KR20240053416A - 레이저 열처리 장치 및 레이저 열처리 방법 - Google Patents

레이저 열처리 장치 및 레이저 열처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 열처리 장치 및 레이저 열처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빔 스캐너와 스캐닝 렌즈부를 통해 피처리물을 레이저 빔으로 스캔하여 열처리하는 레이저 열처리 장치 및 레이저 열처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저 열처리 장치는 레이저 빔을 방출하는 레이저 발진부; 피처리물에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 빔 스캐너; 상기 빔 스캐너로부터 전달되는 상기 레이저 빔을 상기 피처리물 상에 조사하는 스캐닝 렌즈부; 및 상기 레이저 발진부와 상기 빔 스캐너의 사이에 제공되어, 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 음향 광학 변조부;를 포함할 수 있다.

Description

레이저 열처리 장치 및 레이저 열처리 방법{Laser annealing apparatus and laser annealing method}
본 발명은 레이저 열처리 장치 및 레이저 열처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빔 스캐너와 스캐닝 렌즈부를 통해 피처리물을 레이저 빔으로 스캔하여 열처리하는 레이저 열처리 장치 및 레이저 열처리 방법에 관한 것이다.
저온 폴리실리콘(Low Temperature Poly-Si; LTPS) 공정은 비정질 실리콘(α-Si)을 폴리 실리콘(poly-Si)으로 변환시키는 디스플레이(display) 핵심 공정이며, 저온 폴리실리콘(LTPS) 공정은 엑시머 레이저 열처리(Excimer Laser Annealing; ELA) 기술을 이용한 좁은 영역에 높은 에너지를 조사시킴으로써 유리 기판에 영향을 주지 않으면서 비정질 실리콘(α-Si)을 폴리 실리콘(poly-Si)으로 변환시키는 결정화 기술이 산업의 주를 이루고 있다.
엑시머 레이저(Excimer Laser)는 기체 레이저로서, 단파장(λ= 308 ㎚) 영역의 파장대를 가지고 있어 비정질 실리콘(α-Si)과 폴리 실리콘(poly-Si)에 대한 흡수율이 높을 뿐만 아니라 다른 단파장 레이저들과 비교하여 높은 출력을 가지고 있어 레이저 결정화 기술의 개발 초기 단계부터 사용되어 오고 있다.
하지만, 엑시머 레이저는 기체 레이저의 특성 상 레이저 튜브 교체 및 레이저 구동을 위한 가스 충전 등으로 인한 높은 유지 비용 및 대형 광학계로 인한 초기 투자 비용이 높아 높은 제조 단가에 대한 부담이 있다. 또한, 엑시머 레이저 열처리(ELA) 시스템을 이용하여 결정화 공정을 진행할 경우에 광학계에서 발생한 회절에 의한 스캔 무라(Scan mura)와 레이저 펄스 피크(pulse peak) 간의 불안정성에 의한 샷 무라(Shot mura)가 발생하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하고자 광섬유 레이저(Fiber Laser) 등을 이용한 스팟 빔 열처리(Spot Beam Annealing; SBA) 기술이 개발되었으나, 종래의 스팟 빔 열처리(SBA) 기술은 빔 스캐너를 통해 레이저 빔(laser beam)으로 유리 기판을 스캔하는 경우에 레이저 빔의 조사 위치에 따라 입사 각도가 달라져 유리 기판 표면에서의 레이저 빔의 크기(size)가 달라지고, 레이저 빔의 크기에 따라 레이저 빔의 세기(intensity)가 달라지는 문제점이 있다.
등록특허 제10-0667899호
본 발명은 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기가 전체적으로 균일한 레이저 열처리 장치 및 레이저 열처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저 열처리 장치는 레이저 빔을 방출하는 레이저 발진부; 피처리물에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 빔 스캐너; 상기 빔 스캐너로부터 전달되는 상기 레이저 빔을 상기 피처리물 상에 조사하는 스캐닝 렌즈부; 및 상기 레이저 발진부와 상기 빔 스캐너의 사이에 제공되어, 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 음향 광학 변조부;를 포함하고, 상기 음향 광학 변조부는 상기 레이저 빔의 조사 위치에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다.
상기 음향 광학 변조부는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 멀어질수록 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있다.
상기 피처리물을 지지하는 스테이지; 및 상기 스테이지를 제1 방향으로 이동시키는 스테이지 이동부;를 더 포함하고, 상기 빔 스캐너는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키며, 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에 대응되어 제공되고, 상기 피처리물의 입사면은 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 중심으로 대칭될 수 있다.
상기 음향 광학 변조부는 상기 입력 신호를 인가하는 신호입력부를 포함하고, 상기 신호입력부는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 입력 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다.
상기 스캐닝 렌즈부는 에프세타 렌즈를 포함하고, 상기 신호입력부는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서의 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있다.
상기 레이저 빔의 크기는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 증가할 수 있다.
상기 신호입력부는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 레이저 빔의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있다.
상기 제1 방향에 대해 소정 각도로 상기 스테이지를 회전시키는 스테이지 회전부;를 더 포함하고, 상기 스테이지 이동부는 상기 소정 각도로 회전된 상기 스테이지를 제1 속도로 이동시키며, 상기 빔 스캐너는 상기 제1 속도로 이동되는 상기 스테이지의 상기 피처리물 상에서 제2 속도로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시킬 수 있다.
상기 빔 스캐너의 반사 각도를 기반으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 획득하여 상기 음향 광학 변조부를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 열처리 방법은 레이저 발진부에서 레이저 빔을 방출하는 과정; 음향 광학 변조부를 이용하여 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 발진부로부터 입사되는 상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정; 빔 스캐너를 이용하여 상기 음향 광학 변조부로부터 전달되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 과정; 및 스캐닝 렌즈부를 통해 상기 빔 스캐너로부터 전달되는 상기 레이저 빔을 피처리물 상에 조사하는 과정;을 포함하고, 상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 방향에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다.
상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 멀어질수록 상기 피처리물 상에 조사되는 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있다.
상기 피처리물을 제1 방향으로 이동시키는 과정;을 더 포함하고, 상기 빔 스캐너는 상기 피처리물의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향 중앙부에 대응되어 제공되며, 상기 피처리물의 입사면은 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 중심으로 대칭되고, 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하여 상기 제2 방향으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시킬 수 있다.
상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정은 신호입력부에 의해 상기 입력 신호를 인가하는 과정을 포함하고, 상기 입력 신호를 인가하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 진폭이 증가된 입력 신호를 인가할 수 있다.
상기 스캐닝 렌즈부는 에프세타 렌즈를 포함하고, 상기 입력 신호를 인가하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 증가된 진폭을 갖는 입력 신호를 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 각각 인가할 수 있다.
상기 레이저 빔의 크기는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 증가되고, 상기 입력 신호를 인가하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 레이저 빔의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 증가된 진폭을 갖는 입력 신호를 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 각각 인가할 수 있다.
상기 제1 방향에 대해 소정 각도로 상기 피처리물을 회전시키는 과정;을 더 포함하고, 상기 제1 방향으로 이동시키는 과정에서는 상기 소정 각도로 회전된 상기 피처리물을 제1 속도로 이동시키고, 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 과정에서는 상기 제1 속도로 이동되는 상기 피처리물 상에서 제2 속도로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시킬 수 있다.
상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정은 상기 빔 스캐너에 의해 조절되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 기반으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 획득하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 열처리 장치는 레이저 발진부와 빔 스캐너의 사이에 음향 광학 변조부가 제공되어 입력 신호의 진폭에 따라 레이저 빔의 세기(intensity)를 제어할 수 있으므로, 레이저 빔의 조사 위치에 따라 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다. 이를 통해 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기(또는 단위면적당 에너지)를 입사면 전체적으로 균일하게 할 수 있다.
특히, 스캐닝 렌즈부를 사용하는 경우에는 레이저 발진부에서의 방출 에너지가 동일하더라도 레이저 빔의 조사 위치에 따라 피처리물의 입사면에 입사되는 입사 각도가 달라지고 입사 각도에 따른 입사면에서의 레이저 빔의 크기(size)가 달라지게 되어, 레이저 빔의 크기에 따라 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기가 달라지게 된다. 하지만, 음향 광학 변조부를 통해 입력 신호의 진폭에 따라 레이저 빔의 세기를 제어하여 레이저 빔의 조사 위치에 따라 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기를 조절함으로써, 스캐닝 렌즈부의 사용으로 레이저 빔의 조사 위치별 레이저 빔의 크기가 달라지게 되더라도 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기를 균일(또는 동일)하게 유지할 수 있다.
여기서, 레이저 발진부에서는 동일한 방출 에너지의 레이저 빔을 방출하면서 음향 광학 변조부를 통해 입력 신호의 진폭만을 조절하여 레이저 빔의 조사 위치에 따른 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기를 조절하므로, 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키는 레이저 빔의 이동 속도(또는 스캔 속도)에 맞추어(또는 대응되어) 빠르게 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다. 또한, 레이저 발진부에서는 출력 변동 없이 동일한 방출 에너지로 레이저 빔을 방출할 수 있으므로, 출력 변동에 따른 출력 불안정을 방지할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 열처리 장치를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스캐너와 스캐닝 렌즈부를 통한 레이저 빔 스캔을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔의 조사 위치별 입력 신호 제어에 따른 레이저 빔의 세기 조절을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이지의 이동방향과 레이저 빔의 이동방향을 설명하기 위한 개념도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 열처리 방법을 나타낸 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 열처리 장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 스캐너와 스캐닝 렌즈부를 통한 레이저 빔 스캔을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 열처리 장치(100)는 레이저 빔(20)을 방출하는 레이저 발진부(110); 피처리물(10)에 조사되는 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 조절하는 빔 스캐너(120); 상기 빔 스캐너(120)로부터 전달되는 상기 레이저 빔(20)을 상기 피처리물(10) 상에 조사하는 스캐닝 렌즈부(130); 및 상기 레이저 발진부(110)와 상기 빔 스캐너(120)의 사이에 제공되어, 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 빔(20)의 세기를 제어하는 음향 광학 변조부(140);를 포함할 수 있다.
레이저 발진부(110)는 레이저 빔(laser beam, 20)을 방출할 수 있으며, 방출된 레이저 빔(20)을 음향 광학 변조(Acousto-optic modulation)부(140)의 음향광학변조기(Acousto-Optic Modulator; AOM, 142)에 입사시킬 수 있다. 여기서, 레이저 발진부(110)는 특별히 한정되지 않으며, 펄스 레이저(Pulsed laser) 발진기 또는 연속발진(Continuous Wave; CW) 레이저 발진기일 수도 있고, 10 ㎒ 이상의 반복 주파수(Frequency, Lf)를 갖는 펄스 레이저 발진기일 수도 있다. 이때, 레이저 발진부(110)는 광섬유 레이저(Fiber Laser), 고체 펄스 레이저(Solid-state Pulsed Laser), 연속파 고체 레이저(Continuous Wave Solid-state Laser) 또는 엑시머 레이저(Excimer Laser) 등을 포함할 수 있으며, 고주파수(high frequency) 광섬유 레이저(예를 들어, 고주파수 녹색 광섬유 레이저(Green Fiber Laser), 적외선 광섬유 레이저(Infra-Red(IR) Fiber Laser), 자외선 광섬유 레이저(Ultra-Violet(UV) Fiber Laser) 등)를 사용할 수 있다.
빔 스캐너(120)는 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(20)의 조사 위치를 조절할 수 있으며, 음향 광학 변조부(140)로부터 전달(또는 입사)되는 레이저 빔(20)의 조사 방향(또는 출사 방향)을 변경(또는 조정)하여 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 조절할 수 있다. 여기서, 빔 스캐너(120)는 특별히 한정되지 않으며, 갈바노미러(Galvano Mirror)를 포함하는 갈바노 스캐너(Galvano scanner)일 수도 있고, 다면거울(polygon mirror)를 포함하는 폴리곤 스캐너(Polygon scanner)일 수도 있다.
예를 들어, 빔 스캐너(120)는 도 2와 같이 제1 미러(121)를 포함할 수 있으며, 제1 미러(121)를 소정 각도 회전시켜 제1 미러(121)의 회전 각도(즉, 상기 소정 각도)에 따라 레이저 빔(20)의 반사 각도를 조정(또는 조절)함으로써, 레이저 빔(20)의 조사 방향을 변경(또는 조절)할 수 있다. 이에 따라 피처리물(10) 상(즉, 상기 피처리물의 입사면)에서 레이저 빔(20)의 조사 위치가 이동(또는 조절)될 수 있다. 이때, 빔 스캐너(120)는 제1 미러(121)의 반사면에 레이저 빔(20)을 입사시키기 위한 제2 미러(122)를 더 포함할 수도 있으며, 제2 미러(122)를 통해 제1 미러(121)에서 레이저 빔(20)의 입사 위치를 조정(또는 조절)할 수 있고, 제1 미러(121)의 반사면 중앙(또는 중심)에 레이저 빔(20)이 입사되도록 할 수 있다.
스캐닝 렌즈부(130)는 빔 스캐너(120)로부터 전달되는 레이저 빔(20)을 피처리물(10) 상에 조사할 수 있으며, 레이저 빔(20)을 집중시켜 피처리물(10)에 조사할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 렌즈부(130)는 집속(focusing) 렌즈(또는 집광 렌즈)를 포함할 수 있고, 집속 렌즈(또는 집광 렌즈)를 통해 레이저 빔(20)을 집속(또는 집중)시킬 수 있다.
음향 광학 변조부(140)는 레이저 발진부(110)와 빔 스캐너(120)의 사이에 제공될 수 있으며, 입력 신호(예를 들어, 전기 신호)의 진폭에 따라 레이저 빔(20)의 세기(intensity)를 제어(또는 조절)할 수 있다. 여기서, 음향 광학 변조부(140)는 음향광학변조기(AOM, 142)를 포함할 수 있으며, 음향광학변조기(142)는 음향 광학 효과를 이용하여 레이저 빔(20)을 변조할 수 있고, 브래그 셀(Bragg cell)이라 불릴 수 있다.
예를 들어, 음향광학변조기(142)는 입사된 레이저 빔(20)의 적어도 일부를 입사방향과 상이한 방향으로 회절(diffraction) 또는 편향시킬 수 있으며, 크리스탈층, 상기 크리스탈층의 일측에 연결되어 진동을 제공하는 압전 변환기 및 상기 크리스탈층의 타측에 배치되어 음향을 흡수하는 흡수부를 포함할 수 있다. 상기 크리스탈층은 진동에 의해 음파를 생성할 수 있는 재질일 수 있으며, 유리 또는 석영(Quartz)일 수 있다.
상기 압전 변환기가 전기 신호 등의 상기 입력 신호에 의해 진동함에 따라 상기 크리스탈층에서 소정의 음파가 생성되며, 생성된 음파에 의해 입사된 레이저 빔(20)의 일부는 상기 크리스탈층에서 회절(또는 편향)될 수 있고, 나머지 레이저 빔(20)은 상기 크리스탈층에서 회절되지 않고 투과할 수 있다. 이때, 상기 크리스탈층을 투과한 레이저 빔(20)은 빔 스캐너(120)로 전달(또는 입사)될 수 있고, 상기 크리스탈층에서 회절된 회절빔(25)은 덤퍼(dumper) 등에 의해 흡수될 수 있다.
여기서, 회절빔(25)의 회절 각도는 생성된 음파의 주파수(frequency)에 따라 달라지며, 생성된 음파는 상기 압전 변환기에 의해 가해진 진동(또는 상기 입력 신호의 주파수)에 따라 달라질 수 있다. 또한, 회절빔(25)의 비율(또는 양)은 생성된 음파의 진폭(amplitude)에 따라 달라질 수 있으며, 상기 압전 변환기에 인가되는 상기 입력 신호의 진폭에 따라 상기 생성된 음파의 진폭이 달라질 수 있다. 즉, 상기 입력 신호의 진폭에 따라 상기 회절빔(25)의 비율이 결정될 수 있으며, 상기 회절빔(25)의 비율에 따라 레이저 빔(20)의 세기가 달라질(또는 조절될) 수 있다.
여기서, 음향 광학 변조부(140)는 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에 따라 상기 레이저 빔(20)의 세기를 조절할 수 있다. 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에 따라 스캐닝 렌즈부(130)에서의 출사 각도(θ1,θ2)가 달라지고, 피처리물(10)의 입사면에서 입사 각도가 달라질 수 있으며, 피처리물(10)의 입사면에서의 입사 각도에 따라 피처리물(10)의 입사면에서 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지(또는 세기)가 달라질(또는 변화할) 수 있다. 이에 따라 음향 광학 변조부(140)를 통해 상기 레이저 빔(20)의 세기를 조절하여 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에 따라 상기 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지가 달라지지 않고 균일하게 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치(100)는 레이저 발진부(110)와 빔 스캐너(120)의 사이에 음향 광학 변조부(140)가 제공되어 상기 입력 신호의 진폭에 따라 레이저 빔(20)의 세기를 제어할 수 있으므로, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에 따라 상기 레이저 빔(20)의 세기를 조절할 수 있다. 이를 통해 피처리물(10)에 조사되는 상기 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지를 피처리물(10)의 입사면 전체적으로 균일하게 할 수 있다.
한편, 피처리물(10)은 유리(glass) 기판, 웨이퍼(wafer) 등의 기판을 포함할 수 있으며, 본 발명의 레이저 열처리 장치(100)는 저온 폴리실리콘(Low Temperature Poly-Silicon; LTPS) 및/또는 저온 다결정 산화물(Low Temperature Poly-crystalline Oxide; LTPO) 공정에 사용될 수 있다. 이때, 레이저 열처리 장치(100)는 스팟 빔(spot beam)으로 집속(focus)하여 피처리물(10)에 레이저 빔(20)을 조사할 수 있으며, 이에 따라 스팟 빔의 체류 시간과 실리콘(Si) 박막의 열 변동성을 모두 유연하게 변화시킬 수 있어 미세 구조의 균일성을 전례없는 수준으로 제어(control)가 가능할 수 있다. 여기서, 레이저 발진부(110)에 반영구적 수명을 가진 광섬유 레이저를 사용함으로써, 유지비용 측면에서 많은 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 라인 빔(Line beam)을 형성하기 위해 필요한 대형 광학 부품에 대한 비용을 비교적 절감시킬 수 있다.
그리고 스팟 빔을 이용하는 스팟 빔 열처리(Spot Beam Annealing; SBA) 시스템의 경우에는 대형 광학계를 사용하지 않는 스팟 빔을 기반으로 공정을 진행함에 따라 수없이 많은 펄스가 중첩되어 결정화가 진행되므로, 레이저 펄스 피크(pulse peak)의 변동성에 의한 불안정한 에너지 밀도가 안정적으로 상충될 수 있어 샷 무라(shot mura)에 의한 소자의 결함이 크게 감소할 수 있다. 또한, 스팟 빔 열처리(SBA) 시스템은 현재 상용화되어 있는 결정화 장비들과 비교하였을 때에 매우 작은 크기의 장비일 수 있으며, 디스플레이(display) 패널(panel) 크기에 따라 여러 대의 스팟 빔 열처리(SBA) 시스템을 연결하여 대형 패널의 결정화가 가능할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔의 조사 위치별 입력 신호 제어에 따른 레이저 빔의 세기 조절을 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 음향 광학 변조부(140)는 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 빔 스캐너(120)로부터 멀어질수록 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시킬 수 있으며, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 빔 스캐너(120)로부터 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)에서 멀어질수록 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시킬 수 있고, 빔 스캐너(120)에서 피처리물(10)의 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)로부터 먼 레이저 빔(21a,21e)의 조사 위치(E1,E2)에서 상기 레이저 빔(20)의 세기를 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)보다 증가시킬 수 있다.
스캐닝 렌즈부(130)는 에프세타 렌즈(F theta Lens)를 포함할 수 있으며, 빔 스캐너(120)에서 기울기(즉, 입사각)을 가지고 에프세타 렌즈(Fθ Lens)로 입사되어 상기 에프세타 렌즈를 통해 피처리물(10)의 입사면에 수직이 아닌 입사 각도로 입사되는 레이저 빔(21a,21b,21d,21e)의 크기(size)가 피처리물(10)의 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 크기보다 커질 수 있다. 즉, 상기 에프세타 렌즈의 사용 시에 피처리물(10)의 입사면에 입사되는 레이저 빔(20)의 입사 각도에 따라 피처리물(10)의 입사면에 닿는(또는 투영되는) 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기(또는 상기 피처리물의 입사면에서의 레이저 빔의 크기)가 달라질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이지의 이동방향과 레이저 빔의 이동방향을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치(100)는 피처리물(10)을 지지하는 스테이지(161); 및 스테이지(161)를 제1 방향(11)으로 이동시키는 스테이지 이동부(162);를 더 포함할 수 있다.
스테이지(161)는 피처리물(10)을 지지할 수 있으며, 실리콘(Si) 웨이퍼(wafer), 반도체 웨이퍼 등의 기판 또는 비정질 실리콘(α-Si) 등의 박막이 형성된 유리 기판 등과 같은 피처리물(10)이 수평으로 안착(loading)될 수 있다. 예를 들어, 스테이지(161)는 흡착(adsorption) 또는 점착 등에 의해 피처리물(10)을 고정(chucking)하여 지지할 수 있으며, 정전기력(electrostatic force)을 이용하는 정전척(Electrostatic Chuck; ESC) 또는 진공(vacuum) 흡착을 위한 다수의 진공 흡착구 등을 포함할 수 있고, 점착을 위한 점착층을 포함할 수도 있다. 여기서, 스테이지(161)는 레이저 빔(20)을 조사하여 열처리(annealing)하는 동안 피처리물(10)을 지지(또는 고정)하여 소정의 수평 위치로 유지하게 할 수 있다. 한편, 스테이지(161)는 빔 스캐너(120) 및/또는 스캐닝 렌즈부(130)에 대해 상대 이동할 수 있도록 스테이지 이동부(162)에 의해 이동할 수도 있으며, 제1 방향(11)과 제2 방향(12)으로 모두 이동할 수도 있고, 제1 방향(11)과 제2 방향(12) 중 어느 하나의 방향(11 or 12)으로만 이동할 수도 있다. 예를 들어, 스테이지(161)는 도 4와 같이 제1 방향(11)으로 이동할 수 있다. 한편, 스테이지(161)는 피처리물(10)을 가열하는 가열 수단(heating unit)을 포함할 수도 있다.
스테이지 이동부(162)는 스테이지(161)를 제1 방향(11)으로 이동시킬 수 있으며, 스테이지(161)와 연결되어 스테이지(161)를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 스테이지 이동부(162)는 제1 방향(11)으로 연장되는 레일(rail, 162a) 및 스테이지(161)와 연결되어, 레일(162a)을 따라 이동 가능하도록 레일(162a)에 결합되는 이동체(162b)를 포함할 수 있다. 스테이지(161)와 연결된 이동체(162b)가 제1 방향(11)으로 연장되는 레일(162a)을 따라 이동함으로써, 스테이지(161)를 제1 방향(11)으로 이동시킬 수 있다.
여기서, 빔 스캐너(120)는 제1 방향(11)과 교차하는 제2 방향(12)으로 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 이동시킬 수 있으며, 멈춰(또는 정지해) 있는 피처리물(10)의 입사면 상에서 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 제2 방향(12)으로 이동하도록 할 수 있다. 이를 통해 스팟 빔을 제2 방향(12)으로 스캔(또는 이동)할 수 있으며, 제2 방향(12)으로 연장되는 영역(또는 면적)에 레이저 빔(20)을 조사할 수 있고, 라인 빔과 같이 상기 제2 방향(12)으로 연장되는 영역을 열처리할 수 있다. 한편, 피처리물(10)이 지지된 스테이지(161)를 제1 방향(11)으로 이동시키면서 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 제2 방향(12)으로 이동시켜 피처리물(10)에 대해 주사선 스캔(raster scanning)을 진행할 수도 있으며, 스캔(scan) 중에 스테이지(161)를 이동시키고 정지시키거나, 레이저 빔(20)을 온(On)/오프(Off)하는 시간이 없어 피처리물(10)의 입사면 전체를 빠르게 스캔할 수 있다.
이때, 빔 스캐너(120)는 피처리물(10)의 제2 방향(12) 중앙부에 대응되어 제공될 수 있고, 피처리물(10)의 입사면은 빔 스캐너(120)로부터 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)를 중심으로 대칭될 수 있다. 빔 스캐너(120)를 중심으로 피처리물(10)의 입사면이 제2 방향(12) 양측으로 대칭되도록 빔 스캐너(120)를 피처리물(10)의 제2 방향(12) 중앙(부)에 대응되어 제공할 수 있으며, 이에 따라 피처리물(10)의 입사면이 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)를 중심으로 대칭될 수 있고, 제2 방향(12) 양측으로 대칭될 수 있다. 이를 통해 피처리물(10)의 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기 변화가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)를 중심으로 대칭되도록 할 수 있으며, 이에 따라 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기에 따라 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별 중첩률이 달라져 피처리물(10)의 위치(또는 영역)별로 단위면적당 누적에너지(또는 축적에너지)가 달라지는 것을 보상(또는 보정)해줄 수 있고, 피처리물(10)의 입사면 전체적으로 단위면적당 누적에너지를 균일하게 해줄 수 있다.
또한, 최대 크기의 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21e)과 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 크기 차이가 최소화될 수 있으며, 이에 따라 상기 레이저 빔(20)의 세기의 조절 폭(또는 범위)이 줄어들 수 있고, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 이동시키는 레이저 빔(20)의 이동 속도(또는 스캔 속도)에 맞추어(또는 대응되어) 빠르게 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별로(또는 상기 레이저 빔의 조사 위치마다) 상기 레이저 빔(20)의 세기를 조절할 수 있다. 한편, 피처리물(10)의 입사면이 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)를 중심으로 대칭되도록 빔 스캐너(120)가 피처리물(10)의 제2 방향(12) 중앙(부)에 대응되어 제공됨으로써, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기 차이로 인한 무라(mura)가 억제 또는 방지될 수 있고, 최소화될 수도 있다.
이러한 경우, 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기는 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 피처리물(10)의 제2 방향(12) 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 증가할 수 있으며, 피처리물(10)의 제2 방향(12) 가장자리부로 갈수록 스캐닝 렌즈부(130)에서의 출사 각도(θ1,θ2)가 커지게 되고 상기 입사면과 이루는 입사 각도는 줄어들게 됨으로써, 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기가 커질 수 있다.
예를 들어, 피처리물(10)의 (상기 제2 방향) 일측 가장자리(E1)에 조사되는 레이저 빔(21a)은 스캐닝 렌즈부(130)에서의 출사 각도(θ1)가 제일 크고, 상기 입사면과 이루는 입사 각도는 제일 작을 수 있으며, 피처리물(10)의 (상기 제2 방향) 타측 가장자리(E2)에 조사되는 레이저 빔(21e)도 스캐닝 렌즈부(130)에서의 출사 각도(θ2)가 제일 크고, 상기 입사면과 이루는 입사 각도는 제일 작을 수 있다. 이에 따라 피처리물(10)의 (상기 제2 방향) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)에 조사되는 레이저 빔(21a, 21e)의 크기가 가장 클 수 있다. 그리고 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)은 스캐닝 렌즈부(130)에서의 출사 각도가 0°로 가장 작을 수 있고, 상기 입사면과 이루는 입사 각도는 90°로 가장 클 수 있다. 이에 따라 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)이 가장 작을 수 있다.
이렇게 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기가 커질수록 레이저 발진부(110)에서의 방출 에너지가 동일한 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지가 작아질 수 있으며, 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지 차이 및/또는 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기 차이에 따라 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별로 결정화 상태에 따른 차이가 발생할 수 있다. 상기 입사면에서의 레이저 빔(20)의 크기를 균일(또는 동일)하게 하기 위해 레이저 빔(20)을 커팅(cutting)하는 등 광학적으로 레이저 빔(20)을 조절할 수도 있으나, 레이저 빔(20)을 광학적으로 조절하는 경우에는 빔 뒤틀림(beam distortion) 등의 우려가 발생할 수 있다.
따라서, 음향 광학 변조부(140)는 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 빔 스캐너(120)로부터 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)에서 멀어질수록 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시킬 수 있으며, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 피처리물(10)의 제2 방향(12) 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시킬 수 있다.
다시 말하면, 스캐닝 렌즈부(130)를 사용하는 경우에는 레이저 발진부(110)에서의 방출 에너지가 동일하더라도 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에 따라 피처리물(10)의 입사면에 입사되는 입사 각도가 달라지고 입사 각도에 따른 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기가 달라지게 되어, 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기에 따라 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지(또는 세기)가 달라지게 된다. 하지만, 음향 광학 변조부(140)를 통해 상기 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 빔(20)의 세기를 제어하여 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에 따라 상기 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지를 조절함으로써, 스캐닝 렌즈부(130)의 사용으로 레이저 빔(20)의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기가 달라지게 되더라도 상기 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지를 균일(또는 동일)하게 유지할 수 있다.
음향 광학 변조부(140)는 상기 입력 신호를 인가하는 신호입력부(141)를 (더) 포함할 수 있다. 신호입력부(141)는 상기 입력 신호를 인가할 수 있으며, 음향광학변조기(142)에 상기 입력 신호를 인가할 수 있고, 인가된 상기 입력 신호에 따라 레이저 발진부(110)로부터 입사된 레이저 빔(20)의 적어도 일부를 음향광학변조기(142)에서 입사방향과 상이한 방향으로 회절(또는 편향)시킬 수 있다.
예를 들어, 신호입력부(141)는 상기 입력 신호로 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 신호 또는 고주파(high frequency) 신호를 음향광학변조기(142)의 상기 압전 변환기에 인가할 수 있으며, 상기 압전 변환기가 상기 입력 신호에 의해 진동함에 따라 상기 크리스탈층에서 소정의 음파가 생성되어, 생성된 음파에 의해 레이저 발진부(110)로부터 입사된 레이저 빔(20)의 일부가 상기 크리스탈층에서 회절(또는 편향)될 수 있다. 상기 크리스탈층에서 회절된 회절빔(25)의 회절 각도는 상기 생성된 음파의 주파수에 따라 달라질 수 있으며, 상기 생성된 음파는 상기 압전 변환기에 의해 가해진 진동에 따라 달라질 수 있고, 상기 생성된 음파의 주파수는 상기 압전 변환기에 인가되는 상기 입력 신호의 주파수(Frequency, Sf)에 따라 상기 압전 변환기에 의해 가해진 진동(의 주파수)이 달라져 변화될 수 있다. 또한, 회절빔(25)의 비율이 상기 생성된 음파의 진폭에 따라 달라질 수 있으며, 상기 압전 변환기에 인가되는 상기 입력 신호의 진폭에 따라 상기 압전 변환기에 의해 가해진 진동(의 진폭)이 달라져 상기 생성된 음파의 진폭이 변화될 수 있고, 상기 입력 신호의 진폭에 따라 결정되는 상기 회절빔(25)의 비율에 따라 레이저 빔(20)의 세기가 달라질(또는 조절될) 수 있다. 이때, 상기 입력 신호의 진폭이 커질수록 상기 회절빔(25)의 비율이 감소하여 상기 레이저 빔(20)의 세기(또는 단위면적당 에너지)가 (상대적으로) 증가할 수 있다.
그리고 신호입력부(141)는 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 피처리물(10)의 제2 방향(12) 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 입력 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다. 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 피처리물(10)의 제2 방향(12) 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시켜야 하므로, 신호입력부(141)는 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 피처리물(10)의 제2 방향(12) 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 입력 신호의 진폭을 증가시켜 상기 회절빔(25)의 비율을 감소시킴으로써, 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시킬 수 있다. 이때, 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)은 음향 광학 변조부(140)에서 레이저 발진부(110)에서의 방출 에너지보다 줄어들어 레이저 발진부(110)에서 방출되는 방출 에너지보다 작은 단위면적당 에너지(또는 세기)로 피처리물(10)의 입사면에 입사될 수 있다. 그리고 상기 입사면에 수직이 아닌 입사 각도로 입사되는 레이저 빔(21a,21b,21d,21e)은 상기 입사 각도에 따라 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21d,21e)의 크기가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)보다 커져 레이저 발진부(110)에서 방출되는 방출 에너지보다 작은 단위면적당 에너지로 피처리물(10)의 입사면에 입사될 수 있으며, 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21e)의 크기가 가장 커서 단위면적당 에너지가 가장 작은 피처리물(10)의 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)에 조사되는 레이저 빔(21a, 21e)의 단위면적당 에너지에 맞춰 줄 수 있도록 피처리물(10)의 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)보다 큰 입사 각도로 입사되는 레이저 빔(21b,21d)은 음향 광학 변조부(140)에서도 레이저 빔(20)의 에너지(또는 세기)가 줄어들 수 있다.
즉, 음향 광학 변조부(140)에서 신호입력부(141)에 의해 인가되는 상기 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 빔(20)의 세기를 제어하여, 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)을 포함하여 피처리물(10)의 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)보다 큰 입사 각도로 입사되는 레이저 빔(21b,21c,21d)의 단위면적당 에너지를 (가장 작은) 피처리물(10)의 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)에 조사되는 레이저 빔(21a, 21e)의 단위면적당 에너지에 맞춰 줌으로써, 상기 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지를 균일하게 할 수 있다.
여기서, 신호입력부(141)는 레이저 빔(20)의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 각 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에서의 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있다. 레이저 빔(20)의 조사 위치별 입사 각도에 따라 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기가 결정되고, 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기에 따라 상기 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지가 달라지게 되므로, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치마다(또는 모든 상기 레이저 빔의 조사 위치에서) 상기 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지가 균일해질 수 있도록 신호입력부(141)는 각 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에서의 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있고, 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기가 커짐에 따라 줄어드는 상기 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지에 맞추어 상기 입력 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다.
스캐닝 렌즈부(130)에서 동일한 (출사) 에너지로 출사되어 상기 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지는 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기가 커짐에 따라 줄어들게 되므로, 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기에 맞추어 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시킬 수 있고, 이를 위해 상기 입력 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다. 그리고 레이저 빔(20)의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기는 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되므로, 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시키는 증가율이 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되고, 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시키는 증가율에 따라 상기 입력 신호의 진폭을 증가시키는 증가율도 결정될 수 있다.
따라서, 신호입력부(141)는 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 각 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에서의 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있으며, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별 입사 각도가 작아짐에 따라 상기 입력 신호의 진폭을 증가시켜 상기 레이저 빔(20)의 세기를 증가시킬 수 있다.
이때, 신호입력부(141)는 레이저 빔(20)의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 각 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있다. 예를 들어, 피처리물(10)의 제2 방향(12) 길이가 370 ㎜인 경우에 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)에 조사되는 레이저 빔(21a, 21e)의 크기가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 크기보다 5 내지 20 % (까지) 더 커질 수 있으며, 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)에 조사되는 레이저 빔(21a, 21e)의 단위면적당 에너지를 보정하기 위해 스캐닝 렌즈부(130)에서 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)로 출사되는 레이저 빔(20)의 에너지(또는 세기)가 스캐닝 렌즈부(130)에서 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)로 출사되는 레이저 빔(20)보다 10 내지 40 % 더 크게 할 필요가 있고, 이를 제어하기 위한 상기 입력 신호의 진폭도 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 조사 위치(C0)를 기준으로 상기 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)에 조사되는 레이저 빔(21a,21e)의 조사 위치(E1,E2)에서 10 내지 40 % 더 증가시킬 수 있다.
각 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기의 증가율의 1 배보다 작은 증가율로 조절하는 경우에는 스캐닝 렌즈부(130)에서 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)로 출사되는 레이저 빔(20)의 에너지의 증가가 미미하여 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)에 조사되는 레이저 빔(21a, 21e)의 단위면적당 에너지가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 단위면적당 에너지와 균일(또는 동일)해질 수 없다. 반면에, 각 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기의 증가율의 3 배보다 큰 증가율로 조절하는 경우에는 스캐닝 렌즈부(130)에서 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)로 출사되는 레이저 빔(20)의 에너지가 너무 증가하게 되어 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)에 조사되는 레이저 빔(21a, 21e)의 단위면적당 에너지가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 단위면적당 에너지와 균일하지 못하고 오히려 더 커질 수 있다.
따라서, 신호입력부(141)는 레이저 빔(20)의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 각 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있으며, 상기 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 및 타측 가장자리(E1, E2)에 조사되는 레이저 빔(21a, 21e)의 단위면적당 에너지를 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔(21c)의 단위면적당 에너지와 균일하게 만들 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 열처리 장치(100)는 제1 방향(11)에 대해 소정 각도로 스테이지(161)를 회전시키는 스테이지 회전부(163);를 더 포함할 수 있다.
스테이지 회전부(163)는 제1 방향(11)에 대해 소정 각도로 스테이지(161)를 (축) 회전시킬 수 있으며, 스테이지(161)의 중심을 축으로 회전시켜 스테이지(161)가 제1 방향(11)에 대해 소정 각도로 기울어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(161)는 사각형의 판상일 수 있고, 스테이지 회전부(163)는 다이렉트 드라이브(Direct Drive; DD) (서보)모터((Servo) Motor)를 포함할 수 있으며, 다이렉트 드라이브(DD) 모터를 통해 스테이지(161)의 중심을 축으로 스테이지(161)를 회전시켜 스테이지(161)의 모든 변이 제1 방향(11)에 대해 기울어지도록 할 수 있고, 스테이지(161)의 제1 방향(11)과 평행하던 변이 상기 소정 각도로 기울어지도록 할 수 있다.
이때, 스테이지 이동부(162)는 상기 소정 각도로 회전된 스테이지(161)를 제1 속도로 이동시킬 수 있고, 빔 스캐너(120)는 상기 제1 속도로 이동되는 스테이지(161)의 피처리물(10) 상에서 제2 속도로 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 이동시킬 수 있으며, 피처리물(10)에 대해 주사선 스캔을 진행할 수 있다. 스테이지 이동부(162)가 스테이지(161)를 제1 방향(11)으로 이동시키는 제1 속도와 빔 스캐너(120)가 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 제2 방향(12)으로 이동시키는 제2 속도가 상이할 수 있으며, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도가 상이하게 주사선 스캔을 진행하는 경우에는 상기 제1 속도와 상기 제2 속도의 속도 차로 인해 이동되는 피처리물(10)의 입사면 상에서 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치가 제2 방향(12)이 아니라 제2 방향(12)에서 기울어진 사선으로 이동될 수 있고, 피처리물(10)에 처음 조사되는 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 가장자리(E1)와 조사가 끝나는 피처리물(10)의 제2 방향(12) 타측 가장자리(E2)의 제1 방향(11) 위치 차이가 발생하게 된다. 이러한 경우, 한 번의 주사선 스캔으로 피처리물(10)의 입사면 전체를 스캔(또는 상기 피처리물의 입사면 전체에 상기 레이저 빔을 조사)하지 못하게 될 수 있으며, 여러 번의 (주사선) 스캔으로 스캔 무라가 발생할 수도 있다. 특히, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치별로 상기 입사면에서의 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 크기 및/또는 레이저 빔(21a,21b,21c,21d,21e)의 단위면적당 에너지가 차이가 나는 경우에 더욱 문제가 될 수 있다.
이를 방지하기 위해 광학적인 조절을 적용할 수도 있으나, 광학적인 조절 시에는 빔 뒤틀림 등의 우려가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 스테이지 회전부(163)를 통해 상기 소정 각도로 스테이지(161)를 회전시켜 스테이지(161)의 피처리물(10)이 상기 소정 각도로 회전된 상태에서 스테이지(161)를 상기 제1 속도로 이동시키고 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 상기 제2 속도로 이동시키는 주사선 스캔을 진행함으로써, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도의 속도 차가 발생하더라도 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치의 이동방향이 피처리물(10)과 평행하여 피처리물(10)에 처음 조사되는 피처리물(10)의 제2 방향(12) 일측 가장자리(E1)와 상기 조사가 끝나는 피처리물(10)의 제2 방향(12) 타측 가장자리(E2)의 제1 방향(11) 위치 차이가 발생하지 않도록 할 수 있고, 광학적인 조절이 아니어서 빔 뒤틀림 등의 우려도 없을 수 있다. 이때, 상기 소정 각도는 상기 제1 속도와 상기 제2 속도의 속도 차에 따라 알맞게 정해질 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 열처리 장치(100)는 빔 스캐너(120)의 반사 각도를 기반으로 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 획득하여 음향 광학 변조부(140)를 제어하는 제어부(150);를 더 포함할 수 있다.
제어부(150)는 빔 스캐너(120)의 반사 각도를 기반으로 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 획득하여 음향 광학 변조부(140)를 제어할 수 있으며, 빔 스캐너(120)가 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 이동시키는 레이저 빔(20)의 이동 속도에 맞추어 빠르게 음향 광학 변조부(140)를 제어함으로써, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에 따라 빠른 상기 레이저 빔(20)의 세기 조절이 가능할 수 있다.
상기 레이저 빔(20)의 이동 속도는 100 m/s 이상으로 빠르므로, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에 따라 상기 레이저 빔(20)의 세기를 조절하기 위해서는 빠르게 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 파악하여 빠른 상기 레이저 빔(20)의 세기 조절이 필요하다.
상기 레이저 빔(20)의 조사 위치는 빔 스캐너(120)의 반사 각도(즉, 상기 제1 미러의 반사 각도)에 따라 변화(또는 이동)하게 되므로, 빔 스캐너(120)의 반사 각도를 기반으로 제어부(150)가 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 빠르게 획득할 수 있다. 또한, 음향 광학 변조부(140)에서는 상기 입력 신호의 진폭(만)을 조절하여 빠르게 상기 레이저 빔(20)의 세기를 조절할 수 있으며, 광학적인 빔 보정의 어려움 없이 전기적 신호 등의 상기 입력 신호를 이용하여 상기 레이저 빔(20)의 세기 조절이 빠르고 용이할 수 있다.
한편, 레이저 발진부(110)에서의 방출 에너지를 직접 조절하는 경우에는 레이저 출력 변동에 따른 내부의 발열 상태가 달라지게 되어, 이로 인한 출력 불안정을 초래할 수 있으며, 레이저 빔(20)이 방출되기 까지 상승시간(rising time)과 하강시간(falling time) 등으로 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 상승시간과 하강시간으로 인한 펄스(pulse) 왜곡의 발생 우려도 있다. 하지만, 본 발명에서는 제어부(150)가 음향 광학 변조부(140)를 제어하여 상기 입력 신호의 조절만으로 상기 레이저 빔(20)의 세기를 빠르게 조절할 수 있으며, 이에 따라 레이저 발진부(110)의 출력 변동에 따른 출력 불안정을 방지할 수도 있고, 펄스 왜곡의 발생 우려도 없을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 레이저 열처리 장치(100)는 레이저 발진부(110)에서 동일한 방출 에너지의 레이저 빔(20)을 방출하면서 음향 광학 변조부(140)를 통해 상기 입력 신호의 진폭만을 조절하여 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치에 따른 상기 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(20)의 세기를 조절하므로, 상기 레이저 빔(20)의 조사 위치를 이동시키는 상기 레이저 빔(20)의 이동 속도에 맞추어 빠르게 상기 피처리물(10)에 조사되는 레이저 빔(20)의 세기를 조절할 수 있다. 또한, 레이저 발진부(110)에서는 출력 변동 없이 동일한 방출 에너지로 레이저 빔을 방출할 수 있으므로, 출력 변동에 따른 출력 불안정 및 펄스 왜곡의 발생을 방지할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 열처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 열처리 방법을 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 열처리 장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 열처리 방법은 레이저 발진부에서 레이저 빔을 방출하는 과정(S100); 음향 광학 변조부를 이용하여 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 발진부로부터 입사되는 상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정(S200); 빔 스캐너를 이용하여 상기 음향 광학 변조부로부터 전달되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 과정(S300); 및 스캐닝 렌즈부를 통해 상기 빔 스캐너로부터 전달되는 상기 레이저 빔을 피처리물 상에 조사하는 과정(S400);을 포함할 수 있다.
먼저, 레이저 발진부에서 레이저 빔을 방출한다(S100). 레이저 발진부에서 레이저 빔을 방출할 수 있으며, 방출된 레이저 빔을 음향 광학 변조(Acousto-optic modulation)부의 음향광학변조기(Acousto-Optic Modulator; AOM)에 입사시킬 수 있다.
다음으로, 음향 광학 변조부를 이용하여 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 발진부로부터 입사되는 상기 레이저 빔의 세기(intensity)를 제어한다(S200). 음향 광학 변조부를 상기 레이저 발진부와 빔 스캐너의 사이에 제공하여 입력 신호(예를 들어, 전기 신호)의 진폭에 따라 상기 레이저 발진부로부터 입사되는 상기 레이저 빔의 세기를 제어(또는 조절)할 수 있다. 여기서, 상기 음향 광학 변조부는 음향광학변조기(AOM)를 포함할 수 있으며, 상기 음향광학변조기는 음향 광학 효과를 이용하여 상기 레이저 빔을 변조할 수 있고, 브래그 셀(Bragg cell)이라 불릴 수 있다.
그 다음 빔 스캐너를 이용하여 상기 음향 광학 변조부로부터 전달되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절한다(S300). 빔 스캐너를 통해 피처리물에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 조절할 수 있으며, 상기 음향 광학 변조부로부터 전달(또는 입사)되는 상기 레이저 빔의 조사 방향(또는 출사 방향)을 조절(또는 조정)하여 상기 레이저 빔의 조사 위치를 조절할 수 있다.
그리고 스캐닝 렌즈부를 통해 상기 빔 스캐너로부터 전달되는 상기 레이저 빔을 피처리물 상에 조사한다(S400). 스캐닝 렌즈부를 통해 상기 빔 스캐너로부터 전달되는 상기 레이저 빔을 피처리물 상에 조사할 수 있으며, 상기 레이저 빔을 집중시켜 상기 피처리물에 조사할 수 있다.
그리고 상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정(S200)에서는 상기 레이저 빔의 조사 방향에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다. 상기 음향 광학 변조부를 통해 상기 레이저 빔의 조사 위치에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있으며, 상기 레이저 빔의 조사 위치를 결정하는 상기 레이저 빔의 조사 방향에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다. 상기 레이저 빔의 조사 위치에 따라 상기 스캐닝 렌즈부에서의 출사 각도가 달라지고, 상기 피처리물의 입사면에서 입사 각도가 달라질 수 있으며, 상기 피처리물의 입사면에서의 입사 각도에 따라 상기 피처리물의 입사면에서 상기 레이저 빔의 단위면적당 에너지(또는 세기)가 달라질(또는 변화할) 수 있다. 이에 따라 상기 음향 광학 변조부를 통해 상기 레이저 빔의 세기를 조절하여 상기 레이저 빔의 조사 위치에 따라 상기 레이저 빔의 단위면적당 에너지가 달라지지 않고 균일하게 할 수 있다.
상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정(S200)에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 빔 스캐너로부터 멀어질수록 상기 피처리물 상에 조사되는 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있으며, 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 멀어질수록 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있다. 상기 음향 광학 변조부를 이용하여 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 빔 스캐너로부터 멀어질수록 상기 피처리물 상에 조사되는 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있으며, 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 멀어질수록 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있고, 상기 빔 스캐너에서 상기 피처리물의 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 조사 위치로부터 먼 레이저 빔의 조사 위치에서 상기 레이저 빔의 세기를 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 조사 위치보다 증가시킬 수 있다.
상기 스캐닝 렌즈부는 에프세타 렌즈(F theta Lens)를 포함할 수 있으며, 상기 빔 스캐너에서 기울기(즉, 입사각)을 가지고 에프세타 렌즈(Fθ Lens)로 입사되어 상기 에프세타 렌즈를 통해 상기 피처리물의 입사면에 수직이 아닌 입사 각도로 입사되는 레이저 빔의 크기(size)가 상기 피처리물의 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 크기보다 커질 수 있다. 즉, 상기 에프세타 렌즈의 사용 시에 상기 피처리물의 입사면에 입사되는 레이저 빔의 입사 각도에 따라 상기 피처리물의 입사면에 닿는(또는 투영되는) 레이저 빔의 크기(또는 상기 피처리물의 입사면에서의 레이저 빔의 크기)가 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 열처리 방법은 상기 피처리물을 제1 방향으로 이동시키는 과정(S150);을 더 포함할 수 있다.
상기 피처리물을 제1 방향으로 이동시킬 수 있다(S150). 상기 피처리물을 제1 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 피처리물을 스테이지에 지지하여 스테이지 이동부를 통해 상기 스테이지를 상기 제1 방향으로 이동시킴으로써, 상기 피처리물을 제1 방향으로 이동시킬 수 있다.
이때, 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 과정(S300)에서는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하여 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시킬 수 있다. 상기 빔 스캐너를 통해 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하여 상기 제2 방향으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시킬 수 있으며, 멈춰(또는 정지해) 있는 상기 피처리물의 입사면 상에서 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 제2 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 이를 통해 스팟 빔(spot beam)을 상기 제2 방향으로 스캔(또는 이동)할 수 있으며, 상기 제2 방향으로 연장되는 영역(또는 면적)에 상기 레이저 빔을 조사할 수 있고, 라인 빔(Line beam)과 같이 상기 제2 방향으로 연장되는 영역을 열처리할 수 있다. 한편, 상기 피처리물을 상기 제1 방향으로 이동시키면서 상기 레이저 빔의 조사 위치를 상기 제2 방향으로 이동시켜 상기 피처리물에 대해 주사선 스캔(raster scanning)을 진행할 수도 있으며, 스캔(scan) 중에 상기 피처리물을 이동시키고 정지시키거나, 상기 레이저 빔을 온(On)/오프(Off)하는 시간이 없어 상기 피처리물의 입사면 전체를 빠르게 스캔할 수 있다.
그리고 상기 빔 스캐너는 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에 대응되어 제공될 수 있고, 상기 피처리물의 입사면은 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 중심으로 대칭될 수 있다. 상기 빔 스캐너를 중심으로 상기 피처리물의 입사면이 상기 제2 방향 양측으로 대칭되도록 상기 빔 스캐너를 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙(부)에 대응되어 제공할 수 있으며, 이에 따라 상기 피처리물의 입사면이 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 조사 위치를 중심으로 대칭될 수 있고, 상기 제2 방향 양측으로 대칭될 수 있다. 이를 통해 상기 피처리물의 입사면에서의 레이저 빔의 크기 변화가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 조사 위치를 중심으로 대칭되도록 할 수 있으며, 이에 따라 상기 레이저 빔의 조사 위치별 레이저 빔의 크기에 따라 상기 레이저 빔의 조사 위치별 중첩률이 달라져 상기 피처리물의 위치(또는 영역)별로 단위면적당 누적에너지(또는 축적에너지)가 달라지는 것을 보상(또는 보정)해줄 수 있고, 상기 피처리물의 입사면 전체적으로 단위면적당 누적에너지를 균일하게 해줄 수 있다.
또한, 최대 크기의 상기 입사면에서의 레이저 빔과 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 크기 차이가 최소화될 수 있으며, 이에 따라 상기 레이저 빔의 세기의 조절 폭(또는 범위)이 줄어들 수 있고, 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키는 레이저 빔의 이동 속도(또는 스캔 속도)에 맞추어(또는 대응되어) 빠르게 상기 레이저 빔의 조사 위치별로(또는 상기 레이저 빔의 조사 위치마다) 상기 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다. 한편, 상기 피처리물의 입사면이 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 조사 위치를 중심으로 대칭되도록 상기 빔 스캐너가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙(부)에 대응되어 제공됨으로써, 상기 레이저 빔의 조사 위치별 레이저 빔의 크기 차이로 인한 무라가 억제 또는 방지될 수 있고, 최소화될 수도 있다.
여기서, 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 증가될 수 있으며, 상기 피처리물의 상기 제2 방향 가장자리부로 갈수록 상기 스캐닝 렌즈부에서의 출사 각도가 커지게 되고 상기 입사면과 이루는 입사 각도는 줄어들게 됨으로써, 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기가 커질 수 있다.
예를 들어, 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 가장자리에 조사되는 레이저 빔은 상기 스캐닝 렌즈부에서의 출사 각도가 제일 크고, 상기 입사면과 이루는 입사 각도는 제일 작을 수 있으며, 상기 피처리물의 상기 제2 방향 타측 가장자리에 조사되는 레이저 빔도 상기 스캐닝 렌즈부에서의 출사 각도가 제일 크고, 상기 입사면과 이루는 입사 각도는 제일 작을 수 있다. 이에 따라 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리에 조사되는 레이저 빔의 크기가 가장 클 수 있다. 그리고 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔은 상기 스캐닝 렌즈부에서의 출사 각도가 0°로 가장 작을 수 있고, 상기 입사면과 이루는 입사 각도는 90°로 가장 클 수 있다. 이에 따라 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔이 가장 작을 수 있다.
이렇게 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기가 커질수록 상기 레이저 발진부에서의 방출 에너지가 동일한 레이저 빔의 단위면적당 에너지가 작아질 수 있으며, 레이저 빔의 단위면적당 에너지 차이 및/또는 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기 차이에 따라 상기 레이저 빔의 조사 위치별로 결정화 상태에 따른 차이가 발생할 수 있다. 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기를 균일(또는 동일)하게 하기 위해 상기 레이저 빔을 커팅(cutting)하는 등 광학적으로 상기 레이저 빔을 조절할 수도 있으나, 상기 레이저 빔을 광학적으로 조절하는 경우에는 빔 뒤틀림(beam distortion) 등의 우려가 발생할 수 있다.
따라서, 상기 음향 광학 변조부를 통해 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 멀어질수록 상기 피처리물 상에 조사되는 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있으며, 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있다.
상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정(S200)은 신호입력부에 의해 상기 입력 신호를 인가하는 과정(S210)을 포함할 수 있다.
신호입력부에 의해 상기 입력 신호를 인가할 수 있다(S210). 신호입력부를 통해 상기 입력 신호를 인가할 수 있으며, 상기 음향광학변조기에 상기 입력 신호를 인가할 수 있고, 인가된 상기 입력 신호에 따라 상기 레이저 발진부로부터 입사되는 상기 레이저 빔의 적어도 일부를 상기 음향광학변조기에서 입사방향과 상이한 방향으로 회절(또는 편향)시킬 수 있다.
그리고 상기 입력 신호를 인가하는 과정(S210)에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 진폭이 증가된 입력 신호를 인가할 수 있다. 상기 신호입력부를 통해 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 입력 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다. 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 레이저 빔의 세기를 증가시켜야 하므로, 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 입력 신호의 진폭을 증가시켜 회절빔의 비율을 감소시킴으로써, 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있다. 이때, 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔은 상기 음향 광학 변조부에서 상기 레이저 발진부에서의 방출 에너지보다 줄어들어 상기 레이저 발진부에서 방출되는 방출 에너지보다 작은 단위면적당 에너지(또는 세기)로 상기 피처리물의 입사면에 입사될 수 있다. 그리고 상기 입사면에 수직이 아닌 입사 각도로 입사되는 레이저 빔은 상기 입사 각도에 따라 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔보다 커져 상기 레이저 발진부에서 방출되는 방출 에너지보다 작은 단위면적당 에너지로 상기 피처리물의 입사면에 입사될 수 있으며, 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기가 가장 커서 단위면적당 에너지가 가장 작은 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지에 맞춰 줄 수 있도록 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리보다 큰 입사 각도로 입사되는 레이저 빔은 상기 음향 광학 변조부에서도 상기 레이저 빔의 에너지(또는 세기)가 줄어들 수 있다.
즉, 상기 음향 광학 변조부에서 상기 신호입력부에 의해 인가되는 상기 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 제어하여, 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔을 포함하여 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리보다 큰 입사 각도로 입사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지를 (가장 작은) 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지에 맞춰 줌으로써, 상기 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지를 균일하게 할 수 있다.
여기서, 상기 입력 신호를 인가하는 과정(S210)에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 증가된 진폭을 갖는 입력 신호를 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 각각 인가할 수 있다. 상기 신호입력부를 통해 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서의 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있다. 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기가 결정되고, 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기에 따라 상기 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지가 달라지게 되므로, 상기 레이저 빔의 조사 위치마다(또는 모든 상기 레이저 빔의 조사 위치에서) 상기 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지가 균일해질 수 있도록 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서의 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있고, 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기가 커짐에 따라 줄어드는 상기 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지에 맞추어 상기 입력 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다.
상기 스캐닝 렌즈부에서 동일한 (출사) 에너지로 출사되어 상기 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지는 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기가 커짐에 따라 줄어들게 되므로, 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기에 맞추어 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있고, 이를 위해 상기 입력 신호의 진폭을 증가시킬 수 있다. 그리고 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되므로, 상기 레이저 빔의 세기를 증가시키는 증가율이 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되고, 상기 레이저 빔의 세기를 증가시키는 증가율에 따라 상기 입력 신호의 진폭을 증가시키는 증가율도 결정될 수 있다.
따라서, 상기 입력 신호를 인가하는 과정(S210)에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 증가된 진폭을 갖는 입력 신호를 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 각각 인가할 수 있으며, 상기 신호입력부를 통해 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서의 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있고, 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도가 작아짐에 따라 상기 입력 신호의 진폭을 증가시켜 상기 레이저 빔의 세기를 증가시킬 수 있다.
이때, 상기 입력 신호를 인가하는 과정(S210)에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 레이저 빔의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 증가된 진폭을 갖는 입력 신호를 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 각각 인가할 수 있다. 상기 신호입력부를 통해 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 피처리물의 상기 제2 방향 길이가 370 ㎜인 경우에 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리에 조사되는 레이저 빔의 크기가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 크기보다 5 내지 20 % (까지) 더 커질 수 있으며, 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지를 보정하기 위해 상기 스캐닝 렌즈부에서 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리로 출사되는 상기 레이저 빔의 에너지(또는 세기)가 상기 스캐닝 렌즈부에서 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 조사 위치로 출사되는 레이저 빔보다 10 내지 40 % 더 크게 할 필요가 있고, 이를 제어하기 위한 상기 입력 신호의 진폭도 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 조사 위치를 기준으로 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리에 조사되는 레이저 빔의 조사 위치에서 10 내지 40 % 더 증가시킬 수 있다.
각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기의 증가율의 1 배보다 작은 증가율로 조절하는 경우에는 상기 스캐닝 렌즈부에서 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리로 출사되는 레이저 빔의 에너지의 증가가 미미하여 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리에 조사되는 상기 레이저 빔의 단위면적당 에너지가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지와 균일(또는 동일)해질 수 없다. 반면에, 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기의 증가율의 3 배보다 큰 증가율로 조절하는 경우에는 상기 스캐닝 렌즈부에서 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리로 출사되는 레이저 빔의 에너지가 너무 증가하게 되어 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지가 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지와 균일하지 못하고 오히려 더 커질 수 있다.
따라서, 상기 입력 신호를 인가하는 과정(S210)에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 레이저 빔의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 증가된 진폭을 갖는 입력 신호를 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 각각 인가할 수 있으며, 상기 신호입력부를 통해 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 조절할 수 있으며, 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 및 타측 가장자리에 조사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지를 상기 입사면에 수직하게 입사되는 레이저 빔의 단위면적당 에너지와 균일하게 만들 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 열처리 방법은 상기 제1 방향에 대해 소정 각도로 상기 피처리물을 회전시키는 과정(S145);을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 방향에 대해 소정 각도로 상기 피처리물을 회전시킬 수 있다(S145). 스테이지 회전부를 통해 상기 제1 방향에 대해 소정 각도로 상기 피처리물이 지지된 상기 스테이지를 (축) 회전시켜 상기 피처리물을 상기 제1 방향에 대해 상기 소정 각도로 (축) 회전시킬 수 있으며, 상기 스테이지 및/또는 상기 피처리물의 중심을 축으로 상기 스테이지를 회전시켜 상기 피처리물 및/또는 상기 스테이지가 상기 제1 방향에 대해 상기 소정 각도로 기울어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 피처리물은 사각형의 판상일 수 있고, 상기 스테이지 회전부는 다이렉트 드라이브(Direct Drive; DD) (서보)모터((Servo) Motor)를 포함할 수 있으며, 다이렉트 드라이브(DD) 모터를 통해 상기 스테이지 및/또는 상기 피처리물의 중심을 축으로 상기 스테이지를 회전시켜 상기 피처리물 및/또는 상기 스테이지의 모든 변이 상기 제1 방향에 대해 기울어지도록 할 수 있고, 적어도 상기 피처리물의 상기 제1 방향과 평행하던 변이 상기 소정 각도로 기울어지도록 할 수 있다.
이때, 상기 제1 방향으로 이동시키는 과정(S145)에서는 상기 소정 각도로 회전된 상기 피처리물을 제1 속도로 이동시킬 수 있고, 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 과정(S300)에서는 상기 제1 속도로 이동되는 상기 피처리물 상에서 제2 속도로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시킬 수 있다. 상기 스테이지 이동부를 통해 상기 스테이지를 이동시킴으로써 상기 소정 각도로 회전된 상기 피처리물을 제1 속도로 이동시킬 수 있고, 상기 빔 스캐너를 통해 상기 제1 속도로 이동되는 상기 스테이지의 상기 피처리물 상에서 제2 속도로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시킬 수 있으며, 상기 피처리물에 대해 주사선 스캔을 진행할 수 있다. 상기 피처리물을 상기 제1 방향으로 이동시키는 제1 속도와 상기 레이저 빔의 조사 위치를 상기 제2 방향으로 이동시키는 제2 속도가 상이할 수 있으며, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도가 상이하게 주사선 스캔을 진행하는 경우에는 상기 제1 속도와 상기 제2 속도의 속도 차로 인해 이동되는 상기 피처리물의 입사면 상에서 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 제2 방향이 아니라 상기 제2 방향에서 기울어진 사선으로 이동될 수 있고, 상기 피처리물에 처음 조사되는 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 가장자리와 조사가 끝나는 상기 피처리물의 상기 제2 방향 타측 가장자리의 상기 제1 방향 위치 차이가 발생하게 된다. 이러한 경우, 한 번의 주사선 스캔으로 상기 피처리물의 입사면 전체를 스캔(또는 상기 피처리물의 입사면 전체에 상기 레이저 빔을 조사)하지 못하게 될 수 있으며, 여러 번의 (주사선) 스캔으로 스캔 무라가 발생할 수도 있다. 특히, 상기 레이저 빔의 조사 위치별로 상기 입사면에서의 레이저 빔의 크기 및/또는 상기 레이저 빔의 단위면적당 에너지가 차이가 나는 경우에 더욱 문제가 될 수 있다.
이를 방지하기 위해 광학적인 조절을 적용할 수도 있으나, 광학적인 조절 시에는 빔 뒤틀림 등의 우려가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 상기 피처리물이 상기 소정 각도로 회전된 상태에서 상기 피처리물을 상기 제1 속도로 이동시키고 상기 레이저 빔의 조사 위치를 상기 제2 속도로 이동시키는 주사선 스캔을 진행함으로써, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도의 속도 차가 발생하더라도 상기 레이저 빔의 조사 위치의 이동방향이 상기 피처리물과 평행하여 상기 피처리물에 처음 조사되는 상기 피처리물의 상기 제2 방향 일측 가장자리와 상기 조사가 끝나는 상기 피처리물의 상기 제2 방향 타측 가장자리의 상기 제1 방향 위치 차이가 발생하지 않도록 할 수 있고, 광학적인 조절이 아니어서 빔 뒤틀림 등의 우려도 없을 수 있다. 이때, 상기 소정 각도는 상기 제1 속도와 상기 제2 속도의 속도 차에 따라 알맞게 정해질 수 있다.
상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정(S200)은 상기 빔 스캐너에 의해 조절되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 기반으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 획득하는 과정(S205)을 포함할 수 있다.
상기 빔 스캐너에 의해 조절되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 기반으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 획득할 수 있다(S205). 제어부를 통해 상기 빔 스캐너에 의해 조절되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 기반으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 획득할 수 있으며, 상기 빔 스캐너의 반사 각도를 기반으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 획득하여 상기 음향 광학 변조부를 제어할 수 있고, 상기 빔 스캐너가 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키는 상기 레이저 빔의 이동 속도에 맞추어 빠르게 상기 음향 광학 변조부를 제어함으로써, 상기 레이저 빔의 조사 위치에 따라 빠른 상기 레이저 빔의 세기 조절이 가능할 수 있다.
상기 레이저 빔의 이동 속도는 100 m/s 이상으로 빠르므로, 상기 레이저 빔의 조사 위치에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절하기 위해서는 빠르게 상기 레이저 빔의 조사 위치를 파악하여 빠른 상기 레이저 빔의 세기 조절이 필요하다.
상기 레이저 빔의 조사 위치는 상기 레이저 빔의 조사 방향에 따라 변화(또는 이동)하고, 상기 레이저 빔의 조사 방향은 상기 빔 스캐너의 반사 각도(즉, 상기 빔 스캐너의 제1 미러의 반사 각도)에 따라 변화하게 되므로, 상기 빔 스캐너에 의해 조절되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 기반으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 빠르게 획득할 수 있다. 한편, 상기 음향 광학 변조부에서는 상기 입력 신호의 진폭(만)을 조절하여 빠르게 상기 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있으며, 광학적인 빔 보정의 어려움 없이 전기적 신호 등의 상기 입력 신호를 이용하여 상기 레이저 빔의 세기 조절이 빠르고 용이할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 레이저 발진부와 빔 스캐너의 사이에 음향 광학 변조부가 제공되어 입력 신호의 진폭에 따라 레이저 빔의 세기를 제어할 수 있으므로, 레이저 빔의 조사 위치에 따라 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다. 이를 통해 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기를 입사면 전체적으로 균일하게 할 수 있다. 특히, 스캐닝 렌즈부를 사용하는 경우에는 레이저 발진부에서의 방출 에너지가 동일하더라도 레이저 빔의 조사 위치에 따라 피처리물의 입사면에 입사되는 입사 각도가 달라지고 입사 각도에 따른 입사면에서의 레이저 빔의 크기가 달라지게 되어, 레이저 빔의 크기에 따라 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기가 달라지게 된다. 하지만, 음향 광학 변조부를 통해 입력 신호의 진폭에 따라 레이저 빔의 세기를 제어하여 레이저 빔의 조사 위치에 따라 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기를 조절함으로써, 스캐닝 렌즈부의 사용으로 레이저 빔의 조사 위치별 레이저 빔의 크기가 달라지게 되더라도 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기를 균일하게 유지할 수 있다. 여기서, 레이저 발진부에서는 동일한 방출 에너지의 레이저 빔을 방출하면서 음향 광학 변조부를 통해 입력 신호의 진폭만을 조절하여 레이저 빔의 조사 위치에 따른 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기를 조절하므로, 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키는 레이저 빔의 이동 속도에 맞추어 빠르게 피처리물에 조사되는 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다. 또한, 레이저 발진부에서는 출력 변동 없이 동일한 방출 에너지로 레이저 빔을 방출할 수 있으므로, 출력 변동에 따른 출력 불안정을 방지할 수도 있다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상에”라는 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부 또는 하부에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 피처리물 11 : 제1 방향
12 : 제2 방향 20 : 레이저 빔
25 : 회절빔 100 : 레이저 열처리 장치
110 : 레이저 발진부 120 : 빔 스캐너
121 : 제1 미러 122 : 제2 미러
130 : 스캐닝 렌즈부 140 : 음향 광학 변조부
141 : 신호입력부 142 : 음향광학변조기
150 : 제어부 161 : 스테이지
162 : 스테이지 이동부 163 : 스테이지 회전부

Claims (17)

  1. 레이저 빔을 방출하는 레이저 발진부;
    피처리물에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 빔 스캐너;
    상기 빔 스캐너로부터 전달되는 상기 레이저 빔을 상기 피처리물 상에 조사하는 스캐닝 렌즈부; 및
    상기 레이저 발진부와 상기 빔 스캐너의 사이에 제공되어, 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 음향 광학 변조부;를 포함하고,
    상기 음향 광학 변조부는 상기 레이저 빔의 조사 위치에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절하는 레이저 열처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 음향 광학 변조부는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 멀어질수록 상기 레이저 빔의 세기를 증가시키는 레이저 열처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 피처리물을 지지하는 스테이지; 및
    상기 스테이지를 제1 방향으로 이동시키는 스테이지 이동부;를 더 포함하고,
    상기 빔 스캐너는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키며, 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에 대응되어 제공되고,
    상기 피처리물의 입사면은 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 중심으로 대칭되는 레이저 열처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 음향 광학 변조부는 상기 입력 신호를 인가하는 신호입력부를 포함하고,
    상기 신호입력부는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 상기 입력 신호의 진폭을 증가시키는 레이저 열처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스캐닝 렌즈부는 에프세타 렌즈를 포함하고,
    상기 신호입력부는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서의 상기 입력 신호의 진폭을 조절하는 레이저 열처리 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이저 빔의 크기는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 증가하는 레이저 열처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 신호입력부는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 레이저 빔의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 상기 입력 신호의 진폭을 조절하는 레이저 열처리 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 방향에 대해 소정 각도로 상기 스테이지를 회전시키는 스테이지 회전부;를 더 포함하고,
    상기 스테이지 이동부는 상기 소정 각도로 회전된 상기 스테이지를 제1 속도로 이동시키며,
    상기 빔 스캐너는 상기 제1 속도로 이동되는 상기 스테이지의 상기 피처리물 상에서 제2 속도로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키는 레이저 열처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 빔 스캐너의 반사 각도를 기반으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 획득하여 상기 음향 광학 변조부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 레이저 열처리 장치.
  10. 레이저 발진부에서 레이저 빔을 방출하는 과정;
    음향 광학 변조부를 이용하여 입력 신호의 진폭에 따라 상기 레이저 발진부로부터 입사되는 상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정;
    빔 스캐너를 이용하여 상기 음향 광학 변조부로부터 전달되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 과정; 및
    스캐닝 렌즈부를 통해 상기 빔 스캐너로부터 전달되는 상기 레이저 빔을 피처리물 상에 조사하는 과정;을 포함하고,
    상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 방향에 따라 상기 레이저 빔의 세기를 조절하는 레이저 열처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 멀어질수록 상기 피처리물 상에 조사되는 상기 레이저 빔의 세기를 증가시키는 레이저 열처리 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 피처리물을 제1 방향으로 이동시키는 과정;을 더 포함하고,
    상기 빔 스캐너는 상기 피처리물의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향 중앙부에 대응되어 제공되며,
    상기 피처리물의 입사면은 상기 빔 스캐너로부터 수직하게 입사되는 상기 레이저 빔의 조사 위치를 중심으로 대칭되고,
    상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하여 상기 제2 방향으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키는 레이저 열처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정은 신호입력부에 의해 상기 입력 신호를 인가하는 과정을 포함하고,
    상기 입력 신호를 인가하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 진폭이 증가된 입력 신호를 인가하는 레이저 열처리 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 스캐닝 렌즈부는 에프세타 렌즈를 포함하고,
    상기 입력 신호를 인가하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 입사 각도에 따라 결정되는 증가율로 증가된 진폭을 갖는 입력 신호를 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 각각 인가하는 레이저 열처리 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 레이저 빔의 크기는 상기 레이저 빔의 조사 위치가 상기 피처리물의 상기 제2 방향 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 증가되고,
    상기 입력 신호를 인가하는 과정에서는 상기 레이저 빔의 조사 위치별 상기 레이저 빔의 크기의 증가율에 비해 1 내지 3 배의 증가율로 증가된 진폭을 갖는 입력 신호를 각 상기 레이저 빔의 조사 위치에서 각각 인가하는 레이저 열처리 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 방향에 대해 소정 각도로 상기 피처리물을 회전시키는 과정;을 더 포함하고,
    상기 제1 방향으로 이동시키는 과정에서는 상기 소정 각도로 회전된 상기 피처리물을 제1 속도로 이동시키고,
    상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 과정에서는 상기 제1 속도로 이동되는 상기 피처리물 상에서 제2 속도로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키는 레이저 열처리 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 레이저 빔의 세기를 제어하는 과정은 상기 빔 스캐너에 의해 조절되는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 기반으로 상기 레이저 빔의 조사 위치를 획득하는 과정을 포함하는 레이저 열처리 방법.
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