JP2007258685A - Light irradiation apparatus, light irradiation method, crystallization apparatus, crystallization method, semiconductor device, and light modulation element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光照射装置、光照射方法、結晶化装置、結晶化方法、半導体デバイス、および光変調素子に関し、例えば、所定の光強度分布を有するレーザ光を非単結晶半導体膜に照射して結晶化半導体膜を生成する技術に関する。 The present invention relates to a light irradiation apparatus, a light irradiation method, a crystallization apparatus, a crystallization method, a semiconductor device, and a light modulation element, for example, by irradiating a non-single crystal semiconductor film with a laser beam having a predetermined light intensity distribution. The present invention relates to a technique for generating a crystallized semiconductor film.
従来、たとえば液晶表示装置(Liquid-Crystal-Display:LCD)の表示画素を選択するスイッチング素子などに用いられる薄膜トランジスタ(Thin-Film-Transistor:TFT)は、非晶質シリコン(amorphous-Silicon)や多結晶シリコン(poly-Silicon)により形成されている。多結晶シリコンは、非晶質シリコンよりも電子または正孔の移動度が高い。 Conventionally, for example, a thin-film-transistor (TFT) used as a switching element for selecting a display pixel of a liquid-crystal display (LCD) is, for example, amorphous silicon or amorphous silicon. It is formed of crystalline silicon (poly-Silicon). Polycrystalline silicon has higher electron or hole mobility than amorphous silicon.
したがって、多結晶シリコンによりトランジスタを形成した場合、非晶質シリコンにより形成する場合よりも、スイッチング速度が速くなり、ひいてはディスプレイの応答が速くなる。また、ドライバ回路やDACなどの周辺LSIも、薄膜トランジスタで構成して、より高速に動作させることが可能になる。また、他の部品の設計マージンを減らせるなどの利点がある。 Therefore, when the transistor is formed of polycrystalline silicon, the switching speed is faster and the response of the display is faster than when the transistor is formed of amorphous silicon. In addition, peripheral LSIs such as driver circuits and DACs can also be configured with thin film transistors to operate at higher speed. In addition, there is an advantage that the design margin of other parts can be reduced.
多結晶シリコンは、結晶粒の集合からなるため、例えばTFTトランジスタをこれで形成した場合、チャネル領域に結晶粒界が形成され、これら結晶粒界が障壁となり、単結晶シリコンにより形成されたTFTトランジスタと比べると電子または正孔の移動度が低くなる。また、多結晶シリコンを用いて夫々形成された多数の薄膜トランジスタは、チャネル部に形成される結晶粒界数が各薄膜トランジスタ間で夫々異なり、これがバラツキとなって液晶表示装置であれば表示ムラの問題となる。そこで、最近、電子または正孔の移動度を向上させ且つチャネル部における結晶粒界数のバラツキを少なくするために、少なくとも1個のチャネル領域を形成できる大きさの大粒径の結晶化シリコンを生成する結晶化方法が提案されている。 Since polycrystalline silicon consists of a collection of crystal grains, for example, when a TFT transistor is formed with this, a crystal grain boundary is formed in the channel region, and these crystal grain boundaries serve as a barrier, and a TFT transistor formed of single crystal silicon. Compared with, the mobility of electrons or holes is low. In addition, in many thin film transistors formed using polycrystalline silicon, the number of crystal grain boundaries formed in the channel portion is different among the respective thin film transistors. It becomes. Therefore, recently, in order to improve the mobility of electrons or holes and to reduce the variation in the number of crystal grain boundaries in the channel portion, a large-grained crystallized silicon having a size capable of forming at least one channel region has been developed. Producing crystallization methods have been proposed.
従来、この種の結晶化方法として、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が所定方向に沿って一次元的に変化する位相パターンを有する光変調素子(位相シフター)を用いて、入射レーザ光をこの所定方向に沿って一次元的に変化するV字状の光強度分布を有するレーザ光に変調して、非単結晶半導体膜(多結晶半導体膜または非単結晶半導体膜)に照射して、上記所定方向に沿って結晶成長させることにより結晶化半導体膜を生成する技術が提案されている(たとえば非特許文献1を参照)。 Conventionally, as a crystallization method of this type, an incident is performed using a light modulation element (phase shifter) having a phase pattern in which the ratio of the area occupied by the phase modulation region in the unit region changes one-dimensionally along a predetermined direction. A laser beam is modulated into a laser beam having a V-shaped light intensity distribution that changes one-dimensionally along the predetermined direction, and irradiated to a non-single crystal semiconductor film (polycrystalline semiconductor film or non-single crystal semiconductor film). A technique for generating a crystallized semiconductor film by crystal growth along the predetermined direction has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
非特許文献1に提案された従来の結晶化技術では、図13(a)に示すように、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が所定方向(図13(a)では水平方向)に沿って一次元的に変化する位相パターンを有する光変調素子101を用いている。この図で、ハッチングで示す正方形の領域101aが、位相変調領域であり、中心部から周辺部に向かうのに従って面積が小さくなっている。この光変調素子101を介して変調されたレーザ光は、結像光学系を介してその像面に、一次元的に変化するV字状の光強度分布を有する。具体的に、光変調素子101の位相変調領域101aの位相変調量が60度である場合、図13(b)において太い実線で示すV字状の光強度分布102が理論的に生成される。
In the conventional crystallization technique proposed in
また、光変調素子101の位相変調領域の位相変調量が180度である場合、図13(b)において太い実線で示すV字状の光強度分布103が理論的に生成され、図13(b)において細い実線で示すV字状の光強度分布104が実際に生成された。このようにして生成されたV字状の光強度分布を有するレーザ光を非単結晶半導体膜に照射すると、光強度分布の勾配方向に沿って結晶が成長し、図13(c)に示すように、光強度の小さい中心部から、勾配方向に沿って細長く延びる針状結晶105が生成される。
When the amount of phase modulation in the phase modulation region of the
針状結晶の上にTFTを作製する場合、応答速度を決定するキャリア移動度は、形成するチャネルの方向(キャリア移動の方向、もしくはソースからドレインへの方向)に依存する。即ち、図14(a)に示すようにチャネルの方向(ソースSからドレインDへの方向)が針状結晶111の長手方向に平行な場合、図14(b)に示すようにチャネルの方向(ソースSからドレインDへの方向)が針状結晶111の長手方向に垂直な場合よりも高いキャリア移動度を得ることができる。これは、図14(b)に示す場合には、チャンネルを横切る結晶粒界111aが存在するのに対して、図14(a)に示すように、チャネルの方向が針状結晶111の長手方向に平行な場合、キャリアが、針状結晶111間の結晶粒界111aにより散乱されることがないからである。
When a TFT is formed on a needle-like crystal, the carrier mobility that determines the response speed depends on the direction of the channel to be formed (the direction of carrier movement or the direction from the source to the drain). That is, when the channel direction (the direction from the source S to the drain D) is parallel to the longitudinal direction of the
こうして、従来技術では、長手方向が一方向に揃った針状結晶群の上にTFTを作製するため、例えばチャネルの方向が針状結晶の成長方向に対して横方向のTFTと縦方向のTFTとで応答速度が異なってしまう。換言すれば、従来技術では、長手方向が一方向に揃った針状結晶群の上に作製される夫々のTFTの応答速度を揃えようとすると、チャネルの方向も一方向に揃える必要がある。その結果、結晶膜の所要面積が増え、トランジスタのための所要の配線が長くなり、空きスペースが増え、レイアウトの試行錯誤が増えて設計に時間がかかり、回路を設計する上で大きな制約になる。 Thus, in the prior art, TFTs are formed on needle-shaped crystal groups whose longitudinal directions are aligned in one direction. For example, the channel direction is lateral to the acicular crystal growth direction, and the TFT is vertical. And response speed will be different. In other words, in the prior art, if the response speeds of the respective TFTs manufactured on the needle-like crystal group whose longitudinal direction is aligned in one direction are to be aligned, the channel direction must also be aligned in one direction. As a result, the required area of the crystal film is increased, the required wiring for the transistor is lengthened, the free space is increased, the trial and error of the layout is increased, the design takes time, and the circuit is greatly restricted. .
本発明は、チャネルの方向を一方向に揃えなくても一定の応答速度を有するTFTが、例えば、作製可能な針状結晶または針状結晶群を生成することのできる結晶化装置、結晶化方法、並びに光学変調素子を提供することを第1の目的とする。本発明の第2の目的は、チャネルの方向を一方向に揃えなくても一定の応答速度を有するTFT、等の半導体デバイスを提供することである。 The present invention relates to a crystallization apparatus and a crystallization method by which a TFT having a constant response speed without generating channel directions in one direction can generate, for example, acicular crystals or acicular crystal groups that can be produced. The first object is to provide an optical modulation element. A second object of the present invention is to provide a semiconductor device such as a TFT having a constant response speed without aligning the channel directions in one direction.
前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、光強度分布を有する光を被照射面に照射する光照射装置であって、
入射光の位相を変調して射出するための光変調素子と、
前記光変調素子と前記被照射面との間に配置されて、前記被照射面を前記光強度分布を有する光で照射するように前記射出された光を結像させるための結像光学系とを具備し、
前記光変調素子は、第1面積率変化構造と第2面積率変化構造とを含む複数の面積率変化構造を単位領域内に有し、前記第1面積率変化構造は、占有面積の比率が第1方向に沿って変化する少なくとも1つの第1の位相変調領域を有し、前記第2面積率変化構造は、占有面積の比率が前記第1方向とは異なる第2方向に沿って変化する少なくとも1つの第2位相変調領域を有する光照射装置を提供する。
In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, there is provided a light irradiation apparatus that irradiates an irradiated surface with light having a light intensity distribution,
A light modulation element for modulating and emitting the phase of incident light;
An imaging optical system disposed between the light modulation element and the irradiated surface for imaging the emitted light so as to irradiate the irradiated surface with light having the light intensity distribution; Comprising
The light modulation element has a plurality of area ratio changing structures including a first area ratio changing structure and a second area ratio changing structure in a unit region, and the first area ratio changing structure has an occupied area ratio. The second area ratio changing structure has at least one first phase modulation region that changes along the first direction, and the ratio of the occupied area changes along a second direction different from the first direction. A light irradiation device having at least one second phase modulation region is provided.
本発明の第2形態では、光強度分布を有する光を被照射面に照射する光照射装置であって、
入射光を変調するための光変調素子と、
前記光変調素子と前記被照射面との間に配置されて、前記被照射面上に前記光強度分布を形成するための結像光学系とを具備し、
前記光変調素子は、第1方向に沿って光強度が変化する第1光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも1つの第1変調領域と、前記第1方向とは異なる第2方向に沿って光強度が変化する第2光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも1つの第2変調領域とを少なくとも含む複数の変調領域を有する光照射装置を提供する。
In the second embodiment of the present invention, a light irradiation device for irradiating the irradiated surface with light having a light intensity distribution,
A light modulation element for modulating incident light;
An imaging optical system disposed between the light modulation element and the irradiated surface to form the light intensity distribution on the irradiated surface;
The light modulation element includes at least one first modulation region that generates a first light intensity distribution whose light intensity varies along a first direction on the irradiated surface, and a second direction different from the first direction. A light irradiation apparatus having a plurality of modulation regions including at least one second modulation region that generates a second light intensity distribution whose light intensity varies along the surface on the irradiated surface is provided.
本発明の第3形態では、入射光の位相を変調する光変調素子と、該光変調素子と被照射面との間に配置された結像光学系とを用いて、所定の光強度分布を有する光を前記被照射面に照射する光照射方法であって、
前記光変調素子として、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が第1方向に沿って変化する少なくとも1つの第1面積率変化構造と、単位領域における位相変調領域の占有面積の比率が前記第1方向とは異なる第2方向に沿って変化する少なくとも1つの第2面積率変化構造とを少なくとも有する光変調素子を用いる光照射方法を提供する。
In the third aspect of the present invention, a predetermined light intensity distribution is obtained by using a light modulation element that modulates the phase of incident light and an imaging optical system that is disposed between the light modulation element and the irradiated surface. A light irradiation method for irradiating the irradiated surface with light having:
As the light modulation element, at least one first area ratio changing structure in which the ratio of the area occupied by the phase modulation region in the unit region changes along the first direction, and the ratio of the area occupied by the phase modulation region in the unit region is There is provided a light irradiation method using a light modulation element having at least one second area ratio changing structure that changes along a second direction different from the first direction.
本発明の第4形態では、入射光を変調する光変調素子と、該光変調素子と被照射面との間に配置された結像光学系とを用いて、所定の光強度分布を有する光を前記被照射面に照射する光照射方法であって、
前記光変調素子として、第1方向に沿って光強度が変化する第1光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも1つの第1変調領域と、前記第1方向とは異なる第2方向に沿って光強度が変化する第2光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも1つの第2変調領域とを少なくとも有する光変調素子を用いる光照射方法を提供する。
In the fourth embodiment of the present invention, light having a predetermined light intensity distribution is obtained using a light modulation element that modulates incident light and an imaging optical system that is disposed between the light modulation element and the irradiated surface. Is a light irradiation method for irradiating the irradiated surface,
As the light modulation element, at least one first modulation region that generates a first light intensity distribution whose light intensity varies along a first direction on the irradiated surface, and a second direction different from the first direction There is provided a light irradiation method using a light modulation element having at least one second modulation region that generates a second light intensity distribution whose light intensity varies along the irradiation surface on the irradiated surface.
本発明の第5形態では、第1形態または第2形態の光照射装置と、非単結晶半導体膜を、これの照射面が前記被照射面となるように、保持するためのステージとを備え、前記非単結晶半導体膜の照射面に前記光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜にする結晶化装置を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, the light irradiation apparatus according to the first or second aspect and a stage for holding the non-single crystal semiconductor film so that the irradiation surface is the irradiated surface are provided. There is provided a crystallization apparatus for forming a crystallized semiconductor film by irradiating the irradiation surface of the non-single crystal semiconductor film with light having the light intensity distribution.
本発明の第6形態では、第1形態または第2形態の光照射装置、あるいは第3形態または第4形態の光照射方法を用いて、前記被照射面に保持された非単結晶半導体膜の少なくとも一部に前記光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜にする結晶化方法を提供する。 In the sixth embodiment of the present invention, the non-single-crystal semiconductor film held on the irradiated surface using the light irradiation device of the first or second embodiment or the light irradiation method of the third or fourth embodiment. Provided is a crystallization method in which at least a part is irradiated with light having the light intensity distribution to form a crystallized semiconductor film.
本発明の第7形態では、第6形態の結晶化方法を用いて製造された半導体デバイスを提供する。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufactured using the crystallization method of the sixth aspect.
本発明の第8形態では、入射光の位相を変調する光変調素子であって、
単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が第1方向に沿って変化する少なくとも1つの第1面積率変化構造と、単位領域における位相変調領域の占有面積の比率が前記第1方向とは異なる第2方向に沿って変化する少なくとも1つの第2面積率変化構造とを含む複数の面積率変化構造を具備する光変調素子を提供する。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light modulation element that modulates the phase of incident light,
At least one first area ratio changing structure in which the ratio of the area occupied by the phase modulation region in the unit region changes along the first direction, and the ratio of the area occupied by the phase modulation region in the unit region is the first direction. Provided is a light modulation element including a plurality of area ratio changing structures including at least one second area ratio changing structure changing along different second directions.
本発明の第9形態では、入射光を変調する光変調素子であって、
第1方向に沿って光強度が変化する第1光強度分布を被照射面の一部に生成する少なくとも1つの第1変調領域と、前記第1方向とは異なる第2方向に沿って光強度が変化する第2光強度分布を前記被照射面の他部に生成する少なくとも1つの第2変調領域とを具備する光変調素子を提供する。
In a ninth aspect of the present invention, a light modulation element for modulating incident light,
At least one first modulation region that generates a first light intensity distribution whose light intensity varies along the first direction in a part of the irradiated surface, and the light intensity along a second direction different from the first direction. There is provided an optical modulation element comprising: at least one second modulation region that generates a second light intensity distribution with a change in the other part of the irradiated surface.
本発明の結晶化装置では、チャネルの方向を一方向に揃えなくても一定の応答速度を有するTFTなどの素子が例えば、作製可能な針状結晶群を生成することができる。その結果、結晶膜の所要面積が小さく抑えられ、所要の配線が短くなり、空きスペースが小さく抑えられ、レイアウトの試行錯誤を要することなく迅速な設計が可能になり、ひいては回路の設計の自由度が増大する。 In the crystallization apparatus of the present invention, an element such as a TFT having a constant response speed can generate, for example, a needle-shaped crystal group that can be produced without aligning the channel directions in one direction. As a result, the required area of the crystal film is kept small, the required wiring is shortened, the free space is kept small, and a rapid design is possible without the need for trial and error of the layout. Will increase.
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる結晶化装置の構成を概略的に示す図である。図2は、図1の照明系の内部構成を概略的に示す図である。図1および図2を参照すると、本実施形態の結晶化装置は、入射光束を位相変調して所定の光強度分布を有する光束を形成するための位相シフターのような光変調素子1と、光変調素子1を照明するための照明系2と、結像光学系3と、非単結晶シリコンなどの半導体の膜を有する被処理基板4を保持するための基板ステージ5とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing the internal configuration of the illumination system of FIG. Referring to FIGS. 1 and 2, the crystallization apparatus of the present embodiment includes a
光変調素子1の構成および作用については後述する。照明系2は、たとえば308nmの波長を有するレーザ光を供給するXeClエキシマレーザ光源2aを備えている。代わって、光源2aとして、KrFエキシマレーザ光源やYAGレーザ光源のように、被処理基板の照射領域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。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により断面が拡大された後、第1フライアイレンズ2cに入射する。
The configuration and operation of the
この結果、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、これらの複数の小光源からの光束は、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小光源からの光束は、第2コンデンサー光学系2fを介して、光変調素子1を重畳的に照明する。
As a result, a plurality of small light sources are formed on the rear focal plane of the first fly-
第1フライアイレンズ2cと第1コンデンサー光学系2dとで、第1ホモジナイザが構成されている。この第1ホモジナイザにより、光源2aから射出されたレーザ光について、光変調素子1上での入射角度に関する均一化が図られる。また、第2フライアイレンズ2eと第2コンデンサー光学系2fとで、第2ホモジナイザが構成されている。この第2ホモジナイザにより、第1ホモジナイザからの入射角度が均一化されたレーザ光について、光変調素子1上での面内各位置での光強度に関する均一化が図られる。
The first fly-
こうして、照明系2は、全体に渡ってほぼ均一な強度の光強度分布を有するレーザ光により光変調素子1を照射する。光変調素子1により光変調(位相変調)されたレーザ光は、結像光学系3を介して、被処理基板4に入射する。ここで、結像光学系3の光学的に共役な位置に、光変調素子1の位相パターン面と被処理基板4とが配置されている。換言すれば、被処理基板4の被照射面は、光変調素子1の位相パターン面と光学的に共役な面(結像光学系3の像面)に設定されている。
Thus, the
結像光学系3は、光源側の正レンズ群3aと、被処理基板側の正レンズ群3bと、これらのレンズ群の間に配置された開口絞り3cとを備えている。開口絞り3cの開口部(光透過部)の大きさ(ひいては結像光学系3の像側開口数)は、被処理基板4の半導体膜上(被照射面上)において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。結像光学系3は、このような屈折型の光学系以外に、反射型の光学系であってもよいし、屈折反射型の光学系であってもよい。
The imaging
一例として、被処理基板4は、たとえば液晶ディスプレイ用板ガラス基板の上に、化学気相成長法(CVD)により、下地絶縁膜、非単結晶膜例えば非晶質シリコン膜、およびキャップ膜が順次形成されたものである。下地絶縁膜およびキャップ膜は、絶縁膜例えばSiO2である。下地絶縁膜は、非晶質シリコン膜とガラス基板が直接接触して、ガラス基板中のNaなどの異物が非晶質シリコン膜に混入するのを防止し、非晶質シリコン膜の熱が直接ガラス基板に伝熱されるのを防止する。
As an example, in the
非晶質シリコン膜は、結晶化される半導体膜である。キャップ膜は、非晶質シリコン膜に入射する光ビームの一部により加熱され、この加熱された温度を蓄熱する。この蓄熱効果は、光ビームの入射が遮断されたとき、非晶質シリコン膜の被照射面において高温部が相対的に急速に降温するが、この降温勾配を緩和させ、大粒径の横方向の結晶成長を促進させる。被処理基板4は、真空チャックや静電チャックなどにより基板ステージ5上において予め定められた所定の位置に位置決めされて保持される。
An amorphous silicon film is a semiconductor film to be crystallized. The cap film is heated by a part of the light beam incident on the amorphous silicon film, and stores the heated temperature. This heat storage effect is that when the incidence of the light beam is interrupted, the high temperature portion of the irradiated surface of the amorphous silicon film cools relatively rapidly, but this temperature gradient is relaxed and the large grain size is reduced in the lateral direction. Promotes crystal growth. The
図3(a)ないし図3(c)は、本実施形態にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、図3(a)は、光変調素子の基本パターンである帯状パターンを、図3(b)は、図3(a)に示す帯状パターンの集合からなる面積率変化構造を、図3(c)は、図3(b)に示す面積率変化構造により生成される光強度分布を示している。帯状パターン10は、図3(a)において破線で示すように、水平方向に沿って互いに隣接するように一列に並んだ9個(一般には複数であれば、任意の数)の同面積の正方形状の単位セル(単位領域)10aを備えている。各単位セル10aは、0度の基準位相値を有する基準位相領域(図中空白部で示す)10aaと、所定の値の変調用位相値を有する矩形状、例えば正方形の位相変調領域(図中斜線部で示す)10abとを有する(この例では、右端の単位セル10aのみは位相変調領域10abを有していない)。
FIG. 3A to FIG. 3C are diagrams for schematically explaining the configuration of the light modulation element according to the present embodiment, and FIG. 3A is a belt-like pattern that is a basic pattern of the light modulation element. FIG. 3B shows the pattern generated by the area ratio changing structure formed of the set of strip-like patterns shown in FIG. 3A, and FIG. 3C shows the area ratio changing structure shown in FIG. 3B. The light intensity distribution is shown. As shown by a broken line in FIG. 3A, the belt-
単位セル10aにおける位相変調領域10abの占有面積の比率(デューティ)Dは、0%〜50%の間で変化している。具体的には、帯状パターン10の図中左端の単位セル10aにおける位相変調領域10abの占有面積比率Dは50%であり、図中右端の単位セル10aにおける位相変調領域10abの占有面積比率Dは0%であり(位相変調領域10abが存在しないため)、その間において位相変調領域10abの占有面積比率Dは単調に変化している。ここで、占有面積比率Dは、単位セル10aにおける位相変調領域10abの占有面積の比率と、単位セル10aにおける基準位相領域(位相変調量が0度の位相変調領域)10aaの占有面積の比率とのうち、小さい方の値として定義される。また、単位セル10aは、結像光学系3の像面換算で、例えば1μm×1μmの大きさを有し、結像光学系3の点像分布範囲以下の寸法を有する。
The ratio (duty) D of the occupied area of the phase modulation region 10ab in the
面積率変化構造11は、図3(b)に示すように、図中水平方向に沿って互いに隣接するように一列に並んだ9個の単位セル10aを含む図3(a)に示すような帯状パターン10を、図中鉛直方向に沿って9個(1つもしくは複数)有する。この面積率変化構造11では、9個の帯状パターン10における占有面積比率Dの変化の形態は、互いに同じである。図3(b)において一点鎖線で示す正方形11aは、9×9個の格子構造を有する面積率変化構造11の外形を示している。
As shown in FIG. 3B, the area
1つもしくは複数の上記のような面積率変化構造11を有する光変調素子1を用いる場合、結像光学系3の像面に生成される光強度Iは、以下の式(1)で表される。式(1)において、Dは単位セル10aにおける位相変調領域10abの占有面積比率(即ち、0〜0.5)であり、θは位相変調領域10abの位相変調量である。位相変調量θは、波面が光の進行方向に突出する場合を正と定義している。
I=(2−2cosθ)D2−(2−2cosθ)D+1 (1)
When the
I = (2-2 cos θ) D 2 − (2-2 cos θ) D + 1 (1)
式(1)を参照すると、位相変調領域10abの占有面積比率Dが0%から50%の範囲内では増大するにつれて、結像光学系3の像面の対応する位置に生成される光強度Iが減少することがわかる。したがって、図3(c)に示すように、この面積率変化構造11に対応して結像光学系3の像面に生成される光強度分布は、面積率変化構造11の外形を規定する正方形11aの図中左端に対応する位置から図中右端に対応する位置に向かって光強度Iが一次元的に単調増加するパターンとなる。本実施形態では、このように、光強度Iがほぼ線形的に変化するように、帯状パターン10における占有面積比率Dの変化が設定されている。
Referring to Expression (1), as the occupation area ratio D of the phase modulation region 10ab increases within the range of 0% to 50%, the light intensity I generated at the corresponding position on the image plane of the imaging
図4は、本実施形態にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、繰り返しパターンを有する光変調素子を概略的に示している。図4を参照すると、光変調素子1の各繰り返しパターン12は、隣り合う4つの面積率変化構造12a,12b,12cおよび12dにより構成され、第1ないし第4面積率変化構造12a〜12dと同様に正方形の外形形状を有する。各繰り返しパターン12の第1の面積率変化構造12aは、図3(b)に示す面積率変化構造11と同じ向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Dが図中水平方向に沿って右端から左端へ増大する形態を有する。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the configuration of the light modulation element according to the present embodiment, and schematically illustrates the light modulation element having a repetitive pattern. Referring to FIG. 4, each
第2面積率変化構造12bは、第1面積率変化構造12aを図中反時計廻りに90度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Dが図中鉛直方向に沿って上端から下端へ増大する形態を有する。第3面積率変化構造12cは、第1面積率変化構造12aを図中反時計廻りに180度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Dが図中水平方向に沿って左端から右端へ増大する形態を有する。第4面積率変化構造12dは、第1面積率変化構造12aを図中時計廻りに90度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Dが図中鉛直方向に沿って下端から上端へ増大する形態を有する。
The second area
光変調素子1は、正方形の外形形状を有する複数の繰り返しパターン12を縦横に且つ隙間がないように稠密に配置して構成されている。図4では、紙面の都合により、中央に配置された1つの繰り返しパターン12と、この繰り返しパターン12を包囲するように配置された12個の面積率変化構造とを示しているが、実際には、例えば数cm×数cmの矩形状の外形を有する光変調素子1の場合、例えば千個×千個程度の繰り返しパターン12を含んでいる。このように、光変調素子1中の1つの繰り返しパターン12では、位相変調領域の占有面積比率Dが図中水平方向に沿って変化する水平型の面積率変化構造12a,12cと、位相変調領域の占有面積比率Dが図中鉛直方向に沿って変化する鉛直型の面積率変化構造12b,12dとが混在している。
The
図5は、本実施形態にかかる光変調素子により結像光学系の像面に、即ち、被処理基板4上の照射領域上に生成される光強度分布を示す図である。図5では、光変調素子1中の1つの繰り返しパターン12に対応して結像光学系3の像面に理論的に生成される光強度分布を光強度(無変調のときの強度を1に規格化したときの光強度)の等高線の形態で示している。この光強度分布の計算に際して、光の波長を308nm、結像光学系3の結像倍率の大きさを1/5、結像光学系3の物体側開口数を0.15、照明系2の開口数を0.075、コヒーレンスファクターすなわちσ値(照明系2の射出側開口数/結像光学系3の物体側開口数)を0.5に設定している。
FIG. 5 is a diagram showing a light intensity distribution generated on the image plane of the imaging optical system, that is, on the irradiation region on the
図5を参照すると、第1面積率変化構造12aに対応した被処理基板4上の第1照射領域(全体領域のうち図中左下の四半分領域)13aには、第1面積率変化構造12aにおける位相変調領域の占有面積比率Dの変化方向に対応して、図中水平方向に沿って左端から右端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。第2面積率変化構造12bに対応した被処理基板4上の第2照射領域(全体領域のうち図中右下の四半分領域)13bには、第2面積率変化構造12bにおける位相変調領域の占有面積比率Dの変化方向に対応して、図中鉛直方向に沿って下端から上端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。
Referring to FIG. 5, a first area
第3面積率変化構造12cに対応した被処理基板4上の第3照射領域(全体領域のうち図中右上の四半分領域)13cには、第3面積率変化構造12cにおける位相変調領域の占有面積比率Dの変化方向に対応して、図中水平方向に沿って右端から左端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。第4面積率変化構造12dに対応した被処理基板4上の第4照射領域(全体領域のうち図中左上の四半分領域)13dには、第4面積率変化構造12dにおける位相変調領域の占有面積比率Dの変化方向に対応して、図中鉛直方向に沿って上端から下端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。
In the third irradiation region (a quadrant region at the upper right in the figure in the entire region) 13c on the
面積率変化構造12a〜12dに対応してそれぞれ生成される光強度分布の形態は、向きが異なるだけであり基本的には互いに同じである、ことが理解できよう。したがって、図5では、図面の明瞭化のために、第2面積率変化構造12bに対応して生成される光強度分布を示す等高線だけに光強度の値を付している。このように、1つの繰り返しパターン12に対応して生成される光強度分布では、図中水平方向に沿って光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布領域13a,13cと、図中鉛直方向に沿って光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布領域13b,13dとが隣りあって存在している。
It will be understood that the forms of the light intensity distributions generated corresponding to the area
図6は、本実施形態にかかる光変調素子により被処理基板の半導体膜上に針状結晶が生成される様子を示す図である。図6では、光変調素子1の各繰り返しパターン12に対応して被処理基板4の半導体膜上に生成される針状結晶粒を模式的に示している。図6を参照すると、第1面積率変化構造12aに対応した被処理基板4の第1の照射領域13aには、光強度の勾配方向即ち、図中水平方向に沿って左から右へと矢印14aで示すように細長く延びる一群の針状結晶が生成される。したがって、この領域13aに生成された一群の針状結晶に、矢印14aで示す方向、もしくはこれとは逆の方向にチャネルの方向を合わせてTFTを作製することにより、応答速度の速いTFTを得ることができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state where needle crystals are generated on the semiconductor film of the substrate to be processed by the light modulation element according to the present embodiment. In FIG. 6, acicular crystal grains generated on the semiconductor film of the
同様に、第2面積率変化構造12bに対応した被処理基板4の第2の照射領域13bには、光強度の勾配方向即ち、図中鉛直方向に沿って、即ち、上方に細長く延びる一群の針状結晶が生成され、図中矢印14bで示す方向にチャネルの方向を合わせて応答速度の高いTFTを作製することができる。また、第3面積率変化構造12cに対応した被処理基板4の領域13cには、光強度の勾配方向即ち、図中水平方向に沿って右から左へと細長く延びる一群の針状結晶が生成され、図中矢印14cで示す方向にチャネルの方向を合わせて応答速度の高いTFTを作製することができる。また、第4面積率変化構造12dに対応した被処理基板4の第4の照射領域13dには、光強度の勾配方向即ち、図中鉛直方向に沿って、即ち、下方に細長く延びる一群の針状結晶が生成され、図中矢印14dで示す方向にチャネルの方向を合わせて応答速度の高いTFTを作製することができる。
Similarly, in the
こうして、本実施形態の結晶化装置では、チャネルの方向を一方向に揃えなくても一定の応答速度を有するTFTが作製可能な針状結晶群を生成することができる。その結果、空きスペースが小さく抑えられて結晶膜の所要面積が小さく抑えられ、かつ、所要の配線が短くなり、この結果、レイアウトの試行錯誤を要することなく迅速な設計が可能になり、ひいては回路の設計の自由度が増大する。 Thus, in the crystallization apparatus of this embodiment, it is possible to generate a needle-like crystal group capable of producing a TFT having a constant response speed without aligning the channel directions in one direction. As a result, the free space is reduced, the required area of the crystal film is reduced, and the required wiring is shortened. As a result, rapid design is possible without the need for trial and error in the layout, and consequently the circuit. The degree of freedom of design increases.
上述の実施形態では、水平型の第1並びに第3の面積率変化構造12a,12cと鉛直型の第2並びに第4の面積率変化構造12b,12dとがこれらの間に隙間がなく、隣り合って混在する光変調素子1を用いて、被処理基板4上に縦に細長く延びる針状結晶群と横に細長く延びる針状結晶群とを生成している。しかしながら、本発明では、これに限定されることなく、TFTのチャネルの所望位置および所望方向に応じて、光変調素子を構成する面積率変化構造の位置、方向、ディメンジョン、並びに/もしくは数を決定することができる。換言すれば、光変調素子を構成する面積率変化構造の構成、総数、種類数、配置(位置、方向)などについて様々な変形例が可能である。
In the above-described embodiment, the horizontal first and third area
上述の実施形態では、隣接する2つの面積率変化構造において、占有面積比率Dの変化方向が互いに同じ場合もあれば、占有面積比率Dの変化方向が互いに異なる場合もある。また、1つの面積率変化構造に対応した被処理基板4の照射領域の特定側部分が、占有面積比率Dが最小(即ち、0%)の比較的高温な領域に隣接する場合もあれば、占有面積比率Dが最大(即ち、50%)の比較的低温な領域に隣接する場合もある。 In the above-described embodiment, in two adjacent area ratio changing structures, the change direction of the occupied area ratio D may be the same, or the change direction of the occupied area ratio D may be different from each other. In addition, there is a case where the specific side portion of the irradiation region of the substrate to be processed 4 corresponding to one area ratio changing structure is adjacent to a relatively high temperature region having the minimum occupied area ratio D (that is, 0%) In some cases, the area D is adjacent to a relatively low temperature region having the maximum occupied area ratio D (ie, 50%).
例えば、第2面積率変化構造12bに対応した被処理基板4の第2の照射領域13bに着目すると、この領域13bの右側に隣接する領域(図示されていない隣の繰り返しパターン12の第1面積率変化構造12aにより形成される第1の照射領域)の隣接近くの部分は比較的低温であり、図中左側に隣接する第1の照射領域13aの隣接部分は比較的高温である。
For example, when attention is paid to the
結晶が成長するのは、被処理基板4に対する光照射が終了して被処理基板4がある程度冷却された後である。冷却の過程で、温度分布は変化する。従って、溶融Si中の等温度線は、照射終了直後は図5に示すような光強度の等高線と対応(一致)するが、時間の経過とともに変化する。このとき、基板やキャップ層(たとえばSi02)の熱伝導率は溶融Siの熱伝導率よりも低いので、温度分布変化は溶融Si内の熱伝導のみを考えればよい。従って、溶融Si内の温度分布Tは、以下の熱拡散方程式(2)により決定される。式(2)において、Dは溶融Siの熱拡散定数であり、x,yは溶融Si面内の座標であり、tは時間である。
The crystal grows after the irradiation of light on the
式(2)を参照すると、温度の座標に関する二次微分値(右辺)が正のときに温度は上昇し、負のときに温度は低下することがわかる。即ち、温度を縦軸に、位置を横軸にした図7に示した等温度線(照射終了直後は光強度の等高線と一致)の表記に即して考えると、等温度線が凹になっている箇所(即ち、谷状の箇所)では温度は上昇し、等温度線が凸になっている箇所(即ち、尾根状の箇所)では温度は低下することが分かる。実際の温度変化は、この様な微小変化が時間的に積算されて決定されるが、概ねこの傾向となる。例として光強度が0.8の等高線に対応する等温度線が、所定の時間の後に変化した様子を等温度線15で示す。図7に示すように、第2面積率変化構造12bに対応した被処理基板4の第2の照射領域13bにおいて、等温度線15は熱伝導の影響により光強度0.8の等高線とは一致することなく、ある程度崩れた形状になり易い。
Referring to equation (2), it can be seen that the temperature rises when the secondary differential value (right side) with respect to the temperature coordinate is positive, and the temperature falls when it is negative. That is, considering the notation of the isothermal line shown in FIG. 7 with the temperature on the vertical axis and the position on the horizontal axis (which coincides with the contour line of the light intensity immediately after the end of irradiation), the isothermal line becomes concave. It can be seen that the temperature rises at the locations where the temperature is present (that is, the valley-like locations), and the temperature decreases at the locations where the isothermal lines are convex (ie, the ridge-like locations). The actual temperature change is determined by accumulating such minute changes over time. As an example, the
一方、結晶の成長は、等温度線に垂直な方向に進行するという性質がある。そのため、図中左端に概略的に細長い矩形で示す針状結晶16aは、成長するのに従って高温側(図中左側)へ近づく方向に湾曲する傾向がある。同様に、図中右端から二番目に示す針状結晶16bは、低温側(図中右側)から離れる方向に湾曲する傾向がある。また、針状結晶16bは、低温側から成長してくる図中右端の針状結晶16cと衝突して、結晶の成長が途中で妨げられる可能性がある。このように、上述の実施形態では、針状結晶の成長方向や成長距離が乱れる可能性があり、その場合には針状結晶16aと16bとの間の一群の針状結晶16dしか有効利用することができない。
On the other hand, crystal growth has the property of proceeding in a direction perpendicular to the isothermal line. For this reason, the needle-
図8(a)ないし図8(c)は、本実施形態の変形例にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、図8(a)は第1帯状パターンを、図8(b)は第2帯状パターンを、図8(c)は、図8(a)に示す第1帯状パターンと図8(b)に示す第2帯状パターンとの集合からなる面積率変化構造を示している。図8(a)に示す第1または中心側帯状パターン20は、図3(a)に示す帯状パターン10と基本的に同じ構成を有する。一方、図8(b)に示す第2または端側帯状パターン21は、第1帯状パターン20と類似した構成を有するが、占有面積比率Dの変化の形態が第1帯状パターン20と実質的に異なっている。
FIG. 8A to FIG. 8C are diagrams for schematically explaining the configuration of the light modulation element according to the modification of the present embodiment, and FIG. 8A shows the first band-like pattern. 8 (b) shows a second belt-like pattern, and FIG. 8 (c) shows an area ratio changing structure comprising a set of the first belt-like pattern shown in FIG. 8 (a) and the second belt-like pattern shown in FIG. 8 (b). Is shown. The first or center side belt-
具体的には、第2帯状パターン21の図中左端から1番目および2番目の単位セル21a,21b(図中破線で示す正方形の単位領域)は、第1帯状パターン20の図中左端から1番目および2番目の単位セル20a,20bとそれぞれ同じ構成を有する。第2帯状パターン21の図中左端から3番目、4番目、5番目、6番目、7番目および8番目の単位セルは、第1帯状パターン20の図中左端から4番目、5番目、6番目、7番目、8番目および9番目(即ち、右端)の単位セルとそれぞれ同じ構成を有する。第2帯状パターン21の図中右端の単位セル21iは、第1帯状パターン20の図中右端の単位セル20iと同じ構成を有する。
Specifically, the first and
変形例における面積率変化構造22は、図8(c)に示すように、7つの第1帯状パターン20と2つの第2帯状パターン21とを図中鉛直方向に沿って帯状パターン相互が互いに隣接するように稠密配置することにより構成されている。さらに詳細には、一方の第2帯状パターン21は図中上端から2番目に配置され、他方の第2帯状パターン21は図中下端から2番目に配置されている。この変形例の場合、第1帯状パターン20に対応して結像光学系3の像面に生成される光強度分布では、第1帯状パターン20の図中左端に対応する位置から図中右端に対応する位置に向かって光強度Iがほぼ線形的に増加する。
As shown in FIG. 8C, the area
これに対し、第2帯状パターン21に対応して結像光学系3の像面に生成される光強度分布では、第2帯状パターン21の図中左端に対応する位置から図中右端に対応する位置に向かって光強度Iが単調に増加するが、第1帯状パターン20のようなほぼ線形的には変化しない。即ち、第2帯状パターン21の図中左端から2番目の単位セル21bと3番目の単位セルとの間に対応する領域では、第1帯状パターン20の図中左端から2番目の単位セル20bと3番目の単位セルとの間に対応する領域と異なる形態で光強度が変化する。
On the other hand, in the light intensity distribution generated on the image plane of the imaging
このように、変形例にかかる面積率変化構造22では、9個の帯状パターンにおける占有面積比率Dの変化の形態は、全ては同じではない。即ち、9個の帯状パターンのうち、端部の近傍に配置された2つの第2帯状パターン21における占有面積比率Dの変化の形態は、他の7つの第1帯状パターン20における占有面積比率Dの変化の形態と実質的に異なっている。具体的に、第2帯状パターン21の一部の領域(3番目の単位セル以後の単位セル)における占有面積比率Dは、第1帯状パターン20において対応する領域における占有面積比率Dよりも小さい。その結果、上述したように、第2帯状パターン21に対応する像面領域では、第1帯状パターン20に対応する像面領域とは異なる形態で光強度が変化する部分領域が存在することになる。
As described above, in the area
図9は、本実施形態の変形例にかかる光変調素子の構成を概略的に説明する図であって、繰り返しパターンを有する光変調素子を概略的に示している。図9を参照すると、変形例にかかる光変調素子1Aの各繰り返しパターン23は、4つの面積率変化構造23a,23b,23cおよび23dにより構成され、面積率変化構造23a〜23dと同様に正方形の外形形状を有する。ここで、第1面積率変化構造23aは、図8(c)に示す面積率変化構造22に対応する向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Dが図中水平方向に沿って右端から左端へ増大する形態を有する。
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the configuration of a light modulation element according to a modification of the present embodiment, and schematically illustrates a light modulation element having a repetitive pattern. Referring to FIG. 9, each repetitive pattern 23 of the
第2面積率変化構造23bは、第1面積率変化構造23aを図中反時計廻りに90度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Dが図中鉛直方向に沿って上端から下端へ増大する形態を有する。第3面積率変化構造23cは、第1面積率変化構造23aを図中反時計廻りに180度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Dが図中水平方向に沿って左端から右端へ増大する形態を有する。第4面積率変化構造23dは、第1面積率変化構造23aを図中時計廻りに90度回転させた向きに設定され、位相変調領域の占有面積比率Dが図中鉛直方向に沿って下端から上端へ増大する形態を有する。図9においても図4と同様に、中央に配置された1つの繰り返しパターン23と、この繰り返しパターン23を包囲するように配置された12個の面積率変化構造とだけを示している。
The second area
本発明の光変調素子は、複数の繰り返しパターン23が、全て同じもしくは実質的に同じ形態である必要がなく、位相変調領域が他の繰り返しパターン23とは異なる繰り返しパターン23を含んでいても良いし、また、1つの繰り返しパターン23のみを有するものでも良い。また、繰り返しパターン23は、必ずしも4つの位相変調領域を有している必要はなく、占有面積の比率が第1方向に沿って変化する少なくとも1つの第1の位相変調領域を有し、前記第2面積率変化構造は、占有面積の比率が前記第1方向とは異なる第2方向に沿って変化する少なくとも1つの第2位相変調領域を有していれば良い。この第1方向と第2方向とは、必ずしも直交している必要はなく、任意の角度を有するように、第1の位相変調領域と第2の位相変調領域を設定することができる。 In the light modulation element of the present invention, the plurality of repetitive patterns 23 do not necessarily have the same or substantially the same form, and the phase modulation region may include repetitive patterns 23 different from other repetitive patterns 23. In addition, only one repetitive pattern 23 may be provided. Further, the repetitive pattern 23 does not necessarily have four phase modulation regions, and has at least one first phase modulation region in which the ratio of the occupied area changes along the first direction. The two-area ratio changing structure only needs to have at least one second phase modulation region in which the ratio of the occupied area changes along a second direction different from the first direction. The first direction and the second direction are not necessarily orthogonal to each other, and the first phase modulation region and the second phase modulation region can be set to have an arbitrary angle.
図10は、図9の変形例にかかる光変調素子により結像光学系の像面に生成される光強度分布を示す図である。図10においても図5と同様に、光変調素子1A中の1つの繰り返しパターン23に対応して結像光学系3の像面に理論的に生成される光強度分布を光強度(無変調のときの強度を1に規格化したときの光強度)の等高線の形態で示している。この変形例にかかる光強度分布の計算に際しても上述の実施形態と同様に、光の波長を308nm、結像光学系3の結像倍率の大きさを1/5、結像光学系3の物体側開口数を0.15、照明系2の開口数を0.075、コヒーレンスファクターすなわちσ値(照明系2の開口数/結像光学系3の物体側開口数)を0.5に設定している。
FIG. 10 is a diagram showing a light intensity distribution generated on the image plane of the imaging optical system by the light modulation element according to the modification of FIG. 10, similarly to FIG. 5, the light intensity distribution theoretically generated on the image plane of the imaging
図10を参照すると、第1面積率変化構造23aに対応した被処理基板4の第1の照射領域(全体領域のうち図中左下の四半分領域)24aのうち、第2帯状パターン21に対応する領域を除く領域には、第1面積率変化構造23aにおける位相変調領域の占有面積比率Dの変化方向に対応して、図中水平方向に沿って左端から右端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。第2面積率変化構造23bに対応した被処理基板4上の領域(全体領域のうち図中右下の四半分領域)24bのうち、第2帯状パターン21に対応する領域を除く領域には、第2面積率変化構造23bにおける位相変調領域の占有面積比率Dの変化方向に対応して、図中鉛直方向に沿って下端から上端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。
Referring to FIG. 10, corresponding to the second belt-shaped
第3面積率変化構造23cに対応した被処理基板4上の領域(全体領域のうち図中右上の四半分領域)24cのうち、第2帯状パターン21に対応する領域を除く領域には、第3面積率変化構造23cにおける位相変調領域の占有面積比率Dの変化方向に対応して、図中水平方向に沿って右端から左端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。第4面積率変化構造23dに対応した被処理基板4上の領域(全体領域のうち図中左上の四半分領域)24dのうち、第2帯状パターン21に対応する領域を除く領域には、第4面積率変化構造23dにおける位相変調領域の占有面積比率Dの変化方向に対応して、図中鉛直方向に沿って上端から下端へ光強度がほぼ線形的に増大する光強度分布が生成される。変形例においても、第1ないし第4面積率変化構造23a〜23dに対応してそれぞれ生成される光強度分布の形態は、向きが異なるだけであり基本的には互いに同じである。したがって、図10では、図面の明瞭化のために、第2面積率変化構造23bに対応して生成される光強度分布を示す等高線だけに光強度の値を付している。
Of the regions on the
図11は、本実施形態の変形例において針状結晶の成長方向が安定することを模式的に説明する図である。図11では、第2面積率変化構造23bに対応した被処理基板4の第2の照射領域24bにおいて、光強度が0.8の等高線に対応する等温度線25を、太い実線で示している。ここで、領域24bの図中右側に隣接する領域部分は比較的低温であり、図中左側に隣接する領域部分は比較的高温である。しかしながら、第2帯状パターン21に対応する領域部分が、隣接する低温領域部分や高温領域部分に対する緩衝領域部分として作用するため、特に領域24bの図中左端および右端を除く中央領域部分における温度分布は、隣接する低温領域部分や高温領域部分の影響を受け難い。
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating that the growth direction of the needle-like crystal is stabilized in the modification of the present embodiment. In FIG. 11, in the
その結果、本実施形態の変形例では、図中左端に示す針状結晶26aは、高温側(図中左側)へ近づく方向に湾曲する傾向が抑えられる。同様に、図中右端から二番目に示す針状結晶26bは、低温側(図中右側)から離れる方向に湾曲する傾向が抑えられる。また、図中右端の不要な針状結晶26cは、針状結晶26bと衝突することなく、結晶の成長を途中で妨げることがない。このように、本実施形態の変形例では、隣接する低温領域や高温領域の影響をあまり受けることなく針状結晶の成長方向や成長距離が安定する(良好な形状および向きの針状結晶が生成される)ので、針状結晶26aと26bとの間の比較的広い領域に生成される一群の針状結晶26dを有効利用することができる。また、場合によっては、湾曲傾向の小さい針状結晶26aおよび26bも有効利用することができる。
As a result, in the modification of the present embodiment, the tendency of the needle-
上述の変形例では、図8(c)に示す面積率変化構造22において、一方の第2または端側帯状パターン21が図中上端から2番目に配置され、他方の第2または端側帯状パターン21が図中下端から2番目に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、第2帯状パターンにおける位相変調領域の占有面積比率の変化の形態、面積率変化構造の端部またはその近傍に配置されるべき第2帯状パターンの位置、数などについて様々な構成が可能である。例えば、上記変形例では、面積率変化構造22の両端側に、夫々1つの端側帯状パターン21が配設されているが、少なくとも、一方の端側に少なくとも1つの端側帯状パターン21が配設されていれば良い。
In the above-described modification, in the area
図12(a)ないし図12(e)は、本実施形態の結晶化装置を用いて結晶化された領域に電子デバイスを作製する工程を示す工程断面図である。図12(a)に示すように、透明の絶縁基板80(例えば、アルカリガラス、石英ガラス、プラスチック、ポリイミドなどにより形成されている)の上に、下地膜81(例えば、膜厚50nmのSiNと膜厚100nmのSiO2との積層膜などの膜)および非晶質半導体膜82(例えば、膜厚50nm〜200nm程度のSi,Ge,SiGeなどの半導体の膜)およびキャップ膜82a(例えば、膜厚30nm〜300nmのSiO2膜など)を、化学気相成長法やスパッタ法などを用いて順次成膜した被処理基板5を準備する。そして、例えば、図4もしくは図9に示す光変調素子を使用した本実施形態にしたがう結晶化方法並びに装置を用いて、非晶質半導体膜82の表面の予め定められた領域に、レーザ光83(例えば、KrFエキシマレーザ光やXeClエキシマレーザ光など)を矢印で示すように一時的に1度もしくは複数度照射して、前述した針状結晶を成長させる。
FIG. 12A to FIG. 12E are process cross-sectional views showing a process of manufacturing an electronic device in a region crystallized using the crystallization apparatus of this embodiment. As shown in FIG. 12A, a base film 81 (for example, SiN having a thickness of 50 nm is formed on a transparent insulating substrate 80 (for example, formed of alkali glass, quartz glass, plastic, polyimide, or the like). A film such as a laminated film with SiO 2 having a thickness of 100 nm), an amorphous semiconductor film 82 (for example, a semiconductor film such as Si, Ge, SiGe, etc. having a thickness of about 50 nm to 200 nm), and a cap film 82a (for example, a film). A
こうして、図12(b)に示すように、非晶質半導体膜82の照射領域に大粒径の結晶を有する多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜(結晶化領域)84を生成する。次に、キャップ膜82aをエッチングにより半導体膜84から除去した後、図12(c)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜84を例えば薄膜トランジスタを形成するための領域となる島状の半導体膜(結晶化島状領域)85に加工し、表面にゲート絶縁膜86として膜厚20nm〜100nmのSiO2膜を化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜する。さらに、図12(d)に示すように、ゲート絶縁膜上の一部にゲート電極87(例えば、シリサイドやMoWなど)を形成し、ゲート電極87をマスクにして不純物イオン88(Nチャネルトランジスタの場合にはリン、Pチャネルトランジスタの場合にはホウ素)を半導体膜85中に矢印で示すようにイオン注入する。その後、窒素雰囲気でアニール処理(例えば、450°Cで1時間)を行い、不純物を活性化して島状の半導体膜85中にソース領域91と、ドレイン領域92を、チャネル領域90の両側に形成する。これらチャネル領域90は、針状結晶の成長方向に沿うようにして、キャリアが移動するように、その位置が設定されている。次に、図12(e)に示すように、全体をカバーする層間絶縁膜89を成膜し、この層間絶縁膜89およびゲート絶縁膜86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にそれぞれ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。
Thus, as shown in FIG. 12B, a polycrystalline semiconductor film or a single crystallized semiconductor film (crystallized region) 84 having a crystal with a large grain size in the irradiation region of the
以上の工程において、図12(a)および図12(b)に示す工程で生成された多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜84の大粒径結晶の平面方向の位置に合わせて、ゲート電極87を形成することにより、チャネル90をゲート電極87の下に形成する。以上の工程により、多結晶トランジスタまたは単結晶化半導体に薄膜トランジスタ(TFT)を形成することができる。こうして製造された多結晶トランジスタまたは単結晶化トランジスタは、液晶表示装置(ディスプレイ)やEL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイなどの駆動回路や、メモリ(SRAMやDRAM)やCPUなどの集積回路などに適用可能である。本発明の被処理体は、半導体デバイスを形成するものに限定されることはなく、また、半導体デバイスも、TFTに限定されることはない。
In the above process, the gate electrode is aligned with the position in the planar direction of the large grain crystal of the polycrystalline semiconductor film or the single crystallized
上述の説明では、光変調素子として、位相変調型の光変調素子を用いて本発明を実施している。しかしながら、これに限定されることなく、所定の透過パターンを有す透過型や所定の反射パターンを有する反射型の光変調素子など、他の形式、もしくはこれらの組み合わせの光変調素子第1方向に沿って光強度が変化する第1光強度分布を被照射面上に生成する第1変調領域と、第1方向とは異なる第2方向に沿って光強度が変化する第2光強度分布を被照射面上に生成する第2変調領域とを有する光変調素子を用いて本発明を実施することができる。 In the above description, the present invention is implemented using a phase modulation type light modulation element as the light modulation element. However, the present invention is not limited to this, and other types such as a transmission type light modulation element having a predetermined transmission pattern and a reflection type light modulation element having a predetermined reflection pattern, or a combination thereof, in the first direction. A first modulation region that generates a first light intensity distribution on the surface to be irradiated along with a second light intensity distribution in which the light intensity changes along a second direction different from the first direction. The present invention can be implemented using a light modulation element having a second modulation region generated on the irradiation surface.
また、上述の説明では、非単結晶半導体膜に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結晶化装置および結晶化方法に本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、一般的に結像光学系を介して所定の光強度分布を所定の被照射面に形成する光照射装置に対して本発明を適用することができる。 In the above description, the present invention is applied to a crystallization apparatus and a crystallization method for generating a crystallized semiconductor film by irradiating a non-single crystal semiconductor film with light having a predetermined light intensity distribution. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is generally applicable to a light irradiation apparatus that forms a predetermined light intensity distribution on a predetermined irradiated surface via an imaging optical system.
1 光変調素子
2 照明系
2a 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 結像光学系
4 被処理基板
5 基板ステージ
DESCRIPTION OF
Claims (24)
入射光の位相を変調して射出するための光変調素子と、
前記光変調素子と前記被照射面との間に配置されて、前記被照射面を前記光強度分布を有する光で照射するように前記射出された光を結像させるための結像光学系とを具備し、
前記光変調素子は、第1面積率変化構造と第2面積率変化構造とを含む複数の面積率変化構造を単位領域内に有し、前記第1面積率変化構造は、占有面積の比率が第1方向に沿って変化する少なくとも1つの第1の位相変調領域を有し、前記第2面積率変化構造は、占有面積の比率が前記第1方向とは異なる第2方向に沿って変化する少なくとも1つの第2位相変調領域を有する光照射装置。 A light irradiation apparatus for irradiating an irradiated surface with light having a light intensity distribution,
A light modulation element for modulating and emitting the phase of incident light;
An imaging optical system disposed between the light modulation element and the irradiated surface for imaging the emitted light so as to irradiate the irradiated surface with light having the light intensity distribution; Comprising
The light modulation element has a plurality of area ratio changing structures including a first area ratio changing structure and a second area ratio changing structure in a unit region, and the first area ratio changing structure has an occupied area ratio. The second area ratio changing structure has at least one first phase modulation region that changes along the first direction, and the ratio of the occupied area changes along a second direction different from the first direction. A light irradiation apparatus having at least one second phase modulation region.
前記第2面積率変化構造は、各々が前記第2方向に沿って一列に並んだ複数の第2の単位領域を含み、前記第2方向とほぼ直交する方向に沿って配設された複数の第2の帯状パターンを有する請求項1または2に記載の光照射装置。 The first area ratio changing structure includes a plurality of first unit regions arranged in a line along the first direction, and a plurality of first unit regions arranged along a direction substantially orthogonal to the first direction. Having a first strip pattern;
The second area ratio changing structure includes a plurality of second unit regions arranged in a line along the second direction, and a plurality of second unit regions arranged along a direction substantially orthogonal to the second direction. The light irradiation apparatus of Claim 1 or 2 which has a 2nd strip | belt-shaped pattern.
入射光を変調するための光変調素子と、
前記光変調素子と前記被照射面との間に配置されて、前記被照射面上に前記光強度分布を形成するための結像光学系とを具備し、
前記光変調素子は、第1方向に沿って光強度が変化する第1光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも1つの第1変調領域と、前記第1方向とは異なる第2方向に沿って光強度が変化する第2光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも1つの第2変調領域とを少なくとも含む複数の変調領域を有する光照射装置。 A light irradiation apparatus for irradiating an irradiated surface with light having a light intensity distribution,
A light modulation element for modulating incident light;
An imaging optical system disposed between the light modulation element and the irradiated surface to form the light intensity distribution on the irradiated surface;
The light modulation element includes at least one first modulation region that generates a first light intensity distribution whose light intensity varies along a first direction on the irradiated surface, and a second direction different from the first direction. A light irradiation apparatus having a plurality of modulation regions including at least one second modulation region that generates a second light intensity distribution whose light intensity varies along the surface on the irradiated surface.
前記光変調素子として、単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が第1方向に沿って変化する少なくとも1つの第1面積率変化構造と、単位領域における位相変調領域の占有面積の比率が前記第1方向とは異なる第2方向に沿って変化する少なくとも1つの第2面積率変化構造とを少なくとも有する光変調素子を用いる光照射方法。 Using a light modulation element that modulates the phase of the incident light and an imaging optical system disposed between the light modulation element and the irradiated surface, light having a predetermined light intensity distribution is applied to the irradiated surface. A light irradiation method for irradiating,
As the light modulation element, at least one first area ratio changing structure in which the ratio of the area occupied by the phase modulation region in the unit region changes along the first direction, and the ratio of the area occupied by the phase modulation region in the unit region is A light irradiation method using a light modulation element having at least one second area ratio changing structure that changes along a second direction different from the first direction.
前記光変調素子として、第1方向に沿って光強度が変化する第1光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも1つの第1変調領域と、前記第1方向とは異なる第2方向に沿って光強度が変化する第2光強度分布を前記被照射面上に生成する少なくとも1つの第2変調領域とを少なくとも有する光変調素子を用いる光照射方法。 Using a light modulation element that modulates incident light and an imaging optical system disposed between the light modulation element and the irradiated surface, the irradiated surface is irradiated with light having a predetermined light intensity distribution. A light irradiation method,
As the light modulation element, at least one first modulation region that generates a first light intensity distribution whose light intensity varies along a first direction on the irradiated surface, and a second direction different from the first direction A light irradiation method using a light modulation element having at least one second modulation region that generates a second light intensity distribution whose light intensity varies along the surface on the irradiated surface.
単位領域内における位相変調領域の占有面積の比率が第1方向に沿って変化する少なくとも1つの第1面積率変化構造と、単位領域における位相変調領域の占有面積の比率が前記第1方向とは異なる第2方向に沿って変化する少なくとも1つの第2面積率変化構造とを含む複数の面積率変化構造を具備する光変調素子。 A light modulation element for modulating the phase of incident light,
At least one first area ratio changing structure in which the ratio of the area occupied by the phase modulation region in the unit region changes along the first direction, and the ratio of the area occupied by the phase modulation region in the unit region is the first direction. An optical modulation element comprising a plurality of area ratio changing structures including at least one second area ratio changing structure that changes along different second directions.
前記第2面積率変化構造は、各々が前記第2方向に沿って一列に並んだ複数の第2の単位領域を含み、前記第2方向とほぼ直交する方向に沿って配設された複数の第2の帯状パターンを有する請求項15または16に記載の光変調素子。 The first area ratio changing structure includes a plurality of first unit regions arranged in a line along the first direction, and a plurality of first unit regions arranged along a direction substantially orthogonal to the first direction. Having a first strip pattern;
The second area ratio changing structure includes a plurality of second unit regions arranged in a line along the second direction, and a plurality of second unit regions arranged along a direction substantially orthogonal to the second direction. The light modulation element according to claim 15, wherein the light modulation element has a second strip pattern.
第1方向に沿って光強度が変化する第1光強度分布を被照射面の一部に生成する少なくとも1つの第1変調領域と、前記第1方向とは異なる第2方向に沿って光強度が変化する第2光強度分布を前記被照射面の他部に生成する少なくとも1つの第2変調領域とを具備する光変調素子。 A light modulation element for modulating incident light,
At least one first modulation region that generates a first light intensity distribution whose light intensity varies along the first direction in a part of the irradiated surface, and the light intensity along a second direction different from the first direction. A light modulation element comprising: at least one second modulation region that generates a second light intensity distribution that changes in other portions of the irradiated surface.
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