KR20040025640A - 빔 호모제나이저 및 레이저 조사 장치와 반도체 장치 제조방법 - Google Patents

빔 호모제나이저 및 레이저 조사 장치와 반도체 장치 제조방법 Download PDF

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Abstract

피조사면 상의 빔 스폿에서의 불균일한 에너지 분포는 광학 시스템을 형성하는 원통형 렌즈 어레이의 구조적인 문제점 및 가공 정밀도에 의해 야기된다.
본 발명에 따르면, 직사각형 빔 스폿을 형성하기 위한 광학 시스템에 있어서, 피조사면 상의 레이저광의 직사각형 빔 스폿의 짧은 변 방향의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광학 시스템은 광도파로로 대체된다. 상기 광도파로는 방사빔을 일정 영역에 한정하고 그 에너지 흐름을 경로의 축에 평행하게 전송할 수 있는 회로이다.

Description

빔 호모제나이저 및 레이저 조사 장치와 반도체 장치 제조 방법 {Beam homogenizer and laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device}
본 발명은 피조사면 상의 빔 스폿을 특정 구역에서 균일화하는 빔 호모제나이저(beam homogenizer)에 관한 것이며, 또한 피조사면 상에 균일화된 빔 스폿을 조사하는 레이저 조사 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 장치는, 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 디바이스 및 액티브 매트릭스 전자 발광 디스플레이 디바이스와 같은 디스플레이 디바이스와, 전자 광학 디바이스와, 상기 디스플레이 디바이스 또는 전자 광학 디바이스를 이용하는 전자 제품을 포함하고, 또한, 본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 글래스 등의 절연 기판상에 형성된 비정질 반도체 필름 또는 결정성 반도체 필름(단결정성이 아닌 다결정성 또는 미세결정성 등의 결정성을 갖는 반도체 필름)의 결정성을 강화하거나 결정화하는 레이저 어닐링 기술이 광범위하게 연구되고 있다. 상기 반도체 필름은 일반적으로 실리콘 반도체 필름으로 형성된다.
통상적으로 사용되고 있는 석영 기판에 비해, 글래스 기판은 보다 경제적이고, 높은 작업성을 가지며, 면적이 넓은 기판을 용이하게 제작할 수 있다는 장점을 갖는다. 이 때문에, 상기 연구가 광범위하게 수행되고 있다. 글래스 기판의 융점이 낮기 때문에, 결정화를 위해 바람직하게는 레이저가 사용된다. 레이저는 기판의 온도를 과도하게 변화시키지 않고도 비-단결정(non-single-crystal) 반도체 필름에만 높은 에너지를 부여할 수 있다.
상기 레이저 어닐링을 수행함으로써 형성된 결정성 실리콘 필름은 높은 이동성을 갖는다. 그러므로, 박막 트랜지스터(TFTs)는 상기 결정성 실리콘 필름을 사용하여 형성되고, 일반적으로, 픽셀용 및 드라이버 회로용 TFT가 하나의 글래스 기판상에 제조되는 모놀리식(monolithic) 액정 전자 광학 디바이스 등에 사용된다. 상기 결정성 실리콘 필름은 다수의 결정입자로 형성되기 때문에, "다결정성 실리콘 필름" 또는 "다결정성 반도체 필름"이라 불린다.
또한, 엑시머 레이저와 같은 고출력 펄스형 레이저 빔으로부터의 빔이 단지 몇 cm의 정사각형 크기를 갖는 정사각형 스폿을 또는 적어도 10cm의 길이를 갖는 라인을 피조사면에 한정하기 위해 광학 시스템에 의해 처리되고, 상기 빔 스폿의 조사 위치가 상기 피조사면에 대해서 상대적으로 주사되어, 상기 레이저 어닐링을 수행하는 방법이 양호한 생산성을 가지며 공업적으로 우수하기 때문에 바람직하게 사용된다.
특히, 전후좌우 방향으로의 주사를 필요로 하는 점상(点狀)의 빔 스폿을 이용하는 경우와는 달리 선형 빔 스폿을 이용하는 경우에는, 상기 선형 빔 스폿의 길이방향에 수직한 방향으로만 주사함으로써 피조사면 전체가 상기 빔에 의해 조사될수 있다. 이때문에 높은 생산성이 얻어진다. 여기서 선형 빔 스폿은 높은 종횡비를 갖는 직사각형 빔 스폿으로 된다. 주사는 가장 효율적인 주사 방향인 길이방향에 수직한 방향으로 수행된다. 높은 생산성 때문에, 적당한 광학 시스템에 의해 펄스 엑시머 레이저 빔을 처리함으로써 얻어진 선형 빔 스폿을 레이저 어닐링에서 사용하는 기술이 현재의 제조 기술에서 주류를 이루고 있다.
피조사면 상의 빔 스폿의 형상(레이저 빔의 단면 형상)을 선형화하기 위한 광학 시스템의 예는 도 10에 도시된다. 도 10에 도시된 광학 시스템은 매우 일반적인 것이다. 상기 광학 시스템은 레이저 빔의 단면 형상을 선형으로 변환시킬 뿐만 아니라, 동시에 상기 피조사면의 빔 스폿의 에너지를 균일화한다. 일반적으로, 빔의 에너지를 균일화하는 광학 시스템은 빔 호모제나이저로서 인용된다. 즉, 도 10에 도시된 광학 시스템도 빔 호모제나이저이다.
자외광인 엑시머 레이저가 광원으로서 사용되는 경우에, 상기 광학 시스템의 모재는 예를 들어, 전체적으로 석영으로 이루어질 수 있다. 석영을 사용하는 이유는 높은 투과율이 얻어질 수 있기 때문이다. 또한, 사용된 엑시머 레이저의 파장에 대해 99% 이상의 투과율을 갖는 코팅이 바람직하게 사용될 수 있다.
측면도를 도시하는 도 10a을 먼저 설명한다. 레이저 발진기(1201)로부터 출사된 레이저 빔은 원통형 렌즈 어레이(1202a, 1202b)에 의해 상기 레이저 빔을 일방향으로 분할한다. 상기 방향은 본원에서는 종방향으로서 인용된다. 상기 광학 시스템의 중간에 미러가 합체되는 경우에는, 상기 종방향은 상기 미러에 의해 반사된 광의 방향을 따른다. 이러한 구조의 빔 스폿은 4개의 빔으로 분할된다. 그후, 상기분할된 스폿들은 원통형 렌즈(1204)에 의해 하나의 빔 스폿으로 집광된다. 그후, 상기 스폿은 다시 분할되어 미러(1207)에 의해 반사된다. 그후, 상기 분할된 스폿들은 2겹 원통형 렌즈(1208)에 의해 피조사면(1209)에서 다시 하나의 빔 스폿으로 집광된다. 2겹 원통형 렌즈는 2개의 원통형 렌즈로 형성되는 렌즈이다. 결과적으로, 상기 선형 빔 스폿의 종방향에서의 에너지가 균일화되며, 상기 선형 빔 스폿의 종방향의 길이가 결정된다.
다음으로, 평면도를 도시하는 도 10b를 설명한다. 상기 레이저 발진기(1201)로부터 출사된 레이저 빔은 원통형 렌즈 어레이(1203)에 의해 상기 종방향에 수직한 방향으로 분할된다. 상기 수직한 방향은 본원에서는 횡방향으로서 인용된다. 상기 광학 시스템의 중간에 미러가 합체되는 경우에는, 상기 횡방향은 상기 미러에 의해 반사된 광의 방향을 따른다. 이러한 구조의 빔 스폿은 7개의 빔으로 분할된다. 그후, 상기 원통형 렌즈(1205)에 의해 7개의 빔으로 분할된 레이저 빔들은 피조사면(1209)에서 하나의 빔 스폿으로 집광된다. 참조번호 1207 내지 1209로 도시된 단계들은 점선들로 도시되며, 상기 점선들은 미러(1207)가 배치되지 않은 경우의 정확한 광로, 렌즈 및 피조사면의 위치를 도시한다. 따라서, 상기 선형 빔 스폿의 횡방향에서의 에너지가 균일화되며, 상기 횡방향의 길이가 결정된다.
상술된 바와 같이, 원통형 렌즈 어레이(1202a, 1202b 및 1203)는 레이저 빔을 분할하는 렌즈로서 기능한다. 또한, 상기 선형 빔 스폿에서의 에너지 분포의 균일성은 분할된 빔의 수에 의존한다.
상기 광학 시스템에서의 상기 렌즈들은 엑시머 레이저에 민감한 합성 석영으로 제조된다. 또한, 상기 렌즈들은 상기 엑시머 레이저가 용이하게 투과할 수 있도록 표면이 코팅된다. 그러므로, 하나의 렌즈를 통한 엑시머 레이저의 투과율은 99% 이상이 될 수 있다.
상기 광학 시스템의 구성에 의해 선형화된 선형 빔 스폿은 횡방향으로 점차로 변위되어 중첩되는 방식으로 조사된다. 그에 따라, 레이저 어닐링에 의해 비-단결정 실리콘 필름의 전체 표면의 결정화 및 결정성 강화가 가능해진다.
다음으로, 레이저 빔에 의해 조사되는 피사체인 반도체 필름을 제조하는 통상적인 방법을 설명한다. 먼저, 기판으로서, 0.7mm 두께의 5인치 스퀘어 Corning 1737 기판이 준비된다. 그후, 200nm 두께의 SiO2필름(산화 실리콘 필름)이 형성되고, 상기 SiO2필름의 표면 상에 50nm 두께의 비정질 실리콘 필름(하기에서는, a-Si 필름으로 지시됨)이 형성된다. 상기 두 필름은 플라즈마 CVD 장치를 사용하여 형성된다. 상기 기판을 500℃ 온도에서 질소 가스를 함유하는 분위기하에서 1시간 동안 노출시킴으로써, 필름 내의 수소 농도가 감소된다. 따라서, 레이저에 대한 필름의 내성이 현저하게 향상된다.
Lambda Co.에 의해 제작된 XeCl 엑시머 레이저 L4308(파장: 308nm, 펄스폭: 30ns)이 상기 레이저 발진기로서 사용된다. 이러한 레이저 발진기는 펄스 발진 레이저를 발생시키며, 펄스당 670mJ의 에너지를 방출하는 성능을 가진다. 상기 레이저 빔의 출구에서, 레이저 빔의 스폿 크기는 10 ×30mm(모두, 절반폭)이다. 상기 레이저 빔의 출구는, 상기 레이저 발진기로부터 레이저 빔이 출사된 직후에, 레이저 빔이 진행하는 방향에 수직한 평면에 의해 한정된다.
상기 엑시머 레이저에 의해 발생된 레이저 빔의 형상은 일반적으로 직사각형이며, 1 내지 5 정도의 범위 내의 종횡비로 표현된다. 상기 레이저 빔 스폿의 강도는 상기 빔 스폿의 중심을 향해 더욱 강한 가우시안 분포를 나타낸다. 상기 엑시머 레이저 빔의 스폿 크기는 도 10에 도시된 광학 시스템에 의해 균일한 에너지 분포를 갖는 125mm ×0.4mm의 선형 레이저 빔 스폿으로 변환된다.
상기 반도체 필름에 레이저 빔을 조사할 때, 가장 적합한 중첩 피치는 상기 선형 빔 스폿의 짧은 폭(절반폭)의 대략 1/10이다. 따라서, 상기 반도체 필름 내의 결정성의 균일성이 향상된다. 상기 예에 따르면, 상기 선형 빔 스폿의 절반폭은 0.4mm였기 때문에, 상기 엑시머 레이저의 펄스 주파수를 30Hz로 설정하고 주사 속도를 1.0mm/s로 설정하여 레이저 빔을 조사하였다. 이때, 상기 레이저 빔의 피조사면에서의 에너지 밀도는 450J/㎠으로 설정되었다. 지금까지 설명한 방법은 선형 빔 스폿을 사용하여 반도체 필름을 결정화하는데 사용된 매우 일반적인 방법이다.
일부 종래의 빔 호모제나이저는 정밀한 가공을 용이하게 수행할 수 있는 반사 미러를 이용한다.(예를 들어, 일본 특허공개공보 2001-291681호 참조.)
상기 원통형 렌즈 어레이를 제작하기 위해서는 높은 가공 정밀도가 필요하다.
원통형 렌즈 어레이는 곡선 방향으로 배열된 원통형 렌즈들로 형성된다. 본원에서의 곡선 방향은 원통형 표면의 모선(generatrix)에 수직한 방향을 의미한다. 원통형 렌즈 어레이를 형성하는 원통형 렌즈들은 그들 사이에 반드시 연결부를 구비한다. 상기 연결부는 곡면을 갖지 않기 때문에, 상기 연결부를 통해 조사된 빔은 상기 원통형 렌즈들에 의해 영향을 받지 않고 투과된다. 영향을 받지 않은 채로 피조사면에 도달한 빔은 피조사면 상의 직사각형 빔 스폿에서 불균일한 에너지 분포를 야기할 수 있다.
상기 원통형 렌즈 어레이를 형성하는 원통형 렌즈들은 반드시 동일한 정밀도로 제작된다. 상기 원통형 렌즈들이 상이한 곡률을 가지면, 상기 원통형 렌즈 어레이에 의해 분할된 레이저 빔들은 집광 렌즈에 의해서조차 피조사면에서 동일한 위치에 집광되지 않는다. 즉, 상기 피조사면 상의 직사각형 빔 스폿들에서의 에너지 분포는 불균일해진다.
상기 피조사면 상의 빔 스폿에서의 불균일한 에너지 분포는 광학 시스템을 형성하는 원통형 렌즈 어레이의 구조상의 문제점 및 가공 정밀도에 의해 야기된다. 즉, 호모제나이저 내로 유도된 모든 레이저 빔이 상기 원통형 렌즈가 작용하는 부분으로 유도되지 않는다는 점과 상기 원통형 렌즈 어레이에 의해 분할된 모든 레이저 빔이 동일한 위치에 집광되지 않는다는 점이 불균일성의 원인이 된다.
또한, 상기 반도체 필름이 상기에서 설명된 수단에 의해 피조사면 상에서의 직사각형의 짧은 변 방향의 에너지 분포가 가우시안 분포를 나타내는 직사각형의 빔 스폿을 주사함으로써 결정화될 때, 상기 반도체 필름 상에는, 상기 주사 방향과 수직한 방향의 줄무늬 패턴이 현저하게 나타난다. 상기 줄무늬 패턴은 상기 반도체 필름의 불균일한 결정성과 동기된다. 예를 들어, 불균일성은 TFT의 전기 특성의 분산으로서 나타나고, 상기 TFT를 이용하는 패널상에 상기 줄무늬 패턴이 표시된다.
상기 줄무늬 패턴은 레이저 발진기의 불안정한 출력에 기인한다. 따라서, 상기 줄무늬 패턴을 제거하기 위한 유일한 방법은 레이저 발진기를 개량하는 것이다. 그러나, 상기 피조사면 상의 직사각형 빔 스폿의 짧은 변 방향으로의 에너지 분포가 균일화되면, 상기 레이저 발진기의 출력의 불안정성은 평균화되며 상기 줄무늬 패턴은 사라지게 된다. 즉, 상기 줄무늬 패턴의 발생이 억제된다. 따라서, 상기 에너지 분포를 균일화하는 광학 시스템이 필요해진다. 자연히, 원통형 렌즈 어레이를 사용하여 균일한 에너지 분포를 갖는 직사각형 빔 스폿이 얻어질 수 있지만, 정밀도가 높은 광학 시스템이 필요하다.
본 발명에 따르면, 직사각형 빔 스폿을 형성하기 위한 광학 시스템에 있어서, 피조사면 상의 직사각형 빔 스폿의 짧은 변 방향에서의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광학 시스템은 광도파로로 대체된다. 상기 광도파로는 방사광을 일정 영역에 한정하고 그 에너지 흐름을 경로의 축에 평행하게 안내하여 전송하는 능력을 갖는 회로이다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단을 하기에서 설명한다. 도 1a 및 도 1b는 상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단을 설명하기 위한 개략적인 도면들이다. 먼저, 개략적인 평면도인 도 1a를 설명한다. 서로를 향하는 2개의 반사면을 갖는 광도파로(1302)와 조사면(1303)은 도면상의 좌측으로부터 그들을 향해 광 빔을 입사시키도록 준비된다. 상기 광 빔은, 광도파로(1302)가 존재할 경우에는, 실선(1301a)으로 표시된다. 또한, 상기 광 빔은, 광도파로(1302)가 존재하지 않을경우에는, 점선(1301b)으로 표시된다.
상기 광도파로(1302)가 존재하지 않을 경우에는, 광 빔 1301b로 도시된 바와 같이, 도면의 좌측으로부터 입사하는 광 빔은 조사면(1303a, 1303b, 1303c)의 영역들에 도달한다.
상기 광도파로(1302)가 존재할 경우에는, 입사 광 빔은 상기 광도파로(1302)의 반사면에 의해 반사되며, 광 빔 1301a로 도시된 바와 같이, 조사면의 영역(1303b)에 도달한다. 즉, 상기 광도파로(1302)가 존재할 경우에는, 상기 광도파로(1302)가 존재하지 않을 경우에 상기 조사면(1303a, 1303c)의 영역들에 도달하게 되는 모든 입사 광 빔은 상기 조사면의 영역(1303b)에 도달한다. 따라서, 광 빔이 상기 광도파로(1302) 내로 입사하면, 상기 입사 광 빔은 분할되고, 그 분할된 광 빔들은 상기 조사면(1303b) 상의 동일 위치에서 중첩된다. 따라서, 상기 분할된 광 빔들을 동일 위치에 중첩시키기 위해 입사 광 빔을 분할하게 되면, 상기 분할된 광 빔들이 중첩되는 위치에서 광의 에너지 분포를 균일화할 수 있다.
일반적으로, 호모제나이저를 사용하여 분할되는 광 빔의 수가 많을 수록, 상기 분할된 광 빔이 중첩되는 위치에서의 에너지 분포의 균일성이 높아진다. 상기 광도파로(1302) 내측에서의 반사 회수를 많게 하면, 광 빔의 분할에 의한 빔의 수를 증가시킬 수 있다. 즉, 광 빔이 내부로 입사하는 방향으로 상기 광도파로의 2개의 반사면의 길이를 길게 하면, 상기 반사 회수가 증가될 수 있다. 또한, 서로 대면된 반사면들 사이의 거리를 작게 하면, 빔이 분할되는 분할 수를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 직사각형 빔 스폿을 형성하기 위한 광학 시스템에 있어서, 피조사면 상의 직사각형 빔 스폿의 짧은 변 방향으로의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광학 시스템은 광파이프로 대체된다. 상기 광파이프는, 통상적으로 일단부로부터 타단부까지 반사에 의해 투과되는, 원추, 피라미드, 원통 등으로 압출성형에 의해 형성된 부재이다.
본원에 개시되는 레이저 장치는 상술된 바와 같은 광도파로 또는 광파이프를 포함하는 호모제나이저를 구비하는 것이 특징이다. 서로 대면된 2개의 반사면을 갖는 광도파로 또는 광파이프는 피조사면 상의 직사각형 빔 스폿의 짧은 변 방향의 에너지 분포를 균일화할 수 있다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 상기 레이저 조사 장치를 사용하게 되면 피조사면 상의 빔 스폿의 불균일한 에너지에 기인하는 줄무늬 패턴의 발생을 억제할 수 있고, 반도체 필름 결정성의 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일양태에 따르면, 본 발명의 방법은 레이저 빔을 제공하는 단계, 상기 레이저 빔을 광도파로를 통해 통과시키는 단계, 및 반도체 필름을 결정화하기 위해 상기 광도파로를 통과한 레이저 빔을 반도체 필름에 조사하는 단계를 포함하고, 상기 반도체 필름의 표면에서의 상기 레이저 빔의 에너지 분포는 상기 광도파로에 의해 균일화된다.
도 1은 본 발명의 수단을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 개시된 레이저 조사 장치의 예를 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 광학 시스템에 의해 처리된 직사각형 빔 스폿의 에너지 분포를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 개시된 레이저 조사 장치의 예를 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 광학 시스템에 의해 처리된 직사각형 빔 스폿의 에너지 분포를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 개시된 레이저 조사 장치의 예를 도시하는 도면.
도 7은 도 6에 도시된 광학 시스템에 의해 처리된 직사각형 빔 스폿의 에너지 분포를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 개시된 레이저 조사 장치의 예를 도시하는 도면.
도 9는 도 8에 도시된 광학 시스템에 의해 처리된 직사각형 빔 스폿의 에너지 분포를 도시하는 도면.
도 10은 종래의 레이저 조사 장치를 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1101 : 레이저 발진기1102a, 1102b : 구면 렌즈
1103a, 1103b : 원통형 렌즈 어레이1104, 1105 : 원통형 렌즈
1106 : 광도파로1106a, 1106b : 반사면
1107a, 1107b : 2겹 원통형 렌즈1108 : 피조사면
직사각형 빔 스폿을 형성하는 본 발명에 개시된 광학 시스템은 도 2를 참조로 설명된다.
먼저, 측면도인 도 2b를 설명한다. 레이저 발진기(1101)로부터 발생된 레이저 빔은 도 2b에 지시된 화살표 방향으로 전파된다. 상기 레이저 빔은 구면 렌즈(1102a, 1102b)에 의해 확대된다. 상기 구면 렌즈는 상기 레이저 발진기(1101)로부터 발생된 빔 스폿이 현저하게 큰 경우에는 불필요하다.
제 2 면의 곡률 반경이 -486mm이고 두께가 20mm인 원통형 렌즈(1105)에 의해 상기 직사각형의 짧은 변 방향으로 상기 빔 스폿이 수렴된다. 곡률 반경의 부호는 렌즈면에 대해서 상기 빔이 출사하는 측에 상기 곡률의 중심이 위치되는 경우에는 플러스(+)이고, 상기 렌즈면에 대해서 상기 빔이 입사하는 측에 상기 곡률의 중심이 위치되는 경우에는 마이너스(-)이다. 또한, 상기 빔이 입사하는 렌즈면은 제 1 면이 되고, 상기 빔이 출사하는 렌즈면은 제 2 면이 된다. 상기 피조사면 상의 직사각형 빔 스폿의 짧은 변에서의 에너지 분포는 상기 원통형 렌즈(1105)의 1030mm 후방에 위치되며 서로 대면된 2개의 반사면(1106a, 1106b)을 갖는 광도파로(1106)에 의해 균일화된다. 상기 광도파로(1106)는 빔의 출사 방향으로 300mm의 길이를 가지며, 상기 반사면들 사이의 거리는 2mm로 된다.
종래의 광학 시스템에 있어서, 피조사면 상의 직사각형 빔 스폿의 불균일한 에너지 분포는 원통형 렌즈 어레이의 구조상의 문제점 및 제조 정밀도와, 분할된 레이저 빔들을 합성하는 원통형 렌즈의 제조 정밀도에 의해 야기되었다. 광도파로(1302)를 구비한 본 발명에 따른 광학 시스템은 상술한 문제점들을 개선할 수 있다.
1250mm 후방에 배치된 2겹 원통형 렌즈(1107a, 1107b)에 의해, 상기 광도파로(1106)로부터 출사된 레이저 빔은 상기 2겹 원통형 렌즈의 237mm 후방에 배치된 피조사면(1108) 상의 직사각형의 짧은 변 방향으로 수렴된다. 2겹 원통형 렌즈는 본원에서는 2개의 원통형 렌즈로 형성되는 렌즈이다. 2겹 원통형 렌즈를 형성하는 2개의 원통형 렌즈 중 하나의 렌즈는 125mm의 곡률 반경을 갖는 제 1 면과 +77mm의 곡률 반경 및 10mm의 두께를 갖는 제 2 면을 구비하고, 나머지 하나의 렌즈는 +97mm의 곡률 반경을 갖는 제 1 면과 -200mm의 곡률 반경 및 20mm의 두께를 갖는 제 2 면을 구비한다. 상기 2개의 원통형 렌즈 사이의 간격은 5.5mm이다. 따라서, 직사각형 빔 스폿의 짧은 변에서의 에너지 분포가 균일화되며, 상기 짧은 변 방향의 길이가 결정된다. 그러나, 상기 2겹 원통형 렌즈가 반드시 필요한 것은 아니지만, 광학 시스템과 피조사면이 그들 사이에 거리를 가지도록 하기 때문에, 공간이 얻어질 수 있다.
이제, 평면도인 도 2a를 설명한다. 상기 레이저 발진기(1101)로부터 출사된 레이저 빔의 스폿은 상기 원통형 렌즈 어레이(1103a, 1103b)에 의해 직사각형의 긴 변 방향으로 분할된다. 상기 원통형 렌즈 어레이(1103a)는 28mm의 곡률 반경, 5mm의 두께 및 2mm의 폭을 각각 구비하는 곡선 방향으로 배열된 30개의 원통형 렌즈를 포함한다. 상기 원통형 렌즈 어레이(1103b)는 -13.33mm의 곡률 반경, 5mm의 두께 및 2mm의 폭을 각각 구비하는 곡선 방향으로 배열된 30개의 원통형 렌즈를 포함한다. 또한, 상기 원통형 렌즈 어레이(1103a, 1103b)는 그들 사이에 88mm의 간격을 갖는다. 그후, 상기 원통형 렌즈 어레이(1103b)의 120mm 후방에 배치된 2140mm의 곡률 반경 및 20mm의 두께를 갖는 제 1 면을 구비하는 원통형 렌즈(1104)에 의해상기 레이저 빔들이 상기 피조사면(1108) 상에서 합성된다. 따라서, 상기 직사각형 빔 스폿의 긴 변의 에너지 분포가 균일화되며, 상기 긴 변 방향의 길이가 결정된다.
도 3은 긴 변 방향의 길이가 300mm이고 짧은 변 방향의 길이가 0.4mm인 균일한 에너지 분포를 갖는 빔 스폿이 얻어질 수 있는 광학 설계 소프트웨어를 실행한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 3a는 상기 직사각형 빔 스폿의 중심으로부터 긴 변 방향으로 ±0.3mm, 짧은 변 방향으로 ±0.2mm 되는 부분의 에너지 분포를 도시하는 다이어그램이다. 도 3b는 상기 직사각형 빔 스폿의 짧은 변의 중심에서의 에너지 분포의 단면도를 도시한다.
상기 구조에 있어서, 본 발명에 따른 광학 시스템에 합체된 레이저 발진기는 반도체 필름에 의해 양호하게 흡수되는 파장 대역의 고출력을 가지는 것이 바람직하다. 실리콘 필름이 반도체 필름에 사용되면, 흡수율을 고려하여, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔의 파장은 600nm 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상술한 형태의 레이저 빔을 출사하기 위한 레이저 발진기로서는, 엑시머 레이저, YAG 레이저(고조파) 및 글래스 레이저(고조파)가 사용될 수 있다.
또한, 현재까지의 기술력으로는 고출력을 달성하지 못하였지만, 예를 들어, YVO4레이저(고조파), YLF 레이저(고조파), Ar 레이저 등이 실리콘 필름의 결정화에 적합한 파장을 갖는 레이저를 발생하는 레이저 발진기로서 사용될 수 있다.
하기에서는, 본 발명에 따른 빔 호모제나이저 및 레이저 조사 장치가 적용되는 본 발명에 따른 반도체 장치 제조 방법이 설명된다. 먼저, 127mm의 정사각형 크기 및 0.7mm의 두께를 갖는 글래스 기판("Corning 1737 글래스")이 준비된다. 상기 기판은 600℃까지의 온도에는 충분하게 견딘다. 상기 글래스 기판 상에는, 베이스 필름으로서 산화 실리콘 필름이 200nm 두께로 형성된다. 또한, 비정질 실리콘 필름이 55nm의 두께로 상기 산화 실리콘 필름 위에 형성된다. 상기 두 필름은 스퍼터링에 의해 형성된다. 선택적으로, 상기 두 필름은 플라즈마 CVD에 의해 형성될 수 있다.
상기 증착 필름들을 구비하여 형성된 기판은 1시간 동안 450℃의 질소 분위기에서 가열된다. 상기 가열 공정은 상기 비정질 실리콘 필름의 수소 함유량을 감소시킨다. 상기 비정질 실리콘 필름에 함유된 수소가 다량일 경우에는, 이 필름은 레이저 에너지에 저항할 수 없기 때문에 가열 단계가 수행된다. 상기 필름의 수소 함유량은 1020/㎤ 정도로 적절하게 이루어져야 한다. 본원에서, "1020/㎤"라는 표현은 1㎤ 당 1020의 수소 원자가 존재한다는 것을 의미한다.
이러한 실시예에서는, Lambda Physik, Inc.에 의해 제작된 XeCl 엑시머 레이저 "L4308"이 레이저 발진기로서 사용된다. 상기 엑시머 레이저는 펄스형 레이저이다. 상기 엑시머 레이저의 최대 에너지는 펄스 당 670mJ이고, 그 발진 파장은 308nm이며, 그 최대 주파수는 300Hz이다. 하나의 기판의 레이저 가공 도중에, 상기 펄스 레이저의 개별적인 펄스들의 에너지 변동이 ±10% 이내로, 바람직하게는 ±5% 이내로 한정되면, 균일한 결정화가 얻어질 수 있다.
상술된 레이저 에너지 레벨의 변동은 다음과 같이 규정된다: 하나의 기판의 조사 시간 주기에서의 레이저 에너지 레벨의 평균값은 기준으로서 설정되고, 최소 에너지 또는 최대 에너지와 상기 시간 주기에서의 평균값 사이의 차이값은 %로 표시된다.
상기 레이저 빔을 사용하는 조사는 예를 들어, 도 2에 도시된 피조사면(1108)이 직사각형 빔 스폿의 짧은 변 방향으로 위치되는 스테이지를 주사함으로써 수행된다. 이때, 상기 피조사면(1108) 상의 주사 속도와 상기 빔 스폿의 에너지 밀도는 상기 광학 시스템의 조작자에 의해 적절하게 결정될 수 있다. 대략적인 목적은 상기 에너지 밀도가 200mJ/㎠ 내지 1000mJ/㎠ 범위 내에 있도록 하는 것이다. 상기 직사각형 빔 스폿의 짧은 변 방향의 폭들이 대략 90% 이상의 범위 내에서 서로 중첩할 수 있도록 상기 주사 속도가 대략적으로 선택되면, 균일한 레이저 어닐링이 수행될 가능성이 높다. 최적의 주사 속도는 상기 레이저 발진기의 펄스 주파수에 의존하며, 상기 주파수에 비례하는 것으로 고려될 수 있다.
이로서, 레이저 어닐링 공정이 완료된다. 다수의 기판들이 상기 공정을 반복함으로써 처리될 수 있다. 예를 들어, 액티브 매트릭스형 액정 디스플레이는 상기 기판을 이용하여 제작될 수 있다. 상기 제작은 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다.
상기 예에서는, 엑시머 레이저가 상기 레이저 발진기로서 사용된다. 상기 엑시머 레이저는 그 가간섭성 길이가 수 ㎛ 정도로 매우 작기 때문에 상술된 예의 광학 시스템에 적합하다. 후술되는 일부 레이저들은 긴 가간섭성 길이를 가지지만,인위적으로 변경된 가간섭성 길이를 갖는 레이저가 사용될 수 있다. YAG 레이저의 고조파 또는 글래스 레이저의 고조파는 바람직하게는, 유사한 고출력이 얻어진다는 이유와 상기 실리콘 필름에 의해 상기 레이저 빔의 에너지가 상당히 흡수된다는 이유로 선택적으로 이용된다. YVO4레이저(고조파), YLF 레이저(고조파), Ar 레이저 등의 실리콘 필름의 결정화에 적합한 레이저 발진기를 예로 들수 있다. 이러한 레이저 빔들의 파장 대역은 상기 실리콘 필름에 의해 양호하게 흡수된다.
상기 예에서는 상기 비정질 실리콘 필름이 비-단결정 반도체 필름으로서 사용되었지만, 본 발명은 다른 비-단결정 반도체 필름에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 비-단결정 반도체 필름은 비정질 실리콘-게르마늄 필름 등의 비정질 구조를 갖는 화합물 반도체 필름으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 상기 비-단결정 반도체 필름에는 다결정 실리콘 필름이 사용될 수도 있다.
실시예 1
본 실시예에서는, 상술된 광학 시스템 이외의 광학 시스템의 예를 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 본 실시예에서 설명할 광학 시스템의 예를 도시한다. 먼저, 측면도인 도 4b를 설명한다. 레이저 발진기(1401)로부터 출사된 레이저 빔은 도면에 도시된 화살표 방향으로 전파된다. 곡률 반경이 -182mm인 제 2 면을 구비하는 10mm 두께의 원통형 렌즈(1402)를 사용하여 짧은 변 방향으로 빔 스폿이 집중된다. 서로 대면된 2개의 반사면(1405a, 1405b)을 갖는 광도파로(1405)는 그 빔의 입구가 상기 원통형 렌즈의 초점 영역에 놓이도록 위치된다. 상기 광도파로(1405)는빔 스폿의 에너지 분포를 균일화한다. 상기 광도파로(1405)는 광 빔의 진행 방향으로 300mm의 길이를 가지며, 반사면들 사이에 0.4mm의 간격을 갖는다. 상기 광도파로(1405)의 출구로부터 0.2mm 떨어진 위치에 조사면(1406)이 위치된다. 상기 조사면(1406) 상에는, 짧은 변에서의 길이가 0.4mm이며 균일한 에너지 분포를 갖는 직사각형 빔 스폿이 형성된다.
다음으로, 평면도인 도 4a를 설명한다. 상기 레이저 발진기(1401)로부터 출사된 레이저 빔은 도면에 도시된 화살표 방향으로 전파된다. 곡률 반경이 +35mm인 제 1 면을 각각 구비하는, 곡률 방향으로 접합된 3mm 폭의 7개의 원통형 렌즈로 형성되는 원통형 렌즈 어레이(1403)를 통해 상기 빔이 통과되고, 그에 따라 상기 빔은 직사각형의 긴 변 방향으로 분할된다. 상기 분할된 빔들은 곡률 반경이 +816mm인 5mm 두께의 원통형 렌즈(1404)를 통해 통과되고, 그에 따라 상기 빔들은 조사면(1406) 상에 중첩된다. 따라서, 직사각형의 긴 변 방향으로 균일한 에너지 분포를 갖는 직사각형 빔 스폿이 발생될 수 있다. 상기 원통형 렌즈(1404)가 긴 초점 거리를 갖는 경우에는, 그 집광 능력은 작아진다. 이때문에, 상기 원통형 렌즈(1404)가 반드시 합체될 필요는 없다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 광학 시스템에 의하면, 직사각형의 짧은 변 방향의 길이가 0.4mm이며 균일화된 에너지 분포를 갖는 직사각형 빔 스폿을 형성할 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 광학 설계 소프트웨어를 사용하여 수행된 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 5a는 직사각형 빔 스폿의 중심으로부터 긴 변 방향으로 ±0.3mm, 짧은 변 방향으로 ±0.2mm의 부분에서의 상기 빔 스폿의 에너지 분포를 도시하는 도면이다. 도 5b는 상기 직사각형 빔 스폿의 짧은 변의 중심에서의 에너지 분포를 도시하는 단면도이다.
실시예 2
본 실시예에서는, 상술된 광학 시스템 이외의 광학 시스템의 예를 설명한다. 도 6a 및 도 6b는 본 실시예에서 설명할 광학 시스템의 예를 도시한다.
먼저, 측면도인 도 6b를 설명한다. 도면에서, 레이저 빔이 서로 대면된 2개의 반사면(1605a, 1605b)을 갖는 광도파로(1605)에 도달할 때까지는, 상기 레이저 빔은 도 4a 및 도 4b에 도시된 광로와 완전히 동일한 광로를 통과한다. 상기 광도파로(1605)는 광도파로(1405)와 마찬가지로 서로 대면된 2개의 반사면을 갖는다. 상기 광도파로(1605)는 광 빔의 진행 방향으로 900mm의 길이를 가지며, 상기 반사면들 사이에 2.6mm의 간격을 갖는다. 상기 광도파로(1605)로부터 출사되는 광 빔은 짧은 변 방향으로 균일화된 에너지 분포를 갖는 짧은 변 방향의 길이가 2.6mm인 직사각형 빔 스폿을 형성하도록 형상화된다. 상기 광도파로(1605)로부터 출사되는 광 빔은 상기 광도파로(1605)의 1000mm 후방에 배치된 2겹 원통형 렌즈(1606a, 1606b)에 의해 집중된다. 그후, 상기 빔은 상기 2겹 원통형 렌즈의 220mm 후방에 배치된 조사면(1607) 상에 집광된다. 상기 2겹 원통형 렌즈는, 곡률 반경이 +125mm인 제 1 면 및 곡률 반경이 +69mm인 제 2 면을 구비하는 10mm 두께의 원통형 렌즈와, 곡률 반경이 +75mm인 제 1 면 및 곡률 반경이 -226mm인 제 2 면을 구비하는 20mm 두께의 원통형 렌즈로 구성된다. 또한, 상기 원통형 렌즈들 사이의 간격은 1mm이다. 상기 조사면(1607) 상에는, 직사각형의 짧은 변 방향으로 균일화된 에너지 분포를 갖는직사각형 빔 스폿이 형성된다. 상기 2겹 렌즈는 곡률 반경이 +963mm인 제 1 면 및 곡률 반경이 -980mm인 제 2 면을 구비하는 30mm 두께의 원통형 렌즈로 대체될 수도 있다. 그 경우, 상기 원통형 렌즈는 바람직하게는 상기 광도파로(1605)의 2000mm 후방에 배치되고, 바람직하게는, 상기 조사면(1607)은 상기 원통형 렌즈의 2000mm 후방에 배치된다.
다음으로, 평면도인 도 6a를 설명한다. 상기 레이저 발진기(1401)로부터 출사된 레이저 빔은 도면에 도시된 화살표 방향으로 전파된다. 곡률 반경이 +35mm인 제 1 면을 각각 구비하는, 곡률 방향으로 접합된 3mm 두께 및 3mm 폭의 7개의 원통형 렌즈들로 구성되는 원통형 렌즈 어레이(1603)를 통해 상기 빔이 통과되고, 그에 따라 상기 빔은 상기 직사각형의 긴 변 방향으로 분할된다. 상기 분할된 빔들은 곡률 반경이 +816mm인 제 1 면을 구비하는 5mm 두께의 원통형 렌즈(1604)를 통해 통과되고, 그에 따라 상기 빔들은 상기 조사면(1607) 상에 중첩된다. 따라서, 상기 직사각형의 긴 변 방향으로 균일화된 에너지 분포를 갖는 직사각형 빔 스폿이 발생될 수 있다. 상기 원통형 렌즈(1604)가 긴 초점 거리를 가질 경우에는, 그 집광 능력은 작아진다. 이때문에, 상기 원통형 렌즈(1604)가 반드시 합체될 필요는 없다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 광학 시스템에 의하면, 직사각형의 짧은 변 방향의 길이가 0.6mm이며 균일화된 에너지 분포를 갖는 직사각형 빔 스폿을 형성할 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 광학 설계 소프트웨어를 사용하여 수행된 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 7a는 직사각형 빔 스폿의 중심으로부터 긴 변 방향으로 ±0.3mm, 짧은 변 방향으로 ±0.2mm의 부분에서의 직사각형 빔 스폿의 에너지 분포를 도시하는도면이다. 도 7b는 상기 직사각형 빔 스폿의 짧은 변의 중심에서의 에너지 분포를 도시하는 단면도이다.
본 실시예에 도시된 광학 시스템은 예를 들어, 상기 실시예에 따른 방법에 의해 반도체 필름의 레이저 어닐링을 수행하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 액티브 매트릭스형 액정 디스플레이는 상기 반도체 필름을 이용하여 제작될 수 있다. 상기 제작은 공지된 방법에 따라 당업자에 의해 수행될 수 있다.
실시예 3
본 실시예에서는, 상술된 광학 시스템 이외의 광학 시스템의 예를 설명한다. 도 8a 및 도 8b는 본 실시예에서 설명할 광학 시스템의 예를 도시한다.
상기 도면에서, 레이저 빔은 광도파로(1805)를 제외하고는 도 4a 및 도 4b에 도시된 광로와 완전히 동일한 광로를 통해 진행한다. 상기 광도파로(1805)는 상기 광도파로(1405)와 마찬가지로 서로 대면된 2개의 반사면을 갖는다. 상기 광도파로(1405)는 서로 대면된 상기 2개의 반사면 사이에 중공의 공간을 가지는데 반해, 상기 광도파로(1805)는 상기 반사면들 사이의 공간이 굴절율(n)을 갖는 매질(1805c)로 채워져 있다. 이 점이 양자간의 차이점이다. 상기 매질의 굴절율(n)이 상기 반사면을 형성하는 재질의 굴절율보다 큰 경우에는, 광 빔은 임계 입사각 이하의 각도로 상기 광도파로(1805)에 입사할 경우에, 상기 반사면으로부터 전체적으로 반사된다. 즉, 이러한 경우에, 광도파로의 광 빔 투과율은 상기 빔이 전체적으로 반사되지 않는 경우에 비해 높아진다. 그러므로, 광원(1801)으로부터의 광 빔은 보다 높은 효율로 조사면(1806)에 집광될 수 있다. 또한, 원통형 렌즈(1804)가반드시 위치되어야 하는 것은 아니다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 광학 시스템에 의하면, 직사각형의 짧은 변 방향의 길이가 0.4mm이며 균일화된 에너지 분포를 갖는 직사각형 빔 스폿을 형성할 수 있다. 상기 매질 및 상기 반사면을 형성하는 재질의 굴절율은 각각 1.521 및 1.464이다. 도 9a 및 도 9b는 광학 설계 소프트웨어를 사용하여 수행된 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 9a는 직사각형 빔 스폿의 중심으로부터 긴 변 방향으로 ±0.3mm, 짧은 변 방향으로 ±0.2mm의 부분에서의 직사각형 빔 스폿의 에너지 분포를 도시하는 도면이다. 도 9b는 상기 직사각형 빔 스폿의 짧은 변의 중심에서의 에너지 분포를 도시하는 단면도이다.
본 실시예에 도시된 광학 시스템은 예를 들어, 상기 실시예에 따른 방법에 의해 반도체 필름의 레이저 어닐링을 수행하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 액티브 매트릭스형 액정 디스플레이 또는 전자 발광 디스플레이는 상기 반도체 필름을 이용하여 제작될 수 있다. 상기 제작은 공지된 방법에 따라 당업자에 의해 수행될 수 있다.
본원에 개시된 레이저 조사 장치는 상술한 바와 같은 광도파로 또는 광파이프를 포함하는 호모제나이저를 구비하는 것이 특징이다. 상기 광도파로 또는 상기 광파이프는 서로 대면되는 2개의 반사면을 구비하며, 피조사면 상에 직사각형 빔 스폿의 짧은 변 방향에서의 에너지 분포를 균일화할 수 있다.

Claims (46)

  1. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 빔 호모제나이저(beam homogenizer)로서,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광도파로를 포함하는 빔 호모제나이저.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광도파로는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 빔 호모제나이저.
  3. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 빔 호모제나이저로서,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광파이프를 포함하는 빔 호모제나이저.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 광파이프는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 빔 호모제나이저.
  5. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 빔 호모제나이저로서,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광도파로와,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 광도파로로부터 출사된 광을 집광하기 위한 적어도 하나의 원통형 렌즈를 포함하는 빔 호모제나이저.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광도파로는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 빔 호모제나이저.
  7. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 빔 호모제나이저로서,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광파이프와,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 광파이프로부터 출사된 광을 집광하기 위한 적어도 하나의 원통형 렌즈를 포함하는 빔 호모제나이저.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 광파이프는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 빔 호모제나이저.
  9. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 빔 호모제나이저로서,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 길이 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 유닛과,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 에너지 분포를 균일화하기 위한 광도파로를 포함하고,
    상기 유닛은 적어도 하나의 원통형 렌즈 어레이를 구비하는 빔 호모제나이저.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 광도파로는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 빔 호모제나이저.
  11. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 빔 호모제나이저로서,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 길이 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 유닛과,
    상기 피조사면 상에서 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 에너지 분포를 균일화하기 위한 광파이프를 포함하고,
    상기 유닛은 적어도 하나의 원통형 렌즈 어레이를 구비하는 빔 호모제나이저.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광파이프는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 빔 호모제나이저.
  13. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 레이저 조사 장치로서,
    레이저 발진기와,
    빔 호모제나이저를 포함하고,
    상기 빔 호모제나이저는 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광도파로를 구비하는 레이저 조사 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 또는 글래스 레이저인 레이저 조사 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 YVO4레이저, YLF 레이저, 또는 Ar 레이저인 레이저 조사 장치.
  16. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 레이저 조사 장치로서,
    레이저 발진기와,
    빔 호모제나이저를 포함하고,
    상기 빔 호모제나이저는 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광도파로를 구비하고,
    상기 광도파로는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 레이저 조사 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 또는 글래스 레이저인 레이저 조사 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 YVO4레이저, YLF 레이저, 또는 Ar 레이저인 레이저 조사 장치.
  19. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 레이저 조사 장치로서,
    레이저 발진기와,
    빔 호모제나이저를 포함하고,
    상기 빔 호모제나이저는 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광파이프를 구비하는 레이저 조사 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 또는 글래스 레이저인 레이저 조사 장치.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 YVO4레이저, YLF 레이저, 또는 Ar 레이저인 레이저 조사 장치.
  22. 피조사면 상에 레이저 광의 빔 스폿을 선형으로 형상화하기 위한 레이저 조사 장치로서,
    레이저 발진기와,
    빔 호모제나이저를 포함하고,
    상기 빔 호모제나이저는 상기 선형의 폭 방향을 따라 상기 레이저 광의 에너지 분포를 균일화하기 위한 광파이프를 구비하고,
    상기 광파이프는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 레이저 조사 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 또는 글래스 레이저인 레이저 조사 장치.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 레이저 발진기는 YVO4레이저, YLF 레이저, 또는 Ar 레이저인 레이저 조사 장치.
  25. 기판 상에 비-단결정(non-single-crystal) 반도체 필름을 형성하는 단계와,
    레이저 빔 발진기를 사용하여 레이저 빔을 발생시키는 단계와,
    피조사면 상에 레이저 광의 선형 빔 스폿을 균일한 에너지 분포를 가지도록 형성하기 위해 상기 레이저 빔을 형상화하는 적어도 하나의 원통형 렌즈 어레이 및 광도파로를 사용하는 단계와,
    상기 비-단결정 반도체 필름의 표면을 상기 피조사면과 일치시키기 위해 스테이지 상에 상기 비-단결정 반도체 필름이 그 위에 형성된 상기 기판을 설정하는 단계와,
    상기 스테이지를 상기 레이저 빔에 대해 주사하면서, 상기 반도체 필름 표면을 상기 선형 레이저 빔으로 조사함으로써, 상기 비-단결정 반도체 필름의 레이저 어닐링을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 원통형 렌즈 어레이는 상기 스폿의 길이 방향을 따라 상기 선형 빔 스폿에 작용하고,
    상기 광도파로는 상기 스폿의 폭 방향을 따라 상기 선형 빔 스폿에 작용하는 반도체 장치 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 레이저 빔 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 또는 글래스 레이저인 반도체 장치 제조 방법.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 레이저 빔 발진기는 YVO4레이저, YLF 레이저, 또는 Ar 레이저인 반도체 장치 제조 방법.
  28. 기판 상에 비-단결정 반도체 필름을 형성하는 단계와,
    레이저 빔 발진기를 사용하여 레이저 빔을 발생시키는 단계와,
    피조사면 상에 레이저 광의 선형 빔 스폿을 균일한 에너지 분포를 가지도록 형성하기 위해 상기 레이저 빔을 형상화하는 적어도 하나의 원통형 렌즈 어레이 및 광도파로를 사용하는 단계와,
    상기 비-단결정 반도체 필름의 표면을 상기 피조사면과 일치시키기 위해 스테이지 상에 상기 비-단결정 반도체 필름이 그 위에 형성된 상기 기판을 설정하는 단계와,
    상기 스테이지를 상기 레이저 빔에 대해 주사하면서, 상기 반도체 필름 표면을 상기 선형 레이저 빔으로 조사함으로써, 상기 비-단결정 반도체 필름의 레이저 어닐링을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 원통형 렌즈 어레이는 상기 스폿의 길이 방향을 따라 상기 선형 빔 스폿에 작용하고,
    상기 광도파로는 상기 스폿의 폭 방향을 따라 상기 선형 빔 스폿에 작용하고,
    상기 광도파로는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 레이저 빔 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 또는 글래스 레이저인 반도체 장치 제조 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 레이저 빔 발진기는 YVO4레이저, YLF 레이저, 또는 Ar 레이저인 반도체 장치 제조 방법.
  31. 기판 상에 비-단결정 반도체 필름을 형성하는 단계와,
    레이저 빔 발진기를 사용하여 레이저 빔을 발생시키는 단계와,
    피조사면 상에 레이저 광의 선형 빔 스폿을 균일한 에너지 분포를 가지도록 형성하기 위해 상기 레이저 빔을 형상화하는 적어도 하나의 원통형 렌즈 어레이 및 광파이프를 사용하는 단계와,
    상기 비-단결정 반도체 필름의 표면을 상기 피조사면과 일치시키기 위해 스테이지 상에 상기 비-단결정 반도체 필름이 그 위에 형성된 상기 기판을 설정하는 단계와,
    상기 스테이지를 상기 레이저 빔에 대해 주사하면서, 상기 반도체 필름 표면을 상기 선형 레이저 빔으로 조사함으로써, 상기 비-단결정 반도체 필름의 레이저 어닐링을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 원통형 렌즈 어레이는 상기 스폿의 길이 방향을 따라 상기 선형 빔 스폿에 작용하고,
    상기 광파이프는 상기 스폿의 폭 방향을 따라 상기 선형 빔 스폿에 작용하는 반도체 장치 제조 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 레이저 빔 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 또는 글래스 레이저인 반도체 장치 제조 방법.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 레이저 빔 발진기는 YVO4레이저, YLF 레이저, 또는 Ar 레이저인 반도체 장치 제조 방법.
  34. 기판 상에 비-단결정 반도체 필름을 형성하는 단계와,
    레이저 빔 발진기를 사용하여 레이저 빔을 발생시키는 단계와,
    피조사면 상에 레이저 광의 선형 빔 스폿을 균일한 에너지 분포를 가지도록 형성하기 위해 상기 레이저 빔을 형상화하는 적어도 하나의 원통형 렌즈 어레이 및 광파이프를 사용하는 단계와,
    상기 비-단결정 반도체 필름의 표면을 상기 피조사면과 일치시키기 위해 스테이지 상에 상기 비-단결정 반도체 필름이 그 위에 형성된 상기 기판을 설정하는 단계와,
    상기 스테이지를 상기 레이저 빔에 대해 주사하면서, 상기 반도체 필름 표면을 상기 선형 레이저 빔으로 조사함으로써, 상기 비-단결정 반도체 필름의 레이저어닐링을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 원통형 렌즈 어레이는 상기 스폿의 길이 방향을 따라 상기 선형 빔 스폿에 작용하고,
    상기 광파이프는 상기 스폿의 폭 방향을 따라 상기 선형 빔 스폿에 작용하고,
    상기 광파이프는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 레이저 빔 발진기는 엑시머 레이저, YAG 레이저, 또는 글래스 레이저인 반도체 장치 제조 방법.
  36. 제 34 항에 있어서, 상기 레이저 빔 발진기는 YVO4레이저, YLF 레이저, 또는 Ar 레이저인 반도체 장치 제조 방법.
  37. 레이저 광을 제공하는 단계와,
    광도파로를 통해 상기 레이저 광을 통과시키는 단계와,
    반도체 필름을 결정화하기 위해 상기 광도파로를 통과한 상기 레이저 광으로 상기 반도체 필름을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 반도체 필름의 표면에서의 상기 레이저 광의 에너지 분포는 상기 광도파로에 의해 균일화되는 반도체 장치 제조 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 광도파로는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  39. 레이저 광을 제공하는 단계와,
    광파이프를 통해 상기 레이저 광을 통과시키는 단계와,
    반도체 필름을 결정화하기 위해 상기 광파이프를 통과한 상기 레이저 광으로 상기 반도체 필름을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 반도체 필름의 표면에서의 상기 레이저 광의 에너지 분포는 상기 광파이프에 의해 균일화되는 반도체 장치 제조 방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 광파이프는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  41. 레이저 광의 전파 방향에 수직한, 길이 및 폭을 갖는 단면을 구비하는 레이저 광을 제공하는 단계와,
    상기 레이저 광의 상기 단면의 상기 길이만을 증가시키는 단계와,
    광도파로를 통해 상기 광을 통과시키는 단계와,
    반도체 필름을 결정화하기 위해 상기 광도파로를 통과한 상기 레이저 광으로상기 반도체 필름을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 단면의 폭 방향을 따르는 상기 레이저 광의 에너지 분포는 상기 광도파로에 의해 균일화되는 반도체 장치 제조 방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 레이저 광의 상기 단면의 상기 길이는 복수의 원통형 렌즈를 구비하는 원통형 렌즈 어레이를 사용함으로써 증가되는 반도체 장치 제조 방법.
  43. 제 41 항에 있어서, 상기 광도파로는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  44. 레이저 광의 전파 방향에 수직한, 길이 및 폭을 갖는 단면을 구비하는 레이저 광을 제공하는 단계와,
    상기 레이저 광의 상기 단면의 상기 길이만을 증가시키는 단계와,
    광파이프를 통해 상기 광을 통과시키는 단계와,
    반도체 필름을 결정화하기 위해 상기 광파이프를 통과한 상기 레이저 광으로 상기 반도체 필름을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 단면의 폭 방향을 따르는 상기 레이저 광의 에너지 분포는 상기 광파이프에 의해 균일화되는 반도체 장치 제조 방법.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 레이저 광의 상기 단면의 상기 길이는 복수의 원통형 렌즈를 구비하는 원통형 렌즈 어레이를 사용함으로써 증가되는 반도체 장치 제조 방법.
  46. 제 44 항에 있어서, 상기 광도파로는 서로 대면되는 2개의 반사면을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
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