룹(1211)의 제m 렌즈(61)의 온-축(on-axis)으로 입사할 수 있다. 또한, 레이저 장치는 제1 렌즈 그룹(1211)의 제m 렌즈(61)와 제1 빔질 인자 변환부(1212) 사이에 배치되고, 제1 렌즈 그룹(1211)의 제m 렌즈(61)로부터 출사된 제1 레이저 빔(L1)을 제3 방향(DR3)으로 굴절시키는 프리즘(P)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 프리즘(P)으로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1)의 진행 방향은 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 프리즘(P)으로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 제1 빔질 인자 변환부(1212)로 입사할 수 있다. 제1 빔질 인자 변환부(1212)에서 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다.

도 8, 도 9, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 빔질 인자 변환부(1212)에서 출사되는 제1 레이저 빔(L1)은 콘덴서 렌즈(1300)를 통과하며 굴절되면서 스테이지(1400)에 조사될 수 있다. 스테이지(1400)에 조사되는 제1 레이저 빔(L1)은 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 이에 따라, 제1 세기 분포(10A)가 제3 방향(DR3)으로 쉬프트될 수 있다. 제1 세기 분포(10A)는 제2 세기 분포(10B)와 중첩하며, 균질성이 높은 제3 세기 분포(10C)를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 프리즘(P)은 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다. 이에 따라, 스테이지(1400)에 조사되는 제1 레이저 빔(L1)이 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다. 따라서, 제1 세기 분포(10A)는 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다. 즉, 제1 거리(D4)는 일정 주기로 변할 수 있다.

도 12a, 도 12b 및 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 설명하기 위한 도면들이다.

도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 나타내는 블록도이다. 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 방향 균질화부를 나타내는 단면도이다. 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔의 세기 분포를 나타내는 그래프이다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 레이저 장치(1000)는 빔 변환 유닛(1200)과 콘덴서 렌즈(1300)사이에 배치되는 제3 방향 균질화부(1500)를 더 포함할 수 있다. 제3 방향 균질화부(1500)는 제1 장축 균일화 렌즈(1510), 제2 장축 균일화 렌즈(1520) 및 제3 장축 균질화 렌즈(1530)를 포함할 수 있다. 제3 방향 균질화부(1500)는 빔 변환 유닛(1200)으로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)을 제3 방향(DR3)으로 균질화할 수 있다. 이에 따라, 스테이지(1400)에 조사되는 레이저 빔들(L1, L2)의 세기 분포가 상대적으로 균질해질 수 있다.

도 12c를 참조하면, 스테이지(1400)에 조사되는 레이저 빔들(L1, L2)은 제3 방향(DR3)으로 상대적으로 일정한 세기 분포를 나타낼 수 있다. 이 경우, 도 10a, 도 10b, 도 10c 각각은 도 12c의 12A 영역을 확대한 그래프들일 수 있다.

제1 장축 균일화 렌즈(1510)의 입사면은 볼록하고, 출사면은 평면일 수 있다. 제1 장축 균일화 렌즈(1510)는 복수의 렌즈들이 연속하여 연결된 구조일 수 있다. 빔 변환 유닛(1200)으로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)은 제1 장축 균일화 렌즈(1510)에 의해 굴절될 수 있다.

제1 장축 균일화 렌즈(1510)의 배면에는 제2 장축 균일화 렌즈(1520)가 배치될 수 있다. 제2 장축 균일화 렌즈(1520)는 복수의 렌즈들이 연속하여 연결된 구조일 수 있다. 제1 장축 균일화 렌즈(1510)의 초점은 제1 장축 균일화 렌즈(1510)와 제2 장축 균일화 렌즈(1520) 사이에 형성될 수 있다. 다만, 실시예들에 있어서, 제1 장축 균일화 렌즈(1510)의 초점은 제2 장축 균일화 렌즈(1520)의 내부에 형성될 수도 있고, 제2 장축 균일화 렌즈(1520)를 지나서 형성될 수도 있다. 제1 장축 균일화 렌즈(1510)에 의해 굴절된 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)은 제1 장축 균일화 렌즈(1510)의 초점에 집속된 후 다시 분산되어 제2 장축 균일화 렌즈(1520)로 입사될 수 있다.

제2 장축 균일화 렌즈(1520)의 배면에는 제3 장축 균질화 렌즈(1530)가 배치될 수 있다. 제3 장축 균질화 렌즈(1530)는 제3 방향(DR3)으로 확산되는 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)을 굴절시킬 수 있다. 제3 장축 균질화 렌즈(1530)로부터 출사되는 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)은 제1 방향(DR1)과 평행할 수 있다. 제3 장축 균질화 렌즈(1530)로부터 출사되는 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)은 제3 방향(DR3)으로 균질한 세기 분포를 가질 수 있다.

도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 설명하기 위한 도면들이다.

도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 나타내는 블록도이다. 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 방향 압축부 및 콘덴서 렌즈를 나타내는 단면도이다. 도 13c는 레이저 빔의 세기 분포를 나타내는 그래프이다.

도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 레이저 장치(1000)는 빔 변환 유닛(1200) 및 콘덴서 렌즈(1300)의 사이에 배치되는 제2 방향 압축부(1600)를 더 포함할 수 있다. 제2 방향 압축부(1600)는 제1 단축 압축렌즈(1610) 및 제2 단축 압축렌즈(1620)를 포함할 수 있다. 제2 방향 압축부(1600)는 빔 변환 유닛(1200)으로부터 출사되는 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)을 입력받아 제2 방향(DR2)으로 압축할 수 있다. 빔 변환 유닛(1200)으로부터 출사되는 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2) 각각은 1600a와 같은 세기 분포를 가질 수 있다.

빔 변환 유닛(1200)으로부터 출사되는 제1 레이저 빔(L1) 및 제2 레이저 빔(L2)은 제1 단축 압축렌즈(1610)에 의해 굴절될 수 있다. 제1 단축 압축렌즈(1610)는 원기둥 렌즈일 수 있다. 제1 단축 압축렌즈(1610)의 배면에는 제2 단축 압축렌즈(1620)가 배치될 수 있다. 제2 단축 압축렌즈(1620)는 원기둥 렌즈일 수 있다. 제1 단축 압축렌즈(1610)의 초점은 제1 단축 압축렌즈(1610)와 제2 단축 압축렌즈(1620) 사이에 형성될 수 있다. 제1 단축 압축렌즈(1610)에 의해 굴절된 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)은 제1 단축 압축렌즈(1610)의 초점에 집속된 후 다시 분산되어 제2 단축 압축렌즈 (1620)로 입사될 수 있다.

콘덴서 렌즈(1300)는 제2 방향(DR2)으로 확산되는 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)을 굴절시켜 집광할 수 있다. 콘덴서 렌즈(1300)에서 출사되는 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)은 제2 방향(DR2)으로 압축된 세기 분포를 가질 수 있다. 콘덴서 렌즈(1300)에서 출사되는 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)은 1600b와 같은 세기 분포를 가질 수 있다. 콘덴서 렌즈(1300)에서 출사되는 제1 및 제2 레이저 빔들(L1, L2)의 제2 방향(DR2)으로의 균질성은 상대적으로 클 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 나타내는 블록도이다.

도 14을 참조하면, 레이저 장치(1000)는 제2 방향 압축부(1600) 및 제3 방향 균질화부(1500)를 더 포함할 수 있다. 제2 방향 압축부(1600)는 빔 변환 유닛(1200) 및 콘덴서 렌즈(1300)의 사이에 배치될 수 있다. 제3 방향 균질화부(1500)는 제2 방향 압축부(1600) 및 콘덴서 렌즈(1300)의 사이에 배치될 수 있다.

제3 방향 균질화부(1500)는 도 12a 내지 도 12c를 참조하여 설명한 제3 방향 균질화부(1500)와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 방향 압축부(1600)는 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 설명한 제2 방향 압축부(1600)와 실질적으로 동일할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 나타내는 블록도이다.

도 15를 참조하면, 레이저 장치(2000)는 레이저 발생기(2100), 빔 변환 유닛(2200) 및 콘덴서 렌즈(2300)를 포함할 수 있다. 빔 변환 유닛(2200)은 제1 내지 제4 광학계들(2210, 2220, 2230, 2240)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 광학계들(2210, 2220, 2230, 2240) 각각은 렌즈 그룹 및 빔질 인자 변환부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 광학계(2210)는 제1 렌즈 그룹(2211) 및 제1 빔질 인자 변환부(2212)를 포함할 수 있으며, 제2 광학계(2220)는 제2 렌즈 그룹(2221) 및 제2 빔질 인자 변환부(2222)를 포함할 수 있고, 제3 광학계(2230)는 제3 렌즈 그룹(2231) 및 제3 빔질 인자 변환부(2232)를 포함할 수 있으며, 제4 광학계(2240)는 제4 렌즈 그룹(2241) 및 제4 빔질 인자 변환부(2242)를 포함할 수 있다.

레이저 발생기(2100)는 제1 광학계(2210)로 입사하는 제1 레이저 빔(L1), 제2 광학계(2220)로 입사하는 제2 레이저 빔(L2), 제3 광학계(2230)로 입사하는 제3 레이저 빔(L3) 및 제4 광학계(2240)로 입사하는 제4 레이저 빔(L4)을 제1 방향(DR1)으로 출사할 수 있다. 레이저 발생기(2100)는 도 1을 참조하여 설명한 레이저 발생기(1100)와 실질적으로 동일할 수 있다.

레이저 발생기(2100)로부터 출사하는 제1 레이저 빔(L1)은 제1 렌즈 그룹(2211)으로 입사할 수 있으며, 제2 레이저 빔(L2)은 제2 렌즈 그룹(2221)으로 입사할 수 있고, 제3 레이저 빔(L3)은 제3 렌즈 그룹(2231)으로 입사할 수 있으며, 제4 레이저 빔(L4)은 제4 렌즈 그룹(2241)으로 입사할 수 있다. 제1 내지 제4 렌즈 그룹들(2211, 2221, 2231, 2241) 각각은 제1 내지 제m 렌즈들(m은 2이상의 자연수)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 렌즈 그룹들(2211, 2221, 2231, 2241) 각각은 도 1, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 제1 렌즈 그룹(1211) 또는 제2 렌즈 그룹(1221)과 실질적으로 동일할 수 있다. 구체적으로, 제1 렌즈 그룹(2211) 및 제4 렌즈 그룹(2241)은 도 1, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 제1 렌즈 그룹(1211)과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 제1 렌즈 그룹(2211) 및 제4 렌즈 그룹(2241)에 포함된 제m 렌즈는 제3 방향(DR3)으로 쉬프트할 수 있다. 또한, 제2 렌즈 그룹(2221) 및 제3 렌즈 그룹(2231)은 도 1, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 제2 렌즈 그룹(1221)과 실질적으로 동일할 수 있다.

제1 렌즈 그룹(2211)으로부터 출사하는 제1 레이저 빔(L1)은 제1 빔질 인자 변환부(2212)로 입사할 수 있다. 제2 렌즈 그룹(2221)으로부터 출사하는 제2 레이저 빔(L2)은 제2 빔질 인자 변환부(2222)로 입사할 수 있다. 제3 렌즈 그룹(2231)으로부터 출사하는 제3 레이저 빔(L3)은 제3 빔질 인자 변환부(2232)로 입사할 수 있다. 제4 렌즈 그룹(2241)으로부터 출사하는 제4 레이저 빔(L4)은 제4 빔질 인자 변환부(2242)로 입사할 수 있다. 제1 내지 제4 빔질 인자 변환부들(2212, 2222, 2232, 2242)은 도 1, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 6, 도 7a, 도 7b를 참조하여 설명한 제1 빔질 인자 변환부(1212) 또는 제2 빔질 인자 변환부(1222)와 실질적으로 동일할 수 있다. 구체적으로, 제1 빔질 인자 변환부(2212) 및 제4 빔질 인자 변환부(2242)는 도 1, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 6, 도 7a, 도 7b를 참조하여 설명한 제1 빔질 인자 변환부(1212)와 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 제2 빔질 인자 변환부(2222) 및 제3 빔질 인자 변환부(2232)는 도 1, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 6, 도 7a, 도 7b를 참조하여 설명한 제2 빔질 인자 변환부(1222)와 실질적으로 동일할 수 있다.

콘덴서 렌즈(2300)는 빔 변환 유닛(2200)으로부터 출사하는 제1 내지 제4 레이저 빔(L1, L2, L3, L4)들을 굴절시켜 집광할 수 있다. 콘덴서 렌즈(2300)는 도 1, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 콘덴서 렌즈(1300)와 실질적으로 동일할 수 있다.

스테이지(2400)에는 콘덴서 렌즈(2300)로부터 출사된 제1 내지 제4 레이저 빔들(L1, L2, L3, L4)이 조사될 수 있다. 제1 내지 제4 레이저 빔들(L1, L2, L3, L4)은 굴절되며 스테이지(2400)에서 중첩될 수 있다. 스테이지(2400)에는 비정질 실리콘 기판이 배치될 수 있다. 상기 비정질 실리콘 기판은 제1 내지 제4 레이저 빔들(L1, L2, L3, L4)에 의해 결정화되어 다결정 실리콘 기판이 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 렌즈 그룹(2211)의 제m 렌즈 및 제4 렌즈 그룹(2241)의 제m 렌즈는 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제2 렌즈 그룹(2221)의 제m-1 렌즈로부터 출사된 제2 레이저 빔(L2)은 제2 렌즈 그룹(2221)의 제m 렌즈의 제3 방향(DR3)으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하고, 제3 렌즈 그룹(2231)의 제m-1 렌즈로부터 출사된 제3 레이저 빔(L3)은 제3 렌즈 그룹(2231)의 제m 렌즈의 제3 방향(DR3)으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하며, 제1 내지 제4 렌즈 그룹들(2211, 2221, 2231, 2241)의 제m 렌즈들로부터 출사된 제1 내지 제4 레이저 빔들(L1, L2, L3, L4)의 진행 방향은 서로 평행하지 않을 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제4 렌즈 그룹들(2211, 2221, 2231, 2241)의 제m 렌즈들은 제3 방향(DR3)으로 진동할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 레이저 장치(2200)는 빔 변환 유닛(2200)으로부터 출사된 제1 내지 제4 레이저 빔들(L1, L2, L3, L4)을 제3 방향(DR3)으로 균질화시키는 제3 방향 균질화부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 방향 균질화부(미도시)는 도 12a 내지 도 12c를 참조하여 설명한 제3 방향 균질화부(1500)와 실질적으로 동일할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 레이저 장치(2000)는 빔 변환 유닛(2200)으로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들을 상기 제2 방향으로 균질화시키는 제2 방향 압축부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 방향 압축부(미도시)는 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 설명한 제2 방향 압축부(1600)와 실질적으로 동일할 수 있다.

본 발명은 레이저 장치 등에 적용될 수 있다. 본 발명을 적용한 레이저 장치는 스마트폰, 태블릿, 노트북, 모니터 등을 포함하는 표시 장치의 제조 공정에 사용될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

L1, L2, L3, L4 : 레이저 빔 1000, 2000 : 레이저 장치
1100, 2100 : 레이저 발생기 1200, 2200 : 빔 변환 유닛
1300, 2300 : 콘덴서 렌즈 1400, 2400 : 스테이지
1210, 1220 : 제1 및 제2 광학계
2210, 2220, 2230, 2240 : 제1 내지 제4 광학계

Claims (20)

1. 제1 및 제2 레이저 빔들을 제1 방향으로 출사하는 레이저 발생기;
   상기 제1 레이저 빔이 입사하는 제1 광학계 및 상기 제2 레이저 빔이 입사하는 제2 광학계를 포함하는 빔 변환 유닛; 및
   상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들을 굴절시켜 집광하는 콘덴서 렌즈를 포함하며,
   상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계 각각은,
   상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 압축하는 제1 내지 제m 렌즈들(m은 2이상의 자연수)을 포함하는 렌즈 그룹; 및
   상기 렌즈 그룹으로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각을 상기 제2 방향으로 분할하여 복수의 조각 빔들을 형성하고, 상기 복수의 조각 빔들을 상기 제3 방향으로 배열하여 출사하는 빔질 인자 변환부를 포함하고,
   상기 제1 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔은 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하는 레이저 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈 그룹은 제1 내지 제4 렌즈들을 포함하며,
   상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는 상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제2 방향으로 연장하고,
   상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈는 상기 제1 및 제2 렌즈들로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제3 방향으로 압축하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 렌즈들 각각은 원기둥 렌즈(cylindrical lens)인 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈 그룹은 제1 내지 제3 렌즈들을 포함하며,
   상기 제1 내지 제3 렌즈들은 상기 제1 및 제2 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제2 방향으로 연장하며, 상기 제3 방향으로 압축하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제1 렌즈 및 상기 제3 렌즈 각각은 원기둥 렌즈이고, 상기 제2 렌즈는 구면 렌즈(spherical lens)인 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들을 상기 제3 방향으로 균질화시키는 제3 방향 균질화부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 제3 방향 균질화부는 제1 내지 제3 장축 균일화 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 및 제2 레이저 빔들을 상기 제2 방향으로 압축시키는 제2 방향 압축부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 제2 방향 압축부는 제1 단축 압축렌즈 및 제2 단축 압축렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈는 상기 제3 방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
11. 제 1항에 있어서, 상기 제2 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔은 상기 제2 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하며,
    상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔의 진행 방향과 상기 제2 광학계의 상기 제m 렌즈로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔의 진행 방향은 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈 및 상기 제2 광학계의 상기 제m 렌즈는 상기 제3 방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
13. 제 1항에 있어서, 상기 제1 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔은 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈의 온-축(on-axis)으로 입사하며,
    상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈와 상기 제1 광학계의 빔질 인자 변환부 사이에 배치되고, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔을 상기 제3 방향으로 굴절시키는 프리즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
14. 제 13항에 있어서, 상기 프리즘은 제3 방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
15. 제1 내지 제4 레이저 빔들을 제1 방향으로 출사하는 레이저 발생기;
    상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔이 입사하는 제1 광학계, 상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔이 입사하는 제2 광학계, 상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제3 레이저 빔이 입사하는 제3 광학계 및 상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제4 레이저 빔이 입사하는 제4 광학계를 포함하는 빔 변환 유닛; 및
    상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들을 굴절시켜 집광하는 콘덴서 렌즈를 포함하며,
    상기 제1 내지 제4 광학계들 각각은,
    상기 레이저 발생기로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들 각각의 사이즈를 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 압축하는 제1 내지 제m 렌즈들(m은 2이상의 자연수)을 포함하는 렌즈 그룹; 및
    상기 렌즈 그룹으로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들 각각을 상기 제2 방향으로 분할하여 복수의 조각 빔들을 형성하고, 상기 복수의 조각 빔들을 상기 제3 방향으로 배열하여 출사하는 빔질 인자 변환부를 포함하고,
    상기 제1 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제1 레이저 빔은 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하고,
    상기 제4 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제4 레이저 빔은 상기 제4 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하는 레이저 장치.
16. 제 15항에 있어서, 상기 제1 광학계의 상기 제m 렌즈 및 상기 제4 광학계의 상기 제m 렌즈는 상기 제3 방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
17. 제 15항에 있어서, 상기 제2 광학계의 상기 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제2 레이저 빔은 상기 제2 광학계의 상기 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하고,
    상기 제3 광학계의 제m-1 렌즈로부터 출사된 상기 제3 레이저 빔은 상기 제3 광학계의 제m 렌즈의 상기 제3 방향으로의 오프-축(off-axis)으로 입사하며,
    상기 제1 내지 제4 광학계들의 상기 제m 렌즈들로부터 출사된 상기 제1내지 제4 레이저 빔들의 진행 방향은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
18. 제 17항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 광학계들의 상기 제m 렌즈들은 상기 제3 방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
19. 제 15항에 있어서, 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들을 상기 제3 방향으로 균질화시키는 제3 방향 균질화부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
20. 제 15항에 있어서, 상기 빔 변환 유닛으로부터 출사된 상기 제1 내지 제4 레이저 빔들을 상기 제2 방향으로 압축시키는 제2 방향 압축부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 레이저 장치.

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