JP2009094329A - Crystallizing apparatus, crystallizing method and device - Google Patents

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正清 松村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystallizing apparatus which can fully suppress occurrence of an interference fringe on a non-monocrystal semiconductor film without causing an increase in optical system scale according to a simple structure. <P>SOLUTION: The crystallizing apparatus irradiates a light having a predetermined light intensity distribution on the non-monocrystal semiconductor film to generate a crystallizing semiconductor film. The crystallizing apparatus comprises: an illumination system for illuminating an optical modulator through a homegenizer having a plurality of cylindrical lens elements (23ba) arranged along a predetermined direction (y direction); an image forming optical system for forming the predetermined light intensity distribution based on light through the optical modulator; and a plurality of strip-shaped optical members (25) provided in every other position for the plurality of cylindrical lens elements. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、結晶化装置、結晶化方法、およびデバイスに関する。特に、本発明は、所定の光強度分布を有するレーザ光を非単結晶半導体膜に照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置および結晶化方法に関するものである。   The present invention relates to a crystallization apparatus, a crystallization method, and a device. In particular, the present invention relates to a crystallization apparatus and a crystallization method for generating a crystallized semiconductor film by irradiating a non-single crystal semiconductor film with laser light having a predetermined light intensity distribution.

従来、例えば液晶表示装置(Liquid-Crystal-Display:LCD)の表示画素を選択するスイッチング素子などに用いられる薄膜トランジスタ(Thin-Film-Transistor:TFT)は、非晶質シリコン(amorphous-Silicon)や多結晶シリコン(poly-Silicon)を用いて形成されている。   Conventionally, for example, a thin-film-transistor (TFT) used as a switching element for selecting a display pixel of a liquid-crystal display (LCD) is an amorphous silicon or a multi-layer. It is formed using crystalline silicon (poly-Silicon).

多結晶シリコンは、非晶質シリコンよりも電子または正孔の移動度が高い。したがって、多結晶シリコンを用いてトランジスタを形成した場合、非晶質シリコンを用いて形成する場合よりも、スイッチング速度が速くなり、ひいてはディスプレイの応答が速くなる。また、周辺LSIを薄膜トランジスタで構成することが可能になる。さらに、他の部品の設計マージンを減らせるなどの利点がある。また、ドライバ回路やDACなどの周辺回路をディスプレイに組み入れる場合に、それらの周辺回路をより高速に動作させることができる。   Polycrystalline silicon has higher electron or hole mobility than amorphous silicon. Therefore, when the transistor is formed using polycrystalline silicon, the switching speed is faster and the response of the display is faster than when the transistor is formed using amorphous silicon. In addition, it is possible to configure the peripheral LSI with thin film transistors. Furthermore, there is an advantage that the design margin of other parts can be reduced. Further, when peripheral circuits such as a driver circuit and a DAC are incorporated in the display, the peripheral circuits can be operated at higher speed.

多結晶シリコンは結晶粒の集合からなるため、例えばTFTトランジスタを形成した場合、チャネル領域に結晶粒界が形成され、この結晶粒界が障壁となり単結晶シリコンに比べると電子または正孔の移動度を低くする。また、多結晶シリコンを用いて形成された多数の薄膜トランジスタは、チャネル部に形成される結晶粒界数が各薄膜トランジスタ間で異なり、これがバラツキとなって液晶表示装置であれば表示ムラの問題となる。そこで、最近、電子または正孔の移動度を向上させ且つチャネル部における結晶粒界数のバラツキを少なくするために、少なくとも1個のチャネル領域を形成できる大きさの大粒径の結晶化シリコンを生成する結晶化装置および方法が提案されている。   Since polycrystalline silicon consists of a collection of crystal grains, for example, when a TFT transistor is formed, a crystal grain boundary is formed in the channel region, and this crystal grain boundary serves as a barrier and mobility of electrons or holes compared to single crystal silicon. Lower. In addition, in many thin film transistors formed using polycrystalline silicon, the number of crystal grain boundaries formed in the channel portion is different among the thin film transistors, and the variation causes a problem of display unevenness if the liquid crystal display device is used. . Therefore, recently, in order to improve the mobility of electrons or holes and to reduce the variation in the number of crystal grain boundaries in the channel portion, a large-grained crystallized silicon having a size capable of forming at least one channel region has been developed. Producing crystallization devices and methods have been proposed.

従来、この種の結晶化方法として、位相シフター(光変調素子)にエキシマレーザ光を照射し、それによるフレネル回折像もしくは結像光学系による結像を非単結晶半導体膜(多結晶半導体膜または非単結晶半導体膜)に照射して結晶化半導体膜を生成する「位相制御ELA(Excimer Laser Annealing)法」が知られている。位相制御ELA法の詳細は、例えば表面科学Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000に開示されている。   Conventionally, as a crystallization method of this kind, a phase shifter (light modulation element) is irradiated with excimer laser light, and a Fresnel diffraction image or an image formation by an image formation optical system is thereby performed as a non-single crystal semiconductor film (polycrystalline semiconductor film or A “phase control ELA (Excimer Laser Annealing) method” in which a non-single crystal semiconductor film) is irradiated to generate a crystallized semiconductor film is known. Details of the phase control ELA method are disclosed in, for example, Surface Science Vol. 21, No. 5, pp. 278-287, 2000.

位相制御ELA法では、位相シフターの位相シフト部に対応する点において光強度が周辺よりも低い逆ピークパターン(中心において光強度が最も低く周囲に向かって光強度が急激に増大するパターン)の光強度分布を発生させ、この逆ピーク状の光強度分布を有する光を非単結晶半導体膜に照射する。その結果、被照射領域内において光強度分布に応じて溶融領域に温度勾配が生じ、光強度が最も低い点に対応して最初に凝固する部分もしくは溶融しない部分に結晶核が形成され、その結晶核から周囲に向かって結晶が横方向に成長(以降、「ラテラル成長」または「横方向成長」と呼ぶ)することにより大粒径の単結晶粒が生成される。   In the phase control ELA method, light having a reverse peak pattern (a pattern in which the light intensity is the lowest at the center and the light intensity rapidly increases toward the periphery) is lower than that of the periphery at the point corresponding to the phase shift portion of the phase shifter. An intensity distribution is generated, and the non-single crystal semiconductor film is irradiated with light having the light intensity distribution having the reverse peak shape. As a result, a temperature gradient occurs in the melted region in accordance with the light intensity distribution in the irradiated region, and crystal nuclei are formed in the part that first solidifies or does not melt corresponding to the point where the light intensity is the lowest. Crystals grow laterally from the nucleus toward the periphery (hereinafter referred to as “lateral growth” or “lateral growth”), thereby generating single crystal grains having a large grain size.

結晶化装置および方法では、ホモジナイザを介して照度の均一化されたレーザ光で光変調素子(位相シフター)を照明する。このとき、ホモジナイザの作用により光変調素子上で重畳されるレーザ光が干渉し、光変調素子上および非単結晶半導体膜上に干渉縞が発生する。非単結晶半導体膜上に干渉縞が発生すると、非単結晶半導体膜上に所望の光強度分布が形成されなくなり、ひいては所望通りに結晶化される領域と所望通りに結晶化されない領域とが周期的に混在することになる。   In the crystallization apparatus and method, the light modulation element (phase shifter) is illuminated with a laser beam with uniform illuminance through a homogenizer. At this time, the laser beam superimposed on the light modulation element interferes with the action of the homogenizer, and interference fringes are generated on the light modulation element and the non-single crystal semiconductor film. When interference fringes are generated on the non-single-crystal semiconductor film, a desired light intensity distribution is not formed on the non-single-crystal semiconductor film, and as a result, a region that is crystallized as desired and a region that is not crystallized as desired are periodic. Will be mixed.

従来、ホモジナイザを介して照度の均一化されたレーザ光を所定面に照射する装置(レーザアニール装置、レーザ照射装置など)において、所定面における干渉縞の発生を低減するための構成が種々提案されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3などを参照)。例えば、特許文献1には、光軸方向の長さが異なる複数の平行平面板を階段状に積層させて形成された可干渉性解消素子の作用により時間コヒーレンシーを低減させる技術が開示されている。   Conventionally, various apparatuses for reducing the generation of interference fringes on a predetermined surface have been proposed in apparatuses (laser annealing apparatus, laser irradiation apparatus, etc.) that irradiate a predetermined surface with laser light with uniform illuminance through a homogenizer. (See Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, etc.). For example, Patent Document 1 discloses a technique for reducing time coherency by the action of a coherence eliminating element formed by stacking a plurality of parallel flat plates having different lengths in the optical axis direction in a stepped manner. .

特開2003−167213号公報JP 2003-167213 A 特開2004−012757号公報JP 2004-012757 A 特開2005−294493号公報JP 2005-294493 A

特許文献1に開示された従来技術では、階段状に積層させた複数の平行平面板の段差のエッジを所要の精度で形成することが困難であり、ひいては可干渉性解消素子の製造が困難である。また、可干渉性解消素子の光軸に沿った長さが比較的大きくなるため、可干渉性解消素子を光路中に組み込むための比較的大きな設置スペースが必要になり、光学系の大型化、ひいては装置の大型化を招き易い。また、複数の平行平面板が階段状に積層させて一体化されているので、可干渉性解消素子を光路中の所要位置に位置決めするのに時間がかかる。   In the prior art disclosed in Patent Document 1, it is difficult to form stepped edges of a plurality of parallel flat plates stacked stepwise with a required accuracy, and thus it is difficult to manufacture a coherence eliminating element. is there. In addition, since the length along the optical axis of the coherence canceling element is relatively large, a relatively large installation space is required for incorporating the coherence canceling element in the optical path, and the size of the optical system is increased. As a result, the size of the apparatus tends to increase. In addition, since a plurality of parallel flat plates are integrated in a stepped manner, it takes time to position the coherence eliminating element at a required position in the optical path.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成にしたがって光学系の大型化を招くことなく、非単結晶半導体膜上での干渉縞の発生を良好に抑えることのできる結晶化装置および結晶化方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to satisfactorily suppress the generation of interference fringes on a non-single crystal semiconductor film without incurring an increase in the size of an optical system according to a simple configuration. An object is to provide a crystallization apparatus and a crystallization method.

前記課題を解決するために、本発明の第1実施形態では、所定の光強度分布を有する光を非単結晶半導体膜に照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置であって、
所定方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素を有するホモジナイザを介して光変調素子を照明する照明系と、
前記光変調素子を介した光に基づいて前記所定の光強度分布を形成する結像光学系と、
前記複数のシリンドリカルレンズ要素に対して1個おきに設けられた複数の短冊状の光学部材とを備えている結晶化装置を提供する。
In order to solve the above-described problem, the first embodiment of the present invention is a crystallization apparatus that generates a crystallized semiconductor film by irradiating a non-single crystal semiconductor film with light having a predetermined light intensity distribution,
An illumination system that illuminates the light modulation element via a homogenizer having a plurality of cylindrical lens elements arranged along a predetermined direction;
An imaging optical system that forms the predetermined light intensity distribution based on light through the light modulation element;
There is provided a crystallization apparatus comprising a plurality of strip-shaped optical members provided at intervals of one for each of the plurality of cylindrical lens elements.

本発明の第2形態では、所定の光強度分布を有する光を非単結晶半導体膜に照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化方法であって、
所定方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素を有するホモジナイザを介して光変調素子を照明する照明工程と、
前記光変調素子を介した光に基づいて前記非単結晶半導体膜上に前記所定の光強度分布を形成する形成工程と、
前記複数のシリンドリカルレンズ要素に対して1個おきに設けられた複数の短冊状の光学部材により、隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素の間に時間コヒーレンス長以上の光路長差を付与する付与工程とを含む結晶化方法を提供する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a crystallization method for generating a crystallized semiconductor film by irradiating a non-single crystal semiconductor film with light having a predetermined light intensity distribution,
An illumination step of illuminating the light modulation element via a homogenizer having a plurality of cylindrical lens elements arranged along a predetermined direction;
Forming the predetermined light intensity distribution on the non-single crystal semiconductor film based on light through the light modulation element;
An applying step of providing an optical path length difference equal to or greater than a temporal coherence length between two adjacent cylindrical lens elements by using a plurality of strip-like optical members provided every other cylindrical lens element; A crystallization method is provided.

本発明の第3形態では、第1形態の結晶化装置または第2形態の結晶化方法を用いて製造されたデバイスを提供する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a device manufactured using the crystallization apparatus of the first form or the crystallization method of the second form.

本発明では、ホモジナイザにおいて所定方向に配列された複数のシリンドリカルレンズ要素に対して1個おきに複数の短冊状の光学部材を設けることにより、隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素の間に所要の光路長差、例えば時間コヒーレンス長以上の光路長差を付与する。その結果、本発明では、複数の短冊状の光学部材による時間コヒーレンシーの低減作用により、簡素な構成にしたがって光学系の大型化を招くことなく、非単結晶半導体膜上での干渉縞の発生を良好に抑えることができる。   In the present invention, a plurality of strip-shaped optical members are provided for every other cylindrical lens elements arranged in a predetermined direction in the homogenizer, so that a required optical path length is provided between two adjacent cylindrical lens elements. A difference, for example, an optical path length difference equal to or greater than the temporal coherence length is given. As a result, in the present invention, interference fringes are generated on the non-single-crystal semiconductor film without reducing the size of the optical system in accordance with a simple configuration by the action of reducing the time coherency by the plurality of strip-shaped optical members. It can be suppressed well.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。図2は、図1の照明系の内部構成を概略的に示す図である。図1および図2では、結晶化装置の基本的な構成および作用の理解を容易にするために、本実施形態の特徴的な構成要素の図示を省略している。また、図2では、説明の理解を容易にするために、光路折り曲げミラーM1,M2の図示を省略して直線状に展開された光路に沿って光源21から光変調素子1までの構成を示すとともに、局所座標系(x,y,z)を設定している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing the internal configuration of the illumination system of FIG. In FIG. 1 and FIG. 2, illustration of characteristic components of this embodiment is omitted to facilitate understanding of the basic configuration and operation of the crystallization apparatus. Further, in FIG. 2, in order to facilitate understanding of the description, the configuration from the light source 21 to the light modulation element 1 is shown along the optical path developed in a straight line with the optical path bending mirrors M1 and M2 omitted. In addition, a local coordinate system (x, y, z) is set.

図1および図2を参照すると、本実施形態の結晶化装置は、入射光束を位相変調して所定の光強度分布を有する光束を形成するための光変調素子(位相シフター)1と、光変調素子1を照明するための照明系2と、結像光学系3と、被処理基板4を保持するための基板ステージ5とを備えている。照明系2は、例えば308nmの波長を有するレーザ光を供給するXeClエキシマレーザ光源21を備えている。光源として、KrFエキシマレーザ光源やYAGレーザ光源のように被処理基板4を溶融するエネルギー光線を出射する性能を有する他の適当な光源を用いることもできる。   Referring to FIGS. 1 and 2, the crystallization apparatus of the present embodiment includes an optical modulation element (phase shifter) 1 for phase-modulating an incident light beam to form a light beam having a predetermined light intensity distribution, and an optical modulation. An illumination system 2 for illuminating the element 1, an imaging optical system 3, and a substrate stage 5 for holding a substrate 4 to be processed are provided. The illumination system 2 includes a XeCl excimer laser light source 21 that supplies laser light having a wavelength of, for example, 308 nm. As the light source, other suitable light sources having a capability of emitting an energy beam for melting the substrate to be processed 4 such as a KrF excimer laser light source or a YAG laser light source may be used.

例えばXeClエキシマレーザ光源21から射出されたレーザ光は、図2の紙面に垂直なy方向に細長く延びる矩形状の断面を有する。光源21からのレーザ光は、ミラーM1(図2では不図示)で反射された後、整形光学系22に入射する。整形光学系22は、y方向に細長く延びる矩形状の断面を有する入射光束を、y方向に沿って縮小し且つ図2の紙面に平行なx方向に沿って拡大することにより、ほぼ正方形状の断面を有する光束に整形して射出する。整形光学系22により整形されたレーザ光は、ほぼ平行光としてホモジナイザ23に入射する。   For example, the laser light emitted from the XeCl excimer laser light source 21 has a rectangular cross section extending in the y direction perpendicular to the paper surface of FIG. The laser light from the light source 21 is reflected by a mirror M1 (not shown in FIG. 2) and then enters the shaping optical system 22. The shaping optical system 22 reduces the incident light beam having a rectangular cross section elongated in the y direction along the y direction and expands along the x direction parallel to the paper surface of FIG. The light is shaped into a light beam having a cross section and emitted. The laser light shaped by the shaping optical system 22 enters the homogenizer 23 as substantially parallel light.

ホモジナイザ23は、光軸に沿って近接して配置された第1シリンドリカルレンズアレイ23aと第2シリンドリカルレンズアレイ23bとにより構成されている。第1シリンドリカルレンズアレイ23aは、xz平面において屈折力を有し且つyz平面において無屈折力の複数のシリンドリカルレンズ要素23aaをx方向に沿って配列することにより構成されている。第2シリンドリカルレンズアレイ23bは、yz平面において屈折力を有し且つxz平面において無屈折力の複数のシリンドリカルレンズ要素23baをy方向に沿って配列することにより構成されている。なお、第1シリンドリカルレンズアレイと第2シリンドリカルレンズアレイとの配置は逆でもよい。   The homogenizer 23 includes a first cylindrical lens array 23a and a second cylindrical lens array 23b that are arranged close to each other along the optical axis. The first cylindrical lens array 23a is configured by arranging a plurality of cylindrical lens elements 23aa having refractive power in the xz plane and having no refractive power in the yz plane along the x direction. The second cylindrical lens array 23b is configured by arranging a plurality of cylindrical lens elements 23ba having refractive power in the yz plane and having no refractive power in the xz plane along the y direction. The arrangement of the first cylindrical lens array and the second cylindrical lens array may be reversed.

ホモジナイザ23に入射した光は、シリンドリカルレンズ要素23aaと23baとの交差部分により波面分割され、その後側焦点面またはその近傍には複数の小光源が形成される。これらの複数の小光源からの光束は、ミラーM2(図2では不図示)で反射された後、コンデンサー光学系24を介して、光変調素子1を重畳的に照明する。光変調素子1により位相変調されたレーザ光は、ミラーM3で反射された後、例えば架台6により支持された結像光学系3を介して、被処理基板4に入射する。   The light incident on the homogenizer 23 is divided into wavefronts at the intersections of the cylindrical lens elements 23aa and 23ba, and a plurality of small light sources are formed on the rear focal plane or in the vicinity thereof. Light beams from the plurality of small light sources are reflected by a mirror M2 (not shown in FIG. 2), and then illuminate the light modulation element 1 in a superimposed manner via a condenser optical system 24. The laser light phase-modulated by the light modulation element 1 is reflected by the mirror M3 and then enters the substrate 4 to be processed via the imaging optical system 3 supported by the gantry 6, for example.

結像光学系3は、光変調素子1の位相パターン面と被処理基板4とを光学的に共役に配置している。換言すれば、被処理基板4(厳密には被処理基板4の被照射面)は、光変調素子1の位相パターン面と光学的に共役な面(結像光学系3の像面)に設定されている。結像光学系3は、例えば、2つの正レンズ群と、これらのレンズ群の間に配置された開口絞りとを備えている。開口絞りの開口部(光透過部)の大きさ(ひいては結像光学系3の像側開口数NA)は、被処理基板4の非単結晶半導体薄膜上(被照射面)において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。結像光学系3は、屈折型の光学系であってもよいし、反射型の光学系であってもよいし、屈折反射型の光学系であってもよい。   The imaging optical system 3 optically conjugates the phase pattern surface of the light modulation element 1 and the substrate 4 to be processed. In other words, the substrate 4 to be processed (strictly, the irradiated surface of the substrate 4 to be processed) is set to a surface optically conjugate with the phase pattern surface of the light modulation element 1 (image surface of the imaging optical system 3). Has been. The imaging optical system 3 includes, for example, two positive lens groups and an aperture stop disposed between these lens groups. The size of the aperture (light transmitting portion) of the aperture stop (and hence the image-side numerical aperture NA of the imaging optical system 3) is the required light intensity on the non-single crystal semiconductor thin film (irradiated surface) of the substrate 4 to be processed. It is set to generate a distribution. The imaging optical system 3 may be a refractive optical system, a reflective optical system, or a refractive / reflective optical system.

被処理基板4は、基板上に、下層絶縁膜、非単結晶半導体薄膜、上層絶縁膜の順に成膜することにより構成されている。さらに詳細には、本実施形態では、被処理基板4は、例えば液晶ディスプレイ用板ガラスの上に、化学気相成長法(CVD)により、下地絶縁膜、非単結晶半導体膜(例えば非晶質シリコン膜)、およびキャップ膜が順次形成されたものである。下地絶縁膜およびキャップ膜は、絶縁膜、例えばSiO2膜である。下地絶縁膜は、非晶質シリコン膜とガラス基板とが直接接触して、ガラス基板中のNaなどの異物が非晶質シリコン膜に混入するのを防止し、非晶質シリコン膜の熱が直接ガラス基板に伝わるのを防止する。 The substrate 4 to be processed is formed by sequentially forming a lower insulating film, a non-single crystal semiconductor thin film, and an upper insulating film on the substrate. More specifically, in the present embodiment, the substrate 4 to be processed is a base insulating film, a non-single crystal semiconductor film (for example, amorphous silicon), for example, on a plate glass for a liquid crystal display by chemical vapor deposition (CVD). Film) and a cap film are sequentially formed. The base insulating film and the cap film are insulating films, for example, SiO 2 films. The base insulating film directly contacts the amorphous silicon film and the glass substrate to prevent foreign matters such as Na in the glass substrate from entering the amorphous silicon film, and the heat of the amorphous silicon film is reduced. Prevents direct transmission to the glass substrate.

非晶質シリコン膜は、結晶化される半導体膜である。キャップ膜は、非晶質シリコン膜に入射する光ビームの一部により加熱され、この加熱された温度を蓄熱する。この蓄熱効果は、光ビームの入射が遮断されたとき、非晶質シリコン膜の被照射面において高温部が相対的に急速に降温するが、この降温勾配を緩和させ、大粒径の横方向の結晶成長を促進させる。被処理基板4は、真空チャックや静電チャックなどにより基板ステージ5上において予め定められた所定の位置に位置決めされて保持されている。   An amorphous silicon film is a semiconductor film to be crystallized. The cap film is heated by a part of the light beam incident on the amorphous silicon film, and stores the heated temperature. This heat storage effect is that when the incidence of the light beam is interrupted, the high temperature portion of the irradiated surface of the amorphous silicon film cools relatively rapidly, but this temperature gradient is relaxed and the large grain size is reduced in the lateral direction. Promotes crystal growth. The substrate 4 to be processed is positioned and held at a predetermined position on the substrate stage 5 by a vacuum chuck or an electrostatic chuck.

本実施形態の結晶化装置では、光変調素子1および結像光学系3を介して、例えば中心において光強度が最も低く周囲に向かって光強度が急激に増大する逆ピーク状の光強度分布を有する光を、被処理基板4の非単結晶半導体膜に照射する。その結果、非単結晶半導体膜上の被照射領域内において光強度分布に応じて溶融領域に温度勾配が生じ、光強度が最も低い点に対応して最初に凝固する部分もしくは溶融しない部分に結晶核が形成され、その結晶核から周囲に向かって結晶が横方向に成長することにより大粒径の単結晶粒が生成される。   In the crystallization apparatus of the present embodiment, the light intensity distribution having an inverse peak shape in which the light intensity is the lowest at the center, for example, and the light intensity rapidly increases toward the periphery, is obtained via the light modulation element 1 and the imaging optical system 3. The non-single crystal semiconductor film of the substrate 4 to be processed is irradiated with the light that it has. As a result, in the irradiated region on the non-single-crystal semiconductor film, a temperature gradient is generated in the molten region according to the light intensity distribution, and the crystal is crystallized in the part that solidifies first or does not melt corresponding to the point where the light intensity is the lowest. Nuclei are formed, and crystals grow laterally from the crystal nuclei toward the periphery, thereby generating single crystal grains having a large grain size.

ホモジナイザ23を介して照度の均一化されたレーザ光を光変調素子1に照射する本実施形態の結晶化装置では、特段の対策を講じない限り、光変調素子1上および被処理基板4の非単結晶半導体膜上において干渉縞が発生し易い。以下、この点について説明する。本実施形態の結晶化装置では、図3に示すように、ホモジナイザ23(図3では第2シリンドリカルレンズアレイ23bのみを図示)を介して、例えば7×7=49個の小光源31がxy平面に沿ってマトリックス状に形成される。   In the crystallization apparatus of the present embodiment that irradiates the light modulation element 1 with the laser light with uniform illuminance via the homogenizer 23, unless special measures are taken, the light modulation element 1 and the substrate 4 to be processed are not treated. Interference fringes are likely to occur on the single crystal semiconductor film. Hereinafter, this point will be described. In the crystallization apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 3, for example, 7 × 7 = 49 small light sources 31 are arranged on the xy plane via a homogenizer 23 (only the second cylindrical lens array 23b is shown in FIG. 3). Are formed in a matrix.

ここで、小光源31のx方向の間隔およびy方向の間隔はともにd=2mmである。換言すれば、ホモジナイザ23は、x方向に沿って配列された7つのシリンドリカルレンズ要素23aaからなる第1シリンドリカルレンズアレイ23aと、y方向に沿って配列された7つのシリンドリカルレンズ要素23baからなる第2シリンドリカルレンズアレイ23bとを有する。そして、シリンドリカルレンズ要素23aaと23baとの交差部分により定義される単位波面分割領域は、2mm×2mmの正方形状である。   Here, both the interval in the x direction and the interval in the y direction of the small light source 31 are d = 2 mm. In other words, the homogenizer 23 includes a first cylindrical lens array 23a including seven cylindrical lens elements 23aa arranged along the x direction, and a second cylindrical lens element 23ba including seven cylindrical lens elements 23ba arranged along the y direction. And a cylindrical lens array 23b. The unit wavefront division area defined by the intersection of the cylindrical lens elements 23aa and 23ba has a square shape of 2 mm × 2 mm.

各小光源31からの光束は、例えばf=543.5mmの焦点距離を有するコンデンサー光学系24を介して、光変調素子1上の同一領域を重畳的に照明する。このとき、光変調素子1上では、整形光学系22により矩形状の断面を有する入射光束を縮小したy方向に沿ってピッチを有する干渉縞が発生する。そこで、y方向に沿って隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素23baを経た光束が光変調素子1上で干渉するという二光束干渉モデルに基づいて、光変調素子1上に形成される干渉縞の間隔(y方向のピッチ)Dmを算出する。   The light flux from each small light source 31 illuminates the same region on the light modulation element 1 in a superimposed manner via a condenser optical system 24 having a focal length of f = 543.5 mm, for example. At this time, on the light modulation element 1, an interference fringe having a pitch is generated along the y direction obtained by reducing the incident light beam having a rectangular cross section by the shaping optical system 22. Therefore, based on a two-beam interference model in which a light beam passing through two cylindrical lens elements 23ba adjacent in the y direction interferes on the light modulation element 1, an interval between interference fringes formed on the light modulation element 1 ( y-direction pitch) Dm is calculated.

上述の二光束干渉モデルによれば、光変調素子1上に形成される干渉縞の間隔Dmは、光の波長λが308nm=0.308×10-6mmであるから、次の式(1)により求められる。
Dm=f×λ/d
=543.5×0.308×10-6/2
≒0.0837mm=83.7μm (1)
According to the two-beam interference model described above, the distance Dm between the interference fringes formed on the light modulation element 1 is such that the wavelength λ of light is 308 nm = 0.308 × 10 −6 mm. ).
Dm = f × λ / d
= 543.5 × 0.308 × 10 −6 / 2
≒ 0.0837mm = 83.7μm (1)

被処理基板4の非単結晶半導体膜上に形成される干渉縞の間隔Dsは、結像光学系3の結像倍率の大きさがβ=1/5である場合、次の式(2)により求められる。
Ds=Dm×β
=83.7/5
≒16.7μm (2)
The distance Ds between the interference fringes formed on the non-single crystal semiconductor film of the substrate 4 to be processed is expressed by the following equation (2) when the imaging magnification of the imaging optical system 3 is β = 1/5. Is required.
Ds = Dm × β
= 83.7 / 5
≒ 16.7μm (2)

本実施形態の結晶化装置では、特段の対策を講じない場合、図4に模式的に示すように、y方向に沿って間隔(ピッチ)Ds’が約16.5μmの干渉縞が被処理基板4の非単結晶半導体膜上に形成されるのが実験により確認された。図4において、ハッチングを施した光強度の比較的小さい領域41と、光強度の比較的大きい領域42との強度差は約±5%であった。換言すれば、領域41と領域42との間のピーク・トゥ・ピーク(peak-to-peak)の強度差は約10%であった。   In the crystallization apparatus of this embodiment, when no special measures are taken, as shown schematically in FIG. 4, interference fringes having a distance (pitch) Ds ′ of about 16.5 μm along the y direction are formed on the substrate to be processed. It was confirmed by experiment that it was formed on the non-single crystal semiconductor film. In FIG. 4, the difference in intensity between the hatched region 41 having a relatively small light intensity and the region 42 having a relatively large light intensity was about ± 5%. In other words, the peak-to-peak intensity difference between region 41 and region 42 was about 10%.

以上のように、二光束干渉モデルによる計算結果と実験結果とはほぼ一致しており、整形光学系22により矩形状の断面を有する入射光束を縮小したy方向に沿って隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素23baを経た光束が、光変調素子1上および被処理基板4の非単結晶半導体膜上で干渉することが判明した。そこで、本実施形態では、図5に示すように、ホモジナイザ23(図3では第2シリンドリカルレンズアレイ23bのみを図示)中の7つのシリンドリカルレンズ要素23baに対して1個おきに4つの短冊状の平行平面板25を設けることにより、y方向に沿って隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素23baの間に時間コヒーレンス長Lc以上の光路長差Ldを付与する構成を採用している。   As described above, the calculation result by the two-beam interference model and the experimental result almost coincide with each other, and two cylindrical lenses adjacent to each other along the y direction in which the incident light beam having a rectangular cross section is reduced by the shaping optical system 22. It has been found that the light beam that has passed through the element 23ba interferes on the light modulation element 1 and the non-single crystal semiconductor film of the substrate 4 to be processed. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, every other four strip-shaped elements with respect to the seven cylindrical lens elements 23ba in the homogenizer 23 (only the second cylindrical lens array 23b is shown in FIG. 3). By providing the plane-parallel plate 25, a configuration is adopted in which an optical path length difference Ld greater than or equal to the time coherence length Lc is provided between two cylindrical lens elements 23ba adjacent in the y direction.

すなわち、7つのシリンドリカルレンズ要素23baのうちの図5中上側から奇数番目(1番目、3番目、5番目、7番目)のシリンドリカルレンズ要素23baの直後に、光軸に沿って互いに同じ長さ(すなわち厚さ)tを有する短冊状の平行平面板25を1個づつ付設している。ここで、時間コヒーレンス長Lcは、XeClエキシマレーザ光源21から射出されるレーザ光の半値幅Δλを0.1nmとするとき、次の式(3)により求められる。
Lc=λ2/Δλ
=(0.308×10-6)×(0.308×10-6)/0.1×10-9
≒1mm (3)
That is, of the seven cylindrical lens elements 23ba, immediately after the odd-numbered (first, third, fifth, seventh) cylindrical lens elements 23ba from the upper side in FIG. That is, strip-like parallel flat plates 25 having a thickness t are attached one by one. Here, the time coherence length Lc is obtained by the following equation (3) when the half-value width Δλ of the laser light emitted from the XeCl excimer laser light source 21 is 0.1 nm.
Lc = λ 2 / Δλ
= (0.308 × 10 −6 ) × (0.308 × 10 −6 ) /0.1×10 −9
≒ 1mm (3)

したがって、y方向に沿って隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素23baの間に時間コヒーレンス長Lc以上の光路長差Ldを付与するのに必要な短冊状の平行平面板25の最小厚さt1は、平行平面板25を形成する光学材料の波長λに対する屈折率をn=1.5とするとき、次の式(4)により求められる。
t1=Lc/(n−1)
≒1/(1.5−1)
≒2mm (4)
Therefore, the minimum thickness t1 of the strip-shaped parallel flat plate 25 required to give the optical path length difference Ld of the time coherence length Lc or more between two cylindrical lens elements 23ba adjacent along the y direction is parallel. When the refractive index with respect to the wavelength λ of the optical material forming the flat plate 25 is n = 1.5, the following equation (4) is obtained.
t1 = Lc / (n-1)
≒ 1 / (1.5-1)
≒ 2mm (4)

本実施形態では、ホモジナイザ23中の複数のシリンドリカルレンズ要素23baの直後に、屈折率n=1.5の合成石英により形成された厚さt=1mmの短冊状の平行平面板25を1個おきに付設し、隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素23baの間に時間コヒーレンス長Lc以上の光路長差Ldを付与した状態で、被処理基板4の非単結晶半導体膜上に形成される干渉縞を実際に観察した。その結果、被処理基板4の非単結晶半導体膜上には干渉縞がほとんど形成されないことが確認された。   In this embodiment, immediately after the plurality of cylindrical lens elements 23ba in the homogenizer 23, every other parallel plane plate 25 having a strip shape with a thickness t = 1 mm formed of synthetic quartz having a refractive index n = 1.5. The interference fringes formed on the non-single crystal semiconductor film of the substrate 4 to be processed are actually provided in a state where the optical path length difference Ld of the time coherence length Lc or more is given between two adjacent cylindrical lens elements 23ba. Observed. As a result, it was confirmed that interference fringes are hardly formed on the non-single crystal semiconductor film of the substrate 4 to be processed.

以上のように、本実施形態では、ホモジナイザ23を構成する2つのシリンドリカルレンズアレイ23a,23bのうち、整形光学系22により矩形状の断面を有する入射光束を縮小したy方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素23baに対して1個おきに短冊状の平行平面板(一般には光学部材)25を設けることにより、隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素23baの間に時間コヒーレンス長Lc以上の光路長差Ldを付与している。なお、短冊状の平行平面板25の入射面および射出面にはARコート(無反射コート)を施すことが好ましい。   As described above, in the present embodiment, among the two cylindrical lens arrays 23a and 23b constituting the homogenizer 23, the incident light beam having a rectangular cross section is arranged by the shaping optical system 22 along the y direction. By providing every other cylindrical parallel flat plate (generally an optical member) 25 for each of the plurality of cylindrical lens elements 23ba, an optical path length equal to or greater than the time coherence length Lc between two adjacent cylindrical lens elements 23ba. A difference Ld is given. In addition, it is preferable to apply AR coating (non-reflective coating) to the incident surface and exit surface of the strip-shaped parallel flat plate 25.

本実施形態では、時間コヒーレンシーを低減させる手段としての複数(図5では例示的に4つ)の短冊状の平行平面板25の外形形状(厚さt、隅角部のエッジなど)について高い精度は要求されない。また、複数の平行平面板25は光軸と直交する平面(xy平面)に沿って並列配置されるので、これらの短冊状の平行平面板25を光路中に組み込むために必要な設置スペースは小さく、光学系の大型化を招くことはない。さらに、一群のシリンドリカルレンズ要素23baに対する平行平面板25の光軸方向(z方向)および光軸直交方向(x方向,y方向)の位置決めに対して高い精度は要求されない。   In the present embodiment, high accuracy is obtained with respect to the external shape (thickness t, corner edge, etc.) of a plurality of (four in the example of FIG. 5) strip-like parallel flat plates 25 as means for reducing temporal coherency. Is not required. Further, since the plurality of parallel flat plates 25 are arranged in parallel along a plane (xy plane) orthogonal to the optical axis, the installation space required for incorporating these strip-like parallel flat plates 25 into the optical path is small. The optical system is not increased in size. Furthermore, high accuracy is not required for positioning of the plane parallel plate 25 in the optical axis direction (z direction) and the optical axis orthogonal direction (x direction, y direction) with respect to the group of cylindrical lens elements 23ba.

したがって、階段状に積層させた複数の平行平面板の段差のエッジを所要の精度で形成することが困難な従来技術とは異なり、平行平面板25の外形形状(厚さtを含む)について特に高い精度が要求されない本実施形態では、短冊状の平行平面板25を個別に製造することは容易である。また、光軸に沿った長さが比較的大きい可干渉性解消素子を光路中に組み込むために比較的大きな設置スペースが必要になる従来技術とは異なり、厚さtの比較的薄い短冊状の平行平面板25を並列配置する本実施形態では、光学系の小型化、ひいては装置の小型化を図ることができる。   Therefore, unlike the prior art in which it is difficult to form the edges of the steps of a plurality of parallel plane plates stacked in a staircase shape with the required accuracy, the outer shape (including the thickness t) of the parallel plane plate 25 is particularly important. In the present embodiment where high accuracy is not required, it is easy to individually manufacture the strip-like parallel flat plate 25. Further, unlike the prior art in which a relatively large installation space is required to incorporate a coherence eliminating element having a relatively large length along the optical axis into the optical path, it has a relatively thin strip shape with a thickness t. In the present embodiment in which the plane parallel plates 25 are arranged in parallel, the optical system can be downsized, and thus the apparatus can be downsized.

さらに、複数の平行平面板を階段状に積層させて一体化した可干渉性解消素子を光路中の所要位置に位置決めするのに時間がかかる従来技術とは異なり、短冊状の平行平面板25を対応するシリンドリカルレンズ要素23baに対して個別に位置決めする本実施形態では、各平行平面板25の位置決め調整を迅速に行うことができる。その結果、本実施形態では、複数の短冊状の平行平面板25による時間コヒーレンシーの低減作用により、簡素な構成にしたがって光学系の大型化を招くことなく、被処理基板4の非単結晶半導体膜上での干渉縞の発生を良好に抑えることができる。   Furthermore, unlike the prior art, which takes time to position the coherence eliminating element, which is an integrated stack of a plurality of parallel plane plates in a staircase shape, at a required position in the optical path, the strip-like parallel plane plate 25 is provided. In the present embodiment in which positioning is individually performed with respect to the corresponding cylindrical lens element 23ba, positioning adjustment of each plane-parallel plate 25 can be performed quickly. As a result, in the present embodiment, the non-single crystal semiconductor film of the substrate 4 to be processed is caused by the action of reducing the time coherency by the plurality of strip-like parallel flat plates 25 without causing an increase in the size of the optical system according to a simple configuration. The occurrence of interference fringes can be satisfactorily suppressed.

なお、上述の実施形態では、t1以上の厚さの平行平面板25を用いて、隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素23baの間に時間コヒーレンス長Lc以上の光路長差Ldを付与している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば上述のt1よりも薄い平行平面板を用いて、隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素23baの間に時間コヒーレンス長Lcよりも小さい光路長差を付与する構成を採用しても、複数の平行平面板の時間コヒーレンシーの低減効果により被処理基板4の非単結晶半導体膜上での干渉縞の発生をある程度抑えることができる。   In the above-described embodiment, an optical path length difference Ld equal to or greater than the time coherence length Lc is provided between two adjacent cylindrical lens elements 23ba using a plane parallel plate 25 having a thickness equal to or greater than t1. However, the present invention is not limited to this. For example, a configuration in which an optical path length difference smaller than the temporal coherence length Lc is provided between two adjacent cylindrical lens elements 23ba using a plane parallel plate thinner than the above-described t1. Even if it is adopted, the occurrence of interference fringes on the non-single crystal semiconductor film of the substrate 4 to be processed can be suppressed to some extent due to the effect of reducing the time coherency of the plurality of parallel flat plates.

また、上述の実施形態では、図5中奇数番目のシリンドリカルレンズ要素23baの直後に、短冊状の平行平面板25を1個づつ付設している。しかしながら、これに限定されることなく、図6の変形例に示すように、図6中上側から偶数番目(2番目、4番目、6番目)のシリンドリカルレンズ要素23baの直後に、短冊状の平行平面板25を1個づつ付設しても良い。また、図5中奇数番目または偶数番目のシリンドリカルレンズ要素23baの直前に、短冊状の平行平面板25を1個づつ付設しても良い。さらに、図5中奇数番目または偶数番目のシリンドリカルレンズ要素23baの直前および直後に、短冊状の平行平面板25を1個づつ付設しても良い。   Further, in the above-described embodiment, the strip-shaped parallel flat plates 25 are attached one by one immediately after the odd-numbered cylindrical lens elements 23ba in FIG. However, the present invention is not limited to this, and as shown in the modification of FIG. 6, a strip-like parallel shape is provided immediately after the even-numbered (second, fourth, sixth) cylindrical lens element 23 ba from the upper side in FIG. 6. One flat plate 25 may be provided one by one. Further, one strip-like parallel flat plate 25 may be provided one by one immediately before the odd-numbered or even-numbered cylindrical lens element 23ba in FIG. Furthermore, strip-like parallel flat plates 25 may be provided one by one immediately before and after the odd-numbered or even-numbered cylindrical lens element 23ba in FIG.

図7は、本実施形態の結晶化装置を用いて結晶化された領域に電子デバイスを作製する工程を示す工程断面図である。図7(a)に示すように、透明の絶縁基板80(例えば、アルカリガラス、石英ガラス、プラスチック、ポリイミドなど)の上に、下地膜81(例えば、膜厚50nmのSiNおよび膜厚100nmのSiO2積層膜など)および非晶質半導体膜82(例えば、膜厚50nm〜200nm程度のSi,Ge,SiGeなどの半導体の膜)および不図示のキャップ膜82a(例えば、膜厚30nm〜300nmのSiO2膜など)を、化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜した被処理基板5を準備する。そして、本実施形態にしたがう結晶化装置を用いて、非晶質半導体膜82の表面の予め定められた領域に、レーザ光83(例えば、KrFエキシマレーザ光やXeClエキシマレーザ光など)を照射する。 FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating a process of manufacturing an electronic device in a region crystallized using the crystallization apparatus of this embodiment. As shown in FIG. 7A, on a transparent insulating substrate 80 (for example, alkali glass, quartz glass, plastic, polyimide, etc.), a base film 81 (for example, SiN with a film thickness of 50 nm and SiO with a film thickness of 100 nm). 2 laminated film) and an amorphous semiconductor film 82 (for example, a semiconductor film of Si, Ge, SiGe, etc. with a film thickness of about 50 nm to 200 nm) and a cap film 82a (not shown) with a film thickness of 30 nm to 300 nm A substrate 5 to be processed is prepared by depositing two films using a chemical vapor deposition method or a sputtering method. Then, a laser beam 83 (for example, a KrF excimer laser beam or a XeCl excimer laser beam) is irradiated onto a predetermined region on the surface of the amorphous semiconductor film 82 using the crystallization apparatus according to the present embodiment. .

こうして、図7(b)に示すように、大粒径の結晶を有する多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜84が生成される。次に、キャップ膜82aをエッチングにより半導体膜84から除去した後、図7(c)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜84を例えば薄膜トランジスタを形成するための領域となる島状の半導体膜85に加工し、表面にゲート絶縁膜86として膜厚20nm〜100nmのSiO2膜を化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜する。 Thus, as shown in FIG. 7B, a polycrystalline semiconductor film or a single crystallized semiconductor film 84 having crystals with a large grain size is generated. Next, after removing the cap film 82a from the semiconductor film 84 by etching, as shown in FIG. 7C, a polycrystalline semiconductor film or a single crystallized semiconductor film 84 is formed using a photolithography technique, for example, a thin film transistor. Then, an island-shaped semiconductor film 85 to be a region for processing is processed, and a SiO 2 film having a film thickness of 20 nm to 100 nm is formed as a gate insulating film 86 on the surface by chemical vapor deposition or sputtering.

さらに、図7(d)に示すように、ゲート絶縁膜上にゲート電極87(例えば、シリサイドやMoWなど)を形成し、ゲート電極87をマスクにして不純物イオン88(Nチャネルトランジスタの場合にはリン、Pチャネルトランジスタの場合にはホウ素)をイオン注入する。その後、窒素雰囲気でアニール処理(例えば、450°Cで1時間)を行い、不純物を活性化して島状の半導体膜85にソース領域91、ドレイン領域92を形成する。次に、図7(e)に示すように、層間絶縁膜89を成膜してコンタクト穴をあけ、チャネル90でつながるソース91およびドレイン92に接続するソース電極93およびドレイン電極94を形成する。   Further, as shown in FIG. 7D, a gate electrode 87 (for example, silicide or MoW) is formed on the gate insulating film, and impurity ions 88 (in the case of an N-channel transistor) using the gate electrode 87 as a mask. Phosphorus and boron in the case of a P-channel transistor are ion-implanted. Thereafter, annealing is performed in a nitrogen atmosphere (for example, at 450 ° C. for 1 hour) to activate the impurities and form the source region 91 and the drain region 92 in the island-shaped semiconductor film 85. Next, as shown in FIG. 7E, an interlayer insulating film 89 is formed to make contact holes, and a source electrode 93 and a drain electrode 94 connected to a source 91 and a drain 92 connected by a channel 90 are formed.

以上の工程において、図7(a)および(b)に示す工程で生成された多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜84の大粒径結晶の位置に合わせて、即ち、結晶粒内にチャネル90を形成する。以上の工程により、多結晶トランジスタまたは単結晶化半導体に薄膜トランジスタ(TFT)を形成することができる。こうして製造された多結晶トランジスタまたは単結晶化トランジスタは、液晶表示装置(ディスプレイ)やEL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイなどの駆動回路や、メモリ(SRAMやDRAM)やCPUなどの集積回路などに適用可能である。   In the above steps, the polycrystalline semiconductor film or single crystallized semiconductor film 84 generated in the steps shown in FIGS. 7A and 7B is aligned with the position of the large grain crystal, that is, the channel is formed in the crystal grain. 90 is formed. Through the above steps, a thin film transistor (TFT) can be formed in a polycrystalline transistor or a single crystal semiconductor. Polycrystalline transistors or single crystal transistors thus manufactured can be applied to driving circuits such as liquid crystal display devices (displays) and EL (electroluminescence) displays, and integrated circuits such as memories (SRAM and DRAM) and CPUs. is there.

本発明の実施形態にかかる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the crystallization apparatus concerning embodiment of this invention. 図1の照明系の内部構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the internal structure of the illumination system of FIG. 光変調素子上および被処理基板の非単結晶半導体膜上に形成される干渉縞の間隔を二光束干渉モデルにより算出する考え方を説明する図である。It is a figure explaining the view which calculates the space | interval of the interference fringe formed on a light modulation element and the non-single-crystal semiconductor film of a to-be-processed substrate with a two-beam interference model. 実験により被処理基板の非単結晶半導体膜上に形成されるのが確認された干渉縞を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the interference fringe confirmed that it was formed on the non-single-crystal semiconductor film of a to-be-processed substrate by experiment. 本実施形態の特徴的な要部構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the characteristic principal part structure of this embodiment. 本実施形態の変形例における特徴的な要部構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the characteristic principal part structure in the modification of this embodiment. 本実施形態の結晶化装置を用いて電子デバイスを作製する工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the process of producing an electronic device using the crystallization apparatus of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 光変調素子
2 照明系
3 結像光学系
4 被処理基板
5 基板ステージ
6 架台
21 光源
22 整形光学系
23 ホモジナイザ
23a,23b シリンドリカルレンズアレイ
23aa,23ba シリンドリカルレンズ要素
24 コンデンサー光学系
25 短冊状の平行平面板
41 光強度の比較的小さい領域
42 光強度の比較的大きい領域
80 絶縁基板
81 下地膜
82 半導体膜
83 レーザ光
84 半導体膜
85 半導体膜
86 ゲート絶縁膜
87 ゲート電極
88 不純物イオン
89 層間絶縁膜
90 チャネル
91 ソース
92 ドレイン
93 ソース電極
94 ドレイン電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light modulation element 2 Illumination system 3 Imaging optical system 4 Substrate 5 Substrate stage 6 Base 21 Light source 22 Shaping optical system 23 Homogenizer 23a, 23b Cylindrical lens array 23aa, 23ba Cylindrical lens element 24 Condenser optical system 25 Strip-shaped parallel Planar plate 41 Region with relatively low light intensity 42 Region with relatively high light intensity 80 Insulating substrate 81 Underlayer film 82 Semiconductor film 83 Laser beam 84 Semiconductor film 85 Semiconductor film 86 Gate insulating film 87 Gate electrode 88 Impurity ions 89 Interlayer insulating film 90 channel 91 source 92 drain 93 source electrode 94 drain electrode

Claims (9)

所定の光強度分布を有する光を非単結晶半導体膜に照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置であって、
所定方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素を有するホモジナイザを介して光変調素子を照明する照明系と、
前記光変調素子を介した光に基づいて前記所定の光強度分布を形成する結像光学系と、
前記複数のシリンドリカルレンズ要素に対して1個おきに設けられた複数の短冊状の光学部材とを備えている結晶化装置。
A crystallization apparatus for generating a crystallized semiconductor film by irradiating a non-single crystal semiconductor film with light having a predetermined light intensity distribution,
An illumination system that illuminates the light modulation element via a homogenizer having a plurality of cylindrical lens elements arranged along a predetermined direction;
An imaging optical system that forms the predetermined light intensity distribution based on light through the light modulation element;
A crystallization apparatus comprising a plurality of strip-like optical members provided at intervals of one for each of the plurality of cylindrical lens elements.
前記短冊状の光学部材は、隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素の間に時間コヒーレンス長以上の光路長差を付与する請求項1に記載の結晶化装置。 2. The crystallization apparatus according to claim 1, wherein the strip-shaped optical member imparts an optical path length difference equal to or greater than a temporal coherence length between two adjacent cylindrical lens elements. 前記短冊状の光学部材は、前記シリンドリカルレンズ要素の直前または直後に配置された平行平面板を有する請求項1または2に記載の結晶化装置。 3. The crystallization apparatus according to claim 1, wherein the strip-shaped optical member includes a plane-parallel plate disposed immediately before or after the cylindrical lens element. 前記複数の短冊状の光学部材は、光軸に沿って互いに同じ長さを有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of strip-shaped optical members have the same length along the optical axis. 前記照明系は、矩形状の断面を有する光束を供給する光源と、該光源から射出された光束を前記所定方向に沿って縮小する整形光学系とを有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の結晶化装置。 5. The illumination system includes a light source that supplies a light beam having a rectangular cross section, and a shaping optical system that reduces the light beam emitted from the light source along the predetermined direction. The crystallization apparatus according to 1. 所定の光強度分布を有する光を非単結晶半導体膜に照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化方法であって、
所定方向に沿って配列された複数のシリンドリカルレンズ要素を有するホモジナイザを介して光変調素子を照明する照明工程と、
前記光変調素子を介した光に基づいて前記非単結晶半導体膜上に前記所定の光強度分布を形成する形成工程と、
前記複数のシリンドリカルレンズ要素に対して1個おきに設けられた複数の短冊状の光学部材により、隣り合う2つのシリンドリカルレンズ要素の間に時間コヒーレンス長以上の光路長差を付与する付与工程とを含む結晶化方法。
A crystallization method for generating a crystallized semiconductor film by irradiating a non-single crystal semiconductor film with light having a predetermined light intensity distribution,
An illumination step of illuminating the light modulation element via a homogenizer having a plurality of cylindrical lens elements arranged along a predetermined direction;
Forming the predetermined light intensity distribution on the non-single crystal semiconductor film based on light through the light modulation element;
An applying step of providing an optical path length difference equal to or greater than a temporal coherence length between two adjacent cylindrical lens elements by using a plurality of strip-like optical members provided every other cylindrical lens element; Including crystallization method.
前記付与工程では、前記短冊状の光学部材として、前記シリンドリカルレンズ要素の直前または直後に配置された平行平面板を用いる請求項6に記載の結晶化方法。 The crystallization method according to claim 6, wherein in the applying step, a parallel plane plate disposed immediately before or after the cylindrical lens element is used as the strip-shaped optical member. 前記照明工程では、光源から射出された矩形状の断面を有する光束を、前記所定方向に沿って縮小する請求項6または7に記載の結晶化方法。 The crystallization method according to claim 6 or 7, wherein in the illuminating step, a light beam having a rectangular cross section emitted from a light source is reduced along the predetermined direction. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の結晶化装置または請求項6乃至8のいずれか1項に記載の結晶化方法を用いて製造されたデバイス。 A device manufactured using the crystallization apparatus according to any one of claims 1 to 5 or the crystallization method according to any one of claims 6 to 8.
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