JP4555033B2 - 結晶化装置並びに方法、電子デバイスの製造方法、及び光変調素子 - Google Patents

Description

本発明は，被処理基板の、非晶質もしくは多結晶半導体薄膜のような被結晶化領域を光線を使用して溶融して結晶化させる結晶化装置並びに方法、及び電子デバイスの製造方法並びに電子デバイスに関する。

例えば、液晶もしくはＥＬ表示装置のガラス基板に熱損傷を与えずに、この上に形成されている非晶質半導体、例えば、非晶質シリコン薄膜を結晶化する方法として，エキシマレーザ結晶化法が開発されている。この技術は、エキシマレーザ光をホモジナイズ光学系により光照射断面の強度を均一にし，細長い矩形の開口を有する金属マスクを通して矩形状に整形（例えば断面形状は，１５０ｍｍ×２００μｍ）して射出させている。この射出されたレーザ光で、ガラス基板上に予め堆積されている非晶質シリコン薄膜の表面を一方向に線形的に相対的に移動させることにより走査して、短軸方向に１０μｍ間隔で間欠的にレーザ照射している。

この結果、この照射レーザ光を吸収した非晶質シリコン薄膜は、溶融され、レーザ光の入射が遮断されたときに、降温し、多結晶シリコンに変換される。この技術では，一般のガラスやプラスチックなどの高熱に弱い材料の基板を用いたとしても基板に熱損傷は生じない。なぜなら，エキシマレーザは２０ｎｓ程度のパルスレーザであり，結晶化プロセス期間は５０ないし１００ｎｓ程度で完了するからである。このようにして結晶化された多結晶の結晶粒径は、レーザエネルギー密度に依存しており，粒径０．１ないし１μｍ程度であり、このような粒径の結晶粒からなる多結晶シリコン薄膜を形成することができる。

上記エキシマレーザアニールを発展させた技術として，ＳＬＳ方式(Sequential Latera l Solidification)と呼ばれている技術が知られている（例えば特許文献１参照）。この技術では、ホモジナイズ光学系によって光強度が均一化されたエキシマレーザ光を２ミクロン幅程度の金属細隙を設けたマスクを通すことにより断面を長方形状に整形している。

この細隙を通ったレーザ光のフルエンス（エネルギー密度）は，非晶質シリコン薄膜が厚さ方向に全溶融になるように設定すると、細隙の外側の領域から内側に向かって横方向成長が起こり，結晶化シリコンが形成される。次に試料を２ミクロンだけ一方向に移動させ、レーザ照射すると溶融シリコンは前照射によって形成された結晶化シリコンの一端部を種結晶として横方向に成長する。このレーザ照射と試料移動のプロセスを繰り返すことによって大粒径の多結晶シリコン薄膜を形成することができる。

上記エキシマレーザ結晶化法をさらに発展させた方法として，位相変調エキシマレーザ結晶化法が知られている（例えば非特許文献１参照）。この方法の特徴は，エキシマレーザ光を、位相シフタ（例えば，石英板に段差加工を行って位相が１８０度ずれた２種類の領域を形成することにより、これら領域間に直線状の位相シフト部を形成したもの）と呼ばれる光学部品を通すことによって、極小光強度部が前記位相シフト部に対応した逆ピークパターンを有するレーザ光強度分布に変調させている。このように変調されたレーザ光で，例えば、基板上に形成された非晶質シリコン薄膜にパルス照射を行って、照射ごとに、照射領域を結晶化している。

この方法は、上記エキシマレーザ結晶化法並びにＳＬＳ方式とは、異なり、均一光強度分布を使用せず，また，同一領域を多数回レーザ照射を行う必要もない。この方法では、変調された逆パターンを有する光強度分布により，レーザ照射された非晶質シリコン薄膜内には逆パターンに対応して傾斜した温度分布が生じ，エネルギーの小さい所に結晶核、即ち、結晶種が形成される。また、この結晶核をもとにした横方向成長により成長距離が増大し大粒径の結晶粒を得ることができる。従って、大粒径の結晶粒を，しかも結晶粒の位置を制御して形成することができる。
特願平９−５４２２７０ 表面科学 Vol.21，No.5，pp.278-287，2000

最初に説明したエキシマレーザ結晶化法に関しては，
結晶粒サイズが最大で１から２ミクロン程度，最小で，０．０５ミクロン程度であり、結晶粒径は，レーザ光のフルエンスに強く依存する。このため，レーザ光強度を均一にしなければ，結晶粒径がばらつくことになり，その結果，トランジスタ特性（閾電圧，サブシュレッド係数，移動度）にばらつきが生ずる。一般的に、長さが４μｍ以上必要であるＭＯＳトランジスタのチャネル領域を、最大で１から２ミクロン程度の結晶粒径では、１つの結晶粒の中に形成することはできず、複数の結晶粒にまたがって形成しなければならない。このために、各チャンネル領域内に複数の結晶粒界が形成されてしまい、結晶粒界数の相違が特性の相違となって夫々のトランジスタが形成される課題がある。さらに、結晶粒界を電子（正孔）が移動するときに、結晶粒界が、障壁となって移動度に影響を及ぼす課題がある。

次に説明したＳＬＳ方式に関しては，レーザ光の半分近くを金属マスクでシールドするために，レーザエネルギーを有効に利用することができない。さらに、結晶粒径が１μｍ以下の結晶化であるため上記最初の従来例と同様にトランジスタ特性（閾電圧，サブシュレッド係数，移動度）にばらつきが生ずる課題がある。

最後に説明した位相変調エキシマレーザ結晶化技術に関しては，結晶粒径が、例えば、６μｍ程度またはこれ以上の大きな結晶化が可能な技術であり、トランジスタのチャンネル領域を一つの結晶粒界内に製造できる、優れた結晶化技術である。本発明者等は、この結晶化技術を利用した高性能な表示装置の工業化技術の開発を行っている。この過程において、４μｍ以上の長さの少なくとも１つのチャンネル領域が、各結晶粒内に位置決めされるように、結晶化された結晶化領域にトランジスタをμｍの単位で精度良く製造しなければならない要求がある。例え、粒径の大きい結晶粒を形成することができても、各トランジスタのチャンネル領域と、各結晶粒との位置合わせ精度が得られないと、特に、露光工程において、結晶粒内にチャンネル領域を形成することはできない。このようなチャンネル領域を有する各薄膜トランジスタは、所望とする均一な特性、例えば、高い電子移動度が得られなくなってしまう。例えば、表示装置の各画素スイッチングトランジスタのチャンネル領域を上記技術で成した場合、場所によって応答速度が異なり、表示ムラとなる。

本発明は上記の課題に基づいてなされたもので、その目的は、光学的に変調されたレーザ光のような光線の結晶化技術を利用して、被処理基板の所定の領域を大きくかつ位置精度の優れた結晶粒となるように、結晶化させることが可能な結晶化方法並びに結晶化装置、及び、これら結晶粒に精度よくチャンネル領域のような、トランジスタなど電子デバイスの必要な領域を形成することができる電子デバイスの製造方法及び電子デバイスを提供することである。

本発明の一態様に係る電子デバイスの製造方法は、
被処理基板を溶融するためのエキシマレーザ光を射出する照明系と、
前記エキシマレーザ光を極小光強度から極大光強度に変化した光強度分布のエキシマレーザ光に変調し、位置合わせ用マークが設けられた光変調素子と、
この光変調素子の位置合わせ用マークを読み取る第１の検出装置と、
前記光変調素子の位置合わせ用マークを読み取る検出装置の検出結果に基づいて光変調素子の位置を制御する第１の位置制御手段と、
前記光変調素子を透過したエキシマレーザ光が入射する位置に設けられ、被処理基板を支持する基板ステージと、
被処理基板に予め設けられた位置合わせ用マークを検出する第２の検出装置と、
被処理基板に予め設けられた位置合わせ用マークを検出する検出装置の検出結果に基づいて被処理基板の位置を制御する第２の位置制御手段と、
を具備する結晶化装置を用いて、
前記光変調素子の位置合わせ用マークを基準として光変調素子を位置合わせする工程と、
前記被処理基板に予め設けられた位置合わせ用マークを基準として被処理基板を前記基板ステージに位置合わせして支持させる工程と、
前記基板ステージに支持された被処理基板の予め定められた領域にエキシマレーザを照射し、この照射された領域を結晶化する工程と、
この結晶化された領域に回路素子を形成する回路素子形成工程と、
を具備してなることを特徴としている。

本発明の他の態様に係る結晶化装置は、被処理基板を照明するためのエキシマレーザ光を射出する照明系と、
この照明系からのエキシマレーザ光の光軸上に位置され、入射されたエキシマレーザ光を、極小光強度から極大光強度に変化した所定のパターンの光強度分布を有するエキシマレーザ光に光強度変調し、位置合わせ用マークが設けられた光変調素子と、
この光変調素子の位置合わせ用マークを読みとり、前記光変調素子の絶対位置を検出する第１の位置検出手段と、
この第１の位置手段による前記光変調素子の絶対位置の検出結果に基づいて光変調素子の位置を制御する第１の位置制御手段と、
光強度変調されたエキシマレーザ光が被処理基板に入射するように被処理基板を支持する支持手段と、
前記被処理基板に予め設けられた位置合わせ用マークを読みとり、前記被処理基板の絶対位置を検出する第２の位置検出手段と、
この第２の位置検出手段による被処理基板の絶対位置の検出結果に基づいて前記被処理基板の位置を制御する第２の位置制御手段とを具備することを特徴としている。

また、本発明の他の態様に係る結晶化方法は、パルスレーザ光を順次射出する第１の工程と、
このレーザ光を極小光強度から極大光強度に変化した所定のパターンの光強度分布を有する光線に光変調素子により光強度変調して、被処理基板の領域を照明してこの領域を溶融し、前記パルスレーザ光が遮断された後の降温時に結晶化する第２の工程と、
この第２の工程の前と第２の工程の間との少なくとも一方で、前記被処理基板と前記光変調素子との相対位置を検出する第３の工程と、
この第３の工程での検出結果に基づいて、前記光変調素子と被処理基板との相対位置を制御する工程とを具備することを特徴としている。

このような技術によれば、所望の領域を大粒径の結晶粒からなる結晶化領域へと位置精度良く結晶化させることができる。また、このようにして、形成された結晶粒内に、チャンネル領域のような所定の領域が精度よく形成された電子デバイスを得ることができる。

また、次工程の装置で位置合わせが出来るようにするための基準合わせマークに対して正確な相対位置精度をもって結晶化領域を作ることができる結晶化装置及び方法を得ることができる。

光変調素子を交換したときあるいはマスク内の別のパターンを使用して結晶化処理をしたいときに、所望のパターンの光強度分布を有する光を被処理基板の所定の領域に位置精度良く照射することができる。この結果、被処理基板に位置制御された結晶化領域を形成することができる。

本発明の実施の形態に係わる結晶化装置並びに方法の原理を、図１並びに図２を参照して概略的に説明する。

図１および図２に示されるように、本実施形態の結晶化装置は、光変調素子、例えば、位相シフト部を有する位相シフタ１を照明する照明系２を備えている。この照明系２は、図２に示されるように、例えば、３０８ｎｍの波長を有するレーザ光を射出するＸｅＣｌエキシマレーザ光源（もしくは、２４８ｎｍの波長を有するレーザ光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源）２ａと、この光源の射出側に順次配設された、ビームエキスパンダ２ｂと、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、第２フライアイレンズ２ｅと、第２コンデンサー光学系２ｆとを備えている。

前記光源２ａからパルス的に射出され矩形形状の断面を有するレーザ光は、ビームエキスパンダ２ｂを介して所定の大きさに拡大された後、第１フライアイレンズ２ｃに入射する。かくして、第１フライアイレンズ２ｃの後側焦点面には複数の小光源が形成され、これら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。この結果、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数の小光源が形成され、均一な強度のビームが出射される。これら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、位相シフタ１を重畳的に照明する。

前記第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ホモジナイザを構成し、この第１ホモジナイザにより位相シフタ１上での入射角度に関する強度の均一化が図られる。また、第２フライアイレンズ２ｅと第２コンデンサー光学系２ｆとで、第２ホモジナイザを構成し、この第２ホモジナイザにより位相シフタ上での面内位置に関する強度の均一化が図られる。こうして、照明系２は、ほぼ均一な光強度分布を有する光を位相シフタ１に照射する。

光変調素子は、入射光線を極小光強度から極大光強度に変化した光強度分布の光線に変調する光学部品であり、位相シフタ１が最適例である。位相シフタ１により位相変調されたレーザ光は、図１に示されるように、結像レンズを備えた結像光学系３を介して、被処理基板４に照射される。この例では、結像光学系３の光学的に共役な位置に、位相シフタ１と被処理基板４とが配置されている。位相シフタ１は、例えば石英板に段差をつけ、段差の境界でレーザ光の回折と干渉をおこさせ、レーザ光強度に周期的な空間分布を付与するものである。位相シフタ１は、例えば１８０°の位相差を付けることが望ましい。１８０°の位相差は、レーザ光の波長をλとすると、屈折率ｎの透明媒質の膜厚ｔを、ｔ＝λ／２（ｎ−１）にすることにより形成される。段差は、例えば石英板の屈折率を１．４６、また、ＸｅＣ１エキシマレーザ光の波長を３０８ｎｍとすると、１８０°の位相差を付けるためには３３４．８ｎｍである。

被処理基板４は、図３に示すように基板例えば液晶ディスプレイ用板ガラス基板７ａの上に化学気相成長法により下地薄膜としての、例えば酸化シリコン薄膜７ｂと、非晶質半導体膜例えば非晶質シリコン薄膜７ｃと、キャップ膜としての、例えば酸化シリコン薄膜（キャップ膜）７ｄを順次形成することにより得られたものである。被処理基板４は、これに限定されることはなく、例えば、シリコンのような半導体ウエハでも良い。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上において所定の位置に保持されている。この基板ステージ５は、後述する駆動機構によりＸ，Ｙ，Ｚ並びにθ方向に移動可能となっている。この基板ステージ５および位相シフタ１には、被処理基板４に位置制御された結晶化領域を形成することができる機構が設けられている。

この例では、被処理基板４に入射するレーザ光は、矩形断面が好ましく、特に、正方形(例えば、一辺が２μｍ)よりも、Ｙ方向に長い長方形の断面が、基板上の折り返し照射回数を短くしてスループットを上げるためには好ましい。この場合には、辺の長さY≧辺の長さX （ただし連続送り方向をXとする）と設定する必要がある。即ち、Ｘ方向（結晶化のために駆動機構により被処理基板４が移動される方向）に対応するレーザ光の長方形の断面の１辺は、後述する位置決め可能な範囲内の基板ステージ５のＸ方向の移動の最大平均速度をレーザ光の繰り返し周波数で除した値に比べて短くなるように、好ましくは設定されている。このようにしてプロジェクション型結晶化装置６が構成されている。非特許文献１と異なる光学系は、プロジェクション型結晶化装置６であること、照明光学系がホモジナイザ光学系であること、そして被処理基板に位置制御された結晶化領域を形成することなどである。

このような結晶化装置６においては、位相シフタ１によって、逆ピークパターンを有する光強度分布のレーザ光に位相変調されて、このレーザ光により非晶質シリコン薄膜７ｃが照射される。この結果、非晶質シリコン薄膜７ｃの照射された領域は溶融する。この溶融領域は、位相変調されたレーザ光の入射が遮断された後に降温する。この降温過程は、高温部が比較的急速に降温しようとする、しかしキャップ膜の蓄熱効果により緩やかに降温する。

この緩やかな降温は、凝固が横方向に長く移動し、大粒径の結晶成長を可能にする。この凝固の開始位置は、逆ピークパターンの極小光強度位置に対応する非晶質シリコン薄膜７ｃの部分に結晶核が形成され、この結晶核をもとにして結晶化がラテラル方向に生じて大きな結晶粒が形成される。このような非晶質シリコン薄膜の結晶化位置操作工程、逆ピークパターンを有する光強度分布のレーザ光を照射する工程、降温工程などの操作を基板ステージ５を順次Ｘ方向に移動させることにより、被処理基板４に設けられた非晶質シリコン薄膜７ｃは、多結晶シリコンへと結晶化される。しかし、従来の技術では、被処理基板の結晶化したい領域Ｒと、実際に結晶化される領域ｒとは図４に示すようにずれてしまうことがあり、このようなずれが生じると、結晶化されていない領域にトランジスタ等のチャネル領域が形成されてしまう場合があった。図４で、Ｒで示す実線の領域は、結晶化する予定の領域で、ｒで示す破線の領域は、実際に結晶化された領域を示す。この場合に、実線で示す領域のうち破線で示す領域の外にチャネルが形成された場合には、所望の特性のトランジスタが得られないことになる。

次に上記結晶化原理に基づいた、本発明の一実施の形態に係わる結晶化装置並びに結晶化方法を図５乃至図１１を参照して説明する。図１乃至図４と実質的に同一部分については同一符号を付与し、その詳細な説明は、重複するので省略する。

光変調素子の絶対位置を検出する第１の位置検出系(手段)と、被処理基板の絶対位置を検出する第２の位置検出系(手段)について説明する。ここで、被処理基板の“絶対位置”並びに光変調素子の“絶対位置”とは、結晶化装置に固定されている位置検出形から見た被処理基板並びに光変調素子の絶対位置を意味している。

照明系２は、光源として、所定の周波数、例えば１００Ｈｚの繰り返し周波数で、エネルギー強度が、例えば２８０ｍＪで、波長が、例えば３０８ｎｍのレーザ光を射出するＸｅＣｌエキシマレーザ光源を使用している。即ち、光源は、被処理基板４の例えば非晶質シリコン薄膜７ｃを溶融する光強度を有する光線、例えば１００Ｈｚの繰り返し周波数でパルスレーザ光を射出する。この光源より射出されたパルスレーザ光は、第１並びに第２のホモジナイザにより、ほぼ均一な光強度分布となって、位相シフタ１に入射される。この位相シフタ１は、ホモジナイズされた入射レーザ光を位相変調して大粒径の結晶粒を成長させるための光強度分布のレーザ光に変換するための光変調素子である。位相シフタ１は、形状例えば長方形状であり、上述したように、位相シフト部（図示せず）が形成されている以外に図６に示されているように、レーザ光の入射面側の両端近くに１対の位置合わせ用マーク１ａ，１ｂが形成されている。この位置合わせ用マーク１ａ，１ｂは、例えば石英ガラス製位相シフタ１の場合、凹又は凸状の十字パターンを形成することにより得られる。

また、位置合わせ用マーク検出１ａ，１ｂは、図５に示されているように、これら位置合わせ用マーク１ａ，１ｂと対応するようにして設けられた１対のマーク検出器、例えば、ＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂが、これら位置合わせ用マーク１ａ，１ｂを検出（撮像）するようことによりなされる。これら位置合わせ用マーク１ａ，１ｂとＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂとの関係は、後で詳しく説明する。

前記位相シフタ１の射出側には、入射レーザ光を１８０度偏向させて結像光学系３に入射させる反射鏡１１（図１では省略してある）が設けられている。この結像光学系３は、前記位相シフタ１の像を被処理基板４に結像させるためのものであり、開口率ＮＡが、例えば０．１２であり、解像力が、例えば２μｍである１／５縮小の両側テレセントリック結像光学系もしくは片側テレセントリック結像光学系（被処理基板側のみテレセントリック光学系）である。この結像光学系３は、必要に応じて歪補正と色収差補正とがなされている。勿論、このような結像光学系３は一例であり、前記位相シフタ１の像を被処理基板４の所定の結像面に結像させるものであれば、どのようなものでも良い。例えば、縮小率も１／５に限定されることはなく、拡大でも、また等倍でもよい。

この結像光学系３の射出側のデフォーカス位置もしくはフォーカス位置には、被処理基板４の上面（この基板の上に形成されている非晶質シリコン薄膜の下面）が位置するようにして、被処理基板４が配置されている。この被処理基板４が、図３に示すように、例えば、液晶表示装置のガラス基板７ａと、非晶質シリコン薄膜７ｃなどにより構成されている場合には、図１０に示されているように、１対の位置合わせ用マーク４ａ，４ｂがガラス基板７ａの上面で両端近くに形成される。

前記被処理基板４は、基板ステージ５の上に支持されている。この基板ステージ５は、被処理基板４を水平に支持すると共に、ＸＹＺθ方向に被処理基板４を移動させるように、支持基板１２上に、同方向に移動可能に設けられている。この基板ステージ５の移動は、例えば、ボールネジとモータとを組み合わせた機構により構成されたＸＹＺθ駆動機構１４（図５では省略され、図６でブロックで示されている）により行われる。また、このＸＹＺθ駆動機構１４による基板ステージ５の移動の制御は、ＸＹθ方向に関しては、基板ステージ５のＸ方向並びにＹ方向外側にはそれぞれ配置されたＸ軸位置センサ１６とＹ軸位置センサ（図示せず）とにより行われる。これらセンサは、例えば、センサ分解能が０．０２７μｍの干渉計とレーザ発振器との組み合わせにより構成されている。このＸＹＺθ駆動機構１４は、基板ステージ５をＸ方向とＹ方向とに、夫々２μｍ以下の位置決め精度で駆動するように設定されている。また、このＸＹＺθ駆動機構１４としては、レーザ光を、被処理基板４に一定周期で照射しつつ、基板ステージ５を連続的にＸ方向もしくはＹ方向に移動させる場合には、移動速度のばらつきが少ないことが好ましい。このばらつきは、例えば、２μｍ以下の位置のばらつきで基板ステージ５、即ち、被処理基板４を移動させ得るものが好ましい。

基板ステージ５のＺ方向の移動に関しては、被処理基板４の上面に向って斜めからレーザ光を射出させる光源１８と被処理基板４からの反射レーザ光を受光する光センサ２０との組合わせにより構成された基板高さ検出機構（Ｚ検出手段）２２により行われる。この場合、前記ＸＹＺθ駆動機構１４としては、基板ステージ５を１０μｍ以下の位置決め精度でＺ方向に移動させ得るものが好ましい。このような、検出機構２２とＸＹＺθ駆動機構１４との組合わせの動作により、結晶化処理中、常時、結像光学系３の結像レンズと被処理基板４の上面との間隔は一定に保たれ得る。

前記被処理基板４の位置合わせ用マーク４ａ，４ｂと対応するようにして、１対のマーク検出器、例えば、ＣＣＤカメラ２４ａ，２４ｂが、これら位置合わせ用マーク４ａ，４ｂを検出するように設けられている。前記支持基板１２は、アクティブ除震機構２６により支持されており、外部の振動が支持基板１２に、即ち、被処理基板４に伝達されないように考慮されている。尚、外部の振動としては、例えば、隣接する他の装置からの振動がある。

尚、図５で、符号２８は、被処理基板４を、矢印で示されているように、ロードロックチャンバ３０と、プリアライメントステージ３２と、基板ステージ５との間で搬送する搬送ロボットを示す。搬送ロボット２８は、図示しないコンピュータにより予め記憶されたプログラムにより自動的に被処理基板４を搬送する。ロードロックチャンバ３０は、未処理の被処理基板４及び処理済み被処理基板４を自動的に搬出・搬入する収納機構である。

前記プリアライメントステージ３２は、基板ステージ５へ搬送する前の被処理基板４を予備位置決めするステージである。この予備位置決めは、例えば、半導体ウエハのような丸型被処理基板４のオリエンテーションフラット（オリフラ）のエッジを検出して、予め記憶された標準位置に位置合わせする位置調節を行う。

前記位相シフタ１は、図７に示されているように、支持機構３４に着脱可能に支持されている。この支持機構３４は、位相シフタ１を必要に応じて他の位相シフタ１と容易に交換可能なように、例えば、挟持して支持するように構成されている。この例では、支持機構３４は、位相シフタ１の下端が挿入される溝を備えた基部３４ａと、この基部３４ａの両端より上方に突設したし１対の支持部３４ｂ，３４ｃと、一方の支持部３４ｃを貫通した固定ねじ３４ｄとにより構成されている。このような支持機構３４においては、位相シフタ１の下端部を基部３４ａの溝に挿入すると共に、固定ねじ３４ｄの締め付けにより固定ねじ３４ｄと他方の支持部３４ｂとの間に挟持させることにより、位相シフタ１を固定することができる。

この支持機構３４は、ＸＹθテーブル３６によりこれと同方向に移動可能なように支持されている。このＸＹθテーブル３６は、モータなどの駆動源３８により、ＸＹθ方向に制御されて移動され得る。このＸＹθテーブル３６と、駆動源３８とにより、ＸＹθ駆動機構４０が構成されている。ここで、ＸＹ方向とは、図８に示されているように、位相シフタ１の平面に沿い、互いに直交した方向、即ち、図５で、レーザ光の光軸Ｐに直交した方向であり、θ方向は、光軸Ｐを中心とする回転方向である。

上記支持機構は、一例であり、本発明においては、位相シフタ１を、これの使用中に動かないように固定できるものであれば、どのようなものでも良く、例えば、図７Ａに示した構造の支持機構３４でも良い。

この支持機構３４は、ＸＹθテーブル３６に固定された断面Ｌ字形状の固定台３４ｆと、この固定台３４ｆに留めビス３４ｅで着脱可能に固定された断面逆Ｌ字形状の装着基板３４ｇとを有している。また、前記装着基板３４ｇの位相シフタ固定面（前記固定台３４ｆが位置されているのとは反対側の前面）には、複数の、例えば、３つの位置決めピン（図示せず）が突設されている。これら位置決めピンは、装着基板３４ｇの下部に互いに水平方向（図で紙面に垂直な方向）に所定間隔を有して垂直に突設された（図で右方向）２つの垂直方向位置決めピンと、中部に、これら垂直方向の位置決めピンとは、水平方向並びに垂直方向に離間するようにして突設された水平方向位置決めピンとである。そして、前記装着基板３４ｇの前面には、固定ビス３４ｈにより、装着基板３４ｇに光軸方向に移動可能に設けられた留め枠体３４ｉが装着されている。この留め枠体３４ｉと、前記固定台３４ｆと装着基板３４ｇとの夫々の中央部には、位相シフタ１の位相シフト部に対応した例えば、矩形の透孔が形成されている。

このような構成の支持機構３４においては、位相シフタ１を装着基板３４ｇの前面に、下端面と一側端面とを位置決めピンに当接させることにより位置決めさせ、留め枠体３４ｇを固定ビス３４ｈにより、位相シフタ１に押付ける。この結果、位相シフタ１は、位置決めピンにより垂直方向と水平方向とが位置決めされて、装着基板３４ｇと留め枠体３４ｉとの間に、位置決めされた状態で挟持される。次に、装着基板３４ｇを固定台３４ｆに留めビスｅにより固定して、支持機構３４に位相シフタ１を装着する。

次に、位相シフタ１と被処理基板４との位置合わせシステムおよびその方法を、図６を参照して説明する。図６は、位相シフタ１と被処理基板４とを位置合わせするためのシステム構成図である。位相シフタ１に設けられた各位置合わせ用マーク１ａ，１ｂを撮像する位置には、夫々位相シフタ用ＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂが設けられる。この関係は、点線で図示されている。位相シフタ用ＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂは、ＸＹθテーブル３６と分離独立して結晶化装置６の、例えば、図示していない支持機構に固定されている。

前記位相シフタ用のＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂの出力は、これらカメラ１０ａ，１０ｂからの位置情報をストアするためのコンピュータのＣＰＵ４６に制御される第１のメモリ４２に接続されている。

前記被処理基板４に設けられた各位置合わせ用マーク４ａ，４ｂを撮像する位置には、夫々被処理基板用ＣＣＤカメラ２４ａ，２４ｂが設けられる。この関係は、点線で図示されている。被処理基板用ＣＣＤカメラ２４ａ，２４ｂは、基板ステージ５と分離独立して結晶化装置６に固定されている。前記被処理基板用ＣＣＤカメラ２４ａ，２４ｂの出力には、これらカメラ２４ａ，２４ｂからの位置情報をストアするための第２のメモリ４４が接続されている。両メモリ４２，４４の出力側は、前記ＣＰＵ４６に接続されている。このＣＰＵ４６には、処理回路４８が接続されている。この処理回路４８は、メモリ４２，４４からの位置情報を適当な情報に変換並びに処理する。ＣＰＵ４６は、処理回路４８からの情報例えば予め記憶されたプログラムに基づいて、前記位相シフタ用のＸＹθ駆動機構４０と、基板ステージ用のＸＹＺθ駆動機構１４とを駆動並びに制御する。

次に、上記構成の結晶化装置の位相シフタ１と被処理基板４との位置決め制御について説明する。

前に説明したように、位相シフタ１には、これの両端部に位置合わせ用マーク１ａ，１ｂが設けられている。これら位置合わせ用マーク１ａ，１ｂは、位相シフタ１に適当な方法により記された例えば十字マークよりなっており、これらマーク１ａ，１ｂをＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂが位相シフタ１の位置情報として撮像する。この位置情報は、第１のメモリ４２に順次ストアされ、必要なときに読み出されて、処理回路４８に出力される。処理回路４８は、両方の位置合わせ用マーク１ａ，１ｂの撮像情報に基づいて、図９に破線１ｃで示されるような直線位置情報を算出する。この図９では、直線位置情報１ｃが、予め記憶されている実線４ｃで示されている標準情報として参照直線情報と比較し角度＋αだけθ方向にずれている場合が示されている。ＣＰＵ４６は、このずれ角度−αだけ位相シフタ１をθ方向に回転させるように、ＸＹθ駆動機構４０を制御する。この結果、位相シフタ１は、予め定められた光学系の平面状態に設定される。

尚、上記例では、位相シフタ１がθ方向にずれている場合の自動位置補正について説明したが、ＸＹ方向も同様にしてＣＰＵ４６により自動的に補正することが可能である。このような位相シフタ１の位置ずれの位置補正は、位相シフタ１を交換した場合に行うようにすることも、結晶化の処理中にリアルタイムで行うようにすることも可能である。

上記参照直線情報４ｃは、処理回路４８に予め設定し記憶しておいても良いが、この例では、前記位相シフタ１の場合と同様に、被処理基板４の位置合わせ用マーク４ａ，４ｂをＣＣＤカメラ２４ａ，２４ｂで撮像し、この撮像情報をもとにして形成しても良い。

この場合には、位相シフタ１の内部に含まれる、位置合わせ用マークからの相対位置が既知の位置に予め配置された任意のパターンを照射するべく、被処理基板４の位置に対して位相シフタ１の相対位置を変更することができ、任意のパターンを被処理基板４上に照射することができる。尚、被処理基板４のＺ方向の位置ずれは、Ｚ検出手段２２からの位置情報に基づいたＣＰＵ４６からの指令により、ＸＹＺθ駆動機構１４により初期並びに／もしくは処理中に行わせることができる。この結果、逆ピークパターンを有する光強度分布のレーザ光の照射による焦点深度内での被処理基板の位置制御が容易になり、より確実な結晶化が可能となる。

次に、被処理基板４の位置合わせについて説明する。被処理基板４の位置合わせ用マーク４ａ，４ｂをＣＣＤカメラ２４ａ，２４ｂで撮像し、この撮像情報をもとにして位置合わせ用マーク４ａ，４ｂの十字情報から、予め記憶された標準の初期位置情報と比較し、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向成分のずれ量を算出し、これら各方向のずれ量が零になるようにＸＹＺθ駆動機構１４を制御することにより基板ステージ５を制御する。このように位相シフタ１及び被処理基板４を位置合わせしたのち、結晶化工程を予め記憶されたプログラムで被処理基板４の予め定められた位置に自動的に実行する。

結晶化工程は、基板ステージ５により、被処理基板４をＸ方向に間欠的に移動させながら、光源２ａからパルスレーザ光を出射させて照明系２のホモジナイザで均一化したのち位相シフタ１で逆ピークパターン状の温度勾配を有する照射光に変調して被処理基板４の被結晶化領域（非晶質シリコン薄膜７ｃ）の予め定められた位置を照射する。この結果、照射された被処理基板４の非晶質シリコン薄膜７ｃの一部分は、溶融する。被処理基板４が、移動し、パルスレーザ光の入射が遮断されたとき、溶融部分は、降温状態に変化し、上記温度勾配に沿って凝固し、非晶質シリコン薄膜７ｃの一部分にＸ方向（ラテラル方向）に成長した細長い結晶粒が形成される（実際には、パルスレーザ光の一回の照射によりＸ方向とＹ方向とに整列された多数の結晶粒が一度に形成される。この一度に結晶粒が形成される領域を結晶化領域と称して以下で説明する。このような領域は、例えば２ｍｍｘ２ｍｍの正方形である）。 そして、被処理基板の移動が停止されたときに、再びパルスレーザ光により、非晶質シリコン薄膜７ｃの前記結晶化領域の隣の領域が照射されて、この部分が結晶化される。このようにして、被処理基板４の移動と、パルスレーザ光の照射とが繰り返されることにより、非晶質シリコン薄膜７ｃの被結晶化領域全体に渡って結晶化される。このときに、結晶化領域は、被処理基板の移動ピッチに応じて、これらの間隔が制御されて、連続もしくは非連続の結晶化領域が形成され得る。必要に応じて、被処理基板４をＹ方向に順次ずらしてから同様の結晶化を行うことにより、幅の広い（Ｙ方向の長い）被処理基板に対しても全体に渡って結晶化することができる。

上記結晶化装置並びに方法を使用して、ＭＯＳトランジスタのような集積回路を製造する方法の具体的な例を図１１のフローチャートを参照して説明する。尚、以下の説明で、図１ないし図１０を参照して説明した部材と実質的に同じ部材は、同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。まず、図３に示されたような被処理基板４が、図示しない搬送アームにより、プロジェクション型結晶化装置６のロードロックチャンバ３０（図５）内にセットされる。この後、自動的に搬送ロボット２８により、ロードロックチャンバ３０から被処理基板４が取り出されて、プリアライメントステージ３２上の予め定められた位置に搬送、載置される。プリアライメントステージ３２に搬送された被処理基板４は、図示していない既知のプリアラインメント機構によりプリアライメントされる（Ｆ−１）。

プリアライメントされた被処理基板４は、搬送ロボット２８により基板ステージ５の予め定められた位置に搬送、載置される（Ｆ−２）。この工程と、前後して、位相シフタ１は、これの位置合わせ用マーク１ａ，１ｂを基準として、前述したようにＸ、Ｙ、θ方向成分の位置合わせがされる（Ｆ−３）。Ｆ−２の工程の後に、搬送された被処理基板４は、これの位置合わせ用マーク４ａ，４ｂを基準としてＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向成分に位置合わせされる（Ｆ−４）。これで、被処理基板４の位置合わせ工程が終了する。

次に、プロジェクション型結晶化装置６により、予め記憶された手順で自動的に結晶化工程が実行される。具体的には、まず、被処理基板４の非晶質シリコン薄膜７ｃの予め定められた部分が、照明系２から出射されたパルスレーザ光で位相シフタを介して照射される。順次、レーザ光の射出と被処理基板４の移動とを繰り返して、後で図１２（ａ）を参照して説明するような結晶化領域のパターンに結晶化して結晶化工程が終了される（Ｆ−５）。

結晶化工程を終了した被処理基板４は、集積回路などの加工ラインに、図示しない搬送アームにより、搬送される。被処理基板４は、加工ライン、例えばエッチング処理ラインに搬送され、表面のキャップ膜７ｄが除去される。このキャップ膜７ｄが除去された非晶質シリコン薄膜７ｃには、結晶化された多数の結晶粒５１が配列された結晶化領域がＸ方向とＹ方向とに並べられたパターンが図１２（ａ）に示すように形成されている。図１２（ａ）に示すパターンは、結晶種（結晶核）５１ａを中心としてＸ方向（ラテラル方向）に成長された結晶粒５１が、Ｘ方向とＹ方向とに、位置精度良く形成されていることを示している。この結晶粒５１の各々もしくは所定のものの中に、予め設計された特性を得るための電子部品の所定領域、例えばＭＯＳトランジスタのチャンネル領域が形成される。結晶粒５１が形成されていない領域は、非晶質シリコンもしくは、小さい結晶粒が形成されている領域である。図１２（ａ）では、隣り合う結晶粒５１が離間して示されているが、前述したように、接続されていても良い。このようにして結晶化工程を終了した被処理基板４は、露光装置に搬送される（Ｆ−６）。

露光装置で、搬送された被処理基板４は、プリアライメントされる（Ｆ−７）。プリアライメントされた被処理基板４は、露光装置の基板ステージ上の予め定められた位置に搬送される（Ｆ−８）。基板ステージ上に搬送された被処理基板４は、この被処理基板４に設けられた位置合わせ用マーク４ａ，４ｂによりファインアライメントを実行する（Ｆ−９）。

露光装置により、ファインアライメントされた被処理基板４の相当する集積回路パターンが形成されたマスクの露光工程が実行される。このマスクは、集積回路の例えば各ＭＯＳトランジスタのチャネル領域が結晶粒５１内にあるように、被処理基板４に対して位置合わせされるようにプログラムされている。このようにして位置合わせされた被処理基板４に対して露光工程が実行される（Ｆ−１０）。この工程は、異なるマスクを使用して繰り返され、周知の集積回路製造プロセス、例えばＣＶＤ工程、エッチング工程、ソース・ドレイン領域５２、５３を形成するための不純物注入工程などの露光プロセスが行われ、図１２（ｂ）に示すようにソース領域５２とドレイン領域５３とが、これら領域間のチャンネル領域が結晶粒５１内に位置されるように形成されてＭＯＳトランジスタ等の集積回路が形成される（Ｆ−１１）。

ＭＯＳトランジスタの詳細な製造工程は、周知であるので詳細な説明は、省略するが、例えば、以下のようにしてなされ得る。

結晶化工程が終了され、非晶質シリコン薄膜７ｃが露出した被処理基板４の結晶化領域内の結晶粒５１の各々の表面上にゲート絶縁膜、例えば酸化シリコン薄膜が成膜される。この酸化シリコン薄膜上に、ゲート電極を形成する導電体膜例えばＷ−Ｍｏ膜が積層される。次に、ゲート電極パターンをマスクとして導電体膜を選択エッチングすることによりゲート電極が形成される。次に、このゲート電極をマスクとしてソース・ドレイン領域を形成するための不純物が結晶化領域の中にイオン注入されて、ソース並びにドレイン領域５２、５３が形成される。

上記実施の形態では、位相シフタ１の位置合わせ用マーク１ａ，１ｂとして２つの十字マークを方形状位相シフタ１の左右両端側に設けた例について説明したが、本発明ではこれに限定することはなく、図９に示されるように、参照直線情報４ｃと、ＸＹθ方向の比較ができるような情報が得られる位置合わせ用マークであれば、どのような形態でも良い。例えば、一方の位置合わせ用マーク１ａは、Ｘ方向に延びた直線マークとし、他方の位置合わせ用マーク１ｂは、Ｙ方向に延びた直線マークとしも良い。また、位置合わせ用マークは、かならずしも１対とは限らず、その形状により１つでも、また、それ以上でも良い。また、特別に位置合わせ用マークを設けないで、位相シフタ１の一部、例えば、エッジを位置合わせ用マークとして使用することも可能である。これらと同様のことが、被処理基板４の位置合わせ用マーク４ａ，４ｂについても適用できる。

前記実施の形態では、位置合わせ用マーク１ａ，１ｂ，４ａ，４ｂを読み取る検出装置としてＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂ，２４ａ，２４ｂを使用したが、必ずしも、これに限定されることはなく、他の光学検出手段、もしくは他の原理の検出手段でも良い。例えば、位置合わせ用マークとして、三角形状のノッチを位相シフタのような光変調素子に形成した場合には、このノッチを通る光の光量の変化を検出して、位置情報に変換するホトカップラーでも良い。また、超音波反射面を位置合わせ用マークとして位相シフタに形成した場合には、超音波センサーでも良い。

上記位相シフタ１の光軸に垂直な面内での位置を検出する位置精度が０．５μｍの場合には、上記のように結像光学系３として１／５縮小光学系を使用すると、位相シフタ１の位置は、０．１μｍの基板面内位置精度で被処理基板４に対して設定される。

前記実施の形態では、光変調素子として、入射レーザ光を逆ピークパターンの光強度分布を有するレーザ光に変調する直線状の位相シフト部を有する位相シフタ１を使用したが、位相シフタ１は、必ずしもこのような形態に入射レーザ光を変調するものに限られることはない。例えば、位相シフト部が点状のものでも良い。また、光変調素子は、位相シフタ１に限られることはなく、所定の光強度分布に入射光線を変調できるものであれば、どのようなものでも良い。例えば、透過率の異なる領域を有するマスクを使用しても、透過率と領域とを適宜選定することにより、これを透過する光を任意の光強度分布を有するように変調することが可能である。

上記実施形態では、予め定められた１つの位相シフトパターンが形成された位相シフタ１による結晶化について説明した。上記実施形態には、図５に示されているように位置調整機構が設けられている。従って、位相シフタ１は、複数種の位相シフトパターンが形成された１枚の位相シフタを使用し、適宜選択できるようにしてもよい。この例を以下に説明する。

位相シフタ１に形成される位相シフトパターンの第１の形態は、図１３に示すパターンＢである。以下の説明で、図１乃至図５に示す部分と同一部分には、同一符号を付与し、その詳細な説明を省略する。図１３（ａ）に示す位相シフトパターンＢは、例えば位相値が０度の矩形状の領域１Ａと位相値が１８０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ライン型の位相シフトパターンである。２つの矩形状の領域１Ａと１Ｂとの間には、１８０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、位相シフトパターンの全体では、位相差線１Ｃが１又は複数所定のピッチで形成されている。このような位相シフタ１を使用した場合には、被処理基板４の表面には、図１３（ｂ）に示すように、位相シフとパターンの位相差線１Ｃに対応する線領域において光強度がほぼ０もしくは最小のピークを有し、周囲に向かって（横方向に）光強度が急激に増大する逆ピーク状の光強度分布が形成される。所望する位相差を有する位相シフトパターンを形成するための段差は、レーザ光の波長をλ、透明基材の屈折率ｎとしたとき透明媒質の膜厚ｔは、ｔ＝λ／２（ｎ−１）で求められる。石英基材の屈折率を１．４６、ＸｅＣ１エキシマレーザ光の波長が３０８ｎｍで、１８０°の位相差を付けるためには３３４．８ｎｍの段差をエッチング等の方法で形成することができる。

位相シフトパターンの第２の形態は、図１４に示すパターンＣである。このパターンＣは、図１４に示すように、互いに位相値の異なる４種類の矩形状領域１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが所定の点１０Ｅにおいて互いに隣接する形態である。このパターンは、例えば、位相値が０度の第１の矩形状領域１０Ａと、位相値が９０度の第２の矩形状領域１０Ｂと、位相値が１８０度の第３の矩形状領域１０Ｃと、位相値が２７０度の第４の矩形状領域１０Ｄとを有する。そして、点１０Ｅにおいて十字状に交差する４つの直線１０Ｆは、第１の矩形状領域１０Ａと第２の矩形状領域１０Ｂとの間の境界線と、第２の矩形状領域１０Ｂと第３の矩形状領域１０Ｃとの間の境界線と、第３の矩形状領域１０Ｃと第４の矩形状領域１０Ｄとの間の境界線と、第４の矩形状領域１０Ｄと第１の矩形状領域１０Ａとの間の境界線とである。実用的なパターンは、上記のように４つの矩形状領域からなるユニットが多数並べられ、一度に多数の結晶粒を形成することができる形態となっている。

位相シフトパターンの第３の形態は、図１５（ａ）および１６（ａ）に示すパターンＤである。図１５（ａ）に示すパターンＤは、図１５（ｂ）に示すような所望する逆ピークパターンを得るように、透明基板例えば石英ガラス基板６２に第２の位相値を有する第２の領域６２ａの中にドット状に第１の位相値を有する多数の第１の領域６２ｂを分布させたものである。これら第１の領域６２ｂは、Ｘ方向の中心部から側方に向かうのに従って占有面積が小さくなるように設定されている。この第１の領域６２ｂの占有面積が大きい中心部により最小光強度ピークが形成される。

図１６（ａ）は、図１５（ａ）に示す位相シフトパターンにおける基本パターンを示す図である。図１６（ａ）を参照すると、位相シフトパターンの基本パターンは、結像光学系３の点像分布範囲の半径よりも光学的に小さいサイズの複数のセル（図中矩形状の破線で示す）６２ｃを有する。

各セル６２ｃには、たとえば−９０度の位相値（第１の位相値）を有する第１領域（図中斜線部で示す）６２ｂと、たとえば０度の位相値（第２の位相値）を有する第２領域（図中空白部で示す）６２ａとが形成されている。図１６（ａ）に示すように、各セル６２ｃ内における第１領域６２ｂと第２領域６２ａとの占有面積率がセル毎に変化している。

換言すれば、位相値が−９０度の第１領域６２ｂと位相値が０度の第２領域６２ａとの占有面積率がＸ方向の位置によって変化する位相分布を有する。さらに具体的には、セル内における第２領域６２ａの占有面積比は、図中左側のセルにおいて最も５０％に近く、図中右側のセルにおいて最も１００％に近く、その間においてＸ方向に沿って単調に変化している。

上述のように、位相シフタ１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サイズの位相変調単位（セル）６２ｃに基づく位相分布を有する。したがって、各位相変調単位６２ｃにおける第１領域６２ｂと第２領域６２ａとの占有面積率を、すなわち２つの位相ベクトルの和を適宜変化させることにより、被処理基板４上に形成される光強度分布を解析的に且つ簡単な計算にしたがって自由に制御することが可能である。

具体的には、図１６（ｂ）に示すように、第２領域６２ａの占有面積比が最も１００％に近い両側位置において最も光強度が大きく、第２領域６２ａの占有面積比が最も５０％に近い中央位置において最も光強度が小さい一次元の（Ｘ方向に勾配を有する）Ｖ字型の光強度勾配分布が得られる。このように、複屈折素子による光束の分割方向（Ｙ方向）は、光強度勾配分布の勾配方向（Ｘ方向）と直交している。位相シフタ１は、例えば石英ガラス基板に所要の位相差に対応する厚さ分布を形成することにより製造することができる。石英ガラス基板の厚さの変化は、選択エッチングやＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工により形成することができる。

このような図１３（ａ）、１４、１５（ａ）に夫々示す位相シフトパターンＢ，Ｃ，Ｄを有した位相シフタ１の実施の形態を図１７、１８に示す。これら図１７、１８に示された位相シフタ１は、１つの基板に複数の、この好ましい例では、３種類の位相シフトパターンＢ，Ｃ，Ｄが形成されており、図５の結晶化装置６の位相シフタとして使用され、所望する位相シフトパターンを選択するようにしてもよい。これら位相シフタ１には、以下に説明するような、アラインメントマーク形成用パターン１０１並びにアラインメントマーク形成用パターン１０１の位置決めマーク１０１ａ，１０１ｂが形成されている。図１７に示す位相シフタ１には、３つの位相シフトパターンＢ，Ｃ，Ｄに、夫々１対の位置合わせ用マーク１ａ，１ｂが、設けられているけれども、どれかの位相シフトパターンのみに位置合わせ用マーク１ａ，１ｂが設けられていれば良い。

前述したような位相シフトパターンＢ，Ｃ，Ｄに加えてアラインメントマーク形成用パターン１０１を位相シフタ１に形成した他の例を図１９を参照して説明する。この位相シフタ１は、位相シフトパターンＢ，Ｃ，Ｄと、アラインメントマーク形成用パターン１０１とが同じ大きさで、隣り合わせに整列して形成された透明基板１０２を有する。この透明基板１０２には、アラインメントマーク形成用パターン１０１の位置決めマーク１０１ａ，１０１ｂが形成されている。これらマーク１０１ａ，１０１ｂは、位相シフタ（詳しくは、位相シフトパターン）の位置合わせ用マーク１ａ，１ｂと実質的に同じもので良く、このために、これらマーク１ａ，１ｂ、１０１ａ，１０１ｂは、同一の工程で、透明基板１０２に形成され得る。前記アラインメントマーク形成用パターン１０１は、種々の形態をとり得るが、ここでは、夫々Ｘ方向とＹ方向に延びた１対の透明矩形スリット１０１ｃ，１０１ｄと、これらスリット１０１ｃ，１０１ｄの周りの不透明領域１０１ｅとにより形成されている。このような位相シフタ１を使用した電子装置の製造方法の一例を図２０並びに２１を参照して以下に説明する。

この方法では、図１１を参照して説明した製造方法とは、アラインメントマークを形成する方法以外は、実質的に同じなので、この方法のみを説明する。プロジェクション型結晶化装置６により、図１９に示された位相シフタ１の位相シフトパターンを使用して、レーザ光を予め定められた位置に照射して、被処理基板４に多数の結晶化領域が図２１に示されているように形成される（Ｆ−５）。尚、図２１で、符号で示す。尚、図２１では、結晶化領域９９は、被処理基板４に対してかなり大きく示されているが、これは、図面を見やすくするためであり、実際には、例えば、被処理基板４として、矩形で、例えば、７３０ｍｍｘ９２０ｍｍの液晶デイスプレイ用のガラス基板を使用した場合には、２ｍｍｘ２ｍｍの結晶化領域９９が、被処理基板全体に形成されたとすると、１６７９００個形成され得る（実際には、被処理基板の外周囲部には結晶化領域を形成しないので、この数よりも少ない）。

この後に、位相シフタ１は、Ｘ方向にＸＹθ駆動機構４０（図７）により移動されて、位相シフトパターンが位置していた場所にアラインメントマーク形成用パターン１０１が位置される。そして、このパターン１０１は、位置決めマーク１０１ａ，１０１ｂを使用して、被処理基板４に対して位置合わせが行われる（Ｇ−１）。このときの位置合わせは、前に詳しく説明した位相シフタ（詳しくは位相シフトパターン）の位置合わせと実質的に同じようにして行われ得る。次に、光源からレーザ光が位相シフタ１へと射出される。このレーザ光は、アラインメントマーク形成用パターン１０１のアラインメントマーク１０１ｃ，１０１ｄを通って被処理基板４の所定の領域に入射する。この結果、被処理基板のこのレーザ光の入射部分は、熱処理されて、図２１に示されるように、被処理基板４には、１対のアラインメントマーク１０４ｃ，１０４ｄが形成される。この熱処理は、レーザ光により、被処理基板の材料が変形や変質されるなどして、他の領域と物理的に異なる状態となり、周りの領域と識別可能にさせる処理である。

次に、位相シフタ１がずらされて同様の処理が行われ、複数対のアラインメントマーク１０４ｃ，１０４ｄが被処理基板４の予め定められた複数の領域に形成される。この例では、１つの被処理基板４に対して３対のアラインメントマーク１０４ｃ，１０４ｄが形成されているが、この数に限定されることはない。また、アラインメントマーク１０４ｃ，１０４ｄの形成位置も任意である。一例として、図２１（ａ）では、結晶化領域の形成範囲内に形成され、図２１（ｂ）では、結晶化領域の形成範囲外に形成されている。

上記のようにして、アラインメントマーク１０４ｃ，１０４ｄが形成された被処理基板４は、工程Ｆ−７，Ｆ−８を経て、工程Ｆ−９で、前記アラインメントマーク１０４ｃ，１０４ｄによりファインアラインメントされる。

前記実施の形態の製造方法では、結晶化の後に、アラインメントマークが、被処理基板に形成されたが、これは逆でも良い。

本技術によれば、半導体薄膜、例えば、非晶質もしくは多結晶シリコン薄膜の所望の領域を位置精度良く結晶化することができるので、例えば、本技術を薄膜トランジスタのチャンネルの形成領域に適用すれば、電子移動度の高いチャンネルを有する薄膜トランジスタを形成することが可能である。このような薄膜トランジスタを液晶表示装置のような表示装置に使用すれば、応答特性の優れた装置を製造することが可能である。

本発明の一実施の形態に係わる結晶化装置の結晶化の原理を説明するための装置全体の概略図である。 図１に示された装置の照明系を説明するための概略図である。 被処理基板としての液晶ディスプレイ用ガラス基板の一部を示す断面図である。 本発明の一実施の形態にかかわる結晶化装置の、特に位置ずれを説明するための図である。 本発明の一実施の形態にかかわる結晶化装置を概略的に示す斜視図である。 上記結晶化装置のブロック図である。 位相シフタの支持機構を説明するための図である。 位相シフタの支持機構の異なる例を説明するための図である。 図６に示された位相シフタの位置関係を説明するための図である。 位相シフタと被処理基板とのずれを説明するための図である。 被処理基板の位置関係を説明するための図である。 集積回路の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。 （ａ）は、非晶質シリコン薄膜で結晶化された結晶化領域の配列パターンを示す図、また、（ｂ）は、（ａ）に示す結晶化領域にＭＯＳトランジスタを形成した状態を示す図である。 （ａ）は、位相シフトパターンの実施例１を示す図であり、また、（ｂ）は、（ａ）に示す位相シフタにより変調された光強度分布を示す図である。 位相シフトパターンの実施例２を示す図である。 （ａ）は、位相シフトパターンの実施例３を示す図、また、（ｂ）は、（ａ）に示す位相シフタにより変調された光強度分布を示す図である。 （ａ）は、図１５（ａ）に示す位相シフトパターンの一部を各セル内に第１の領域と第２の領域とが形成された状態で示す図、また、（ｂ）は、（ａ）に示すセルごとの第２領域の占有面積を示す線図である。 図１３（ａ），１４，１５（ａ）に示す位相シフトパターンを備えた位相シフタを概略的に示す図である。 図１３（ａ），１４，１５（ａ）に示す位相シフトパターンを備えた、別の位相シフタを概略的に示す図である。 本発明の電子デバイスの製造方法に使用される位相シフタの具体的な例を示す平面図である。 図１９に示す位相シフタを使用した場合の電子デバイスの製造方法の一例を説明するためのブロック図である。 （ａ）並びに（ｂ）は、図１９に示された位相シフタを使用して形成されたアラインメントマークが設けられた被処理基板の夫々異なる例を示す平面図である。

符号の説明

１…位相シフタ、１ａ，１ｂ…位置合わせ用マーク、２…照明系、３…結像光学系、４…被処理基板、４ａ，４ｂ…位置合わせ用マーク、５…基板ステージ、１０ａ，１０ｂ…
ＣＣＤカメラ、１４…ＸＹＺθ駆動機構、４０…ＸＹθ駆動機構、

Claims (15)

1. 被処理基板を溶融するためのエキシマレーザ光を射出する照明系と、
   前記エキシマレーザ光を極小光強度から極大光強度に変化した光強度分布のエキシマレーザ光に変調し、位置合わせ用マークが設けられた光変調素子と、
   この光変調素子の位置合わせ用マークを読み取る第１の検出装置と、
   前記光変調素子の位置合わせ用マークを読み取る検出装置の検出結果に基づいて光変調素子の位置を制御する第１の位置制御手段と、
   前記光変調素子を透過したエキシマレーザ光が入射する位置に設けられ、被処理基板を支持する基板ステージと、
   被処理基板に予め設けられた位置合わせ用マークを検出する第２の検出装置と、
   被処理基板に予め設けられた位置合わせ用マークを検出する検出装置の検出結果に基づいて被処理基板の位置を制御する第２の位置制御手段と、
   
   を具備する結晶化装置を用いて、
   前記光変調素子の位置合わせ用マークを基準として光変調素子を位置合わせする工程と、
   前記被処理基板に予め設けられた位置合わせ用マークを基準として被処理基板を前記基板ステージに位置合わせして支持させる工程と、
   前記基板ステージに支持された被処理基板の予め定められた領域にエキシマレーザを照射し、この照射された領域を結晶化する工程と、
   この結晶化された領域に回路素子を形成する回路素子形成工程と、
   を具備してなることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
2. 前記被処理基板は、結晶化される前記領域を有する非単結晶半導体膜を有することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
3. 被処理基板を照明するためのエキシマレーザ光を射出する照明系と、
   この照明系からのエキシマレーザ光の光軸上に位置され、入射されたエキシマレーザ光を、極小光強度から極大光強度に変化した所定のパターンの光強度分布を有するエキシマレーザ光に光強度変調し、位置合わせ用マークが設けられた光変調素子と、
   この光変調素子の位置合わせ用マークを読みとり、前記光変調素子の絶対位置を検出する第１の位置検出手段と、
   この第１の位置手段による前記光変調素子の絶対位置の検出結果に基づいて光変調素子の位置を制御する第１の位置制御手段と、
   光強度変調されたエキシマレーザ光が被処理基板に入射するように被処理基板を支持する支持手段と、
   前記被処理基板に予め設けられた位置合わせ用マークを読みとり、前記被処理基板の絶対位置を検出する第２の位置検出手段と、
   この第２の位置検出手段による被処理基板の絶対位置の検出結果に基づいて前記被処理基板の位置を制御する第２の位置制御手段とを具備することを特徴とする結晶化装置。
4. 前記照明系は、エキシマレーザ光を射出するレーザ光源と、このレーザ光源から射出されたエキシマレーザ光の光強度分布を均一にして前記光変調素子に入射させる手段とを有し、
   前記光変調素子は、入射したエキシマレーザ光を極小強度ピークを有する少なくとも１つの逆ピークパターンの光強度分布を有するエキシマレーザ光に変調して被処理基板を照明する光変調素子であることを特徴とする請求項３に記載の結晶化装置。
5. 前記第１の位置検出手段は、前記光軸に直交し、かつ互いに直交したＸ方向並びにＹ方向と、光軸を中心とするθ方向との少なくとも１つの方向の光変調素子の位置を検出し、また、前記第１の位置制御手段は、この検出された位置が所定の位置に対してずれているときに、この位置ずれを補正するように光変調素子を移動させることを特徴とする請求項３もしくは４に記載の結晶化装置。
6. 前記第１の位置検出手段は、前記光軸に直交し、かつ互いに直交したＸ方向並びにＹ方向と、光軸を中心とするθ方向との光変調素子の位置を検出し、
   前記第１の位置制御手段は、この検出された位置が所定の位置に対してずれているときに、この位置ずれを補正するように光変調素子を移動させることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１に記載の結晶化装置。
7. 前記第１の位置検出手段は、前記光変調素子に設けられた前記位置合わせ用マークを検出して位置情報を出力する位置合わせ用マーク検出装置を有し、また、前記第１の位置制御手段は、この出力された位置情報と参照位置情報とを比較して、両方の位置情報にずれがあるときに、この位置ずれを補正するように光変調素子を移動させることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１に記載の結晶化装置。
8. 前記光変調素子に設けられた位置合わせ用マークは、光変調素子に、互いに離間して配置された１対の位置合わせ用マークであり、また、前記位置合わせ用マーク検出装置は、これら位置合わせ用マークを互いに独立して検出する１対の検出装置であり、また、前記第１の位置制御手段は、前記１対の検出装置の検出情報に基づいて直線位置情報をつくり、参照直線位置情報と比較して光変調素子のＸＹθ方向の位置ずれの情報を出力する手段と、この手段からの情報に基づいて光変調素子をＸＹθ方向に移動させる駆動機構とを有する請求項７に記載の結晶化装置。
9. 前記光変調素子を交換可能に支持し、前記駆動機構により、光変調素子をＸＹθ方向に移動させる支持機構をさらに具備する請求項８に記載の結晶化装置。
10. 前記１対の位置合わせ用マークは、光変調素子の両端近くに設けられた十字マークを有し、また、前記１対の検出装置は、これら十字マークをそれぞれ独立して撮像する１対のＣＣＤカメラを有する請求項８もしくは９に記載の結晶化装置。
11. 前記参照位置情報は、予め設定されていることを特徴とする請求項９ないし１０のいずれか１に記載の結晶化装置。
12. 前記支持手段により支持された被処理基板の位置を検出し、この検出結果に基づいて前記参照位置情報をつくる手段をさらに具備する請求項７ないし１０のいずれか１に記載の結晶化装置。
13. エキシマレーザ光源から、パルスレーザ光を順次射出する第１の工程と、
    このレーザ光を極小光強度から極大光強度に変化した所定のパターンの光強度分布を有する光線に光変調素子により光強度変調して、被処理基板の領域を照明してこの領域を溶融し、前記パルスレーザ光が遮断された後の降温時に結晶化する第２の工程と、
    この第２の工程の前と第２の工程の間との少なくとも一方で、前記被処理基板と前記光変調素子との相対位置を検出する第３の工程と、
    この第３の工程での検出結果に基づいて、前記光変調素子と被処理基板との相対位置を制御する工程とを具備することを特徴とする結晶化方法。
14. 前記光変調素子は、入射した前記パルスレーザ光を極小光強度ピークを有する少なくとも１つの逆ピークパターンの光強度分布を有するレーザ光に光強度変調して、前記被処理基板を照明するように、直線もしくは点状の位相シフト部を有する位相シフタであることを特徴とする請求項１３に記載の結晶化方法。
15. 位相シフトパターン並びにアラインメントマーク形成用パターンと、これらパターンを被処理基板に対して位置合わせさせるための位置合わせマークとを有することを特徴とする光変調素子。

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