KR100608102B1 - 결정화 장치 및 결정화 방법 - Google Patents

결정화 장치 및 결정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 결정화 장치는 위상 시프트 마스크(1)를 조명하는 조명계(2)와, 위상 시프트 마스크와 반도체막(4)과의 사이의 광 경로 중에 배치된 결상광학계(3)를 구비한다. 위상 시프트부에 대응하는 부분에서 광 강도가 가장 작은 역피크 패턴의 광 강도분포를 가지는 광을 반도체막에 조사하여 결정화 반도체막을 생성한다. 조명계는, 소정의 파장범위에 걸치는 광을 공급하는 광원을 가진다. 결상광학계는, 위상 시프트 마스크와 반도체막을 광학적으로 공역으로 배치하며, 중간부에강도의 기복이 없는 역피크 패턴 광 강도분포를 반도체막 상에 형성하기 위해서 소정의 파장범위에 대응하는 수차를 가진다.

Description

결정화 장치 및 결정화 방법{Crystallizing Apparatus and Crystallizing Method}
본 발명은 결정화 장치 및 결정화 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 위상 시프트 마스크를 이용하여 위상 변조된 레이저 광을 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막에 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 액정표시장치(Liquid-Crystal-Display:LCD)의 화소에 인가하는 전압을 제어하는 스위칭 소자 등에 이용되는 박막 트랜지스터(Thin-Film-Transistor:TFT)의 재료는 비정질 실리콘(amorphous-Silicon)과 다결정 실리콘(poly-Silicon)으로 크게 구별된다.
다결정 실리콘은 비정질 실리콘보다도 전자 이동도가 높다. 따라서, 다결정 실리콘을 이용하여 트랜지스터를 형성한 경우, 비정질 실리콘을 이용하는 경우보다도 스위칭 속도가 빨라지고, 나아가서는 디스플레이의 응답이 빨라져, 다른 부품의 설계마진을 줄이는 등의 이점이 있다. 또, 디스플레이 본체 이외에 드라이버회로나 DAC 등의 주변회로를 디스플레이에 결합하는 경우에 그들의 주변회로를 보다 고속으로 동작시킬 수 있다.
다결정 실리콘은 결정립의 집합으로 이루어지는데, 단결정 실리콘에 비하면 전자 이동도가 낮다. 또 다결정 실리콘을 이용하여 형성된 소형 트랜지스터에서는 채널부에서의 결정립계수의 불규칙이 문제가 된다. 그래서, 최근 전자 이동도를 향상시키고 또 채널부에서의 결정립계수의 불규칙을 적게 하기 위해서 대입경의 단결정 실리콘을 생성하는 결정화 방법이 제안되고 있다.
종래 이러한 종류의 결정화 방법으로서, 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막과 평행하게 근접시킨 위상 시프트 마스크에 엑시머 레이저 광을 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 「위상제어 ELA(Excimer Laser Annealing)」가 알려져 있다. 위상제어 ELA법의 상세한 설명은, 예를 들면, 「표면과학 Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000」에 개시되어 있다. 또, 동일한 기술이 일본특허공개 2000-306859(2000년 11월 2일 공개)에도 개시되어 있다.
위상제어 ELA법에서는, 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 부분에서 광 강도가 거의 제로(zero)인 역피크 패턴(중심에서 광 강도가 거의 제로이고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 패턴)의 광 강도분포를 발생시켜, 이 역피크 패턴의 광 강도분포를 가지는 광을 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막에 조사한다. 그 결과, 광 강도분포에 따라서 용융영역이 발생하여, 광 강도가 거의 제로인 부분에 대응하여 녹지 않는 부분 또는 최초로 응고하는 부분에 결정핵이 형성된다. 그 결정핵으로부터 주위를 향하여 결정이 가로방향으로 성장(측면성장)함으로써 비교적 대입경의 단결정이 생성된다.
상기한 바와 같이 반도체막과 평행하게 근접시킨 위상 시프트 마스크에 엑시머 레이저 광을 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 종래기술(프록시미티법)이 알려져 있다. 그러나, 프록시미티법에서는 반도체막에서의 어블레이션(ablation)에 기인하여 위상 시프트 마스크가 오염되어, 나아가서는 양호한 결정화가 저해된다는 단점이 있었다.
그래서, 본 출원인은 위상 시프트 마스크와 피처리기판(반도체막)의 사이에 결상광학계를 개재시켜, 반도체막을 결상광학계에 대해서 디포커스시켜 결정화 반도체막을 생성하는 기술(투영 디포커스법)을 제안하고 있다. 또, 위상 시프트 마스크와 반도체막을 광학적으로 공역으로 연결하도록 결상광학계를 배치하고, 결상광학계의 사출측 개구수를 규정함으로써 결정화 반도체막을 생성하는 기술(투영 NA법)을 제안하고 있다.
상기 투영 디포커스법 및 투영 NA법에서는 큰 출력이 얻어지는 KrF 엑시머 레이저 광원을 이용함과 동시에, 단일 종류의 광학재료(예를 들어, 석영 유리)로 형성된 결상광학계를 이용하는 것이 일반적이다. 이 경우, KrF 엑시머 레이저 광의 발진 파장대역은 비교적 넓고(반가반폭에서 0.3nm 정도 : 도 5를 참조), 결상광학계에는 비교적 큰 색수차가 발생한다. 이 결과, KrF 엑시머 레이저 광의 광대역(廣帶域) 파장과 결상광학계의 색수차의 영향에 의해 반도체막과 같은 피처리체 상에 서 소요의 광 강도분포를 얻을 수 없다. 반도체막 상에서 소요의 광 강도분포를 얻기 위해서, 프리즘이나 회절격자 등을 이용하여 파장대역을 좁게 할 필요가 있다. 그러나, 레이저 광의 파장대역을 좁히면, 레이저 장치가 대형화되고 또 복잡화됨과 동시에 레이저 장치의 출력이 저하해 버린다.
이와 같이, 대역이 좁아진 파장(협대역 파장)의 레이저 광을 이용하는 경우, 2개의 인접한 역피크 패턴부(R) 간의 중간부(M)에서의 광 강도분포는 불규칙한 기복을 수반하는 것이 일반적이다(도 4를 참조). 이 경우, 결정화의 프로세스에서, 광 강도가 낮은 중간부(M)의 기복 위치에(즉, 바람직하지 않은 위치에) 결정핵이 발생하는 일이 있다. 또, 소망의 위치에 결정핵이 형성되는 경우에서도, 이 결정핵으로부터 주위를 향하여 개시된 측면성장이 광 강도가 감소하는 중간부(M)에서 정지해버려, 큰 결정의 성장이 방해받는 경우도 있다.
본 발명의 목적은, 소망의 위치에 결정핵을 발생시킬 수 있음과 동시에, 결정핵으로부터의 충분한 측면방향으로의 결정성장을 실현하여 대입경의 결정을 생성할 수 있는 결정화 장치 및 결정화 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1양태에서는, 적어도 2개의 위상 시프트부를 가지는 위상 시프트 마스크와, 상기 위상 시프트 마스크를 조명하는 소정의 파장 범위의 광을 사출하는 조명계와, 상기 위상 시프트 마스크와 피처리체의 사이의 광 경로 중에 배치된 결상광학계를 포함하며, 상기 위상 시프트 마스크는, 이것의 위상 시프트부에 대응하는 부분에서 광 강도가 가장 작은 피크값을 가지는 역피크 패턴부를 가지는 광 강도분포를 가지도록 상기 조명계로부터의 광을 변조하여 상기 피처리체에 조사하여 상기 피처리체를 결정화하는 결정화 장치로서, 상기 결상광학계의 공역 위치에 상기 위상 시프트 마스크와 상기 피처리체가 배치되며, 상기 결상광학계는 상기 역피크 패턴부간의 중간부에서 강도의 기복이 없는 파형 패턴의 광 강도분포를 상기 피처리체 상에 형성하기 위하여 상기 소정의 파장 범위에 대응하는 수차를 가지는 결정화 장치를 제공한다.
본 발명의 제2양태에서는, 소정 범위 파장의 광을 사출하는 광원과, 적어도 2개의 위상 시프트부를 가지며, 이들 위상 시프트부에 대응하는 부분에서 광 강도가 가장 작은 역피크 패턴부를 가지는 광 강도분포를 가지도록 상기 광원으로부터의 광을 변환하여 피처리체에 조사시켜 상기 피처리체를 결정화하는 위상 시프트 마스크와, 상기 피처리체에 조사되는 광이 파장이 다른 복수의 광성분을 가지도록, 상기 소정 범위 파장의 광을 변경하여, 상기 역피크 패턴부간의 중간부에서 강도의 기복이 없는 파형 패턴의 광 강도분포를 상기 피처리체 상에 형성하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치를 제공한다.
본 발명의 제3양태에서는, 위상 시프트 마스크를 조명하며, 상기 위상 시프트 마스크의 적어도 2개의 위상 시프트부에 대응하는 부분에서 광 강도가 가장 작은 역피크 패턴부의 광 강도분포를 가지는 광을 피처리체에 조사하여 피처리체를 결정화하는 결정화 방법으로서, 상기 위상 시프트 마스크를 소정의 파장 범위의 광으로 조명하는 단계와, 상기 위상 시프트 마스크와 상기 피처리체를 광학적으로 공역으로 배치하고 또 상기 소정의 파장 범위에 대응하는 수차를 가지는 결상광학계를 통해서, 역피크 패턴부간의 중간부에서 광 강도의 기복이 없는 광 강도분포를 상기 피처리체에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관련된 결정화 장치의 구성을 개략적으로 도시 하는 도면이다.
도 2는 도 1의 조명계의 내부구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3a 및 3b는 결정화 장치에 사용되는 위상 시프트 마스크를 각각 도시하는 평면도 및 측면도이다.
도 4는 투영 디포커스법이나 투영 NA법에 의해 얻어지는 역피크 패턴의 광 강도분포를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 실시형태의 수치예에서의 KrF 엑시머 레이저 광원의 발진파장 분포를 도시하는 도면이다.
도 6a 및 6b는 본 실시형태에서의 결상광학계의 색수차의 영향을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 실시형태의 수치예에서 각 파장의 광성분이 피처리기판 상에 형성하는 각 광 강도 패턴을 각각 도시하는 도면이다.
도 8은 본 실시형태의 수치예에서 피처리기판 상에 최종적으로 형성되는 광 강도분포를 도시하는 도면이다.
도 9a 및 9b는 본 실시형태의 각각 다른 변형예에서 광대역 파장의 레이저 광을 복수의 다른 파장의 광성분으로 변환하는 에탈론의 구성 및 작용을 각각 설명하는 도면이다.
도 10a 및 10b는 광원의 발진파장 분포 및 복수의 파장광이 형성하는 점상의 모습을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 실시형태의 변형예에서 다른 파장의 광성분이 피처리기판 상에 형성하는 각 광 강도패턴을 각각 도시하는 도면이다.
도 12는 본 실시형태의 변형예에서 피처리기판 상에 최종적으로 형성되는 광 강도분포를 도시하는 도면이다.
도 13a 내지 13e는 본 실시형태의 결정화 장치를 이용하여 전자 디바이스를 제작하는 공정을 도시하는 공정단면도이다.
본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관련된 결정화 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면, 또, 도 2는 도 1의 조명계의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시형태의 결정화 장치는 위상 시프트 마스크(1)를 조명하는 조명계(2)를 구비하고 있다. 조명계(2)는 예를 들면 248nm의 파장을 가지는 레이저 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원(2a)과, 이 광원의 사출측에 순차적으로 배치된 빔 익스팬더(2b)와, 제1 플라이아이 렌즈(2c)와, 제1컨덴서 광학계(2d)와, 제2 플라이아이 렌즈(2e)와, 제2컨덴서 광학계(2f)를 구비하고 있다.
상기 광원(2a)으로부터 공급된 레이저 광은 빔 익스팬더(2b)를 통해서 소정의 직경으로 확대된 후, 제1 플라이아이 렌즈(2c)에 입사한다. 이렇게 하여 제1 플라이아이 렌즈(2c)의 후측 초점면에는 복수의 소광원이 형성되며, 이들 소광원으로부터의 광속은 제1컨덴서 광학계(2d)를 통해서, 제2 플라이아이 렌즈(2e)의 입사면을 중첩적으로 조명한다. 이 결과, 제2 플라이아이 렌즈(2e)의 후측 초점면에는 제 1 플라이아이 렌즈(2c)의 후측 초점면보다도 많은 복수의 소광원이 형성된다. 이들 소광원으로부터의 광속은 제2컨덴서 광학계(2f)를 통해서 위상 시프트 마스크(1)를 중첩적으로 조명한다.
상기 제1 플라이아이 렌즈(2c)와 제1컨덴서 광학계(2d)로 제1호모지나이저를 구성하며, 이 제1호모지나이저에 의해 위상 시프트 마스크(1) 상에서의 입사각도에 대한 강도의 균일화가 도모된다. 또, 제2 플라이아이 렌즈(2e)와 제2컨덴서 광학계(2f)로 제2호모지나이저를 구성하며, 이 제2호모지나이저에 의해 위상 시프트 마스크 상에서의 면내 위치에 대한 강도의 균일화가 도모된다. 이렇게 하여, 조명계는 거의 균일한 광 강도분포를 가지는 광을 위상 시프트 마스크(1)에 조사한다.
위상 시프트 마스크(1)에 의해 위상 변조된 레이저 광은 결상광학계(3)를 통해서 피처리기판(4)에 조사된다. 여기서, 결상광학계(3)의 광학적으로 공역인 위치에 위상 시프트 마스크(1)와 피처리기판(4)이 배치되어 있다. 피처리기판(4)은 예를 들면 액정 디스플레이용 판 유리의 위에 화학기상성장법에 의해 하지막과 비정질 실리콘막을 순차적으로 형성함으로써 얻어진다. 피처리기판(4)은 진공 척이나 정전 척 등에 의해 기판 스테이지(5) 상에서 소정의 위치에 유지되어 있다. 이 기판 스테이지는 도시되지 않은 구동기구에 의해 X, Y 및 Z방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
도 3a 및 3b는 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 총괄적으로 말하면, 위상 시프트 마스크는 상술한 공지 예에도 기재되어 있는 바와 같이, 투명매질 예를 들면, 석영기재에 두께가 다른 서로 이웃하는 영역을 형성하 여, 이들 영역간의 단차(위상 시프트부)의 경계에서 입사하는 레이저 광선을 회절 및 간섭시켜 입사된 레이저 광선의 강도에 주기적인 공간분포를 부여하는 것이다.
구체적으로는 도 3a를 참조하면, 위상 시프트 마스크(1)는 한 방향(도 3a에서 수평방향)을 따라서 서로 번갈아 반복된 2종류의 슬릿형상의 위상영역(1a, 1b)을 가진다. 여기서 제1 위상영역(1a)의 투과광과 제2 위상영역(1b)의 투과광의 사이에는 광의 180도의 위상차가 부여되도록 양 영역은 구성되어 있다. 예를 들면, 위상 시프트 마스크(1)가 248nm의 파장을 가지는 광에 대해서 1.5의 굴절율을 가지는 석영 유리로 형성되어 있는 경우, 도 3b로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 제1 위상영역(1a)과 제2 위상영역(1b)의 사이에는 248nm의 단차가 형성되어 있다. 즉, 양 영역(1a, 1b) 사이에는 248nm의 두께의 차이가 있다. 제1 위상영역(1a)과 제2 위상영역(1b)의 사이의 경계선은 위상 시프트부(1c)를 구성하고 있다.
광원이 단일파장 또는 협대화된 레이저 광을 공급하고 또 결상광학계가 수차가 거의 없는 광학계인 경우, 투영 디포커스법(또는 투영 NA법)을 적용하면, 결상광학부에 대해서 피처리기판(4)을 디포커스 위치에 배치시킴으로써(또는 결상광학계의 사출측 개구수를 규정함으로써), 피처리기판(4) 상에는 도 4에 도시하는 바와 같이 위상 시프트 마스크(1)의 위상에 대응한 역피크 패턴의 광 강도분포의 광이 입사된다. 이 광 강도분포는 위상 시프트 마스크(1)의 각 위상 시프트부(1c)에 대응하는 위치에서, 광 강도가 최소인, 여기서는 거의 제로인 역피크값을 가지며, 이 역피크값으로부터 주위를 향하여, 즉 제1 위상영역(1a)과 제2 위상영역으로 일차원적으로 또 연속적으로 광 강도가 증가하는 특성을 가진다.
도 4를 참조하면, 서로 인접하는 2개의 위상 시프트부(1c)에 대응하여 형성되는 2개의 인접한 역피크 패턴부(R)의 사이의 중간부(M)에서의 광 강도분포는 불규칙한 기복(광 강도의 증대와 감소를 반복하는 파상분포)의 패턴으로 되어 있다. 이 경우, 역피크 패턴부의 광 강도분포에서 경사가 큰 위치(부호 11로 나타내는 일정 강도 이하의 위치)에, 결정핵이 발생하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기와 같이 패턴 중간부(M)에 기복(요철의 반복)이 있으면, 이러한 기복의 광 강도가 낮은 위치에(즉, 부호 12로 나타내는 바람직하지 않은 위치에) 결정핵이 발생하는 일이 있다.
또, 바람직하지 않은 위치에 결정핵이 발생하였다고 해도, 결정핵으로부터 주위를 향하여 개시된 측면방향의 성장이 역피크 패턴부(R)와 중간부(M)의 경계에서 광 강도가 감소하는 부분(L)에서 정지해 버린다. 바꿔 말하면, 결정핵으로부터의 측면성장이 역피크 패턴부의 폭(W)(역패크 패턴부의 기단간의 거리, 또는 최초로 강도가 증가에서 감소로 바뀌는 점 또는 그 근방간의 거리)의 범위에 한정되어 버린다. 이 때문에, 충분히 큰 결정의 성장이 저해된다. 덧붙여서 말하면, 투영 디포커스법에서는 역피크 패턴부의 폭(W)은 결상광학계(3)의 해상도가 충분하다고 하면, 결상광학계(3)의 영상면과 피처리기판(4)과의 거리(즉, 디포커스양)의 1/2승에 대체로 비례하여 변화한다. 한편, 투영 NA법에서는 역피크 패턴부의 폭(W)은 결상광학계의 해상도와 같은 정도가 된다.
상술한 바와 같이, KrF 엑시머 레이저 광원(2a)으로는 특단의 협대화를 행하지 않는 한, 발진 파장대역의 비교적 넓은 레이저 광이 공급된다. 또, 결상광학계 (3)가 단일 종류의 광학소재(예를 들어 석영 유리)로 형성되어 있는 경우, 비교적 큰 색수차가 발생한다. 본 실시형태에서는, KrF 엑시머 레이저 광원(2a)으로부터 공급되는 레이저 광의 발진 파장대역에 따라서 결상광학계(3)의 색수차 발생량(일반적으로는 파면 수차 발생량)을 규정함으로써, 중간부에서 광 강도의 기복이 없고, 역피크 패턴부를 가지는 광 강도분포의 광으로 피처리기판(반도체막)(4)을 조사할 수 있도록 하고 있다.
이하, 구체적인 수치예에 의거하여 본 발명의 원리를 설명한다.
도 5는 본 실시형태의 수치예에서의 KrF 엑시머 레이저 광원의 발진파장 분포를 도시하는 도면이다. 이 도면에서, 가로축은 파장(단위:nm)으로부터 248nm를 뺀 값의 길이의 위치를 나타내며, 또 세로축은 발진강도(상대값)를 나타낸다. 도 5에 도시하는 바와 같이, KrF 엑시머 레이저 광원(2a)으로부터 사출되는 레이저 광은 전체적으로 가우스형의 강도분포를 가진다. 구체적으로는, 레이저 광의 중심파장(λ)은 248.55nm이며, 발진파장분포의 반가전폭은 약 0.3nm(반가반폭 △λ≒0.15nm)이다.
본 실시형태의 수치예에서, 결상광학계(3)는 석영 유리만으로 형성되며, 등배로 물체측 및 영상측의 쌍방에 텔레센트릭(telecentric)한 광학계이다. 구체적으로는 결상광학계(3)는 전 길이(물체면과 영상면과의 거리)가 1000mm(f=250mm의 4f 광학계)이며, 사출측의 개구수가 0.1이다. 또한, 조명계(2)의 조명 NA는 0.05이다. 또, 위상 시프트 마스크(1)에서의 위상 시프트부(1c)의 피치(P), 즉 위상영역(1a, 1b)의 폭(도 3을 참조)은 10㎛이다.
다음에, 도 6a 및 6b를 참조하여 결상광학계(3)의 색수차에 의한 결상위치의 어긋남을 설명한다.
결상광학계(3)에 색수차가 발생하고 있지 않은 경우, 위상 시프트 마스크(1)의 광축(O) 상의 1점으로부터의 광선은 그 파장에 의존하지 않고, 결상광학계(3)를 통과한 후, 피처리기판(4)의 표면(4a)의 광축(O) 상의 1점에 집광하여 점상을 형성한다. 그러나, 본 실시형태에서는 결상광학계(3)에 색수차가 발생하고 있으므로, 도 6a에 도시하는 바와 같이 위상 시프트 마스크(1)의 광축(O) 상의 1점으로부터의 광선 중, 중심파장의 광선(13)은 피처리기판(4)의 표면(4a)에서 광축(O) 상에 집광하는데, 중심파장보다도 짧은 파장의 광선(14)은 피처리기판(4)의 표면(4a)보다도 위쪽(결상광학계측)에서 광축(O) 상에 집광하며, 또 중심파장보다도 긴 파장의 광선(15)은 피처리기판(4)의 표면(4a)보다도 아래쪽(결상광학계와는 반대측)에서 광축 상에 집광한다. 이 결과, 본 실시형태에서는 위상 시프트 마스크(1)의 광축 상의 1점으로부터의 광선은, 도 6b에서 타원형상의 사선부로 나타내는 바와 같이 광축(O)을 따라서 가늘고 길게 연장되도록 초점이 흐려진 영상을 피처리기판(4)의 표면(4a)에 결상시킨다. 또, 결상광학계(3)가 양측에 텔레센트릭한 광학계이므로, 피처리기판(4)의 평탄한 표면(4a) 상의 모든 점에서 흐려진 양은 거의 동일하게 또 광축에 평행한 방향을 따라서 초점이 흐려진다. 여기서, 광축방향으로 연장된 영상 중의 각 파장에 대응하는 점, 즉, 피처리기판(4)의 표면(4a)으로부터 디포커스된 점에 주목하면, 피처리기판(4)의 표면(4a)에 최종적으로 형성되는 광 강도분포는 각 파장의 광선이 형성하는 각 광 강도패턴을 서로 겹친(합성한) 것이 된다.
이하의 표 1에 본 실시형태의 수치예에서의 각 광선의 파장에서 중심파장(λ)을 뺀, 파장의 어긋난 양(nm)과, 본 실시형태의 수치예에서 결상광학계(3)의 색수차에 기인하여 각 광선에 대해서 발생하는 세로 수차량(디포커스량:㎛)과의 관계를 나타낸다. 표 1을 참조하면, 파장의 어긋난 양과 세로 수차량이 거의 비례하는 것을 알 수 있다. 표 1에 나타내는 관계는, 결상광학계(3)를 얇은 렌즈로 가정한 계산에 의해 얻어진 결과인데, 이 관계는 복수의 렌즈 조합으로 이루어진 실제 결상광학계(3)에서도 대체로 성립한다.
파장의 어긋난 양 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
세로 수차량 0 19 39 58 77 97
파장의 어긋난 양 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25
세로 수차량 -19 -39 -58 -77 -97
도 7은 본 실시형태의 수치예에서 각 파장의 광선이 피처리기판 상에 형성하는 각 광 강도패턴을 각각 도시하는 도면이다. 또, 도 8은 본 실시형태의 수치예에서 피처리기판(4) 상에 최종적으로 형성되는 광 강도분포를 위상 시프트 마스크에 관련시켜 도시하는 도면이다. 도 7에서, 참조부호 21은 중심파장(λ)과 일치하는 파장의 광선(실선), 참조부호 22는 중심파장(λ)에 대해사 ±0.05nm만큼 파장이 어긋난 광선(1점 쇄선), 참조부호 23은 중심파장(λ)에 대해서 ±0.1nm만큼 파장이 어긋난 광선(파선), 참조부호 24는 중심파장(λ)에 대해서 ±0.15nm만큼 파장이 어긋난 광선(2점 쇄선), 참조부호 25는 중심파장(λ)에 대해서 ±0.2nm만큼 파장이 어긋난 광선(쇄선), 그리고 참조부호 26은 중심파장(λ)에 대해서 ±0.25nm만큼 파장이 어긋난 광선(3점 쇄선)에, 각각 대응하고 있다.
도 7을 참조하면, 중심파장(λ)과 일치하는 파장의 광선(21)이 형성하는 광 강도패턴은, 도 4에 도시하는 역피크 패턴부 및 중간부의 광 강도분포에 대응하고 있다. 그러나, 파장이 중심파장(λ)으로부터 떨어짐에 따라서, 어느 정도의 범위까지는 역피크 패턴부의 최소값이 증대하지만, 역피크 패턴부로부터 중간부를 향하여 광 강도가 급격하게 저하하는 정도가 감소하는 패턴(역피크 패턴부의 양측에 위치하는 정피크 패턴의 높이가 낮아진다)이 된다. 그리고, 파장이 일정한 거리 이상 떨어진 광선, 즉 파장이 중심파장(λ)으로부터 ±0.15nm 이상 떨어진 광선(24~26)에서는, 역피크 패턴부로부터 중간부를 향하여 광 강도가 저하하지 않게 되어(정피크 패턴이 발생하지 않게 되어) 중간부에서의 광 강도의 기복은 거의 존재하지 않게 된다.
상술한 바와 같이, 각 파장의 광선이 형성하는 각 광 강도패턴(즉, 도 7에 도시하는 각 광 강도패턴)을 서로 겹침으로써, 피처리기판(4)의 표면(4a)에 최종적으로 형성되는 광 강도분포가 얻어진다. 이렇게 하여, 본 실시형태의 수치예에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 역피크 패턴부(R) 간의 중간부(M)에서 광 강도의 기복이 없고, 게다가 중간부의 중앙을 향하여 약간 광 강도가 실질적으로 단조 증가하는 정피크 패턴(산형상의 패턴)을 가지는 광 강도패턴 분포의 강도의 광이 피처리기판(4)의 표면(4a)에 조사된다.
따라서, 중간부(M)에서 결정핵이 발생하지 않고 역피크 패턴부의 광 강도분포에서 경사가 큰 위치(즉, 강도가 일정값 이하의 위치)에 결정핵을 발생시킬 수 있다. 또, 역피크 패턴부(R)와 중간부(M)와의 경게에서 광 강도가 감소하는 부분이 없이(정피크 패턴(L)이 발생하지 않고), 게다가 중간부(M)의 중앙을 향하여 약간 광 강도가 단조 증가하고 있으므로, 결정핵으로부터 주위를 향하여 개시된 측면성장이 역피크 패턴부의 폭의 범위에 한정되는 일이 없다. 이렇게 하여, 본 실시형태에서는, 소망의 위치에 결정핵을 발생시킬 수 있음과 동시에, 결정핵으로부터의 충분한 측면방향의 성장을 실현하여 대입경의 결정화 반도체막을 생성할 수 있다.
이하, 중간부(M)의 중앙을 향하여 약간 광 강도가 단조 증가하는 패턴의 광 강도분포를 얻기 위한 조건식에 관하여 설명한다. 결상광학계(3)의 색수차에 의해, 발생하는 세로 수차가 최대값(D)일 때에 형성되는 역피크 패턴부의 폭(W)은 소위 베케(Becke)선의 회절패턴을 구하는 방법으로서 일반적으로 이해되고 있는 이론으로부터 다음의 수학식 1로 나타난다. 여기서, λ는 광원(2a)이 공급하는 레이저 광의 중심 파장이다.
W = 2 × 1.2 ( λ·D/2 ) 1/2
상술한 수치예에서의 계산 경과로부터 생각하면, 중간부(M)의 중앙을 향하여 약간 광 강도가 단조 증가하는 패턴의 광 강도분포를 얻기 위해서는, 각 역피크 패턴부의 폭(W)이 역피크 패턴부의 피치(X)(도 8을 참조)와 같은 정도로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 7에서 광선(24)에 대응하는 광 강도패턴이 이 조건에 가깝다. 또한, 역피크 패턴부의 폭(W)이 역피크 패턴부의 피치(X)에 어느 정도 가까워지면 충분히 효과가 있는 것을 고려하면, 역피크의 폭(W)과 역피크 패턴부의 피치(X)와의 사이에 다음의 수학식 2가 성립하는 것이 바람직하다.
0.5 × X ≤ W ≤ 2 × X
상기 역피크 패턴부의 피치(X)와 위상 시프트 마스크(1)의 위상 시프트부의 피치(P)와의 관계는 결상광학계(3)의 결상 배율에 의존한다. 본 수치예의 경우에는 결상광학계(3)가 등배이므로 역피크 패턴부의 피치(X)는 위상 시프트부의 피치(P)와 일치한다. 이렇게 하여, 수학식 1의 관계를 수학식 2에 대입하면, 다음의 수학식 3에 보이는 조건이, 나아가서는 수학식 4에 보이는 조건이 도출된다.
0.25X2 / ( 2 × 1.44λ ) ≤ D ≤ 4X2 / ( 2 × 1.44λ)
0.87 ≤ D·λ/X2 ≤ 1.389
여기서, 수치예에서의 구체적인 값으로서, X = 10㎛ 및 λ = 0.24855㎛를 수학식 4에 대입하면, 결상광학계(3)의 색수차에 의해 발생하는 세로 수차의 최대값(D)에 대해서 다음의 수학식 5가 얻어진다.
35㎛ ≤ D ≤ 560㎛
표 1을 다시 참조하면, 세로 수차의 최대값(D)으로서 최대 파장 또는 최소 파장에 대응하는 세로 수차량 97㎛를 이용해도, 반가폭에 대응하는 세로 수차량 58 ㎛를 이용해도 수학식 5가 충족되고 있는 것을 알 수 있다. 표 1을 참조하여 상술한 바와 같이 색 수차가 있는 결상광학계(3)에서는 중심파장(λ)으로부터의 파장의 어긋난 양과 디포커스량(세로 수차량)과의 사이에 선형 관계가 있다. 즉, 반가폭에 대응하는 세로 수차의 최대값(D)을 다음의 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
D = k × △λ
여기서, △λ은 광원(2a)이 공급하는 레이저 광의 강도분포의 반가반폭이다. k는 중심파장(λ)으로부터의 파장의 어긋난 양에 대응하는 디포커스량의 비율을 나타내는 계수이다. 따라서, 수학식 6의 관계를 참조하여 수학식 4를 다음의 수학식 7에 보이는 바와 같이 변형할 수 있다.
0.087 ≤ k·△λ·λ / X2 ≤ 1.389
이와 같이, 본 실시형태에서 중간부의 중앙을 향하여 약간 광 강도가 단조 증가하는 패턴의 광 강도분포를 얻기 위해서는, 수학식 4 또는 수학식 7을 만족하는 것이 바람직하다. 상술한 실시형태에서는 KrF 엑시머 레이저 광원(2a)이 전체적으로 가우스형의 강도분포를 가지는 레이저 광을 공급하고 있는데, KrF 엑시머 레이저 광원(2a)이 서로 다른 복수의 소정 파장에서 최대 강도를 가지는 광을 공급하는 변형예도 가능하다. 이하, 상술한 실시형태와의 상이점에 주목하여 이 변형예를 설명한다.
도 9a 및 9b 는, 본 실시형태의 변형예에서 광대역 파장의 레이저 광을 복수의 다른 파장의 광으로 변환하는, 다른 에탈론(etalon)의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다. 도 9a에 도시하는 에탈론은 공기 갭형의 에탈론이며, 도 9b에 도시하는 에탈론은 솔리드(solid)형이다. 또, 도 10a 및 10b는 본 실시형태의 변형예에서의 광원의 발진파장 분포 및 복수의 파장광이 형성하는 점상의 모습을 도시하는 도면이다. 도 9a에 도시하는 에탈론(28)은, 소정의 공극(t)을 통해서 배치된 한 쌍의 평행평면판(28a, 28b)에 의해 구성되어 있다. 이들 평행평면판(28a, 28b)은, 투명한 유리에 의해 형성되어 있다. 이와 같은 구성의 에탈론(28)에서는 제1평면판(28a)을 투과한 광선, 예를 들면 레이저 광선은 제2평면판(28b)의 입사면에 입사 및/또는 반사하여, 이 제2평면판(28b)으로부터 최종적으로는 서로 파장이 다른 복수의 광성분을 가지는 광으로 되어 사출된다. 이 경우 광대역 파장의 입사 레이저 광에 의거하여 에탈론(28)에 의해 형성되는 복수(본 변형예에서는 4개)의 이산적인 파장광의 피크 간격(δλ)은, 다음의 수학식 8로 나타난다.
δλ = λ2 / ( 2t cosθ )
여기서, λ는 광원(2a)이 본래적으로 공급하는 광대역 파장의 레이저 광의 중심파장으로서, 본 변형예에서는 248.5nm이다. 또, θ는 에탈론에 대한 레이저 광의 입사각도로 0도이다. 따라서, 예를 들면, 피크 간격 δλ = 0.133nm를 얻는데에는, 소정의 공극을 t = 231㎛로 설정할 필요가 있다. 바꿔 말하면, 공극(t)이 231 ㎛로 설정된 에탈론(28)의 작용에 의해, 광원(2a)으로부터 공급된 광대역 파장의 레이저 광에 의거하여 도 10a에 도시하는 바와 같은 서로 동일한 피크형상의 강도분포를 가지는 4개의 피크파장을 가지는 광선을 얻을 수 있다.
여기서, 4개의 피크파장을 가지는 광선은 중심파장이 248.3nm의 제1파장 광성분(A1)과, 중심파장이 248.433nm인 제2파장 광성분(B1)과, 중심파장이 248.566nm인 제3파장 광성분(B2)과, 중심파장이 248.7nm인 제4파장 광성분(A2)으로 이루어진다. 이 경우, 도 10b에 도시하는 바와 같이, 제1파장 광성분(A1)은 피처리기판(4)의 표면(4a)보다도 위쪽(결상광학계(3)측)에 결상광학계(3)의 색수차에 기인하여 디포커스된 점상(C1)을 형성한다. 또, 제2파장 광성분(B1)은 피처리기판(4)의 표면(4a)과 점상(C1)의 사이에 디포커스된 점상(D1)을 형성한다. 마찬가지로, 제3파장 광성분(B2)은 피처리기판의 표면(4a)에 대해서 점상(D1)과 대칭인 위치에 디포커스된 점상(D2)을 형성한다. 또, 제4파장 광성분(A2)은 피처리기판(4)의 표면(4a)에 대해서 점상(C1)과 대칭인 위치에, 디포커스된 점상(C2)을 형성한다. 이들 점상(C1, D1, D2, C2)는, 그 간격이 서로 동일하며, 도 6에서 광축방향을 따라서 가늘고 길게 연장되도록 초점이 흐려진 영상을 나타내는 타원형상의 사선부에 대응하는 타원영역(도면 중 파선으로 도시한다) 내에 포함되어 있다.
따라서, 본 변형예에서도 피처리기판(4)의 표면(4a)에 최종적으로 형성되는 광 강도분포는 각 파장 광성분(A1, B1, B2, A2)이 형성하는 각 광 강도패턴을 서로 겹친(합성한) 것이 된다.
상기 공기 갭형의 에탈론과 동일한 효과는 다른 형식의 에탈론, 예를 들면 도 9b에 도시하는 바와 같이 두께(t)의 투명한 편평기판(29)의 양면에 반사막(29a)이 형성된 솔리드형의 에탈론에서도 얻어지는 것은 이해할 수 있을 것이다.
도 11은 상기 4개의 파장 광성분(A1, B1, B2, A2)이 피처리기판 상에 형성하는 각 광 강도패턴을 도시하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 중심파장(λ)에 비교적 가까운 파장을 가지는 제2파장 광성분(B1) 및 제3파장 광성분(B2)이 형성하는 광 강도패턴에서는 역피크 패턴부로부터 중간부를 향하여 광 강도가 어느 정도 저하하는 경향이 보여진다. 이에 대해서, 중심파장(λ)으로부터 떨어진 제1파장 광성분(A1) 및 제4파장 광성분(A2)이 형성하는 광 강도패턴에서는, 역피크 패턴부의 최소값이 증대하지만, 역피크 패턴부로부터 중간부를 향하여 광 강도가 저하하지 않게 되어 중간부에서의 광 강도의 기복도 존재하지 않게 된다.
도 12는 도 11에 도시하는 광성분이 합성된 피처리기판(4) 상에 최종적으로 형성되는 광 강도분포를 도시하는 도면이다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 역피크 패턴부(R) 간의 중간부(M)에서 광 강도의 기복이 없고, 또한 중간부(M)의 중앙을 향하여 광 강도가 단조 증가하는 광 강도분포가 피처리기판(4)의 표면(4a)에 최종적으로 형성된다. 따라서, 중간부(M)에 서 결정핵이 발생하지 않고, 역피크 패턴부(R)의 광 강도분포에서 경사가 큰 위치에 결정핵을 발생시킬 수 있다. 또, 중간부(M)의 중앙을 향하여 상술한 실시형태보다도 명확하게 광 강도가 단조 증가하고 있으므로, 결정핵으로부터 주위를 향하여 개시된 측면방향의 결정성장이 역피크 패턴부의 폭 치수의 범위에 한정되지 않고 중간부의 거의 중앙까지 도달하기 쉽다.
이렇게 하여, 본 변형예에서도 상술한 실시형태와 마찬가지로 소망의 위치에 결정핵을 발생시킬수 있음과 동시에, 결정핵으로부터의 충분한 측면방향의 결정성장을 실현하여 대입경의 결정화 반도체막을 생성할 수 있다. 또한, 본 변형예에서는, 각 파장광의 피크형상 및 수(數) 등에 관한 설계 자유도가 상술한 실시형태보다도 높으므로, 중간부의 중앙을 향하여 광 강도가 명확하게 단조 증가하는 광 강도분포를 달성하는 것이 상술한 실시형태보다도 용이하다.
상술한 변형예에서는, 에탈론을 이용하여 광대역 파장의 레이저 광을 복수의 파장광으로 변환하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 발진파장이 약간 다른 복수의 레이저 빔을 합성합으로써, 일반적으로는 서로 다른 중심파장의 광을 공급하는 복수의 광원부와, 복수의 광원부로부터 공급된 복수의 레이저 광을 합성하는 합성부를 이용함으로써, 소망의 복수의 파장광을 얻을 수 있다. 대신해서, 특정 파장의 광만을 반사하는 다층막 미러를 광대역 파장의 레이저 광의 조명광 경로 중에 삽입함으로써, 소망의 복수의 파장광을 얻을 수 있다. 이 경우, 도 7로부터 분명한 바와 같이, 강도분포의 기복에 가장 기여하는 중심파장만을 제거하는 것만으로도 큰 개선이 얻어진다.
상술한 실시형태에서는, 0 및 π의 위상에 대응하는 2종류의 슬릿형상의 위상영역의 일차원적인 배열에 의해 구성된 위상 시프트 마스크(1)를 이용하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 0, π/2, π, 3π/2의 위상에 대응하는 4개의 직사각형상 영역의 이차원적인 배열에 의해 구성된 위상 시프트 마스크를 이용할 수도 있 다. 또, 일반적으로, 3 이상의 위상 시프트선으로 이루어진 교점(위상 시프트부)을 가지며, 이 교점을 중심으로 하는 원형영역의 복소투과율의 적분값이 거의 0인 위상 시프트 마스크를 이용할 수 있다. 또한, 위상 시프트부에 대응하는 원형상의 단차를 가지며, 이 원형상의 단차부분의 투과광과 그 주위의 투과광과의 위상차가 π가 되도록 설정된 위상 시프트 마스크를 이용할 수도 있다. 또한, 광 강도분포는 설계단계에서도 계산할 수 있지만, 실제 피처리면(피노광면)에서의 광 강도분포를 관찰하여 확인해 두는 것이 바람직하다. 그를 위해서는, 피처리면을 광학계로 확대하여, CCD 등의 촬상소자로 입력하면 좋다. 사용광이 자외선인 경우는, 광학계가 제약을 받으므로, 피처리면에 형광판을 설치하여 가시광으로 변환해도 좋다.
다음에, 도 13a 내지 도 13e를 참조하여, 본 발명의 제조장치와 방법을 이용하여 전자장치를 제조하는 방법을 설명한다.
도 13a에 도시하는 바와 같이, 직사각형의 절연기판(30)(예를 들면, 알칼리 유리, 석영 유리, 플라스틱, 폴리이미드 등)의 위에 전체에 걸쳐 하지막(31)(예를 들면, 막두께 50nm의 SiN막 과 막두께 100nm의 SiO2막의 적층막 등)과 비정질 반도체막(32)(예를 들면, 막두께 50nm에서 200nm 정도의 Si, Ge, SiGe 등)을 화학기상성장법이나 스퍼터법 등을 이용하여 성막한다. 다음에, 비정질 반도체막(32)의 표면의 일부 또는 전체면에 엑시머 레이저(33)(예를 들면, KrF나 XeCl 등)을 조사한다. 여기서, 엑시머 레이저 조사에는 상기 실시형태에서 설명한 장치 및 방법이 사용된다. 이 결과, 비정질 반도체막(32)은 도 13b에 도시되는 바와 같이, 다결정 반 도체막(34)으로 물질이 결정화된다. 이와 같이 하여 형성된 다결정 반도체막(34)은, 종래 제조장치를 이용한 다결정 반도체막에 비해서, 결정립위치가 제어된 대입경의 다결정 또는 단결정화 반도체막으로 변환된다.
다음에, 포토리소그래피를 이용하여 다결정화 반도체막(34)을 섬형상의 반도체막(35)으로 가공하여, 도 13c에 도시하는 바와 같이 게이트 절연막(36)으로서 막두께 20nm 내지 100nm의 SiO2막을 화학기상성장법이나 스퍼터법 등을 이용하여 하지막(31) 및 반도체막(35) 상에 성막한다.
다음에, 상기 게이트 절연막(36) 상의 상기 반도체막(35)과 대응하는 개소에 게이트 전극(37)(예를 들면, 실리사이드나 MoW 등)을 형성한다. 이 게이트 전극(37)을 마스크로 하여, 도 13d에 도시하는 바와 같이 불순물 이온(38)(N채널 트랜지스터이면 인, P채널 트랜지스터이면 붕소)을 상기 반도체막(35) 중에 주입하여, 이 막을 N형 또는 P형으로 한다. 그 후, 이 장치 전체를 질소 분위기에서 어닐링(예를 들면, 450℃에서 1시간)하여, 반도체막(35) 중의 불순물을 활성화한다. 이 결과, 이 반도체막(35)은 불순물 농도가 높은 소스(41)와, 드레인(42)과, 이들 사이에 위치하여 게이트 전극(37)과 대응한 불순물 농도가 낮은 채널영역(40)이 된다.
다음에, 층간절연막(39)을 게이트막(36) 상에 성막한다. 그리고, 이 층간절연막(39)과 게이트 절연막(36)의, 상기 소스(41) 및 드레인(42)과 대응하는 개소에 컨택홀을 뚫는다. 이 후에 소스(41) 및 드레인(42)에 컨택홀을 통해서 전기적으로 접속된 소스전극(43), 드레인전극(44)을 성막 및 패터닝기술을 사용하여 층간절연막(39) 상에 도 13e에 도시하는 바와 같이 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 박막 트랜지스터는, 채널(40) 영역을 형성하고 있는 반도체가 도 13a 및 13b에서 설명한 레이저 광 조사기술에 의해 처리되고 있으므로 대입경의 다결정 또는 단결정으로 되어 있는 것은 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 이와 같은 트랜지스터는, 레이저 광 처리되지 않은 아몰퍼스 반도체를 사용한 것과 비교하여 스위칭 속도가 빠르다. 다결정 또는 단결정화 트랜지스터는 액정구동기능, 메모리(SRAM, DRAM)나 CPU 등의 집적회로의 기능을 가지도록 회로 설계가 가능하다. 내전압이 필요한 회로는 비정질 반도체막에 형성하여 이동도의 고속화가 필요한 드라이버 회로의 트랜지스터 등에는 다결정 또는 단결정화된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 소정의 파장범위에 걸치는 광을 공급하는 광원과 이 파장범위에 대응하는 수차를 가지는 결상광학계와의 협동작용에 의해, 역피크 패턴부와 중간부의 경계에서 광 강도가 감소하는 부분이 없고, 또한 중간부의 중앙을 향하여 광 강도가 단조 증가하는 역피크 패턴의 광 강도분포가 피처리기판 상에 형성된다. 그 결과, 소망의 위치에 결정핵을 발생시킬 수 있음과 동시에, 결정핵으로부터의 충분한 측면성장을 실현하여 대입경의 결정화 반도체막을 생성할 수 있다.
상기 설명에서는, 결정화되는 피처리체를 피처리 기판으로 하고 있지만, 피처리체는 상술한 실시형태에서 설명한 바와 같이, 기판 상에 형성된 비정질이나 다 결정의 층 또는 막인 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 기판 자체를 결정화하는 경우도 본 발명에서는 포함되어, 이 경우에는 기판이 피처리체가 된다. 결정화되는 재료도, 실리콘에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, Ge나 SiGe 등, 다른 반도체라도 좋고, 또한 결정성을 가질 수 있는 재료라면 반도체에 한정되는 것이 아니라 예를 들면 금속이라도 좋다. 본 발명에서, 결정화란, 결정도를 좋게 하는 것을 말하며, 예를 들면, 비정질 물질의 경우에는 다결정 물질 또는 단결정 물질로, 또 다결정 물질인 경우에는 단결정 물질로 변환하는 것을 말한다.
본 발명에서, 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부란, 다른 위상 영역간의 경계선 또는 점에 한정되는 것은 아니고, 이들 선 또는 점의 근처 부분도 포함된다. 예를 들면, 위상 시프트 마스크의 경계선을 따라서 연장되는 차광영역을 서로 이웃하는 위상영역의 한쪽에 설치한 경우에는, 위상 시프트부는 차광영역이 된다. 즉, 이 차광영역에 대응한 최소 강도의 피크값을 가지는 역피크 패턴부가 형성된다.

Claims (15)

  1. 적어도 2개의 위상 시프트부를 가지는 위상 시프트 마스크와,
    상기 위상 시프트 마스크를 조명하는 소정의 파장 범위의 광을 사출하는 조명계와,
    상기 위상 시프트 마스크와 피처리체의 사이의 광 경로 중에 배치된 결상광학계를 포함하며, 상기 위상 시프트 마스크는, 상기 위상 시프트부에 대응하는 부분에서 광 강도가 가장 작은 피크값을 가지는 역피크 패턴부를 가지는 광 강도분포를 가지도록 상기 조명계로부터의 광의 강도 패턴을 변환하여 상기 피처리체에 조사하여 상기 피처리체를 결정화하는 결정화 장치로서,
    상기 결상광학계의 공역 위치에 상기 위상 시프트 마스크와 상기 피처리체가 배치되며,
    상기 결상광학계는 상기 역피크 패턴부간의 중간부에서 강도의 기복이 없는 파형 패턴의 광 강도분포를 상기 피처리체 상에 형성하기 위하여 상기 소정의 파장 범위에 대응하는 색수차를 가지는 결정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 파장 범위에 대응하는 수차는, 다른 파장의 광성분이 결상위치에서 광축 방향으로 변화하는 것을 나타내는 색수차인 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조명계는, 가우스형의 파장-강도분포를 가지는 광을 공급하는 광원을 가지는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조명계는, 서로 다른 복수의 소정 파장에서 최대 강도를 가지는 광을 공급하는 광원을 가지는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소정의 파장은, 상기 소정의 파장 범위에서 등간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 광원은, 상기 복수의 소정 파장의 간격에 대응하는 반사면 간격을 가지는 에탈론을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 광원은, 상기 복수의 소정 파장에 따라 서로 다른 중심 파장의 광을 공급하는 복수의 광원부와, 상기 광원부로부터 공급되는 복수의 광을 합성하는 합성 부를 가지는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 광원이 공급하는 광에 의거하여 상기 수차에 의해 발생하는 세로 수차의 최대값을 D로 하고, 상기 광원이 공급하는 광의 중심 파장을 λ로 하고, 상기 피처리체 상에 형성되는 상기 역피크 패턴부의 피치를 X로 할 때,
    0.87 ≤ D·λ / X2 ≤ 1.389
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 광원이 공급하는 광의 중심 파장을 λ로 하고, 상기 광원이 공급하는 광의 강도분포의 반가반폭을 △λ로 하고, 상기 중심 파장(λ)으로부터의 파장의 어긋난 양에 대한 디포커스량의 비율을 나타내는 계수를 k로 하고, 상기 피처리체 상에 형성되는 상기 역피크 패턴부의 피치를 X로 할 때,
    0.087 ≤ k·△λ·λ / X2 ≤ 1.389
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  10. 소정 범위의 파장의 광을 사출하는 광원과,
    적어도 2개의 위상 시프트부를 가지며, 상기 위상 시프트부에 대응하는 점에 서 광 강도가 가장 작은 역피크 패턴부를 가지는 광 강도분포를 가지도록 상기 광원으로부터의 광의 강도 패턴을 변환하여 상기 광을 피처리체에 조사시켜 피처리체를 결정화하는 위상 시프트 마스크와,
    상기 피처리체에 조사되는 광이 파장이 서로 다른 복수의 광성분을 가지도록, 상기 소정 범위의 파장의 광을 변경하여, 상기 역피크 패턴부 간의 중간부에서 강도의 기복이 없는 파형 패턴의 광 강도분포를 상기 피처리체 상에 형성하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수단은, 상기 위상 시프트 마스크와 공동으로 상기 파형 패턴 사이의 중간부가 상기 피처리체 상에서 산형상의 광 강도분포를 가지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 수단은, 상기 광원과 위상 시프트 마스크의 사이에 설치되어, 광원으로부터 사출되는 상기 소정 범위의 파장의 광을 파장이 서로 다른 복수의 광성분을 가지도록 변경하여 상기 위상 시프트 마스크에 입사시키는 광학수단을 가지는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 수단은, 상기 위상 시프트 마스크와 피처리체의 사이에 설치되어, 위상 시프트 마스크로부터 사출되는 역피크 패턴부를 가지는 광을 파장이 서로 다른 복수의 광성분을 가지도록 변경하여 피처리체에 입사시키는 광학수단을 가지는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  14. 위상 시프트 마스크를 조명하며, 상기 위상 시프트 마스크의 적어도 2개의 위상 시프트부에 대응하는 부분에서 광 강도가 가장 작은 역피크 패턴부의 광 강도분포를 가지는 광을 피처리체에 조사하여 피처리체를 결정화하는 결정화 방법으로서,
    상기 위상 시프트 마스크를 소정의 파장 범위의 광으로 조명하는 단계, 및
    상기 위상 시프트 마스크와 상기 피처리체를 광학적으로 공역으로 배치하고 또 상기 소정의 파장 범위에 대응하는 색수차를 가지는 결상광학계를 통해서, 역피크 패턴부 간의 중간부에서 광 강도의 기복이 없는 광 강도분포를 상기 피처리체에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 중간부는 산형상의 강도분포를 가지는 것을 특징으로 하는 결정화 방법.
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