KR100319455B1 - 결정화 장비용 광학 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엑시머 레이저를 광원으로 사용하여 무정형 실리콘 박막을 미세 줄 무늬 패턴의 노광으로 결정화시킨 실리콘 박막으로 만드는 결정화 장비용 광학 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 엑시머 레이저를 광원으로 사용하여 무정형 실리콘 박막을 미세 줄 무늬 패턴의 노광으로 결정화시킨 실리콘 박막으로 만드는 결정화 장비용 광학 시스템에 있어서, 상기 엑시머 레이저로부터 광축 방향으로 순차적으로 나열된 제 1 렌즈 내지 제 10 렌즈를 포함하고; 상기 제 1 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제 2 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록한 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 3 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록한 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 4 렌즈는 양오목 렌즈이고, 상기 제 5 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제 6 렌즈는 상기 광원측 방향으로 오목인 오목 볼록 렌즈이고, 상기 제 7 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록인 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 8 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제 9 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록인 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 10 렌즈는 양볼록 렌즈인 것을 특징으로 하는 결정화 장비용 광학 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 결정화 장비용 광학 시스템에 관한 것이며, 특히, 엑시머 레이저를 광원으로 사용하여 무정형 실리콘 박막을 미세 줄 무늬 패턴의 노광으로 결정화시킨 실리콘 박막으로 만드는 결정화 장비용 광학 시스템에 관한 것이다.
종래의 엑시머 레이저를 광원으로 사용하여 무정형 실리콘 박막을 결정화된 실리콘 박막으로 만드는 결정화 장비용 광학 시스템은 그레인 크기가 작고 불균일하여 대면적의 LCD에는 적용되지 못하고, 고밀도 소면적의 LCD에만 제한적으로 사용되었다. 이는 실리콘 결정화를 위하여 간단한 광학계를 사용하여 1mm x 50mm 크기의 큰 패턴을 노광하여 실리콘을 결정화시켰는데, 이때는 노광 패턴이 크기 때문에 순간적으로 용융된 실리콘 층내에 국부적으로 임의로 존재하는 결정 씨앗(Seed)에 의존하여 결정이 생기게 되어 그레인 크기가 작고 불규칙하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 2μm x 10mm 크기의 미세 줄 무늬 패턴들을 투영 광학계에 의하여 투영 노광하고, 점진적으로 주사하여 결정을 성장시켜 그레인 크기가 크고, 균일하게 하여 대면적 LCD 제작을 가능하게 하는 결정화 장비용 광학 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑시머 레이저를 이용한 결정화 장비용 광학 시스템의 전체적인 개략도이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복굴절 물질로 만들어진 광학 부품을 사용하여 광학계의 초점을 조절하는 원리를 나타낸 설명도로서, 도 2a는 복굴절 물질에 의하여 초점을 조절하는 원리를 설명하는 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 광학 부품을 보다 상세히 설명하기 위한 확대도이고,
도 3는 도 1에 도시된 엑시머 레이저를 이용한 결정화 장비용 광학 시스템의 상세도이고,
도 4는 도 3에 도시된 광학 시스템의 각 공간 주파수에 따른 광학계의 성능값(MTF값)을 나타낸 도면이다.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 엑시머 레이저를 광원으로 사용하여 무정형 실리콘 박막을 미세 줄 무늬 패턴의 노광으로 결정화시킨 실리콘 박막으로 만드는 결정화 장비용 광학 시스템에 있어서, 상기 엑시머 레이저로부터 광축 방향으로 순차적으로 나열된 제 1 렌즈 내지 제 10 렌즈를 포함하고; 상기 제 1 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제 2 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록한 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 3 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록한 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 4 렌즈는 양오목 렌즈이고, 상기 제 5 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제 6 렌즈는 상기 광원측 방향으로 오목인 오목 볼록 렌즈이고, 상기 제 7 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록인 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 8 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제 9 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록인 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 10 렌즈는 양볼록 렌즈인 것을 특징으로 하는 결정화 장비용 광학 시스템이 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 양호한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑시머 레이저를 이용한 결정화 장비용 광학 시스템의 전체적인 개략도로서, 상기 엑시머 레이저를 이용한 결정화 장비용 광학 시스템은 총 10장의 렌즈(130)로 구성되어 있으며, 도면 부호 110은 광원, 도면 부호 120은 상이 맺히는 곳이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복굴절 물질로 만들어진 광학 부품을 사용하여 광학계의 초점을 조절하는 원리를 나타낸 설명도로서, 도 2a는 복굴절 물질에 의하여 초점을 조절하는 원리를 설명하는 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 광학 부품을 보다 상세히 설명하기 위한 확대도이다.
광학계의 초점을 조절하기 위하여, 복굴절 물질로 만들어진 평행 평판 또는 광학 쐐기 등과 같은 투과형 광학 부품을 광학계 내에 설치하여 빛의 편광 성분에 따른 굴절률의 차이를 이용하여 빛의 경로를 변화시켜서 광학계의 광축 방향으로 상이 맺히는 곳을 다르게 하여 초점의 위치를 조절할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 도면 부호 210은 직선 편광을 나타내는 광선을, 도면 부호 220은 상기 210에 수직한 방향의 편광을 갖는 다른 광선을 나타내고, 도면 부호 200은 복굴절 물질로 만들어진 광학 부품을, 도면 부호 230은 복굴절 물질(정상(O : ordinary)축과 이상(E : extraordinary)축으로 구성)의 축을, 도면 부호 240은 복굴절 물질의 축에 수직한 직선 편광에 의한 상의 위치를, 도면 부호 250은 복굴절 물질의 축과 평행한 직선 편광에 의한 상의 위치를 각각 나타낸다.
복굴절 물질로 만들어지는 상기 광학 부품(200)의 경우, 복굴절 물질의 축(230)에 평행한 방향의 직선 편광을 갖는 광선(210)과 수직한 방향의 직선 편광이 갖는 광선(220)에 대하여 복굴절 물질이 각각의 축에서 서로 다른 굴절률을 나타내므로, 평행한 방향의 직선 편광을 갖는 광선(210)이 이루는 상점(240)의 위치와 수직한 방향의 직선 편광을 갖는 광선(220)이 이루는 상점(250)의 위치가 광학계의 광축을 따라 서로 다른 위치에 놓이게 된다. 이는 복굴절 물질로 만들어진 광학 부품의 특성을 이용한 것이다.
따라서, 광학계를 구성하는 광학 부품 중 일부를 복굴절 물질로 만들어진 광학 부품을 사용하여 빛의 편광에 따라 광학계에 의하여 광축 방향으로 일정한 범위 내에서 초점이 맺히게 된다.
도 2b를 참조하면, 복굴절 물질을 2 장(46, 47)으로 구성하여 복굴절 광학 부품 한장을 광축을 중심으로 회전하게 되면 초점의 위치를 변화시킬 수 있다. 그러므로 이를 이용하여 실리콘 기판의 두께 오차에 따른 오초점을 극복하여 정확히 기판 위에 초점이 맺히도록 할 수 있다. 또한, 복굴절 광학 부품(48, 49)을 쐐기형으로 만들어 두께를 조절함으로써, 이와 같은 효과를 낼 수 있다.
도 3는 도 1에 도시된 엑시머 레이저를 이용한 결정화 장비용 광학 시스템의 상세도로서, 상기 엑시머 레이저를 이용한 결정화 장비용 광학 시스템은 광원으로 XeCl 엑시머 레이저(파장 308nm)를 사용하며, 축소 배율 1/4, 개구수(N.A.) 0.15인 광학 시스템으로 노광 영역 10 x 10mm2이며, 분해능 2μm이고, 2μm(공간 8μm) x 10mm 줄 무늬 미세 패턴들을 분해할 수 있으며, 복굴절 물질을 광학 부품으로 사용하여 기판 위에 정확히 초점을 맞출 수 있도록 하였고, 용융 석영 및 CaF2를 광학 재료로 사용하여 색수차 문제를 해결하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템은 총 10장의 렌즈군으로 구성되며, 렌즈의 재료는 5번의 양볼록 렌즈(340)와 8번의 양볼록 렌즈(370)를 제외한 1번의 양볼록 렌즈(300), 2번의 볼록 오목 렌즈(310), 3번의 볼록 오목 렌즈(320), 4번의 양오목 렌즈(330), 6번의 오목 볼록 렌즈(350), 7번의 볼록 오목 렌즈(360), 9번의볼록 오목 렌즈(380) 및 10번의 양볼록 렌즈(390)로 구성되어 있으며, 상기 10번의 양볼록 렌즈(390)는 용융 석영으로 구성되어 있고, 상기 5번과 8번 렌즈(340, 370)는 CaF2로 구성되어 있다. 또한, 광학계 끝단에 사용된 초점을 맞추기 위하여 사용된 광학 부품(200)은 복굴절 물질이다.
상기 광학 시스템(130)의 전방에는 XeCl 엑시머 레이저 광원기로부터 나온 광원을 균일한 조명 분포로 하는 조명 광학계와 물체면(마스크라 칭함)이 위치하며, 후방에는 실리콘 기판(120)이 있다. 상기 5번 및 8번 렌즈(340, 370)를 CaF2로 제작함으로써, 엑시머 레이저의 색수차를 없앨 수 있어, 광량의 효율을 높일 수 있고, 복굴절 물질의 광학 부품(200)을 사용함으로써, 초점 위치를 조절할 수 있다.
한편 상기 10 장의 렌즈에 대한 상세한 규격은 아래의 [표 1]에 나타나 있는바, 이는 설계상의 선택일 뿐, 본 발명에 따른 상기 10장의 렌즈의 규격을 한정하는 것은 아니다.
도 4는 도 3에 도시된 광학 시스템의 각 공간 주파수에 따른 광학계의 성능값(MTF값)을 나타낸 도면으로서, 공간 주파수 500 cycles/mm까지 물체의 중심(0.0 field), 전시계의 0.5되는 곳 및 전시계(1.0 field)에 대하여 자오(tangential) 상면과 구결(sagittal) 상면의 MTF값에 대하여 각각 나타나고 있다. 도 4에 도시되어 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템은 기판 전체면을 균일한 해상도로 노광할 수 있으며, 분해능은 2μm까지 가능하다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 엑시머 레이저를 광원으로 사용하여 무정형 실리콘 박막을 결정화된 실리콘 박막으로 만드는 데 있어서, 그레인 크기를 크게 하고, 균일하게 하기 위하여, 미세 줄 무늬 패턴을 노광할 수 있도록 엑시머 레이저 결정화 장비용 광학 시스템의 분해능을 향상시켜 2μm 폭의 미세 줄 무늬 패턴을 노광시킬 수 있고, 큰 그레인의 균일한 결정화로 SiO2위의 실리콘 박막으로부터 대화면 양질의 TFT 소자를 만들 수 있어 대면적의 LCD 생산을 가능하게 하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
Claims (7)
- 엑시머 레이저를 광원으로 사용하여 무정형 실리콘 박막을 미세 줄 무늬 패턴의 노광으로 결정화시킨 실리콘 박막으로 만드는 결정화 장비용 광학 시스템에 있어서,상기 엑시머 레이저로부터 광축 방향으로 순차적으로 나열된 제 1 렌즈 내지 제 10 렌즈를 포함하고;상기 제 1 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제 2 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록한 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 3 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록한 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 4 렌즈는 양오목 렌즈이고, 상기 제 5 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제 6 렌즈는 상기 광원측 방향으로 오목인 오목 볼록 렌즈이고, 상기 제 7 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록인 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 8 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제 9 렌즈는 상기 광원측 방향으로 볼록인 볼록 오목 렌즈이고, 상기 제 10 렌즈는 양볼록 렌즈인 것을 특징으로 하는 결정화 장비용 광학 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 렌즈 내지 제 10 렌즈 중 적어도 하나는 광량의 효율 향상 및 색수차를 줄이기 위하여 CaF2를 포함하여 제조된 것을 특징으로 하는 결정화 장비용 광학 시스템.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 10 렌즈를 통과한 빛의 초점 심도를 조절하기 위하여 복굴절 물질로 이루어진 광학 부품을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 결정화 장비용 광학 시스템.
- 제 3 항에 있어서,상기 광학 부품은,서로 수직인 편광 성분을 갖는 두 장의 복굴절 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 결정화 장비용 광학 시스템.
- 제 4 항에 있어서,상기 광학 부품은,상기 두 장의 복굴절 물질이 평행하게 접하고 있는 것을 특징으로 하는 결정화 장비용 광학 시스템.
- 제 4 항에 있어서,상기 광학 부품은,상기 두 장의 복굴절 물질이 테이퍼 형태로 접하고 있는 것을 특징으로 하는 결정화 장비용 광학 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 렌즈의 두께는 10.9 mm부터 11.1mm의 범위이고, 광학 재료가 용융 석영이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 85.78 mm부터 86.80 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 -110.90 mm부터 -110.88 mm의 범위이며;상기 제 2 렌즈의 두께는 6.6 mm부터 6.8mm의 범위이고, 광학 재료가 용융 석영이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 26.82 mm부터 23.84 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 68.54 mm부터 68.56 mm의 범위이며;상기 제 3 렌즈의 두께는 5.2 mm부터 5.4mm의 범위이고, 광학 재료가 용융 석영이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 75.98 mm부터 76.00 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 218.57 mm부터 218.59 mm의 범위이며;상기 제 4 렌즈의 두께는 5.4 mm부터 5.6mm의 범위이고, 광학 재료가 용융석영이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 372.34 mm부터 372.36 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 174.37 mm부터 174.39 mm의 범위이며;상기 제 5 렌즈의 두께는 7.5 mm부터 7.7mm의 범위이고, 광학 재료가 CaF2이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 208.30 mm부터 208.32 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 -37.16 mm부터 -37.14 mm의 범위이며;상기 제 6 렌즈의 두께는 10.1 mm부터 10.3mm의 범위이고, 광학 재료가 용융 석영이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 -252.00 mm부터 -251.98 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 -89.07 mm부터 -89.05 mm의 범위이며;상기 제 7 렌즈의 두께는 7.1 mm부터 7.3mm의 범위이고, 광학 재료가 용융 석영이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 199.66 mm부터 199.68 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 112.39 mm부터 112.41 mm의 범위이며;상기 제 8 렌즈의 두께는 11.9 mm부터 12.1mm의 범위이고, 광학 재료가 CaF2이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 221.84 mm부터 221.86 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 -49.27 mm부터 -49.25 mm의 범위이며;상기 제 9 렌즈의 두께 6.3 mm부터 6.5mm의 범위이고, 광학 재료가 용융 석영이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 54.20 mm부터 54.22 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 33.66 mm부터 33.68 mm의 범위이며;상기 제 10 렌즈의 두께는 11.9 mm부터 12.1mm의 범위이고, 광학 재료가 용융 석영이며, 상기 광원측 방향면의 곡률 반경이 44.24 mm부터 44.26 mm의 범위이고, 상기 광원측 방향의 반대면의 곡률 반경은 -227.29 mm부터 -227.27 mm의 범위인 것을 특징으로 하는 결정화 장비용 광학 시스템.
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