KR20080042690A - 광학장치 및 결정화장치 - Google Patents

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타카시 오노
카즈후미 아즈마
마사키요 마츠무라
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가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타
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Abstract

레이저광을 복수의 광성분으로 분할하기 위해서 제1 곡률반경 및 제1 폭을 갖는 복수의 제1 렌즈세그먼트(L)가 배열된 제1 실린드리컬 렌즈어레이(33a, 34a)와, 이 제1 실린드리컬 렌즈어레이의 적어도 한곳의 서로 인접하는 상기 제1 렌즈세그먼트(L)간에 배열된 제2 곡률반경 및 제2 폭을 갖는 복수의 제2 렌즈세그먼트(S, S1, S2)를 포함하는 광학장치가 개시된다.
광학장치, 결정화장치

Description

광학장치 및 결정화장치{OPTICAL DEVICE AND CRYSTALLIZATION DEVICE}
본 발명은 입사 레이저광을 복수의 광으로 분할하기 위한 광학장치에 관한 것이며, 특히 어몰퍼스 실리콘(a-Si)막과 같은 비단결정 반도체막에 소정의 광강도 분포를 갖는 펄스 레이저광을 조사해서 결정화 반도체막을 생성하기 위해서 이용되는 결정화장치에 이용하기 적합한 광학장치에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD)의 표시화소를 선택하는 스위칭 소자에 이용되는 박막트랜지스터(TFT)는 비정질 실리콘(amorphous-silicon)막이나 다결정 실리콘(poly-silicon)막에 형성되어 있다. 다결정 실리콘막은 다수의 결정립의 집합으로 이루어지기 때문에, TFT를 다결정 실리콘막에 형성한 경우, 채널영역 내에 결정립계가 형성되고, 이 결정립계가 전자나 정공의 이동에 대해서 장벽이 된다. 이 때문에, 다결정실리콘막은 단결정실리콘막에 비하면 전자 또는 정공의 이동도가 낮아지는 문제점이 있다. 또, 다결정실리콘막에 형성된 다수의 TFT는 채널영역에 형성되는 결정립계의 수, 위치, 형상 등이 각 TFT간에서 다르며, 이것이 TFT특성의 불균일이 되어 액정표시장치라면 표시가 불균일해지는 문제점이 생긴다.
그래서, 전자 또는 정공의 이동도를 향상시키면서도 채널부에서의 결정립계 수 등에 의한 TFT특성의 불균일을 적게 하기 위해서 예를 들면, 표면과학 Vol. 21, No. 5, pp.278-287(pp.32-41), 2000(비특허문헌1) 및 일본특허공개2000-306859호 공보(특허문헌1)) 등에서 위상제어 ELA(Excimer Laser Annealing)법이 제안되고 있다. 위상제어 ELA법에서는 입사되는 레이저 광빔의 면내 광강도 분포를 균일화하기 위한 호모지나이저와 입사되는 레이저광을 위상변조해서 강약의 광강도 프로파일을 형성하기 위한 위상시프터 등을 구비하는 조명광학계를 이용해서 원하는 강약의 광강도 프로파일의 펄스레이저광을 형성하여 비단결정 실리콘박막의 원하는 위치에 조사해서 대입경의 결정화영역을 형성할 수 있다. 즉, 강약의 광강도 프로파일의 펄스레이저광에 조사된 비단결정 실리콘박막의 수광영역은 용융되고, 이 용융영역이 레이저광의 차단기에 강온되는 과정에서 고액분리위치가 상기 강약의 광강도 프로파일에 따라서 횡방향으로 이동함에 따라서 결정화위치가 횡방향으로 이동하고, 적어도 하나의 채널영역을 형성할 수 있는 크기의 대입경의 결정립으로 이루어지는 결정화 실리콘을 형성할 수 있다.
일본특허공개2005-311340호 공보(특허문헌2))에는 위상제어 ELA법에서 광학계의 설계자유도를 향상시키기 위해서 호모지나이저에 특수한 축 벗어남 실린드리컬 렌즈를 이용하는 것이 기재되어 있다. 이 특허문헌2의 실린드리컬 렌즈는 도 7a에 나타낸 것과 같이 같은 크기와 형상(원주를 축방향으로 이분할한 반원주 형상이며, 광투과면의 곡률반경이 동일)의 렌즈세그먼트(M)가 나열되는 렌즈 어레이로 구성되어 있다.
그러나, 특허문헌2의 종래의 실린드리컬 렌즈(300)를 이용해서 레이저광빔의 면내 광강도를 균일화하고, 비특허문헌1이나 특허문헌1의 결정화장치에 의해 결정화 프로세스를 실행했을 경우, 비특허문헌1의 38페이지 도 9a의 정현파상의 강약의 광강도 프로파일을 형성할 수 없다는 문제점이 있었다. 그 결과, 호모지나이저 투과광의 주변에서 도 8a에 나타낸 것과 같이 광강도가 불안정하게 변동하는 링잉(ringing)(과도적 진동)이 생긴다는 것을 알았다. 링잉을 발생시킨 광에 조사된 비단결정 반도체의 부위는 원하는 크기의 결정화가 진행되지 않기 때문에, 결국은 링잉영역에서의 결정화영역이 작아져 채널영역만큼의 크기의 결정화영역을 형성할 수 없어 제조수율을 저하시키는 것을 알았다.
상기 링잉을 발생시킨 광을 제거하는 수단으로서 호모지나이저의 투과광로에 마스크를 설치하는 것을 생각할 수 있지만, 레이저광원으로부터의 레이저광을 유효하게 이용할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 링잉을 억제하고, 균일한 레이저광을 조사할 수 있는 광학장치 및 결정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 광학장치는 레이저광을 복수로 분할하기 위해서 제1 곡률반경 및 제1 폭을 갖는 복수의 제1 렌즈세그먼트가 배열된 제1 실린드리컬 렌즈어레이와, 상기 제1 실린드리컬 렌즈어레이의 적어도 한곳의 서로 인접하는 상기 제1 렌즈세그먼트간에 개재되어 설치된 상기 제1 곡률반경 및 제1 폭과 다른 제2 곡률반경 및 제2 폭을 갖는 제2 렌즈세그먼트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 결정화장치는 입사펄스레이저광의 광강도 분포를 균일화하기 위한 광학장치로 입사펄스레이저광의 광강도 분포를 균일화하고, 균일화된 펄스레이저광을 역피크 패턴상의 광강도 분포를 갖는 펄스레이저광으로 변환해서 상기 펄스레이저광을 비단결정막에 조사해서 이 비단결정막을 결정화하는 결정화장치로서, 광강도 분포를 균일화하기 위한 상기 광학장치는, 레이저광을 복수로 분할하기 위해서 제1 곡률반경 및 제1 폭을 갖는 복수의 제1 렌즈세그먼트가 배열된 제1 실린드리컬 렌즈어레이와, 상기 제1 실린드리컬 렌즈어레이의 적어도 한곳의 서로 인접하는 상기 제1 렌즈세그먼트간에 개재되어 설치된 상기 제1 곡률반경과 다른 제2 폭을 가지며, 또한 상기 제1 폭과 다른 제2 폭을 갖는 제2 렌즈세그먼트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서 안의 용어는 다음과 같이 정의한다.
'위상시프터'란 광의 위상을 변조하기 위한 공간강도 변조소자를 말하며, 포토리소그래피 프로세스의 노광공정에서 사용되는 위상시프트마스크와는 구별되는 것이다. 위상시프터는 예를 들면 석영기판에 에칭에 의해 단차가 형성된 것이다.
'호모지나이저'란 입사광을 면내에서 복수로 분할하고, 이 분할광들을 수속(converge)시켜서 특정의 면에서 광강도를 균일화하는 광학장치를 말한다.
'결정화'란 결정화 대상막이 용융되고, 이 융액이 강온되어 응고되는 과정에서 결정핵을 기점으로서 결정성장한다는 것을 말한다.
'레터럴성장'이란 결정화 대상막이 용융되고, 그 융액이 강온되는 과정에서 응고되는 위치가 결정화 대상막면을 따라서 횡방향으로 이동하는 과정에서 결정립의 성장이 막면을 따라서 횡방향으로 진행하는 것을 말한다.
'광강도 분포(빔프로파일)'이란 결정화하기 위해서 결정화 대상막 예를 들면 비단결정 반도체막에 입사되는 광의 이차원의 강도분포를 말한다. 바꿔 말하면, 조사광(조명광)의 검출면에서의 광의 강도(밝기)분포를 말한다.
'레이저 플루언스'란 어떤 위치에서의 레이저광의 에너지밀도를 나타내는 척도이며, 단위면적당 에너지양을 시간적분한 것을 말하고, 구체적으로는 광원 또는 조사영역에서 계측되는 레이저광의 평균강도를 말한다. '평균 레이저 플루언스'란 어떤 처리면적내에서 균일화된 레이저 플루언스를 가리킨다.
'감쇠기'란 레이저광의 강도를 감쇠시키는 광학소자를 말한다. 감쇠기는 피처리기판이 타서 눌어붙지 않도록 레이저광의 광강도레벨을 조정하는 기능을 갖는 것이다.
'레시피'란 제조하고자 하는 제품의 사양에 기초해서 제품마다 설정된 다양한 처리조건을 말한다.
'장치패러미터'란 결정화를 위한 레시피에 따라 결정화장치가 고유하게 갖는 결정화를 위한 최적조건을 말한다.
'렌즈세그먼트'란 실린드리컬 렌즈를 구성하는 최소단위의 렌즈기능부위를 말한다.
'렌즈세그먼트의 곡률반경'이란 렌즈세그먼트의 입사광면 또는 출사광면의 곡률반경을 말한다. 또, '렌즈세그먼트의 직경'이란 렌즈세그먼트의 입사광면 또는 출사광면의 직경을 말한다.
본 발명에 의하면 링잉을 억제하고, 균일한 레이저광을 조사할 수 있는 광학장치 및 결정화장치를 얻을 수 있다. 각 실린드리컬 렌즈어레이에서 서로 이웃하는 제1 및 제2 렌즈세그먼트의 길이축에 직교하는 단면형상(폭, 곡률반경)을 다르게 설치하므로, 상기 제1 렌즈세그먼트를 투과한 레이저광과 상기 제2 렌즈세그먼트를 투과한 레이저광이 각각 동일영역에 중첩되는 가상적인 면(위상시프터면)에서 서로 간섭되고, 이 광의 간섭작용에 의해서 링잉성분이 분산된다. 이것에 의해 위상시프터면에서 입사광의 면내 광강도 분포의 균일성이 높은 광학장치를 얻을 수 있다. 또한, 결정화장치에서는 조사영역의 전역에 걸쳐서 원하는 용융 및 결정화가 촉진되어 대입경의 결정화영역을 형성할 수 있어 낭비가 적은 고수율의 단결정화영역 예를 들면 단결정화실리콘막을 얻을 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조해서 본 발명을 실시하기 위한 다양한 실시형태에 대해서 설명하겠다.
우선, 도 1~도 5를 참조해서 본 발명의 결정화장치의 실시예에 대해서 설명하겠다. 결정화장치(1)는 프로젝션방식의 엑시머레이저 조사장치로서, 조명부(3), 위상시프터(2), 결상광학계(4) 및 기판스테이지(6)를 구비하고 있다. 조명부(3)는 레이저광원(3a), 이 광원(3a)으로부터의 레이저광로에는 레이저광강도 조정수단으 로서의 감쇠기(3b)가 설치되고, 이 감쇠기(3b)의 투과광로에는 입사되는 레이저광빔의 면내 광강도를 균일화하기 위한 호모지나이저(33, 34)를 포함하는 조명광학계(3c)를 갖는다. 기판스테이지(6)상에는 결정화처리공정을 받는 피처리기판(5)이 미리 정해진 위치에 위치결정되어 놓인다. 이 결정화장치(1)는 펄스레이저광이 광원(3a)→감쇠기(3b)→호모지나이저(33, 34)를 포함하는 조명광학계(3c)→위상시프터(2)→결상광학계(4)의 순으로 통과해서 피처리기판(5)에 조사되도록 되어 있다. 피처리기판(5)은 예를 들면 유리 등의 절연기판, 반도체기판, 금속기판 등의 절연막상에 형성되고, 이 절연막상에는 결정화 대상막으로서의 비단결정 반도체막(예를 들면 어몰퍼스 실리콘막)이 형성되고, 이 비단결정 반도체막상에는 캡막(예를 들면 산화실리콘막과 광흡수특성을 갖는 절연막)이 피복형성된 것이다.
위상시프터(2)는 조명부(3)와 결상광학계(4) 사이에 설치되고, 소정의 단차를 가지며, 단차 부분에서 레이저광선군에 프레넬회절을 일으키고, 입사광속의 위상을 조절하기 위한 것이다. 위상시프터(2)는 입사광속을 위상변조함으로써 펄스레이저광을, 결정화 대상막을 최적으로 용융·결정화시키기 위한 원하는 강약의 광강도 프로파일을 형성하는 것이다.
조명부(3)는 피처리기판(5)의 비단결정 반도체막의 조사영역을 용융시키기 위한 에너지광을 출력하는 광원(3a)으로서 XeCl엑시머레이저 발진기를 구비하고 있다. 이 광원(3a)은 비단결정 반도체막의 흡수파장 특성에 적합한 파장이 308nm, 펄스폭(반값폭)이 30nsec인 펄스레이저광을 발진하는 고유의 특성을 갖는 광원이다. 또한, 본 실시형태에서는 광원(3a)으로서 XeCl엑시머레이저 발진기의 예에 대해서 설명하겠지만, 이 이외의 다른 광원으로서 KrF엑시머레이저 발진기, ArF엑시머레이저 발진기 또는 YAG레이저 발진기 등을 이용할 수도 있다.
감쇠기(3b)는 유전체의 다층막 코팅필터의 각도를 조절해서 레이저광의 광강도(레이저 플루언스)를 광학적으로 변조하는 것으로서, 다음에 서술할 제어부(8)에 의해 동작제어되는 센서, 모터, 제어계를 구비하고 있다.
다음으로 조명부(3)의 구성을 도 2를 참조해서 구체적으로 설명하겠다.
조명부(3)의 조명광학계(3c)는 위상시프터(2)에 대향하도록 배치되어 있다. 상기 광원(3a)으로부터 출사된 펄스레이저광은 감쇠기(3b)에 의해 광강도가 조정된 후에 조명광학계(3c)에 입사되어 배율조정 및 광강도의 균일화가 행해진다. 조명광학계(3c)에 입사된 광빔은 빔익스팬더(31)에 의해 빔직경이 원하는 크기로 확대되고, 조리개(32)에서 빔익스팬터(31)의 주변광을 컷한 후에 호모지나이저에 입사된다.
이 호모지나이저는 예를 들면 2단으로 이루어지고 제1 호모지나이저(33)의 투과광로에, 계속해서 제2 호모지나이저(34)를 설치하고, 광빔의 면내의 광강도 및 입사각도를 균일화하는 광학장치이다. 이 균일화된 레이저광은 조명광학계(3c)를 출사하면 위상시프터(2)의 가상적인 면(위상시프터면)(2a)을 중첩적으로 조사하고, 원하는 빔프로파일의 광강도 분포를 갖는 레이저광이 되어 피처리기판(5)의 조사영역면을 조사한다. 원하는 빔프로파일의 광강도 분포는 예를 들면 최소 광강도에서 최대 광강도로 광강도가 연속적으로 변화하는 역피크 패턴상의 광강도 분포가 하나 또는 복수 예를 들면 하나의 레이저광의 면내에서 수 십개가 이차원상으로 배열된 광이다.
이어서, 위상시프터(2)에서 위상변조된 레이저광은 결상광학계(4)를 통해서 피처리기판(5)의 비단결정 반도체막에 입사된다. 여기서, 결상광학계(4)에서는 위상시프터(2)의 패턴면과 피처리기판(5)(엄밀하게는 비단결정 반도체막의 상면(top surface))을 광학적으로 공역으로 배치하고 있다. 바꿔 말하면, 피처리기판(5)은 위상시프터(2)의 패턴면에 대하여 광학적으로 공역인 면(결상광학계(4)의 상면(image plane))에 설정되어 있다.
결상광학계(4)는 전방 정렌즈군(4a)과 후방 정렌즈군(4b) 사이에 개구조리개(4c)를 구비하고 있다. 개구조리개(4c)는 예를 들면 개구부(광투과부)의 기가 다른 복수의 개구조리개로 이루어진다. 이 복수의 개구조리개들(4c)은 광로에 대해서 교환가능하게 구성되어 있어도 좋다. 혹은 개구조리개(4c)로서 개구부의 크기를 연속적으로 변화시킬 수 있는 홍채조리개를 이용해도 좋다. 어떤 것으로 해도 개구조리개(4c)의 개구부의 크기(결국 상측개구수(NA))는 후술하는 것과 같이 피처리기판(5)의 반도체층상에서 소요의 광강도 분포를 발생시키도록 설정되어 있다. 이 결상광학계(4)는 굴절형 광학계여도 좋고, 반사형 광학계여도 좋고, 굴절/반사형 광학계여도 좋다.
본 실시형태의 결정화장치(1)에서는 기판스테이지(6)상에 피처리기판(5)과 도시하지 않은 빔프로파일러(77)(도 3 참조)가 치환가능하게 병렬로 설치되어 있다. 빔프로파일러(77)는 그 광축이 결상광학계(4)의 레이저광축과 평행해지도록 위치 맞추어져 있다. 빔프로파일러(77)와 결상광학계(4)의 위치맞춤은 기판스테이 지(6)와 얼라인먼트기구(미도시)를 이용해서 이루어진다.
다음으로 도 3을 참조해서 본 장치의 제어계에 대해서 설명하겠다.
결정화장치(1)는 제어수단 및 기록수단으로서 컴퓨터(8)를 구비하고 있다. 컴퓨터(8)는 입력인터페이스(8a), 시스템버스(8b), CPU(8c), 메모리(기록장치)(8d) 및 출력인터페이스(8e)를 구비하고 있다.
입력인터페이스(8a)에는 빔프로파일러(77), 하이트센서(78) 및 입력장치(79)가 접속되고, 출력인터페이스(8e)에는 레이저광원(3a), 감쇠기(3b), 조명광학계(3c), 위상시프터(2)의 위치맞춤기구(미도시), 기판스테이지(6) 및 표시장치(81) 등이 각각 접속되어 있다. 입력인터페이스(8a) 및 출력인터페이스(8e)는 시스템버스(8b)를 통해서 CPU(8c) 및 메모리(8d)에 각각 접속되어 있다.
상기 빔프로파일러(77)는 상기 빔프로파일을 표시하고, 모니터할 수 있는 기구이다. 하이트센서(78)는 결상광학계(4)로부터 피처리기판(5)까지의 사이의 거리를 측정하는 높이 검지기구이다.
메모리(8d)는 키보드 등의 입력장치(79)로부터 입력되는 장치패러미터를 기억하고, 유지하기 위한 기록장치이다. CPU(8c)는 입력장치(79)로부터 입력되는 레시피에 따라서, 또 빔프로파일러(77) 및 하이트센서(78)로부터 직접 입력되는 각 검출데이터에 따라서 메모리(8d)로부터 장치패러미터를 수시 독출하여 연산처리하고, 소정의 지령신호를 장치 각 부에 출력인터페이스(8e)를 통해서 보내는 제어수단이다.
표시장치(81)는 컴퓨터(8)로부터 출력되어 오는 각종 데이터를 표시하는 것 으로서, 그 제1 표시부에는 테이블화된 장치패러미터가 열기되어 표시되고, 제2 표시부에는 피처리기판(5)상의 레이저조사위치를 나타내는 기판맵도형이 표시되고, 제3 표시부에는 조사레이저광의 빔프로파일 파형이 표시되도록 되어 있다. 또한, 표시장치(81)는 펄스레이저 조사장치(1)에 이상이 발생했을 때에 경보를 발하는 알람기구를 갖는 것이 바람직하다. 알람기구는 예를 들면 표시장치(81)의 화면에 빨간 램프를 점멸시키도록 해도 좋고, 스피커로부터 경보음이나 음성을 발하도록 해도 좋다.
다음으로, 도 2, 도 4, 도 5를 참조해서 제1 호모지나이저(33) 및 제2 호모지나이저(34)의 제1 실시형태의 조명광학계(3c)의 상세에 대해서 설명하겠다.
조명광학계(3c)는 상기한 것과 같이 빔익스팬더(31), 조리개(32), 제1 호모지나이저(33) 및 제2 호모지나이저(34)를 구비하고 있다. 빔익스팬더(31)는 광원(3a)으로부터의 레이저광을 원하는 크기로 확대해서 조리개(32)를 조명하는 것이다. 조리개(32)는 빔익스팬더(31) 주변광을 차단하기 위한 소정의 크기의 개구부를 가지며, 확대된 레이저광의 주변광을 컷트하는 것이다. 조리개(32)의 개구부의 크기는 예를 들면 직경 20mm이다. 제1 호모지나이저(33)는 조리개(32)에서 트리밍된 레이저광을 X방향 및 Y방향으로 각각 분할하는 것이다. 제2 호모지나이저(34)는 분할된 레이저광을 X방향 및 Y방향으로 각각 집광하는 것이다. 이 실시형태에서는 제1 및 제2 호모지나이저(33, 34)에 의해 레이저광의 면내 광강도 분포 및 입사각도 분포가 균일화되도록 되어 있다.
제1 호모지나이저(33)는 제1 실린드리컬 렌즈어레이(33a)와 제2 실린드리컬 렌즈어레이(33b)를 상하로 겹쳐 쌓아 조합시켜 이루어지는 것이다. 상하로 겹쳐 쌓는다는 것은 투과광로에 이 어레이를 설치한다는 것으로, 입사광측에 제2 실린드리컬 렌즈어레이(33b)를 배치하고, 이 어레이(33b)의 출사광로에 제1 실린드리컬 렌즈어레이(33a)를 배치해도 좋다.
이 조합은 도 4에 나타내는 것과 같이, 제1 실린드리컬 렌즈어레이(33a)의 길이축이 X방향으로 연장되어 나오고, 제2 실린드리컬 렌즈어레이(33b)의 길이축이 Y방향으로 연장되어 나와 있다. 즉, 제1 실린드리컬 렌즈어레이(33a)의 길이축과 제2 실린드리컬 렌즈어레이(33b)의 길이축은 직교하고 있다. 제1 실린드리컬 렌즈어레이(33a)는 조리개(32)의 개구부에 대향해서 배치되어 있다. 또, 제2 실린드리컬 렌즈어레이(33b)는 제2 호모지나이저(34)의 제3 실린드리컬 렌즈어레이(34a)에 대향해서 배치되어 있다.
제2 호모지나이저(34)는 제3 실린드리컬 렌즈어레이(34a)와 제4 실린드리컬 렌즈어레이(34b)를 상하로 겹쳐 쌓아 이루어지는 것이다. 이 조합도 상기와 동일하게 도 4에 나타내는 것과 같이, 제3 실린드리컬 렌즈어레이(34a)의 길이축(장축)이 X방향으로 연장되어 나오고, 제4 실린드리컬 렌즈어레이(34b)의 길이축이 Y방향으로 연장되어 나와 있다. 즉, 제3 실린드리컬 렌즈어레이(34a)의 길이축과 제4 실린드리컬 렌즈어레이(34b)의 길이축은 직교하고 있다. 또한, 제3 실린드리컬 렌즈어레이(34a)는 상기 제1 실린드리컬 렌즈어레이(33a)와 광학적으로 동등한 구성과 기능을 가지며, 또, 제4 실린드리컬 렌즈어레이(34b)는 상기 제2 실린드리컬 렌즈어레이(33b)와 광학적으로 동등한 구성과 기능을 가지고 있다.
제1 호모지나이저(33)에서 제1 실린드리컬 렌즈어레이(33a)는 레이저광을 Y방향으로 분할하고, 제2 실린드리컬 렌즈어레이(33b)는 제1 실린드리컬 렌즈어레이(33a)를 투과한 레이저광을 X방향으로 분할한다. 또, 제2 호모지나이저(34)에서, 제3 실린드리컬 렌즈어레이(34a)는 제2 실린드리컬 렌즈어레이(33b)를 투과한 레이저광을 Y방향으로 집광하고, 제4실린드리컬 렌즈어레이(34b)는 제3 실린드리컬 렌즈어레이(34a)를 투과한 레이저광을 X방향으로 집광한다. 그리고, 피처리기판(5)의 조사영역면과 광학적으로 공역관계에 있는 위상시프터면(2a)을 중첩적으로 조명한다. 또한, 위상시프터면(2a)은 물리적으로 실재하는 면이 아니라 광학이론상의 가상적인 면이다.
도 5에 도 4를 확대해서 나타내는 것과 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4의 실린드리컬 렌즈어레이(33a, 33b, 34a, 34b)의 각각은 길이축에 직교하는 소정의 단면형상을 갖는 복수의 제1 렌즈세그먼트(L)와, 제1 렌즈세그먼트(L)의 길이축 직교단면형상과는 다른 길이축 직교단면형상을 갖는 복수의 제2 렌즈세그먼트(S)를 각각 갖고 있다. 제1 렌즈세그먼트(L)와 제2 렌즈세그먼트(S)는 교대로 배치되어 있다. 이 때문에, 제1 렌즈세그먼트(L)는 한쌍의 제2 렌즈세그먼트(S)의 사이에 끼워지고, 이것과는 반대로 제2 렌즈세그먼트(S)는 한쌍의 제1 렌즈세그먼트(L)의 사이에 끼워져 있다.
제1 렌즈세그먼트(L)에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 쐐기형상이고, 광이 입사되는 입사부(35c)의 폭보다도 광이 투과해서 빠져나가는 출사부(35p)의 폭이 크다. 또, 제2 렌즈세그먼트(S)에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 제1 렌 즈세그먼트(L)와는 역방향으로 배치된 쐐기형상이고, 광이 입사되는 입사부(36c)의 폭보다도 광이 투과해서 빠져나가는 출사부(36p)의 폭이 작다.
본 실시형태에서는 제1 렌즈세그먼트(L)의 출사부(35p)의 폭과 제2 렌즈세그먼트(S)의 출사부(36p)의 폭의 비율을 9:1로 했다. 이 비율은 1:1~50:1의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 비율이 50:1을 넘으면 집광 등이 발생해서 균일성에 지장을 주는 등의 문제점이 생기기 때문이다.
제1 렌즈세그먼트(L)에서 철상의 출사부(35p)의 곡률반경(R1)은 요상의 입사부(35c)의 곡률반경(R2)보다 크다(R1＞R2). 이에 비해서 제2 렌즈세그먼트(S)에서는 철상의 출사부(36p)의 곡률반경(R3)은 요상의 입사부(36c)의 곡률반경(R4)보다 작다(R3＜R4).
본 실시형태에서는 예를 들면 곡률반경(R1)을 2mm, 곡률반경(R2)을 1mm, 곡률반경(R3)을 1mm, 곡률반경(R4)을 2mm로 했다. 또, 제1 렌즈세그먼트(L)의 높이(Z방향의 길이)(L1)를 30mm, 제2 렌즈세그먼트(S)의 높이(Z방향의 길이)(L2)를 30mm로 했다. 곡률반경(R1)은 0.2~10mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R2)은 0.2~10mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R3)은 0.2~10mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R4)은 0.2~10mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R1)과 곡률반경(R3)의 비율(R1/R3)은 1:1~50:1의 범위로 하는 것이 바람직하다. 비율(R1/R3)이 50:1을 넘으면 집광 등이 발생해서 균일성에 지장을 주는 등의 문제점이 생기기 때문이다.
상술한 실린드리컬 렌즈어레이(33a, 33b, 34a, 34b)는 예를 들면 다음과 같 이 해서 제작된다.
공업적으로 순수한 석영(순도 99.999%의 SiO2)을 진공로내에서 가열·용융하고, 용융석영을 소정형상의 캐비티를 갖는 금형내에 녹여 붓고, 시간을 들여 천천히 냉각한다. 완전응고 후에 주형에서 석영 실린드리컬 렌즈어레이 일차품을 빼내고, 이것을 연마해서 표면조도 λ/5(λ=632.8nm)이상의 경면으로 완성한다. 최종적인 완성치수의 허용오차를 ±5㎛ 이하로 한다.
다음으로, 상기의 결정화장치(1), 즉 프로젝션형 엑시머레이저 조사장치(PJELA)를 이용해서 실제로 비정질 실리콘막을 결정화하는 경우에 대해서 도 6을 참조하면서 설명하겠다.
PJELA(1)의 주 스위치를 켜면 자동적으로 제어부(8)가 장치패러미터의 데이터독출을 하고, 다양한 장치패러미터가 일람표가 되어 표시장치(81)의 화면상에 표시된다(공정K1). 기판스테이지(6)가 피처리기판(5)을 유지한 상태에서 조사위치(레이저광축과 일치)로 자동적으로 진입한다(공정K2). 이 때 피처리기판(5)의 입사면을 결정화하고자 하는 위치로 이동시키고, 광원측의 레이저광축과 얼라인먼트했다(공정K3). 독출한 장치패러미터에 포함되는 목표를 벗어난 양값(量値)에 기초해서 컴퓨터(8)가 하이트 센서(78)로부터의 검출신호를 이용해서 기판스테이지(6)의 Z방향 동작을 제어하고, 기판스테이지(6)와 피처리기판(5)과의 벗어난 양을 목표를 벗어난 양값에 일치시킨다(공정K4). 이때 사용되는 장치패러미터는 전회 사용했을 때에 최적이었던 장치패러미터라도 좋고, 시뮬레이션에 의해 이상적으로 상정되는 값 이라도 좋다.
다음으로, 독출한 장치패러미터에 기초해서 감쇠기(3b)가 자동조정된다(공정K5). 즉, 빔프로파일러(77)에서 측정한 광강도와 미리 설정한 목표의 광강도를 비교해서 감쇠조작량을 계산하고, 감쇠기(3b)에 조작신호를 출력해서 측정한 강도가 목표강도가 되도록 피드백하면서 감쇠기(3b)의 각도를 고정밀도로 조정한다.
기판스테이지(6)는 X-Y면내에서 소정간격마다 스텝이동해서 위치를 바꿀 수 있도록 되어 있으므로 피처리기판(5)의 원하는 부위를 조사위치에 위치시킬 수 있고, X-Y 스텝이동공정(K6)과 결정화(어닐링)공정(K7)을 반복함으로써 대면적의 비정질 실리콘막을 결정화할 수 있다(공정K6 및 K7). 이 상태는 표시장치(81)의 화면상에 표시되므로 오퍼레이터는 피처리기판(5)상의 어느 부위가 레이저조사되고 있는지를 실시간으로 알 수 있다.
결정화공정(K7)에서는 광원이 되는 XeCl엑시머레이저장치로부터는 파장 308nm, 펄스폭 30nsec의 레이저광이 출사된다. 이 펄스레이저광은 감쇠기(3b), 조명광학계(3c), 위상시프터(2), 결상광학계(4)를 통해서 광학적으로 조정되고, 원하는 역피크 패턴상의 빔프로파일 파형이 되어 죄종적으로 피처리기판(5)상의 비정질박막에 조사된다. 이에 따라 비정질박막이 용융되고, 응고되는 과정에서 결정화된다. 피처리기판(5)은 예를 들면, 액정디스플레이용 판유리기판상에 화학기상성장법(CVD)에 의해 하지막, 비정질 실리콘막(반도체층) 및 캡막이 순차형성된 것이다. 하지절연막은 절연재, 예를 들면 SiO2로 형성되어 있고, 비정질 실리콘막과 유리기 판이 직접 접촉해서 유리기판내의 Na 등의 이물질이 비정질 실리콘막에 혼입되는 것을 방지함과 동시에 비정질 실리콘막의 용융온도가 직접 유리기판에 전달되는 것을 방지한다. 비정질 실리콘막은 결정화되는 반도체막이며, 비단결정막으로서 비정질 반도체막이나 다결정 반도체 등이다.
비단결정막은 상기 반도체막에 한정되지 않고, 비단결정의 금속 등의 비단결정 재료로 형성되어 있는 막이라도 좋다. 비정질 실리콘막상에는 캡막으로서 절연막 예를 들면 SiO2이, 바람직하게는 성막되어 있다. 캡막은 비정질 실리콘막에 입사되는 광빔의 일부에 의해 가열되고, 이 가열된 온도를 축열한다. 이 축열효과는 캡막이 아니면 광빔의 입사가 차단되었을 때, 비정질 실리콘막의 피조사면에서 고온부가 상대적으로 급속히 온도강하되지만, 이 온도구배를 완화시키고, 대입경의 횡방향의 결정성장을 촉진시킨다. 또한, 피처리기판(5)은 진공척이나 정전척 등에 의해 기판스테이지(6)상에서 미리 정해진 소정의 위치에 위치정해져 유지된다.
앞의 조사영역이 최후였는지 아닌지를 판정하고(공정K8), 공정K8의 판정결과가 NO인 경우는 공정K6~K7의 동작을 반복해서 실시하고, 피처리기판(5)의 다른 영역을 차례차례 결정화한다. 이와 같이 조사영역을 이동시키면서 결정화를 반복함으로써 대면적을 결정화할 수 있다. 공정K8의 판정결과가 YES인 경우는 엔드포인트가 검출된 것으로 하고, 기판스테이지(6)를 홈위치로 되돌리고 결정화처리를 종료한다.
이와 같이 해서 결정화된 결정화영역에 위치 맞추어 박막트랜지스터를 형성 할 수 있다. 즉, 결정화영역상에 게이트산화막을 형성하고, 이 게이트산화막상에 게이트전극을 형성한다. 이 게이트전극을 마스크로 해서 소스/드레인전극을 형성하기 위한 콘텍홀을 형성한다. 다음으로, 게이트전극을 마스크로 해서 소스/드레인전극을 형성하기 위한 불순물을 이온주입하고 활성화처리한다. 다음으로, 콘텍홀에 소스/드레인전극을 형성해서 박막트랜지스터를 형성할 수 있다.
상기 실시형태에서는 광강도 분포의 검출, 확인공정을, 결정화공정 전에 1회 실행한 예에 대해서 설명했지만, 광강도 분포의 검출과 확인은 일련의 처리의 최초에 실시하고, 1장의 피처리기판(5)의 전면을 결정화해도 좋다. 또한, 결정화영역 수곳마다 1회, 수십, 수백, 수천곳마다 1회 실시해도 좋다. 또한, 광강도 분포의 검출, 확인공정은 많으면 많을수록 균일한 결정화를 실시할 수 있다. 이에 따라 재현성이 높은 레이저조사를 구현할 수 있고, 비정질 실리콘막의 결정화를 안정적으로 행할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 호모지나이저에 대해서 투과광로에 제1 호모지나이저(33) 및 제2 호모지나이저(34)를 설치하여, 2단 구성의 호모지나이저로 하고, 각 호모지나이저(33, 34)에 길이축(장축)이 직교하는 실린드리컬 렌즈어레이(33a, 34a)와 실린드리컬 렌즈어레이(33b, 34b)를 배치했다. 그러나, 본 발명은 상기 실시형태에만 한정되지 않는다. 링잉 현상은 실린드리컬 렌즈어레이(33a, 34a) 또는 실린드리컬 렌즈어레이(33b, 34b) 중의 어느 한쪽에서만 발생하기 때문에 호모지나이저는 1단 구성에서도 동일하게 효과가 있다.
(제2 실시형태)
다음으로, 도 7a 내지 도 8b를 참조해서 제2 실시형태의 조명광학계에 이용되는 호모지나이저의 실린드리컬 렌즈어레이에 대해서 설명하겠다. 여기에서는 본 실시형태의 호모지나이저의 실린드리컬 렌즈어레이를 종래의 호모지나이저의 실린드리컬 렌즈어레이와 비교하면서 설명하겠다. 또한, 본 실시형태에 있어, 상술한 실시형태와 중첩되는 부분의 설명을 생략하겠다.
종래의 호모지나이저의 실린드리컬 렌즈어레이(300)에서는 동일한 형상과 크기의 렌즈세그먼트(M)가 인접하여 나열되어 있다. 즉, 렌즈세그먼트(M)는 길이축에 직교하는 단면 형상이 반원주형(반원 또는 반타원과 사각형의 조합형상, 혹은 반원주 또는 유사 반원주 형상)이며, 동일한 직경(Wo) 및 동일한 출사부의 곡률반경(Ro)로 형성되어 있다.
이에 비해서 본 실시형태의 실린드리컬 렌즈어레이(30)에서는 서로 다른 형상과 크기의 렌즈세그먼트(L, S1, L, S2, L)가 교대로 인접하여 나열되어 있다. 즉, 대렌즈세그먼트(L)와 소렌즈세그먼트(S1, S2)와는 서로 형상과 크기가 각각 다르다. 대렌즈세그먼트(L)의 폭(W1) 및 출사부의 곡률반경(R1)은 폭(W2, W3) 및 출사부의 곡률반경(R2, R3)보다도 크다.
본 실시형태에서는 예를 들면, 곡률반경(R1)을 2mm, 곡률반경(R2)을 0.5mm, 곡률반경(R3)을 0.5mm로 했다. 곡률반경(R1)은 0.2~20mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R2)은 0.2~20mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R3)은 0.2~20mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, 폭(W1)을 1.5mm, 폭(W2)을 0.6mm, 폭(W3)을 0.5mm로 했다. 폭(W4)은 0.2~10mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 폭(W5)은 0.2~10mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 폭(W6)은 0.2~10mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 7a 및 도 7b의 실린드리컬 렌즈어레이(30)는 링잉 억제효과를 갖는다는 것에 대해서 도 8a 및 도 8b를 참조해서 설명하겠다.
종래의 실린드리컬 렌즈어레이(300)를 투과한 레이저광은 도 8a에 나타내는 것과 같이, 위상시프터면(2a)의 양단의 영역에 큰 링잉(41)이 현저하게 발생한다. 이와 같이 현저하게 큰 링잉(41)은 광원측의 광형상과 렌즈세그먼트에 의한 간섭 등에 기인해서 생기는 것이다.
이에 비해서 본 실시형태의 실린드리컬 렌즈어레이(30)를 투과한 레이저광에서는, 렌즈세그먼트(S1)의 작용에 의해 도 8b에 나타내는 것과 같이, 위상시프터면(2a)에 생기는 링잉(41A)이 작게 억제되고 있다. 이 이유는 서로 이웃하는 렌즈세그먼트(L, S1, S2)의 길이축에 직교하는 단면형상(폭 및 곡률반경)을 다르게 하고 있으므로 대렌즈세그먼트(L)를 투과한 레이저광과 소렌즈세그먼트(S1, S2)를 투과한 레이저광이 각각 동일영역에 중첩되는 위상시프터면(2a)에서 서로 간섭되기 때문이다. 이 광의 간섭작용에 의해서 위상시프터면의 양단에 발생하는 링잉성분이 분산된다. 이에 따라 위상시프터면(2a)에서의 레이저광의 균일성이 높아진다.
상기의 실시형태에서, 서로 이웃하는 렌즈세그먼트(L, S1, S2)의 길이축에 직교하는 단면형상(폭 및 곡률반경)을 다르게 한 광학장치의 예에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 상기의 실시형태에만 한정되지 않는다.
예를 들면, 도 8a의 렌즈세그먼트(M)간에 렌즈세그먼트(S3)를 1개 또는 복수 적당한 위치에 개재시켜도 좋다. 또한, 도 9a에 나타내는 광학장치(30A)는 실린드리컬 렌즈어레이의 중앙에 2개의 대 렌즈세그먼트(L)를 배열하고, 그 양측에 각각 5개의 소 렌즈세그먼트(S)를 배열한 예이다. 대 렌즈세그먼트(L)의 곡률반경과 폭은 소 렌즈세그먼트(S)의 곡률반경과 폭보다도 크다.
본 실시형태에서는 예를 들면 대 렌즈세그먼트(L)의 곡률반경(R1)을 2mm, 소 렌즈세그먼트(S)의 곡률반경(R2)을 0.5mm로 했다. 곡률반경(R1)은 0.2~20mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R2)은 0.2~20mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는 대 렌즈세그먼트(L)의 폭(W1)을 1.5mm, 소 렌즈세그먼트(S)의 폭(W2)을 0.4mm로 했다. 폭(W1)은 0.1~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 폭(W2)은 0.1~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 광학장치(30A)에 의하면 렌즈세그먼트의 곡률반경이 큰 것을 중앙에 배치하고, 곡률반경이 작은 것을 단부에 배치하고 있으므로, 광원의 형상에 의존하여, 양단의 광을 미세하게 집광시킴으로써 양단에 발생하는 링잉 등의 광강도의 불균일을 상쇄하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 9b에 나타내는 호모지나이저(30B)에서는 실린드리컬 렌즈어레이의 중앙에 6개의 소 렌즈세그먼트(S1, S2)를 배열하고, 그 양측에 각각 1개씩 대 렌즈세그먼트(L)를 배치하고 있다. 중앙의 소 렌즈세그먼트의 배열 중 제2의 소 렌즈세그먼트(S2)는 한쪽으로 기울어져 배치되어 있다. 이 제2의 소 렌즈세그먼트(S2)는 다른 5개의 제1의 소 렌즈세그먼트(S1)보다도 곡률반경 및 폭이 모두 크다.
본 실시형태에서는 예를 들면 대 렌즈세그먼트(L)의 곡률반경(R1)을 2mm, 제1의 소 렌즈세그먼트(S1)의 곡률반경(R2)을 0.5mm, 제2의 소 렌즈세그먼트(S2)의 곡률반경(R3)을 0.3mm로 했다. 또한, 곡률반경(R1)은 0.2~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R2)은 0.2~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R3)은 0.2~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는 대 렌즈세그먼트(L)의 폭(W1)을 1.5mm, 제1의 소 렌즈세그먼트(S1)의 폭(W2)을 0.4mm, 제2의 소 렌즈세그먼트(S2)의 폭(W3)을 0.2mm로 했다. 폭(W1)은 0.1~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 폭(W2)은 0.1~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 폭(W3)은 0.1~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 광학장치(30B)에 의하면 렌즈세그먼트의 곡률반경이 작은 것을 중앙에 배치하고, 곡률반경이 큰 것을 중앙에 배치하고 있으므로, 광원의 형상에 의존하여, 중앙부의 광을 미세하게 집광시킴으로써 링잉이나 간섭에 기인하는 광강도의 불균일 억제효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 9c에 나타내는 광학장치(30C)에서는 큰 렌즈세그먼트(L)와 소 렌즈세그먼트(S)의 군(본 실시형태에서는 4개의 렌즈세그먼트(S)를 1개의 군으로 했다)을 교대로 배치함으로써 실린드리컬 렌즈어레이를 형성하고 있다. 즉, 본 실시형태의 광학장치(30C)의 실린드리컬 렌즈어레이에서는 대소의 렌즈세그먼트(L, S)가 분산되도록 배치되어 있다.
본 실시형태에서는 예를 들면 대 렌즈세그먼트(L)의 곡률반경(R1)을 2mm, 소 렌즈세그먼트(S)의 곡률반경(R2)을 0.5mm로 했다. 곡률반경(R1)은 0.2~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 곡률반경(R2)은 0.2~2mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는 대 렌즈세그먼트(L)의 폭(W1)을 1.5mm, 소 렌즈세그먼트(S)의 폭(W2)을 0.4mm로 했다. 폭(W1)은 0.1~20mm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 폭(W2)은 0.1~20mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 광학장치(30C)에 의하면 렌즈세그먼트의 곡률반경이 큰 것과 작은 것을 랜덤하게 배치하고 있으므로 광원의 형상에 의존하여, 랜덤하게 집광시킴으로써 전체적으로 링잉 등의 광강도의 불균일 억제효과를 얻을 수 있다.
이상, 다양한 실시형태를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 상기 각 실시형태에만 한정되지 않으며, 다양하게 변형 및 조합시킬 수 있다.
본 발명은 액정표시장치(LCD)의 표시화소를 선택하는 스위칭소자 등에 이용되는 박막트랜지스터(TFT)의 결정화에 이용할 수 있다.
도 1은, 레이저조사장치의 전체의 개요를 나타내는 구성블럭도이다.
도 2는, 레이저조사장치의 요부를 나타내는 구성블럭도이다.
도 3은, 레이저조사장치의 제어블럭도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 광학장치의 실린드리컬 렌즈어레이를 나타내는 사시도이다.
도 5는, 도 4의 실린드리컬 렌즈어레이의 일부를 확대해서 나타내는 단면모식도이다.
도 6은, 본 발명의 광학장치를 이용하는 ELA결정화방법의 흐름도이다.
도 7a는, 종래의 광학장치의 실린드리컬 렌즈어레이를 나타내는 단면모식도이고, 도 7b는, 본 발명의 광학장치의 실린드리컬 렌즈어레이를 나타내는 단면모식도이다.
도 8a는, 종래의 광학장치를 투과한 레이저광의 위상시프터면에서의 광강도 분포를 나타내는 모식도이고, 도 8b는, 본 발명의 광학장치를 투과한 레이저광의 위상시프터면에서의 광강도 분포를 나타내는 모식도이다.
도 9a 내지 도 9c는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광학장치의 실린드리컬 렌즈어레이를 나타내는 단면모식도이다.

Claims (12)

  1. 레이저광을 복수의 광성분으로 분할하기 위해서 제1 곡률반경 및 제1 폭을 갖는 복수의 제1 렌즈세그먼트가 배열된 제1 실린드리컬 렌즈어레이와,
    상기 제1 실린드리컬 렌즈어레이의 적어도 한곳의 서로 인접하는 상기 제1 렌즈세그먼트간에 개재되어 설치된 상기 제1 곡률반경 및 제1 폭과 다른 제2 곡률반경 및 제2 폭을 갖는 제2 렌즈세그먼트를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 렌즈세그먼트는 반원주 또는 유사 반원주 형상의 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈세그먼트에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 쐐기형이고, 광이 입사되는 입사부의 폭보다도 투과광이 빠져나가는 출사부의 폭이 더 크고,
    상기 제2 렌즈세그먼트에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 상기 제1 렌즈세그먼트와는 역방향으로 배치된 쐐기형상이고, 광이 입사되는 입사부의 폭보다도 투과광이 빠져나가는 출사부의 폭이 더 작은 것을 특징으로 하는 광학장치.
  4. 레이저광을 복수의 광성분으로 분할하기 위해서 제1 곡률반경 및 제1 폭을 갖는 제1 렌즈세그먼트가 배열된 복수의 제1 실린드리컬 렌즈어레이와,
    상기 제1 실린드리컬 렌즈어레이의 각 제1 렌즈세그먼트간에 개재되어 설치되고, 상기 제1 곡률반경과 다른 제2 곡률반경을 가지고, 또한 상기 제1 폭과 다른 제2 폭을 갖는 복수의 제2 렌즈세그먼트가 배열된 제2 실린드리컬 렌즈어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 렌즈세그먼트는 반원주 또는 유사 반원주 형상의 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 렌즈세그먼트에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 쐐기형이고, 광이 입사되는 입사부의 폭보다도 투과광이 빠져나가는 출사부의 폭이 더 크고,
    상기 제2 렌즈세그먼트에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 상기 제1 렌즈세그먼트와는 역방향으로 배치된 쐐기형상이고, 광이 입사되는 입사부의 폭보다도 투과광이 빠져나가는 출사부의 폭이 더 작은 것을 특징으로 하는 광학장치.
  7. 입사레이저광을 복수의 광성분으로 일방향으로 분할하기 위해서 제1 곡률반경 및 제1 폭을 갖는 복수의 제1 렌즈세그먼트가 배열된 제1 실린드리컬 렌즈어레 이와,
    상기 제1 실린드리컬 렌즈어레이를 투과한 레이저광을 상기 일방향에 직교하는 방향으로 분할하기 위해서 상기 제1 곡률반경 및 제1 폭과 다른 제2 곡률반경 및 제2 폭을 갖는 복수의 제2 렌즈세그먼트가 배열된 제2 실린드리컬 렌즈어레이와,
    상기 제2 실린드리컬 렌즈어레이를 투과한 레이저광을 상기 일방향으로 집광하기 위해서 상기 제1 곡률반경 및 제1 폭을 갖는 복수의 제1 렌즈세그먼트가 배열된 제3 실린드리컬 렌즈어레이와,
    상기 제3 실린드리컬 렌즈어레이를 투과한 레이저광을 상기 일방향에 직교하는 방향으로 집광하기 위해서 상기 제2 곡률반경 및 제2 폭을 갖는 복수의 제2 렌즈세그먼트를 구비하는 광학장치로서,
    상기 각 제1, 제2, 제3 및 제4 실린드리컬 렌즈어레이는,
    인접하는 상기 제1 렌즈세그먼트 사이에 배열되도록 상기 실린드리컬 렌즈어레이의 적어도 한곳에 제2 렌즈세그먼트를 갖는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 렌즈세그먼트는 반원주 또는 유사 반원주 형상의 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 렌즈세그먼트에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 쐐기형이고, 광이 입사되는 입사부의 폭보다도 투과광이 빠져나가는 출사부의 폭이 더 크고,
    상기 제2 렌즈세그먼트에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 상기 제1 렌즈세그먼트와는 역방향으로 배치된 쐐기형상이고, 광이 입사되는 입사부의 폭보다도 투과광이 빠져나가는 출사부의 폭이 더 작은 것을 특징으로 하는 광학장치.
  10. 입사펄스레이저광의 광강도 분포를 균일화하기 위한 광학장치로 입사레이저광의 광강도 분포를 균일화하고, 상기 균일화된 펄스레이저광을 역피크 패턴상의 광강도 분포를 갖는 펄스레이저광으로 변환하고 비단결정막에 조사해서 상기 비단결정막을 결정화하는 결정화장치로서,
    광강도 분포를 균일화하기 위한 상기 광학장치는,
    레이저광을 복수의 광성분으로 분할하기 위해서 제1 곡률반경 및 제1 폭을 갖는 복수의 제1 렌즈세그먼트가 배열된 제1 실린드리컬 렌즈어레이와,
    상기 제1 실린드리컬 렌즈어레이의 적어도 한곳의 서로 인접하는 상기 제1 렌즈세그먼트간에 개재되어 설치된 상기 제1 곡률반경과 다른 제2 곡률반경을 가지며, 또한 상기 제1 폭과 다른 제2 폭을 갖는 제2 렌즈세그먼트를 구비하는 것을 특징으로 하는 결정화장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 렌즈세그먼트는 반원주 또는 유사 반원주 형상의 렌즈인 것 을 특징으로 하는 결정화장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 렌즈세그먼트에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 쐐기형이고, 광이 입사되는 입사부의 폭보다도 투과광이 빠져나가는 출사부의 폭이 더 크고,
    상기 제2 렌즈세그먼트에서는, 길이축에 직교하는 단면형상이 상기 제1 렌즈세그먼트와는 역방향으로 배치된 쐐기형상이고, 광이 입사되는 입사부의 폭보다도 투과광이 빠져나가는 출사부의 폭이 더 작은 것을 특징으로 하는 결정화장치.
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