JP2005244195A - 光照射装置、結晶化装置、結晶化方法、デバイス、および光学変調素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 180度と実質的に異なる位相変調量の位相段差が第1間隔で並ぶパターンを有する光学変調素子(1)と、入射光束を偏光状態の異なる2つの光束に分割するための光束分割素子(2)と、光学変調素子および光束分割素子を介した2つの光束に基づいて、第2間隔だけ互いに離間した2つの光強度分布の合成に対応する所定の逆ピーク状の光強度分布を所定面(5)に形成するための結像光学系(4)とを備えている。第2間隔は、第1間隔の奇数倍に対応している。
【選択図】 図1
Description
表面科学Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000
この光学変調素子を介した光束を非干渉性の異なる2つの光束に分割するための光束分割素子と、
第2間隔だけ互いに離間した2つの光強度分布の合成に対応する所定の逆ピーク状の光強度分布を所定面に形成するための結像光学系とを備え、
隣り合う2つの位相段差の間隔は、前記逆ピーク状の光強度分布を形成する第1基準間隔と前記逆ピーク部を形成しない第1補正間隔との間で前記位相段差の方向に沿って変化し、
前記第2間隔は、前記第1基準間隔の奇数倍に対応していることを特徴とする光照射装置を提供する。
隣り合う2つの位相段差の間隔は前記位相段差の方向に沿って増減していることを特徴とする光学変調素子を提供する。
隣り合う2つの位相段差の間に形成された位相領域は交互に異なる基準位相値を有し、
各位相領域には、前記基準位相値と異なる第1位相値を有する第1領域の占有面積率が位置によって変化する位相分布が形成され、
隣り合う2つの位相領域の間で、前記第1領域の位相変調量の絶対値がほぼ等しく且つその符号が逆であることを特徴とする光学変調素子を提供する。
前記位相段差の近傍に設けられた光遮蔽領域を有することを特徴とする光学変調素子を提供する。
前記位相段差の近傍に設けられた位相変調領域を有することを特徴とする光学変調素子を提供する。
図1は、本発明の実施形態にかかる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。また、図2は、図1の照明系の内部構成を概略的に示す図である。図1および図2を参照すると、本実施形態の結晶化装置は、透光性基板に複数の段差(位相差が実質的に180度の段差を除く)が設けられてなり、入射光束を位相変調して逆ピーク状の光強度分布を形成するための光学変調素子1と、非干渉性でかつ異なる2つの光束に分割する手段例えば入射光束を偏光状態の異なる2つの光束に分割するための光束分割素子2(例えば複屈折素子)と、上記光学変調素子1および/又は前記光束分割素子2を介した光束に基づいて、互いに離間した2つの逆ピーク状光強度分布の合成に対応する所定の光強度分布を所定面に形成するための結像光学系とを備え、上記2つの逆ピーク状光強度分布の離間距離を上記段差間に相当する間隔の奇数倍にすることを特徴とする。
次に、光学変調素子1および光束分割素子2の構成および作用については各実施例を参照して後述する。また、本実施形態の結晶化装置は、光学変調素子1を照明するための照明系3を備えている。照明系3は、被結晶化処理体を溶融するエネルギーを有する光線を出射する光源と、ほぼ均一な入射角および光強度分布を出射するホモジナイザとからなる。光源は、たとえば図2に示す光学系で248nmの波長を有する光を供給するKrFエキシマレーザ光源3aを備えている。なお、光源3aとして、XeClエキシマレーザ光源やYAGレーザ光源のような被結晶化処理体を溶融するエネルギー光線を出射する性能を有する他の適当な光源を用いることもできる。
図3は、第1実施例における光学変調素子の構成および作用を説明する図である。第1実施例の光学変調素子1は、透明体からなり図3(a)に示すように、たとえば位相値が0度の矩形状の領域1aと位相値が60度の矩形状の領域1bとが一方向に沿って交互に繰り返される位相差60度のライン型位相シフターである。こうして、2つの矩形状の領域1aと1bとの間には、60度の位相差線(位相の境界線:位相シフト線)1cが形成されている。そして、光学変調素子1の全体では、位相差線1cが所定ピッチ例えば像側換算値で5μmのピッチ(実際には25μmのピッチ)で形成されている。位相差線(位相の境界線:位相シフト線)1cとは、透明体に形成された段差であり、この段差は、光強度に周期的な空間分布(逆ピーク光強度分布)を付与する。
d=tanφ×t (1)
ただし、tanφ=(no2−ne2)sinθ・cosθ/(ne2cos2θ+no2sin2θ)
なお、式(1)において、noは正常光線oの屈折率であり、neは異常光線eの屈折率である。また、上述したように、φは異常光線eと入射界面の法線(すなわち光軸)との角度であり、θは結晶光学軸2aと入射界面の法線との角度であり、tは複屈折素子2Eの厚さである。
sinθw=2(ne−no)tanθw{1−(ne−no)2・tan2θw/2+・・・}(2)
光束分割素子2としてウォラストンプリズム22を用いる場合、分離角θwを適宜設定することにより、上述の第1実施例と同様の効果を得ることができる。なお、ウォラストンプリズムと同様に偏光方向により角度分離する光束分割素子2としてローションプリズムやセナルモンプリズムがあり、これらも用いることができる。また、右回り偏光と左回り偏光に角度分離する素子としてフレネルの(多重)プリズムがあるが、これも用いることができる。なお、これらの光束分割素子2やサバール板などは、これを通すことにより物体が二つに見えるため総称して複像子と呼ばれている。
第1実施例では、複屈折素子2Eで分割された2つの逆ピーク状の光強度分布の間隔が位相差線1cの間隔に対応しているので、合成により得られた逆ピーク状の光強度分布における逆ピーク点の最小光強度の大きさは一定である。これに対し、図11に示すように、2つの逆ピーク状の光強度分布の間隔と位相差線1cの間隔とを意図的にずらして、逆ピーク点とその片側のピーク形状位置とを重ね合わせることにより、ピークを実質的に消去したり逆ピークを浅くしたりすることができる。
逆ピークとは、光学変調素子1により形成された最小光強度分布を示す凹曲線である。この凹曲線の最小光強度値が逆ピーク点である。ピーク形状とは、逆ピークパターンの最大光強度を呈する光強度分布曲線である。ピークを実質的に消去することにより、最大光強度がアブレーションが発生する温度以上のときも、アブレーションが発生しない光強度に制御されるとともに、ピーク部で結晶成長が止まるのを回避できるため、結晶成長が継続し、より大きな結晶化を可能にする。逆ピーク点とピーク形状位置との間隔Dは、次の式(3)により近似される。
D≒0.5×λ/NA (3)
C≦0.5×λ/NA (4)
第1実施例では、特にフォーカス状態で形成される逆ピーク状の光強度分布において、逆ピークの両側に不要なピーク形状が現れる。前述したように、ピーク形状の存在は、アブレーションの原因および結晶成長の停止原因になる。まず、第3実施例の具体的な説明に先立って、逆ピークの両側にピーク形状が発生する原理を説明する。一般に、結像光学系4による結像の複素振幅分布U(x,y)は、比例係数を省略すると、次の式(5)で表わされる。
U(x,y)=O(x,y)*PSF(x,y) (5)
PSF(x,y)=2J1(a・r)/(a・r) (6)
ただし、a=(2π・NA)/λ
r=(x2+y2)1/2
3.8<a・r<7.0 (7)
0.61×λ/NA<r<1.11×λ/NA (8)
図21は、第4実施例の光学変調素子のパターンを示す図である。また、図22は、図21に示す光学変調素子における基本パターンを示す図である。図21を参照すると、第4実施例の光学変調素子1には第1実施例の場合と同様に、位相値が0度の矩形状の領域1aと位相値が60度の矩形状の領域1bとが一方向に沿って交互に繰り返し形成されている。換言すれば、隣接する2つの位相差線1cの間に形成された位相領域(1a,1b)は、交互に異なる基準位相値(0度,60度)を有する。
第4実施例では、第1実施例の光学変調素子1に対して、基準位相値(0度,60度)と異なる第1位相値(60度,0度)を有する第1領域(1i,1j)を付設している。これに対し、第5実施例では、第2実施例の光学変調素子1に対して、基準位相値と異なる第1位相値を有する正方形状の第1領域を付設している。図26は、第5実施例の光学変調素子のパターンを示す図である。図26を参照すると、第5実施例の光学変調素子1には第2実施例の場合と同様に、位相値が0度の領域1dと位相値が60度の領域1eとが一方向に沿って交互に繰り返し形成されている。
図31は、第6実施例の光学変調素子のパターンを示す図である。図31を参照すると、第6実施例の光学変調素子1は、一方向(図中縦方向)に沿って交互に繰り返し形成された2つの領域、すなわち幅が5μmの位相分布領域1pと幅が5μmの位相均一領域1qとを有する。位相分布領域1pには、結像光学系4の点像分布範囲の半径よりも光学的に小さい寸法を有し且つ90度の位相値を有する矩形状の領域(ハッチングを施した部分)1rが、その占有面積率が位置によって変化するように形成されている。位相分布領域1pにおいて、領域1r以外の領域は0度の位相値を有する。領域1rの占有面積率は、0%から約50%の間で変化している。一方、位相均一領域1qは、全体に亘って0度の位相値を有する。そして、位相分布領域1pと位相均一領域1qとの境界線が実質的に位相段差を形成する。
図34は、第7実施例の光学変調素子のパターンを示す図である。図34を参照すると、第7実施例の光学変調素子1は、図21に示す第4実施例の光学変調素子と同様に、一方向(図中縦方向)に沿って交互に繰り返し形成された2つの位相領域、すなわち幅が5μmの位相領域1sと幅が5μmの位相領域1tとを有する。位相領域1sでは、結像光学系4の点像分布範囲の半径よりも光学的に小さい寸法を有し且つ60度の位相値を有する正方形状の領域1uが、その占有面積率が位置によって変化するように形成されている。
2 光束分割素子(複屈折素子)
3 照明系
3a KrFエキシマレーザ光源
3b ビームエキスパンダ
3c,3e フライアイレンズ
3d,3f コンデンサー光学系
4 結像光学系
4c 開口絞り
5 被処理基板
6 基板ステージ
7 制御素子(1/2波長板)
Claims (42)
- 複数の位相段差(位相差が実質的に180度の位相段差を除く)が設けられてなり、入射光束を位相変調して逆ピーク状の光強度分布を形成するための光学変調素子と、
この光学変調素子を介した光束を非干渉性の異なる2つの逆ピーク状光強度分布の光束に分割するための光束分割素子と、
前記光学変調素子および/又は前記光束分割素子を介した光束に基づいて、互いに離間した2つの逆ピーク状光強度分布の合成に対応する所定の光強度分布を所定面に形成するための結像光学系とを具備し、
前記2つの逆ピーク状光強度分布の離間距離を前記位相段差間に相当する間隔の奇数倍にすることを特徴とする光照射装置。 - 180度と実質的に異なる位相段差が第1間隔で並ぶパターンを有する光学変調素子と、
この光学変調素子を介した光束を非干渉性の異なる2つの光束に分割するための光束分割素子と、
第2間隔だけ互いに離間した2つの光強度分布の合成に対応する所定の逆ピーク状の光強度分布を所定面に形成するための結像光学系とを備え、
前記第2間隔は、前記第1間隔の奇数倍に対応していることを特徴とする光照射装置。 - 複数の位相段差(位相差が実質的に180度の位相段差を除く)が設けられてなり、入射光束を位相変調して逆ピーク状の光強度分布を形成するための光学変調素子と、
この光学変調素子を介した光束を非干渉性の異なる2つの光束に分割するための光束分割素子と、
第2間隔だけ互いに離間した2つの光強度分布の合成に対応する所定の逆ピーク状の光強度分布を所定面に形成するための結像光学系とを備え、
隣り合う2つの位相段差の間隔は、前記逆ピーク状の光強度分布を形成する第1基準間隔と前記逆ピーク部を形成しない第1補正間隔との間で前記位相段差の方向に沿って変化し、
前記第2間隔は、前記第1基準間隔の奇数倍に対応していることを特徴とする光照射装置。 - 前記隣り合う2つの位相段差の間隔は、前記位相段差の方向に沿って増減していることを特徴とする請求項3に記載の光照射装置。
- 前記隣り合う2つの位相段差の第1補正間隔と前記第1基準間隔との差の絶対値に対応する前記所定面上の補正量Cは、光の波長をλとし、前記結像光学系の像側開口数をNAとするとき、
C≦0.5×λ/NA
の条件を満足することを特徴とする請求項3または4に記載の光照射装置。 - 前記光学変調素子は前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも光学的に小さく所定の変調位相値を有する領域の占有面積率が位置によって変化する位相分布領域を有し、該位相分布領域の周辺境界が実質的に前記180度と実質的に異なる位相段差を形成していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光照射装置。
- 前記光学変調素子は前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも光学的に小さく所定の変調位相値を有する領域の占有面積率が位置によって変化する、少なくとも二種類の位相分布領域を有し、該二種類の位相分布領域の変調位相値は絶対値が等しく符号が逆であり、該二種類の位相相分布領域の境界線が実質的に前記180度と実質的に異なる位相段差を形成していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光照射装置。
- 前記光学変調素子は、前記逆ピーク状の光強度分布において逆ピークの両側に発生するピーク形状を抑えるために、前記位相段差の近傍に設けられた光遮蔽領域を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光照射装置。
- 前記光遮蔽領域は、前記位相段差にほぼ平行に延びる線状光遮蔽領域を有することを特徴とする請求項8に記載の光照射装置。
- 前記線状光遮蔽領域の中心線と前記位相段差との距離に対応する前記所定面上の距離Dは、光の波長をλとし、前記結像光学系の像側開口数をNAとするとき、
0.4×λ/NA<D<0.7×λ/NA
の条件を満足することを特徴とする請求項9に記載の光照射装置。 - 前記光遮蔽領域は、前記位相段差にほぼ平行に並ぶ複数の孤立光遮蔽領域を有することを特徴とする請求項8に記載の光照射装置。
- 前記複数の孤立光遮蔽領域の中心を結ぶ中心線と前記位相段差との距離に対応する前記所定面上の距離Dは、光の波長をλとし、前記結像光学系の像側開口数をNAとするとき、
0.4×λ/NA<D<0.7×λ/NA
の条件を満足することを特徴とする請求項11に記載の光照射装置。 - 前記光学変調素子は、前記逆ピーク状の光強度分布において逆ピークの両側に発生するピーク形状を抑えるために、前記位相段差の近傍に設けられた位相変調領域を有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光照射装置。
- 前記位相変調領域は、前記位相段差にほぼ平行に延びる線状位相変調領域を有することを特徴とする請求項13に記載の光照射装置。
- 前記線状位相変調領域の中心線と前記位相段差との距離に対応する前記所定面上の距離Dは、光の波長をλとし、前記結像光学系の像側開口数をNAとするとき、
0.4×λ/NA<D<0.7×λ/NA
の条件を満足することを特徴とする請求項14に記載の光照射装置。 - 前記位相変調領域は、前記位相段差にほぼ平行に並ぶ複数の孤立位相変調領域を有することを特徴とする請求項13に記載の光照射装置。
- 前記複数の孤立位相変調領域の中心を結ぶ中心線と前記位相段差との距離に対応する前記所定面上の距離Dは、光の波長をλとし、前記結像光学系の像側開口数をNAとするとき、
0.4×λ/NA<D<0.7×λ/NA
の条件を満足することを特徴とする請求項16に記載の光照射装置。 - 前記位相段差の一方の側に設けられた位相変調領域の位相変調量と前記位相段差の他方の側に設けられた位相変調領域の位相変調量とは絶対値がほぼ等しく且つ符号が異なることを特徴とする請求項13乃至17のいずれか1項に記載の光照射装置。
- 隣接する2つの位相段差の間に形成された位相領域は交互に異なる基準位相値を有し、
各位相領域には、前記結像光学系の点像分布範囲の半径よりも光学的に小さい寸法を有し且つ前記基準位相値と異なる第1位相値を有する第1領域の占有面積率が位置によって変化する位相分布が形成され、
隣接する2つの位相領域の間で、前記第1領域の位相変調量の絶対値がほぼ等しく且つその符号が異なることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光照射装置。 - 前記補正量Cは、前記占有面積率が50%に最も近い位置で極小になっていることを特徴とする請求項19に記載の光照射装置。
- 前記光束分割素子は、前記光学変調素子と前記結像光学系との間または前記結像光学系と前記所定面との間に配置された複屈折素子を有することを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の光照射装置。
- 前記複屈折素子は、結晶光学軸が光軸に対して所定の角度をなすように設定された複屈折性の平行平面板を有することを特徴とする請求項21に記載の光照射装置。
- 前記複屈折素子は、結晶光学軸が光軸に対してそれぞれ所定の角度をなすように設定された複屈折性の一対の平行平面板からなるサバール板を有することを特徴とする請求項21に記載の光照射装置。
- 前記複屈折素子は、結晶光学軸が光軸に対してそれぞれ所定の角度をなすように設定された複屈折性の一対の平行平面板と、該一対の平行平面板の間に設けられた1/2波長板とを有することを特徴とする請求項21に記載の光照射装置。
- 前記光束分割素子は、前記結像光学系の瞳面またはその近傍に配置された複屈折素子を有することを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の光照射装置。
- 前記複屈折素子は、結晶光学軸が光軸に対してそれぞれ所定の角度をなすように設定された複屈折性の一対の偏向プリズムからなるウォラストンプリズムを有することを特徴とする請求項25に記載の光照射装置。
- 前記複屈折素子は、水晶、方解石、またはフッ化マグネシウムにより形成されていることを特徴とする請求項21乃至26のいずれか1項に記載の光照射装置。
- 前記光束分割素子により分割された2つの光束の強度が互いにほぼ等しくなるように、前記光束分割素子への入射光束の偏光状態を制御するための制御素子をさらに備えていることを特徴とする請求項1乃至24のいずれか1項に記載の光照射装置。
- 前記制御素子は、前記光束分割素子の入射側に配置された1/4波長板を有することを特徴とする請求項28に記載の光照射装置。
- 請求項1乃至29のいずれか1項に記載の光照射装置を備え、前記所定面に多結晶半導体膜または非晶質半導体膜を位置決めするためのステージを設けてなることを特徴とする結晶化装置。
- 請求項1乃至29のいずれか1項に記載の光照射装置を用いて、前記所定面に多結晶半導体膜または非晶質半導体膜を位置決めしたのち、前記所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成することを特徴とする結晶化方法。
- 請求項30に記載の結晶化装置または請求項31に記載の結晶化方法を用いて製造されたことを特徴とするデバイス。
- 180度と実質的に異なる位相段差が所定の周期で並ぶパターンを有する光学変調素子であって、
隣り合う2つの位相段差の間隔は前記位相段差の方向に沿って増減していることを特徴とする光学変調素子。 - 180度と実質的に異なる位相段差が所定の周期で並ぶパターンを有する光学変調素子であって、
隣り合う2つの位相段差の間に形成された位相領域は交互に異なる基準位相値を有し、
各位相領域には、前記基準位相値と異なる第1位相値を有する第1領域の占有面積率が位置によって変化する位相分布が形成され、
隣り合う2つの位相領域の間で、前記第1領域の位相変調量の絶対値がほぼ等しく且つその符号が逆であることを特徴とする光学変調素子。 - 位相差が180度と実質的に異なる位相変調量の位相段差が所定の周期で並ぶパターンを有する光学変調素子であって、
前記位相段差の近傍に設けられた光遮蔽領域を有することを特徴とする光学変調素子。 - 前記光遮蔽領域は、前記位相段差にほぼ平行に延びる線状光遮蔽領域を有することを特徴とする請求項35に記載の光学変調素子。
- 前記光遮蔽領域は、前記位相段差にほぼ平行に並ぶ複数の孤立光遮蔽領域を有することを特徴とする請求項35に記載の光学変調素子。
- 180度と実質的に異なる位相変調量の位相段差が所定の周期で並ぶパターンを有する光学変調素子であって、
前記位相段差の近傍に設けられた位相変調領域を有することを特徴とする光学変調素子。 - 前記位相変調領域は、前記位相段差にほぼ平行に延びる線状位相変調領域を有することを特徴とする請求項38に記載の光学変調素子。
- 前記位相変調領域は、前記位相段差にほぼ平行に並ぶ複数の孤立位相変調領域を有することを特徴とする請求項38に記載の光学変調素子。
- 前記位相段差の一方の側に設けられた位相変調領域の位相変調量と前記位相段差の他方の側に設けられた位相変調領域の位相変調量とは絶対値がほぼ等しく且つ符号が異なることを特徴とする請求項38乃至40のいずれか1項に記載の光学変調素子。
- 変調位相値を有する領域の占有面積率が位置によって変化する、少なくとも二種類の位相分布領域を有し、該二種類の位相分布領域の変調位相値は絶対値が等しく符号が逆であり、該二種類の位相相分布領域の境界線が実質的に前記180度と実質的に異なる位相段差を形成することを特徴とする光学変調素子。
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