JP2005026285A - 熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉを生成する際、結晶の大粒径化が可能な熱処理方法を提供する。
【解決手段】試料に光束を照射する際、光束を試料の表面の第１の領域Ａ１に対してＸ軸方向に関して第１の光強度勾配Ｒ１で照射するとともに、試料の表面の第１の領域Ａ１に連続する第２の領域Ａ２に対してＸ軸方向に関して第１の光強度勾配Ｒ１より緩やかな第２の光強度勾配Ｒ２で照射する。
【選択図】 図１
【解決手段】試料に光束を照射する際、光束を試料の表面の第１の領域Ａ１に対してＸ軸方向に関して第１の光強度勾配Ｒ１で照射するとともに、試料の表面の第１の領域Ａ１に連続する第２の領域Ａ２に対してＸ軸方向に関して第１の光強度勾配Ｒ１より緩やかな第２の光強度勾配Ｒ２で照射する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱処理方法及び熱処理装置に関し、特にアモルファスシリコンを結晶化する際に用いる熱処理方法及び熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイの高機能化、高精細化等を目的として、従来のアモルファスシリコン薄膜トランジスタ液晶ディスプレイとは別の、ポリシリコン薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ技術が注目されている。ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を多結晶化することで生成される。多結晶化する方法として固相成長法やエキシマレーザアニール（ＥＬＡ：Ｅｘｃｉｍｅｒ−ＬａｓｅｒＡｎｎｅａｌ）法等が挙げられ、このうち、低温プロセスが可能であるＥＬＡ法による量産化が近年において実現されている。下記特許文献１には、ＥＬＡ法によりａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉを生成する技術の一例が開示されている。
【０００３】
ところで、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の活性領域の寸法は例えば１μｍ以上あるため、結晶粒径が小さいと活性領域内に多数の結晶粒界（グレインバウンダリ）が存在することになる。すると、多数の結晶粒界によりキャリア（電子）の散乱等が生じて移動度が低下し、半導体デバイスの高性能化が望めなくなる。現状の方法で得られる結晶粒径は０．１μｍ程度であるため、ｐ−Ｓｉを生成するに際し、結晶の大粒径化が要求されている。
【０００４】
ＥＬＡ法では、基板上に設けられたａ−Ｓｉ膜にレーザ光束を照射し、その光束のエネルギーによりａ−Ｓｉ膜を溶融する。溶融したＳｉ（溶融Ｓｉ）は熱を放出して固化し、その際に核が生成され、この核を中心に結晶が成長して結晶化する。なお核が生成されない場合、溶融Ｓｉは再びアモルファス状態となる。ここで、核が高密度でランダムに生成されると、結晶は隣接する結晶と直ちに衝突（干渉）して互いの成長を妨げ合うため十分に成長されず、大粒径化しない。したがって、結晶を大粒径化するための必要因子として、生成される核の位置や数を制御することが挙げられる。また、大粒径化のための他の必要因子として、結晶の成長時間を引き延ばすこと、すなわちレーザ光束照射終了直後に成長が開始し、溶融状態を長時間持続して緩やかに冷却することが挙げられる。また、結晶を効率良く成長させるために成長方向を規定することも挙げられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３２４７５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術には以下に述べる問題が存在する。上記特許文献１に開示されている技術は、基板上のａ−Ｓｉ膜に対してスリット状にレーザ光束を照射し、このレーザ光束に対して基板を移動することで連続的に光束を照射しているが、核の生成位置を十分に制御できず、ランダムに生成された複数の核のそれぞれから成長した結晶が干渉し合って大粒径のｐ−Ｓｉを生成し難い可能性がある。また、スリット内の温度勾配は小さいため、結晶の成長方向が規定されない可能性がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＥＬＡ法に基づいてａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉを生成する際、結晶の大粒径化が可能な熱処理方法及び熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図２６に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の熱処理方法は、試料（Ｐ）に光束（ＥＬ）を照射する工程を有する熱処理方法において、光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）で照射するとともに、試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の光強度勾配（Ｒ２）で照射することを特徴とする。
また、本発明の熱処理方法は、基板（Ｐ）上に設けられたアモルファスシリコン膜に対して光束（ＥＬ）を照射する工程を有する熱処理方法において、光束（ＥＬ）をアモルファスシリコン膜の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）で照射するとともに、アモルファスシリコン膜の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の光強度勾配（Ｒ２）で照射することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、試料の表面の第１の領域に対して所定方向に関して急峻な第１の光強度勾配で光束を照射することにより、第１の領域を急峻な温度勾配にすることができ、これにより核の生成位置を第１の領域に規定することができる。そして、第１の領域に連続する第２の領域に、緩やかな第２の光強度勾配で光束を照射することで、第２の領域を緩やかな温度勾配にすることができ、この緩やかな温度勾配を維持しつつ固化することで、溶融状態が長時間持続された状態で冷却されるため、十分に広い成長領域を形成することができ、第１の領域に生成された核をよりどころとして（中心として）結晶を十分に成長させることができる。また、所定方向に関して第１及び第２の光強度勾配で光束を照射することで、結晶の成長方向を前記所定方向に規定することができ、結晶を効率良く成長させることができる。
【００１０】
本発明の熱処理方法は、マスク（Ｍ）に光束（ＥＬ）を照射し、マスク（Ｍ）を通過した光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）に照射する工程を有する熱処理方法において、光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）で照射するとともに、試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の光強度勾配（Ｒ２）で照射することを特徴とする。
本発明の熱処理装置（Ｓ）は、マスク（Ｍ）を支持するマスクステージ（ＭＳＴ）と、試料（Ｐ）を支持する試料ステージ（ＰＳＴ）と、マスク（Ｍ）に光束（ＥＬ）を照射する照射装置（ＩＬ）と、マスク（Ｍ）に対して試料（Ｐ）を所定方向（Ｘ）に相対移動しながら、マスク（Ｍ）を通過した光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）で照射するとともに、試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）を所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の光強度勾配（Ｒ２）で照射する制御装置（ＣＯＮＴ）とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、パターンを有するマスクを通過した光束を試料上に照射することで、第１及び第２の光強度勾配を容易に生成することができ、結晶を円滑に大粒径化することができる。
【００１２】
本発明の熱処理装置（Ｓ）は、マスク（Ｍ）を支持するマスクステージ（ＭＳＴ）と、試料（Ｐ）を支持する試料ステージ（ＰＳＴ）と、マスク（Ｍ）に光束（ＥＬ）を照射する照射装置（ＩＬ）と、マスク（Ｍ）に対して試料（Ｐ）を所定方向（Ｘ）に相対移動しながら、マスク（Ｍ）を通過した光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の勾配（Ｒ１）の積算光量で照射するとともに、試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）を所定方向（Ｘ）に関して第１の勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の勾配（Ｒ２）の積算光量で照射する制御装置（ＣＯＮＴ）とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、マスクを透過した光束を試料の表面上で重ね合わせ、この積算光量が第１及び第２の勾配を持つようにすることで、所望の光量分布を試料上で生成でき、結晶を円滑に大粒径化することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱処理方法及び熱処理装置について説明する。本発明は、試料としてのアモルファスシリコン膜の第１の領域に対して所定方向に関して急峻な第１の光強度勾配でレーザ光束を照射するとともに、アモルファスシリコン膜の第１の領域に連続する第２の領域に対して所定方向に関して緩やかな第２の光強度勾配で照射することにより、大粒径のポリシリコン結晶を形成するものである。まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の原理について説明する。
図１は本発明の原理を説明するための模式図である。ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）結晶を成長させるための核は溶融状態（液相状態）のシリコン（Ｓｉ）が固相状態に変遷するときに生成されるが、図１に示すように、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜の第１の領域Ａ１に対して所定方向（ここではＸ軸方向）に関して急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で光束を照射することにより、第１の領域Ａ１を急峻な温度勾配にすることができる。そして、急峻な温度勾配を維持しつつ冷却（固化）することで、核生成領域を比較的小さい領域に限定することができ、これにより核の生成位置を第１の領域Ａ１に規定することができる。
【００１５】
すなわち、第１の領域Ａ１が急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で光束を照射されることにより、図２の模式図に示すように、第１の光強度勾配Ｒ１に応じた第１の温度勾配Ｔ１で加熱されることになる。そして、時間経過とともに第１の領域Ａ１は冷却（固化）され、核は液相状態のＳｉが固相状態に変遷するときに生成されるが、融点Ｔｍを基準とした核生成可能温度範囲Ｔａにおいて生成される。ここで、第１の温度勾配Ｔ１は急峻であるため、核生成可能温度範囲Ｔａに対応する核生成領域を狭い領域Ａａに限定することができる。一方、第１の領域Ａ１に照射される光束の光強度勾配が緩やかであり、これに伴って第１の領域Ａ１が緩やかな温度勾配Ｔ１’となると、核生成可能温度範囲Ｔａに対応する核生成領域は大きくなり、広い領域Ａｂで核がランダムに生成されることになり、これら核を中心として成長する結晶どうしが干渉し合って互いの成長を妨げることになる。したがって、急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で第１の領域Ａ１に光束を照射することで、急峻な温度勾配を有する比較的小さい第１の領域Ａ１に核を生成でき、核の生成位置を制御できる。これにより、成長する結晶どうしが干渉して成長を妨げ合うといった不都合を回避できる。
【００１６】
そして、第１の領域Ａ１に連続する第２の領域Ａ２に、緩やかな第２の光強度勾配Ｒ２で光束を照射することで、第２の領域Ａ２を緩やかな温度勾配にすることができる。そして、図３の模式図に示すように、緩やかな温度勾配Ｔ２を維持しつつ冷却（固化）することで、溶融状態が長時間持続された状態で冷却されるため、十分に広い成長領域Ｂを形成することができ、第１の領域Ａ１に生成された核をよりどころとして結晶を十分に成長させることができる。
【００１７】
そして、Ｘ軸方向（所定方向）に関して第１、第２の光強度勾配で光束を照射することで、結晶の成長方向をＸ軸方向に規定することができ、結晶を効率良く成長させることができる。
【００１８】
ここで、第１の領域Ａ１で生成された核をよりどころとして第２の領域Ａ２で結晶を成長させるために、第１の領域Ａ１での最高温度と第２の領域Ａ２での最低温度とは略同じであることが必要である。したがって、第１の光強度勾配Ｒ１における最大光強度と第２の光強度勾配Ｒ２における最小光強度とは略同じであることが好ましい。また、第１の領域Ａ１での最高温度及び第２の領域Ａ２での最低温度が少なくともａ−Ｓｉの融点Ｔｍ以上となるように、第１の光強度勾配Ｒ１の最大光強度及び第２の光強度勾配Ｒ２の最小光強度が設定される。
【００１９】
また、第１、第２の光強度勾配Ｒ１、Ｒ２で光束を照射する範囲は、生成するｐ−Ｓｉ結晶の目標粒径に応じて設定され、少なくとも前記目標粒径より大きく設定される。そして、成長領域Ｂを含む第２の領域Ａ２は第１の領域Ａ１より大きいことが好ましい。これにより、シリコン結晶を十分に成長させることができる。
【００２０】
図４は本発明の熱処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。図４において、熱処理装置Ｓは、パターンを有するマスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、試料Ｐを支持する試料ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭに照射光（光束）ＥＬを照射する照射装置ＩＬと、照射光ＥＬを照射されたマスクＭのパターンの像を試料ステージＰＳＴに支持されている試料Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、熱処理装置Ｓの動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。試料Ｐはガラス基板上にａ−Ｓｉ膜を設けたものである。なお、ガラス基板とａ−Ｓｉ膜との間に、照射光ＥＬが照射された際のガラス基板の熱損傷を防止するため酸化珪素（ＳｉＯ２）膜を設けてもよい。
【００２１】
以下の説明において、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直な方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
【００２２】
照射装置ＩＬは、光源装置１００と、光源装置１００から射出された光束を整形してマスクＭに照射する照明光学系１０１とを備えている。光源装置１００はエキシマレーザ装置により構成されており、光源装置１００からは例えばＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が射出される。本実施形態において、光源装置１００はＫｒＦエキシマレーザ光を射出する。また、光源装置１００は所定の繰り返し周波数でパルスレーザ光を断続的に射出する。なお、光源装置１００から射出される光束としては、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などでもよい。
【００２３】
照明光学系１０１は、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを照射光（光束）ＥＬで照明するものであり、光源装置１００から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの光束ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、及び照射光ＥＬによるマスクＭ上での照明領域ＩＡを例えばスリット状に設定する視野絞り１０２等を有している。マスクＭ上の照明領域ＩＡは照明光学系１０１により均一な照度分布の照射光ＥＬで照明される。
【００２４】
マスクステージＭＳＴは、マスクＭを支持するものであって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。マスクステージＭＳＴはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤにより駆動される。マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。マスクステージＭＳＴ上には移動鏡１１１が設けられている。移動鏡１１１に対向する位置にはレーザ干渉計１１２が設けられている。マスクステージＭＳＴ上のマスクＭの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計１１２によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計１１２の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを駆動することでマスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭの位置決めを行う。
【００２５】
投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンを所定の投影倍率βで試料Ｐに投影露光するものであって、複数の光学素子で構成されている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは、投影倍率βが例えば１／４あるいは１／５の縮小系である。
なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬの倍率は方向により異なっていてもよい。
【００２６】
試料ステージＰＳＴは、試料ホルダＰＨを介して試料Ｐを保持して移動可能であって、リニアモータ等の試料ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより駆動される。試料ステージ駆動装置ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。試料ステージＰＳＴは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移動可能であるとともに、θＸ、θＹ、及びθＺ方向にも移動可能である。試料ステージＰＳＴは、試料Ｐのフォーカス位置及び傾斜角を制御して試料Ｐの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むとともに、試料ＰのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置決めを行う。試料ステージＰＳＴ上には移動鏡１１３が設けられており、移動鏡１１３に対向する位置にはレーザ干渉計１１４が設けられている。試料ステージＰＳＴ上の試料Ｐの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計１１４によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計１１４の計測結果に基づいて試料ステージ駆動装置ＰＳＴＤを駆動することで試料ステージＰＳＴに支持されている試料Ｐの位置決めを行う。
【００２７】
試料ステージＰＳＴ上のうち、試料Ｐを保持する試料ホルダＰＨ以外の所定位置には、投影光学系ＰＬを介した照射光ＥＬの光強度（光量、照度）を検出する光量センサ１１６が設けられている。光量センサ１１６のディテクタ部は試料ホルダＰＨに保持された試料Ｐの表面と略同じ高さになるように設けられている。
【００２８】
試料Ｐを支持する試料ステージＰＳＴはアニール室１１５に収容されている。アニール室１１５内部は窒素ガス等の不活性ガスで満たされており、照射光ＥＬの試料Ｐ上における照度低下を防止している。更に不図示ではあるが、照射装置ＩＬ、マスクステージＭＳＴ、及び投影光学系ＰＬを含む照射光ＥＬの光路上はハウジングで覆われており、ハウジング内部も不活性ガスで満たされている。なお、アニール室１１５や前記ハウジング内部は真空状態にされてもよい。
【００２９】
図５はマスクＭの平面図である。図５において、マスクＭ上には所定方向（Ｘ軸方向）に並んだ複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０が設定されている。パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれは矩形状であって同じ大きさに設定されている。パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれのＸ軸方向の幅Ｗは、生成するｐ−Ｓｉの目標粒径、つまり図１に示す第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とを合わせた目標粒径領域Ａ３に対応する大きさに設定されている。また、照射装置ＩＬ（照明光学系１０１）によるマスクＭ上での照明領域ＩＡはスリット状（矩形状）に設定されており、その大きさは各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０と略同じである。
【００３０】
パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれにはクロム等の遮光性材料からなる遮光部（遮光パターン）Ｃ１〜Ｃ２０が形成されており、遮光部以外は照射光ＥＬを透過する透光部（透光パターン）Ｋ１〜Ｋ２０となっている。本実施形態において、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０のそれぞれはＹ軸方向に延びるスリット状（ライン状）のパターンである。
【００３１】
複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれの遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の割合は異なる値に設定されている。具体的には、複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれについて、ライン状の遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の幅が異なる値に設定されている。このうち、遮光部Ｃ１〜Ｃ１１の幅は同じであり、Ｃ１２〜Ｃ２０に関しては漸次その幅が一定の割合で大きくなっている。例えば、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の幅Ｗに対して、遮光部Ｃ１〜Ｃ１１の幅はＷ／２０、Ｃ１２の幅は２Ｗ／２０、Ｃ１３の幅は４Ｗ／２０、Ｃ１４の幅は６Ｗ／２０、Ｃ１５の幅は８Ｗ／２０、Ｃ１６の幅は１０Ｗ／２０、Ｃ１７の幅は１２Ｗ／２０、Ｃ１８の幅は１４Ｗ／２０、Ｃ１９の幅は１６Ｗ／２０、Ｃ２０の幅は１８Ｗ／２０となっている。すなわち、ライン状の遮光部Ｃ１〜Ｃ２０のうち最も幅の狭い遮光部（Ｃ１〜Ｃ１１）が最も多く設けられており、他のパターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０に関しては漸次その幅が大きく（広く）なるように設けられている。そして、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の幅に応じて各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の透光部Ｋ１〜Ｋ２０の幅もそれぞれ異なっている。ここで、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の−Ｘ側端部のそれぞれとパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の−Ｘ側端部のそれぞれとが一致するように、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０のそれぞれは各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０に設けられている。
【００３２】
次に、上述した構成を有するマスクＭを使ってａ−Ｓｉ膜をｐ−Ｓｉ結晶にする方法について説明する。
制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬの光源装置１００を駆動し、所定の繰り返し周波数でパルスレーザ光を断続的に射出する。このパルスレーザ光の繰り返し周波数に同期させて、制御装置ＣＯＮＴはマスクＭを支持するマスクステージＭＳＴをＸ軸方向に等速で移動する。このとき、試料Ｐを支持する試料ステージＰＳＴは停止している。照射装置ＩＬ（照明光学系１０１）の照明領域ＩＡの大きさは各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０と同じ大きさに設定されており、マスクＭの各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を通過した照射光ＥＬが投影光学系ＰＬを介して試料Ｐ上の所定領域内において重ね合わせられるように照射されることにより、複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれのパターン（遮光部Ｃ１〜Ｃ２０及び透光部Ｋ１〜Ｋ２０）の像が試料Ｐ上で重ね合わせられる。
【００３３】
図６は各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を通過した照射光ＥＬの試料Ｐ上での積算光量（積算照射量）を示す模式図である。図６に示すように、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ１１に設けられた遮光部Ｃ１〜Ｃ１１の幅が同じ値に設定されているとともに、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０の遮光部Ｃ１２〜Ｃ２０の幅が漸次大きくなるように設定されているので、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を通過した照射光ＥＬを試料Ｐ上で重ね合わせることにより、制御装置ＣＯＮＴは、試料Ｐ上で第１の光強度勾配Ｒ１と第１の光強度勾配Ｒ１より緩やかな第２の光強度勾配Ｒ２とを有する積算光量を生成することができる。
【００３４】
図７は第１の光強度勾配Ｒ１及び第２の光強度勾配Ｒ２で照射光ＥＬを照射されたａ−Ｓｉ膜がｐ−Ｓｉに変遷する様子を示す模式図である。図７に示すように、急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で照射光ＥＬを照射されたａ−Ｓｉ膜の比較的狭い第１の領域Ａ１には、一旦溶融したＳｉが固化することで核が生成される。そして、この核をよりどころとして、広い領域である第２の領域Ａ２においてシリコン結晶が＋Ｘ方向に成長する。
【００３５】
なお、本実施形態ではパターン形成領域はＰＡ１〜ＰＡ２０の２０個設定されているように説明したが、もちろん任意の数だけ設定可能である。また、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の幅（大きさ）の変化率も、急峻な第１の光強度勾配Ｒ１及びこれよりも緩やかな第２の光強度勾配Ｒ２を生成可能であれば任意に設定可能である。
【００３６】
本実施形態では、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０の各遮光部Ｃ１２〜Ｃ２０の幅が漸次大きくなるように説明したが、例えば漸次小さくなるように設けたり、あるいはランダムにその幅が変化させてもよい。つまり、試料Ｐ上での積算光量が、第１の勾配Ｒ１とこの第１の勾配Ｒ１より緩やかな第２の勾配Ｒ２とを有するように照射光ＥＬを照射可能であれば、互いにその幅（大きさ）が異なる複数の遮光部のマスクＭ上での配列は任意に設定可能である。
【００３７】
本実施形態では、試料Ｐを停止した状態でマスクＭをＸ軸方向に移動するように説明したが、マスクＭを停止した状態で試料Ｐを移動するようにしてもよい。この場合、照射装置ＩＬは試料Ｐの移動に同期してマスクＭ上の各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに照射光ＥＬを照射する。あるいは、マスクＭと試料Ｐとの双方をＸ軸方向に移動するようにしてもよい。
【００３８】
ところで、マスクＭ（あるいは試料Ｐ）を停止した状態で照射光ＥＬを照射することにより、このマスクＭ（試料Ｐ）は照射光ＥＬにより加熱される。したがって、マスクＭ（試料Ｐ）を冷却する冷却機構を設け、マスクＭ（試料Ｐ）の過剰な加熱を防止するようにしてもよい。
【００３９】
本実施形態において、マスクＭはＸ軸方向に等速で移動するように説明したが、不等速で移動してもよい。このとき、制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬによる照射光ＥＬを照射するタイミングや光量（マスクＭ上での照度）を調整しつつ照射光ＥＬを照射する。一方、マスクＭを等速で移動することにより、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を同じ大きさに設定して照射装置ＩＬから一定の周波数でパルスレーザ光を射出することにより、試料Ｐ上で第１の光強度勾配Ｒ１と第２の光強度勾配Ｒ２とを有する積算光量を容易に得ることができ、マスクＭの製造や照射装置ＩＬの制御を容易に行うことができる。
【００４０】
本実施形態において、照射装置ＩＬは所定の繰り返し周波数でパルスレーザ光を射出するように説明したが、連続光を射出してもよい。この場合、照射装置ＩＬの光路上にシャッタを設け、制御装置ＣＯＮＴはマスクＭの移動に同期して、前記シャッタを使って照射光ＥＬの光路を遮蔽及び遮蔽解除する。
【００４１】
試料Ｐ上における照射光ＥＬの光強度（照度）の調整は、光源装置１００の出力を調整することで行うこともできるし、あるいは上記シャッタの動作を制御することで行うこともできる。また、光強度の調整を行う際、試料ステージＰＳＴ上に設けられた光量センサ１１６で照射光ＥＬの光強度を検出し、この検出結果に基づいて調整を行うことができる。あるいは、光源装置１００又は照明光学系１０１の光路上に照射光ＥＬの光強度（照度）を検出可能な光量検出装置（光量モニタ）を設け、この光量モニタの検出結果に基づいて、光強度を調整するようにしてもよい。
【００４２】
本実施形態では、第１の光強度勾配Ｒ１における最大光強度と、第２の光強度勾配Ｒ２における最小光強度とを略同じにして、第１の領域Ａ１での最高温度と第２の領域Ａ２での最低温度とが略同じになるようにしているが、第１の領域Ａ１での最高温度及び第２の領域Ａ２での最低温度のそれぞれがａ−Ｓｉの融点Ｔｍ以上に設定可能であれば、第１の光強度勾配Ｒ１における最大光強度と、第２の光強度勾配Ｒ２における最小光強度とは異なる値であってもよい。一方、第１の光強度勾配Ｒ１における最大光強度と第２の光強度勾配Ｒ２における最小光強度とを略同じにすることにより、第１の領域Ａ１で生成された核をよりどころとして第２の領域Ａ２においてシリコン結晶を円滑に成長させることができる。
【００４３】
本実施形態では、マスクＭ上に複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を設定し、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれの遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の割合を異なる値に設定し、これら各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせ、試料Ｐ上での積算光量が第１の勾配Ｒ１及び第２の勾配Ｒ２を有するように照射光ＥＬを照射する構成であるが、例えば、図８に示すように、Ｘ軸方向に関するパターン密度変化率が急峻な第１のパターン形成領域ＰＡ１と、この第１のパターン形成領域ＰＡ１に連続するように設けられ、Ｘ軸方向に関するパターン密度変化率が緩やかで、第１のパターン形成領域ＰＡ１より大きい第２のパターン形成領域ＰＡ２とを有するマスクＭを用意し、このマスクＭ及び試料Ｐを停止した状態でマスクＭに照射光ＥＬを照射し、これら第１、第２パターン形成領域ＰＡ１、ＰＡ２のパターンを一括して試料Ｐに投影露光するようにしてもよい。なお、ここでいうパターン密度とは、マスクＭ上の単位面積当たりに形成される遮光部の割合である。一方、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の割合が異なる値に設定された複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０をマスクＭ上に並べて配置し、マスクＭに対して試料Ｐを相対移動しながら照射光ＩＬを照射することにより、マスクＭ上には遮光部Ｃ１〜Ｃ２０と透光部Ｋ１〜Ｋ２０との２値的な光透過率を有するパターンを形成すればよいので、マスクＭを容易に製造することができる。
【００４４】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明において、上述した実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図９はマスクＭの他の実施形態を示す平面図である。図９において、マスクＭ上に設定された複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれには、Ｙ軸方向に延び、所定の幅を有する遮光部Ｃ１〜Ｃ２０が設けられている。本実施形態において、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０のそれぞれは同じ幅（Ｗ／２０）に設定されており、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の−Ｘ側端部のそれぞれに設けられている。そして、複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のうち一部のパターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０には、試料Ｐ上で解像しない程度の細い線幅を有し、Ｙ軸方向に延びるライン状遮光部Ｌ（Ｌ１２〜Ｌ２０）が、遮光部Ｃ１２〜Ｃ２０のそれぞれに隣接する位置に設けられている。ライン状遮光部Ｌ１２〜Ｌ２０の数は、複数のパターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のそれぞれについて互いに異なる値となっている。本実施形態において、ライン状遮光部Ｌの数は、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０に関して漸次その数が一定の割合で増えている。例えば、パターン形成領域ＰＡ１２のライン状遮光部Ｌ１２は２本設けられており、パターン形成領域ＰＡ１３のライン状遮光部Ｌ１３は４本設けられている。以下同様に、パターン形成領域ＰＡ１４〜ＰＡ２０のライン状遮光部Ｌ１４〜Ｌ２０は、６本、８本、１０本、１２本、１４本、１６本、１８本設けられている。これらライン状遮光部Ｌ１２〜Ｌ２０は一定の間隔で設けられている。
【００４５】
制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬにより、上記マスクＭのパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに照射光ＥＬを照射し、これらパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせることで、試料Ｐ上の第１、第２の領域Ａ１、Ａ２のそれぞれに第１、第２の光強度勾配Ｒ１、Ｒ２で照射光ＥＬを照射することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに試料Ｐ上で解像する幅を有する遮光部Ｃ１〜Ｃ２０が設けられ、これに付随して解像しない程度の線幅を有するライン状遮光部Ｌ１２〜Ｌ２０が設けられているが、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０が形成されている領域に、解像しない程度の線幅を有するライン状遮光部Ｌを各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれについて複数設けるようにしてもよい。つまり、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０に設けられる遮光部の全てを、試料Ｐ上で解像しない程度の線幅を有するライン状遮光部Ｌで構成することもできる。
【００４７】
図１０はマスクＭの他の実施形態を示す平面図である。図１０において、マスクＭ上のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれには円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０が形成されており、これら円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０それぞれの径は互いに異なる値に設定されている。このうち、円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ１１の径は同じであり、Ｅ１２〜Ｅ２０に関しては漸次その径が一定の割合で大きくなっている。例えば、円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ１１の直径はＷ／２０、Ｅ１２の直径は２Ｗ／２０、Ｅ１３の直径は４Ｗ／２０、Ｅ１４の直径は６Ｗ／２０、Ｅ１５の直径は８Ｗ／２０、Ｅ１６の直径は１０Ｗ／２０、Ｅ１７の直径は１２Ｗ／２０、Ｅ１８の直径は１４Ｗ／２０、Ｅ１９の直径は１６Ｗ／２０、Ｅ２０の直径は１８Ｗ／２０となっている。すなわち、複数の円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０のうち、最も径の小さい円形状遮光部（Ｅ１〜Ｅ１１）が最も多く設けられており、他のパターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０に関しては漸次その径が大きくなるように設けられている。ここで、各円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０それぞれの中心位置は、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の例えば図中、左上角部に設けられた基準位置Ｏ１〜Ｏ２０のそれぞれに対して同じ位置（座標）になるように設けられている。換言すれば、円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０は、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれの中心に設けられている。
【００４８】
制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬにより、上記マスクＭの各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに照射光ＥＬを照射し、これら各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせることで、試料Ｐ上の第１、第２の領域Ａ１、Ａ２のそれぞれに第１、第２の光強度勾配Ｒ１、Ｒ２で照射光ＥＬを照射することができる。本実施形態において、試料Ｐ上の第１の領域Ａ１は円形状の小さい領域であり、第２の領域Ａ２は、この第１の領域Ａ１を囲む円環状の広い領域である。ここで、複数の円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０のうち最大径を有する円形状遮光部Ｅ２０の直径が、生成するｐ−Ｓｉ結晶の目標粒径に応じて設定されている。
【００４９】
図１１は円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０を有するマスクＭを介して照射光ＥＬが照射されたａ−Ｓｉ膜がｐ−Ｓｉに変遷する様子を示す模式図である。図１１に示すように、急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で照射光ＥＬを照射されたａ−Ｓｉ膜の円形状の第１の領域Ａ１には、一旦溶融したＳｉが固化することで核が生成される。そして、この核をよりどころとして、第２の領域Ａ２においてシリコン結晶が円環状（放射状）に成長する。
【００５０】
図１２はマスクＭの他の実施形態を示す平面図である。図１２において、マスクＭ上のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれは同じ大きさに設定されており、その−Ｘ側端部にはＹ軸方向に延びるライン状の遮光部Ｃ１〜Ｃ２０がそれぞれ設けられている。遮光部Ｃ１〜Ｃ２０は図５を参照して説明した実施形態と同様の構成である。つまり、遮光部Ｃ１〜Ｃ１１は同じ幅（Ｗ／２０）を有し、遮光部Ｃ１２〜Ｃ２０に関しては漸次その幅が大きくなるように設けられている。そして、本実施形態において、マスクＭ上には、Ｙ軸方向に所定間隔で第２遮光部Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）が設けられている。本実施形態において、第２遮光部はＨ１、Ｈ２の２つ設けられている。第２遮光部Ｈ１、Ｈ２のそれぞれはＸ軸方向に延びるライン状遮光部であって、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ６に亘って設けられている。
【００５１】
制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬにより、上記マスクＭの各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに照射光ＥＬを照射し、これら各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせることで、試料Ｐ上の第１、第２の領域Ａ１、Ａ２のそれぞれに、Ｘ軸方向に関して第１、第２の光強度勾配Ｒ１、Ｒ２で照射光ＥＬを照射することができる。更に、第２遮光部Ｈ１、Ｈ２により、制御装置ＣＯＮＴは、試料Ｐの表面でＹ軸方向に関しても光強度の分布が生じるように照射光ＥＬを照射することができる。
【００５２】
図１３は第２遮光部Ｈ１、Ｈ２を有するマスクＭを介して照射光ＥＬが照射されたａ−Ｓｉ膜がｐ−Ｓｉに変遷する様子を示す模式図である。第２遮光部Ｈ１、Ｈ２により、試料Ｐ上にはＹ軸方向に関して光強度分布に応じた温度分布が生じ、Ｙ軸方向に関する各位置において、一旦溶融したＳｉが固化するタイミングが互いに異なる。ここで、第２遮光部Ｈ１、Ｈ２は、試料Ｐ上の第１の領域Ａ１に第１の光強度勾配Ｒ１を生成するための遮光部Ｃ１〜Ｃ１１を有するパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ１１のうち、一部のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ６に設けられている。したがって、試料Ｐ上でのＹ軸方向に関する光強度分布は第１の領域Ａ１を含む領域（核生成領域）に生成されることになる。そして、第１の領域Ａ１でのＹ軸方向に関する各位置において一旦溶融したＳｉが固化するタイミングが互いに異なるため、図１３に示すように、核はＸ軸方向に関してずれた位置に生成される。つまり、図１３中、第１の領域Ａ１においてＹ軸方向に並ぶように生成される複数の核のうち、特定の核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が＋Ｘ方向に突出した位置に生成される。この突出した核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３に対して、結晶の成長方向前方側（つまり＋Ｘ側）には結晶粒が存在しない。また、隣り合う特定の核Ｇ１〜Ｇ３どうしの離間距離は十分に大きい。したがって、この突出した核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ２をよりどころとして成長する結晶は、前方（＋Ｘ方向）のみならず、左右方向（±Ｙ方向）にも成長することができ、より大きく成長することができる。
【００５３】
以上説明したように、マスクＭ上に、Ｘ軸方向に延びる遮光部Ｃ１〜Ｃ２０とともにＹ軸方向に延びる第２遮光部Ｈ１、Ｈ２を設けたことにより、試料Ｐ表面のＸＹ方向（二次元方向）に光強度分布を生成することができる。特に、核生成領域である第１の領域Ａ１において二次元方向に光強度分布を生成することにより、Ｙ軸方向に並んで生成される核の生成位置をＸ軸方向に関して互いにずれた位置に設けることができる。したがって、成長方向前方側に突出した位置に生成された核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３どうしは互いの離間距離を大きくすることができるので、この核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３をよりどころとして、＋Ｘ方向のみならず±Ｙ方向にも十分に結晶が成長する。
【００５４】
なお、本実施形態では、Ｙ軸方向の光強度の分布を生成するために、Ｙ軸方向に所定間隔で設けられた第２遮光部Ｈ１、Ｈ２を有するマスクＭを使っているが、図１４に示すように、マスクＭ上にＹ軸方向に関して光強度分布を干渉効果により生成可能な位相シフタを設け、このマスクＭを介した照射光ＥＬを試料Ｐに照射するようにしてもよい。
【００５５】
図１５は本発明の他の実施形態を説明するための模式図である。ライン状の遮光部Ｃを有するマスクＭに対して照射光ＥＬを照射し、マスクＭのパターンを投影光学系ＰＬを介して試料Ｐ上に露光するに際し、図１５（ａ）に示すように、試料Ｐ表面が投影光学系ＰＬの像面と合致し、マスクＭのパターン形成面も試料Ｐに対して共役な位置（つまり物体面）と合致又は略合致している場合、試料Ｐ上における光強度分布は、ラインａ１で示すように、急峻な勾配（第１の光強度勾配）を有する。一方、図１５（ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの像面（あるいは物体面）に対する試料Ｐ又はマスクＭの位置をずらす（デフォーカスさせる）ことにより、試料Ｐ上における光強度分布は、ラインｂ１で示すように、緩やかな勾配（第２の光強度勾配）を有する。したがって、これらを試料Ｐ上で合成することで、試料Ｐに第１の光強度勾配Ｒ１及び第２の光強度勾配Ｒ２を有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することができる。なお図１５（ｂ）には、マスクＭをデフォーカスさせた状態が図示されているが、試料Ｐをデフォーカスさせてもよいし、マスクＭと試料Ｐとの双方をデフォーカスさせてもよい。また、デフォーカスさせるために、アニール室１１５や、投影光学系ＰＬを構成する光学素子を収容するハウジング（鏡筒）内の気体密度を変化させて光屈折率を変えることによりデフォーカスさせてもよい。あるいは、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子のうち特定の光学素子を駆動することでデフォーカスさせてもよい。
【００５６】
図１６は、図１５を参照して説明した実施形態の変形例を示す図である。図１６において、マスクＭの上面及び下面のそれぞれにライン状の遮光部Ｃが形成されている。マスクＭの下面に設けられた遮光部Ｃは投影光学系ＰＬの物体面（焦点位置）に合致又は略合致しており、マスクＭの上面に設けられた遮光部Ｃはデフォーカスされている。ここで、マスクＭの上面及び下面のそれぞれに形成されている遮光部ＣのＸＹ平面内における位置は略一致している。マスクＭの下面に設けられた遮光部Ｃの像により第１の光強度勾配Ｒ１が形成され、上面に設けられた遮光部Ｃの像により第２の光強度勾配Ｒ２が形成されるので、制御装置ＣＯＮＴは照射装置ＩＬによりマスクＭに対して照射光ＥＬを照射することで、試料Ｐ上に第１の光強度勾配Ｒ１と第２の光強度勾配Ｒ２とを有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することができる。
【００５７】
あるいは、図１７に示すように、遮光部Ｃを有するマスクＭを２枚用意し、一方のマスクＭのパターン形成面（遮光部Ｃ）を投影光学系ＰＬの焦点位置に合致させ、他方のマスクＭのパターン形成面（遮光部Ｃ）をデフォーカスさせることによっても、試料Ｐ上に第１の光強度勾配Ｒ１と第２の光強度勾配Ｒ２とを有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することができる。
【００５８】
また、図１６及び図１７を参照して説明した実施形態において、照明光学系１０１内に設けられた開口絞りを変更することによっても、試料Ｐ上での光強度分布を変化させることができる。この場合、互いに大きさの異なる開口部を有するターレットを照明光学系１０１内に設け、ターレットを回転して照射光ＥＬの光路上に複数の開口部のうち特定の開口部を配置することにより、開口数を変更することができる。
【００５９】
図１８は本発明の他の実施形態を説明するための模式図である。図１８において、マスクＭ上にはＸ軸方向に並んだ複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０が設けられており、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれの中央部にライン状の遮光部Ｃが設けられている。なお、遮光部Ｃのそれぞれは同じ幅でもよいし互いに異なる幅でもよい。制御装置ＣＯＮＴは、パルスレーザ光の繰り返し周波数に同期して試料ＰをＸ軸方向に移動しつつ、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０に照射光ＥＬを照射し、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれのパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせる。ここで、制御装置ＣＯＮＴは、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ１１のパターンを露光するときに（試料Ｐ上の所定領域がパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ１１に対応する位置を通過するときに）、試料Ｐを投影光学系ＰＬの像面に対して合致させ、一方、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のパターンを露光するときに、試料Ｐの投影光学系ＰＬの像面に対する離間距離を漸次大きくする。換言すれば、試料Ｐを支持して移動する試料ステージＰＳＴの移動軌跡を、上方あるいは下方のいずれか一方に傾斜させる。これにより、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のパターンはデフォーカスされた状態で試料Ｐに露光され、試料Ｐ上に第２の光強度勾配Ｒ２が生成される。なおここでは、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のパターンを試料Ｐに露光するときに、試料ＰのＺ軸方向の位置を調整して投影光学系ＰＬの像面と試料Ｐとの距離を漸次大きくしているが、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のパターンを試料Ｐに露光するときに、マスクＭのＺ軸方向の位置を漸次変化させてもよいし、マスクＭと試料Ｐとの双方のＺ軸方向における位置を変化させてもよい。
【００６０】
なお、上記各実施形態では、遮光部（遮光パターン）を有するマスクＭに照射光ＥＬを照射することで、試料Ｐ上で所望の光強度勾配を得る構成であるが、マスクＭを使わずに第１の光強度勾配Ｒ１及び第２の光強度勾配Ｒ２を有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することもできる。例えば、マスクステージＭＳＴにマスクＭを載置しない状態で照射装置ＩＬより照射光ＥＬを射出し、投影光学系ＰＬを介して試料Ｐ上に照射光ＥＬを照射する。そして、視野絞り１０２によって設定されるスリット状の照明領域ＩＡに対して試料Ｐを照明領域ＩＡの幅Ｗより小さい移動距離でＸ軸方向にステップ移動し、照射光ＥＬを試料Ｐ上で重ね合わせることにより、図１９に示す模式図のように、第１の光強度勾配Ｒ１及び第２の光強度勾配Ｒ２で照射光ＥＬを試料Ｐに照射することができる。なおここでは、照明領域ＩＡに対して試料Ｐを照明領域ＩＡの幅Ｗより小さい移動距離でステップ移動しているが、照明領域ＩＡの幅と同程度の移動距離でステップ移動してもよい。あるいは、視野絞り１０２を可変視野絞りとし、照明領域ＩＡの大きさ（幅）を変化させながら照射光ＥＬを照射してもよい。あるいは、試料Ｐを停止した状態で視野絞り１０２を駆動するようにしてもよい。
【００６１】
あるいは、図２０に示すような傾斜部１０２Ａを含む台形形状の開口部を有する視野絞り１０２を照明光学系１０１に設け、この台形形状の開口部を通過した照射光ＥＬを投影光学系ＰＬを介して試料Ｐ上に投影することで、第１の光強度勾配Ｒ１と第２の光強度勾配Ｒ２とを有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することができる。視野絞り１０２の開口部の傾斜部１０２Ａの傾斜角度は、第２の光強度勾配Ｒ２に応じて設定される。ここで、視野絞り１０２は、投影光学系ＰＬの像面と共役な位置に対して僅かにずれた位置に配置される。したがって、開口部の端部１０２Ｂを通過する光束により、試料Ｐ上で第１の光強度勾配Ｒ１が形成される。なお、本実施形態における結晶の成長方向はＹ軸方向である。
【００６２】
次に、本発明の熱処理装置の他の実施形態について図２１及び図２２を参照しながら説明する。図２１は本実施形態に係る熱処理装置の概略斜視図、図２２は概略構成図であって、図２１に示すように、熱処理装置Ｓは複数並んだ投影光学系ＰＬを有している。
図２１及び図２２において、熱処理装置Ｓは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、試料Ｐを支持する試料ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されたマスクＭに照射光ＥＬを照射する照射装置ＩＬと、照射光ＥＬを照射されたマスクＭのパターンの像を試料ステージＰＳＴに支持されている試料Ｐに投影する投影光学系ＰＬとを備えている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは複数（５つ）の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｅを有しており、照射装置ＩＬ（照明光学系１０１）も投影光学モジュールの数及び配置に対応して複数（５つ）の照明系モジュールを有している。複数の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｅのうち、投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅと投影光学モジュールＰＬｂ、ＰＬｄとが２列に千鳥状に配列されている。
【００６３】
マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴは移動可能に設けられており、一次元の走査露光を行うべくＸ軸方向への長いストロークと、走査方向と直交するＹ軸方向への所定距離のストロークとを有している。試料ステージＰＳＴも、マスクステージＭＳＴと同様に、一次元の走査露光を行うべくＸ軸方向に長いストロークと、走査方向と直交するＹ軸方向にステップ移動するための長いストロークとを有している。
【００６４】
図２１に示すように、マスクＭの走査方向両側（±Ｘ側）には複数のマーク（マーク群）を有するマーク形成領域２７、２８が設けられている。−Ｘ側のマーク形成領域２７にはＹ軸方向に所定間隔で並ぶ複数のマーク３０が形成されている。一方、＋Ｘ側のマーク形成領域２８にはＹ軸方向に所定間隔で並ぶ複数のマーク３１が形成されている。また、試料ステージＰＳＴの−Ｘ側の所定位置にはＹ軸方向に沿って延在する基準部材２９が設けられており、基準部材２９にはＹ軸方向に所定間隔で並ぶマーク４０が形成されている。以下の説明において、マスクＭに形成されたマーク３０及び３１を適宜「マスク側ＡＩＳマーク」と称する。また、試料ステージＰＳＴに形成されたマーク４０を適宜「試料側ＡＩＳマーク」と称する。一方、試料ステージＰＳＴの＋Ｘ側の所定位置には、Ｙ軸方向に所定間隔で並ぶ複数の光量センサ１１６が設けられている。
【００６５】
図２２に示すように、投影光学モジュールＰＬｄは、シフト調整機構５と、二組の反射屈折型光学系１０、２０と、像面調整機構６と、不図示の視野絞りと、スケーリング調整機構７とを備えている。なお、他の投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｂ、ＰＬｃ、ＰＬｅも投影光学モジュールＰＬｄと同様の構成である。マスクＭを透過した光束は、シフト調整機構５に入射する。シフト調整機構５は、θＹ方向に回転可能に設けられた平行平面ガラス板５Ａと、θＸ方向に回転可能に設けられた平行平面ガラス板５Ｂと有している。平行平面ガラス板５Ａはモータなどの駆動装置５ＡｄによりθＹ方向に回転し、平行平面ガラス板５Ｂはモータなどの駆動装置５ＢｄによりθＸ方向に回転する。平行平面ガラス板５ＡがθＹ方向に回転することにより試料Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＸ軸方向にシフトし、平行平面ガラス板５ＢがθＸ方向に回転することにより試料Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＹ軸方向にシフトする。駆動装置５Ａｄ，５Ｂｄの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴによりそれぞれ独立して制御されるようになっている。駆動装置５Ａｄ，５Ｂｄのそれぞれは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、平行平面ガラス板５Ａ，５Ｂのそれぞれを所定速度で所定量（所定角度）回転する。シフト調整機構５を透過した光束は、１組目の反射屈折型光学系１０に入射する。
【００６６】
反射屈折型光学系１０は、マスクＭのパターンの中間像を形成するものであって、直角プリズム１１と、レンズ１２と、凹面鏡１３とを備えている。直角プリズム１１はθＺ方向に回転可能に設けられており、モータなどの駆動装置１１ｄによりθＺ方向に回転する。直角プリズム１１がθＺ方向に回転することにより試料Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はθＺ方向に回転する。すなわち、直角プリズム１１はローテーション調整機構としての機能を有している。駆動装置１１ｄの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっている。駆動装置１１ｄは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、直角プリズム１１を所定速度で所定量（所定角度）回転する。反射屈折型光学系１０により形成されるパターンの中間像位置には不図示の視野絞りが配置されている。視野絞りは、試料Ｐ上における投影領域を設定するものである。
【００６７】
反射屈折型光学系２０は、反射屈折型光学系１０と同様に、ローテーション調整機構としての直角プリズム２１と、レンズ２２と、凹面鏡２３とを備えている。直角プリズム２１もモータなどの駆動装置２１ｄの駆動によりθＺ方向に回転するようになっており、回転することで試料Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像をθＺ方向に回転する。駆動装置２１ｄの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっており、駆動装置２１ｄは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、直角プリズム２１を所定速度で所定量（所定角度）回転する。
【００６８】
反射屈折型光学系２０から射出した光束は、スケーリング調整機構７を通り、試料Ｐ上にマスクＭのパターンの像を正立等倍で結像する。スケーリング調整機構７は、図２２に示すようにレンズをＺ軸方向に移動させたり、又は３枚のレンズ構成で例えば、凹レンズ、凸レンズ、凹レンズから構成され、凹レンズと凹レンズとの間に位置する凸レンズをＺ軸方向に移動させることにより、マスクＭのパターンの像の倍率（スケーリング）調整を行うようになっている。図２２に示す形態の場合、凸レンズは駆動装置７ｄにより移動するようになっており、駆動装置７ｄは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。駆動装置７ｄは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、凸レンズを所定速度で所定量移動させる。なお、凸レンズは、両凸レンズでも平凸レンズでもよい。
【００６９】
二組の反射屈折型光学系１０，２０の間の光路上には、投影光学モジュールＰＬｄの結像位置及び像面の傾斜を調整する像面調整機構６が設けられている。像面調整機構６は反射屈折型光学系１０による中間像が形成される位置近傍に設けられている。すなわち、像面調整機構６はマスクＭ及び試料Ｐに対してほぼ共役な位置に設けられている。像面調整機構６は、第１光学部材６Ａと、第２光学部材６Ｂと、第１光学部材６Ａ及び第２光学部材６Ｂを非接触状態に支持する不図示のエアベアリングと、第２光学部材６Ｂに対して第１光学部材６Ａを移動する駆動装置６Ａｄ、６Ｂｄとを備えている。第１光学部材６Ａ及び第２光学部材６Ｂのそれぞれはくさび状に形成され露光光ＥＬを透過可能なガラス板であり、一対のくさび型光学部材を構成している。照射光ＥＬはこの第１光学部材６Ａ及び第２光学部材６Ｂのそれぞれを通過する。駆動装置６Ａｄ、６Ｂｄの駆動量及び駆動速度、すなわち第１光学部材６Ａと第２光学部材６Ｂとの相対的な移動量及び移動速度は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。第２光学部材６Ｂに対して第１光学部材６ＡがＸ軸方向にスライドするように移動することにより投影光学モジュールＰＬｄの像面位置がＺ軸方向に移動し、第２光学部材６Ｂに対して第１光学部材６ＡがθＺ方向に回転することにより投影光学モジュールＰＬｄの像面が傾斜する。
【００７０】
上記シフト調整機構５、ローテーション調整機構１１、２１、スケーリング調整機構７、及び像面調整機構６により、投影光学系ＰＬの結像特性を補正する結像特性制御装置が構成されている。なお、結像特性制御装置としては、一部の光学素子（レンズ）間を密封して内部圧力を調整する機構であってもよい。
【００７１】
基準部材２９に形成された試料側ＡＩＳマーク４０のＺ軸方向における形成位置（高さ）は試料Ｐの表面（露光面）と略一致するように設定されている。また、マスク側ＡＩＳマーク３０、３１はマスクＭの特定位置（例えば中心位置）に対して所定の位置関係で設けられている。基準部材２９の下方には、試料ステージＰＳＴに埋設されるように、基準部材２９を通過した光を受光可能なＡＩＳ受光系６０が設けられている。ＡＩＳ受光系６０は、レンズ系６１と、レンズ系６１を介した光を受光するＣＣＤからなる撮像素子６２とを備えている。ＡＩＳ受光系６０（撮像素子６２）の受光結果は制御装置ＣＯＮＴに出力されるようになっている。
【００７２】
図２３は、ＡＩＳ受光系６０がＡＩＳマーク検出を行っている状態を示す図である。図２３に示すように、制御装置ＣＯＮＴは、いわゆるスルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）方式により、ＡＩＳ受光系６０（撮像素子６２）でマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）と試料側ＡＩＳマーク４０とを検出し、この検出結果に基づいてマスクＭと試料ステージＰＳＴとの相対位置を求める。具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、撮像素子６２でマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）の像と試料側ＡＩＳマーク４０の像とが一致するようにマスクステージＭＳＴ及び試料ステージＰＳＴを移動し、照明光学系ＩＬでマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）を照明する。マスクＭを通過した照射光ＥＬは投影光学系ＰＬを通過するとともに試料側ＡＩＳマーク４０を通過し撮像素子６２に導かれる。制御装置ＣＯＮＴは投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅを介してマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）及び試料側ＡＩＳマーク４０の相対位置（位置ずれ量）を計測することにより、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの各結像特性（シフト、スケーリング、ローテーション）を計測する。制御装置ＣＯＮＴは求めた結像特性の計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性が精度保証範囲内になるように補正量を求め、求めた補正量に基づいて上記結像特性制御装置５、６、７、１１、２１を駆動して結像特性を補正する。図２３には、マスク側ＡＩＳマーク３０と試料側ＡＩＳマーク４０とを同時に検出する状態が示されているが、マスクステージＭＳＴを移動することで、マスク側ＡＩＳマーク３１と試料側ＡＩＳマーク４０とを同時に計測することもできる。そして、マスク側ＡＩＳマーク３０、３１のそれぞれに関する計測結果に基づいて、制御装置ＣＯＮＴはマスクＭのマスクステージＭＳＴ上における所望の位置に対する置き位置ずれ（θＺ方向の位置ずれ）やマスクＭの膨張量に関する情報を求めることができ、求めた前記位置ずれやマスクＭの膨張に起因する像変化を補正するために、上記結像特性制御装置を使って投影光学系ＰＬの結像特性を調整することもできる。
【００７３】
なお、制御装置ＣＯＮＴは、試料ステージＰＳＴ上に設けられた複数の光量センサ１１６を使って、各投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｅ間での照度ムラを含む照度情報を求め、求めた照度情報に基づいて照度ムラを補正することができる。なお照度ムラを補正するために、制御装置ＣＯＮＴは例えば照明光学モジュールのそれぞれに設けられている光量調整フィルタを駆動する。また、制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系１０１及び投影光学系ＰＬを含む照射光ＥＬの光路上に配置される光学系の透過率変化、あるいは光源装置１００の光量変化を予測し、これに基づいて各投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｅを通過して試料Ｐ上に照射される照射光ＥＬの光量（照度）を調整することもできる。
【００７４】
また、制御装置ＣＯＮＴは、光量センサ１１６を使って試料Ｐ（試料ステージＰＳＴ）のフォーカス調整を行うこともできる。すなわち、投影光学系ＰＬの像面と光量センサ１１６のＺ軸方向（フォーカス方向）の位置とが合致した状態において、光量センサ１１６で受光される照射光ＥＬの光量（照度）は最大値を示すので、投影光学系ＰＬを通過した照射光ＥＬを光量センサ１１６で受光しつつ試料ステージＰＳＴをＺ軸方向に移動し、最大照度が得られる光量センサ１１６のＺ軸方向の位置を検出することで、投影光学系ＰＬの像面位置を求めることができる。また、干渉計１１４で試料ステージＰＳＴの位置をモニタしつつ試料ステージＰＳＴをＸＹ方向に移動しながら、照射光ＥＬを光量センサ１１６で受光することで、マスクＭのパターン像のＸＹ方向における位置も検出することができる。
【００７５】
図２４は試料ステージＰＳＴに設けられた試料ホルダＰＨの一例を示す図であって、図２４（ａ）は要部拡大断面図、図２４（ｂ）は平面図である。
図２４において、試料ホルダＰＨは、試料Ｐの下面（被支持面）ＰＢの一部を支持する第１支持部７１と、第１支持部７１に接続する第２支持部７２とを備えている。第１支持部７１は、試料Ｐの下面ＰＢに向かって延び、下面ＰＢの複数の所定位置のそれぞれを支持する複数の凸状部材７３と、これら凸状部材７３の下端に接続する板状のベース部材７４を備えている。なお、図２４に示す例では凸状部材７３とベース部材７４とは一体成形されている。
【００７６】
凸状部材７３は略円柱状部材であって、図２４（ｂ）に示すように平面視マトリクス状に配置されている。凸状部材７３の上端面（支持面）７５は略円形状の平坦面であって、この上端面７５で試料Ｐの下面ＰＢを支持する。試料Ｐの下面ＰＢは、平面視マトリクス状に配置された凸状部材７３の支持面（上端面）７５のそれぞれで支持される。本実施形態では、試料Ｐの下面ＰＢのうち、第１支持部１の支持面７５に支持される総面積は、支持面７５に支持される以外の部分のより小さく設定されている。支持面７５のそれぞれには、バキューム装置９０に流路９１を介して接続した吸着穴（吸着部）７６が設けられている。試料Ｐの下面ＰＢは吸着穴７６を介して吸着保持される。流路９１の一端部はバキューム装置９０に接続しており、他端部は分岐して分岐流路９１Ｂとなっている。そして、分岐流路９１Ｂが吸着穴７６のそれぞれに接続されている。分岐流路９１Ｂのそれぞれには、吸着穴７６を介した単位時間当たりのガス吸引量を調整するための弁９２が設けられている。弁９２の動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。制御装置ＣＯＮＴは弁９２のそれぞれの動作を制御することにより、吸着穴７６それぞれによる試料Ｐに対する吸着力を個別に設定可能となっている。
【００７７】
第２支持部７２は、凸状部材７３の支持面７５とは異なる部分、本実施形態では、ベース部材７４の上面及び凸状部材７３の側面に接続するに設けられている。そして、複数の凸状部材７３と第２支持部７２とを接続するようにして、第１支持部７１と第２支持部７２とが連結されている。ここで、本実施形態では、第２支持部７２は凸状部材７３の側面の高さ方向中央部より下方に接続されている。したがって、図２４（ａ）に示すように、凸状部材７３の支持面７５で試料Ｐを支持した際、第１支持部７１の凸状部材７３と第２支持部７２と試料Ｐとの間で空間９５が形成される。
【００７８】
第１、第２支持部７１、７２は互いに異なる材料により形成されている。第１支持部７１を形成する第１の材料は、第２支持部７２を形成する第２の材料より熱伝導率の大きい材料である。また、第２の材料は、第１の材料より膨張率の小さい材料である。本実施形態において、第１支持部７１はアルミニウムで形成されており、第２支持部７２はセラミックスで形成されている。アルミニウムは高い熱伝導率を有する材料であり、セラミックスは低い膨張率を有する材料である。なお、第１，第２の材料は、アルミニウム及びセラミックスに限ることなく所望の機能を有する材料を用いることができる。
【００７９】
試料ホルダＰＨに保持された試料Ｐに対して照射光ＥＬが照射されると、試料Ｐは照射光ＥＬの照射熱により温度上昇する。ここで、試料Ｐは高い熱伝導率を有する第１支持部７１に接続されているので、試料Ｐの熱は第１支持部７１の凸状部材７３に素早く伝達（吸収）される。これにより、試料Ｐは過剰に加熱せず、したがって大きく熱変形しない。
【００８０】
第１支持部７１の凸状部材７３に伝達した試料Ｐの熱はベース部材７４まで伝達する。凸状部材７３を熱が伝達することにより、第１支持部７１に接続している第２支持部７２にも熱が伝達するが（換言すれば、試料Ｐの熱が第１支持部７１を介して第２支持部７２に伝達するが）、第２支持部７２は膨張率の低い材料により形成されているため、大きく膨張（変形）しない。そして、伝達する熱により凸状部材７３は径方向に熱膨張しようとするが、凸状部材７３の周囲はほとんど熱膨張しない第２支持部７２で囲まれているため、凸状部材７３の熱膨張は阻止される。したがって、第１、第２支持部７１、７２からなる試料ホルダＰＨ全体は大きく熱変形しない。
【００８１】
第１支持部７１は試料Ｐを複数の凸状部材７３で支持する構成であり、本実施形態においては、試料Ｐの下面ＰＢのうち支持面７５に支持される総面積が、支持面７５に支持される以外の部分より小さく設定されている。したがって、仮に試料ホルダＰＨ（凸状部材７３）が熱変形しても、試料Ｐに対する影響を少なくすることができる。すなわち、凸状部材７３の径（支持面７５の面積）が大きいと熱膨張量（熱変形量）が大きくなるため、試料Ｐの下面ＰＢを大きな支持面７５を有する第１支持部７１で支持した場合、試料Ｐは熱膨張する凸状部材７３により水平方向へ引っ張られてしまい、歪み等の変形を発生する場合がある。しかしながら、試料Ｐの下面ＰＢを小さな支持面７５を有する凸状部材７３で支持することにより、仮に凸状部材７３が熱膨張しても、各凸状部材７３の熱膨張量はそれぞれ小さいので、試料Ｐに対する水平方向への引っ張り力を小さくすることができる。
【００８２】
また、試料Ｐの下面ＰＢを小さい支持面７５を有する凸状部材７３で支持したことにより、第１の試料Ｐを熱処理した後、この第１の試料Ｐを試料ホルダＰＨからアンロードし、第２の試料Ｐを試料ホルダＰＨにロードした際、第１の試料Ｐを露光処理した際に試料ホルダＰＨ（凸状部材７３）に蓄えられた熱の第２の試料Ｐに対する伝達量を抑えることができる。
【００８３】
ところで、結晶の生成位置や成長方向を良好に規定するために、試料ステージＰＳＴの位置制御を精度良く行う必要があり、特に、移動する試料ステージＰＳＴの直交度（真直度）を良好に補正する必要がある。ここで、直交度とは、２次元平面内（ＸＹ平面内）で移動する試料ステージＰＳＴの、このＸＹ平面内における基準座標系に対するずれ量である。例えば、試料ステージＰＳＴ上に設けられている移動鏡が理想位置に対してずれて設置されたり、何らかの原因で移動鏡の反射面が湾曲している等、移動鏡の反射面の平坦度や傾きに起因して、ＸＹ平面内を移動する試料ステージＰＳＴの真の位置を干渉計で計測できない状況が生じ、この場合、直交度誤差が生じる。直交度誤差が生じた場合、結晶の生成位置や成長方向を精度良く制御することが困難になる。そこで、移動する試料ステージＰＳＴの直交度誤差を低減するために試料ステージＰＳＴの位置計測を精度良く行う必要がある。
【００８４】
図２５はＸＹ平面内を移動する試料ステージＰＳＴの位置計測を行う位置計測装置１５０の一実施形態を示す模式図である。図２５において、試料ステージＰＳＴ上にはＸ移動鏡１１３Ｘ及びＹ移動鏡１１３Ｙが設けられ、これら各移動鏡１１３Ｘ、１１３Ｙに対向する位置にはレーザ干渉計１１４Ｘ、１１４Ｙがそれぞれ設けられている。また、図２５中、試料ステージＰＳＴの＋Ｙ側端部には第１撮像素子１５１が設けられ、第１撮像素子１５１に対して−Ｘ方向に離れた位置には、計測光を射出する投光部１５３及び第１撮像素子１５１とは別の第２撮像素子１５２が一体で設けられている。投光部１５３は第１撮像素子１５１に対して計測光を投射可能であるとともに、試料ステージＰＳＴ上のＸ移動鏡１１３Ｘに対しても計測光を投射可能である。Ｘ移動鏡１１３Ｘに投射された計測光の反射光は第２撮像素子１５２に受光されるようになっている。ここで、投光部１５３は、基準座標系のＸ軸と平行に計測光を射出する。
【００８５】
次に、図２６を参照しながら、計測装置１５０の動作について説明する。まず、基準座標系のＸ軸に対する直交度誤差を計測する手順について説明する。図２６（ａ）に示すように、計測装置１５０の投光部１５３は、Ｘ軸方向に移動する試料ステージＰＳＴの第１撮像素子１５１に対して計測光を投射する。ここで、試料ステージＰＳＴに直交度誤差がある場合、投光部１５３より射出された計測光は、第１撮像素子１５１の検出領域の基準位置に対してΔｙだけずれた位置に照射される。第１撮像素子１５１の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは前記ずれ量Δｙから直交度誤差を求めることができる。そして、求めた直交度誤差に基づいて、制御装置ＣＯＮＴは試料ステージＰＳＴの移動を補正するための補正量を求めることができる。
【００８６】
次に、基準座標系のＹ軸に対する直交度誤差を計測する手順について説明する。ここで、Ｘ移動鏡１１３ＸがＹ軸に対して角度θ傾いているとする。図２６（ｂ）に示すように、試料ステージＰＳＴのＸ移動鏡１１３Ｘと投光部１５３とを対向させた状態で、投光部１５３よりＸ移動鏡１１３Ｘに対して計測光を投射する。このときの試料ステージＰＳＴ（Ｘ移動鏡１１３Ｘ）のＸ軸方向の位置をｘ１とする。Ｘ移動鏡１１３Ｘで反射した計測光の反射光は、第２撮像素子１５２に受光される。この反射光の第２撮像素子１５２によるＹ軸方向における検出位置をｔ（ｘ１）とする。次いで、図２６（ｂ）に示した状態から試料ステージＰＳＴを＋Ｘ方向に移動して図２６（ｃ）に示す状態にし、この状態で投光部１５３より計測光をＸ移動鏡１１３Ｘに投射する。このときの試料ステージＰＳＴ（Ｘ移動鏡１１３Ｘ）のＸ軸方向の位置をｘ２とする。Ｘ移動鏡１１３Ｘで反射した計測光の反射光は第２撮像素子１５２に受光される。この反射光の第２撮像素子１５２によるＹ軸方向における検出位置をｔ（ｘ２）とする。以上より、
θ（ｙ）＝〔（ｔ（ｘ１）−ｔ（ｘ２）〕／（ｘ１−Ｘ２） …（１）
となる。Ｙ軸方向に関して試料ステージＰＳＴを移動して同様の計算を行い、
ａｖｅｒａｇｅ〔θ（ｙ）〕 …（２）
が、Ｙ軸に対する直交度誤差の平均値である。
θ＝ｄｘ／ｄｙ …（３）
なので、
ｘ（ｙ）＝∫θ（ｙ）ｄｙ …（４）
により、Ｙ軸に対する直交度を求めることができる。
【００８７】
以上の方法により、投光部１５３から射出した１本の光束（計測光）を基準として直交度（真直度）を計測することができる。なお、この直交度計測動作は、試料ステージＰＳＴに対して試料Ｐを交換する毎、あるいはロット毎など、所定の時間間隔毎に行うことができる。
【００８８】
上記各実施形態において、試料ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。
【００８９】
ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００９０】
試料ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
【００９１】
以上のように、本願実施形態の熱処理装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから熱処理装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから熱処理装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの熱処理装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、熱処理装置全体としての各種精度が確保される。なお、熱処理装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００９２】
上記ｐ−Ｓｉを含む半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスクを製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の熱処理装置によりマスクのパターンを試料に露光する試料処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＥＬＡ法に基づいてａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉを生成する際、核の生成位置を制御し、結晶の大粒径化が可能であるため、良好な移動度を有するなど所望の性能を有するシリコン結晶を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱処理方法の概念を示す説明図である。
【図２】本発明の熱処理方法の概念を示す説明図である。
【図３】本発明の熱処理方法の概念を示す説明図である。
【図４】本発明の熱処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係るマスクの一実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の熱処理方法の一実施形態を示す図である。
【図７】シリコン結晶が成長する様子を示す模式図である。
【図８】本発明に係るマスクの他の実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明に係るマスクの他の実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明に係るマスクの他の実施形態を示す平面図である。
【図１１】シリコン結晶が成長する様子を示す模式図である。
【図１２】本発明に係るマスクの他の実施形態を示す平面図である。
【図１３】シリコン結晶が成長する様子を示す模式図である。
【図１４】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１６】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１７】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１８】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１９】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図２０】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図２１】本発明の熱処理装置の他の実施形態を示す概略斜視図である。
【図２２】図２１の概略構成図である。
【図２３】熱処理装置の動作の一例を示す模式図である。
【図２４】試料ステージの一実施形態を示す模式図である。
【図２５】試料ステージの位置計測装置の一例を示す図である。
【図２６】試料ステージの位置計測装置の動作の一例を示す図である。
【符号の説明】
１００…光源装置、１０１…照明光学系、Ａ１…第１の領域、
Ａ２…第２の領域、Ｃ１〜Ｃ２０…遮光部（スリット状遮光部）、
ＣＯＮＴ…制御装置、Ｅ１〜Ｅ２０…円形状遮光部、ＥＬ…照射光（光束）、
Ｈ１、Ｈ２…第２遮光部、ＩＬ…照射装置、
Ｌ１２〜Ｌ２０…ライン状遮光部、Ｍ…マスク、ＭＳＴ…マスクステージ、
Ｐ…試料、ＰＡ１〜ＰＡ２０…パターン形成領域、ＰＬ…投影光学系、
ＰＳＴ…試料ステージ、Ｒ１…第１の光強度勾配（第１の勾配）、
Ｒ２…第２の光強度勾配（第２の勾配）、Ｓ…熱処理装置、Ｘ…所定方向
【発明の属する技術分野】
本発明は熱処理方法及び熱処理装置に関し、特にアモルファスシリコンを結晶化する際に用いる熱処理方法及び熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイの高機能化、高精細化等を目的として、従来のアモルファスシリコン薄膜トランジスタ液晶ディスプレイとは別の、ポリシリコン薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ技術が注目されている。ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を多結晶化することで生成される。多結晶化する方法として固相成長法やエキシマレーザアニール（ＥＬＡ：Ｅｘｃｉｍｅｒ−ＬａｓｅｒＡｎｎｅａｌ）法等が挙げられ、このうち、低温プロセスが可能であるＥＬＡ法による量産化が近年において実現されている。下記特許文献１には、ＥＬＡ法によりａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉを生成する技術の一例が開示されている。
【０００３】
ところで、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の活性領域の寸法は例えば１μｍ以上あるため、結晶粒径が小さいと活性領域内に多数の結晶粒界（グレインバウンダリ）が存在することになる。すると、多数の結晶粒界によりキャリア（電子）の散乱等が生じて移動度が低下し、半導体デバイスの高性能化が望めなくなる。現状の方法で得られる結晶粒径は０．１μｍ程度であるため、ｐ−Ｓｉを生成するに際し、結晶の大粒径化が要求されている。
【０００４】
ＥＬＡ法では、基板上に設けられたａ−Ｓｉ膜にレーザ光束を照射し、その光束のエネルギーによりａ−Ｓｉ膜を溶融する。溶融したＳｉ（溶融Ｓｉ）は熱を放出して固化し、その際に核が生成され、この核を中心に結晶が成長して結晶化する。なお核が生成されない場合、溶融Ｓｉは再びアモルファス状態となる。ここで、核が高密度でランダムに生成されると、結晶は隣接する結晶と直ちに衝突（干渉）して互いの成長を妨げ合うため十分に成長されず、大粒径化しない。したがって、結晶を大粒径化するための必要因子として、生成される核の位置や数を制御することが挙げられる。また、大粒径化のための他の必要因子として、結晶の成長時間を引き延ばすこと、すなわちレーザ光束照射終了直後に成長が開始し、溶融状態を長時間持続して緩やかに冷却することが挙げられる。また、結晶を効率良く成長させるために成長方向を規定することも挙げられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３２４７５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術には以下に述べる問題が存在する。上記特許文献１に開示されている技術は、基板上のａ−Ｓｉ膜に対してスリット状にレーザ光束を照射し、このレーザ光束に対して基板を移動することで連続的に光束を照射しているが、核の生成位置を十分に制御できず、ランダムに生成された複数の核のそれぞれから成長した結晶が干渉し合って大粒径のｐ−Ｓｉを生成し難い可能性がある。また、スリット内の温度勾配は小さいため、結晶の成長方向が規定されない可能性がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＥＬＡ法に基づいてａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉを生成する際、結晶の大粒径化が可能な熱処理方法及び熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図２６に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の熱処理方法は、試料（Ｐ）に光束（ＥＬ）を照射する工程を有する熱処理方法において、光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）で照射するとともに、試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の光強度勾配（Ｒ２）で照射することを特徴とする。
また、本発明の熱処理方法は、基板（Ｐ）上に設けられたアモルファスシリコン膜に対して光束（ＥＬ）を照射する工程を有する熱処理方法において、光束（ＥＬ）をアモルファスシリコン膜の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）で照射するとともに、アモルファスシリコン膜の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の光強度勾配（Ｒ２）で照射することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、試料の表面の第１の領域に対して所定方向に関して急峻な第１の光強度勾配で光束を照射することにより、第１の領域を急峻な温度勾配にすることができ、これにより核の生成位置を第１の領域に規定することができる。そして、第１の領域に連続する第２の領域に、緩やかな第２の光強度勾配で光束を照射することで、第２の領域を緩やかな温度勾配にすることができ、この緩やかな温度勾配を維持しつつ固化することで、溶融状態が長時間持続された状態で冷却されるため、十分に広い成長領域を形成することができ、第１の領域に生成された核をよりどころとして（中心として）結晶を十分に成長させることができる。また、所定方向に関して第１及び第２の光強度勾配で光束を照射することで、結晶の成長方向を前記所定方向に規定することができ、結晶を効率良く成長させることができる。
【００１０】
本発明の熱処理方法は、マスク（Ｍ）に光束（ＥＬ）を照射し、マスク（Ｍ）を通過した光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）に照射する工程を有する熱処理方法において、光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）で照射するとともに、試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の光強度勾配（Ｒ２）で照射することを特徴とする。
本発明の熱処理装置（Ｓ）は、マスク（Ｍ）を支持するマスクステージ（ＭＳＴ）と、試料（Ｐ）を支持する試料ステージ（ＰＳＴ）と、マスク（Ｍ）に光束（ＥＬ）を照射する照射装置（ＩＬ）と、マスク（Ｍ）に対して試料（Ｐ）を所定方向（Ｘ）に相対移動しながら、マスク（Ｍ）を通過した光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）で照射するとともに、試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）を所定方向（Ｘ）に関して第１の光強度勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の光強度勾配（Ｒ２）で照射する制御装置（ＣＯＮＴ）とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、パターンを有するマスクを通過した光束を試料上に照射することで、第１及び第２の光強度勾配を容易に生成することができ、結晶を円滑に大粒径化することができる。
【００１２】
本発明の熱処理装置（Ｓ）は、マスク（Ｍ）を支持するマスクステージ（ＭＳＴ）と、試料（Ｐ）を支持する試料ステージ（ＰＳＴ）と、マスク（Ｍ）に光束（ＥＬ）を照射する照射装置（ＩＬ）と、マスク（Ｍ）に対して試料（Ｐ）を所定方向（Ｘ）に相対移動しながら、マスク（Ｍ）を通過した光束（ＥＬ）を試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に対して所定方向（Ｘ）に関して第１の勾配（Ｒ１）の積算光量で照射するとともに、試料（Ｐ）の表面の第１の領域（Ａ１）に連続する第２の領域（Ａ２）を所定方向（Ｘ）に関して第１の勾配（Ｒ１）より緩やかな第２の勾配（Ｒ２）の積算光量で照射する制御装置（ＣＯＮＴ）とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、マスクを透過した光束を試料の表面上で重ね合わせ、この積算光量が第１及び第２の勾配を持つようにすることで、所望の光量分布を試料上で生成でき、結晶を円滑に大粒径化することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱処理方法及び熱処理装置について説明する。本発明は、試料としてのアモルファスシリコン膜の第１の領域に対して所定方向に関して急峻な第１の光強度勾配でレーザ光束を照射するとともに、アモルファスシリコン膜の第１の領域に連続する第２の領域に対して所定方向に関して緩やかな第２の光強度勾配で照射することにより、大粒径のポリシリコン結晶を形成するものである。まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の原理について説明する。
図１は本発明の原理を説明するための模式図である。ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）結晶を成長させるための核は溶融状態（液相状態）のシリコン（Ｓｉ）が固相状態に変遷するときに生成されるが、図１に示すように、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜の第１の領域Ａ１に対して所定方向（ここではＸ軸方向）に関して急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で光束を照射することにより、第１の領域Ａ１を急峻な温度勾配にすることができる。そして、急峻な温度勾配を維持しつつ冷却（固化）することで、核生成領域を比較的小さい領域に限定することができ、これにより核の生成位置を第１の領域Ａ１に規定することができる。
【００１５】
すなわち、第１の領域Ａ１が急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で光束を照射されることにより、図２の模式図に示すように、第１の光強度勾配Ｒ１に応じた第１の温度勾配Ｔ１で加熱されることになる。そして、時間経過とともに第１の領域Ａ１は冷却（固化）され、核は液相状態のＳｉが固相状態に変遷するときに生成されるが、融点Ｔｍを基準とした核生成可能温度範囲Ｔａにおいて生成される。ここで、第１の温度勾配Ｔ１は急峻であるため、核生成可能温度範囲Ｔａに対応する核生成領域を狭い領域Ａａに限定することができる。一方、第１の領域Ａ１に照射される光束の光強度勾配が緩やかであり、これに伴って第１の領域Ａ１が緩やかな温度勾配Ｔ１’となると、核生成可能温度範囲Ｔａに対応する核生成領域は大きくなり、広い領域Ａｂで核がランダムに生成されることになり、これら核を中心として成長する結晶どうしが干渉し合って互いの成長を妨げることになる。したがって、急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で第１の領域Ａ１に光束を照射することで、急峻な温度勾配を有する比較的小さい第１の領域Ａ１に核を生成でき、核の生成位置を制御できる。これにより、成長する結晶どうしが干渉して成長を妨げ合うといった不都合を回避できる。
【００１６】
そして、第１の領域Ａ１に連続する第２の領域Ａ２に、緩やかな第２の光強度勾配Ｒ２で光束を照射することで、第２の領域Ａ２を緩やかな温度勾配にすることができる。そして、図３の模式図に示すように、緩やかな温度勾配Ｔ２を維持しつつ冷却（固化）することで、溶融状態が長時間持続された状態で冷却されるため、十分に広い成長領域Ｂを形成することができ、第１の領域Ａ１に生成された核をよりどころとして結晶を十分に成長させることができる。
【００１７】
そして、Ｘ軸方向（所定方向）に関して第１、第２の光強度勾配で光束を照射することで、結晶の成長方向をＸ軸方向に規定することができ、結晶を効率良く成長させることができる。
【００１８】
ここで、第１の領域Ａ１で生成された核をよりどころとして第２の領域Ａ２で結晶を成長させるために、第１の領域Ａ１での最高温度と第２の領域Ａ２での最低温度とは略同じであることが必要である。したがって、第１の光強度勾配Ｒ１における最大光強度と第２の光強度勾配Ｒ２における最小光強度とは略同じであることが好ましい。また、第１の領域Ａ１での最高温度及び第２の領域Ａ２での最低温度が少なくともａ−Ｓｉの融点Ｔｍ以上となるように、第１の光強度勾配Ｒ１の最大光強度及び第２の光強度勾配Ｒ２の最小光強度が設定される。
【００１９】
また、第１、第２の光強度勾配Ｒ１、Ｒ２で光束を照射する範囲は、生成するｐ−Ｓｉ結晶の目標粒径に応じて設定され、少なくとも前記目標粒径より大きく設定される。そして、成長領域Ｂを含む第２の領域Ａ２は第１の領域Ａ１より大きいことが好ましい。これにより、シリコン結晶を十分に成長させることができる。
【００２０】
図４は本発明の熱処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。図４において、熱処理装置Ｓは、パターンを有するマスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、試料Ｐを支持する試料ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭに照射光（光束）ＥＬを照射する照射装置ＩＬと、照射光ＥＬを照射されたマスクＭのパターンの像を試料ステージＰＳＴに支持されている試料Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、熱処理装置Ｓの動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。試料Ｐはガラス基板上にａ−Ｓｉ膜を設けたものである。なお、ガラス基板とａ−Ｓｉ膜との間に、照射光ＥＬが照射された際のガラス基板の熱損傷を防止するため酸化珪素（ＳｉＯ２）膜を設けてもよい。
【００２１】
以下の説明において、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直な方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
【００２２】
照射装置ＩＬは、光源装置１００と、光源装置１００から射出された光束を整形してマスクＭに照射する照明光学系１０１とを備えている。光源装置１００はエキシマレーザ装置により構成されており、光源装置１００からは例えばＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が射出される。本実施形態において、光源装置１００はＫｒＦエキシマレーザ光を射出する。また、光源装置１００は所定の繰り返し周波数でパルスレーザ光を断続的に射出する。なお、光源装置１００から射出される光束としては、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などでもよい。
【００２３】
照明光学系１０１は、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを照射光（光束）ＥＬで照明するものであり、光源装置１００から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの光束ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、及び照射光ＥＬによるマスクＭ上での照明領域ＩＡを例えばスリット状に設定する視野絞り１０２等を有している。マスクＭ上の照明領域ＩＡは照明光学系１０１により均一な照度分布の照射光ＥＬで照明される。
【００２４】
マスクステージＭＳＴは、マスクＭを支持するものであって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。マスクステージＭＳＴはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤにより駆動される。マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。マスクステージＭＳＴ上には移動鏡１１１が設けられている。移動鏡１１１に対向する位置にはレーザ干渉計１１２が設けられている。マスクステージＭＳＴ上のマスクＭの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計１１２によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計１１２の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを駆動することでマスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭの位置決めを行う。
【００２５】
投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンを所定の投影倍率βで試料Ｐに投影露光するものであって、複数の光学素子で構成されている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは、投影倍率βが例えば１／４あるいは１／５の縮小系である。
なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬの倍率は方向により異なっていてもよい。
【００２６】
試料ステージＰＳＴは、試料ホルダＰＨを介して試料Ｐを保持して移動可能であって、リニアモータ等の試料ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより駆動される。試料ステージ駆動装置ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。試料ステージＰＳＴは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移動可能であるとともに、θＸ、θＹ、及びθＺ方向にも移動可能である。試料ステージＰＳＴは、試料Ｐのフォーカス位置及び傾斜角を制御して試料Ｐの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むとともに、試料ＰのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置決めを行う。試料ステージＰＳＴ上には移動鏡１１３が設けられており、移動鏡１１３に対向する位置にはレーザ干渉計１１４が設けられている。試料ステージＰＳＴ上の試料Ｐの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計１１４によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計１１４の計測結果に基づいて試料ステージ駆動装置ＰＳＴＤを駆動することで試料ステージＰＳＴに支持されている試料Ｐの位置決めを行う。
【００２７】
試料ステージＰＳＴ上のうち、試料Ｐを保持する試料ホルダＰＨ以外の所定位置には、投影光学系ＰＬを介した照射光ＥＬの光強度（光量、照度）を検出する光量センサ１１６が設けられている。光量センサ１１６のディテクタ部は試料ホルダＰＨに保持された試料Ｐの表面と略同じ高さになるように設けられている。
【００２８】
試料Ｐを支持する試料ステージＰＳＴはアニール室１１５に収容されている。アニール室１１５内部は窒素ガス等の不活性ガスで満たされており、照射光ＥＬの試料Ｐ上における照度低下を防止している。更に不図示ではあるが、照射装置ＩＬ、マスクステージＭＳＴ、及び投影光学系ＰＬを含む照射光ＥＬの光路上はハウジングで覆われており、ハウジング内部も不活性ガスで満たされている。なお、アニール室１１５や前記ハウジング内部は真空状態にされてもよい。
【００２９】
図５はマスクＭの平面図である。図５において、マスクＭ上には所定方向（Ｘ軸方向）に並んだ複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０が設定されている。パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれは矩形状であって同じ大きさに設定されている。パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれのＸ軸方向の幅Ｗは、生成するｐ−Ｓｉの目標粒径、つまり図１に示す第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とを合わせた目標粒径領域Ａ３に対応する大きさに設定されている。また、照射装置ＩＬ（照明光学系１０１）によるマスクＭ上での照明領域ＩＡはスリット状（矩形状）に設定されており、その大きさは各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０と略同じである。
【００３０】
パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれにはクロム等の遮光性材料からなる遮光部（遮光パターン）Ｃ１〜Ｃ２０が形成されており、遮光部以外は照射光ＥＬを透過する透光部（透光パターン）Ｋ１〜Ｋ２０となっている。本実施形態において、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０のそれぞれはＹ軸方向に延びるスリット状（ライン状）のパターンである。
【００３１】
複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれの遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の割合は異なる値に設定されている。具体的には、複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれについて、ライン状の遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の幅が異なる値に設定されている。このうち、遮光部Ｃ１〜Ｃ１１の幅は同じであり、Ｃ１２〜Ｃ２０に関しては漸次その幅が一定の割合で大きくなっている。例えば、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の幅Ｗに対して、遮光部Ｃ１〜Ｃ１１の幅はＷ／２０、Ｃ１２の幅は２Ｗ／２０、Ｃ１３の幅は４Ｗ／２０、Ｃ１４の幅は６Ｗ／２０、Ｃ１５の幅は８Ｗ／２０、Ｃ１６の幅は１０Ｗ／２０、Ｃ１７の幅は１２Ｗ／２０、Ｃ１８の幅は１４Ｗ／２０、Ｃ１９の幅は１６Ｗ／２０、Ｃ２０の幅は１８Ｗ／２０となっている。すなわち、ライン状の遮光部Ｃ１〜Ｃ２０のうち最も幅の狭い遮光部（Ｃ１〜Ｃ１１）が最も多く設けられており、他のパターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０に関しては漸次その幅が大きく（広く）なるように設けられている。そして、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の幅に応じて各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の透光部Ｋ１〜Ｋ２０の幅もそれぞれ異なっている。ここで、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の−Ｘ側端部のそれぞれとパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の−Ｘ側端部のそれぞれとが一致するように、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０のそれぞれは各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０に設けられている。
【００３２】
次に、上述した構成を有するマスクＭを使ってａ−Ｓｉ膜をｐ−Ｓｉ結晶にする方法について説明する。
制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬの光源装置１００を駆動し、所定の繰り返し周波数でパルスレーザ光を断続的に射出する。このパルスレーザ光の繰り返し周波数に同期させて、制御装置ＣＯＮＴはマスクＭを支持するマスクステージＭＳＴをＸ軸方向に等速で移動する。このとき、試料Ｐを支持する試料ステージＰＳＴは停止している。照射装置ＩＬ（照明光学系１０１）の照明領域ＩＡの大きさは各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０と同じ大きさに設定されており、マスクＭの各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を通過した照射光ＥＬが投影光学系ＰＬを介して試料Ｐ上の所定領域内において重ね合わせられるように照射されることにより、複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれのパターン（遮光部Ｃ１〜Ｃ２０及び透光部Ｋ１〜Ｋ２０）の像が試料Ｐ上で重ね合わせられる。
【００３３】
図６は各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を通過した照射光ＥＬの試料Ｐ上での積算光量（積算照射量）を示す模式図である。図６に示すように、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ１１に設けられた遮光部Ｃ１〜Ｃ１１の幅が同じ値に設定されているとともに、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０の遮光部Ｃ１２〜Ｃ２０の幅が漸次大きくなるように設定されているので、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を通過した照射光ＥＬを試料Ｐ上で重ね合わせることにより、制御装置ＣＯＮＴは、試料Ｐ上で第１の光強度勾配Ｒ１と第１の光強度勾配Ｒ１より緩やかな第２の光強度勾配Ｒ２とを有する積算光量を生成することができる。
【００３４】
図７は第１の光強度勾配Ｒ１及び第２の光強度勾配Ｒ２で照射光ＥＬを照射されたａ−Ｓｉ膜がｐ−Ｓｉに変遷する様子を示す模式図である。図７に示すように、急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で照射光ＥＬを照射されたａ−Ｓｉ膜の比較的狭い第１の領域Ａ１には、一旦溶融したＳｉが固化することで核が生成される。そして、この核をよりどころとして、広い領域である第２の領域Ａ２においてシリコン結晶が＋Ｘ方向に成長する。
【００３５】
なお、本実施形態ではパターン形成領域はＰＡ１〜ＰＡ２０の２０個設定されているように説明したが、もちろん任意の数だけ設定可能である。また、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の幅（大きさ）の変化率も、急峻な第１の光強度勾配Ｒ１及びこれよりも緩やかな第２の光強度勾配Ｒ２を生成可能であれば任意に設定可能である。
【００３６】
本実施形態では、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０の各遮光部Ｃ１２〜Ｃ２０の幅が漸次大きくなるように説明したが、例えば漸次小さくなるように設けたり、あるいはランダムにその幅が変化させてもよい。つまり、試料Ｐ上での積算光量が、第１の勾配Ｒ１とこの第１の勾配Ｒ１より緩やかな第２の勾配Ｒ２とを有するように照射光ＥＬを照射可能であれば、互いにその幅（大きさ）が異なる複数の遮光部のマスクＭ上での配列は任意に設定可能である。
【００３７】
本実施形態では、試料Ｐを停止した状態でマスクＭをＸ軸方向に移動するように説明したが、マスクＭを停止した状態で試料Ｐを移動するようにしてもよい。この場合、照射装置ＩＬは試料Ｐの移動に同期してマスクＭ上の各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに照射光ＥＬを照射する。あるいは、マスクＭと試料Ｐとの双方をＸ軸方向に移動するようにしてもよい。
【００３８】
ところで、マスクＭ（あるいは試料Ｐ）を停止した状態で照射光ＥＬを照射することにより、このマスクＭ（試料Ｐ）は照射光ＥＬにより加熱される。したがって、マスクＭ（試料Ｐ）を冷却する冷却機構を設け、マスクＭ（試料Ｐ）の過剰な加熱を防止するようにしてもよい。
【００３９】
本実施形態において、マスクＭはＸ軸方向に等速で移動するように説明したが、不等速で移動してもよい。このとき、制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬによる照射光ＥＬを照射するタイミングや光量（マスクＭ上での照度）を調整しつつ照射光ＥＬを照射する。一方、マスクＭを等速で移動することにより、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を同じ大きさに設定して照射装置ＩＬから一定の周波数でパルスレーザ光を射出することにより、試料Ｐ上で第１の光強度勾配Ｒ１と第２の光強度勾配Ｒ２とを有する積算光量を容易に得ることができ、マスクＭの製造や照射装置ＩＬの制御を容易に行うことができる。
【００４０】
本実施形態において、照射装置ＩＬは所定の繰り返し周波数でパルスレーザ光を射出するように説明したが、連続光を射出してもよい。この場合、照射装置ＩＬの光路上にシャッタを設け、制御装置ＣＯＮＴはマスクＭの移動に同期して、前記シャッタを使って照射光ＥＬの光路を遮蔽及び遮蔽解除する。
【００４１】
試料Ｐ上における照射光ＥＬの光強度（照度）の調整は、光源装置１００の出力を調整することで行うこともできるし、あるいは上記シャッタの動作を制御することで行うこともできる。また、光強度の調整を行う際、試料ステージＰＳＴ上に設けられた光量センサ１１６で照射光ＥＬの光強度を検出し、この検出結果に基づいて調整を行うことができる。あるいは、光源装置１００又は照明光学系１０１の光路上に照射光ＥＬの光強度（照度）を検出可能な光量検出装置（光量モニタ）を設け、この光量モニタの検出結果に基づいて、光強度を調整するようにしてもよい。
【００４２】
本実施形態では、第１の光強度勾配Ｒ１における最大光強度と、第２の光強度勾配Ｒ２における最小光強度とを略同じにして、第１の領域Ａ１での最高温度と第２の領域Ａ２での最低温度とが略同じになるようにしているが、第１の領域Ａ１での最高温度及び第２の領域Ａ２での最低温度のそれぞれがａ−Ｓｉの融点Ｔｍ以上に設定可能であれば、第１の光強度勾配Ｒ１における最大光強度と、第２の光強度勾配Ｒ２における最小光強度とは異なる値であってもよい。一方、第１の光強度勾配Ｒ１における最大光強度と第２の光強度勾配Ｒ２における最小光強度とを略同じにすることにより、第１の領域Ａ１で生成された核をよりどころとして第２の領域Ａ２においてシリコン結晶を円滑に成長させることができる。
【００４３】
本実施形態では、マスクＭ上に複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０を設定し、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれの遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の割合を異なる値に設定し、これら各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせ、試料Ｐ上での積算光量が第１の勾配Ｒ１及び第２の勾配Ｒ２を有するように照射光ＥＬを照射する構成であるが、例えば、図８に示すように、Ｘ軸方向に関するパターン密度変化率が急峻な第１のパターン形成領域ＰＡ１と、この第１のパターン形成領域ＰＡ１に連続するように設けられ、Ｘ軸方向に関するパターン密度変化率が緩やかで、第１のパターン形成領域ＰＡ１より大きい第２のパターン形成領域ＰＡ２とを有するマスクＭを用意し、このマスクＭ及び試料Ｐを停止した状態でマスクＭに照射光ＥＬを照射し、これら第１、第２パターン形成領域ＰＡ１、ＰＡ２のパターンを一括して試料Ｐに投影露光するようにしてもよい。なお、ここでいうパターン密度とは、マスクＭ上の単位面積当たりに形成される遮光部の割合である。一方、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０の割合が異なる値に設定された複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０をマスクＭ上に並べて配置し、マスクＭに対して試料Ｐを相対移動しながら照射光ＩＬを照射することにより、マスクＭ上には遮光部Ｃ１〜Ｃ２０と透光部Ｋ１〜Ｋ２０との２値的な光透過率を有するパターンを形成すればよいので、マスクＭを容易に製造することができる。
【００４４】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明において、上述した実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図９はマスクＭの他の実施形態を示す平面図である。図９において、マスクＭ上に設定された複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれには、Ｙ軸方向に延び、所定の幅を有する遮光部Ｃ１〜Ｃ２０が設けられている。本実施形態において、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０のそれぞれは同じ幅（Ｗ／２０）に設定されており、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の−Ｘ側端部のそれぞれに設けられている。そして、複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のうち一部のパターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０には、試料Ｐ上で解像しない程度の細い線幅を有し、Ｙ軸方向に延びるライン状遮光部Ｌ（Ｌ１２〜Ｌ２０）が、遮光部Ｃ１２〜Ｃ２０のそれぞれに隣接する位置に設けられている。ライン状遮光部Ｌ１２〜Ｌ２０の数は、複数のパターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のそれぞれについて互いに異なる値となっている。本実施形態において、ライン状遮光部Ｌの数は、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０に関して漸次その数が一定の割合で増えている。例えば、パターン形成領域ＰＡ１２のライン状遮光部Ｌ１２は２本設けられており、パターン形成領域ＰＡ１３のライン状遮光部Ｌ１３は４本設けられている。以下同様に、パターン形成領域ＰＡ１４〜ＰＡ２０のライン状遮光部Ｌ１４〜Ｌ２０は、６本、８本、１０本、１２本、１４本、１６本、１８本設けられている。これらライン状遮光部Ｌ１２〜Ｌ２０は一定の間隔で設けられている。
【００４５】
制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬにより、上記マスクＭのパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに照射光ＥＬを照射し、これらパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせることで、試料Ｐ上の第１、第２の領域Ａ１、Ａ２のそれぞれに第１、第２の光強度勾配Ｒ１、Ｒ２で照射光ＥＬを照射することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに試料Ｐ上で解像する幅を有する遮光部Ｃ１〜Ｃ２０が設けられ、これに付随して解像しない程度の線幅を有するライン状遮光部Ｌ１２〜Ｌ２０が設けられているが、遮光部Ｃ１〜Ｃ２０が形成されている領域に、解像しない程度の線幅を有するライン状遮光部Ｌを各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれについて複数設けるようにしてもよい。つまり、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０に設けられる遮光部の全てを、試料Ｐ上で解像しない程度の線幅を有するライン状遮光部Ｌで構成することもできる。
【００４７】
図１０はマスクＭの他の実施形態を示す平面図である。図１０において、マスクＭ上のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれには円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０が形成されており、これら円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０それぞれの径は互いに異なる値に設定されている。このうち、円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ１１の径は同じであり、Ｅ１２〜Ｅ２０に関しては漸次その径が一定の割合で大きくなっている。例えば、円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ１１の直径はＷ／２０、Ｅ１２の直径は２Ｗ／２０、Ｅ１３の直径は４Ｗ／２０、Ｅ１４の直径は６Ｗ／２０、Ｅ１５の直径は８Ｗ／２０、Ｅ１６の直径は１０Ｗ／２０、Ｅ１７の直径は１２Ｗ／２０、Ｅ１８の直径は１４Ｗ／２０、Ｅ１９の直径は１６Ｗ／２０、Ｅ２０の直径は１８Ｗ／２０となっている。すなわち、複数の円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０のうち、最も径の小さい円形状遮光部（Ｅ１〜Ｅ１１）が最も多く設けられており、他のパターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０に関しては漸次その径が大きくなるように設けられている。ここで、各円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０それぞれの中心位置は、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０の例えば図中、左上角部に設けられた基準位置Ｏ１〜Ｏ２０のそれぞれに対して同じ位置（座標）になるように設けられている。換言すれば、円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０は、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれの中心に設けられている。
【００４８】
制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬにより、上記マスクＭの各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに照射光ＥＬを照射し、これら各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせることで、試料Ｐ上の第１、第２の領域Ａ１、Ａ２のそれぞれに第１、第２の光強度勾配Ｒ１、Ｒ２で照射光ＥＬを照射することができる。本実施形態において、試料Ｐ上の第１の領域Ａ１は円形状の小さい領域であり、第２の領域Ａ２は、この第１の領域Ａ１を囲む円環状の広い領域である。ここで、複数の円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０のうち最大径を有する円形状遮光部Ｅ２０の直径が、生成するｐ−Ｓｉ結晶の目標粒径に応じて設定されている。
【００４９】
図１１は円形状遮光部Ｅ１〜Ｅ２０を有するマスクＭを介して照射光ＥＬが照射されたａ−Ｓｉ膜がｐ−Ｓｉに変遷する様子を示す模式図である。図１１に示すように、急峻な第１の光強度勾配Ｒ１で照射光ＥＬを照射されたａ−Ｓｉ膜の円形状の第１の領域Ａ１には、一旦溶融したＳｉが固化することで核が生成される。そして、この核をよりどころとして、第２の領域Ａ２においてシリコン結晶が円環状（放射状）に成長する。
【００５０】
図１２はマスクＭの他の実施形態を示す平面図である。図１２において、マスクＭ上のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれは同じ大きさに設定されており、その−Ｘ側端部にはＹ軸方向に延びるライン状の遮光部Ｃ１〜Ｃ２０がそれぞれ設けられている。遮光部Ｃ１〜Ｃ２０は図５を参照して説明した実施形態と同様の構成である。つまり、遮光部Ｃ１〜Ｃ１１は同じ幅（Ｗ／２０）を有し、遮光部Ｃ１２〜Ｃ２０に関しては漸次その幅が大きくなるように設けられている。そして、本実施形態において、マスクＭ上には、Ｙ軸方向に所定間隔で第２遮光部Ｈ（Ｈ１、Ｈ２）が設けられている。本実施形態において、第２遮光部はＨ１、Ｈ２の２つ設けられている。第２遮光部Ｈ１、Ｈ２のそれぞれはＸ軸方向に延びるライン状遮光部であって、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ６に亘って設けられている。
【００５１】
制御装置ＣＯＮＴは、照射装置ＩＬにより、上記マスクＭの各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のそれぞれに照射光ＥＬを照射し、これら各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０のパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせることで、試料Ｐ上の第１、第２の領域Ａ１、Ａ２のそれぞれに、Ｘ軸方向に関して第１、第２の光強度勾配Ｒ１、Ｒ２で照射光ＥＬを照射することができる。更に、第２遮光部Ｈ１、Ｈ２により、制御装置ＣＯＮＴは、試料Ｐの表面でＹ軸方向に関しても光強度の分布が生じるように照射光ＥＬを照射することができる。
【００５２】
図１３は第２遮光部Ｈ１、Ｈ２を有するマスクＭを介して照射光ＥＬが照射されたａ−Ｓｉ膜がｐ−Ｓｉに変遷する様子を示す模式図である。第２遮光部Ｈ１、Ｈ２により、試料Ｐ上にはＹ軸方向に関して光強度分布に応じた温度分布が生じ、Ｙ軸方向に関する各位置において、一旦溶融したＳｉが固化するタイミングが互いに異なる。ここで、第２遮光部Ｈ１、Ｈ２は、試料Ｐ上の第１の領域Ａ１に第１の光強度勾配Ｒ１を生成するための遮光部Ｃ１〜Ｃ１１を有するパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ１１のうち、一部のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ６に設けられている。したがって、試料Ｐ上でのＹ軸方向に関する光強度分布は第１の領域Ａ１を含む領域（核生成領域）に生成されることになる。そして、第１の領域Ａ１でのＹ軸方向に関する各位置において一旦溶融したＳｉが固化するタイミングが互いに異なるため、図１３に示すように、核はＸ軸方向に関してずれた位置に生成される。つまり、図１３中、第１の領域Ａ１においてＹ軸方向に並ぶように生成される複数の核のうち、特定の核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が＋Ｘ方向に突出した位置に生成される。この突出した核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３に対して、結晶の成長方向前方側（つまり＋Ｘ側）には結晶粒が存在しない。また、隣り合う特定の核Ｇ１〜Ｇ３どうしの離間距離は十分に大きい。したがって、この突出した核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ２をよりどころとして成長する結晶は、前方（＋Ｘ方向）のみならず、左右方向（±Ｙ方向）にも成長することができ、より大きく成長することができる。
【００５３】
以上説明したように、マスクＭ上に、Ｘ軸方向に延びる遮光部Ｃ１〜Ｃ２０とともにＹ軸方向に延びる第２遮光部Ｈ１、Ｈ２を設けたことにより、試料Ｐ表面のＸＹ方向（二次元方向）に光強度分布を生成することができる。特に、核生成領域である第１の領域Ａ１において二次元方向に光強度分布を生成することにより、Ｙ軸方向に並んで生成される核の生成位置をＸ軸方向に関して互いにずれた位置に設けることができる。したがって、成長方向前方側に突出した位置に生成された核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３どうしは互いの離間距離を大きくすることができるので、この核Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３をよりどころとして、＋Ｘ方向のみならず±Ｙ方向にも十分に結晶が成長する。
【００５４】
なお、本実施形態では、Ｙ軸方向の光強度の分布を生成するために、Ｙ軸方向に所定間隔で設けられた第２遮光部Ｈ１、Ｈ２を有するマスクＭを使っているが、図１４に示すように、マスクＭ上にＹ軸方向に関して光強度分布を干渉効果により生成可能な位相シフタを設け、このマスクＭを介した照射光ＥＬを試料Ｐに照射するようにしてもよい。
【００５５】
図１５は本発明の他の実施形態を説明するための模式図である。ライン状の遮光部Ｃを有するマスクＭに対して照射光ＥＬを照射し、マスクＭのパターンを投影光学系ＰＬを介して試料Ｐ上に露光するに際し、図１５（ａ）に示すように、試料Ｐ表面が投影光学系ＰＬの像面と合致し、マスクＭのパターン形成面も試料Ｐに対して共役な位置（つまり物体面）と合致又は略合致している場合、試料Ｐ上における光強度分布は、ラインａ１で示すように、急峻な勾配（第１の光強度勾配）を有する。一方、図１５（ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの像面（あるいは物体面）に対する試料Ｐ又はマスクＭの位置をずらす（デフォーカスさせる）ことにより、試料Ｐ上における光強度分布は、ラインｂ１で示すように、緩やかな勾配（第２の光強度勾配）を有する。したがって、これらを試料Ｐ上で合成することで、試料Ｐに第１の光強度勾配Ｒ１及び第２の光強度勾配Ｒ２を有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することができる。なお図１５（ｂ）には、マスクＭをデフォーカスさせた状態が図示されているが、試料Ｐをデフォーカスさせてもよいし、マスクＭと試料Ｐとの双方をデフォーカスさせてもよい。また、デフォーカスさせるために、アニール室１１５や、投影光学系ＰＬを構成する光学素子を収容するハウジング（鏡筒）内の気体密度を変化させて光屈折率を変えることによりデフォーカスさせてもよい。あるいは、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子のうち特定の光学素子を駆動することでデフォーカスさせてもよい。
【００５６】
図１６は、図１５を参照して説明した実施形態の変形例を示す図である。図１６において、マスクＭの上面及び下面のそれぞれにライン状の遮光部Ｃが形成されている。マスクＭの下面に設けられた遮光部Ｃは投影光学系ＰＬの物体面（焦点位置）に合致又は略合致しており、マスクＭの上面に設けられた遮光部Ｃはデフォーカスされている。ここで、マスクＭの上面及び下面のそれぞれに形成されている遮光部ＣのＸＹ平面内における位置は略一致している。マスクＭの下面に設けられた遮光部Ｃの像により第１の光強度勾配Ｒ１が形成され、上面に設けられた遮光部Ｃの像により第２の光強度勾配Ｒ２が形成されるので、制御装置ＣＯＮＴは照射装置ＩＬによりマスクＭに対して照射光ＥＬを照射することで、試料Ｐ上に第１の光強度勾配Ｒ１と第２の光強度勾配Ｒ２とを有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することができる。
【００５７】
あるいは、図１７に示すように、遮光部Ｃを有するマスクＭを２枚用意し、一方のマスクＭのパターン形成面（遮光部Ｃ）を投影光学系ＰＬの焦点位置に合致させ、他方のマスクＭのパターン形成面（遮光部Ｃ）をデフォーカスさせることによっても、試料Ｐ上に第１の光強度勾配Ｒ１と第２の光強度勾配Ｒ２とを有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することができる。
【００５８】
また、図１６及び図１７を参照して説明した実施形態において、照明光学系１０１内に設けられた開口絞りを変更することによっても、試料Ｐ上での光強度分布を変化させることができる。この場合、互いに大きさの異なる開口部を有するターレットを照明光学系１０１内に設け、ターレットを回転して照射光ＥＬの光路上に複数の開口部のうち特定の開口部を配置することにより、開口数を変更することができる。
【００５９】
図１８は本発明の他の実施形態を説明するための模式図である。図１８において、マスクＭ上にはＸ軸方向に並んだ複数のパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０が設けられており、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれの中央部にライン状の遮光部Ｃが設けられている。なお、遮光部Ｃのそれぞれは同じ幅でもよいし互いに異なる幅でもよい。制御装置ＣＯＮＴは、パルスレーザ光の繰り返し周波数に同期して試料ＰをＸ軸方向に移動しつつ、各パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０に照射光ＥＬを照射し、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ２０それぞれのパターンの像を試料Ｐ上で重ね合わせる。ここで、制御装置ＣＯＮＴは、パターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ１１のパターンを露光するときに（試料Ｐ上の所定領域がパターン形成領域ＰＡ１〜ＰＡ１１に対応する位置を通過するときに）、試料Ｐを投影光学系ＰＬの像面に対して合致させ、一方、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のパターンを露光するときに、試料Ｐの投影光学系ＰＬの像面に対する離間距離を漸次大きくする。換言すれば、試料Ｐを支持して移動する試料ステージＰＳＴの移動軌跡を、上方あるいは下方のいずれか一方に傾斜させる。これにより、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のパターンはデフォーカスされた状態で試料Ｐに露光され、試料Ｐ上に第２の光強度勾配Ｒ２が生成される。なおここでは、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のパターンを試料Ｐに露光するときに、試料ＰのＺ軸方向の位置を調整して投影光学系ＰＬの像面と試料Ｐとの距離を漸次大きくしているが、パターン形成領域ＰＡ１２〜ＰＡ２０のパターンを試料Ｐに露光するときに、マスクＭのＺ軸方向の位置を漸次変化させてもよいし、マスクＭと試料Ｐとの双方のＺ軸方向における位置を変化させてもよい。
【００６０】
なお、上記各実施形態では、遮光部（遮光パターン）を有するマスクＭに照射光ＥＬを照射することで、試料Ｐ上で所望の光強度勾配を得る構成であるが、マスクＭを使わずに第１の光強度勾配Ｒ１及び第２の光強度勾配Ｒ２を有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することもできる。例えば、マスクステージＭＳＴにマスクＭを載置しない状態で照射装置ＩＬより照射光ＥＬを射出し、投影光学系ＰＬを介して試料Ｐ上に照射光ＥＬを照射する。そして、視野絞り１０２によって設定されるスリット状の照明領域ＩＡに対して試料Ｐを照明領域ＩＡの幅Ｗより小さい移動距離でＸ軸方向にステップ移動し、照射光ＥＬを試料Ｐ上で重ね合わせることにより、図１９に示す模式図のように、第１の光強度勾配Ｒ１及び第２の光強度勾配Ｒ２で照射光ＥＬを試料Ｐに照射することができる。なおここでは、照明領域ＩＡに対して試料Ｐを照明領域ＩＡの幅Ｗより小さい移動距離でステップ移動しているが、照明領域ＩＡの幅と同程度の移動距離でステップ移動してもよい。あるいは、視野絞り１０２を可変視野絞りとし、照明領域ＩＡの大きさ（幅）を変化させながら照射光ＥＬを照射してもよい。あるいは、試料Ｐを停止した状態で視野絞り１０２を駆動するようにしてもよい。
【００６１】
あるいは、図２０に示すような傾斜部１０２Ａを含む台形形状の開口部を有する視野絞り１０２を照明光学系１０１に設け、この台形形状の開口部を通過した照射光ＥＬを投影光学系ＰＬを介して試料Ｐ上に投影することで、第１の光強度勾配Ｒ１と第２の光強度勾配Ｒ２とを有する光強度分布で照射光ＥＬを照射することができる。視野絞り１０２の開口部の傾斜部１０２Ａの傾斜角度は、第２の光強度勾配Ｒ２に応じて設定される。ここで、視野絞り１０２は、投影光学系ＰＬの像面と共役な位置に対して僅かにずれた位置に配置される。したがって、開口部の端部１０２Ｂを通過する光束により、試料Ｐ上で第１の光強度勾配Ｒ１が形成される。なお、本実施形態における結晶の成長方向はＹ軸方向である。
【００６２】
次に、本発明の熱処理装置の他の実施形態について図２１及び図２２を参照しながら説明する。図２１は本実施形態に係る熱処理装置の概略斜視図、図２２は概略構成図であって、図２１に示すように、熱処理装置Ｓは複数並んだ投影光学系ＰＬを有している。
図２１及び図２２において、熱処理装置Ｓは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、試料Ｐを支持する試料ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されたマスクＭに照射光ＥＬを照射する照射装置ＩＬと、照射光ＥＬを照射されたマスクＭのパターンの像を試料ステージＰＳＴに支持されている試料Ｐに投影する投影光学系ＰＬとを備えている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは複数（５つ）の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｅを有しており、照射装置ＩＬ（照明光学系１０１）も投影光学モジュールの数及び配置に対応して複数（５つ）の照明系モジュールを有している。複数の投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｅのうち、投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｃ、ＰＬｅと投影光学モジュールＰＬｂ、ＰＬｄとが２列に千鳥状に配列されている。
【００６３】
マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴは移動可能に設けられており、一次元の走査露光を行うべくＸ軸方向への長いストロークと、走査方向と直交するＹ軸方向への所定距離のストロークとを有している。試料ステージＰＳＴも、マスクステージＭＳＴと同様に、一次元の走査露光を行うべくＸ軸方向に長いストロークと、走査方向と直交するＹ軸方向にステップ移動するための長いストロークとを有している。
【００６４】
図２１に示すように、マスクＭの走査方向両側（±Ｘ側）には複数のマーク（マーク群）を有するマーク形成領域２７、２８が設けられている。−Ｘ側のマーク形成領域２７にはＹ軸方向に所定間隔で並ぶ複数のマーク３０が形成されている。一方、＋Ｘ側のマーク形成領域２８にはＹ軸方向に所定間隔で並ぶ複数のマーク３１が形成されている。また、試料ステージＰＳＴの−Ｘ側の所定位置にはＹ軸方向に沿って延在する基準部材２９が設けられており、基準部材２９にはＹ軸方向に所定間隔で並ぶマーク４０が形成されている。以下の説明において、マスクＭに形成されたマーク３０及び３１を適宜「マスク側ＡＩＳマーク」と称する。また、試料ステージＰＳＴに形成されたマーク４０を適宜「試料側ＡＩＳマーク」と称する。一方、試料ステージＰＳＴの＋Ｘ側の所定位置には、Ｙ軸方向に所定間隔で並ぶ複数の光量センサ１１６が設けられている。
【００６５】
図２２に示すように、投影光学モジュールＰＬｄは、シフト調整機構５と、二組の反射屈折型光学系１０、２０と、像面調整機構６と、不図示の視野絞りと、スケーリング調整機構７とを備えている。なお、他の投影光学モジュールＰＬａ、ＰＬｂ、ＰＬｃ、ＰＬｅも投影光学モジュールＰＬｄと同様の構成である。マスクＭを透過した光束は、シフト調整機構５に入射する。シフト調整機構５は、θＹ方向に回転可能に設けられた平行平面ガラス板５Ａと、θＸ方向に回転可能に設けられた平行平面ガラス板５Ｂと有している。平行平面ガラス板５Ａはモータなどの駆動装置５ＡｄによりθＹ方向に回転し、平行平面ガラス板５Ｂはモータなどの駆動装置５ＢｄによりθＸ方向に回転する。平行平面ガラス板５ＡがθＹ方向に回転することにより試料Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＸ軸方向にシフトし、平行平面ガラス板５ＢがθＸ方向に回転することにより試料Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はＹ軸方向にシフトする。駆動装置５Ａｄ，５Ｂｄの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴによりそれぞれ独立して制御されるようになっている。駆動装置５Ａｄ，５Ｂｄのそれぞれは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、平行平面ガラス板５Ａ，５Ｂのそれぞれを所定速度で所定量（所定角度）回転する。シフト調整機構５を透過した光束は、１組目の反射屈折型光学系１０に入射する。
【００６６】
反射屈折型光学系１０は、マスクＭのパターンの中間像を形成するものであって、直角プリズム１１と、レンズ１２と、凹面鏡１３とを備えている。直角プリズム１１はθＺ方向に回転可能に設けられており、モータなどの駆動装置１１ｄによりθＺ方向に回転する。直角プリズム１１がθＺ方向に回転することにより試料Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像はθＺ方向に回転する。すなわち、直角プリズム１１はローテーション調整機構としての機能を有している。駆動装置１１ｄの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっている。駆動装置１１ｄは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、直角プリズム１１を所定速度で所定量（所定角度）回転する。反射屈折型光学系１０により形成されるパターンの中間像位置には不図示の視野絞りが配置されている。視野絞りは、試料Ｐ上における投影領域を設定するものである。
【００６７】
反射屈折型光学系２０は、反射屈折型光学系１０と同様に、ローテーション調整機構としての直角プリズム２１と、レンズ２２と、凹面鏡２３とを備えている。直角プリズム２１もモータなどの駆動装置２１ｄの駆動によりθＺ方向に回転するようになっており、回転することで試料Ｐ上におけるマスクＭのパターンの像をθＺ方向に回転する。駆動装置２１ｄの駆動速度及び駆動量は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっており、駆動装置２１ｄは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、直角プリズム２１を所定速度で所定量（所定角度）回転する。
【００６８】
反射屈折型光学系２０から射出した光束は、スケーリング調整機構７を通り、試料Ｐ上にマスクＭのパターンの像を正立等倍で結像する。スケーリング調整機構７は、図２２に示すようにレンズをＺ軸方向に移動させたり、又は３枚のレンズ構成で例えば、凹レンズ、凸レンズ、凹レンズから構成され、凹レンズと凹レンズとの間に位置する凸レンズをＺ軸方向に移動させることにより、マスクＭのパターンの像の倍率（スケーリング）調整を行うようになっている。図２２に示す形態の場合、凸レンズは駆動装置７ｄにより移動するようになっており、駆動装置７ｄは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。駆動装置７ｄは制御装置ＣＯＮＴの制御に基づいて、凸レンズを所定速度で所定量移動させる。なお、凸レンズは、両凸レンズでも平凸レンズでもよい。
【００６９】
二組の反射屈折型光学系１０，２０の間の光路上には、投影光学モジュールＰＬｄの結像位置及び像面の傾斜を調整する像面調整機構６が設けられている。像面調整機構６は反射屈折型光学系１０による中間像が形成される位置近傍に設けられている。すなわち、像面調整機構６はマスクＭ及び試料Ｐに対してほぼ共役な位置に設けられている。像面調整機構６は、第１光学部材６Ａと、第２光学部材６Ｂと、第１光学部材６Ａ及び第２光学部材６Ｂを非接触状態に支持する不図示のエアベアリングと、第２光学部材６Ｂに対して第１光学部材６Ａを移動する駆動装置６Ａｄ、６Ｂｄとを備えている。第１光学部材６Ａ及び第２光学部材６Ｂのそれぞれはくさび状に形成され露光光ＥＬを透過可能なガラス板であり、一対のくさび型光学部材を構成している。照射光ＥＬはこの第１光学部材６Ａ及び第２光学部材６Ｂのそれぞれを通過する。駆動装置６Ａｄ、６Ｂｄの駆動量及び駆動速度、すなわち第１光学部材６Ａと第２光学部材６Ｂとの相対的な移動量及び移動速度は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。第２光学部材６Ｂに対して第１光学部材６ＡがＸ軸方向にスライドするように移動することにより投影光学モジュールＰＬｄの像面位置がＺ軸方向に移動し、第２光学部材６Ｂに対して第１光学部材６ＡがθＺ方向に回転することにより投影光学モジュールＰＬｄの像面が傾斜する。
【００７０】
上記シフト調整機構５、ローテーション調整機構１１、２１、スケーリング調整機構７、及び像面調整機構６により、投影光学系ＰＬの結像特性を補正する結像特性制御装置が構成されている。なお、結像特性制御装置としては、一部の光学素子（レンズ）間を密封して内部圧力を調整する機構であってもよい。
【００７１】
基準部材２９に形成された試料側ＡＩＳマーク４０のＺ軸方向における形成位置（高さ）は試料Ｐの表面（露光面）と略一致するように設定されている。また、マスク側ＡＩＳマーク３０、３１はマスクＭの特定位置（例えば中心位置）に対して所定の位置関係で設けられている。基準部材２９の下方には、試料ステージＰＳＴに埋設されるように、基準部材２９を通過した光を受光可能なＡＩＳ受光系６０が設けられている。ＡＩＳ受光系６０は、レンズ系６１と、レンズ系６１を介した光を受光するＣＣＤからなる撮像素子６２とを備えている。ＡＩＳ受光系６０（撮像素子６２）の受光結果は制御装置ＣＯＮＴに出力されるようになっている。
【００７２】
図２３は、ＡＩＳ受光系６０がＡＩＳマーク検出を行っている状態を示す図である。図２３に示すように、制御装置ＣＯＮＴは、いわゆるスルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）方式により、ＡＩＳ受光系６０（撮像素子６２）でマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）と試料側ＡＩＳマーク４０とを検出し、この検出結果に基づいてマスクＭと試料ステージＰＳＴとの相対位置を求める。具体的には、制御装置ＣＯＮＴは、撮像素子６２でマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）の像と試料側ＡＩＳマーク４０の像とが一致するようにマスクステージＭＳＴ及び試料ステージＰＳＴを移動し、照明光学系ＩＬでマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）を照明する。マスクＭを通過した照射光ＥＬは投影光学系ＰＬを通過するとともに試料側ＡＩＳマーク４０を通過し撮像素子６２に導かれる。制御装置ＣＯＮＴは投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅを介してマスク側ＡＩＳマーク３０（３１）及び試料側ＡＩＳマーク４０の相対位置（位置ずれ量）を計測することにより、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの各結像特性（シフト、スケーリング、ローテーション）を計測する。制御装置ＣＯＮＴは求めた結像特性の計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬａ〜ＰＬｅの結像特性が精度保証範囲内になるように補正量を求め、求めた補正量に基づいて上記結像特性制御装置５、６、７、１１、２１を駆動して結像特性を補正する。図２３には、マスク側ＡＩＳマーク３０と試料側ＡＩＳマーク４０とを同時に検出する状態が示されているが、マスクステージＭＳＴを移動することで、マスク側ＡＩＳマーク３１と試料側ＡＩＳマーク４０とを同時に計測することもできる。そして、マスク側ＡＩＳマーク３０、３１のそれぞれに関する計測結果に基づいて、制御装置ＣＯＮＴはマスクＭのマスクステージＭＳＴ上における所望の位置に対する置き位置ずれ（θＺ方向の位置ずれ）やマスクＭの膨張量に関する情報を求めることができ、求めた前記位置ずれやマスクＭの膨張に起因する像変化を補正するために、上記結像特性制御装置を使って投影光学系ＰＬの結像特性を調整することもできる。
【００７３】
なお、制御装置ＣＯＮＴは、試料ステージＰＳＴ上に設けられた複数の光量センサ１１６を使って、各投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｅ間での照度ムラを含む照度情報を求め、求めた照度情報に基づいて照度ムラを補正することができる。なお照度ムラを補正するために、制御装置ＣＯＮＴは例えば照明光学モジュールのそれぞれに設けられている光量調整フィルタを駆動する。また、制御装置ＣＯＮＴは、照明光学系１０１及び投影光学系ＰＬを含む照射光ＥＬの光路上に配置される光学系の透過率変化、あるいは光源装置１００の光量変化を予測し、これに基づいて各投影光学モジュールＰＬａ〜ＰＬｅを通過して試料Ｐ上に照射される照射光ＥＬの光量（照度）を調整することもできる。
【００７４】
また、制御装置ＣＯＮＴは、光量センサ１１６を使って試料Ｐ（試料ステージＰＳＴ）のフォーカス調整を行うこともできる。すなわち、投影光学系ＰＬの像面と光量センサ１１６のＺ軸方向（フォーカス方向）の位置とが合致した状態において、光量センサ１１６で受光される照射光ＥＬの光量（照度）は最大値を示すので、投影光学系ＰＬを通過した照射光ＥＬを光量センサ１１６で受光しつつ試料ステージＰＳＴをＺ軸方向に移動し、最大照度が得られる光量センサ１１６のＺ軸方向の位置を検出することで、投影光学系ＰＬの像面位置を求めることができる。また、干渉計１１４で試料ステージＰＳＴの位置をモニタしつつ試料ステージＰＳＴをＸＹ方向に移動しながら、照射光ＥＬを光量センサ１１６で受光することで、マスクＭのパターン像のＸＹ方向における位置も検出することができる。
【００７５】
図２４は試料ステージＰＳＴに設けられた試料ホルダＰＨの一例を示す図であって、図２４（ａ）は要部拡大断面図、図２４（ｂ）は平面図である。
図２４において、試料ホルダＰＨは、試料Ｐの下面（被支持面）ＰＢの一部を支持する第１支持部７１と、第１支持部７１に接続する第２支持部７２とを備えている。第１支持部７１は、試料Ｐの下面ＰＢに向かって延び、下面ＰＢの複数の所定位置のそれぞれを支持する複数の凸状部材７３と、これら凸状部材７３の下端に接続する板状のベース部材７４を備えている。なお、図２４に示す例では凸状部材７３とベース部材７４とは一体成形されている。
【００７６】
凸状部材７３は略円柱状部材であって、図２４（ｂ）に示すように平面視マトリクス状に配置されている。凸状部材７３の上端面（支持面）７５は略円形状の平坦面であって、この上端面７５で試料Ｐの下面ＰＢを支持する。試料Ｐの下面ＰＢは、平面視マトリクス状に配置された凸状部材７３の支持面（上端面）７５のそれぞれで支持される。本実施形態では、試料Ｐの下面ＰＢのうち、第１支持部１の支持面７５に支持される総面積は、支持面７５に支持される以外の部分のより小さく設定されている。支持面７５のそれぞれには、バキューム装置９０に流路９１を介して接続した吸着穴（吸着部）７６が設けられている。試料Ｐの下面ＰＢは吸着穴７６を介して吸着保持される。流路９１の一端部はバキューム装置９０に接続しており、他端部は分岐して分岐流路９１Ｂとなっている。そして、分岐流路９１Ｂが吸着穴７６のそれぞれに接続されている。分岐流路９１Ｂのそれぞれには、吸着穴７６を介した単位時間当たりのガス吸引量を調整するための弁９２が設けられている。弁９２の動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御される。制御装置ＣＯＮＴは弁９２のそれぞれの動作を制御することにより、吸着穴７６それぞれによる試料Ｐに対する吸着力を個別に設定可能となっている。
【００７７】
第２支持部７２は、凸状部材７３の支持面７５とは異なる部分、本実施形態では、ベース部材７４の上面及び凸状部材７３の側面に接続するに設けられている。そして、複数の凸状部材７３と第２支持部７２とを接続するようにして、第１支持部７１と第２支持部７２とが連結されている。ここで、本実施形態では、第２支持部７２は凸状部材７３の側面の高さ方向中央部より下方に接続されている。したがって、図２４（ａ）に示すように、凸状部材７３の支持面７５で試料Ｐを支持した際、第１支持部７１の凸状部材７３と第２支持部７２と試料Ｐとの間で空間９５が形成される。
【００７８】
第１、第２支持部７１、７２は互いに異なる材料により形成されている。第１支持部７１を形成する第１の材料は、第２支持部７２を形成する第２の材料より熱伝導率の大きい材料である。また、第２の材料は、第１の材料より膨張率の小さい材料である。本実施形態において、第１支持部７１はアルミニウムで形成されており、第２支持部７２はセラミックスで形成されている。アルミニウムは高い熱伝導率を有する材料であり、セラミックスは低い膨張率を有する材料である。なお、第１，第２の材料は、アルミニウム及びセラミックスに限ることなく所望の機能を有する材料を用いることができる。
【００７９】
試料ホルダＰＨに保持された試料Ｐに対して照射光ＥＬが照射されると、試料Ｐは照射光ＥＬの照射熱により温度上昇する。ここで、試料Ｐは高い熱伝導率を有する第１支持部７１に接続されているので、試料Ｐの熱は第１支持部７１の凸状部材７３に素早く伝達（吸収）される。これにより、試料Ｐは過剰に加熱せず、したがって大きく熱変形しない。
【００８０】
第１支持部７１の凸状部材７３に伝達した試料Ｐの熱はベース部材７４まで伝達する。凸状部材７３を熱が伝達することにより、第１支持部７１に接続している第２支持部７２にも熱が伝達するが（換言すれば、試料Ｐの熱が第１支持部７１を介して第２支持部７２に伝達するが）、第２支持部７２は膨張率の低い材料により形成されているため、大きく膨張（変形）しない。そして、伝達する熱により凸状部材７３は径方向に熱膨張しようとするが、凸状部材７３の周囲はほとんど熱膨張しない第２支持部７２で囲まれているため、凸状部材７３の熱膨張は阻止される。したがって、第１、第２支持部７１、７２からなる試料ホルダＰＨ全体は大きく熱変形しない。
【００８１】
第１支持部７１は試料Ｐを複数の凸状部材７３で支持する構成であり、本実施形態においては、試料Ｐの下面ＰＢのうち支持面７５に支持される総面積が、支持面７５に支持される以外の部分より小さく設定されている。したがって、仮に試料ホルダＰＨ（凸状部材７３）が熱変形しても、試料Ｐに対する影響を少なくすることができる。すなわち、凸状部材７３の径（支持面７５の面積）が大きいと熱膨張量（熱変形量）が大きくなるため、試料Ｐの下面ＰＢを大きな支持面７５を有する第１支持部７１で支持した場合、試料Ｐは熱膨張する凸状部材７３により水平方向へ引っ張られてしまい、歪み等の変形を発生する場合がある。しかしながら、試料Ｐの下面ＰＢを小さな支持面７５を有する凸状部材７３で支持することにより、仮に凸状部材７３が熱膨張しても、各凸状部材７３の熱膨張量はそれぞれ小さいので、試料Ｐに対する水平方向への引っ張り力を小さくすることができる。
【００８２】
また、試料Ｐの下面ＰＢを小さい支持面７５を有する凸状部材７３で支持したことにより、第１の試料Ｐを熱処理した後、この第１の試料Ｐを試料ホルダＰＨからアンロードし、第２の試料Ｐを試料ホルダＰＨにロードした際、第１の試料Ｐを露光処理した際に試料ホルダＰＨ（凸状部材７３）に蓄えられた熱の第２の試料Ｐに対する伝達量を抑えることができる。
【００８３】
ところで、結晶の生成位置や成長方向を良好に規定するために、試料ステージＰＳＴの位置制御を精度良く行う必要があり、特に、移動する試料ステージＰＳＴの直交度（真直度）を良好に補正する必要がある。ここで、直交度とは、２次元平面内（ＸＹ平面内）で移動する試料ステージＰＳＴの、このＸＹ平面内における基準座標系に対するずれ量である。例えば、試料ステージＰＳＴ上に設けられている移動鏡が理想位置に対してずれて設置されたり、何らかの原因で移動鏡の反射面が湾曲している等、移動鏡の反射面の平坦度や傾きに起因して、ＸＹ平面内を移動する試料ステージＰＳＴの真の位置を干渉計で計測できない状況が生じ、この場合、直交度誤差が生じる。直交度誤差が生じた場合、結晶の生成位置や成長方向を精度良く制御することが困難になる。そこで、移動する試料ステージＰＳＴの直交度誤差を低減するために試料ステージＰＳＴの位置計測を精度良く行う必要がある。
【００８４】
図２５はＸＹ平面内を移動する試料ステージＰＳＴの位置計測を行う位置計測装置１５０の一実施形態を示す模式図である。図２５において、試料ステージＰＳＴ上にはＸ移動鏡１１３Ｘ及びＹ移動鏡１１３Ｙが設けられ、これら各移動鏡１１３Ｘ、１１３Ｙに対向する位置にはレーザ干渉計１１４Ｘ、１１４Ｙがそれぞれ設けられている。また、図２５中、試料ステージＰＳＴの＋Ｙ側端部には第１撮像素子１５１が設けられ、第１撮像素子１５１に対して−Ｘ方向に離れた位置には、計測光を射出する投光部１５３及び第１撮像素子１５１とは別の第２撮像素子１５２が一体で設けられている。投光部１５３は第１撮像素子１５１に対して計測光を投射可能であるとともに、試料ステージＰＳＴ上のＸ移動鏡１１３Ｘに対しても計測光を投射可能である。Ｘ移動鏡１１３Ｘに投射された計測光の反射光は第２撮像素子１５２に受光されるようになっている。ここで、投光部１５３は、基準座標系のＸ軸と平行に計測光を射出する。
【００８５】
次に、図２６を参照しながら、計測装置１５０の動作について説明する。まず、基準座標系のＸ軸に対する直交度誤差を計測する手順について説明する。図２６（ａ）に示すように、計測装置１５０の投光部１５３は、Ｘ軸方向に移動する試料ステージＰＳＴの第１撮像素子１５１に対して計測光を投射する。ここで、試料ステージＰＳＴに直交度誤差がある場合、投光部１５３より射出された計測光は、第１撮像素子１５１の検出領域の基準位置に対してΔｙだけずれた位置に照射される。第１撮像素子１５１の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは前記ずれ量Δｙから直交度誤差を求めることができる。そして、求めた直交度誤差に基づいて、制御装置ＣＯＮＴは試料ステージＰＳＴの移動を補正するための補正量を求めることができる。
【００８６】
次に、基準座標系のＹ軸に対する直交度誤差を計測する手順について説明する。ここで、Ｘ移動鏡１１３ＸがＹ軸に対して角度θ傾いているとする。図２６（ｂ）に示すように、試料ステージＰＳＴのＸ移動鏡１１３Ｘと投光部１５３とを対向させた状態で、投光部１５３よりＸ移動鏡１１３Ｘに対して計測光を投射する。このときの試料ステージＰＳＴ（Ｘ移動鏡１１３Ｘ）のＸ軸方向の位置をｘ１とする。Ｘ移動鏡１１３Ｘで反射した計測光の反射光は、第２撮像素子１５２に受光される。この反射光の第２撮像素子１５２によるＹ軸方向における検出位置をｔ（ｘ１）とする。次いで、図２６（ｂ）に示した状態から試料ステージＰＳＴを＋Ｘ方向に移動して図２６（ｃ）に示す状態にし、この状態で投光部１５３より計測光をＸ移動鏡１１３Ｘに投射する。このときの試料ステージＰＳＴ（Ｘ移動鏡１１３Ｘ）のＸ軸方向の位置をｘ２とする。Ｘ移動鏡１１３Ｘで反射した計測光の反射光は第２撮像素子１５２に受光される。この反射光の第２撮像素子１５２によるＹ軸方向における検出位置をｔ（ｘ２）とする。以上より、
θ（ｙ）＝〔（ｔ（ｘ１）−ｔ（ｘ２）〕／（ｘ１−Ｘ２） …（１）
となる。Ｙ軸方向に関して試料ステージＰＳＴを移動して同様の計算を行い、
ａｖｅｒａｇｅ〔θ（ｙ）〕 …（２）
が、Ｙ軸に対する直交度誤差の平均値である。
θ＝ｄｘ／ｄｙ …（３）
なので、
ｘ（ｙ）＝∫θ（ｙ）ｄｙ …（４）
により、Ｙ軸に対する直交度を求めることができる。
【００８７】
以上の方法により、投光部１５３から射出した１本の光束（計測光）を基準として直交度（真直度）を計測することができる。なお、この直交度計測動作は、試料ステージＰＳＴに対して試料Ｐを交換する毎、あるいはロット毎など、所定の時間間隔毎に行うことができる。
【００８８】
上記各実施形態において、試料ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。
【００８９】
ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００９０】
試料ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
【００９１】
以上のように、本願実施形態の熱処理装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから熱処理装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから熱処理装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの熱処理装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、熱処理装置全体としての各種精度が確保される。なお、熱処理装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００９２】
上記ｐ−Ｓｉを含む半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスクを製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の熱処理装置によりマスクのパターンを試料に露光する試料処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＥＬＡ法に基づいてａ−Ｓｉからｐ−Ｓｉを生成する際、核の生成位置を制御し、結晶の大粒径化が可能であるため、良好な移動度を有するなど所望の性能を有するシリコン結晶を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱処理方法の概念を示す説明図である。
【図２】本発明の熱処理方法の概念を示す説明図である。
【図３】本発明の熱処理方法の概念を示す説明図である。
【図４】本発明の熱処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係るマスクの一実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の熱処理方法の一実施形態を示す図である。
【図７】シリコン結晶が成長する様子を示す模式図である。
【図８】本発明に係るマスクの他の実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明に係るマスクの他の実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明に係るマスクの他の実施形態を示す平面図である。
【図１１】シリコン結晶が成長する様子を示す模式図である。
【図１２】本発明に係るマスクの他の実施形態を示す平面図である。
【図１３】シリコン結晶が成長する様子を示す模式図である。
【図１４】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１６】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１７】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１８】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図１９】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図２０】本発明の熱処理方法の他の実施形態を示す図である。
【図２１】本発明の熱処理装置の他の実施形態を示す概略斜視図である。
【図２２】図２１の概略構成図である。
【図２３】熱処理装置の動作の一例を示す模式図である。
【図２４】試料ステージの一実施形態を示す模式図である。
【図２５】試料ステージの位置計測装置の一例を示す図である。
【図２６】試料ステージの位置計測装置の動作の一例を示す図である。
【符号の説明】
１００…光源装置、１０１…照明光学系、Ａ１…第１の領域、
Ａ２…第２の領域、Ｃ１〜Ｃ２０…遮光部（スリット状遮光部）、
ＣＯＮＴ…制御装置、Ｅ１〜Ｅ２０…円形状遮光部、ＥＬ…照射光（光束）、
Ｈ１、Ｈ２…第２遮光部、ＩＬ…照射装置、
Ｌ１２〜Ｌ２０…ライン状遮光部、Ｍ…マスク、ＭＳＴ…マスクステージ、
Ｐ…試料、ＰＡ１〜ＰＡ２０…パターン形成領域、ＰＬ…投影光学系、
ＰＳＴ…試料ステージ、Ｒ１…第１の光強度勾配（第１の勾配）、
Ｒ２…第２の光強度勾配（第２の勾配）、Ｓ…熱処理装置、Ｘ…所定方向
Claims (21)
- 試料に光束を照射する工程を有する熱処理方法において、
前記光束を前記試料の表面の第１の領域に対して所定方向に関して第１の光強度勾配で照射するとともに、前記試料の表面の前記第１の領域に連続する第２の領域に対して前記所定方向に関して前記第１の光強度勾配より緩やかな第２の光強度勾配で照射することを特徴とする熱処理方法。 - 前記第１の光強度勾配における最大光強度と前記第２の光強度勾配における最小光強度とは略同じであることを特徴とする請求項１記載の熱処理方法。
- 前記第２の領域は前記第１の領域より大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の熱処理方法。
- 前記試料の表面で前記所定方向と交差する方向の光強度に分布が生じるように前記光束を照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の熱処理方法。
- 前記所定方向と交差する方向の光強度の分布を前記第１の領域を含む領域に設けることを特徴とする請求項４記載の熱処理方法。
- 前記試料にはアモルファスシリコン膜が形成されており、前記光束を照射する工程により、前記アモルファスシリコン膜にシリコン結晶を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の熱処理方法。
- 基板上に設けられたアモルファスシリコン膜に対して光束を照射する工程を有する熱処理方法において、
前記光束を前記アモルファスシリコン膜の第１の領域に対して所定方向に関して第１の光強度勾配で照射するとともに、前記アモルファスシリコン膜の前記第１の領域に連続する第２の領域に対して前記所定方向に関して前記第１の光強度勾配より緩やかな第２の光強度勾配で照射することを特徴とする熱処理方法。 - 前記アモルファスシリコン膜上で前記所定方向と交差する方向の光強度に分布が生じるように前記光束を照射することを特徴とする請求項７記載の熱処理方法。
- マスクに光束を照射し、該マスクを通過した前記光束を試料に照射する工程を有する熱処理方法において、
前記光束を前記試料の表面の第１の領域に対して所定方向に関して第１の光強度勾配で照射するとともに、前記試料の表面の前記第１の領域に連続する第２の領域に対して前記所定方向に関して前記第１の光強度勾配より緩やかな第２の光強度勾配で照射することを特徴とする熱処理方法。 - 前記マスクに対して前記試料を相対移動しながら、前記試料上で前記第１及び第２の光強度勾配を生成することを特徴とする請求項９記載の熱処理方法。
- 前記マスク上には前記所定方向に並んだ複数のパターン形成領域が設けられており、前記複数のパターン形成領域のそれぞれの遮光部の割合は異なる値に設定されており、
前記マスクに対して前記試料を前記所定方向に相対移動しながら前記光束を照射し、前記試料上で前記複数のパターン形成領域のそれぞれのパターンを重ね合わせることで、該試料上で前記第１及び第２の光強度勾配を生成することを特徴とする請求項９記載の熱処理方法。 - 前記マスクに対して前記試料を前記所定方向に略等速で移動し、前記複数のパターン形成領域のそれぞれのパターンを前記試料上で重ね合わせることを特徴とする請求項１１記載の熱処理方法。
- 前記遮光部は前記所定方向と交差する方向に延びるスリット状遮光部であり、前記複数のパターン形成領域のそれぞれについて前記スリット状遮光部の幅が異なる値に設定されていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の熱処理方法。
- 前記遮光部は略円形状遮光部であり、前記複数のパターン形成領域のそれぞれについて前記円形状遮光部の径が異なる値に設定されていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の熱処理方法。
- 前記マスクを通過した光束は投影光学系を介して前記試料上に投影され、前記マスクのパターン形成領域のそれぞれに前記試料上で解像しない程度の線幅のライン状遮光部を複数設け、前記複数のパターン形成領域のそれぞれについて前記ライン状遮光部の数がそれぞれ異なる値に設定されていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の熱処理方法。
- 前記マスクを通過した光束は投影光学系を介して前記試料上に投影され、前記投影光学系の像面に対する前記試料及び前記マスクの少なくともいずれか一方の位置を調整することで前記第２の光強度勾配を生成することを特徴とする請求項１１又は１２記載の熱処理方法。
- 前記投影光学系は複数並んで設けられていることを特徴とする請求項１５又は１６記載の熱処理方法。
- 前記マスク上に前記所定方向と交差する方向に所定間隔で第２遮光部が設けられていることを特徴とする請求項９〜１７のいずれか一項記載の熱処理方法。
- 前記試料は、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜であることを特徴とする請求項９〜１８のいずれか一項記載の熱処理方法。
- マスクを支持するマスクステージと、
試料を支持する試料ステージと、
前記マスクに光束を照射する照射装置と、
前記マスクに対して前記試料を所定方向に相対移動しながら、前記マスクを通過した前記光束を前記試料の表面の第１の領域に対して所定方向に関して第１の光強度勾配で照射するとともに、前記試料の表面の前記第１の領域に連続する第２の領域を前記所定方向に関して前記第１の光強度勾配より緩やかな第２の光強度勾配で照射する制御装置とを備えたことを特徴とする熱処理装置。 - マスクを支持するマスクステージと、
試料を支持する試料ステージと、
前記マスクに光束を照射する照射装置と、
前記マスクに対して前記試料を所定方向に相対移動しながら、前記マスクを通過した前記光束を前記試料の表面の第１の領域に対して所定方向に関して第１の勾配の積算光量で照射するとともに、前記試料の表面の前記第１の領域に連続する第２の領域を前記所定方向に関して前記第１の勾配より緩やかな第２の勾配の積算光量で照射する制御装置とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003187306A JP2005026285A (ja) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | 熱処理方法及び熱処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003187306A JP2005026285A (ja) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | 熱処理方法及び熱処理装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2005026285A true JP2005026285A (ja) | 2005-01-27 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007094389A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Samsung Electronics Co Ltd | 表示基板の製造方法及びこれを製造するための製造装置 |
| JP2007221062A (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Sharp Corp | 半導体デバイスの製造方法および製造装置 |
| WO2020137400A1 (ja) * | 2018-12-27 | 2020-07-02 | 株式会社ブイ・テクノロジー | レーザアニール装置 |
-
2003
- 2003-06-30 JP JP2003187306A patent/JP2005026285A/ja not_active Withdrawn
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| JP7161758B2 (ja) | 2018-12-27 | 2022-10-27 | 株式会社ブイ・テクノロジー | レーザアニール装置 |
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