JP2004172605A - Apparatus and method for crystallization - Google Patents

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幸夫 谷口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystallization apparatus which can form a crystal nucleus at a desired position and can realize sufficient lateral growth of the crystal nucleus to form a crystallized semiconductor film having a large grain size. <P>SOLUTION: This crystallization apparatus, which is provided with a mask (1) and an illumination system (2), applies light having light intensity distribution with inverted peak pattern on a semiconductor film (3) via the mask to form a crystallized semiconductor film. The mask is equipped with a light absorption layer having light absorption characteristics appropriate for light intensity distribution with inverted peak pattern, a light scattering layer having light scattering characteristics, a light reflection layer having light reflection characteristics, a light refraction layer having light refraction characteristics, or a light diffraction layer having light diffraction characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

本発明は、半導体の結晶化装置および結晶化方法、特に、マスクを介したレーザ光を多結晶半導体膜または非晶質半導体膜に照射して結晶化半導体膜を生成する装置、方法、およびマスクなどに関する。   The present invention relates to a semiconductor crystallization apparatus and a crystallization method, and more particularly, to an apparatus, a method, and a mask for irradiating a polycrystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film with laser light through a mask to generate a crystallized semiconductor film. And so on.

従来、たとえば液晶表示装置(Liquid-Crystal-Display:LCD)の画素に印加する電圧を制御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)の材料は、非晶質シリコン(amorphous-Silicon)と多結晶シリコン(poly-Silicon)とに大別される。   2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a thin-film transistor (TFT) used for a switching element for controlling a voltage applied to a pixel of a liquid crystal display (LCD) is made of amorphous silicon (amorphous silicon). -Silicon) and poly-silicon (poly-Silicon).

多結晶シリコンは、非晶質シリコンよりも電子移動度が高い。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、このようなトランジスタは、周辺LSIの薄膜トランジスタとして使用することが可能になる。さらに、このようなトランジスタタを使用することにより、他の部品の設計マージンを減らせるなどの利点がある。
ディスプレイ本体以外にドライバ回路や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上記トランジスタで構成することにより、より高速に動作させることができる。
Polycrystalline silicon has a higher electron mobility than amorphous silicon. Therefore, when a transistor is formed using polycrystalline silicon, the switching speed is faster than that when amorphous silicon is used, and the response of the display is faster. Further, such a transistor can be used as a thin film transistor of a peripheral LSI. Further, the use of such a transistor has an advantage that the design margin of other components can be reduced.
When peripheral circuits such as a driver circuit and a DAC are incorporated in a display in addition to the display main body, the peripheral circuits can be operated at higher speeds by using the above transistors.

多結晶シリコンは結晶粒の集合からなり、単結晶シリコンまたは結晶化シリコンに比べると電子移動度が低い。また、多結晶シリコンを用いて形成した小型のトランジスタでは、チャネル部における結晶粒界数のバラツキが問題となる。そこで、最近、電子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、大粒径の単結晶シリコンを生成する結晶化方法が提案されている。   Polycrystalline silicon is composed of a collection of crystal grains, and has lower electron mobility than single crystal silicon or crystallized silicon. Further, in a small transistor formed using polycrystalline silicon, variation in the number of crystal grain boundaries in a channel portion poses a problem. Therefore, recently, in order to improve the electron mobility and reduce the variation in the number of crystal grain boundaries in the channel portion, a crystallization method for producing single crystal silicon having a large grain size has been proposed.

この種の結晶化方法として、多結晶半導体膜または非晶質半導体膜と平行に近接させた位相シフトマスクにエキシマレーザ光を照射して結晶化半導体膜を生成する「位相制御ELA(Excimer Laser Annealing)」が知られている。位相制御ELAの詳細は、たとえば「表面科学Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000」に開示されている。   As a crystallization method of this kind, a phase shift mask that is brought close to and in parallel with a polycrystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film by irradiating an excimer laser beam to generate a crystallized semiconductor film is referred to as “phase control ELA (Excimer Laser Annealing)”. )"It has been known. Details of the phase control ELA are disclosed, for example, in "Surface Science Vol. 21, No. 5, pp. 278-287, 2000".

位相制御ELAでは、位相シフトマスクの位相シフト部に対応する点において光強度が最小またはほぼ0の逆ピークパターン(中心において光強度がほぼ0で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、この逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質半導体膜に照射する。その結果、光強度分布に応じて溶融領域に温度勾配が生じ、光強度が最小またはほぼ0の点に対応して最初に凝固する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(ラテラル成長)することにより大粒径の単結晶粒が生成される。   In the phase control ELA, an inverse peak pattern in which the light intensity is minimum or almost 0 at a point corresponding to the phase shift portion of the phase shift mask (a pattern in which the light intensity is almost 0 at the center and the light intensity sharply increases toward the periphery). Is generated, and light having the light intensity distribution of the reverse peak pattern is applied to the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film. As a result, a temperature gradient is generated in the melting region in accordance with the light intensity distribution, and a crystal nucleus is formed at a portion where solidification is first performed corresponding to a point where the light intensity is minimum or almost zero, and from the crystal nucleus toward the periphery. When the crystal grows in the lateral direction (lateral growth), a large single crystal grain is generated.

従来技術において一般に用いられる位相シフトマスクは、いわゆるライン型の位相シフトマスクであって、一方向に沿って交互に繰り返される2種類の矩形状の領域で構成され、2つの領域の間にはπ(180度)の位相差が付与されている。この場合、図22に示すように、厚さの異なるまたは位相の異なる2つの領域間201,202の境界線200が位相シフト部を構成している。このような位相シフトマスクを通った光は、位相シフト部200に対応する線上位置において光強度がほぼ0、もしくは最小で且つ周囲に向かって一次元的に光強度が増加するような逆ピークパターン部RPを有する光強度分布で多結晶半導体膜または非晶質半導体膜を照射する。   A phase shift mask generally used in the related art is a so-called line type phase shift mask, which is constituted by two types of rectangular regions that are alternately repeated along one direction, and π is provided between the two regions. (180 degrees). In this case, as shown in FIG. 22, a boundary line 200 between two regions 201 and 202 having different thicknesses or different phases constitutes a phase shift portion. The light that has passed through such a phase shift mask has an inverse peak pattern such that the light intensity is substantially zero or minimum at a position on the line corresponding to the phase shift unit 200 and the light intensity increases one-dimensionally toward the periphery. The polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film is irradiated with the light intensity distribution having the portion RP.

このように、ライン型の位相シフトマスクを用いる従来技術では、位相シフト部(境界線200)に対応する線に沿って温度が最も低くなるとともに、位相シフト部に対応する線と直交する方向に沿って温度勾配が発生する。また、2つの隣接した逆ピークパターン部RPの間の中間部MPにおける光強度分布は(曲線)不規則なうねり(光強度の増大と減少とを繰り返すような波状分布)を伴うのが一般的である。   As described above, in the related art using the line-type phase shift mask, the temperature is lowest along the line corresponding to the phase shift portion (boundary line 200), and the temperature is lowest in the direction orthogonal to the line corresponding to the phase shift portion. A temperature gradient develops along. In addition, the light intensity distribution in the middle part MP between two adjacent reverse peak pattern parts RP is generally accompanied by a (curve) irregular undulation (a wave-like distribution in which light intensity repeatedly increases and decreases). It is.

この場合、逆ピークパターン部RPの光強度分布において傾斜の大きい位置もしくは最低強度点に近い位置に結晶核210が発生することが、結晶核の位置制御のためには望ましいが、中間部のうねりにおいて光強度の低い位置に(すなわち望まない位置に)結晶核220が発生することがある。また、望ましい位置に結晶核が発生したとしても、結晶核から周囲に向かって開始したラテラル成長が、逆ピークパターン部RPと中間部MPとの境界近くの光強度が減少する部分で停止してしまいがちである。   In this case, it is desirable for the position control of the crystal nucleus to generate the crystal nucleus 210 at a position where the inclination is large or close to the lowest intensity point in the light intensity distribution of the reverse peak pattern portion RP, but the undulation of the intermediate portion is preferable. In some cases, the crystal nucleus 220 may be generated at a position where the light intensity is low (ie, at an undesired position). Further, even if a crystal nucleus is generated at a desired position, lateral growth started from the crystal nucleus toward the periphery stops at a portion where the light intensity decreases near the boundary between the reverse peak pattern portion RP and the intermediate portion MP. Tends to end up.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、所望の位置に結晶核を発生させることができるとともに、結晶核からの十分なラテラル成長を実現して大粒径の結晶化半導体膜を生成す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 can generate a crystal nucleus at a desired position, realize sufficient lateral growth from the crystal nucleus, and form a crystallized semiconductor film having a large grain size. It is an object of the present invention to provide a crystallization apparatus and a crystallization method capable of producing crystallization.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、マスクを照明する照明系を備え、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記マスクは、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層、光散乱特性を有する光散乱層、光反射特性を有する光反射層、光屈折特性を有する光屈折層並びに/もしくは光回折特性を有する光回折層を備えている結晶化装置を提供する。
前記第1の層と第2の層との一方は、位相シフト層に交換され得る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an illumination system for illuminating a mask, wherein light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern is provided through the mask to a polycrystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor. A crystallization apparatus for irradiating a film to produce a crystallized semiconductor film,
The mask has a light absorption layer having a light absorption property according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, a light scattering layer having a light scattering property, a light reflection layer having a light reflection property, and a light refraction layer having a light refraction property. And / or a crystallization device provided with a light diffraction layer having light diffraction characteristics.
One of the first and second layers may be exchanged for a phase shift layer.

本発明の第2形態では、マスクを照明し、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層、光散乱特性を有する光散乱層、光反射特性を有する光反射層、光屈折特性を有する光屈折層並びに/もしくは光回折特性を有する光回折層を備えたマスクを用いる結晶化方法を提供する。
In a second embodiment of the present invention, a crystallized semiconductor film is generated by illuminating a mask and irradiating light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern to the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film through the mask. A crystallization method,
A light absorption layer having light absorption characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, a light scattering layer having light scattering characteristics, a light reflection layer having light reflection characteristics, a light refraction layer having light refraction characteristics, and / or light A crystallization method using a mask provided with a light diffraction layer having diffraction characteristics is provided.

本発明の上記形態の技術では、中間的な光強度分布を任意に形成することのできるマスクを用いて、被処理基板上で得られる逆ピークパターンの光強度分布の形態を全体的に制御することができるので、所望の位置に結晶核を発生させることができるとともに、結晶核からの十分なラテラル成長を実現して大粒径の結晶化半導体膜を生成することができる。   According to the technique of the above embodiment of the present invention, the form of the light intensity distribution of the inverse peak pattern obtained on the substrate to be processed is entirely controlled using a mask capable of arbitrarily forming an intermediate light intensity distribution. Therefore, a crystal nucleus can be generated at a desired position, and sufficient lateral growth from the crystal nucleus can be realized to produce a crystallized semiconductor film having a large grain size.

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、本発明の第1実施形態に係わる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。第1実施形態の結晶化装置は、マスク1を照明する照明系2を備えている。照明系2は、たとえば248nmの波長を有する光を供給するKrFエキシマレーザ光源2aを備えている。光源2aとして、XeClエキシマレーザ光源のような他の適当な光源を用いることもできる。光源2aから供給されたレーザ光は、ビームエキスパンダ2bを介して拡大された後、第1フライアイレンズ2cに入射する。
An embodiment 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 the first embodiment of the present invention. The crystallization apparatus according to the first embodiment includes an illumination system 2 that illuminates a mask 1. The illumination system 2 includes a KrF excimer laser light source 2a that supplies light having a wavelength of, for example, 248 nm. Other suitable light sources such as a XeCl excimer laser light source can be used as the light source 2a. The laser light supplied from the light source 2a is expanded via the beam expander 2b, and then enters the first fly-eye lens 2c.

かくして、第1フライアイレンズ2cの後側焦点面には複数の小光源が形成され、これらの複数の光源からの光束は第1コンデンサー光学系2dを介して、第2フライアイレンズ2eの入射面を重畳的に照明する。その結果、第2フライアイレンズ2eの後側焦点面には、第1フライアイレンズ2cの後側焦点面よりも多くの複数の小光源が形成される。第2フライアイレンズ2eの後側焦点面に形成された複数の光源からの光束は、第2コンデンサー光学系2fを介して、マスク1を重畳的に照明する。   Thus, a plurality of small light sources are formed on the rear focal plane of the first fly-eye lens 2c, and light beams from these plurality of light sources enter the second fly-eye lens 2e via the first condenser optical system 2d. The surface is illuminated superimposed. As a result, more small light sources are formed on the rear focal plane of the second fly-eye lens 2e than on the rear focal plane of the first fly-eye lens 2c. Light beams from a plurality of light sources formed on the rear focal plane of the second fly-eye lens 2e illuminate the mask 1 in a superimposed manner via the second condenser optical system 2f.

ここで、第1フライアイレンズ2cおよび第1コンデンサー光学系2dは第1ホモジナイザを構成し、この第1ホモジナイザによりマスク1上での光の入射角度に関する強度の均一化が図られる。また、第2フライアイレンズ2eおよび第2コンデンサー光学系2fは第2ホモジナイザを構成し、この第2ホモジナイザによりマスク1上での面内位置に関する強度の均一化が図られる。したがって、照明系2はほぼ均一な光強度分布を有する光でマスク1を照射する。   Here, the first fly-eye lens 2c and the first condenser optical system 2d constitute a first homogenizer, and the first homogenizer achieves a uniform intensity with respect to the incident angle of light on the mask 1. Further, the second fly-eye lens 2e and the second condenser optical system 2f constitute a second homogenizer, and the second homogenizer achieves a uniform intensity with respect to an in-plane position on the mask 1. Therefore, the illumination system 2 irradiates the mask 1 with light having a substantially uniform light intensity distribution.

マスク1を通ったレーザ光は、マスク1と平行に且つ近接して配置された被処理基板3に照射される。ここで、被処理基板3は、たと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により下地膜および非晶質シリコン膜を順次形成することにより得られる。換言すれば、マスク1は、非晶質半導体膜と対面するように設定されている。被処理基板3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4上の所定の位置に保持されている。   The laser beam that has passed through the mask 1 is applied to the substrate 3 that is disposed in parallel with and close to the mask 1. Here, the substrate 3 to be processed is obtained, for example, by sequentially forming a base film and an amorphous silicon film on a glass plate for a liquid crystal display by a chemical vapor deposition method. In other words, the mask 1 is set so as to face the amorphous semiconductor film. The substrate 3 to be processed is held at a predetermined position on the substrate stage 4 by a vacuum chuck, an electrostatic chuck, or the like.

図2を参照して、第1実施形態におけるマスクの基本単位部分の構成および作用を説明する。マスク1は、たとえば石英ガラスのような透明な材料で形成された平行平面板状の透明基板1bと、所定の光吸収材で形成されて所定の表面形状を有する光吸収層1cとにより構成されている。このマスクは、最低1つの、一般的には複数の基本単位部分1aを有し、図2では図面の明瞭化のために1つの基本単位部分1aだけを示している。マスク1は、実際にはこの基本単位部分1aが透過率分布強度の変更する方向(図2中水平方向)に沿って一次元的に繰り返された形態を有するのが好ましい。即ち、1つの基板に水平方向に、複数の細長い矩形領域が、隣接するもの相互の長辺が共通となるように並べられ、各矩形領域に基本単位部分1aが形成されている。この点は、以下の各変形例および実施形態に係わるマスクにおいても同様である。   The configuration and operation of the basic unit of the mask according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The mask 1 is composed of a transparent substrate 1b in the form of a plane-parallel plate formed of a transparent material such as quartz glass, and a light absorbing layer 1c formed of a predetermined light absorbing material and having a predetermined surface shape. ing. This mask has at least one, generally a plurality of basic unit parts 1a, and in FIG. 2 only one basic unit part 1a is shown for clarity of the drawing. It is preferable that the mask 1 actually has a form in which the basic unit portion 1a is one-dimensionally repeated along the direction in which the transmittance distribution intensity changes (the horizontal direction in FIG. 2). That is, a plurality of elongated rectangular areas are arranged in a horizontal direction on one substrate so that adjacent ones have a common long side, and a basic unit portion 1a is formed in each rectangular area. This is the same in the masks according to the following modifications and embodiments.

前記光吸収材として、たとえばハーフトーン型位相シフトマスクで用いられる材料、すなわちMoSi、MoSiON、ZrSiO、a−Carbon、SiN/TiN、TiSiN、Crなどの少なくとも1つを用いることができる。マスク1を製造するのには、透明基板1bの上に、たとえばZrSiOからなる光吸収膜を均一な厚さで形成した後、光吸収膜の表面にレジストを塗布する。そして、ドーズ量を連続的に変えて電子ビーム描画および現像処理を施して各基本単位部分1aにおいて、両側が薄く中心が厚くなるように、連続的な曲面形状を有するレジスト膜とした後、ドライエッチング技術を用いて、レジスト膜側よりレジスト膜とこの膜の下の基板の表面を除去する。このようなエッチングにより、厚いレジスト膜が上にある光吸収膜の中央部分は、薄いレジスト膜が上にある両側の部分より浅くエッチングされる。この結果、図2に示すような連続的な曲面形状の表面を有する光吸収層1cを備えたマスク1を得ることができる。   As the light absorbing material, for example, at least one of materials used in a halftone phase shift mask, that is, MoSi, MoSiON, ZrSiO, a-Carbon, SiN / TiN, TiSiN, Cr, or the like can be used. To manufacture the mask 1, a light absorbing film made of, for example, ZrSiO is formed with a uniform thickness on the transparent substrate 1b, and then a resist is applied to the surface of the light absorbing film. Then, a resist film having a continuous curved surface shape is formed by performing electron beam lithography and development processing while continuously changing the dose so that both sides are thin and the center is thick in each basic unit portion 1a. Using an etching technique, the resist film and the surface of the substrate under the film are removed from the resist film side. By such etching, the central portion of the light absorption film on which the thick resist film is located is etched shallower than the portions on both sides where the thin resist film is located. As a result, it is possible to obtain the mask 1 including the light absorbing layer 1c having a continuous curved surface as shown in FIG.

上述の製造方法において、例えば光吸収膜の形成およびパターニングを複数回に亘って繰り返すことにより、段差形状の表面(たとえば8レベル段差で近似された表面)を有する光吸収層1cを備えたマスク1を得ることもできる。この技法をさらに詳しく説明すると以下の通りである。最初に基板の各矩形領域上の光吸収膜の所定の幅の両外側部上を除いてレジスト膜を塗布し、エッチングすることにより、両最外側部のみを所定の幅で所定の深さにエッチングする。次に、このエッチングされた最両外側部と、これらに隣接した所定の幅の外側部とを除いた光吸収膜の部分の上にレジスト膜を塗布する。そして、同様にエッチングすることにより、外側部が所定の幅で所定の深さにエッチングされると共に、このエッチング深さと対応した深さだけ最外側部がさらにエッチングされる。この結果、最外側部と外側部との間には段差が形成される。このようにして、エッチング部を徐々に中心部に向うようにして、6回行うことにより、8レベル段差で、中心が一番突出した凸部形状となるように、光吸収膜を成形することができる。この例は、一例であり、上記のように段差を形成しなくても良いし、また段差の数も8つに限定されることはないことは、理解できよう。   In the above-described manufacturing method, for example, by repeating formation and patterning of the light absorbing film a plurality of times, the mask 1 having the light absorbing layer 1c having a step-shaped surface (for example, a surface approximated by an 8-level step) is provided. You can also get This technique is described in more detail below. First, a resist film is applied except on both outer portions of a predetermined width of the light absorbing film on each rectangular area of the substrate, and by etching, only the outermost portions of both sides have a predetermined width and a predetermined depth. Etch. Next, a resist film is applied on the portion of the light absorbing film excluding the etched outermost portions and the outer portion having a predetermined width adjacent thereto. Then, by performing the same etching, the outer portion is etched to a predetermined width and a predetermined depth, and the outermost portion is further etched to a depth corresponding to the etching depth. As a result, a step is formed between the outermost part and the outer part. In this way, by performing the etching six times with the etched portion gradually toward the center, the light absorbing film is formed so that the center becomes the most protruding convex shape at the 8-level step. Can be. This example is an example, and it can be understood that the steps need not be formed as described above, and the number of steps is not limited to eight.

このような構成のマスク1に、照明系2によりほぼ均一な光強度分布を有する光でマスク1を照明すると、このマスク1を透過した光は、被処理基板の表面3aで、光吸収層1cの凸部の中心に対応する位置において光強度が最も小さく、その周囲に向かって光強度が単調に増加するような光強度分布、すなわち逆ピークパターン(あるいは凹型パターン)の光強度分布を有する。   When the mask 1 having such a configuration is illuminated by the illumination system 2 with light having a substantially uniform light intensity distribution, light transmitted through the mask 1 is transmitted to the light absorption layer 1c on the surface 3a of the substrate to be processed. Has a light intensity distribution in which the light intensity is the smallest at a position corresponding to the center of the convex portion of the light-emitting portion and the light intensity monotonically increases toward the periphery thereof, that is, a light intensity distribution of an inverted peak pattern (or a concave pattern).

以上のように、第1実施形態では、所望の逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層1cを備えたマスク1を用いているので、被処理基板3上で得られる光強度分布の形態を全体的に制御することができ、図2に曲線で示すように中央から周囲に向かって光強度が単調に増加するような光強度分布を得ることができる。この結果、逆ピークパターンの光強度分布のほぼ中央において傾斜の大きい位置(すなわち所望の位置)に結晶核を発生させることができ、従来技術とは異なり中間部において光強度が減少する部分が存在しないので、ラテラル成長が途中で停止することなく大きな結晶の成長を実現することができる。この場合に、このようなマスク1aにおいては、光吸収膜1cの最大突出部、この実施の形態では各の基本単位部分1aの中心部は、精度良く透明基板1bに位置付けされるので、マスク1aと被処理基板3との位置付けを制度良くすれば、被処理基板3aの所望の位置に結晶核を発生させることができるとともに、結晶核からの十分なラテラル成長を実現して大粒径の結晶化半導体膜を生成することができる。   As described above, in the first embodiment, since the mask 1 including the light absorption layer 1c having the light absorption characteristics corresponding to the light intensity distribution of the desired reverse peak pattern is used, the mask 1 is obtained on the substrate 3 to be processed. It is possible to control the form of the light intensity distribution as a whole, and to obtain a light intensity distribution in which the light intensity monotonically increases from the center to the periphery as shown by the curve in FIG. As a result, a crystal nucleus can be generated at a position where the inclination is large (that is, a desired position) almost at the center of the light intensity distribution of the reverse peak pattern, and unlike the related art, there is a portion where the light intensity decreases in the middle part. Therefore, a large crystal can be grown without stopping lateral growth halfway. In this case, in such a mask 1a, the largest protruding portion of the light absorbing film 1c, in this embodiment, the center of each basic unit portion 1a is accurately positioned on the transparent substrate 1b. When the positioning between the substrate 3 and the substrate 3 is improved, a crystal nucleus can be generated at a desired position on the substrate 3a, and sufficient lateral growth from the crystal nucleus can be realized to achieve a large grain size crystal. Semiconductor film can be generated.

次に、図3並びに図4を参照して、第1変形例に係わるマスクを説明する。以下の説明において、特別な説明がないかぎりは、透明基板の材質、形状、並びに基本単位部分とマスクとの関係は、前記第1の実施形態と同じなので、詳しい説明は省略する。図3を参照すると、第1変形例に係わるマスク11の基本単位部分11aは、透明基板11bと、この透明基板11bの一面に取着され、所望の逆ピークパターンの光強度分布に応じた光散乱特性を有する光散乱層11cとにより構成されている。この光散乱層11cは、例えば、透明層の光入射面並びに/もしくは光射出面に照明光の波長オーダーの微細な凹凸形状(表面レリーフ)を形成すか、透明層の内部に、透明層に沿って所定の微細な屈折率分布を形成することにより形成され得る。   Next, a mask according to a first modification will be described with reference to FIGS. In the following description, unless otherwise specified, the material and shape of the transparent substrate, and the relationship between the basic unit and the mask are the same as those in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted. Referring to FIG. 3, the basic unit portion 11a of the mask 11 according to the first modification is attached to a transparent substrate 11b and one surface of the transparent substrate 11b, and the light according to the light intensity distribution of a desired reverse peak pattern is provided. And a light scattering layer 11c having scattering properties. The light scattering layer 11c may be formed, for example, by forming fine irregularities (surface relief) on the light incident surface and / or light exit surface of the transparent layer on the order of the wavelength of the illuminating light, or inside the transparent layer along the transparent layer. To form a predetermined fine refractive index distribution.

光散乱層11cに光が入射すると、図4に示すように、分散されることなく直接透過する光(直接透過光)L1と、後方へ散乱する光(後方散乱光)L2と、前方へ散乱する光(前方散乱光)L3とが発生する。図4では、後方散乱光L2は、光入射面から出ており、前方散乱光L3は、光射出面から出ているように示されているが、散乱光がでる位置はこれに限られず、散乱層の構成に依存することは、容易に理解できよう。このようなマスクを使用する場合には、前方散乱光L3が被処理基板3の表面3aに達してノイズになる可能性もあるが、その場合、マスク11と被処理基板3との間に一定の間隔を確保すれば、表面3aに達する前方散乱光の強度分布はほぼ均一になり、ノイズとはならない。
こうして、基本的には、第1変形例に係わるマスクの直接透過光の光強度分布が、被処理基板3の表面3aに形成される光強度分布と対応することになる。
When light is incident on the light scattering layer 11c, as shown in FIG. 4, light L1 that is directly transmitted without being dispersed (directly transmitted light), light L2 that is scattered backward (backscattered light) L2, and light that is scattered forward Light L3 (forward scattered light). In FIG. 4, the back scattered light L2 is shown to be emitted from the light incident surface, and the forward scattered light L3 is shown to be emitted from the light emission surface. However, the position where the scattered light is emitted is not limited to this. It can be easily understood that the structure depends on the structure of the scattering layer. When such a mask is used, there is a possibility that the forward scattered light L3 may reach the surface 3a of the substrate 3 to be processed and become noise. Is ensured, the intensity distribution of the forward scattered light reaching the surface 3a becomes substantially uniform, and does not become noise.
Thus, basically, the light intensity distribution of the directly transmitted light of the mask according to the first modification example corresponds to the light intensity distribution formed on the surface 3a of the substrate 3 to be processed.

図5を参照して、光の散乱についての基本的な説明をする。一般に、入射光の波長程度の径aの粒子b(例えば、後で説明される空隙)による散乱は、ミーの散乱理論により計算することができる。図5を参照すると、強度I0の平行ビームが粒子bを中に有する厚さLの物質を通過した後の強度Iは、次の式(1)で表わされる。式(1)において、σは光強度減衰係数であり、次の式(2)で表わされる。
I=I0-σL (1)
σ=NKπa2 (2)
With reference to FIG. 5, a basic description of light scattering will be given. In general, scattering by a particle b having a diameter a of about the wavelength of incident light (for example, a gap described later) can be calculated by Mie's scattering theory. Referring to FIG. 5, the intensity I after the parallel beam having the intensity I 0 has passed through the material having the thickness L having the particle b therein is expressed by the following equation (1). In Expression (1), σ is a light intensity attenuation coefficient, and is represented by the following Expression (2).
I = I 0 e -σL (1)
σ = NKπa 2 (2)

ここで、Nは単位体積当りの粒子数であり、aは粒子bの半径である。また、Kは粒子の散乱効率であって、ミーの散乱理論により計算される値である。粒子の半径aが波長以上の場合、Kの値は4〜2程度である。一例として、粒子bの半径aを0.39μmとし、単位体積当りの粒子数Nを0.24/μm3とし、粒子bの散乱効率Kを2.0(近似)とすると、減衰係数σは0.23/μmとなる。したがって、Nの密度で粒子が分布する厚さL=10μmの膜を透過した後の光強度Iは、I=I0-σL=0.1×I0となり、入射光の強度I0の1/10の光強度となる。 Here, N is the number of particles per unit volume, and a is the radius of the particles b. K is the scattering efficiency of particles, and is a value calculated by Mie's scattering theory. When the radius a of the particle is equal to or greater than the wavelength, the value of K is about 4 to 2. As an example, when the radius a of the particle b is 0.39 μm, the number N of particles per unit volume is 0.24 / μm 3, and the scattering efficiency K of the particle b is 2.0 (approximate), the attenuation coefficient σ is 0.23 / μm. Accordingly, the light intensity I after passing through a film having a thickness of L = 10 μm in which particles are distributed at a density of N is I = I 0 e− σL = 0.1 × I 0 , and the intensity I 0 of the incident light is The light intensity becomes 1/10.

こうして、上記の計算式(1)に従って減衰係数σを場所により異なるように適宜選択するか材料(基本となる層)の厚みL場所により異ならせて適当に分布させることにより、光強度の分布を制御することができる。粒子の半径aを大きくするほど減衰係数σを大きくすることができるが、それに伴って後方散乱光に比較して前方散乱光が増えて基板3に達する散乱光成分(=ノイズ)も増えるので、この点を考慮して設計する必要がある。   In this way, the distribution of the light intensity can be changed by appropriately selecting the attenuation coefficient σ depending on the location according to the above formula (1) or by appropriately varying the thickness L of the material (base layer) depending on the location. Can be controlled. As the radius a of the particle increases, the attenuation coefficient σ can increase. However, since the forward scattered light increases and the scattered light component (= noise) reaching the substrate 3 increases as compared with the back scattered light, It is necessary to design in consideration of this point.

次に、図6Aないし6Eを参照して、第1変形例に係わるマスクの製造方法の一例および使用実施例を説明する。
上記粒子bの各々は、球、矩形。不規則形状等の如何なる形状にでも並びに/もしくは材料でも形成され得る。
Next, with reference to FIGS. 6A to 6E, an example of a method for manufacturing a mask according to a first modification and an example of use will be described.
Each of the particles b is a sphere or a rectangle. It can be formed in any shape and / or material, such as irregular shapes.

基材としての石英ガラス基板11bの上に、図6Aに示される金型12を用いた樹脂モールドにより、凹凸形状の樹脂層13を図6Bに示されるように、形成した。金型12は、Ni板を機械切削加工することにより形成された原版である。ここで、凹凸のピッチPを10μmとし、深さDを5μmとした。この凹凸形状の樹脂13の上に、上面が平坦な有機SOG膜(スピンオングラス、例えばアルコキシシランをアルキル基で置換したもの)14を、この材料に相溶性を持たない揮発性物質としてキシレン15を加えた後に、スピンコーティングにより図6Cに示されるように、形成した。   As shown in FIG. 6B, a resin layer 13 having an uneven shape was formed on a quartz glass substrate 11b as a base material by resin molding using the mold 12 shown in FIG. 6A. The mold 12 is an original plate formed by mechanically cutting a Ni plate. Here, the pitch P of the unevenness was 10 μm, and the depth D was 5 μm. An organic SOG film (spin-on glass, for example, in which alkoxysilane is substituted with an alkyl group) 14 having a flat upper surface, and xylene 15 as a volatile material having no compatibility with this material, are formed on the resin 13 having the uneven shape. After addition, it was formed by spin coating, as shown in FIG. 6C.

次いで、乾燥により揮発性物質15を揮発させることにより、平均半径が約0.4μmの微細な空隙16を有機SOG膜中に、図6Dに示されるように、生成した。このとき、SOG膜14の表面は平坦になっているため、SOG膜14の膜厚分布は樹脂モールド層13の層厚分布に依存し、この例ではSOG膜14の最も厚い部分が約10μmになるように設定した。SOG膜14の屈折率は約1.5であり、空隙(空気)16の屈折率が1であり、この屈折率の差が散乱を起す。こうして製造されたマスク11を被処理基板3から20μm離れた位置に保持し、XeClエキシマレーザ光(波長308nm)でほぼ垂直方向からマスク11を照明した。その結果、所望の逆ピークパターン(凹型パターン)の光強度分布を形成し、大粒径の結晶を生成することができた。このとき、前方散乱光が発生したが、被処理基板3の表面においてほぼ均一になり、その影響を無視することができた。   Then, by volatilizing the volatile substance 15 by drying, fine voids 16 having an average radius of about 0.4 μm were formed in the organic SOG film as shown in FIG. 6D. At this time, since the surface of the SOG film 14 is flat, the thickness distribution of the SOG film 14 depends on the thickness distribution of the resin mold layer 13, and in this example, the thickest portion of the SOG film 14 is about 10 μm. It was set to become. The refractive index of the SOG film 14 is about 1.5, the refractive index of the air gap (air) 16 is 1, and this difference in refractive index causes scattering. The mask 11 manufactured in this manner was held at a position 20 μm away from the substrate 3 to be processed, and the mask 11 was illuminated with a XeCl excimer laser beam (wavelength 308 nm) from a substantially vertical direction. As a result, a light intensity distribution of a desired reverse peak pattern (concave pattern) was formed, and a crystal having a large grain size could be generated. At this time, forward scattered light was generated, but became substantially uniform on the surface of the substrate 3 to be processed, and the influence thereof could be neglected.

第2変形例に係わるマスクの基本単位部分を、図7を参照して以下に説明する。マスク21の基本単位部分21aは、透明基板21bと、この基板の光射出面上に形成され、所望の逆ピークパターンの光強度分布に応じた光反射特性を有する光反射層21cとにより構成されている。光反射層21cは、所定の層数分布にしたがって形成された多層反射膜として構成されている。   The basic unit of the mask according to the second modification will be described below with reference to FIG. The basic unit portion 21a of the mask 21 is composed of a transparent substrate 21b and a light reflection layer 21c formed on the light emission surface of the substrate and having a light reflection characteristic according to a desired reverse peak pattern light intensity distribution. ing. The light reflection layer 21c is configured as a multilayer reflection film formed according to a predetermined layer number distribution.

多層反射膜は、屈折率の異なる誘電体を交互に積層させた構成を有し、基本的に光の吸収がないので、1から反射率を引いた値が透過率となる。したがって、層数の多い部分において反射率が大きく(透過率が小さく)なり、層数の少ない部分において反射率が小さく(透過率が大きく)なる。ただし、多層反射膜の層数と反射率の値との関係は、所望の光強度パターンに応じて、厳密な計算により求めることが望ましい。
光反射層21cを、所定の厚さ分布にしたがって形成された金属反射膜として構成することもできる。しかしながら、この場合、極端に薄い金属反射膜においてその厚さ分布を制御することが必要である。
The multilayer reflective film has a configuration in which dielectrics having different refractive indices are alternately laminated, and basically does not absorb light. Therefore, the value obtained by subtracting the reflectance from 1 is the transmittance. Therefore, the reflectance increases (the transmittance decreases) in the portion having a large number of layers, and the reflectance decreases (increases the transmittance) in the portion having a small number of layers. However, it is desirable that the relationship between the number of layers of the multilayer reflective film and the value of the reflectance is obtained by strict calculation according to a desired light intensity pattern.
The light reflection layer 21c may be configured as a metal reflection film formed according to a predetermined thickness distribution. However, in this case, it is necessary to control the thickness distribution of the extremely thin metal reflection film.

図8Aないし8Eを参照して、第2変形例に係わるマスクの製造方法の一例および使用実施例を説明する。図8Aに示されるように、マスクの基材としての石英ガラス基板21bの上にMgF2とZnSとを交互に蒸着することにより、MgF2層とZnS層とからなる多層反射膜21cを形成した。次に、図8Bに示されるように、多層反射膜21cの上に電子線用レジスト22をスピンコートした。その後、図8Cに示されるように、電子線描画装置によりドーズ量(照射量)を連続的に変化させながら照射して現像することにより、凹凸形状のレジスト膜22を得た。 With reference to FIGS. 8A to 8E, an example of a method for manufacturing a mask according to the second modification and an example of use will be described. As shown in FIG. 8A, a multilayer reflective film 21c composed of an MgF 2 layer and a ZnS layer was formed by alternately depositing MgF 2 and ZnS on a quartz glass substrate 21b as a base material of a mask. . Next, as shown in FIG. 8B, an electron beam resist 22 was spin-coated on the multilayer reflective film 21c. Thereafter, as shown in FIG. 8C, irradiation and development were performed while continuously changing the dose amount (irradiation amount) by an electron beam lithography apparatus, whereby a concave-convex resist film 22 was obtained.

次いで、レジスト膜22および多層反射膜21cに対してドライエッチングを行なうことにより、図8Dに示されるように、所定の層数分布を有する多層反射膜21cを得た。ここで、層数の多い部分、即ち、中央部は高反射率すなわち低透過率になり、逆に層数の少ない部分、即ち、両側部は低反射率すなわち高透過率になり、中央部と側部との間の部分は、側部に向うのに従って透過率が段階的に高くなる。こうして製造されたマスク21を被処理基板3から20μm離れた位置に保持し、XeClエキシマレーザ光(波長308nm)で、矢印で示されるように、ほぼ垂直方向からマスク21を照明した(図8E)。その結果、所望の逆ピークパターン(凹型パターン)の光強度分布を形成し、大粒径の結晶を生成することができた。   Next, by performing dry etching on the resist film 22 and the multilayer reflective film 21c, as shown in FIG. 8D, a multilayer reflective film 21c having a predetermined layer number distribution was obtained. Here, the portion with a large number of layers, that is, the central portion has a high reflectance, that is, low transmittance, and the portion with a small number of layers, that is, both sides, has a low reflectance, that is, a high transmittance, and the central portion has a high reflectance. The transmittance between the side portion and the side portion gradually increases toward the side portion. The mask 21 thus manufactured was held at a position 20 μm away from the substrate 3 to be processed, and the mask 21 was illuminated with a XeCl excimer laser beam (wavelength 308 nm) from a substantially vertical direction as shown by an arrow (FIG. 8E). . As a result, a light intensity distribution of a desired reverse peak pattern (concave pattern) was formed, and a crystal having a large grain size could be generated.

図9を参照して変形例に係わるマスクの基本単位部分の構成および作用を説明する。第3変形例に係わるマスク31の基本単位部分31aは、透明基板31bと、この基板の射出面に取着され、所望の逆ピークパターンの光強度分布に応じた光屈折特性を有する光屈折層31cとにより構成されている。光屈折層31cは、例えば、透明層の表面を所要の曲面状に形成するか、透明層の内部に所定の屈折率分布を形成するかにより、形成され得る。   The configuration and operation of the basic unit of the mask according to the modification will be described with reference to FIG. The basic unit portion 31a of the mask 31 according to the third modification is attached to a transparent substrate 31b and an emission surface of the substrate, and has a light refraction layer having a light refraction characteristic according to a light intensity distribution of a desired reverse peak pattern. 31c. The light refraction layer 31c can be formed by, for example, forming the surface of the transparent layer into a required curved surface or forming a predetermined refractive index distribution inside the transparent layer.

第3変形例に係わるマスク31を製造するには、透明層として、たとえば石英ガラス基板の表面にレジストを塗布し、ドーズ量を連続的に変えて電子ビーム描画および現像処理を施して、連続的な曲面形状を有するレジスト膜を生成する。その後、ドライエッチング技術を用いることにより、連続的な曲面形状の屈折面を有するマスク31を得ることができる。例えばレジスト膜の形成およびパターニングを複数回に亘って繰り返すことにより、段差形状の屈折面を有するマスク31を得ることもできる。上記技術は図2に示すマスクを形成するときに説明したので、詳しい説明は省略する。   In order to manufacture the mask 31 according to the third modification, a resist is applied as a transparent layer, for example, on the surface of a quartz glass substrate, and electron beam writing and development are performed while continuously changing the dose. A resist film having a curved surface shape is generated. Thereafter, the mask 31 having a continuous curved refraction surface can be obtained by using the dry etching technique. For example, by repeating formation and patterning of the resist film a plurality of times, the mask 31 having a step-shaped refraction surface can be obtained. The above technique was described when the mask shown in FIG. 2 was formed, and thus detailed description is omitted.

図10は、第3変形例に係わるマスクの屈折面を段差形状に形成した(後者の製造方法により形成した)マスクを使用した場合に得られるであろう光強度分布に関するシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーションでは、第3変形例に係わるマスク31の屈折面を、位相差が22.5度〜180度に相当する8レベル段差で近似している。また、照明系2の開口数を0.025に設定し、マスク31から40μmだけ間隔を隔てて配置された被処理基板3上における光強度分布を計算により求めている。図10に示すように、マスク31の屈折面を多段近似しても、全体的に所望の逆ピークパターン(凹型パターン)の光強度分布が得られるであろう。   FIG. 10 is a diagram showing a simulation result regarding a light intensity distribution that would be obtained when a mask having a refraction surface formed in a step shape (formed by the latter manufacturing method) according to the third modification is used. is there. In this simulation, the refraction surface of the mask 31 according to the third modification is approximated by an 8-level step corresponding to a phase difference of 22.5 degrees to 180 degrees. Further, the numerical aperture of the illumination system 2 is set to 0.025, and the light intensity distribution on the processing target substrate 3 arranged at a distance of 40 μm from the mask 31 is obtained by calculation. As shown in FIG. 10, even if the refraction surface of the mask 31 is approximated in multiple stages, a desired light intensity distribution of a reverse peak pattern (concave pattern) as a whole will be obtained.

図11を参照して、第4変形例に係わるマスクの基本単位部分の構成および作用を説明する。第4変形例に係わるマスク41の基本単位部分41aは、透明基板41bと、この少なくとも一面、この例では光射出面に取着もしくは一体的に形成され、所望の逆ピークパターンの光強度分布に応じた光回折特性を有する光回折層41cとにより構成されている。光回折層41cは、例えば、透明層の少なくとも一方の面を所要の形状に形成するか、透明層の内部に所定の屈折率分布または光吸収率分布を形成するかにより、形成され得る。回折効率(光利用効率)の高いマスクを実現するには、内部に光吸収率分布を形成する技術よりも、表面を所要の形状に形成する技術や内部に屈折率分布を形成する技術の方が好ましい。   With reference to FIG. 11, the configuration and operation of the basic unit of the mask according to the fourth modification will be described. The basic unit portion 41a of the mask 41 according to the fourth modified example is attached to or integrally formed with the transparent substrate 41b and at least one surface thereof, in this example, the light emitting surface, and forms a light intensity distribution of a desired reverse peak pattern. And a light diffraction layer 41c having a corresponding light diffraction characteristic. The light diffraction layer 41c can be formed by, for example, forming at least one surface of the transparent layer into a required shape, or forming a predetermined refractive index distribution or light absorption rate distribution inside the transparent layer. In order to realize a mask with high diffraction efficiency (light use efficiency), a technology to form the surface into a required shape or a technology to form a refractive index distribution inside is better than a technology to form a light absorption distribution inside. Is preferred.

光回折層41cは、いわゆる回折格子(もしくはホログラム)として実現される。第4変形例に係わるマスク41では、回折格子(もしくはホログラム)により光を回折し、所定の距離を隔てた被処理基板の表面3a上で所要の光強度分布を形成する。この場合、回折格子(もしくはホログラム)は、一種類の干渉縞が設けられたものでも、複数の干渉縞が重ねて設けられたものでも良い。また、回折格子は、マスク面での散乱機能の有無により、マスク面で散乱のない非散乱型とマスク面で散乱のある散乱型とに分けられる。以下、マスク面で散乱のない非散乱型の場合、すなわち干渉縞が一種類の場合について簡単に説明する。   The light diffraction layer 41c is realized as a so-called diffraction grating (or hologram). In the mask 41 according to the fourth modification, light is diffracted by a diffraction grating (or hologram), and a required light intensity distribution is formed on the surface 3a of the substrate to be processed at a predetermined distance. In this case, the diffraction grating (or hologram) may be one provided with one type of interference fringe or one provided with a plurality of interference fringes. Diffraction gratings are classified into a non-scattering type having no scattering on the mask surface and a scattering type having scattering on the mask surface, depending on the presence or absence of a scattering function on the mask surface. Hereinafter, the case of the non-scattering type in which there is no scattering on the mask surface, that is, the case of one type of interference fringe will be briefly described.

図12は、第4変形例に係わるマスクの基本的な回折作用を概略的に説明する図である。マスク面に形成された周期dの回折格子(もしくはホログラム)に入射角θで入射した光は、回折作用を受けて射出角φで射出される。ここで、入射角θと射出角φとの関係は、次の回折の式(3)で表わされる。
sinθ+sinφ=mλ/d (3)
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a basic diffraction effect of the mask according to the fourth modification. Light incident on a diffraction grating (or hologram) having a period d formed on the mask surface at an incident angle θ is emitted at an emission angle φ due to a diffraction effect. Here, the relationship between the incident angle θ and the exit angle φ is represented by the following diffraction equation (3).
sinθ + sinφ = mλ / d (3)

式(3)において、mは回折次数であり、λは光の波長である。第4変形例では、式(3)を参照し、所定の距離だけ間隔を隔てた被処理基板3の表面3aにおいて所望の光強度分布が得られるように、マスク面での回折格子のピッチdおよび方向を計算で求めればよいことになる。   In equation (3), m is the diffraction order, and λ is the wavelength of light. In the fourth modification, referring to equation (3), the pitch d of the diffraction grating on the mask surface is set so that a desired light intensity distribution is obtained on the surface 3a of the substrate 3 to be processed separated by a predetermined distance. And the direction may be obtained by calculation.

次に、図13を参照して、第4変形例に係わるマスクの製造方法の一例および使用実施例を説明する。第4変形例のマスク41では、第2変形例と同様な方法(ただし多層反射膜の代わりに石英ガラス基板をエッチング)により、図13に示すようなブレーズ型の回折格子を透明基板41bの一面に光回折層41cとして形成した。この種の回折格子はホログラム光学素子や回折光学素子と呼ばれ実用化されている。この回折格子は一次元方向にピッチが変わっており、その焦点位置に線状に集光する機能を有する。こうして製造された非散乱型(一種類の干渉縞)のマスク41を被処理基板3から焦点距離Dだけ離れた位置に対面するように保持し、XeClエキシマレーザ光(波長308nm)でほぼ垂直方向から所定の最大入射角を有する非平行光束(散乱光束)の状態でマスク41を照明した。   Next, an example of a method for manufacturing a mask according to a fourth modification and an example of use will be described with reference to FIG. In the mask 41 of the fourth modification, a blazed diffraction grating as shown in FIG. 13 is formed on one surface of the transparent substrate 41b by a method similar to that of the second modification (however, a quartz glass substrate is etched instead of the multilayer reflective film). As a light diffraction layer 41c. This type of diffraction grating is called a hologram optical element or a diffractive optical element, and has been put to practical use. The diffraction grating has a pitch that changes in a one-dimensional direction, and has a function of condensing light linearly at the focal position. The non-scattering type (one type of interference fringe) mask 41 manufactured in this manner is held so as to face a position separated by a focal distance D from the substrate 3 to be processed, and is almost vertically irradiated with XeCl excimer laser light (wavelength 308 nm). The mask 41 was illuminated in a state of a non-parallel light beam (scattered light beam) having a predetermined maximum incident angle from.

その結果、所望の逆ピークパターン(凹型パターン)の光強度分布を形成し、大粒径の結晶を生成することができた。このような回折型マスクをホログラム的な露光により作製することもできる。その場合、線状の物体光をスリットやシリンドリカルレンズなどの光学的な手段で生成し、その線状の物体光と参照光との干渉縞をホログラム用感光材料に記録すればよい。ホログラム的に記録する方法を用いても、あるいは上述の計算により作製する方法を用いても、散乱型および非散乱型のうちいずれの形態も実現可能である。   As a result, a light intensity distribution of a desired reverse peak pattern (concave pattern) was formed, and a crystal having a large grain size could be generated. Such a diffractive mask can also be manufactured by holographic exposure. In this case, the linear object light may be generated by an optical means such as a slit or a cylindrical lens, and interference fringes between the linear object light and the reference light may be recorded on the hologram photosensitive material. Either a scattering type or a non-scattering type can be realized by using a method of recording in a holographic manner or a method of manufacturing by the above calculation.

なお、上述の実施形態および変形例では、マスクの基本単位部分が一次元的な光強度分布を形成し、マスクは光強度分布の方向に沿って基本単位部分が一次元的に繰り返された形態を有する。しかしながら、これに限定されることなく、マスクの基本単位部分が二次元的な光強度分布を形成し、マスクが光強度分布の方向に沿って基本単位部分が二次元的に繰り返された形態を有するように構成することもできる。   In the above embodiments and modifications, the basic unit portion of the mask forms a one-dimensional light intensity distribution, and the mask has the basic unit portion repeated one-dimensionally along the direction of the light intensity distribution. Having. However, without being limited to this, the basic unit portion of the mask forms a two-dimensional light intensity distribution, and the mask has a form in which the basic unit portion is two-dimensionally repeated along the direction of the light intensity distribution. It can also be configured to have.

次に、図14を参照して、本発明の第2実施形態に係わる結晶化装置の構成を説明する。この第2実施形態は第1実施形態と類似の構成を有するが、第2実施形態ではマスク1の光射出面と被処理基板3の光入射面とが互いに密着して配置されている点が第1実施形態と基本的に相違している。上述したように、いわゆる近接(デフォーカス)法にしたがう第1実施形態では、光吸収型のマスク1、光散乱型のマスク11、光反射型のマスク21、光屈折型のマスク31、および光回折型のマスク41を用いることができる。   Next, a configuration of a crystallization apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, the second embodiment is different from the first embodiment in that the light exit surface of the mask 1 and the light entrance surface of the substrate 3 are arranged in close contact with each other. This is basically different from the first embodiment. As described above, in the first embodiment according to the so-called proximity (defocus) method, the light absorption type mask 1, the light scattering type mask 11, the light reflection type mask 21, the light refraction type mask 31, and the light A diffraction type mask 41 can be used.

これに対し、いわゆる密着(コンタクト)法にしたがう第2実施形態では、光吸収型のマスク1、光散乱型のマスク11、および光反射型のマスク21を用いることができるが、光屈折型のマスク31および光回折型のマスク41を用いることができない。また、上述したように、前方散乱光が被処理基板3に達してノイズを形成する場合には、第2実施形態において光散乱型のマスク11を用いることができない。   On the other hand, in the second embodiment according to the so-called contact method, a light absorption type mask 1, a light scattering type mask 11, and a light reflection type mask 21 can be used. The mask 31 and the light diffraction type mask 41 cannot be used. Further, as described above, when the forward scattered light reaches the processing target substrate 3 and forms noise, the light scattering type mask 11 cannot be used in the second embodiment.

次に、図15を参照して、本発明の第3実施形態に係わる結晶化装置の構成を説明する。第3実施形態は第1実施形態と類似の構成を有するが、第3実施形態ではマスク1と被処理基板3との間の光路中に結像光学系5を備えている点が第1実施形態と基本的に相違している。 第3実施形態では、図15に示すように、被処理基板3はマスク1と光学的に共役な面(結像光学系5の像面)から光軸に沿って所定距離だけ離れて設定されている。この結像光学系5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。いわゆる投影デフォーカス法にしたがう第3実施形態においても第1実施形態と同様に、光吸収型のマスク1、光散乱型のマスク11、光反射型のマスク21、光屈折型のマスク31、および光回折型のマスク41を用いることができる。   Next, a configuration of a crystallization apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment, except that an imaging optical system 5 is provided in the optical path between the mask 1 and the substrate 3 in the third embodiment. It is basically different from the form. In the third embodiment, as shown in FIG. 15, the processing target substrate 3 is set at a predetermined distance from the plane optically conjugate to the mask 1 (the image plane of the imaging optical system 5) along the optical axis. ing. The imaging optical system 5 may be a refraction type optical system, a reflection type optical system, or a refraction / reflection type optical system. In the third embodiment according to the so-called projection defocus method, similarly to the first embodiment, a light absorption type mask 1, a light scattering type mask 11, a light reflection type mask 21, a light refraction type mask 31, and An optical diffraction type mask 41 can be used.

第1実施形態および第2実施形態では被処理基板3におけるアブレーションに対して注意する必要がある。これに対して、第3実施形態では、マスク1と被処理基板3との間に結像光学系5が介在し且つ被処理基板3と結像光学系5との間隔も比較的大きく確保されているので、被処理基板3におけるアブレーションの影響を受けることなく良好な結晶化を実現することができる。   In the first embodiment and the second embodiment, it is necessary to pay attention to the ablation on the substrate 3 to be processed. On the other hand, in the third embodiment, the imaging optical system 5 is interposed between the mask 1 and the processing target substrate 3, and the distance between the processing target substrate 3 and the imaging optical system 5 is relatively large. Therefore, good crystallization can be realized without being affected by ablation in the substrate 3 to be processed.

第3実施形態では、被処理基板3と結像光学系5との間隔が比較的大きく確保されているので、その間の光路中に位置検出のための検出光を導入して、被処理基板4と結像光学系5との位置関係を調整することが容易である。   In the third embodiment, since the distance between the processing target substrate 3 and the imaging optical system 5 is relatively large, detection light for position detection is introduced into an optical path between the processing target substrate 3 and the processing target substrate 4. It is easy to adjust the positional relationship between the lens and the imaging optical system 5.

図16は、本発明の第4実施形態に係わる結晶化装置の構成を概略的に示す。第4実施形態は第3実施形態と類似の構成を有するが、第4実施形態では結像光学系6を介してマスク1と被処理基板3とが光学的に共役に配置されている点が第3実施形態と基本的に相違している。以下、第3実施形態との相違点に着目して、第4実施形態を説明する。   FIG. 16 schematically shows a configuration of a crystallization apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment has a configuration similar to that of the third embodiment, except that the mask 1 and the substrate 3 are optically conjugated via the imaging optical system 6 in the fourth embodiment. This is basically different from the third embodiment. Hereinafter, the fourth embodiment will be described focusing on the differences from the third embodiment.

第4実施形態では、結像光学系6は、その瞳面に配置された開口絞り6aを備えている。開口絞り6aは、開口部(光透過部)の大きさの異なる複数の開口絞りの1つから選ばれ、これらの複数の開口絞りは光路に対して交換可能に構成されている。あるいは、開口絞り6aは、開口部の大きさを連続的に変化させることのできる1つの虹彩絞りを有する。いずれにしても、開口絞り6aの開口部の大きさ(ひいては結像光学系6の像側開口数)は、被処理基板3の半導体膜上において所要の逆ピークパターンの光強度分布を発生させるように設定されている。   In the fourth embodiment, the imaging optical system 6 has an aperture stop 6a arranged on the pupil plane. The aperture stop 6a is selected from one of a plurality of aperture stops having different sizes of apertures (light transmitting portions), and the plurality of aperture stops are configured to be exchangeable with respect to an optical path. Alternatively, the aperture stop 6a has one iris stop capable of continuously changing the size of the opening. In any case, the size of the aperture of the aperture stop 6a (and, consequently, the image-side numerical aperture of the imaging optical system 6) generates a light intensity distribution of a required reverse peak pattern on the semiconductor film of the substrate 3 to be processed. It is set as follows.

いわゆる投影NA法にしたがう第4実施形態においても第1実施形態および第3実施形態と同様に、光吸収型のマスク1、光散乱型のマスク11、光反射型のマスク21、光屈折型のマスク31、および光回折型のマスク41を用いることができる。また、第4実施形態においても第3実施形態と同様に、被処理基板3におけるアブレーションの影響を受けることなく良好な結晶化を実現することができるとともに、被処理基板3と結像光学系6との位置関係を調整することが容易である。   In the fourth embodiment according to the so-called projection NA method, similarly to the first embodiment and the third embodiment, a light absorption type mask 1, a light scattering type mask 11, a light reflection type mask 21, and a light refraction type mask. A mask 31 and a light diffraction type mask 41 can be used. Also in the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, good crystallization can be realized without being affected by ablation in the substrate 3, and the substrate 3 and the imaging optical system 6 can be realized. It is easy to adjust the positional relationship with.

次に、図17Aおよび17Bを参照して、本発明の第5実施形態に係わる結晶化装置を説明する。第5実施形態は第1実施形態と類似の構成を有するが、第5実施形態ではマスク51が2つの機能層を有する点が第1実施形態と基本的に相違している。第5実施形態に係わるマスク51の基本単位部分51aは、図17Aに示すように、所望の逆ピークパターンの光強度分布に応じた光屈折特性を有する光屈折層51bと、所望の逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層51cとを備えている。   Next, a crystallization apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 17A and 17B. Although the fifth embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment, the fifth embodiment is basically different from the first embodiment in that the mask 51 has two functional layers. As shown in FIG. 17A, a basic unit portion 51a of a mask 51 according to the fifth embodiment includes a photorefractive layer 51b having a photorefractive characteristic according to a light intensity distribution of a desired reverse peak pattern, and a desired reverse peak pattern. And a light-absorbing layer 51c having a light-absorbing characteristic according to the light intensity distribution of the light-absorbing light.

ここで、被処理基板の表面3aとは所定間隔を有して配置された光屈折層51bは、表面3aにおいて図中破線51bbで示す曲線のような緩やかな逆ピークパターン(凹型パターン)の光強度分布を形成する。一方、被処理基板の表面3aに非常に近接して(あるいは密着して)配置された光吸収層51cは、表面3aにおいて光屈折層51bによるよりも急峻な逆ピークパターン(不図示)の光強度分布を形成する。   Here, the light refraction layer 51b arranged at a predetermined distance from the surface 3a of the substrate to be processed has a gentle reverse peak pattern (concave pattern) on the surface 3a as shown by a curve indicated by a broken line 51bb in the figure. Form an intensity distribution. On the other hand, the light absorbing layer 51c disposed very close to (or in close contact with) the surface 3a of the substrate to be processed has a steeper reverse peak pattern (not shown) on the surface 3a than the light refraction layer 51b. Form an intensity distribution.

その結果、マスク51を用いる第5実施形態では、光屈折層51bの作用と光吸収層51cの作用との合成により、図17Aにおいて実線51bcで示す曲線ように、2段逆ピークパターンの光強度分布が被処理基板の表面3aにおいて得られる。図17Aに示す2段逆ピークパターンの光強度分布では、光強度がほぼ0または最小の位置から周囲に向かって急激に光強度が増加して所定の値に達した後、さらに周囲に向かって光強度がほぼ単調に増加している。この光強度がほぼ0または最小の位置では、表面3aの温度がこの表面を形成している物質、例えば非晶質シリコンの融点よりも、必ずではないが、以下となるように、光強度を設定することが望ましい。   As a result, in the fifth embodiment using the mask 51, the light intensity of the two-step reverse peak pattern is obtained by combining the operation of the light refraction layer 51b and the operation of the light absorption layer 51c, as shown by the curve indicated by the solid line 51bc in FIG. 17A. A distribution is obtained on the surface 3a of the substrate to be processed. In the light intensity distribution of the two-step reverse peak pattern shown in FIG. 17A, the light intensity rapidly increases from the position where the light intensity is almost 0 or the minimum toward the periphery, reaches a predetermined value, and then further increases toward the periphery. The light intensity increases almost monotonically. At the position where the light intensity is almost 0 or the minimum, the light intensity is set so that the temperature of the surface 3a is, but not necessarily, lower than the melting point of the material forming the surface, for example, amorphous silicon. It is desirable to set.

第5実施形態では、2段逆ピークパターンの光強度分布において光強度が最小の部分の近傍に結晶核が形成される。次いで、結晶核から、光強度勾配(ひいては温度勾配)の大きい方向に沿って且つ周囲に向かってラテラル成長が開始される。このとき、本発明に係わるマスクにより得られる2段逆ピークパターンの光強度分布では、従来技術とは異なり中間部において光強度が減少する部分が実質的に存在しないので、ラテラル成長が途中で停止することなく大きな結晶粒の成長を実現することができる。   In the fifth embodiment, a crystal nucleus is formed near a portion where the light intensity is minimum in the light intensity distribution of the two-step reverse peak pattern. Next, lateral growth is started from the crystal nucleus along a direction in which the light intensity gradient (and thus the temperature gradient) is large and toward the periphery. At this time, in the light intensity distribution of the two-step reverse peak pattern obtained by the mask according to the present invention, unlike the related art, there is substantially no portion where the light intensity decreases in the middle part, so the lateral growth is stopped halfway. The growth of large crystal grains can be realized without performing.

光吸収層51cのみで上記のような2段逆ピークパターンの光強度分布を得ようとすると、光吸収層51cの膜厚変化は非常に大きくなるが、第5実施形態では2つの機能層の組み合わせを利用しているので、光吸収層51cの膜厚分布が不要になるか、あるいは非常に小さくなるという利点がある。同様に、光屈折層51bのみで2段逆ピークパターンの光強度分布を実現しようとすると、光屈折層51bの表面形状または屈折率分布は非常に複雑になるが、2つの機能層の組み合わせを利用しているので、光屈折層51bは凹型パターンの光強度分布を形成すればよく、比較的単純な表面形状または屈折率分布で十分である。   If the light intensity distribution of the two-stage reverse peak pattern as described above is to be obtained only with the light absorbing layer 51c, the change in the film thickness of the light absorbing layer 51c is very large. Since the combination is used, there is an advantage that the film thickness distribution of the light absorbing layer 51c becomes unnecessary or extremely small. Similarly, when trying to realize a light intensity distribution of a two-step reverse peak pattern only with the light refraction layer 51b, the surface shape or the refractive index distribution of the light refraction layer 51b becomes very complicated, but the combination of the two functional layers is Since the light refraction layer 51b is used, it is sufficient that the light refraction layer 51b has a light intensity distribution of a concave pattern, and a relatively simple surface shape or refractive index distribution is sufficient.

上述の第5実施形態では、光屈折層51bと光吸収層51cとを有するマスク51を用いているが、この組合せの機能層に限定されることなく、2つもしくはそれ以上の異なる如何なる機能層または2つもしくはそれ以上の同じ如何なる機能層を有するマスクを用いることもできる。具体的には、マスクを構成する第1機能層並びに第2機能層として、光吸収層、光散乱層、光反射層、光屈折層、および光回折層から任意の機能層を選択することができる。   In the above-described fifth embodiment, the mask 51 having the light refraction layer 51b and the light absorption layer 51c is used. However, the present invention is not limited to this combination of functional layers, and any two or more different functional layers may be used. Alternatively, a mask having two or more identical functional layers can be used. Specifically, as the first functional layer and the second functional layer constituting the mask, it is possible to select an arbitrary functional layer from a light absorption layer, a light scattering layer, a light reflection layer, a light refraction layer, and a light diffraction layer. it can.

上述の第5実施形態では、光屈折層51bと光吸収層51cとを間隔を隔てて配置させているが、これに限定されることなく、2つの機能層を一体的または間隔をあけずに形成または配置することもできる。2つの機能層の配置については様々な変形例が可能である。具体的には、たとえば光吸収材に屈折面を付与する場合には、光吸収層と光屈折層とが一体的に形成されていることになる。また、たとえば光吸収材に位相シフト面を付与する場合には、光吸収層と位相シフト層とが一体的に形成されていることになる。この例を図17Bに示す。このマスク100は、透明基板として図22に示されるような位相シフタ100aを使用し、この光射出面に図2に示されるような光吸収層100cを機能層として装着することにより形成されている。ここで、機能層は、光吸収層に限定されることはなく、逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層、散乱層、光反射層、光屈折層(31c)、および光回折層から選択され得ることは当業者にとって理解され得よう。また、機能層と位相シフタとは、どちらを光入射側に配置しても宵ことは理解されよう。   In the above-described fifth embodiment, the light refraction layer 51b and the light absorption layer 51c are arranged at an interval. However, the present invention is not limited to this. It can also be formed or arranged. Various modifications are possible for the arrangement of the two functional layers. Specifically, for example, when a refracting surface is provided to the light absorbing material, the light absorbing layer and the light refracting layer are integrally formed. When a phase shift surface is provided to the light absorbing material, for example, the light absorbing layer and the phase shift layer are integrally formed. This example is shown in FIG. 17B. The mask 100 is formed by using a phase shifter 100a as shown in FIG. 22 as a transparent substrate, and mounting a light absorbing layer 100c as a functional layer as shown in FIG. 2 on the light emitting surface. . Here, the functional layer is not limited to the light absorption layer, but has a light absorption layer, a scattering layer, a light reflection layer, and a light refraction layer (31c) having light absorption characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern. , And light diffractive layers. Also, it will be understood that whichever of the functional layer and the phase shifter is arranged on the light incident side, it will be understood that the function layer and the phase shifter are arranged at the same time.

上述の第5実施形態では、デフォーカス法にしたがう結晶化装置および方法に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、密着法、投影デフォーカス法、または投影NA法にしたがう結晶化装置および方法に対しても本発明を適用することができる。   In the above-described fifth embodiment, the present invention is applied to the crystallization apparatus and method according to the defocus method. However, the present invention is not limited thereto, but according to the contact method, the projection defocus method, or the projection NA method. The present invention can be applied to a crystallization apparatus and method.

図18Aないし18Cを参照して、光反射層と光吸収層とが一体的に構成されたマスクの製造方法の一例および使用実施例について説明する。この製造実施例では、第1実施形態の第2変形例に関連して説明した方法(図8Aないし8Eを参照)により、たとえば石英ガラス基板52上に所定の層数分布を有する多層反射膜からなる光反射層53を図18Aに示されるように、形成した。次いで、光反射層53の一番厚い領域の上にスパッタによりクロム層を形成し、レジスト塗布、露光、現像およびエッチングを行って、クロムパターンからなる光吸収層54を図18Bに示されるように形成した。   With reference to FIGS. 18A to 18C, an example of a method of manufacturing a mask in which a light reflecting layer and a light absorbing layer are integrally formed and an example of use will be described. In this manufacturing example, a multilayer reflective film having a predetermined layer number distribution on a quartz glass substrate 52, for example, is formed by the method described with reference to the second modification of the first embodiment (see FIGS. 8A to 8E). The light reflecting layer 53 was formed as shown in FIG. 18A. Next, a chromium layer is formed on the thickest region of the light reflection layer 53 by sputtering, and resist coating, exposure, development, and etching are performed to form a light absorption layer 54 having a chromium pattern as shown in FIG. 18B. Formed.

こうして製造されたマスク55を被処理基板3に密着させた位置に保持し、あるいは図18Cに示されるように、被処理基板3から所定距離だけ離れた位置に保持し、XeClエキシマレーザ光(波長308nm)でほぼ垂直方向から矢印で示されるように、マスク55を照明した。その結果、所望の2段逆ピークパターンの光強度分布を形成し、大粒径の結晶を生成することができた。ここで、光反射層53は緩やかな逆ピークパターン(凹型パターン)の光強度分布を形成する機能を有し、光吸収層54は急峻な逆ピークパターンの光強度分布を形成する機能を有する。   The mask 55 manufactured as described above is held at a position in close contact with the substrate 3 to be processed, or as shown in FIG. 18C, at a position separated by a predetermined distance from the substrate 3 to be processed, and XeCl excimer laser light (wavelength 308 nm), the mask 55 was illuminated as indicated by the arrow from a substantially vertical direction. As a result, a desired two-step reverse peak pattern light intensity distribution was formed, and a crystal having a large grain size could be generated. Here, the light reflection layer 53 has a function of forming a light intensity distribution of a gentle reverse peak pattern (concave pattern), and the light absorption layer 54 has a function of forming a light intensity distribution of a steep reverse peak pattern.

図19Aないし19DCを参照して、本発明の第6実施形態に係わる結晶化装置で使用されているマスクおよびその作用を説明する。第6実施形態は第1実施形態と類似の構成を有するが、第6実施形態ではマスク61が二値的分布特性を有する点が第1実施形態と基本的に相違している。第6実施形態に係わるマスク61の基本単位部分61aでは、図19A並びに19Dに示されるように、たとえば石英ガラス基板61bの上に微小な多数の光吸収単位領域61cが、所定のドット分布にしたがって離散的に形成されている。この例では、光吸収単位領域61cは、円形をしており、領域間は、幅方向(図19Dの水平方向)では、外側に向うのに広くなっており、長さ方向では、等しくなっている。   With reference to FIGS. 19A to 19DC, a mask used in a crystallization apparatus according to the sixth embodiment of the present invention and its operation will be described. The sixth embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment, but is basically different from the first embodiment in that the mask 61 has a binary distribution characteristic. In the basic unit portion 61a of the mask 61 according to the sixth embodiment, as shown in FIGS. 19A and 19D, for example, a large number of minute light absorption unit regions 61c are formed on a quartz glass substrate 61b according to a predetermined dot distribution. It is formed discretely. In this example, the light absorption unit area 61c has a circular shape, and the area between the areas is wider toward the outside in the width direction (horizontal direction in FIG. 19D) and equal in the length direction. I have.

光吸収単位領域61cの形状並びに分布は、上記の構成に限定されることはなく、必要な光強度パターンに応じて任意に設定され得る。例えば、図19Eに示されるように、光吸収単位領域61cは、細長い層形状をしていても良い。
上記構成のマスク61の射出面では、図19Bに示されるように、短冊状の不連続な光強度分布が得られる。しかしながら、マスク61の射出面から間隔を隔てた被処理基板の表面3aでは、そのデフォーカスを利用して空間周波数の高周波成分を除去することにより、図19Cに示されるように、比較的連続的な逆ピークパターンの光強度分布を得ることができる。
The shape and distribution of the light absorption unit region 61c are not limited to the above configuration, and can be arbitrarily set according to a required light intensity pattern. For example, as shown in FIG. 19E, the light absorption unit region 61c may have an elongated layer shape.
On the emission surface of the mask 61 having the above configuration, a strip-shaped discontinuous light intensity distribution is obtained as shown in FIG. 19B. However, on the surface 3a of the substrate to be processed, which is spaced from the emission surface of the mask 61, the defocus is used to remove the high-frequency component of the spatial frequency, as shown in FIG. 19C. A light intensity distribution of a reverse peak pattern can be obtained.

上述の第6実施形態では、所定の分布にしたがって形成された微小な光吸収単位領域61cを用いているが、これに限定されることなく、たとえば所定の分布にしたがって形成された微小な光散乱単位領域や微小な光反射単位領域を用いることもできる(ただし、微小な光屈折単位領域や微小な光回折単位領域を用いることはできない)。すなわち、一般には、材料的または構造的に連続的な分布特性に代えて二値的な構造を有するマスクを利用し、空間周波数の高周波成分をカット(除去)することにより、連続的な光強度分布を得ることができる。この場合、材料的または構造的に連続的な分布を実現するという困難な加工が不要になる。   In the above-described sixth embodiment, the minute light absorption unit regions 61c formed according to the predetermined distribution are used. However, the present invention is not limited to this. For example, the minute light scattering units formed according to the predetermined distribution may be used. A unit area or a minute light reflection unit area can be used (however, a minute light refraction unit area or a minute light diffraction unit area cannot be used). That is, in general, a continuous light intensity is cut (removed) by using a mask having a binary structure instead of a material or structurally continuous distribution characteristic and cutting (removing) a high frequency component of a spatial frequency. A distribution can be obtained. In this case, a difficult process of realizing a continuous distribution in terms of material or structure becomes unnecessary.

上述の第6実施形態では、マスク61の射出面と被処理基板の表面3aとを離間させることにより高周波成分を除去しているが、これに限定されることなく、たとえば被処理基板とマスクとの間の光路中に配置された結像光学系を介してマスクと光学的に共役な面から被処理基板を離間させることにより高周波成分を除去することもできる。具体的には、例えば、図15に示される装置において、マスク1としてこの実施の形態のマスク61を使用すけば良い。また、特にデフォーカス法や投影デフォーカス法において、所定の最大入射角を有する非平行光束でマスクを照明することにより、高周波成分を除去することもできる。   In the above-described sixth embodiment, the high-frequency component is removed by separating the emission surface of the mask 61 and the surface 3a of the substrate to be processed. However, the present invention is not limited to this. The high frequency component can also be removed by separating the substrate to be processed from a plane optically conjugate with the mask via an imaging optical system arranged in the optical path between the two. Specifically, for example, in the apparatus shown in FIG. 15, the mask 61 of this embodiment may be used as the mask 1. In particular, in a defocusing method or a projection defocusing method, high-frequency components can be removed by illuminating a mask with a non-parallel light beam having a predetermined maximum incident angle.

さらに、結像光学系を介して被処理基板とマスクとを光学的にほぼ共役に配置し、結像光学系の像側開口数を所要の値に設定することにより、高周波成分を除去することもできる。また、被処理基板とマスクとの間の光路中に配置された結像光学系に所要の収差を付与することにより、高周波成分を除去することもできる。   Furthermore, the high-frequency component is removed by arranging the substrate to be processed and the mask optically substantially conjugate via the imaging optical system and setting the image-side numerical aperture of the imaging optical system to a required value. You can also. In addition, high-frequency components can be removed by imparting a required aberration to the imaging optical system arranged in the optical path between the substrate to be processed and the mask.

以下、結像光学系の像側開口数を所要の値に設定することにより高周波成分を除去する場合について簡単に説明する。結像光学系を介した像の複素振幅分布I(u,v)は、次の式(4)に示すように、物体(マスク)の複素振幅分布O(u,v)と点像の複素振幅分布(点像分布関数)ASF(u,v)とのたたみこみ積分で表わされる。なお、式(4)において、「∫」は積分記号である。
I(u,v)=∫∫{O(u',v') ASF(u-u',v-v')} du' dv' (4)
Hereinafter, a case where the high-frequency component is removed by setting the image-side numerical aperture of the imaging optical system to a required value will be briefly described. The complex amplitude distribution I (u, v) of the image via the imaging optical system is represented by the complex amplitude distribution O (u, v) of the object (mask) and the complex The amplitude distribution (point spread function) is represented by convolution with ASF (u, v). In equation (4), “∫” is an integral symbol.
I (u, v) = {{O (u ', v') ASF (u-u ', v-v')} du'dv '(4)

ここで、点像分布関数ASFは、瞳関数のフーリエ変換で与えられる。すなわち、結像光学系の像側開口数が小さいと、点像分布関数がより広い分布を有することになり、ひいては像のボケが大きくなる。これは、物体の空間周波数の内の高周波成分がカットされるということであり、一種のハイカットフィルターとして機能することになる。その結果、物体がバイナリーなものであっても、高周波成分がカットされて、連続的な光強度分布が得られる。   Here, the point spread function ASF is given by Fourier transform of a pupil function. That is, when the image-side numerical aperture of the imaging optical system is small, the point spread function has a wider distribution, and the blur of the image is increased. This means that high-frequency components in the spatial frequency of the object are cut off, and functions as a kind of high-cut filter. As a result, even if the object is binary, the high-frequency component is cut off, and a continuous light intensity distribution is obtained.

図20を参照して、二値的分布特性を有するマスクの製造方法の一例および使用実施例について説明する。この製造実施例では、マスクとしてクロムマスクを用いている。すなわち、図20に示すように、全体として中心から離れるに従って開口率が増えるようなパターンに基づいて、微小なクロム領域61cを二値的に分布させるように、透明基板61b上に形成することによりマスクの基本単位部分61aを作製した。bkクロムマスクの場合、クロム層61cは光吸収層として機能すると同時に光反射層としても機能する。   With reference to FIG. 20, an example of a method for manufacturing a mask having binary distribution characteristics and an example of use will be described. In this embodiment, a chrome mask is used as a mask. That is, as shown in FIG. 20, the fine chromium regions 61c are formed on the transparent substrate 61b so as to be distributed in a binary manner based on a pattern in which the aperture ratio increases as the distance from the center increases as a whole. A basic unit portion 61a of the mask was manufactured. In the case of the bk chrome mask, the chrome layer 61c functions as a light absorbing layer and also functions as a light reflecting layer.

こうして製造されたマスクを投影NA法に適用し、結像光学系の像側開口数を0.05に設定することにより、高周波成分をカットした。その結果、所望の逆ピークパターン(凹型パターン)または2段ピークパターンの光強度分布を形成し、大粒径の結晶を生成することができた。なお、図20の例では一方の方向の開口率のみ変調させているが、他方の方向の開口率のみ変調させることもできるし、両方の方向に沿って開口率を二次元的に変調させることもできる。また、一定の大きさを有する微小開口の密度を変調させることもできる。   The mask thus manufactured was applied to the projection NA method, and the high-frequency component was cut by setting the image-side numerical aperture of the imaging optical system to 0.05. As a result, a light intensity distribution of a desired reverse peak pattern (concave pattern) or a two-step peak pattern was formed, and a crystal having a large grain size could be generated. In the example of FIG. 20, only the aperture ratio in one direction is modulated, but only the aperture ratio in the other direction can be modulated, or the aperture ratio can be two-dimensionally modulated along both directions. You can also. Further, the density of the minute openings having a certain size can be modulated.

上述の各実施形態において、光強度分布は設計の段階でも計算できるが、実際の被処理面(被露光面)での光強度分布を観察して確認しておくことが望ましい。そのためには、被処理面を光学系で拡大し、CCDなどの撮像素子で入力すれば良い。使用光が紫外線の場合は、光学系が制約を受けるため、被処理面に蛍光板を設けて可視光に変換しても良い。   In each of the above embodiments, the light intensity distribution can be calculated at the design stage, but it is desirable to observe and confirm the actual light intensity distribution on the surface to be processed (exposed surface). For this purpose, the surface to be processed may be enlarged by an optical system and input by an image pickup device such as a CCD. When the used light is ultraviolet light, the optical system is restricted, so that a fluorescent plate may be provided on the surface to be processed to convert the light into visible light.

図21を参照して、各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方法の一例を以下に説明する。図21Aに示されるように、両面が平坦で、例えば、矩形の絶縁基板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)を、化学気相成長法やスパッタ法などを用いて順次成膜することにより、被処理基板3を形成する。そして、各実施形態の結晶化装置を用いて、非晶質半導体膜82の表面の一部もしくは全部の表面(被処理基板3の表面3aに対応する)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)を矢印で示されるように、照射する。 An example of a method for manufacturing an electronic device using the crystallization apparatus of each embodiment will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 21A, a base film 81 (for example, a 50 nm-thick SiN film) is formed on a rectangular insulating substrate 80 (for example, alkali glass, quartz glass, plastic, polyimide, or the like) having both flat surfaces. A 100-nm-thick SiO 2 laminated film or the like and an amorphous semiconductor film 82 (for example, Si, Ge, SiGe or the like having a thickness of about 50 to 200 nm) are sequentially formed by a chemical vapor deposition method, a sputtering method, or the like. The substrate 3 to be processed is formed by forming a film. Then, by using the crystallization apparatus of each embodiment, a laser beam 83 (for example, KrF excimer) is applied to part or all of the surface of the amorphous semiconductor film 82 (corresponding to the surface 3a of the substrate 3 to be processed). Laser light or XeCl excimer laser light) as shown by arrows.

この結果、図21Bに示すように、非晶質半導体膜82は、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となる。次に、図21Cに示されるように、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を島状の半導体膜85に加工し、この上並びに下地層81の上に、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。さらに、図21Dにされるように、ゲート電極87(例えば、シリサイドやMoWなど)を、ゲート絶縁膜86の前記半導体膜85と対向したす部分上に形成し、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)を矢印で示されるように、ゲート絶縁膜86を介して半導体層85の中に注入する。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、半導体層85の中の不純物を活性化し、ゲート電極87の下方に位置するチャンネル領域90を挟んでソース領域91とドレイン領域92とを形成する。 As a result, as shown in FIG. 21B, the amorphous semiconductor film 82 becomes a polycrystalline semiconductor film or a single-crystallized semiconductor film 84 having a crystal with a large grain size. Next, as shown in FIG. 21C, the polycrystalline semiconductor film or the single-crystallized semiconductor film is processed into an island-shaped semiconductor film 85 by using a photolithography technique. A SiO 2 film having a thickness of 20 nm to 100 nm is formed as the film 86 by a chemical vapor deposition method, a sputtering method, or the like. Further, as shown in FIG. 21D, a gate electrode 87 (for example, silicide or MoW) is formed on a portion of the gate insulating film 86 facing the semiconductor film 85, and impurities are formed using the gate electrode 87 as a mask. Ions 88 (phosphorus for an N-channel transistor, boron for a P-channel transistor) are implanted into the semiconductor layer 85 via the gate insulating film 86 as shown by arrows. Thereafter, an annealing process (for example, at 450 ° C. for one hour) is performed in a nitrogen atmosphere to activate impurities in the semiconductor layer 85, and the source region 91 and the drain region are sandwiched between the channel region 90 located below the gate electrode 87. A region 92 is formed.

次に、図21Eで示されるように、層間絶縁膜89をゲード絶縁膜86並びにゲート電極87の上に成膜し、これら膜86,89にコンタクト穴をあけ、ソース領域91およびドレイン領域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。このとき、図21Aおよび21Bに示す工程において、各変形例で説明されたマスクを介してレーザ光を射出することにより形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、チャネル領域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トランジスタ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。   Next, as shown in FIG. 21E, an interlayer insulating film 89 is formed on the gate insulating film 86 and the gate electrode 87, contact holes are made in these films 86 and 89, and the source region 91 and the drain region 92 are formed. A source electrode 93 and a drain electrode 94 to be connected are formed. At this time, in the steps shown in FIGS. 21A and 21B, a large-grain crystal of a polycrystalline semiconductor film or a single-crystallized semiconductor film 84 formed by emitting a laser beam through the mask described in each modification example. A channel region 90 is formed in accordance with the position. Through the above steps, a polycrystalline transistor or a single-crystal semiconductor transistor can be formed. The polycrystalline transistor or the single-crystallized transistor thus manufactured can be applied to a driving circuit such as a liquid crystal display or an EL (electroluminescence) display, or an integrated circuit such as a memory (SRAM or DRAM) or a CPU.

上述の各実施形態では、結晶化装置および方法に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一般に所定面上において所定の光強度分布を形成するためのマスク、およびこのマスクを用いて所定面に設置された基板上に所定の光強度分布を形成する露光方法に対して本発明を適用することもできる。   In each of the above-described embodiments, the present invention is applied to the crystallization apparatus and method, but is not limited thereto. In general, a mask for forming a predetermined light intensity distribution on a predetermined surface, and The present invention can also be applied to an exposure method for forming a predetermined light intensity distribution on a substrate provided on a predetermined surface using this mask.

本発明の第1実施形態に係わる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly composition of a crystallization device concerning a 1st embodiment of the present invention. 第1実施形態におけるマスクの基本単位部分の構成および作用を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure and operation | movement of the basic unit part of the mask in 1st Embodiment. 第1変形例に係わるマスクの基本単位部分の構成およびこのマスクからの射出光の光強度分布を概略的に示す図である。FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a configuration of a basic unit portion of a mask according to a first modification and a light intensity distribution of light emitted from the mask. 図3に示すマスクの光散乱層の作用を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an operation of a light scattering layer of the mask shown in FIG. 3. 光の散乱について基本的に説明するための図である。It is a figure for fundamentally explaining scattering of light. 図6Aないし6Eは、第1変形例に係わるマスクの製造方法の一例と、使用実施例を説明する図である。6A to 6E are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a mask according to the first modification and an example of use. 第2変形例に係わるマスクの基本単位部分の構成およびこのマスクからの射出光の光強度分布を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the basic unit part of the mask concerning a 2nd modification, and the light intensity distribution of the emitted light from this mask. 図8Aないし8Eは、第2変形例に係わるマスクの製造実施例および使用実施例を説明する図である。8A to 8E are views for explaining a manufacturing example and a usage example of the mask according to the second modification. 第3変形例に係わるマスクの基本単位部分の構成およびこのマスクからの射出光の光強度分布を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a basic unit portion of a mask and a light intensity distribution of light emitted from the mask according to a third modification. 第3変形例に係わるマスクの屈折面を段差形状に形成した場合に得られる光強度分布に関するシミュレーション結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a simulation result regarding a light intensity distribution obtained when a refraction surface of a mask according to a third modification is formed in a stepped shape. 第4変形例に係わるマスクの基本単位部分の構成およびこのマスクからの射出光の光強度分布概略的に示す図である。It is a figure showing roughly composition of a basic unit part of a mask concerning a 4th modification, and light intensity distribution of light emitted from this mask. 第4変形例に係わるマスクの基本的な回折作用を説明するための図である。It is a figure for explaining a fundamental diffraction operation of a mask concerning a 4th modification. 第4変形例に係わるマスクの製造方法の一例および使用実施例を説明するための図である。It is a figure for explaining an example of a manufacturing method of a mask concerning a 4th modification, and an example of use. 本発明の第2実施形態に係わ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 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係わる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly composition of a crystallization device concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係わる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly composition of a crystallization device concerning a 4th embodiment of the present invention. 図17Aは本発明の第5実施形態に係わる結晶化装置の要部構成および作用を概略的に示す図であり、図17Bは図17Aに示すマスクの変形例を示す図である。FIG. 17A is a diagram schematically showing a main part configuration and operation of a crystallization apparatus according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 17B is a diagram showing a modification of the mask shown in FIG. 17A. 図18Aないし18Cは、光反射層と光吸収層とにより一体的に構成されたマスクの製造方法の一例および使用実施例を説明するための図である。FIGS. 18A to 18C are diagrams for explaining an example of a method of manufacturing a mask integrally constituted by a light reflection layer and a light absorption layer, and a usage example. 図19Aないし19Dは、本発明の第6実施形態に係わる結晶化装置のマスクと、このマスクからの射出光の光強度分布を概略的に示す図、図19Eは、マスクの変形例を示す平面図である。19A to 19D are diagrams schematically showing a mask of a crystallization apparatus according to a sixth embodiment of the present invention and a light intensity distribution of light emitted from the mask, and FIG. 19E is a plan view showing a modification of the mask. FIG. 二値的分布特性を有するマスクの製造方法の一例および使用実施例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a method for manufacturing a mask having a binary distribution characteristic and an embodiment of use. 図21Aないし21Eは、各実施形態の結晶化装置を用いて電子デバイスを製造する方法の一例の工程を示す図である。21A to 21E are diagrams illustrating steps of an example of a method of manufacturing an electronic device using the crystallization apparatus of each embodiment. 従来のライン型の位相シフトマスクを用いたときに被処理基板上で得られる光強度分布を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a light intensity distribution obtained on a substrate to be processed when a conventional line-type phase shift mask is used.

符号の説明Explanation of reference numerals

1,11,21,31,41 マスク
2 照明系
2a KrFエキシマレーザ光源
2b ビームエキスパンダ
2c,2e フライアイレンズ
2d,2f コンデンサー光学系
3 被処理基板
4 基板ステージ
5,6 結像光学系
1, 11, 21, 31, 41 Mask 2 Illumination system 2a KrF excimer laser light source 2b Beam expander 2c, 2e Fly-eye lens 2d, 2f Condenser optical system 3 Substrate to be processed 4 Substrate stage 5, 6 Imaging optical system

Claims (44)

マスク(1)と、このマスクを照明する照明系(2)とを具備し、この照明系からの入射光は、前記マスクを通ることによって逆ピークパターンの光強度分布を有する光となって多結晶半導体膜または非晶質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、
前記マスク(1)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層(1c)を備えている結晶化装置。
A mask (1) and an illumination system (2) for illuminating the mask are provided, and incident light from the illumination system passes through the mask to become light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern. A crystallization apparatus for irradiating a crystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film to generate a crystallized semiconductor film,
A crystallization apparatus, wherein the mask (1) includes a light absorption layer (1c) having light absorption characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
マスク(11)と、このマスクを照明する照明系(2)とを具備し、この照明系からの入射光は、前記マスクを通ることによって逆ピークパターンの光強度分布を有する光となって多結晶半導体膜または非晶質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、
前記マスク(11)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光散乱特性を有する光散乱層(11c)を備えている結晶化装置。
A mask (11) and an illumination system (2) for illuminating the mask are provided, and incident light from the illumination system passes through the mask to become light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern. A crystallization apparatus for irradiating a crystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film to generate a crystallized semiconductor film,
A crystallization apparatus, wherein the mask (11) includes a light scattering layer (11c) having light scattering characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
前記光散乱層(11c)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた屈折率分布を有する請求項2に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 2, wherein the light scattering layer (11c) has a refractive index distribution according to a light intensity distribution of the reverse peak pattern. 前記光散乱層(11c)は、揮発成分を分散させた透明材料からなる層を形成した後に、前記揮発成分を揮発させることにより形成されている請求項3に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 3, wherein the light scattering layer (11c) is formed by forming a layer made of a transparent material in which a volatile component is dispersed, and then volatilizing the volatile component. 前記光散乱層(11c)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた表面形状を有する請求項2に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 2, wherein the light scattering layer (11c) has a surface shape according to a light intensity distribution of the reverse peak pattern. マスク(21)と、このマスクを照明する照明系(2)とを備え、この照明系からの入射光は、前記マスクを通ることによって逆ピークパターンの光強度分布を有する光となって多結晶半導体膜または非晶質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、
前記マスク(21)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光反射特性を有する光反射層(21c)を備えている結晶化装置。
A mask (21); and an illumination system (2) for illuminating the mask, and the incident light from the illumination system passes through the mask to become light having a light intensity distribution of an inverse peak pattern, and becomes polycrystalline. A crystallization apparatus that irradiates a semiconductor film or an amorphous semiconductor film to generate a crystallized semiconductor film,
A crystallization apparatus, wherein the mask (21) includes a light reflection layer (21c) having light reflection characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
前記光反射層(21c)は、所定の層数分布にしたがって形成された多層反射膜を有する請求項6に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 6, wherein the light reflection layer (21c) has a multilayer reflection film formed according to a predetermined layer number distribution. 前記光反射層(21c)は、所定の厚さ分布にしたがって形成された金属反射膜を有する請求項6に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 6, wherein the light reflection layer (21c) has a metal reflection film formed according to a predetermined thickness distribution. マスク(31)と、このマスクを照明する照明系(2)とを具備し、この照明系からの入射光は、前記マスクを通ることによって逆ピークパターンの光強度分布を有する光となって多結晶半導体膜または非晶質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、
前記マスク(31)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光屈折特性を有する光屈折層(31c)を備えている結晶化装置。
A mask (31) and an illumination system (2) for illuminating the mask are provided, and incident light from the illumination system passes through the mask to become light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern. A crystallization apparatus for irradiating a crystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film to generate a crystallized semiconductor film,
A crystallization apparatus, wherein the mask (31) includes a photorefractive layer (31c) having photorefractive characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
前記光屈折層(31c)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた屈折率分布を有する請求項9に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 9, wherein the light refraction layer (31c) has a refractive index distribution according to a light intensity distribution of the reverse peak pattern. 前記光屈折層(31c)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた表面形状を有する請求項9に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 9, wherein the light refraction layer (31c) has a surface shape according to a light intensity distribution of the reverse peak pattern. マスク(41)と、このマスクを照明する照明系(2)とを具備し、この照明系からの入射光は、前記マスクを通ることによって逆ピークパターンの光強度分布を有する光となって多結晶半導体膜または非晶質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、
前記マスク(41)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光回折特性を有する光回折層(41c)を備えている結晶化装置。
A mask (41) and an illumination system (2) for illuminating the mask are provided, and incident light from the illumination system passes through the mask to become light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern. A crystallization apparatus for irradiating a crystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film to generate a crystallized semiconductor film,
A crystallization apparatus, wherein the mask (41) includes a light diffraction layer (41c) having a light diffraction characteristic according to a light intensity distribution of the reverse peak pattern.
前記光回折層(41c)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた屈折率分布を有する請求項12に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 12, wherein the light diffraction layer (41c) has a refractive index distribution according to a light intensity distribution of the reverse peak pattern. 前記光回折層(41c)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた表面形状を有する請求項12に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 12, wherein the light diffraction layer (41c) has a surface shape according to a light intensity distribution of the reverse peak pattern. マスク(1,11,21,31,41)と、このマスクを照明する照明系(2)とを具備し、この照明系からの入射光は、前記マスクを通ることによって逆ピークパターンの光強度分布を有する光となって多結晶半導体膜または非晶質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、
前記マスク(1,11,21,31,41)は、各々が、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層(1c)、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光散乱特性を有する光散乱層(11c)、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光反射特性を有する光反射層(21c)、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光屈折特性を有する光屈折層(31c)、および前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光回折特性を有する光回折層(41c)から選択された第1層並びに第2層とを備えている結晶化装置。
A mask (1,11,21,31,41) and an illumination system (2) for illuminating the mask, the incident light from the illumination system passes through the mask so that the light intensity of the inverse peak pattern A crystallization apparatus that generates a crystallized semiconductor film by irradiating a polycrystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film as light having a distribution,
The masks (1, 11, 21, 31, 41) each have a light absorption layer (1c) having a light absorption characteristic according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, and a light intensity distribution of the reverse peak pattern. A light scattering layer (11c) having a corresponding light scattering characteristic, a light reflecting layer (21c) having a light reflection characteristic according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, and a light refraction according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern. A crystal comprising: a light refraction layer (31c) having characteristics; and a first layer and a second layer selected from a light diffraction layer (41c) having light diffraction characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern. Device.
マスク(100)と、このマスクを照明する照明系(2)とを具備し、この照明系からの入射光は、前記マスクを通ることによって逆ピークパターンの光強度分布を有する光となって多結晶半導体膜または非晶質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、
前記マスク(100)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光散乱特性を有する光散乱層、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光反射特性を有する光反射層、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光屈折特性を有する光屈折層、および前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光回折特性を有する光回折層から選択された第1層(100c)と、位相シフト層(100a)とを備えている結晶化装置。
A mask (100); and an illumination system (2) for illuminating the mask. Incident light from the illumination system passes through the mask to become light having a light intensity distribution of an inverse peak pattern. A crystallization apparatus for irradiating a crystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film to generate a crystallized semiconductor film,
The mask (100) includes a light absorption layer having a light absorption characteristic according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, a light scattering layer having a light scattering characteristic according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, A light reflection layer having a light reflection characteristic according to the light intensity distribution of the pattern, a light refraction layer having a light refraction characteristic according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, and light corresponding to the light intensity distribution of the reverse peak pattern A crystallization apparatus comprising: a first layer (100c) selected from a light diffraction layer having diffraction characteristics; and a phase shift layer (100a).
前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜と前記マスクとは互いに密着して配置されている請求項1乃至8のいずれか1項に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 1, wherein the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film and the mask are arranged in close contact with each other. 前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜と前記マスクとは互いにほぼ平行に且つ近接して配置されている請求項1乃至16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 16, wherein the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film and the mask are arranged substantially in parallel and close to each other. 前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜と前記マスクとの間の光路中に配置された結像光学系(5)をさらに具備し、
前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜は、前記マスクと光学的に共役な面から前記結像光学系の光軸に沿って所定距離だけ離れて設定されている請求項1乃至16のいずれか1項に記載の結晶化装置。
An imaging optical system (5) disposed in an optical path between the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film and the mask;
17. The polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film is set at a predetermined distance from a plane optically conjugate with the mask along an optical axis of the imaging optical system. The crystallization apparatus according to claim 1.
前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜と前記マスクとの間の光路中に配置された結像光学系(6)をさらに具備し、
前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜は、前記マスクと光学的にほぼ共役な面に設定され、
前記結像光学系の像側開口数は、前記逆ピークパターンの光強度分布を発生させるための所要の値に設定されている請求項1乃至16のいずれか1項に記載の結晶化装置。
An imaging optical system (6) arranged in an optical path between the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film and the mask;
The polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film is set on a plane optically substantially conjugate with the mask,
17. The crystallization apparatus according to claim 1, wherein an image-side numerical aperture of the imaging optical system is set to a required value for generating a light intensity distribution of the reverse peak pattern.
マスク(61)と、このマスクを照明する照明系(2)とを具備し、この照明系からの入射光は、前記マスクを通ることによって逆ピークパターンの光強度分布を有する光となって多結晶半導体膜または非晶質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、
前記マスク(61)は、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた二値的分布特性を有し、空間周波数の高周波成分を除去することにより比較的連続的な光強度分布を得るように構成されている結晶化装置。
A mask (61); and an illumination system (2) for illuminating the mask. Incident light from the illumination system is converted into light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern by passing through the mask. A crystallization apparatus for irradiating a crystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film to generate a crystallized semiconductor film,
The mask (61) has a binary distribution characteristic corresponding to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, and is configured to obtain a relatively continuous light intensity distribution by removing high frequency components of a spatial frequency. Crystallization equipment.
前記高周波成分を除去するために、前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜と前記マスクとは互いにほぼ平行に且つ近接して配置されている請求項21に記載の結晶化装置。 22. The crystallization apparatus according to claim 21, wherein the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film and the mask are arranged substantially parallel to and close to each other to remove the high-frequency component. 前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜と前記マスクとの間の光路中に配置された結像光学系(5)をさらに備え、
前記高周波成分を除去するために、前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜は、前記マスクと光学的に共役な面から前記結像光学系(5)の光軸に沿って所定距離だけ離れて設定されている請求項21に記載の結晶化装置。
An imaging optical system (5) disposed in an optical path between the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film and the mask;
In order to remove the high-frequency component, the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film is separated from the plane optically conjugate with the mask by a predetermined distance along the optical axis of the imaging optical system (5). 22. The crystallization apparatus according to claim 21, which is set apart.
前記照明系(2)は、所定の最大入射角を有する光束で前記マスクを照明する請求項22または23に記載の結晶化装置。 The crystallization apparatus according to claim 22 or 23, wherein the illumination system (2) illuminates the mask with a light beam having a predetermined maximum incident angle. 前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜と前記マスクとの間の光路中に配置された結像光学系(6)をさらに具備し、
前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜は、前記マスクと光学的にほぼ共役な面に設定され、
前記結像光学系(6)は、前記高周波成分を除去するために所要の像側開口数に設定されている請求項21に記載の結晶化装置。
An imaging optical system (6) arranged in an optical path between the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film and the mask;
The polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film is set on a plane optically substantially conjugate with the mask,
The crystallization apparatus according to claim 21, wherein the imaging optical system (6) is set to a required image-side numerical aperture for removing the high-frequency component.
前記多結晶半導体膜または前記非晶質半導体膜と前記マスクとの間の光路中に配置された結像光学系(5,6)をさらに具備し、
前記結像光学系(5,6)は、前記高周波成分を除去するために所要の収差を有する請求項21に記載の結晶化装置。
An imaging optical system (5, 6) arranged in an optical path between the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film and the mask;
The crystallization apparatus according to claim 21, wherein the imaging optical system (5, 6) has a necessary aberration to remove the high-frequency component.
マスク(1)を照明し、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層(1c)を備えたマスクを用いる結晶化方法。
A crystallization method for illuminating a mask (1) and irradiating light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern to a polycrystalline semiconductor film or an amorphous semiconductor film through the mask to form a crystallized semiconductor film. hand,
A crystallization method using a mask having a light absorption layer (1c) having light absorption characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
マスク(11)を照明し、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光散乱特性を有する光散乱層(11c)を備えたマスクを用いる結晶化方法。
A crystallization method for illuminating a mask (11) and irradiating light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern to the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film through the mask to form a crystallized semiconductor film. hand,
A crystallization method using a mask having a light scattering layer (11c) having light scattering characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
マスク(21)を照明し、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光反射特性を有する光反射層(21c)を備えたマスクを用いる結晶化方法。
A crystallization method for illuminating a mask (21) and irradiating light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern to the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film through the mask to form a crystallized semiconductor film. hand,
A crystallization method using a mask having a light reflection layer (21c) having light reflection characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
マスク(31)を照明し、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光屈折特性を有する光屈折層(31c)を備えたマスクを用いる結晶化方法。
A crystallization method for illuminating a mask (31) and irradiating light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern to the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film through the mask to form a crystallized semiconductor film. hand,
A crystallization method using a mask having a photorefractive layer (31c) having a photorefractive characteristic according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
マスク(41)を照明し、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光回折特性を有する光回折層(41c)を備えたマスクを用いる結晶化方法。
A crystallization method for illuminating a mask (41) and irradiating light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern to the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film through the mask to form a crystallized semiconductor film. hand,
A crystallization method using a mask having a light diffraction layer (41c) having light diffraction characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
マスク(1,11,21,31,41)を照明し、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層(1c)、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光散乱特性を有する光散乱層(11c)、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光反射特性を有する光反射層(21c)、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光屈折特性を有する光屈折層(31c)、および前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光回折特性を有する光回折層(41c)から選択された層により夫々形成された第1層並びに第2層を備えたマスクを用いる結晶化方法。
A mask (1, 11, 21, 31, 41) is illuminated, and light having a reverse peak pattern light intensity distribution is applied to the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film through the mask to form a crystallized semiconductor film. A crystallization method for producing
A light absorption layer (1c) having light absorption characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, a light scattering layer (11c) having light scattering characteristics according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, A light reflection layer (21c) having a light reflection characteristic according to the light intensity distribution of the above, a light refraction layer (31c) having a light refraction characteristic according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, and the light intensity of the reverse peak pattern A crystallization method using a mask including a first layer and a second layer each formed by a layer selected from a light diffraction layer (41c) having light diffraction characteristics according to distribution.
マスクを照明し、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光散乱特性を有する光散乱層、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光反射特性を有する光反射層、前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光屈折特性を有する光屈折層、および前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた光回折特性を有する光回折層から選択された第1層(100c)と、位相シフト層(100d)とを備えたマスクを用いるる結晶化方法。
A crystallization method for illuminating a mask and irradiating light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern to the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film through the mask to generate a crystallized semiconductor film,
A light absorption layer having a light absorption characteristic according to the light intensity distribution of the inverse peak pattern, a light scattering layer having a light scattering characteristic according to the light intensity distribution of the inverse peak pattern, and a light intensity distribution of the inverse peak pattern; A light reflection layer having a light reflection characteristic, a light refraction layer having a light refraction characteristic according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern, and a light diffraction layer having a light diffraction characteristic according to the light intensity distribution of the reverse peak pattern A crystallization method using a mask including a first layer (100c) selected from the group consisting of: and a phase shift layer (100d).
マスクを照明し、前記マスクを介して逆ピークパターンの光強度分布を有する光を多結晶半導体膜または非晶質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、
前記逆ピークパターンの光強度分布に応じた二値的分布特性を有するマスクを用い、空間周波数の高周波成分を除去することにより比較的連続的な光強度分布を得る結晶化方法。
A crystallization method for illuminating a mask and irradiating light having a light intensity distribution of a reverse peak pattern to the polycrystalline semiconductor film or the amorphous semiconductor film through the mask to generate a crystallized semiconductor film,
A crystallization method for obtaining a relatively continuous light intensity distribution by removing a high frequency component of a spatial frequency using a mask having a binary distribution characteristic corresponding to the light intensity distribution of the reverse peak pattern.
所定面(3a)上において所定の光強度分布を形成するためのマスク(1)であって、
前記マスクは、前記所定の光強度分布に応じた光吸収特性を有する光吸収層(1c)を備えているマスク。
A mask (1) for forming a predetermined light intensity distribution on a predetermined surface (3a),
The mask includes a light absorption layer (1c) having light absorption characteristics according to the predetermined light intensity distribution.
所定面(3a)上において所定の光強度分布を形成するためのマスク(11)であって、
前記マスクは、前記所定の光強度分布に応じた光散乱特性を有する光散乱層(11c)を備えているマスク。
A mask (11) for forming a predetermined light intensity distribution on a predetermined surface (3a),
The mask includes a light scattering layer (11c) having light scattering characteristics according to the predetermined light intensity distribution.
所定面(3a)上において所定の光強度分布を形成するためのマスク(21)であって、
前記マスクは、前記所定の光強度分布に応じた光反射特性を有する光反射層(21c)を備えているマスク。
A mask (21) for forming a predetermined light intensity distribution on a predetermined surface (3a),
The mask includes a light reflection layer (21c) having light reflection characteristics according to the predetermined light intensity distribution.
所定面(3a)上において所定の光強度分布を形成するためのマスク(31)であって、
前記マスクは、前記所定の光強度分布に応じた光屈折特性(31c)を有する光屈折層を備えているマスク。
A mask (31) for forming a predetermined light intensity distribution on a predetermined surface (3a),
The mask includes a light refraction layer having a light refraction characteristic (31c) according to the predetermined light intensity distribution.
所定面(3a)上において所定の光強度分布を形成するためのマスク(41)であって、
前記マスクは、前記所定の光強度分布に応じた光回折特性を有する光回折層(41c)を備えているマスク。
A mask (41) for forming a predetermined light intensity distribution on a predetermined surface (3a),
The mask includes a light diffraction layer (41c) having a light diffraction characteristic according to the predetermined light intensity distribution.
請求項35乃至39のいずれか1項に記載のマスクを照明するための照明系を備え、
前記所定面(3a)に被処理が設置された基板(3)上に前記所定の光強度分布を形成する露光方法。
An illumination system for illuminating the mask according to any one of claims 35 to 39,
An exposure method for forming the predetermined light intensity distribution on a substrate (3) on which an object to be processed is provided on the predetermined surface (3a).
前記基板と前記マスクとを互いに密着して配置する請求項40に記載の露光方法。 The exposure method according to claim 40, wherein the substrate and the mask are arranged in close contact with each other. 前記基板と前記マスクとを互いにほぼ平行に且つ近接して配置する請求項40に記載の露光方法。 41. The exposure method according to claim 40, wherein the substrate and the mask are arranged substantially in parallel and close to each other. 前記基板と前記マスクとの間の光路中に結像光学系(5)を配置し、
前記基板を前記マスクと光学的に共役な面から前記結像光学系の光軸に沿って所定距離だけ離れて設定する請求項40に記載の露光方法。
An imaging optical system (5) is arranged in an optical path between the substrate and the mask;
41. The exposure method according to claim 40, wherein the substrate is set at a predetermined distance from a plane optically conjugate with the mask along an optical axis of the imaging optical system.
前記基板と前記マスクとの間の光路中に結像光学系(6)を配置し、
前記結像光学系の像側開口数を前記所定の光強度分布を発生させるための所要の値に設定し、
前記マスクと光学的にほぼ共役な面に前記基板を設定する請求項40に記載の露光方法。
An imaging optical system (6) is arranged in an optical path between the substrate and the mask;
The image-side numerical aperture of the imaging optical system is set to a required value for generating the predetermined light intensity distribution,
41. The exposure method according to claim 40, wherein the substrate is set on a surface that is substantially optically conjugate with the mask.
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