KR100922638B1

KR100922638B1 - 광 조사장치, 결정화 장치 및 광학변조소자 어셈블리

Info

Publication number: KR100922638B1
Application number: KR1020050007369A
Authority: KR
Inventors: 타니구치유키오; 마츠무라마사키요
Original assignee: 가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2009-10-19
Also published as: US7751031B2; US20070211327A1; US7239374B2; CN1658022A; TW200528756A; US20050162632A1; KR20050077284A

Abstract

본 발명의 광 조사장치는 다수의 위상단차를 구비한 광학변조소자(1), 이 광학변조소자에 입사되어 위상단차에 의해 변조되어 제1 광 강도분포를 가지는 광으로 출사되는 광을 포함한다. 광학변조소자와 소정면(5) 사이에 광학계(2, 4)가 배치된다. 광학계는 위상변조된 광을 제2 및 제3 광 강도분포를 가지는 적어도 2개의 광속으로 분할하여 출사하며, 출사광은 서로 합성되어 역피크 형상의 제4 광 강도분포를 소정면 상에 형성한다. 제1 내지 제4 광 강도분포는 소정면 상에서 서로 다르다.

Description

광 조사장치, 결정화 장치 및 광학변조소자 어셈블리{Light Application Apparatus, Crystallization Apparatus and Optical Modulation Element Assembly}

도 1은, 본 발명의 제1실시예에 관련된 결정화 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 2는, 도 1의 조명계의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 3a 내지 도 3c는, 제1실시예에서의 광학변조소자의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.

도 4a 및 도 4b는, 본 발명에서의 광분할소자의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.

도 5a 내지 도 5c는 제1실시예에서의 광학변조소자와 광분할소자의 협동작용을 설명하는 도면이다.

도 6a 및 도 6b는, 본 실시형태에서의 광분할소자로서 사용가능한 사바르판의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.

도 7은, 본 실시형태에서의 광분할소자로서 사용가능한 사바르판의 변형예의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.

도 8은, 결상광학계의 동공면 또는 그 근방에 복굴절소자를 배치한 변형예를 도시하는 도면이다.

도 9는, 도 8에 도시하는 월라스톤 프리즘의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.

도 10a 내지 도 10c는, 복굴절소자로의 입사광속의 편광상태를 제어하기 위한 제어소자를 부설한 변형예를 도시하는 도면이다.

도 11a 및 도 11b는, 역피크점과 편측의 피크형상 위치를 서로 겹침으로써 역피크를 실질적으로 소거하거나 역피크를 얕게 하거나 하는 수법을 설명하는 도면이다.

도 12a 내지 도 12c는, 제2실시예에서의 광학변조소자의 구성 및 제2실시예에서 형성되는 광 강도분포를 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 13은, 균일한 원형 동공을 가지고 또 무수차인 결상광학계의 점상분포함수(PSF)를 도시하는 도면이다.

도 14a 내지 도 14d는, 위상단차가 180도인 라인형 위상 시프터를 이용하여 역피크 형상의 광 강도분포를 형성했을 때에 역피크의 양측에 피크형상이 발생하는 모습을 설명하는 도면이다.

도 15는, 라인형 위상 시프터의 위상값이 0도인 영역에 대응하는 영상의 복소진폭분포(U(x))의 정확한 형상을 도시하는 도면이다.

도 16a 내지 도 16d는, 도 14a 내지 도 14d에 대응하는 도면으로서, 본 발명에 의해 피크형상을 억제하는 제1수법을 설명하는 도면이다.

도 17a 내지 도 17d는, 도 14a 내지 도 14d에 대응하는 도면으로서, 본 발명에 의해 피크형상을 억제하는 제2수법을 설명하는 도면이다.

도 18a 및 도 18b는, 제1실시예의 광학변조소자에 본 발명의 제2수법을 적용한 제3A실시예를 도시하는 도면이다.

도 19a 내지 도 19c는, 제1실시예의 광학변조소자에 본 발명의 제2수법을 적용한 제3A실시예를 도시하는 도면이다.

도 20은, 제1실시예의 광학변조소자에 본 발명의 제2수법을 적용한 제3B실시예를 도시하는 도면이다.

도 21은, 제4실시예의 광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다.

도 22a 및 도 22b는, 도 21에 도시하는 광학변조소자에서의 기본 패턴을 도시하는 도면이다.

도 23a 내지 도 23c는, 제4실시예에서 광분할소자가 없는 경우에 B단면을 따라서 얻어지는 광 강도 구배분포를 도시하는 도면이다.

도 24a 내지 도 24c는, 제4실시예에서 광분할소자가 없는 경우에 C단면을 따라서 얻어지는 광 강도 구배분포를 도시하는 도면이다.

도 25a 내지 도 25c는, 제4실시예에서 B단면 및 C단면을 따라서 얻어지는 V자형의 광 강도 구배분포를 도시하는 도면이다.

도 26은, 제5실시예의 광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다.

도 27은, 제5실시예에서 형성되는 V자형 광 강도 구배분포와 점 역피크 형상의 광 강도분포와의 합성광 강도분포를 도시하는 사시도이다.

도 28은, 제6실시예의 광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다.

도 29a 및 도 29b는, 제6실시예에서 A단면을 따라서 얻어지는 광 강도분포를 도시하는 도면이다.

도 30a 및 도 30b는, 제6실시예에서 B단면을 따라서 얻어지는 광 강도분포를 도시하는 도면이다.

도 31은, 제7실시예의 광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다.

도 32a 및 도 32b는, 제7실시예에서 A단면을 따라서 얻어지는 광 강도분포를 도시하는 도면이다.

도 33a 및 도 33b는, 제7실시예에서 B단면을 따라서 얻어지는 광 강도분포를 도시하는 도면이다.

도 34a 내지 도 34e는, 본 실시형태의 결정화 장치를 이용하여 전자 디바이스를 제작하는 공정을 도시하는 공정 단면도이다.

도 35a 내지 도 35b는 제8실시예에서 광학변조소자의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.

도 36a 내지 도 36c는, 제8실시예에서 광학변조소자와 광분할소자의 협동작용을 설명하는 도면이다.

도 37a 내지 도 37c는, 광학변조소자로서 4가지 유형의 위상값 영역이 한 점에서 서로 접촉하게 되는 패턴을 가지는 위상 시프터를 사용한 변형예를 설명하는 도면이다.

도 38a 내지 도 38c는, 광학변조소자로서 180도의 4가지 위상차 라인이 한점에서 서로 교차하는 패턴을 가지는 위상 시프터를 사용한 변형예를 설명하는 도면이다.

도 39는, 입사광에 의거하여 광 강도 구배분포를 형성하는 패턴을 가지는 제2 광학변조소자가 더 구비된 변형예를 도시한 도면이다.

도 40a 및 도 40b는, 도 39의 변형예에서 광학변조소자와 복굴절소자의 작용에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포를 도시하는 도면이다.

도 41a 및 도 41b는, 도 39의 변형예에서 제2 광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다.

도 42a 및 도 42b는, 도 41a의 제2 광학변조소자의 기본 패턴을 도시하는 도면이다.

도 43은, 도 39의 변형예에서 형성된 V자형 광 강도 구배분포와 역피크 형상의 광 강도분포와의 합성광 강도분포를 도시하는 사시도이다.

도 44a 내지 도 44d는, 위상단차의 위상량이 180도인 위상 시프터를 이용했을 때에 결상광학계를 통해서 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포를 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 45a 내지 도 45d는, 위상 단차의 위상량이 60도인 위상 시프터를 이용했을 때에 결상광학계를 통해서 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포를 모식적으로 도시하는 도면이다.

본 발명은, 광 조사장치, 결정화 장치 및 광학변조소자에 관한 것이다. 특 히, 본 발명은 소정의 광 강도분포를 가지는 레이저 광을 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막에 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 결정화 장치 및 결정화 방법에 관한 것이다.

종래, 예를 들면 액정표시장치(Liquid-Crystal-Display:LCD)의 표시화소를 선택하는 스위칭소자 등에 이용되는 박막 트랜지스터(Thin-Film-Transistor:TFT)는 비정질 실리콘층이나 다결정 실리콘층에 형성되어 있다.

다결정 실리콘층은 비정질 실리콘층보다도 전자 또는 정공의 이동도가 높다. 따라서, 다결정 실리콘층에 트랜지스터를 형성한 경우, 비정질 실리콘층에 형성하는 경우보다도 스위칭 속도가 빨라져 나아가서는 디스플레이의 응답이 빨라진다. 또, 주변 LSI를 박막 트랜지스터로 구성하는 것이 가능해진다. 또한, 다른 부품의 설계마진을 줄이는 등의 이점이 있다. 또, 드라이버회로나 DAC 등의 주변회로는 디스플레이에 조입되는 경우에 그들 주변회로를 보다 고속으로 동작시킬 수 있다.

다결정 실리콘은 결정립의 집합으로 이루어지므로, 예를 들면 TFT 트랜지스터를 형성한 경우 채널영역에 결정립계가 형성되어, 이 결정립계가 장벽이 되어 단결정 실리콘에 비하면 전자 또는 정공의 이동도를 낮게 한다. 또, 다결정 실리콘에 형성된 다수의 박막 트랜지스터는, 채널부에 형성되는 결정립계수가 각 박막 트랜지스터 사이에서 달라, 이것이 불규칙해져 액정표시장치의 경우 표시가 균일하지 않다는 문제가 된다. 그래서, 최근 전자 또는 정공의 이동도를 향상시키고 또 채널부에서의 결정립계수의 불규칙을 적게 하기 위해서 적어도 1개의 채널영역을 형성할 수 있는 크기의 대입경의 결정화 실리콘을 생성하는 결정화방법이 제안되고 있 다.

종래, 이런 종류의 결정화방법으로서, 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막과 평행하게 근접시킨 위상 시프터에 엑시머 레이저 광을 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 '위상제어 ELA(Excimer Laser Annealing)법'이 알려져 있다. 위상제어 ELA법의 상세한 설명은 예를 들면 '표면과학 Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000'에 기재되어 있다.

위상제어 ELA법에서는 위상 시프터의 위상 시프트부에 대응하는 점에 있어서 광 강도가 주변보다도 낮은 역피크 패턴(중심에서 광 강도가 가장 낮고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 패턴)의 광 강도분포를 발생시켜, 이 역피크 형상의 광 강도분포를 가지는 광을 비단결정 반도체막(다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막)에 조사한다. 그 결과, 피조사영역 내에서 광 강도분포에 따라서 용융영역에 온도구배가 발생하여, 광 강도가 가장 낮은 점에 대응하여 최초로 응고하는 부분 또는 용융하지 않는 부분에 결정핵이 형성되어, 그 결정핵으로부터 주위를 향하여 결정이 횡방향으로 성장(이후, '측면 성장' 또는 '측면방향 성장'이라고 한다)함으로써 대입경의 단결정립이 생성된다.

종래, 또한 'M. NAKATA and M. MATSUMURA, "Two-Dimensionally Position-Controlled Ultra-Large Grain Growth Based on Phase-Modulated Excimer-Laser Annealing Method", Electrochemical Society Proceeding Volume 200-31, page 148-154'에 기재된 대입경의 결정화 방법이 있다. 이 문헌에서는 예를 들면 V자형의 광 강도 구배분포를 형성하는 패턴을 가지는 소자 및 역피크 형상의 광 강도최 소분포를 형성하는 패턴을 가지는 소자를, 함께 SiO₂ 기판에 위상단차를 설치함으로써 실현하고 있다. 그리고, 서로 겹쳐진 2개의 소자에 피처리기판을 근접시킨 상태에서 엑시머 레이저 광을 조사함으로써 피처리기판 상에 결정화 반도체막을 생성하고 있다.

또, '이노우에, 나카다, 마츠무라의 「Silicon thin film amplitude/phase-controlled excimer laser fusing/re-crystallization method - new two-dimensional position-controlled large grain formation method」(The institute of Electronics, information and Communication Engineers Transaction, The institute of Elecrtonics, information and Communication Engineers, Aug. 2002, Vol. J85-C, No.8, p. 624-629)에서는 예를 들면, V자형의 광 강도 구배분포를 형성하는 패턴을 가지는 소자를 광 흡수재료 SiONx의 두께분포에 의해 실현하여, 역피크 형상의 광 강도 최소분포를 형성하는 패턴을 가지는 소자를 SiO₂의 위상단차에 의해 실현하고 있다. 이들 2개의 소자는 1개의 기판에 적층 형성되어 있다. 그리고, 이 1개의 소자 기판의 피처리기판을 근접시킨 상태에서 엑시머 레이저 광을 조사함으로써 피처리기판 상에 결정화 반도체막을 생성하고 있다.

종래 기술은 위상단차가 180도였지만, 도 44a 내지 도 45를 참조하면 이하와 같은 문제가 있었다.

도 44a에 도시한 위상 시프터(191)와 피처리기판의 사이에 결상광학계를 설 치하고, 위상 시프터(191)의 영상을 결상광학계에 의해 피처리기판의 소정면에 결상시키는 결정화 장치에 있어서, 도 44b에 도시한 결상광학계를 통해서 피처리기판 상에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포에서의 최소 광 강도(역피크 점에서의 광 강도)(192)는 위상 시프터(191)의 단차(193)에 의해 얻어지는 위상차에 의존한다. 도 44c에 도시하는 바와 같이 단차(193)에 의한 위상차가 180도인 위상 시프터를 이용하였을 때, 결상광학계의 포커스위치(결상면)에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 좌우 대칭이며, 그 최소 광 강도는 거의 제로(zero)이다.

또, 결상광학계의 포커스위치로부터 상하로 매우 조금 이동한 디포커스위치에 있어서도 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 도 44d에 도시하는 바와 같이 좌우대칭이며, 그 최소 광 강도는 약간 상승하지만 매우 작은 광 강도이다. 이와 같이, 180도의 위상 시프터를 이용하는 경우, 디포커스 방향으로 의존하지 않고 광 강도분포의 대칭성이 유지되므로, 깊은 초점심도를 실현할 수 있다. 그러나, 역피크 점에서의 최소 광 강도가 매우 작으므로, 최소 광 강도의 조사영역은 용융하지 않고 결정화되지 않는 영역(결정성장의 개시점보다도 광 강도가 작은 영역)이 어느 정도 커져 결정립의 충전률을 높일 수 없다는 문제가 있었다. 즉, 최소 광 강도에 의해 조사된 때 발생하는 피조사면의 온도가 융점 근방의 온도가 되도록 최소 광 강도를 선택함으로써 조사면의 대부분을 용융시킬 수 있어 결정화 영역을 확장하는 것이 가능해진다.

소망하는 위상차를 가지는 위상 시프터(191)를 형성하기 위한 단차는, 레이저 광의 파장을 λ, 소망하는 위상차 각도를 θ, 그리고 투명한 석영기재의 굴절률 을 n으로 했을 때, λ / (θ/360) / (n-1)로 구해진다. 석영기재의 굴절률을 1.46, XeCl 엑시머 레이저 광의 파장이 308nm로, 180도의 위상차를 가지게 하기 위해서는 334.8nm의 단차를 에칭 등의 방법으로 형성할 수 있다. 도 45a에 도시한 바와 같이 위상차가 60도가 되도록 단차(193)를 선택한 위상 시프터를 이용했을 때, 결상광학계의 포커스 위치에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 도 45c에 도시하는 바와 같이 좌우 대칭이며, 그 최소 광 강도는 어느 정도 커져 있다. 이에 비해, 결상광학계의 포커스위치로부터 상하로 매우 조금 이동한 디포커스위치에서는 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포의 대칭성은 크게 무너져, 그 최소 광 강도(역피크 점) 위치가 이동한다. 또한, 피처리기판에는 디포커스의 원인이 되는 판두께 편차가 불가피적으로 존재한다.

이와 같이, 위상차가 60도인 위상 시프터(191)(도 45a)는 위상차가 180도인 위상 시프터(도 44a)보다 역 피크점에서의 최소 광 강도가 어느 정도 커지므로, 결정화 영역을 확장할 수 있다. 그러나, 포커스 위치로부터 상하로 이동한 디포커스에서의 광 강도분포는 대칭성이 크게 무너지고, 또 도 45b와 도 45d의 광 강도분포에서는 디포커스 방향으로 의존하여 대칭성의 무너지는 방법이 역이 되므로, 초점심도가 낮게(좁게) 되어 버린다. 또, 디포커스에 의해 역피크 점의 위치가 면내에서 이동하므로(도면에서 상하 및 좌우방향), 생성되는 결정립의 위치도 소망하는 위치로부터 시프트해버려, 이 결정립에 회로를 형성하는 경우에 문제가 된다는 단점도 있었다. 즉, 소망하는 위치에 결정립을 형성할 수 없는 경우, 트랜지스터의 채널부로부터 결정립이 어긋나므로 트랜지스터의 특성이 열화하는 과제가 있었다.

또, 위상차가 180도인 위상 시프터를 이용할 때에도 60도의 위상 시프터를 이용할 때에도 예를 들면 포커스 상태의 역피크 형상의 광 강도분포에서 역피크의 양측에는 도 44c 및 도 45c 중 파선인 원으로 나타내는 바와 같이 광 강도분포가 위로 볼록형상인 불필요한 피크형상이 발생한다. 즉, 이 불필요한 피크형상은 고(高) 광 강도부분이다. 역 피크형상의 광 강도분포에서 역피크의 양측 또는 편측에 피크형상이 있으면, 그 피크형상부분만 광 강도가 커지므로, 어블레이션(ablation)이 발생하여 반도체막이 파괴된다는 문제가 있었다. 또, 역피크 형상의 광 강도분포를 피처리기판에 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 경우, 역피크 부분으로부터 개시된 결정성장이 피크형상부분의 하강 구배부분에서 정지해버리므로, 대입경의 결정을 생성할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 과제에 비추어 이루어진 것으로, 소망하는 역피크 형상의 광 강도분포를 소망하는 위치에 안정적으로 형성할 수 있고, 또 반도체막에 높은 충전률로 결정립을 형성할 수 있는 광 조사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 여기서, 충전률이란, 역피크형상의 광 강도분포를 가지는 광을 조사했을 때의 조사면에 대한 결정화 영역의 비율이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1형태에서는, 복수의 위상단차가 구비되고, 입사광을 상기 위상단차에 의해 위상변조하여 제1 광 강도분포를 형성하는 광으로 출사하는 광학변조소자 ; 및

상기 광학변조소자와 상기 소정면 사이에 배치되고, 상기 변조된 광을 상기 소정면 상에 광학 특성이 서로 다른 제2 및 제3 광 강도분포를 형성하는 적어도 2개의 비간섭성 광속으로 분할하고, 상기 분할된 2개의 광속을 포함하는 광을 사출하며, 상기 사출된 광속의 광 강도분포는 서로 합성되어 상기 소정면에 역피크 형상의 제4 광 강도분포를 형성하도록 하는 광학계를 포함하며,

상기 제1 내지 제4 광 강도분포는 상이한 것을 특징으로 하는 광 조사장치를 제공한다.

본 발명의 제2형태에서는, 복수의 위상단차가 구비되고, 입사광을 상기 위상단차에 의해 위상변조하여 소정면 상에 제1 광 강도분포를 형성하는 광으로 출사하는 광학변조소자 ; 및

상기 제1 내지 제4 광 강도분포는 상이한 것을 특징으로 하는 광 조사장치가 제공된다.

본 발명의 제2형태에서는, 180도와 실질적으로 다른 위상단차가 제1간격으로 배열되는 패턴을 가지는 광학변조소자와, 입사광속을 편광상태가 다른 2개의 광속으로 분할하기 위한 광분할소자와의 협동작용에 의해, 서로 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포를 소정면에 형성한다. 이 경우, 소정면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 디포커스영향을 거의 받지 않는다. 그 결과, 본 발명의 광 조사장치를 결정화 장치에 적용한 경우, 깊은 초점심도에 의거하여 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 안정적으로 형성할 수 있고 또, 기판의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다.

바람직하기로는, 상기 제1간격은 상기 역피크 형상의 광 강도분포를 형성하는 제1기준간격과 상기 역피크부를 형성하지 않는 제1보정간격과의 사이에서 상기 위상단차의 방향을 따라서 변화한다.

제3형태의 바람직한 양태에 따르면, 상기 이웃하는 2개의 위상단차의 간격은 상기 위상단차의 방향을 따라서 증감하고 있다. 또, 상기 이웃하는 2개의 위상단차의 제1보정간격과 상기 제1기준간격과의 차의 절대값에 대응하는 상기 소정면 상의 보정량(C)은 광의 파장을 λ로 하고 상기 결상광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때, 식

의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

상기 실시형태의 바람직한 양태에 따르면, 상기 광학변조소자는 상기 역피크 형상의 광 강도분포에 있어서 역피크의 양측에 발생하는 피크형상을 억제하기 위해, 상기 위상단차의 근방에 설치된 광 차폐영역을 가진다. 이 경우, 상기 광 차폐영역은 상기 위상단차에 거의 평행하게 연장하는 선형상 광 차폐영역을 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 선형상 광 차폐영역의 중심선과 상기 위상단차와의 거리에 대응하는 상기 소정면 상의 거리(D)는 광의 파장을 λ로 하고 상기 결상광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때, 식 0.4 × λ / NA < D < 0.7 × λ / NA의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

또, 상기 광 차폐영역은 상기 위상단차에 거의 평행하게 배열되는 복수의 고립광 차폐영역을 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 복수의 고립광 차폐영역의 중심을 연결하는 중심선과 상기 위상단차와의 거리에 대응하는 상기 소정면 상의 거리(D)는 광의 파장을 λ로 하고 상기 결상광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때, 식 0.4 × λ / NA < D < 0.7 × λ / NA의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

상기 광학변조소자는 상기 역피크 형상의 광 강도분포에 있어서 역피크의 양측에 발생하는 피크형상을 억제하기 위해서, 상기 위상단차의 근방에 설치된 위상변조영역을 가진다. 이 경우, 상기 위상변조영역은 상기 위상단차에 거의 평행하게 연장하는 선형상 위상변조영역을 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 선형상 위상변조영역의 중심선과 상기 위상단차와의 거리에 대응하는 상기 소정면 상의 거리(D)는 광의 파장을 λ로 하고 상기 결상광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때, 식 0.4 × λ / NA < D < 0.7 × λ / NA의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

상기 위상변조영역은 상기 위상단차에 거의 평행하게 연장하는 복수의 고립 위상변조영역을 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 복수의 고립 위상변조영역의 중심을 연결하는 중심선과 상기 위상단차와의 거리에 대응하는 상기 소정면 상의 거리(D)는 광의 파장을 λ로 하고 상기 결상광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때, 식 0.4 × λ / NA < D < 0.7 × λ / NA의 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 또, 상기 위상단차의 한쪽 측에 설치된 위상변조영역의 위상변조량과 상기 위상단차의 다른쪽 측에 설치된 위상변조영역의 위상변조량은 절대값이 거의 동일하고 또 부호가 다른 것이 바람직하다.

상기 위상변조소자에서, 바람직하게는, 인접하는 2개의 위상단차의 사이에 형성된 위상영역은 서로 번갈아 다른 기준위상값을 가지며, 각 위상영역에는 상기 결상광학계의 점형상 분포함수범위의 반경보다도 광학적으로 작은 치수를 가지고 또 상기 기준위상값과 다른 제1위상값을 가지는 제1영역의 점유면적률이 위치에 따라 변화하는 위상분포가 형성되며, 인접하는 2개의 위상영역의 사이에서 상기 제1영역의 위상변조량의 절대값이 거의 동일하고 또 그 부호가 다르다. 이 경우, 상기 보정량(C)은 상기 점유면적률이 50%에 가장 가까운 위치에서 극소가 되어 있는 것이 바람직하다.

상기 광분할소자는 상기 광학변조소자의 근방 또는 상기 광학변조소자의 공역위치 또는 그 근방에 배치된 복굴절소자를 가진다. 이 경우, 상기 복굴절소자는 결정광학축이 광축에 대해서 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 평행평면판을 가지는 것이 바람직하다. 또는 상기 복굴절소자는 결정광학축이 광축에 대해서 각각 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 한 쌍의 평행평면판으로 이루어진 사바르판(Savart plate)을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 복굴절 소자는 결정광학축이 광축에 대해서 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 한 쌍의 평행평면판 및 상기 한 쌍의 평행평면판 사이에 구비된 반파판을 가진다.

상기 광분할소자는 결상광학계의 동공면 또는 그 근방에 배치된 복굴절소자를 가지는 것이 가능하다. 이 경우에, 상기 복굴절소자는 결정광학축이 광축에 대해 소정의 각도를 이루도록 설정된 1쌍의 복굴절성의 편광 프리즘을 포함하는 월라스톤 프리즘(Wallaston Prism)을 가지는 것이 바람직하다. 상기 복굴절소자는 석영, 방해석 또는 불화 마그네슘으로 구성된다.

바람직하기로는, 상기 광 조사장치는, 광분할소자에 의해 분할되는 2개의 광이 거의 동일한 광 강도를 가지도록 광분할소자에 입사되는 광의 편광상태를 제어하는 제어소자를 더 포함한다. 이 경우에, 상기 제어소자는 상기 광분할소자의 입사측에 배치되는 ¼파장판을 가질 수 있다.

본 발명의 제3형태에서는, 상기의 광 조사장치를 구비하고, 상기 소정면에 설정된 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막에 상기 소정의 광 강도분포를 가지는 광을 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치를 제공한다.

본 발명의 한 변형으로서, 상기 광 조사장치를 사용하여 소정면에 설정된 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막에 상기 소정의 광 강도분포를 가지는 광을 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 결정화 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 변형으로서, 본 발명의 결정화 장치 또는 결정화 방법을 사용하여 제조한 디바이스를 제공할 수 있다.

본 발명의 또다른 변형으로서, 180도와 실질적으로 다른 위상단차가 소정 주기로 배열되는 광학변조소자로서, 이웃하는 2개의 위상단차 사이의 간격이 위상단차의 방향을 따라서 증감하는 특성을 가지는 광학변조소자를 제공할 수 있다.

180도와 실질적으로 다른 위상단차가 소정 주기로 배열되는 패턴을 가지는 광학변조소자로서, 이웃하는 2개의 위상단차 사이에 형성된 위상영역은 서로 번갈아 다른 기준위상값을 가지며, 각 위상영역에는 상기 기준위상값과 다른 제1위상값 을 가지는 제1영역의 점유면적률이 위치에 따라 변화하는 위상분포가 형성되며, 이웃하는 2개의 위상영역의 사이에서 상기 제1영역의 위상변조량의 절대값이 거의 동일하고 또 그 부호가 역인 것을 특징으로 하는 광학변조소자를 제공할 수 있다.

본 발명의 또다른 변형으로서, 180도와 실질적으로 다른 위상변조량을 가지는 위상단차가 소정 주기로 배열되는 광학변조소자로서, 상기 광학변조소자는 위상단차의 근방에 광 차폐영역을 가지는 광학변조소자를 제공할 수 있다.

광 차폐영역은 위상단차와 거의 평행하게 연장하는 선형상 광 차폐영역을 가진다. 또는, 이 광 차폐영역은 위상단차에 거의 평행하게 배열되는 복수의 고립 광 차폐영역을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 변형으로서, 180도와 실질적으로 다른 위상변조량을 가지는 위상단차가 소정 주기로 배열되는 광학변조소자로서, 상기 광학변조소자는 위상단차의 근방에 위상변조영역을 가지는 광학변조소자를 제공할 수 있다.

바람직하기로는, 상기 위상변조영역은 상기 위상단차에 거의 평행하게 연장하는 선형상 위상변조영역을 가진다. 또는, 상기 위상변조영역은 상기 위상단차에 거의 평행하게 배치되는 복수의 고립 위상변조영역을 가진다. 또, 위상단차의 한쪽 측에 설치된 위상변조영역의 위상변조량과 상기 위상단차의 다른쪽 측에 설치된 위상변조영역의 위상변조량은 절대값이 거의 동일하고 또 부호가 다른 것이 바람직하다.

본 발명의 결정화 장치 및 결정화 방법에 따르면, 결정립이 고충전률로 반도체 박막 상에 형성된다. 더욱이, 어블레이션없이 결정이 성장하는 것으로 이해할 수 있다. 본 발명의 결정화 장치와 결정화 방법에 따르면, 결정립이 고충전률로 반도체 박막 상에 형성된다. 본 발명의 결정화 장치와 결정화 방법에 따르면, 180도와 실질적으로 다른 위상단차가 제1간격으로 배열되는 패턴을 가지는 광학변조소자와, 입사광속을 편광상태가 다른 2개의 광속으로 분할하기 위한 광분할소자와의 협동작용에 의해, 서로 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포를 반도체막의 기판면에 형성한다. 이 경우, 반도체 기판에는 디포커스의 원인이 되는 판두께 편차가 불가피적으로 존재하지만, 반도체막의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 디포커스의 영향을 거의 받지 않는다. 그 결과, 본 발명의 결정화 장치 및 결정화 방법에서는 깊은 초점심도에 의거하여 소망하는 역피크형상의 광 강도분포를 안정적으로 형성할 수 있고 또 기판의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 결정화 장치 및 결정화 방법에서는 위상 단차의 근방에 설치된 광 차폐영역 또는 위상변조영역을 가지는 광학변조소자를 이용함으로써, 역 피크의 양측에 발생하는 피크형상을 억제한 소망하는 역피크 형상의 광 강도분포를 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막 상에 형성할 수 있다. 그 결과, 피크형상에 기인하는 어블레이션의 발생에 의해 반도체막이 파괴되지 않게 된다. 또, 역피크부분으로부터 개시된 결정성장이 피크형상부분에서 정지하는 일 없이 대입경의 결정을 생성할 수 있다.

본 발명의 제4형태에서는, 입사광을 광변조하는 광학변조소자 ;

상기 광학변조소자에 의해 변조된 광을 비간섭성 또는 편광상태의 2개의 분할된 광속으로 변환시키는 광분할소자 ; 및

상기 광학변조소자 및/또는 광분할소자를 통하여 입사되는 광에 의거하여, 역피크 형상을 가지는 상기 제1 및 제2 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포를 소정면에 형성하는 결상광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치가 제공된다

본 발명의 제4형태에 따르면, 입사광에 의거 역피크 형상의 광 강도분포를 형성하는 패턴을 가지는 광학변조소자와, 입사광속을 편광상태가 다른 2개의 광속으로 분할하기 위한 광분할소자와의 협동작용에 의해, 서로 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포를 반도체막의 기판면에 형성한다. 이 경우, 소정면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포에서 역피크점의 최소 광 강도는 최대 광 강도의 거의 1/2이다. 그 결과, 소정면 상에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 디포커스의 영향을 거의 받지 않는다. 그 결과, 본 발명의 결정화 장치 및 결정화 방법에서는 깊은 초점심도에 의거하여 소망하는 역피크형상의 광 강도분포를 안정적으로 형성할 수 있고 또 기판의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다.

상기 광분할소자는 상기 광학변조소자의 근방 또는 상기 광학변조소자의 공역위치 또는 그 근방에 배치된 복굴절소자를 가진다. 이 경우, 상기 복굴절소자는 결정광학축이 광축에 대해서 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 평행평면판을 가지는 것이 바람직하다. 또는 상기 복굴절소자는 결정광학축이 광축에 대해서 각각 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 한 쌍의 평행평면판으로 이루어진 사바르판(Savart plate)을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 복굴절 소자는 결정광학축이 광축에 대해서 소정의 각도를 이루고 반파판을 형성하도록 설정된 복굴절성의 한 쌍의 평행평면판를 가진다.

또한, 광분할소자는 광학변조소자와 일체로 될 수 있다. 광분할소자는 결상광학계의 동공면 또는 그 근방에 배치되는 복굴절소자를 가지는 것이 좋다. 이 경우, 상기 복굴절소자는 결정광학축이 광축에 대해 수직인 형태로 설정된 1쌍의 복굴절성 편광 프리즘을 포함하는 월라스톤 프리즘을 가지는 것이 좋다.

광학변조소자는 약 180도의 위상차를 가진다. 이 경우, 광학변조소자는 소정의 주기에 따라 배치되는 약 180도의 위상차 라인을 포함하는 패턴을 가지며, 서로 이간되어 있는 2개의 역피크 형상의 광 강도분포 사이의 거리는 위상차 라인의 피치의 약 1/2의 홀수배에 대응하는 것이 좋다. 또는, 광학변조소자는 3 이상의 약 180도의 위상차 라인이 서로 한점에서 교차하는 패턴을 가지며, 소정면 상의 2개의 비간섭성 광 사이의 거리는 위상차 라인의 교차점의 피치의 약 1/2의 홀수배(결상면 상의 제1간격의 변환값의 약 ½의 홀수배)에 대응하는 것이 좋다.

광학변조소자는 3 이상의 종류의 위상차 영역이 서로 한점에서 만나는 패턴을 가지며, 소정면 상의 2개의 비간섭성 광 사이의 거리는 위상차 영역의 접촉점의 피치의 약 1/2의 홀수배에 대응한다. 이 광학변조소자는 광분할소자에 의해 분할되는 2개의 광의 강도가 서로 같아지도록 광분할소자에 입사하는 광의 편광상태를 제어하는 제어소자를 더 포함하는 것이 좋다. 이 경우, 제어소자는 광분할소자의 입사측에 배치된 석영재질의 파판(wave plate)을 가진다.

광학변조소자는 입사광에 의거하여 광 강도 구배분포를 형성하는 패턴을 가진다. 이 경우, 광분할방향은 광 강도 구배분포의 구배방향에 거의 직교하는 것이 좋다. 또한, 광분할과 관련하여서는, 균일한 광 강도를 가지는 광으로 분할되는 것이 좋다. 또한, 복굴절소자는 석영, 방해석 또는 불화 마그네슘으로 형성한다.

본 발명의 제4형태의 변형에 따르면, 제1 내지 제4형태에 따른 광 조사장치의 결상광학계의 결상면 상에 비단결정 반도체막을 가지는 피처리기판을 제공하기 위해 사용되는 지지 베이스가 구비된 결정화 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 변형예에 의하면, 소정면에 비단결정 반도체막을 가지는 피처리기판을 제공하고 여기에 소망하는 광 강도분포를 가지는 광을 조사함으로써 결정화 반도체막을 생성하기 위하여 제4형태에 의한 광 조사장치를 사용하는 결정화 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 제4형태의 또다른 변형에 의하면, 변형예에 따른 결정화 장치 또는 결정화 방법을 이용하여 제조되는 디바이스가 제공된다.

본 발명의 제4형태의 또다른 변형에 의하면,

입사광으로부터 역피크 형상의 광 강도분포를 형성하는 광학변조수단 ;

상기 광학변조수단을 통해 입사되는 광을 비간섭성을 가지는 2개의 광으로 분할하는 광분할수단 ; 및

소정면 상에, 상기 광분할수단을 통해 입사되는 광에 의거하여 서로 이간되어 있는 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포를 형성하는 결상광학계를 포함하는 광 조사장치가 제공된다.

본 발명의 제4형태의 또다른 변형예 의하면,

상기 광학변조수단을 통해 입사되는 광을 편광상태를 가지는 2개의 광으로 분할하는 광분할수단 ; 및

상기 광분할수단의 투과 광 경로에 구비되고 편광상태의 2개의 광을 소정면에 형성하는 결상광학계를 포함하는 광 조사장치가 제공된다.

본 발명의 제4형태에 의하면, 소망하는 위치에 역피크 형상의 소망하는 광 강도분포가 안정적으로 형성될 수 있고, 반도체막에 형성되는 결정립의 충전률이 증가된다. 본 발명의 결정화 장치 및 방법에 있어서, 서로 이간되어 있는 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포가 입사광에 의거하여 역피크 형상의 광 강도분포를 형성하는 패턴을 가지는 광학변조소자의 입사광을 편광상태의 2개의 광으로 분할하는 광분할소자의 협동작용에 의해 반도체막 기판의 면 상에 형성된다. 이 경우, 실시예에 의해 후술하는 바와 같이, 반도체막 기판의 면 상에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포에서 역피크점의 최소 광 강도는 최대 광 강도의 약 1/2이 된다.

또한, 반도체 기판에는 디포커스의 원인이 되는 판두께 편차가 불가피적으로 존재하지만, 반도체막의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 디포커스의 영향을 거의 받지 않는다. 그 결과, 본 발명의 결정화 장치 및 결정화 방법에서는 깊은 초점심도에 의거하여 소망하는 역피크형상의 광 강도분포를 안정적으로 형성 할 수 있고 또 기판의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다.

본 발명의 추가적인 목적 및 이점은 후술하는 바에 의해 정해질 것이며, 그 일부는 그 기재내용으로부터 명백할 것이며, 또는 본 발명의 실시에 의해 밝혀질 것이다.

본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관련된 결정화 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 또, 도 2는 도 1의 조명계의 내부구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1실시예에 따른 결정화 장치는 광학변조소자(1), 광분할소자(2)(예를 들면, 복굴절소자), 결상광학계 및 조명계(3)를 가진다. 광학변조소자(1)는 예컨데, 위상차가 180도가 아닌 투광성 기판에 구비된 복수의 단차(위상차가 실질적으로 180도인 단차를 제외한다)를 가진다. 광분할소자는 입사광을 광학특성을 가지는 복수의 광으로 분할하는 수단이다. 예를 들면, 광분할소자는 광학변조소자(1)로부터 나오는 광을 비간섭성을 갖거나 또는 편광상태를 가지며 상이한 역피크 형상의 광 강도분포(제2 및 제3 광 강도분포)를 가지는 적어도 2개의 상이한 광으로 분할한다. 결상광학계는 피조사체의 소정면에 상기 광학변조소자(1) 및/또는 상기 광분할소자(2)를 통한 광속에 의거하여 서로 이간된 2개의 역피크 형상 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포(제4 광 강도분포)를 형성한다.

광분할소자와 결상광학계는 위상변조된 광을 광학 특성이 상이하며 역피크 형상의 제2 및 제3 광 강도분포를 가지는 적어도 2개의 광으로 분할하여 출사한다. 광분할소자와 결상광학계는 상기 출사된 광의 광 강도분포가 서로 합성되어 역피크 형상의 제4 광 강도분포를 갖는 상기 합성광이 비단결정 기판의 표면 상의 피조사체에 입사되도록 하는 광학계를 구성한다.

또한, 광학변조소자(1)는 예를 들면 위상 시프터이며, 그 패턴면(단차를 가지는 면)이 광분할소자(2)와 대향하도록 광분할소자(2)와 근접하여 배치되어 있다. 광학변조소자(1)는 투과광 강도분포의 최소 광 강도가 0에 가까운 위상차 180도를 피하여 최소 광 강도를 비단결정화 기판의 융점 근방에 설정할 수 있도록 구성된다. 광분할소자(2)는 광학변조소자(1)에 의해 형성된 역피크 형상의 광 강도분포를 비간섭성이고 또 이간된 다른 2개의 광속으로 분할한다. 이 이간거리는 상기 단차 사이의 공간에 상당하는 간격의 홀수배(결상면 상의 제1간격의 변환값의 홀수배)로 함으로써, 좌우 대칭(측면방향)이고, 최소 광 강도가 단결정화 기판의 융점 근방에 설정할 수 있는 역 피크형상의 광 강도분포를 얻는 것이다. 좌우 대칭이고, 최소 광 강도가 단결정화 기판의 융점 근방에 설정할 수 있는 역 피크형상의 광 강도분포는 동일한 입경이고 또 대입경의 결정화 영역을 안정하게 형성하는 것을 가능하게 한다. 이 광 강도분포는 조사부 전영역을 융점 근방의 온도로 설정할 수 있으므로, 반도체막(비단결정 영역)에 높은 충전률로 결정립을 형성할 수 있다. 또, 어블레이션을 발생시키지 않고 결정성장시킬 수 있다. 광학변조소자(1) 및 광분할소자(2)는 일체로 구성해도 좋다.

본 실시형태의 결정화 장치는 광학변조소자(1)를 조명하기 위한 조명계(3)를 구비하고 있다. 조명계(3)는 피결정화 처리체를 용융하는 에너지를 가지는 광선을 사출하는 광원(3a)과, 거의 균일한 입사각 및 광 강도분포를 사출하는 호모지나이저로 이루어진다. 광원(3a)은, 예를 들면 도 2에 도시하는 광학계로 248nm의 파장을 가지는 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원(3a)을 구비하고 있다. 또한, 광원(3a)으로서 XeCl 엑시머 레이저 광원이나 YAG 레이저 광원과 같은 피결정화 처리체를 용융하는 에너지 광선을 출사하는 성능을 가지는 다른 적당한 광원을 이용할 수도 있다.

광원(3a)으로부터 공급된 레이저 광은 빔 익스펜더(3b)를 통해서 확대된 후, 제1플라이아이 렌즈(fly-eye lens)(3c)에 입사한다. 이렇게 하여, 제1플라이아이 렌즈(3c)의 후측 초점면에는 복수의 작은 광원이 형성되어, 이들 복수의 광원으로부터의 광속은 제1컨덴서 광학계(3d)를 통해서 제2플라이아이 렌즈(3e)의 입사면을 중첩적으로 조명한다. 그 결과, 제2플라이아이 렌즈(3e)의 후측 초점면에는 제1플라이아이 렌즈(3c)의 후측 초점면보다도 많은 복수의 작은 광원이 형성된다. 제2플라이아이 렌즈(3e)의 후측 초점면에 형성된 복수의 광원으로부터의 광속은 제2컨덴서 광학계(3f)를 통해서 광학변조소자(1)를 중첩적으로 조명한다.

여기서, 제1플라이아이 렌즈(3c) 및 제1컨덴서 광학계(3d)는 제1호모지나이저를 구성하며, 이 제1호모지나이저에 의해 광원(3a)으로부터 공급된 레이저 광에 대해 광학변조소자(1) 상에서의 입사각도에 대한 균일화가 도모된다. 또, 제2플라이아이 렌즈(3e) 및 제2컨덴서 광학계(3f)는 제2호모지나이저를 구성하며, 이 제2호모지나이저에 의해 제1호모지나이저로부터의 입사각도가 균일화된 레이저 광에 관해서 광학변조소자(1) 상에서의 면내 각 위치에서의 광 강도에 관한 균일화가 도모된다. 이렇게 하여, 조명계(3)는 거의 균일한 광 강도분포를 가지는 레이저 광에 의해 광학변조소자(1)를 조사한다.

광학변조소자(1)로 위상변조된 레이저 광은 도 1에 나타낸 바와 같이, 광분할소자(2), 결상광학계(4)를 통해서 피처리기판(5) 또는 비단결정화층에 입사된다. 여기서, 광분할소자(2)는 광학변조소자(1)에 의해 형성된 역피크 형상의 광 강도분포를 비간섭성이고 또 이간된 다른 2개의 광속으로 분할한다. 결상광학계(4)는 광학변조소자(1)의 패턴면과 피처리기판(5)을 광학적 공역으로 배치하고 있다. 바꿔 말하면, 피처리기판(5)은 광학변조소자(1)의 패턴면과 광학적으로 공역인 면(결상광학계(4)의 영상면)에 설정되어 있다. 결상광학계(4)는 정(正) 렌즈군(4a)과 정(正) 렌즈군(4b)의 사이에 개구 조리개(4c)를 구비하고 있다.

개구 조리개(4c)는 개구부(광 투과부)의 크기가 다른 복수의 개구 조리개를 가지며, 이들의 복수 개구 조리개(4c)는 광 경로에 대해서 교환 가능하게 구성되어 있어도 좋다. 또는, 개구 조리개(4c)는 개구부의 크기를 연속적으로 변화시킬 수 있는 홍채 조리개를 가지고 있어도 좋다. 어느 것이라도 개구 조리개(4c)의 개구부의 크기(나아가서는 결상광학계(4)의 영상측 개구수(NA))는 후술하는 바와 같이, 피처리기판(5)의 반도체막 상에 있어서 소요의 광 강도분포를 발생시키도록 설정되어 있다. 또한, 결상광학계(4)는 굴절형 광학계라도 좋으며, 반사형 광학계라도 좋고, 굴절반사형 광학계라도 좋다.

또, 피처리기판(5)은 예를 들면 액정 디스플레이용 판유리의 위에 화학기상 성장법(CVD)에 의해 하지 절연막, 비정질 실리콘막 및 캡막이 순차적으로 형성된 것이다. 하지절연막 및 캡막은 절연막 예를 들면 SiO₂이다. 하지절연막은 비단결정막 예를 들면 비정질 실리콘막과 유리기판이 직접 접촉하여 Na 등의 이물질이 비정질 실리콘막에 혼입하는 것을 방지하고, 비정질 실리콘막의 용융온도가 직접 유리기판에 전열되는 것을 방지한다. 비정질 실리콘막은 결정화되는 반도체막이다. 캡막은 비정질 실리콘막에 입사하는 광 빔의 일부에 의해 가열되며, 이 가열된 온도를 축열한다. 이 축열효과는 광 빔의 입사가 차단된 때, 비정질 실리콘막의 피조사면에 있어서 고온부가 상대적으로 급속하게 강온하지만, 이 강온 구배를 완화시켜 대입경의 횡방향의 결정성장을 촉진시킨다. 피처리기판(5)은 진공 척이나 정전 척 등에 의해 기판 스테이지(6) 상에 있어서 미리 정해진 소정의 위치에 위치 결정되어 유지되고 있다.

본 결정화 장치에 있어서, 광원(3a)에서 나오는 레이저 빔의 파장(λ)은 248nm이며, 결상광학계(4)의 영상측 개구수(NA)는 0.13이며, 결상광학계(4)의 δ값은 0.47이며, 결상광학계(4)의 배율은 예를 들면 1/5이다(필요에 따라서 확대광학계라도 좋다). 또, 광학변조소자(1)의 패턴 치수는 결상광학계(4)의 영상측에 환산한 값, 즉 영상측 환산값으로 나타나 있다. 또, 제2실시예~제5실시예에서는 광학변조소자(1)의 구성만이 제1실시예와 다르며, 그 외 구성은 제1실시예와 동일하다.

(제1실시예)

도 3a ~ 도 3c를 참조하여 광학변조소자(1)의 구조 및 작용을 상세하게 설명 한다. 제1실시예의 광학변조소자(1)는 석영과 같은 투명체로 이루어져, 도 3a에 도시하는 바와 같이 예를 들면, 위상값이 0도인 사각형상 영역(1a)과 위상값이 60도인 사각형상 영역(1b)이 한방향을 따라서 서로 번갈아 반복되는 위상차 60도의 라인형 위상 시프터이다. 이렇게 하여 2개의 사각형상 영역(1a와 1b)의 사이에는 60도의 위상차 선(위상의 경계선:위상 시프트선)(1c)이 형성되어 있다. 그리고, 광학변조소자(1)의 전체에서는 위상차 선(1c)이 소정 피치 예를 들면, 영상측 환산값으로 5㎛의 피치(실제로는 25㎛의 피치)로 형성되어 있다. 위상차 선(위상의 경계선:위상 시프트선)(1c)이란, 투명체에 형성된 단차이며, 이 단차는 광 강도에 주기적인 공간분포(역피크 광 강도분포)를 부여한다.

따라서, 본 발명과 다르게 광분할소자(2)가 개재되지 않은 경우, 결상광학계(4)의 포커스위치(영상면)에 설정된 피처리기판(5)의 표면에는, 도 3b에 도시하는 바와 같이 광학변조소자(1)의 위상차 선(1c)에 대응하는 선영역에 있어서 광 강도가 최소이고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 이에 대해, 결상광학계(4)의 포커스위치로부터 약간 예를 들면, 10㎛만큼 이동한 디포커스위치에 설정된 피처리기판(5)의 표면에는 도 3c에 도시하는 바와 같이 광학변조소자(1)의 위상차 선(1c)에 대응하는 선영역으로부터 위치가 어긋난 선영역에서 광 강도가 최소이고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 좌우비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 광학변조소자(1)는 소정의 식에 의해 석영유리기판과 같은 투명체에 소요의 위상차에 대응하는 두께 분포를 형성함으로써 제조할 수 있다. 석영유리기판의 두께의 변화는 선택에칭이나 FIB(Focused Ion Beam) 가공에 의해 고정밀도로 형성할 수 있다.

광분할소자(2)의 구조 및 작용을 도 4a 및 도 4b를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 4a를 참조하면 각 실시예의 광분할소자(2)는 예를 들면, 그 결정광학축(2a)이 조명계의 광축에 대해서 소정의 각도(θ)를 이루도록 설정된 복굴절성 평행평면판으로 이루어진 복굴절소자(2E)이다. 복굴절소자(2E)를 형성하는 복굴절성 광학재료로서 예를 들면, 수정, 방해석, 불화 마그네슘 등을 이용할 수 있다.

도 4a에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 랜덤 편광상태의 광선(레이저 빔)(G)이 광축과 평행하게 복굴절소자(2E)에 입사하면, 도 4a의 지면에 수직인 방향을 편광방향으로 하는 직선편광상태의 광선 즉, 정상광선(o)(첫번째 광속 G1)은 복굴절소자(2E)의 굴절작용을 받지 않고 직진하여 광축과 평행하게 사출된다. 한편, 도 4a의 지면에서의 수평방향을 편광방향으로 하는 직선편광상태의 광선 즉, 이상광선(e)(두번째 광선 G2)은 복굴절소자(2E)의 입사계면에서 굴절되어 광축과 각도(Ø)를 이루는 방향으로 진행한 후, 복굴절소자(2E)의 사출계면에서 굴절되어 광축과 평행하게 사출된다. 이 현상은 널리 알려져 있는 것이며, 예를 들면, 츠지나리쥰페이 저, 아사쿠라쇼텐출판의 '광학개론II'의 제5장이나, 구도케이에이 및 우에하라토미야 저, 현대공학사출판의 '기초광학〈광선광학·전자광학〉' 등에 상세하게 기술되어 있다.

이 때, 복굴절소자(2E)로부터 광축과 평행하게 사출되는 정상광선(o)과 이상광선(e)과의 거리 즉 분리폭(이간거리)(d)는 복굴절소자(2E)를 형성하는 광학재료의 종류, 결정광학축과의 방향, 절출방법, 복굴절소자(2)의 광축방향의 치수 즉 두 께 등에 의존한다. 즉, 분리폭(이간거리)(d)은, 복굴절소자(2E)를 구성하는 재료의 특성 및 형태에 의하여 결정되고 광학변조소자(1)의 위상차 선의 피치를 홀수분의 1로 분할한 값으로 설정된다. 도 4b는 광학변조소자(1) 상의 1점이 복굴절소자(2E)에 의해 2점으로 분리되어 관찰되는 모습을 나타낸 도면이다. 또한, 복굴절소자(2E)에 의한 분리폭(d)은 결상광학계(4)의 물체측에 있어서의 값이며, 결상광학계(4)의 영상면에서의 분리폭은, 분리폭(d)에 결상광학계(4)의 배율 1/5을 곱한 값이 된다.

일축 결정재료에 의해 형성된 평행평면판 형상의 복굴절소자(2)에 수직으로 광선을 입사시킨 경우의 분리폭(d)은, 다음의 수학식 1에 의해 나타난다.

단,

또한, 수학식 1에 있어서, no는 정상광선(o)의 굴절률이며, ne는 이상광선(e)의 굴절률이다. 또, 상술한 바와 같이, Ø는 이상광선(e)과 입사계면의 법선(즉 광축)과의 각도이며, θ는 결정광학계(2a)와 입사계면의 법선과의 각도이며, t는 복굴절소자(2E)의 두께이다.

일례로서, 248nm의 파장을 가지는 광 및 θ도(사용된 인공수정의 결정광학축의 각도)로 설정된 인공수정제인 복굴절소자(2E)를 이용하는 경우, 분리폭 d=25㎛를 얻는데 필요한 복굴절소자(2)의 두께(t)를 구해보면, 파장 248nm인 광에 대한 인공수정의 굴절률은 ne=1.6124, no=1.6016이므로, t=3697㎛가 된다. 각 실시예에서는, 복굴절소자(2E)로서 인공수정에 의해 형성되고 또 결정광학축의 각도(θ)가 45도로 설정된 두께(t)가 3697㎛인 평행평면판을 이용하고 있다. 따라서, 복굴절소자(2E)에 의한 분리폭(d)는 25㎛이며, 결상광학계(4)의 영상면에서의 분리폭은 5㎛이다.

도 5a ~ 도 5c는 제1실시예에서의 광학변조소자(1)와 광분할소자(2)의 협동작용을 설명하는 도면이다. 상술한 바와 같이, 도 1에 도시한 결정화 장치에 있어서 복굴절소자(2E)가 개재되지 않은 경우, 결상광학계(4)의 포커스위치에 설정된 피처리기판(5)의 표면에는 도 3b에 도시하는 바와 같이, 광학변조소자(1)의 위상차(1c)에 대응하는 선영역에 있어서 광 강도가 최소이고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 또, 도 4a 및 도 4b에 도시한 복굴절소자(2E)를 도 1에 도시한 결정화 장치에 개재시킨 경우, 입사광속(G)이 편광상태가 다른 비간섭성의 2개의 광속 G1, G2로 분할되므로, 피처리기판(5)의 표면에는 서로 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포가 형성되게 된다.

이 때, 복굴절소자(2E)로의 입사광속이 랜덤 편광상태이면, 복굴절소자(2E)를 통해서 분할된 2개 광속의 강도가 서로 거의 동일해진다. 또, 복굴절소자(2E)를 통해서 분할된 2개의 광속이 피처리기판(5)의 표면에서 서로 겹쳐질 때, 2개의 광속은 서로 간섭하지 않으므로 단순하게 광 강도의 합으로서 합성된다. 상술한 바와 같이, 제1실시예에서는 광학변조소자(1)의 단차(1c)가 5㎛(영상측 환산값)의 피치 로 형성되며, 피처리기판(5)의 표면에서의 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 간격(즉 결상광학계(4)의 영상면에서의 분리폭)도 5㎛이다.

바꿔 말하면, 피처리기판(5)의 표면에 결상되는 복굴절소자(2E)에 의해 분할된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 간격은 광학변조소자(1)의 위상차 선(1c)의 간격에 대응(일반적으로는 위상차 선(1c)의 간격의 홀수배에 대응)하도록 설정된다. 이 실시형태는, 홀수배의 배수가 1인 실시예이며, 다른 3, 5, 7 … 등이어도 좋다. 따라서, 포커스상태에서는, 정상광선(o)에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포(도 5a)와 이상광선(e)에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포(도 5b)가 완전하게 서로 겹칠 뿐이다. 그 결과, 최종적으로는 복굴절소자(2E)의 영향을 받지 않고, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 광학변조소자(1)의 위상차 선(1c)에 대응하는 선영역에 있어서 광 강도가 최소이고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포(도 5c)가 피처리기판(5)의 표면에 형성된다.

한편, 복굴절소자(2)가 개재되지 않은 경우, 결상광학계(4)의 디포커스 위치에 설정된 피처리기판(5)의 표면에는 도 3c에 도시하는 바와 같이, 광학변조소자(1)의 위상차 선(1c)에 대응하는 선영역으로부터 위치가 어긋난 선영역에서 광 강도가 최소이고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 좌우 비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 복굴절소자(2E)를 통한 광속은 입사광속이 편광상태가 다른 비간섭성인 2개의 광속으로 분할되므로, 피처리기판(5)의 표면에, 서로 이간된 2개의 좌우 비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포가 형성되게 된다.

즉, 디포커스상태에서는, 도 5a에 도시하는 바와 같은 정상광선(o)에 의해 형성되는 좌우 비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포와, 도 5b에 도시하는 바와 같은 이상광선(e)에 의해 형성되는 좌우 비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성되게 된다. 여기서, 도 5a에 도시한 좌우 비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포와 도 5b에 도시한 좌우 비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포는, 복굴절소자(2E)의 작용에 의해 5㎛만큼 위치가 벗어나 있다. 또, 도 3c에 있어서 인접하는 2개의 역피크 형상의 광 강도분포는, 인접하는 2개의 위상차 선(1c)의 중간선에 대응하는 선영역에 관해서 반전(反轉) 대칭이 되어 있으며, 그 중간선에 대응하는 선영역의 피치도 5㎛이다.

따라서, 디포커스상태에서는 정상광선(o)에 의해 형성되는 좌우 비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포와, 이상광선(e)에 의해 형성되는 좌우 비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 의해, 도 5c에 도시하는 바와 같이 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성되는 것이 된다. 또한, 디포커스상태에 있어서 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포에서는, 광 강도가 최소가 되는 역피크 점이 위상차 선(1c)에 대응하는 선영역으로부터 위치가 벗어나는 일이 없어진다. 도 5c에는 도 3a의 광학변조소자(1)의 단면도를 나타내며, 위상차 선(1c)의 점선에 의해 관련지어져 도시되어 있다.

이상과 같이, 제1실시예에서는, 위상차가 60도(위상차가 180도와 실질적으로 다른) 위상 시프트패턴의 광학변조소자(1)를 이용하고 있으므로, 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포에서의 역피크 점의 최소 광 강도는 0보다도 어느 정도 큰 값이 된다. 조사영역의 모든 또는 대부분의 영역을 용융영역으로 설정할 수 있다. 또, 피처리기판(5)에는 디포커스의 원인이 되는 판두께편차가 불가피적으로 존재하는데, 광학변조소자(1)와 광분할소자(2)의 협동작용에 의해, 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 디포커스의 영향을 거의 받지 않고 좌우 대칭이다. 그 결과, 제1실시예에서는, 깊은 초점심도에 의거하여 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 안정적으로 형성할 수 있고 또, 피처리기판(5)의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다.

또한, 상술한 제1실시예에서, 복굴절소자(2E)에 의해 발생하는 수차를 작게 억제하는 데에는 복굴절소자(2E)를 광학변조소자(1)에 밀착시키던가, 또는 복굴절소자(2E)를 광학변조소자(1)에 가능한한 접근시키는 것이 바람직하다. 단, 복굴절소자(2E)와 광학변조소자(1)의 표면간의 반복반사가 일어나면 간섭에 의해 강도 불균일이 발생하므로, 2개의 소자 사이에 굴절률 매칭재료를 설치하던지, 혹은 2개의 소자가 대향하는 표면에 무반사재인 코트면을 형성하는 것이 바람직하다.

또, 복굴절소자(2E)의 광 입사면을 표면가공함으로써 위상차를 형성하여, 복굴절소자(2E)와 광학변조소자(1)를 일체화하는 것도 가능하다. 또한, 상기 실시형태에서는, 복굴절소자(2E)가 광학변조소자(1)의 후측(사출광측)에 광학변조소자(1)에 근접시켜 배치되어 있는데, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 복굴절소자(2E)를 광학변조소자(1)의 공역위치 또는 그 근방에 배치할 수도 있다.

또, 상술한 제1실시예에서는, 복굴절소자(2E)가 하나의 복굴절성 평행평면판에 의해 구성되어 있으므로, 정상광선(o)과 이상광선(e)에서 광경로 길이가 다르다. 이 때문에, 복굴절소자(2E)를 통해서 분할된 2개의 광속의 사이에 위상차가 발생하여, 이 2개의 광속의 결상위치가 광축방향으로 분리한다. 이 문제를 회피하기 위한 광분할소자(2)로서 결정광학축이 광축에 대해서 각각 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 한 쌍의 평행평면판으로 이루어진 사바르(Savart)판을 이용할 수가 있다.

도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명하면, 사바르판(20)을 구성하는 한 쌍의 평행평면판(20a와 20b)은 서로 같은 두께를 가지며, 그 결정광학축이 광축과 약 45도의 각도를 이루도록 각각 설정되어 있다. 즉, 제2평행평면판(20b)은 제1평행평면판(20a)을 광축 주위에 90도 회전시킨 상태에 있다. 사바르판(20)에서는 도 6a에 도시하는 바와 같이 정상광선(o)과 이상광선(e)의 광경로 길이가 같아지므로, 상술한 바와 같은 위상차에 의한 결상위치의 분리문제는 발생하지 않는다.

또는, 위상차에 의한 결상위치의 분리문제를 회피하기 위해서, 광분할소자로서 소위 프랑콘(Francon)에 의한 사바르판의 변형을 이용할 수 있다. 도 7을 참조하면, 프랑콘에 의한 사바르판의 변형예에 기초하는 복굴절소자(21)는 결정광학축이 광축에 대해서 각각 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 한 쌍의 평행평면판(21a 및 21b)과, 이 한 쌍의 평행평면판(21a 및 21b)의 사이에 설치된 1/2파장판(21c)에 의해 구성되어 있다.

복굴절소자(21)를 구성하는 한 쌍의 평행평면판(21a 및 21b)은 서로 동일한 두께를 가지며, 그 결정광학축이 광축과 약 45도의 각도를 이루도록 각각 설정되어 있다. 즉, 제1평행평면판(21a)과 제2평행평면판(21b)은 ½파장판(21c)에 대해서 대칭으로 배치되어 있다. 또, ½파장판(21c)을 통해서 정상광선(o)이 이상광선(e)으로 변환되며, 이상광선(e)이 정상광선(o)로 변환된다. 그 결과, 복굴절소자(21)에서는 도 7에 도시하는 바와 같이 정상광선(o)과 이상광선(e)의 광경로 길이가 같아지므로, 상술한 바와 같은 위상차에 의한 결상위치의 분리문제는 발생하지 않는다.

또, 상술한 제1실시예에서는, 광분할소자(2)로서 광학변조소자(1)의 근방에 배치된 복굴절소자(2E)를 이용하고 있다. 그러나, 여기에 한정되지 않고, 도 8에 도시하는 바와 같이 복굴절소자(2E)를 대신하여 결상광학계(4)의 동공면 또는 그 근방에 배치된 복굴절소자(22)를 이용할 수 있다. 이 복굴절소자(22)는 도 9에 도시하는 바와 같이 결정광학축이 광축에 대해서 각각 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 한 쌍의 편광 프리즘(22a 및 22b)으로 이루어진 월라스톤 프리즘(wollaston prism)이다.

여기서, 제1편광 프리즘(22a)의 결정광학축은 도 9의 지면에 있어서 수평으로 설정되며, 제2편광 프리즘(22b)의 결정광학축은 도 9의 지면에 수직으로 설정되어 있다. 즉, 결정광학축이 서로 직교하는 한 쌍의 편광 프리즘(22a와 22b)에 의해 평행평면판 형상의 월라스톤 프리즘(22)이 구성되어 있다. 월라스톤 프리즘(22)은 입사광을 편광상태가 다른 2개의 광속, 즉 도 9의 지면에 수직인 방향을 편광방향으로 하는 직선편광상태의 광속과 도 9의 지면에 평행한 방향을 편광방향으로 하는 직선편광상태의 광속으로 분리한다.

이 때, 편광상태가 다른 2개의 광속은 입사광에 대해서 대칭인 편향각으로 분리된다. 월라스톤 프리즘(22)에 의한 2개의 광속의 분리각(θ_W)은, 정상광선(o)의 굴절률을 no로 하고 이상광선(e)의 굴절률을 ne로 할 때, 다음의 수학식 2로 나타난다.

광분할소자(2)로서 월라스톤 프리즘(22)을 이용하는 경우, 분리각(θ_W)을 적절히 설정함으로써, 상술한 제1실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 월라스톤 프리즘과 마찬가지로 편광방향에 의해 각도를 분리하는 광분리소자(2)로서 로션 프리즘(rochon prism)이나 시너먼트 프리즘(senarmont prism)이 있으며, 이것들도 이용할 수 있다. 또, 우회전 편광과 좌회전 편광으로 각도를 분리하는 소자로서 프레넬의 (다중)프리즘이 있는데, 이것도 이용할 수 있다. 또한, 이들의 광분할소자(2)나 사바르판 등은, 이것을 통과시킴으로써 물체가 2개로 보이므로 총칭하여 복상자(複像子)(double imager)라고 불리고 있다.

또, 상술한 제1실시예에서는, 도 10a에 도시하는 바와 같이 랜덤 편광상태의 광속이 복굴절소자(2E)에 입사하여, 복굴절소자(2E)에 의해 분할되는 2개 광속의 강도가 서로 거의 동일해지는 경우를 상정하고 있다. 그러나, 복굴절소자(2E)에 입사하는 광속의 편광상태가 편향되면, 복굴절소자(2E)에 의해 분할된 2개 광속의 강도는 서로 동일해지지 않는다. 구체적으로는, 도 10b에 도시하는 바와 같이 그 지면에 수직인 방향을 편광방향으로 하는 직선편광상태의 광속(G)이 복굴절소자(2E) 에 입사하는 경우, 입사광속이 그 편광상태를 유지한 채 복굴절소자(2E)를 직진하여, 사출광속 G1으로 변환되는데, 이상광선에 의한 광속 G2는 매우 약한 강도이기 때문에 사실상 거의 광속 G1으로 사출된다. 따라서, 입사광속이 분할되지 않게 되어 버린다. 입사광속의 분할이란, 정상광선과 이상광선으로 분리되는 것으로, 분할된 광속의 광 강도는 입사광속의 광 강도가 거의 동등해도 좋다.

복굴절소자(2E)에 의해 분할되는 2개 광속의 강도가 다르면, 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포에서의 역피크 점의 최소 광 강도가 일정해지지 않는다. 그 결과, 광 강도가 다른 2종류의 역피크 점의 근방으로부터 결정성장이 개시함으로써, 형성되는 결정의 크기 및 형상에 차이가 생긴다는 문제가 발생한다. 그래서, 복굴절소자(2)에 입사하는 2개 광속의 편광상태에 치우침이 있을 경우, 복굴절소자(2E)에 의해 분할된 2개 광속의 강도가 서로 거의 동일해지도록, 복굴절소자(2E)로의 입사광속의 편광상태를 제어하기 위한 제어소자를 부설하는 것이 바람직하다.

복굴절소자(2E)로의 입사광속의 편광상태를 제어하기 위한 제어소자로서, 도 10c에 도시하는 바와 같이 복굴절소자(2E)의 입사측에 배치된 ½파장판(7)을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 도 10c의 지면에 수직인 방향을 편광방향으로 하는 직선편광상태의 광속이 ½파장판(7)에 입사하는 경우, ½파장판(7)의 작용에 의해 광속의 편광방향이 광축주위에 45도 회전되어 복굴절소자(2)에 입사한다. 그 결과, 랜덤 편광상태의 광속이 복굴절소자(2)에 입사하는 경우와 마찬가지로, 복굴절소자(2E)에 의해 분할되는 2개 광속의 강도는 서로 거의 동일해진다. 또한, ½파장판 (7)을 대신해서 ¼파장판을 이용하여 직선편광을 원편광으로 변환하여 복굴절소자(2E)에 입사시킴으로써, 분할된 2개 광속의 강도를 서로 거의 동일하게 할 수도 있다.

(제2실시예)

제1실시예에서는 복굴절소자(2E)로 분할된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 간격이 위상차 선(1c)의 간격에 대응하고 있으므로, 합성에 의해 얻어진 역피크 형상의 광 강도분포에서의 역피크 점의 최소 광 강도의 크기는 일정하다. 이에 대해서, 도 11a 및 도 11b에 도시하는 바와 같이, 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 간격과 위상차 선(1c)의 간격을 의도적으로 조금 옮겨, 역피크 점과 그 편측의 피크형상 위치를 서로 겹침으로써, 피크를 실질적으로 소거하거나 역피크를 얕게 할 수 있다.

역피크란, 광학변조소자(1)에 의해 형성된 최소 광 강도분포를 나타내는 오목한 곡선이다. 이 오목한 곡선의 최소 광 강도값이 역피크 점이다. 피크형상이란, 역피크 패턴의 최대 광 강도를 나타내는 광 강도분포 곡선이다. 피크를 실질적으로 소거함으로써, 최대 광 강도가 어블레이션이 발생하는 온도 이상일 때도 어블레이션이 발생하지 않는 광 강도로 제어됨과 동시에, 피크부에서 결정성장이 멈추는 것을 회피할 수 있으므로, 결정성장이 계속되어 보다 큰 결정화를 가능하게 한다. 역피크 점과 피크 형상 위치와의 간격(D)은 다음의 수학식 3에 의해 근사된다.

본 실시예에서는 제1실시예에서와 마찬가지로, λ가 248nm이며 NA가 0.13이므로, 역피크 점과 피크형상 위치와의 간격(D)은 약 1㎛이다. 도 12a는 제2실시예에서의 광학변조소자(1)의 구성 및 제2실시예에서 형성되는 광 강도분포를 모식적으로 도시하는 도면이다. 제1실시예의 광학변조소자(1)에서는 도 3a에 도시하는 바와 같이, 위상값이 0도인 사각형상 영역(1a)과 위상값이 60도인 사각형상 영역(1b)이 한방향을 따라서 서로 번갈아 반복되어, 60도의 위상차(1c)가 영상측 환산값으로 5㎛의 피치로 형성되어 있다.

이에 대해서, 제2실시예의 광학변조소자(1)에서는 도 12a에 도시하는 바와 같이 위상차가 0도인 영역(1d)과 위상차가 60도인 영역(1e)이 한방향을 따라서 서로 번갈아 반복되고 있는데, 결정화하고 싶은 위치를 이차원적으로 정확하게 결정하고 싶은 경우에 가장 적합한 실시예이다. 위상값이 0도인 영역(1d)과 위상값이 60도인 영역(1e)이 한방향을 따라서 서로 번갈아 반복되고 있는 광학변조소자(1)에 있어서, 이 실시예는 예를 들면 위상차가 60도인 영역(1e)의 폭을 예를 들면 5㎛인 부분(기준간격)과 4㎛인 부분(보정간격)을 형성함으로써, 5㎛의 부분에만 역피크가 형성되도록 한 예이다. 기준간격의 형성위치나 크기는 기준간격의 형성위치를 트랜지스터 회로형성위치나 결정영역의 면적에 따라서 결정한다. 즉, 인접하는 2개의 위상차 선(1f) 사이의 간격(영역 1d 및 1e의 폭)은 A단면위치에서 5㎛이며, A단면위치로부터 위상차 선(1f)의 방향으로 예를 들면 5㎛만큼 간격을 둔 B단면위치에서 영역(1e)이 4㎛ 또는 영역(1d)이 6㎛이다. 즉, 제2실시예의 광학변조소자(1)에서는 A단면위치에서 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 간격과 위상차 선(1f) 사이의 간격이 대응하고 있다.

그러나, A단면 위치 이외의 단면 위치에서는, 광학분할소자(2)로 분할된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포 간의 간격과 위상차 선(1f) 사이의 간격이 어긋나 있어, B단면 위치에서 그 어긋난 양이 최대 1㎛로 되어 있다. 이와 같이, 제2실시예의 광학변조소자(1)에서는 인접하는 2개의 위상차 선(1f)의 간격은 제1기준간격(설계값)인 5㎛와 제1보정간격인 4㎛ 또는 6㎛의 사이에서 위상차 선(1f)의 방향을 따라서 증감을 반복하고 있다. 그리고, 이웃하는 2개의 위상차 선(1f) 간의 제1보정간격과 제1기준간격과의 차의 절대값에 대응하는 보정량(C)은 1㎛ 이하로, 다음의 수학식 4를 만족하고 있다.

이상과 같이, 제2실시예에서는 광학변조소자(1)의 A단면 위치에 있어서 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 간격과 위상차 선(1f) 간의 간격이 대응하고 있다. 따라서, 도 12a에 도시하는 광학변조소자(1)의 A단면 위치에 대응하는 피처리기판(5)의 표면위치에는, 도 12b에 도시하는 바와 같이, 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 한편, 도 12a에 도시하는 광학변조소자(1)의 B단면위치에 있어서 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 간격과 위상차 선(1f) 간의 간격이 대략 간격(D) 만큼 어긋나, 역피크 점과 그 편측의 피크형상 위치가 서로 겹치므로 광학변조소자(1)의 B단면위치에 대응하는 피처리기판(5)의 표면위치에는 도 12c에 도시하는 바와 같이 역피크가 실질적으로 소거된 광 강도분포가 형성된다.

제2실시예의 광학변조소자(1)에서는 인접하는 2개의 위상차 선(1f) 간의 간격이 제1기준간격이 5㎛와 제1보정간격인 4㎛ 또는 6㎛의 사이에서 위상차 선(1f)의 방향을 따라서 증감을 반복하고 있다. 따라서, 광학변조소자(1)의 A단면위치에 대응하는 피처리기판(5)의 표면위치에 있어서 역피크 점의 광 강도가 가장 작고, B단면위치에 대응하는 피처리기판(5)의 표면위치를 향하여 위상차 선(1f)의 방향으로 역피크 점의 광 강도가 증대한다.

그 결과, 제2실시예에서는 광학변조소자(1)의 A단면위치에 대응하는 피처리기판(5)의 표면 위치에 역피크 점을 제한할 수 있다. 즉, 제2실시예에서는 제1실시예의 효과에 더하여, 결정의 형성위치를 이차원적으로 결정한다는 효과를 달성할 수 있다.

(제3실시예)

제1실시예에서는, 특히 포커스상태에서 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포에 있어서 역피크의 양측에 불필요한 피크형상이 나타난다. 상술한 바와 같이, 피크형상의 존재는 어블레이션의 원인 및 결정성장의 정지원인이 된다. 우선, 제3실시예의 구체적인 설명에 앞서, 역피크의 양측에 피크형상이 발생하는 원리를 설명한다. 일반적으로, 결상광학계(4)에 의한 결상의 복소진폭분포 U(x, y)는 비교계수를 생략하면, 다음의 수학식 5로 나타난다.

또한, 수학식 5에 있어서, O(x, y)는 물체의 복소진폭투과율분포를, *는 컨 볼류션(상승적분)을, PSF(x, y)는 결상광학계(3)의 점상분포함수를 각각 나타내고 있다. 여기서, 점상분포함수란, 결상광학계(4)에 의한 점상의 복소진폭분포라 정의한다. 결상광학계(4)가 균일한 원형 동공을 가지고 또 무수차인 경우, 점상분포함수 PSF(x, y)는 다음의 수학식 6으로 나타난다.

단, a = ( 2π·NA) / λ

r = ( x² + y² ) ^1/2

또한, 수학식 6에서 J₁는 베셀(Bessel)함수를, λ는 광의 파장을, NA는 상술한 바와 같이 결상광학계(3)의 영상측 개구수를 각각 나타내고 있다. 위 수학식 6에 의한 점상분포함수(PSF)를 도 13에 도시한다. 도 13에 있어서, 세로축은 점상분포함수(PSF)의 값이며, 가로축은 (a·r)의 값이다. 도 13을 참조하면, 점상분포함수(PSF)의 값이 음인 영역 즉, '음영역'이 존재하며, 이 음영역의 존재가 피크형상의 발생 원인이다.

여기서, 원점에 가장 가까운 음영역의 위치범위는 다음의 수학식 7로 나타난다. 또, a = (2π·NA) / λ를 수학식 7에 대입하면, 다음의 수학식 8에 나타내는 관계가 얻어진다.

다음에, 위상차가 180도인 위상 시프터의 경우를 예로 들어, 더욱 구체적으로 피크 형상의 발생을 설명한다. 도 14a는 위상차가 180도인 위상 시프터의 복소진폭투과율분포(O(x))를 나타내고 있다. 도 14a 중의 좌측영역 즉 위상값이 180도인 영역(40) 및 우측영역 즉 위상값이 0도인 영역(41) 중, 우측영역(41)에 주목하여 점상분포함수(PSF(x))와의 컨볼류션의 모습을 복수의 가는 선(42)으로, 그 효과로서 얻어지는 영상의 복소진폭분포(U(x))를 굵은 선(43a)으로 도 14b에 도시한다. 굵은 선(43a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))는 단차의 위치(44)에 대해서 점대칭이 되며, 우측에는 볼록부(45)가 좌측에는 오목부(46)가 생긴다.

또한, 위상값이 0도인 영역(41)에 대응하는 영상의 복수진폭분포(U(x))의 정확한 형상을 도 15에 도시한다. 도 14a 중의 좌측영역 즉 위상값이 180도인 영역(40)에 대해서도 동일한 현상이 생긴다. 이렇게 하여, 도 14c에 도시하는 바와 같이 위상값이 0도인 영역(41)에 대응하는 굵은 선(43a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))와 위상값이 180도인 영역(40)에 대응하는 굵은 선(43a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))를 서로 겹쳐 얻어지는 굵은 선(43)으로 나타내는 최종적인 복소진폭분포(U(x))도, 우측의 볼록부(47)와 좌측의 오목부(48)가 강조되어 남는다. 그 결과, 도 14d에 도시하는 바와 같이, 위상 시프터의 위상차에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포(49)에는 도 14c에 도시하는 볼록부(47) 및 오목부(48)에 대응하여 역피크의 양측에 피크형상(도면 중 파선 원으로 나타낸다)(49a)이 발생한 다.

도 16a 내지 도 16d는 도 14a 내지 도 14d에 대응하는 도면으로서, 본 발명에 의해 피크형상을 억제하는 제1수법을 설명하는 도면이다. 도 16a를 참조하면, 제1수법에서는 도 14c에서의 볼록부(47) 및 오목부(48)에 대응하는 위치에 광 차폐영역(60 및 61)을 각각 설치하고 있다. 따라서, 도 16a에 도시하는 바와 같이, 광 차폐영역(60 및 61)에서의 복소진폭투과율분포(O(x))의 값이 제로(zero)가 된다.

그 결과, 도 16b에 도시하는 바와 같이, 점상분포함수(PSF(x))와의 컨볼류션 중, 광 차폐영역(60)에 대응하여 굵은 파선(62)으로 나타내는 부분이 결여되어, 그 결과로서 얻어지는 영상의 복소진폭분포(U(x))는 굵은 선(63a)으로 나타나는 바와 같이 된다. 굵은 선(43a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))와 굵은 선(63a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))를 비교하면, 광 차폐영역(60)의 작용에 의해 굵은 선(43a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))에서의 볼록부(45)가 오목부(64a)로 변화한다. 오목부(46)는 약간 변화하여 오목부(65a)가 되는데, 기본적으로 오목부(46)와 오목부(65a)는 동일하다고 간주해도 좋다. 이 때, 오목부(64a)의 면적이 오목부(65a)의 면적(=오목부(46)의 면적)과 거의 동일한 것이 바람직하다.

그 경우, 도 16c에 도시하는 바와 같이, 광 차폐영역(60)이 형성된 위상값 0도인 영역에 대응하는 굵은 선(63a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))와 광 차폐영역(61)이 형성된 위상값 180도의 영역에 대응하는 굵은 선(63b)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))를 서로 겹쳐 얻어지는 굵은 선(63)으로 나타내는 최종적인 복소진폭분포(U(x))에서는, 도면 중 파선의 타원형으로 도시하는 바와 같이 오목부(64a) 와 오목부(65a)의 반전에 대응하는 볼록부(65b)가 상쇄되어, 오목부(65a)와 오목부(64a)의 반전에 대응하는 볼록부(64b)가 상쇄되어, 굵은 선(43)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))에서 보여진 볼록부(47) 및 오목부(48)가 사라져 이 부분에서 비교적 평평한 분포를 얻을 수 있다. 그 결과, 제1수법에서는, 도 16d에 도시하는 바와 같이 위상 시프터의 위상차에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포(66)에는 역피크의 양측에 피크형상이 실질적으로 발생하지 않는다.

도 17a 내지 도 17d는 도 14a 내지 도 14d에 대응하는 도면으로서, 본 발명에 의해 피크형상을 억제하는 제2수법을 설명하는 도면이다. 도 17a를 참조하면, 제2수법에서는 도 14c에서의 볼록부(47) 및 오목부(48)에 대응하는 위치에 위상변조영역(70 및 71)을 각각 설치하고 있다. 여기서, 위상변조영역(70 및 71)에서의 위상변조량은 180도로 설정되어 있다, 따라서, 도 17a에 도시하는 바와 같이, 위상변조영역(70)에서의 복소진폭투과율분포(O(x))의 값은 위상값 180도인 영역과 동일하며, 위상변조영역(71)에서의 복소진폭투과율분포(O(x))의 값은 위상값 0도인 영역과 동일해진다.

그 결과, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 점상분포함수PSF(x)와의 컨볼류션 중, 위상변조영역(70)에 대응하여 굵은 파선(72)으로 나타내는 부분이 반전함으로써, 그 결과로서 얻어지는 영상의 복소진폭분포(U(x))는 굵은 선(73a)으로 나타내게 된다. 굵은 선(43a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))와 굵은 선(73a)로 나타내는 복소진폭분포(U(x))를 비교하면,위상변조영역(70)의 작용에 의해 굵은 선(43a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))에서의 볼록부(45)가 오목부(74a)로 변화한다. 오목부(46)는 약간 변화하여 오목부(75a)가 되지만 기본적으로 오목부(46)와 오목부(75a)는 동일하다고 간주해도 좋다. 이 때, 오목부(74a)의 면적이 오목부(75a)의 면저(=오목부(46)의 면적)과 거의 동일한 것이 바람직하다.

그 경우, 도 17c에 도시하는 바와 같이, 위상변조영역(70)이 형성된 위상값 0도인 영역에 대응하는 굵은 선(73a)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))와 위상변조영역(71)이 형성된 위상값 180도의 영역에 대응하는 굵은 선(73b)로 나타내는 복소진폭분포(U(x))를 서로 겹쳐 얻어지는 굵은 선(73)으로 나타내는 최종적인 복소진폭분포(U(x))에서는, 도면 중 파선의 타원형으로 도시하는 바와 같이 오목부(74a)와 오목부(75a)의 반전에 대응하는 볼록부(75b)가 상쇄되고, 오목부(75a)와 오목부(74a)의 반전에 대응하는 볼록부(75b)가 상쇄된다. 도 14c에서 설명된 굵은 선(43)으로 나타내는 복소진폭분포(U(x))에서 보여진 볼록부(47) 및 오목부(48)가 사라져 이 부분에서 비교적 평평한 분포를 얻을 수 있다. 그 결과, 제2수법에서도 제1수법과 마찬가지로 도 17d에 도시하는 바와 같이 위상 시프터의 단차에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포(76)에는 역피크 양측의 최대 광 강도부에 피크형상(도 15의 볼록부(45))가 실질적으로 발생하지 않는다.

다음에, 광 차폐영역(60, 61)이나 위상변조영역(70, 71)의 위치 및 크기에 관해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 도 14b에 있어서, 영상의 복소진폭분포(U(x))의 볼록부(45) 및 오목부(46)의 위치는 상기 컨볼류션의 수학식 5에서 단차에서 떨어진 우측 영역(41)만을 적분함으로써 구해진다. 그 결과를 정확하게 나타낸 도 15를 참조하면, 볼록부(45)는 단차로부터 0.4λ/NA ~ 0.7λ/NA의 범위에 위치한다. 따라서, 광 차폐영역(60, 61)이나 위상변조영역(70, 71)도 이 위치의 근방에 형성하면 좋다. 또, 광 차폐영역(60, 61)이나 위상변조영역(70, 71)의 크기에 대해서는 오목부(64a, 74a)의 면적과 오목부(65a, 75a)의 면적이 거의 동일해지도록 설정하면 좋다. 구체적으로는, 광 차폐영역이 너무 작으면 광 강도분포에 피크형상이 남고, 너무 크면 지나치게 보정되어 반대로 오목형 형상이 되므로 광 강도분포를 계산하면서 최적인 크기를 구하면 좋다. 광 차폐영역(61)은 일부분의 광만 투과하는 것이어도 좋다.

제3A실시예에서는, 제1실시예의 광학변조소자(1)에 대해서 본 발명의 제2수법을 적용하고 있다. 구체적으로, 제3A실시예에서는 본 발명의 제2수법에 따라서 제1실시예의 광학변조소자(1)에 선형상의 위상변조영역을 부설하여 얻어지는 위상변조형 위상 시프터를 이용하고 있다. 제3A실시예의 광학변조소자(1)에서는 도 18a에 도시하는 바와 같이 위상차 선(1c)에 평행하게 연장하는 선형상 위상변조영역(1g)이 위상차 선(1c)의 양측에 형성되어 있다. 여기서, 위상값이 0도인 사각형상의 영역(1a)에 형성된 선형상 위상변조영역(1g)의 위상값은 60도이며, 위상값이 60도인 사각형상 영역(1b)에 형성된 선형상 위상변조영역(1g)의 위상값은 0도이다. 바꿔 말하면, 위상차 선(1c)의 위상변조량 및 선형상 위상변조영역(1g)의 위상변조량은 모두 60도이다.

또, 선형상 위상변조영역(1g)의 폭 치수는 0.07㎛로 설정되며, 선형상 위상변조영역(1g)의 중심선과 근방의 위상차 선(1c)의 영상측 환산거리(D)는 1.0㎛로 설정되어 있다. 즉, 거리(D)는 대략 0.52×λ/NA에 대응하고 있으며, 상술한 0.4× λ/NA < D < 0.7×λ/NA의 범위내에서 설정되어 있다. 그 결과, 제3A실시예에서는, 도18b에 도시하는 포커스상태에 있어서, 위상차 선(1c)에 대응하는 선영역에 있어서 광 강도가 가장 작고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 역피크형상의 광 강도분포가 형성되어, 도면 중 파선의 원(H)으로 나타내는 바와 같이 역피크(J)의 양측의 피크형상은 양호하게 억제된다.

또, 제3A실시예에서는, 디포커스상태에 있어서 도 19a에 도시하는 바와 같은 정상광선(o)에 의해 형성되는 좌우 비대칭인 역피크 형상의 광 강도분포(도 5a에 상당)와, 도 19b에 도시하는 바와 같은 이상광선(e)에 의해 형성되는 좌우 비대칭인 역피크형상의 광 강도분포(도 5b 상당)의 합성에 의해, 도 19c에 도시하는 바와 같이 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 그리고, 디포커스상태에서도 포커스상태와 마찬가지로 도면 중 파선의 원으로 나타내는 바와 같이 역피크의 양측 피크형상은 양호하게 억제된다. 도 5c에 도시하는 선형상 위상영역을 형성하지 않는 경우의 디포커스 상태의 광 강도분포에서는 약간 남아 있는 피크 형상이, 도 19c에서는 완전하게 제거되어 있으므로 본 실시예의 쪽이 우수한 것이 확인된다.

제3B실시예에서는, 본 발명의 제2수법에 따라서 제1실시예의 광학변조소자(1)에 복수의 고립위상변조영역을 부설하여 얻어지는 위상변조형인 위상 시프터를 이용하고 있다. 제3B실시예의 광학변조소자(1)에서는 도 20에 도시하는 바와 같이 위상차 선(1c)에 평행하게 배열되는 복수의 섬형상 고부(高部) 또는 저부(低部), 예를 들면 정방형상의 고립위상변조영역(1h)이 위상차 선(1c)의 양측에 형성되어 있다. 여기서, 위상값이 0도인 사각형상 영역(1a)에 형성된 고립위상변조영역(1h)의 위상값은 60도이며, 위상값이 60도인 사각형상 영역(1b)에 형성된 고립위상변조영역(1h)의 위상값은 0도이다. 바꿔 말하면, 위상차 선(1c)의 위상변조량 및 고립위상변조영역(1h)의 위상변조량은 모두 60도이다.

또, 고립위상변조영역(1h)의 폭 치수(한변의 치수) 및 간격은 0.21㎛ 및 0.63㎛로 각각 설정되며, 복수의 고립위상변조영역(1h)의 중심을 연결하는 중심선과 인접하는 위상차 선(1c)의 영상측 환산거리(D)는 제3A실시예의 경우와 마찬가지로 1.0㎛로 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 제3A실시예에서의 선형상 위상변조영역(1g)과 제3B실시예에서의 복수의 고립위상변조영역(1h)은 위상변조 면적이 서로 거의 동일해지도록, 나아가서는 광학적으로 거의 등가인 효과를 가지도록 설정되어 있다.

그 결과, 도시를 생략하였지만, 제3B실시예에서도 제3A실시예와 마찬가지로 포커스상태 및 디포커스상태에 있어서 위상차 선(1c)에 대응하는 선영역에서 광 강도가 가장 작고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 서로 유사한 역피크 형상의 광 강도분포가 형성되며, 피크형상의 광 강도분포에 있어서의 역피크의 양측 피크형상은 양호하게 억제된다.

이상과 같이, 제3실시예(제3A실시예 및 제3B실시예)에서는 광학변조소자(1)로서 위상차 선(1c)의 근방에 형성된 위상변조영역(1g, 1h)을 가지는 위상 시프터를 이용함으로써 역피크의 양측에 발생하는 피크형상을 억제한 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 피처리기판(5) 상에 형성할 수 있다. 그 결과, 제3실시예에서는, 피크형상에 기인하는 어블레이션의 발생에 의해 반도체막이 파괴되는 일이 없어져, 역피크 부분으로부터 개시된 결정성장이 피크형상부분에서 정지하지 않고 대입경의 결정을 생성할 수 있다.

또한, 제3A실시예와 제3B실시예를 비교하면, 고립위상변조영역(1h)의 최소 치수 쪽이 선형상 위상변조영역(1g)의 최소 치수보다도 크다. 따라서, 제3B실시예에서의 위상 시프터 쪽이 제3A실시예에서의 위상 시프터보다도 제작이 용이하다. 즉, 해상도가 낮은 노광장치나 프로세스에서도 제3B실시예의 실현이 가능하며, 또 프로세스에 의한 치수변동이 있어도 제3B실시예의 쪽이 상대적인 변화율이 적으므로 광 강도분포에 미치는 불규칙이 작아진다는 이점이 있다 또한, 고립위상변조영역(1h)은 도 20에서는 정방형상의 형태를 가지지만, 결상광학계(4)의 해상도(~λ/NA)에 비해서 충분히 작은 치수를 가지는 임의의 형상을 적용할 수 있다.

또, 도시를 생략하였지만, 제 3C실시예에서는 본 발명의 제1수법에 따라서 제1실시예의 광학변조소자(1)에 선형상의 광 차폐영역을 부설하여 얻어지는 광 차폐형의 위상 시프터를 이용할 수 있다. 즉, 제3C실시예의 광학변조소자(1)는 선형상 위상변조영역(1g)이 선형상 광 차폐영역에서 치환된 구성을 가진다. 또한, 도시를 생략하였지만, 제3D실시예에서는 본 발명의 제1수법을 따라서 제1실시예의 광학변조소자(1)에 복수의 고립광 차폐영역을 부설하여 얻어지는 광 차폐형의 위상 시프터를 이용할 수도 있다. 즉, 제3D실시예의 광학변조소자(1)는 도 20에 도시하는 고립위상변조영역(1h)이 고립광 차폐영역에서 치환된 구성을 가진다.

제3C실시예 및 제3D실시예에서는 광학변조소자(1)로서 위상차 선(1c)의 근방 에 형성된 광 차폐영역을 가지는 위상 시프터를 이용함으로써, 역피크의 양측에 발생하는 피크형상을 억제한 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 피처리기판(5) 상에 형성할 수 있다. 그 결과, 피크형상에 기인하는 어블레이션의 발생에 의해 반도체막이 파괴되는 일이 없어지고, 역피크 부분으로부터 개시된 결정성장이 피크형상부분에서 정지하는 일없이 대입경의 결정을 생성할 수 있다.

또한, 제3C실시예와 제3D실시예를 비교하면, 고립광 차폐영역의 최소 치수의 쪽이 선형상 광 차폐영역의 최소 치수보다도 커진다. 따라서, 제3D실시예에서의 고립광 차폐영역의 쪽이 제3C실시예에서의 선형상 광 차폐영역보다도 형성이 용이하며, 나아가서는 제3D실시예에서의 위상 시프터의 쪽이 제3C실시예에서의 위상 시프터보다도 제작이 용이하다. 또, 광 차폐영역의 형성시에, 예를 들면 위상차를 형성하기 위한 단차를 형성한 후에, 통상의 리소그래피의 방법에 의해 크롬의 패턴을 형성하면 좋다.

(제4실시예)

도 21은 제4실시예의 광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다. 또, 도 22a 및 도 22b는 도 21에 도시하는 광학변조소자에서의 기본패턴을 도시하는 도면이다. 도 21을 참조하면, 제4실시예의 광학변조소자(1)에는 제1실시예의 경우와 마찬가지로, 위상값이 0도인 사각형상 영역(1a)과 위상값이 60도인 사각형상 영역(1b)이 한 방향을 따라서 서로 번갈아 반복하여 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 인접하는 2개의 위상차 선(1c)의 사이에 형성된 위상영역(1a, 1b)은 서로 번갈아 다른 기준위상값(0도, 60도)을 가진다.

그리고, 각 위상영역(1a, 1b)에는 결상광학계(4)의 점상분포범위의 반경보다도 광학적으로 작은 치수를 가지고 또 기준위상값과 다른 제1위상값을 가지는 제1영역의 점유면적률이 위치에 의해 변화하는 위상분포가 형성되어 있다. 구체적으로, 위상값이 0도인 사각형상 영역(1a)에는 60도의 위상값을 가지는 정방형상의 영역(1i)이, 그 점유면적률이 위치에 따라 변화하도록 형성되어 있다. 한편, 위상값이 60도인 직사각형상 영역(1b)에는 0도의 위상값을 가지는 정방형상의 영역(1j)이 그 점유면적률의 위치에 따라 변화하도록 형성되어 있다.

즉, 인접하는 2개의 위상영역(1a와 1b)의 사이에서 기준위상값(0도, 60도)과 다른 제1위상값(60도, 0도)을 가지는 제1영역(1i, 1j)의 위상변조량의 절대값이 거의 동일하고 또 그 부호가 다르다. 또한, 위상값이 0도인 사각형상 영역(1a)의 기본패턴을 도시하는 도 22a를 참조하면, 광학변조소자(1)의 기본 패턴은 결상광학계(4)의 점상분포범위의 반경보다도 광학적으로 작은 크기의 복수의 셀(도면 중 사각형상의 파선으로 나타낸다)(1k)을 가진다.

각 셀(1k)에는 0도의 위상값(기준위상값)을 가지는 위상영역(도면 중 공백부로 나타낸다)(1a)과, 60도의 위상값(제1위상값)을 가지는 제1영역(도면 중 사선부로 나타낸다)(1i)이 형성되어 있다. 도 22a에 도시하는 바와 같이 각 셀(1k) 내에 있어서의 제1영역(1i)과 위상영역(1a)의 점유면적률이 셀마다 변화하고 있다. 더욱 구체적으로는, 셀 내에서의 위상영역(1a)의 점유면적비는 도면 중 좌측의 셀에서 가장 50%에 가깝고, 도면 중 우측 셀에서 가장 100%에 가깝고, 그 사이에서 단조롭게 변화하고 있다. 따라서, 위상영역(1a)의 점유면적비가 가장 100%에 가까운 양측 위치에서 가장 광 강도가 크고, 위상영역(1a)의 점유면적비가 가장 50%에 가까운 중앙위치에서 가장 광 강도가 작은 일차원의 V자형 광 강도 구배분포가 얻어진다.

마찬가지로, 60도의 기준위치값을 가지는 위상영역(1b)에서도 위상영역(1b)의 점유면적비가 가장 100%에 가까운 양측 위치에서 가장 광 강도가 크고, 위상영역(1b)의 점유면적비가 가장 50%에 가까운 중앙위치에서 가장 광 강도가 작은 일차원의 V자형 광 강도 구배분포가 얻어진다.

즉, 광분할소자(복굴절소자)(2)가 개재하지 않는 경우에는 0도의 기준위상값을 가지는 위상영역(1a)에서 위상차 선(1c)의 피치방향과 직교하는 방향인 B단면(도 21을 참조)을 따라서 도 23b에 도시하는 바와 같은 V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다. 또, 60도의 기준위상값을 가지는 위상영역(1b)에서 위상차 선(1c)의 피치방향과 직교하는 방향인 C단면(도 21을 참조)을 따라서 도 24b에 도시하는 바와 같은 V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다.

그리고, 피처리기판(5)의 표면이 결상광학계(4)에 대해서 상하로 디포커스하면, 도 23b에 도시하는 V자형의 광 강도 구배분포는 도 23a 및 도 23c에 도시하는 바와 같이 디포커스방향으로 의존하여 비대칭으로 변화한다. 마찬가지로, 피처리기판(5)의 표면이 결상광학계(4)에 대해서 상하로 디포커스하면, 도 24b에 도시하는 V자형의 광 강도 구배분포도 도 24a 및 도 24c에 도시하는 바와 같이 디포커스 방향으로 의존하여 비대칭으로 변화한다.

그러나, 제4실시예에서는 광분할소자(2)의 작용에 의해 포커스상태에서는 도 23b에 도시하는 V자형의 광 강도 구배분포와 도 24b에 도시하는 V자형의 광 강도 구배분포와의 합성에 의해 B단면 및 C단면을 따라서 도 25b에 도시하는 바와 같은 V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다. 또, 위쪽으로의 디포커스 상태에서는 도 23a에 도시하는 광 강도 구배분포와 도 24a에 도시하는 광 강도 구배분포의 합성에 의해 B단면 및 C단면을 따라서 도 25a에 도시하는 바와 같은 V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다.

또한, 아래쪽으로의 디포커스상태에서는 도 23c에 도시하는 광 강도 구배분포와 도 24c에 도시하는 광 강도 구배분포의 합성에 의해 B단면 및 C단면을 따라서 도 25c에 도시하는 바와 같은 V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다. 이와 같이, 도 25a ~ 도 25c를 참조하면, 제4실시예에서는 디포커스의 영향을 거의 받지 않고, B단면 및 C단면을 따라서 소망의 V자형의 광 강도 구배분포가 안정적으로 얻어진다. 즉, 결상광학계(4)의 초점심도가 깊어진다.

또, 제4실시예의 광학변조소자(1)에서는 제1실시예의 경우와 마찬가지로 위상값이 0도인 영역(1a)과 위상값이 60도인 영역(1b)이 서로 번갈아 반복하여 형성되어 있다. 따라서, 위상단차(1c)의 피치방향인 A단면(도 21을 참조)을 따라서 제1실시예의 경우와 마찬가지로 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 얻을 수 있다. 이렇게 하여, 제4실시예에서는 V자형의 광 강도 구배분포와 역피크 형상의 광 강도분포의 합성광 강도분포, 즉 V자형 패턴 + 역피크 형상 패턴의 광 강도분포가 피처리기판(5)의 표면 상에 형성된다.

V자형 패턴 + 역피크 형상 패턴의 광 강도분포에서는 결정핵의 형성위치 즉 결정성장의 개시점을 역피크 형상의 광 강도분포에서 광 강도가 가장 작은 위치로 매우 근접시킬 수 있다. 그리고, V자형의 광 강도 구배분포에서의 광 강도의 구배방향을 따라서 결정핵으로부터의 충분한 측면방향 결정성장을 실현하여 대입경의 결정화 반도체막을 생성할 수 있다.

(제5실시예)

제4실시예에서는 제1실시예의 광학변조소자(1)에 대해서 기준위상값(0도, 60도)와 다른 제1위상값(60도, 0도)을 가지는 제1영역(1i, 1j)을 부설하고 있다. 이에 대해, 제5실시예에서는 제2실시예의 광학변조소자(1)에 대해서 기준위상값과 다른 제1위상값을 가지는 정방형상의 제1영역을 부설하고 있다. 도 26은 제5실시예의 광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다. 도 26을 참조하면, 제5실시예의 광학변조소자(1)에는 제2실시예의 경우와 마찬가지로, 위상값이 0도인 영역(1d)과 위상값이 60도인 영역(1e)이 한방향을 따라서 서로 번갈아 반복하여 형성되어 있다.

그리고, 위상값이 0도인 영역(1 d)에는 60도인 위상값을 가지는 정방형상의 영역(1m)이 그 점유면적률이 위치에 따라 변화하도록 형성되어 있다. 한편, 위상값이 60도인 영역(1e)에는 0도인 위상값을 가지는 정방형상의 영역(1n)이 그 점유면적률이 위치에 따라 변화하도록 형성되어 있다. 또한, 위상영역(1d)과 위상영역(1e)의 사이에는 위상차 선(1f)이 제2실시예의 경우와 마찬가지로 지그재그형상으로 형성되어 있다.

구체적으로는, 인접하는 2개의 위상차 선(1f)의 간격은 가장 큰 정방형상의 영역(1m 및 1n)이 형성되어 있는 위치에서 제1기준간격인 5㎛로 되어 있다. 그리고, 가장 큰 정방형상의 영역(1m 및 1n)이 형성되어 있는 2개 위치의 중간위치에서 인접하는 2개의 위상차 선(1f)의 간격은 제1보정간격인 4㎛ 또는 6㎛로 되어 있다. 바꿔 말하면, 보정량(C)은 위상영역(1d) 또는 위상영역(1e)의 점유면적률이 50%에 가장 가까운 위치에서 극소가 되어 있다.

제5실시예에서는 제4실시예와 마찬가지로, X방향을 따라서(제4실시예에서의 B단면 및 C단면에 대응) V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다. 이 때, V자형의 광 강도 구배분포에서 가장 광 강도가 작은 위치는 위상영역(1d) 또는 위상영역(1e)의 점유면적률이 50%에 가장 가까운 위치에 대응하고 있다. 한편, 제5실시예에서는 제4실시예와는 달리 제2실시예와 마찬가지로, 도 26 중 파선의 타원으로 나타내는 위치에 역피크 점을 가지는 점 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다.

즉, 제5실시예에서는 도 27에 도시하는 바와 같이, X방향을 따라서 일차원적으로 광 강도의 구배를 가지는 V자형의 광 강도 구배분포(5a)와, 도 26 중 파선의 타원으로 나타내는 위치에 대응하여 형성되는 역피크 점(5b)을 가지는 점형상의 역피크 형상의 광 강도분포(5c)의 합성광 강도분포, 즉 V자형 패턴 + 점 역피크 형상 패턴의 광 강도분포(5d)가 피처리기판(5)의 표면 상에 형성된다. 도 27에 도시하는 V자형 패턴 + 점 역피크 형상 패턴의 광 강도분포(5d)는 결정화에 대해서 이상적인 광 강도분포이며, 결정성장의 후반부분에서 폭 방향에 대해서 균일한 구배를 실현할 수 있고, 나아가서는 결정립의 폭을 크게 할 수가 있다.

(제6실시예)

도 28은 제6실시예의 광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다. 도 28을 참조하면, 제6실시예의 광학변조소자(1)는 한방향(도면 중 세로방향)을 따라서 서로 번갈아 반복하여 형성된 2개의 영역, 즉 폭이 5㎛인 위상분포영역(1p)과 폭이 5㎛인 위상균일영역(1q)을 가진다. 위상분포영역(1p)에는 결상광학계(4)의 점상분포범위의 반경보다고 광학적으로 작은 치수를 가지고 또 90도의 위상값을 가지는 사각형상 영역(해칭(hatching)을 실시한 부분)(1r)이 그 점유면적률이 위치에 따라 변화하도록 형성되어 있다. 위상분포영역(1p)에서 영역(1r) 이외의 영역은 0도의 위상값을 가진다. 영역(1r)의 점유면적률은 0%에서 약 50%의 사이에서 변화하고 있다. 한편, 위상균일영역(1q)은 전체에 걸쳐서 0도의 위상값을 가진다. 그리고, 위상분포영역(1p)과 위상균일영역(1q)의 경계선이 실질적으로 위상단차를 형성한다.

제6실시예에서는, 포커스 상태에 있어서 A단면을 따라서 도 29a에 도시하는 바와 같은 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 그리고, 디포커스상태에 있어서도, A단면을 따라서 도 29b에 도시하는 바와 같은 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 또, 포커스상태에 있어서 B단면을 따라서 도 30a에 도시하는 바와 같은 V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다. 그리고, 디포커스상태에 있어서도 B단면을 따라서 도 30b에 도시하는 바와 같은 V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다.

이렇게 하여, 제6실시예에서는 제1실시예와 마찬가지로 광분할소자의 작용에 의해, A단면을 따라서 디포커스의 영향을 거의 받지 않고 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포를 얻을 수 있다. 또, 제5실시예와 마찬가지로, 결정화에 대해서 이상적인 광 강도분포, 즉 V자형 패턴 + 점 역피크 형상 패턴의 광 강도분포를 얻을 수 있다. 단, 제6실시예에서는 B단면을 따라서 얻어지는 V자형의 광 강도 구배분포가 어느 정도 디포커스의 영향을 받게 된다.

(제7실시예)

도 31은 제7실시예의 광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다. 도 31을 참조하면, 제7실시예의 광학변조소자(1)는 도 21에 도시하는 제4실시예의 광학변조소자와 마찬가지로 한방향(도면 중 세로방향)을 따라서 서로 번갈아 반복하여 형성된 2개의 위상영역, 즉, 폭이 5㎛인 위상영역(1s)과 폭이 5㎛인 위상영역(1t)을 가진다. 위상영역(1s)에서는 결상광학계(4)의 점상분포범위의 반경보다도 광학적으로 작은 치수를 가지고 또 60도의 위상값을 가지는 정방형상의 영역(1u)이 그 점유면적률이 위치에 따라 변화하도록 형성되어 있다.

한편, 위상영역(1t)에서는 결상광학계(4)의 점상분포범위의 반경보다도 광학적으로 작은 치수를 가지고 또 -60도의 위상값을 가지는 정방형상의 영역(1v)이 그 점유면적률이 위치에 따라 변화하도록 형성되어 있다. 또한, 위상영역(1s) 및 위상영역(1t)에서 해칭이 실시된 정방형상의 영역(1u 및 1v) 이외의 영역은 0도의 위상값을 가진다. 또, 정방형상의 영역(1u 및 1v)의 점유면적률은 0%에서 약 50%의 사이에서 변화하고 있다. 그리고, 위상영역(1s)과 위상영역(1t)의 경계선이 실질적으로 위상단차를 형성한다.

제7실시예에서는, 포커스상태에서 A단면을 따라서 도 32a에 도시하는 바와 같은 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 그리고, 디포커스상태에서도 A단면을 따라서 도 32b에 도시하는 바와 같은 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 또, 포커스상태에서 B단면을 따라서 도 33a에 도시하는 바와 같은 V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다. 그리고, 디포커스상태에서도 B단면을 따라서 V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다.

이렇게 하여, 제7실시예서는 제1실시예와 마찬가지로, 광분할소자의 작용에 의해 A단면을 따라서 디포커스의 영향을 거의 받지 않고 좌우 대칭인 역피크 형상의 광 강도분포를 얻을 수 있다. 또, 제4실시예와 마찬가지로 광분할소자의 작용에 의해 B단면을 따라서 디포커스의 영향을 거의 받지 않고 V자형의 광 강도 구배분포를 얻을 수 있다. 또한, 제5실시예와 마찬가지로 결정화에 대해서 이상적인 광 강도분포, 즉 V자형 패턴 + 점 역피크 형상 패턴의 광 강도분포를 얻을 수 있댜.

도 34a 내지 도 34e는 본 실시형태의 결정화 장치를 이용하여 결정화된 영역에 전자 디바이스를 제작하는 공정을 도시하는 공정 단면도이다. 도 34a에 도시하는 바와 같이, 절연기판(80)(예를 들면, 알칼리 유리, 석영 유리, 플라스틱, 폴리이미드 등)의 위에 하지막(81)(예를 들면, 막두께 50nm의 SiN 및 막두께 100nm의 SiO₂ 적층막 등) 및 비정질 반도체막(82)(예를 들면, 막두께 50nm ~ 200nm 정도의 Si, Ge, SiGe 등)을 화학기상성장법이나 스퍼터법 등을 이용하여 성막한 피처리기판(5)을 준비한다. 그리고, 본 실시형태에 따른 결정화 장치를 이용하여 비정질 반도체막(82)의 표면의 미리 정해진 영역에 레이저 광(83)(예를 들면, KrF 엑시머 레이저 광이나 XeCl 엑시머 레이저 광 등)을 조사한다.

이렇게 하여, 도 34b에 도시하는 바와 같이, 대입경의 결정을 가지는 다결정 반도체막 또는 단결정화 반도체막(84)이 생성된다. 다음에, 도 34c에 도시하는 바와 같이 포토리소그래피기술을 이용하여 다결정 반도체막 또는 단결정화 반도체막(84)을 예를 들면 박막 트랜지스터를 형성하기 위한 영역이 되는 섬형상의 반도체막(85)으로 가공하여, 표면에 게이트 절연막(86)으로서 막두께 20nm ~ 100nm의 SiO₂막을 화학기상성장법이나 스퍼터법 등을 이용하여 성막한다. 또한, 도 34d에 도시하는 바와 같이 게이트 절연막 상에 게이트 전극(87)(예를 들면, 실리사이드나 MoW 등)을 형성하여 게이트 전극(87)을 마스크로 하여 불순물 이온(88)(N채널 트랜짓터의 경우에는 인, P채널 트랜지스터인 경우에는 붕소)을 이온 주입한다. 그 후, 질소분위기에서 어닐링 처리(예를 들면, 450℃에서 1시간)을 행하여 불순물을 활성화하여 섬형상의 반도체막(85)에 소스영역(91), 드레인영역(92)을 형성한다. 다음에, 도 34e에 도시하는 바와 같이 층간절연막(89)을 성막하여 컨택홀을 뚫고 채널(90)로 이어지는 소스(91) 및 드레인(92)에 접속하는 소스전극(93) 및 드레인전극(94)을 형성한다.

이상의 공정에 있어서, 도 34a 및 도 34b에 도시하는 공정에서 생성된 다결정 반도체막 또는 단결정화 반도체막(84)의 대입경 결정의 위치에 맞추어 채널(90)을 형성한다. 이상의 공정에 의해, 다결정 트랜지스터 또는 단결정화 반도체에 박막 트랜지스터(TFT)를 형성할 수 있다. 이렇게 하여 제조된 다결정 트랜지스터 또는 단결정화 트랜지스터는 액정표시장치(display)나 EL(electro luminescence) 디스플레이 등의 구동회로나, 메모리(SRAM, DRAM)나 CPU 등의 집적회로 등에 적용 가 능하다.

또한, 상술한 설명에서는 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막에 소정의 광 강도분포를 가지는 광을 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 결정화 장치 및 결정화 방법에 본 발명을 적용하고 있다. 그러나, 여기에 한정되지 않고, 일반적으로 결상광학계를 통해서 소정의 광 강도분포를 소정면에 형성하는 광 조사장치에 대해서 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 위상차가 60도인 광 변조소자(1)의 예에 대해서 설명하였지만, 위상차가 180도 이외이면 어떤 위상차라고 좋다.

(제8실시예)

도 35a 및 도 35b는 본 실시예의 광학변조소자(1)의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다. 본 실시예의 광학변조소자(1)는, 도 35a에 도시한 바와 같이, 예를 들어 위상값이 0도인 사각형 영역(1a)과 위상값이 180도인 사각형 영역(1b)이 한 방향으로 교대로 반복되는 선형상 위상 시프터이다. 이렇게 하여, 2개의 사각형 영역(1a 및 1b)의 사이에 위상차 선(위상의 경계선 : 위상 시프트선)(1c)이 형성된다. 또한, 광학변조소자(1)의 전체에는, 위상차 선(1c)이 하나 또는 복수 소정 피치로 형성된다.

따라서, 광분할소자(2)가 개재되어 있지 않은 경우, 피처리기판(5)의 표면에는, 도 35b에 도시한 바와 같이, 광학변조소자(1)의 위상차 선(1c)(단차부)에 대응하는 선 영역에 위상차가 거의 0이고 그 주변을 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 광학변조소자(1)는 상술한 바에 근거하여 예를 들면 석영유리기판에 필요로 하는 위상차에 대응하는 두께 분포를 형성함으로써 제조할 수 있다. 석영유리기판의 두께 변화는 선택에칭이나 FIB(Focused Ion Beam) 공정에 의해 형성할 수 있다.

도 36a 내지 도 36c는 본 실시예의 광학변조소자(1)와 광분할소자(2)의 협동작용을 도시한 도면이다. 도 4a 및 도 4b를 참고하여 설명한 복굴절소자(2E)가 개재되어 있지 않은 경우에, 피처리기판(5)의 표면에는, 도 36a에 도시한 바와 같이, 광학변조소자(1)의 위상차 선(1c)에 대응하는 선 영역에 위상차가 거의 0이고 그 주변을 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 이 실시예에서는, 복굴절소자(2E)를 통하여 입사광이 편광상태가 상이한 비간섭성인 2개의 광속으로 분할되기 때문에 피처리기판(5)의 표면에는 상호 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포가 형성될 수 있다.

이 실시예에서, 복굴절소자(2E)로의 입사광이 랜덤 편광상태라면 복굴절소자(2E)를 통해 분할된 2개의 광은 거의 동일한 강도를 가진다. 또한, 복굴절소자(2E)를 통해서 분할된 2개의 광속이 피처리기판(5)의 표면에서 서로 겹쳐질 때, 2개의 광속은 서로 간섭하지 않으므로 단순하게 광 강도의 합으로서 합성된다. 이것을 고려하여, 본 실시형태에서는 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 정상광선(o)에 의해 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포와 이상광선(e)에 의해 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포와의 거리(d1)가 도 36b의 광학변조소자(1)의 위상차 선(1c)의 피치의 1/2(일반적으로는 절반 피치의 홀수배)에 대응하도록 설정되어 있다.

따라서, 정상광선(o)에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포의 역피크 부분과 이상광선(e)에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포의 비교적 평평한 부분이 서로 겹쳐지고, 마찬가지로 이상광선(e)에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포의 역피크 부분과 정상광선(o)에 의해 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포의 비교적 평평한 부분이 서로 겹쳐진다. 그 결과, 본 실시형태에서는 광학변조소자(1)와 복굴절소자(2E)의 협동작용에 의해 도 36c에 도시하는 바와 같이, 광학변조소자(1)의 위상차 선(1c) 및 그 중간선에 대응하는 선영역에서 광 강도가 최소이고 주위를 향하여 광 강도가 급격하게 증대하는 역피크 형상의 광 강도분포가 피처리기판(5)의 표면에 형성된다. 즉, 최소 광 표시강도는 이미 한쪽의 광속 강도분이 가산되어 높은 광 강도가 된다. 이 광 강도는 피처리기판(5)의 비단결정막의 융점 근방에 선택된다.

여기서, 광학변조소자(1) 및 복굴절소자(2E)를 통해서 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포에서의 역피크 점의 최소 광 강도는 최대 광 강도의 1/2 정도이다. 게다가, 180도의 위상 시프터를 이용하여 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 디포커스의 영향을 거의 받지 않는다. 따라서, 도 36c에 도시하는 바와 같이 광학변조소자(1) 및 복굴절소자(2E)를 통해서 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포도 마찬가지로 디포커스의 영향을 거의 받지 않는다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포에서의 역피크 점의 최소 광 강도는 최대 광 강도의 1/2정도이다. 또, 피처리기판(5)에는 디포커스의 원인이 되는 판두께 편차가 불가피적으로 존재하는데, 피처리기판(5)의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 디포커스의 영향을 거의 받지 않는다. 그 결과, 본 실시형태에서는 깊은 초점심도에 의거하여 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 안정적으로 형성할 수 있고, 또 피처리기판(5)의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서 복굴절소자(2E)에 의해 발생하는 수차를 최소로 하기 위해서는 복굴절소자(2E)를 광학변조소자(1)에 밀착시키든지, 또는 복굴절소자(2E)를 광학변조소자(1)에 가능한 한 접근시키는 것이 바람직하다. 단, 복굴절소자(2E)와 광학변조소자(1)의 표면간의 반복 반사가 일어나면 간섭에 의해 강도 불균일이 발생하므로, 2개의 소자간에 굴절률 매칭재료를 설치하든지 또는 2개의 소자가 대향하는 표면에 무반사 코트를 설치하는 것이 바람직하다.

또, 복굴절소자(2E)의 광 입사면을 표면 가공함으로써 소망하는 위상차를 얻기 위한 단차를 형성하여, 복굴절소자(2E)의 기능과 광학변조소자(1)의 기능을 일체화하는 것도 가능하다. 즉, 광학변조수단과 광분할수단을 일체로 해도 좋다. 또한, 복굴절소자(2E)를 광학변조소자(1)의 출사광측(후측)에서 광학변조소자(1)에 근접시켜 배치하고 있는데, 이것에 한정되지 않고, 일반적으로는 광학변조소자(1)의 근방, 접촉 또는 광학변조소자(1)의 공역위치 또는 그 근방에 배치할 수도 있다.

제1실시예 및 제8실시예에서는, 광학변조소자(1)로서, 180도 이외의 위상차 선을 가지는 선형상 위상 시프터와 180도의 위상차 선을 가지는 선형상 위상 시프터를 소정의 주기로 배열한 것을 사용한다. 그러나, 3종류 이상의 위상값 영역이 한 점에서 서로 만나는 패턴을 가지는 어떠한 위상 시프터를 사용해도 좋다. 구체적으로는, 도 37a에 도시한 바와 같이, 서로 다른 위상값을 가지는 4종류의 사각형상 영역(10a, 10b, 10c, 10d)이 소정 점(10e)에서 서로 인접하는 형태를 가지는 광학변조소자(10)를 사용할 수도 있다.

여기서, (제8실시예에 대응하는) 180도의 위상차 선을 가지는 광학변조소자(10)는, 예를 들어 위상값이 0도인 제1사각형상 영역(10a)과, 위상값이 90도인 제2사각형상 영역(10b)과, 위상값이 180도인 제3사각형상 영역(10c)과, 위상값이 270도인 제4사각형상 영역(10d)을 가진다. 180도의 위상차 선을 가지지 않는(제1실시예에 해당) 광학변조소자의 경우에는 위상값이 상술한 것들과는 다르다는 것을 알 수 있다. 어느 경우라도, 점(10e)에서 십자상으로 교차하는 4개의 직선은 제1사각형상 영역(10a)과 제2사각형상 영역(10b)과의 경계선, 제2사각형상 영역(10b)과 제3사각형상 영역(10c)과의 경계선, 제3사각형상 영역(10c)과 제4사각형상 영역(10d)과의 경계선 및 제4사각형상 영역(10d)과 제1사각형상 영역(10a)과의 경계선에 대응하도록 구성된다.

또한, 도시를 생략하고 있지만, 광학변조소자(10)에는 도 37a에 도시하는 위상 패턴이 이차원적으로 반복하여 형성되어 있다. 이 경우, 점(10e) 뿐만 아니라 사각형상 영역의 각 모서리부(10f)도 4종류의 위상값 영역(10a~10d)의 접점을 구성하며, 나아가서는 위상차 점(위상 시프트 점)을 구성하게 된다. 그 결과, 복굴절소 자(2E)(또는 20~22)가 개재하지 않는 경우, 도 37b에 도시하는 바와 같이 피처리기판(5)의 표면에는 광학변조소자(10)의 위상차 점(10e, 10f)에 대응하는 스폿영역(10g)에서 광 강도가 가장 작고 주변의 모든 방향을 향하여 급격하게 광 강도가 증대하는 역피크 형상의 광 강도분포가 얻어진다.

실제로는 복굴절소자(2E)(또는 20~22)가 개재하므로, 피처리기판(5)의 표면에는 사각형상 영역의 대각방향을 따라서 서로 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포가 서로 겹쳐져, 소망의 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 여기서, 서로 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 거리는 광학변조소자(10)에서의 4종류의 위상차 영역(10a~10d)의 사각형상의 대각방향을 따른 피치의 절반(일반적으로는 1/2 피치의 홀수배)에 대응하도록 설정되어 있다.

이렇게 하여, 광학변조소자(10)를 이용하는 변형예의 경우, 피처리기판(5)의 표면에는 도 10c에 도시하는 바와 같이, 위상차 점(10e, 10f)에 대응하는 스폿영역(10g) 및 그 중간에 위치하는 스폿영역(10h)에서 광 강도가 가장 작고 주변의 모든 방향을 향하여 급격하게 광 강도가 증대하는 역피크 형상의 광 강도분포가 얻어진다. 그 결과, 깊은 초점심도에 의거하여 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 안정적으로 형성할 수 있고, 또 피처리기판(5)의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전율을 높일 수 있다. 즉, 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 소망하는 위치에 안정적으로 형성할 수 있고, 또 반도체막에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다.

또는, 제8실시예의 변형예로서 광학변조소자로서 약 180도의 위상차 선이 1 점에서 3개 이상 교차하는 패턴을 가지는 위상 시프터를 이용할 수도 있다. 구체적으로는, 도 38a에 도시하는 바와 같이 예를 들면, 위상값이 0도인 제1사각형상 영역(11a)과 위상값이 180도인 제2사각형상영역(11b)의 사이에 형성되는 180도의 위상차 선(11c)이 소정의 점(11d)에서 직교하는 광학변조소자(11)를 이용할 수도 있다. 이 광학변조소자(11)에서는 위상값이 0도인 제1사각형상영역(11a)과 위상값이 180도인 제2사각형상영역(11b)이 서로 번갈아 이차원적으로 형성되어 있다.

또한, 도시를 생략하였지만, 광학변조소자(11)에는 도 38a에 도시하는 복수의 위상 패턴이 이차원적으로 반복하여 형성되어 있다. 이 경우, 중심점(11d) 뿐만 아니라 사각형상 영역의 각 모서리부(11e)도 위상차 점을 구성하며, 십자형상의 교차점(11c) 뿐만 아니라 사각형상 영역의 각 변(11f)도 위상차 선을 구성하게 된다. 그 결과, 복굴절소자(2E)(또는 20~22)가 개재하지 않는 경우, 도 38b에 도시하는 바와 같이 피처리기판(5)의 표면에는 광학변조소자(11)의 위상차 점(11d, 11e)에 대응하는 스폿영역(11g) 및 광학변조소자(11)의 위상차 선(11c, 11f)에 대응하는 선영역(11h)에서 광 강도가 가장 작고 주변을 향하여 급격하게 광 강도가 증대하는 역피크 형상의 광 강도분포가 얻어진다.

실제로는 복굴절소자(2E)(또는 20~22)가 개재하므로, 피처리기판(5)의 표면에는 서로 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포가 서로 겹쳐져, 소망의 역피크 형상의 광 강도분포가 형성된다. 여기서, 서로 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 거리는 광학변조소자(11)에서의 위상차 선(11c, 11f)의 교점(11d, 11e)의 피치의 1/2(일반적으로는 1/2 피치의 홀수배)에 대응하도록 설정되어 있다.

이렇게 하여, 광학변조소자(11)를 이용하는 변형예의 경우, 피처리기판(5)의 표면에는 위상차 점(11d, 11e)에 대응하는 스폿영역(11g) 및 그 중간에 위치하는 스폿영역(11i) 및 위상차 선(11c, 11f)에 대응하는 선 영역(11h) 및 그 중간에 위치하는 선 영역(11j)에서 광 강도가 가장 작고 주변을 향하여 급격하게 광 강도가 증대하는 역피크 형상의 광 강도분포가 얻어진다. 그 결과, 깊은 초점심도에 의거하여 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 안정적으로 형성할 수 있고, 또 피처리기판(5)의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전율을 높일 수 있다. 즉, 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 소망하는 위치에 안정적으로 형성할 수 있고, 또 반도체막에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다.

또, 상술한 실시형태에서는 입사광속에 의거하여 역피크 형상의 광 강도분포를 형성하는 패턴을 가지는 광학변조소자(1)를 이용하고 있다. 그러나, 도 39에 도시하는 바와 같이, 역피크 형상의 광 강도분포를 형성하는 패턴을 가지는 광학변조소자(1)에 더하여, 입사광속에 의거하여 광 강도 구배분포를 형성하는 패턴을 가지는 제2광학변조소자(12)를 이용할 수도 있다. 도 39에서, 제2광학변조소자(12)는 광학변조소자(1)와 복굴절소자(2E)의 사이의 광 경로 중에 배치되며, 광학변조소자(1)의 위상 패턴면과 제2광학변조소자(12)의 위상 패턴면이 대향하도록 배치되어 있다.

제8실시예의 광학변조소자(1)에는 도 40a에 도시하는 바와 같이 X방향으로 직선상으로 연장되는 180도의 위상차선(1c)이 Y방향으로 소정의 피치로 형성되어 있다. 또, 복굴절소자(2E)는 입사광속을 Y방향으로 이간되는 2개의 광속으로 분할 하도록 설정되어 있다. 이 경우, 도 40a에 도시하는 위상 패턴을 가지는 광학변조소자(1)와 복굴절소자(2E)의 작용에 의해 도 40b에 도시하는 소망의 역피크 형상의 광 강도분포가 피처리기판(5)의 표면 상에 형성되는 것은 상술한 대로이다.

도 41a는 도 39의 변형예에서의 제2광학변조소자의 패턴을 도시하는 도면이다. 또, 도 42a는 도 41a에 도시하는 제2광학변조소자에서의 기본패턴을 도시하는 도면이다. 도 41a에 도시하는 제2광학변조소자(12)의 패턴은 도 42a에 도시하는 기본패턴을 포함하고 있다. 도 42a를 참조하면, 제2광학변조소자(12)의 기본패턴은 결상광학계(4)의 점상분포범위의 반경보다도 광학적으로 작은 사이즈의 복수의 셀(도면 중 사각형상의 파선으로 나타낸다)(12c)을 가진다.

각 셀(12c)에는 예를 들면 -90도의 위상값을 가지는 제1영역(도면 중 사선부로 나타낸다)(12b)과, 예를 들면 0도의 위상값을 가지는 제2영역(도면 중 공백부로 나타낸다)(12a)이 형성되어 있다. 도 42a에 도시하는 바와 같이 각 셀(12c) 내에서의 제1영역(12b)과 제2영역(12a)의 점유면적률이 셀 마다 변화하고 있다. 바꿔 말하면, 위상값이 -90도인 제1영역(12b)과 위상값이 0도인 제2영역(12a)의 점유면적률이 X방향의 위치에 따라 변화하는 위상분포를 가진다. 더욱 구체적으로는, 셀 내에서의 제2영역(12a)의 점유면적비는 도면 중 좌측의 셀에서 가장 50%에 가깝고, 도면 중 우측의 셀에서 가장 100%에 가깝고, 그 사이에서 X방향을 따라서 단조롭게 변화하고 있다.

상술한 바와 같이, 제2광학변조소자(12)는 결상광학계(4)의 점상분포범위의 반경보다도 광학적으로 작은 사이즈의 위상변조단위(셀)(12c)에 의거하는 위상분포 를 가진다. 따라서, 각 위상변조단위(12c)에서의 제1영역(12b)과 제2영역(12a)의 점유면적률을, 즉 2개의 위상벡터의 합을 적절히 변화시킴으로써 피처리기판(5) 상에 형성되는 광 강도분포를 해석적으로 또 간단한 계산을 따라서 자유롭게 제어하는 것이 가능하다.

구체적으로는, 도 41b에 도시하는 바와 같이 제2영역(12a)의 점유면적비가 가장 100%에 가까운 양측 위치에서 가장 광 강도가 크고, 제2영역(12a)의 점유면적비가 가장 50%에 가까운 중앙 위치에서 가장 광 강도가 작은 일차원의(X방향으로 구배를 가지는) V자형의 광 강도 구배분포가 얻어진다. 이와 같이, 복굴절소자(2E)에 의한 광속의 분할방향(Y방향)은 광 강도 구배분포의 구배방향(X방향)과 직교하고 있다. 제2광학변조소자(12)는 예를 들면, 석영 유리기판에 소요의 위상단차에 대응하는 두께 분포를 형성함으로써 제조할 수 있다. 석영 유리기판의 두께 변화는 선택에칭이나 FIB(Focused Ion Beam) 가공에 의해 형성할 수 있다.

그 결과, 도 39의 변형예에서는, 도 43에 도시하는 바와 같이, 제2광학변조소자(12)를 통해서 형성되는 일차원 V자형의 광 강도 구배분포(15a)와 광학변조소자(1)와 복굴절소자(2E)를 통해서 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포(15b)의 합성광 강도분포, 즉 V자형 패턴 + 역피크 형상 패턴의 광 강도분포(15c)가 피처리기판(5)의 표면 상에 형성된다. 여기서, 상술한 바와 같이 역피크 형상의 광 강도분포(15b)에서의 역피크 점의 광 강도는 0보다도 실질적으로 큰 소정의 값을 가지며, 역피크 형상의 광 강도분포(15b)는 디포커스의 영향을 거의 받지 않는다.

이렇게 하여, 도 39의 변형예에서도 상술한 실시형태의 경우와 마찬가지로, 깊은 초점 심도에 의거하여 V자형 패턴 + 역피크 형상 패턴의 광 강도분포(15c)를 안정적으로 형성할 수 있고, 또 피처리기판(5)의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다. 즉, 소망의 역피크 형상의 광 강도분포를 소망하는 위치에 안정적으로 형성할 수 있고, 또 반도체막에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다. 또, V자형 패턴 + 역피크형상 패턴의 광 강도분포(15c)에서는 결정핵의 형성위치 즉 결정성장의 개시점을 역피크 형상의 광 강도분포(15b)에서 광 강도가 가장 작은 위치로 매우 접근시킬 수 있다. 그리고, 일차원 V자형의 광 강도 구배분포(15a)에서의 광 강도의 구배방향(X방향)을 따라서 결정핵으로부터의 충분한 측면방향의 결정성장을 실현하여 대입경의 결정화 반도체막을 생성할 수 있다.

또한, 도 39의 변형예에서 결상광학계(4)에 의한 포커스의 관점에서 광학변조소자(1)의 위상패턴면과 제2광학변조소자(12)의 위상패턴면이 가능한 한 근접하도록 배치하는 것이 바람직하다. 또, 광학변조소자(1)의 후측에 제2광학변조소자(12)를 배치하고 있는데, 여기에 한정되지 않고 제2광학변조소자(12)의 후측에 광학변조소자(1)를 배치할 수도 있다. 또한, 광학변조소자(1)와 제2광학변조소자(12)를 각각 이용하고 있는데, 여기에 한정되지 않고 예를 들면, 광학변조소자(1)의 위상패턴과 제2광학변조소자(12)의 위상패턴의 위상값을 가산하여 이루어지는 합성위상패턴을 가지는 하나의 광학변조소자를 이용할 수도 있다.

또, 도 39의 변형예에서 광분할소자(2)로서 하나의 평행평면판으로 이루어진 복굴절소자(2E)를 이용하고 있다. 그러나, 여기에 한정되지 않고, 상술하는 실시형태의 경우와 마찬가지로 사바르판으로서의 복굴절소자(20)나 프랑콘에 의한 사바르판의 변형예에 의거하는 복굴절소자나 월라스톤 프리즘으로서의 복굴절소자를 이용할 수도 있다.

또, 도 39의 변형예에서 역피크 형상의 광 강도분포를 형성하는 패턴을 가지는 광학변조소자로서 소정 주기에 따라서 배치된 180도의 위상차 선을 포함하는 라인형 위상 시프터를 이용하고 있다. 그러나, 여기에 한정되지 않고 상술한 실시형태와 마찬가지로 180도의 위상차 선이 1점에서 3개 이상 교차하는 패턴을 가지는 위상 시프터나 복수의 위상값 영역이 1점에서 접하는 패턴을 가지는 위상 시프터 등을 이용할 수도 있다.

도 34a 내지 도 34e와 관련하여 설명한 반도체 장치는 제8실시예 및 그 변형예의 장치를 사용할 경우에도 제작이 가능하다.

이상에서는 다결정 반도체막이나 비정질 반도체막에 소정의 광 강도분포를 가지는 광을 조사하여 결정화 반도체막을 생성하는 결정화 장치 및 결정화 방법에 적용한 것이다. 그러나, 본 발명은 여기에 제한되지 않고, 결상광학계를 통하여 소정면에 소정의 광 강도분포를 형성하는 광 조사장치에도 적용될 수 있다.

본 발명의 결정화 장치 및 결정화 방법에 따르면, 반도체막에 놓은 충전률로 결정립을 형성할 수 있다. 또, 어블레이션을 발생시키지 않고 결정성장시킬 수 있다. 본 발명의 결정화 장치 및 결정화 방법에서는 180도와 실질적으로 다른 위상변조량의 위상단차가 제1간격으로 배열하는 패턴을 가지는 광학변조소자와, 입사광속을 편광상태가 다른상태가 다른 2개의 광속으로 분할하기 위한 광분할소자의 협동작용에 의해 서로 이간된 2개의 역피크 형상의 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포를 반도체막 기판의 표면에 형성한다. 이 경우, 반도체 기판에는 디포커스의 원인이 되는 판두께 편차가 불가피적으로 존재하지만, 반도체막의 표면에 형성되는 역피크 형상의 광 강도분포는 디포커스의 영향을 거의 받지 않는다. 그 결과, 본 발명의 결정화 장치 및 결정화 방법에서는 깊은 초점심도에 의거하여 소망하는 역피크형상의 광 강도분포를 안정적으로 형성할 수 있고 또 기판의 반도체막 상에 형성되는 결정립의 충전률을 높일 수 있다.

또, 본 발명의 결정화 장치 및 결정화 방법에서는 위상 단차의 근방에 설치된 광 차폐영역 또는 위상변조영역을 가지는 광학변조소자를 이용함으로써, 역 피크의 양측에 발생하는 피크형상을 억제한 소망하는 역피크 형상의 광 강도분포를 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막 상에 형성할 수 있다. 그 결과, 피크형상에 기인하는 어블레이션의 발생에 의해 반도체막이 파괴되지 않게 된다. 또, 역피크부분으로부터 개시된 결정성장이 피크형상부분에서 정지하는 일 없이 대입경의 결정을 생성할 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 효과는 다음의 상세한 설명에 개시되며, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 자명하거나 또는 본 발명의 실시예로부터 밝혀질 것이다. 본 발명의 목적과 효과는 특히 이후에 지정되는 구체예 및 조합을 통하여 실현되고 얻어질 수 있다.

명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도시하며, 상기한 일반적인 설명과 하기의 상세한 실시예의 설명은 함께 본 발명의 원리를 설명하 는 역할을 한다.

Claims

복수의 위상단차가 구비되고, 입사광을 상기 위상단차에 의해 위상변조하여 소정면 상에 제1 광 강도분포를 형성하는 광으로 출사하는 광학변조소자 ; 및

상기 광학변조소자와 상기 소정면 사이에 배치되고, 상기 변조된 광을 상기 소정면 상에 광학 특성이 서로 다른 제2 및 제3 광 강도분포를 형성하는 적어도 2개의 비간섭성 광속으로 분할하고, 상기 분할된 2개의 광속을 포함하는 광을 사출하며, 상기 사출된 광속의 광 강도분포는 서로 합성되어 상기 소정면에 역피크 형상의 제4 광 강도분포를 형성하도록 하는 광학계를 포함하며,

상기 제1 내지 제4 광 강도분포는 상이한 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제1간격이 구비되고 180도와는 다른 위상단차의 패턴을 가지며, 소정면 상에 제1 광 강도분포를 형성하도록 입사광을 변조하는 광학변조소자 ;

상기 광학변조소자에 의해 변조된 광을 제2간격으로 이간되어 상기 소정면에 각각 제2 및 제3의 광 강도분포를 형성하는 2개의 분할된 비간섭성 광속을 포함하는 광으로 변환시키는 광분할소자 ; 및

상기 광분할소자로부터 광을 수광하여 상기 소정면에 광을 결상함으로써 상기 소정면에 상기 제2 및 제3 광 강도분포의 합성에 대응하는 역피크 형상의 제4 광 강도분포를 형성하는 광학계를 포함하며,

상기 제2간격은 상기 결상면에서 상기 제1간격의 전환값의 홀수배에 대응하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제2항에 있어서, 상기 제1간격은 상기 역피크 형상의 광 강도분포를 형성하는 제1기준간격과 상기 역피크형상의 광 강도분포를 형성하지 않는 제1보정간격 사이에서 상기 위상단차의 방향을 따라서 변화하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제3항에 있어서, 상기 이웃하는 2개의 위상단차의 제1보정간격과 상기 제1기준간격과의 차의 절대값에 대응하는 상기 소정면 상의 보정량(C)은, 상기 광학변조소자에서 출사되는 광의 파장을 λ, 상기 광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때,

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학변조소자는 상기 광학계의 점상분포범위의 반경보다도 광학적으로 작고 소정의 변조위상값을 가지는 영역의 점유면적률이 위치에 따라 변화하는 위상분포영역을 가지며, 그 위상분포영역의 주변경계가 상기 180도와는 다른 위상단차를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학변조소자는 상기 광학계의 점상분포범위의 반경보다도 광학적으로 작고 소정의 변조위상값을 가지는 영역의 점유면적률이 위치에 따라서 변화하는, 적어도 2종류의 위상분포영역을 가지며, 그 2종류의 위상분포영역의 변조위상값은 절대값이 동등하고 부호가 반대이며, 그 2종류의 위상분포영역의 경계선이 상기 180도와는 다른 위상단차를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학변조소자는 상기 역피크 형상의 광 강도분포에 있어서 역피크의 양측에 발생하는 피크형상을 억제하기 위해, 상기 위상단차의 근방에 설치된 광 차폐영역을 가지는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제7항에 있어서, 상기 광 차폐영역은 상기 위상단차에 평행하게 연장하는 선형상 광 차폐영역을 가지며, 상기 선형상 광 차폐영역의 중심선과 상기 위상단차와의 거리에 대응하는 상기 소정면 상의 거리(D)는 상기 광학변조소자에서 출사되는 광의 파장을 λ로 하고 상기 광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때,

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제7항에 있어서, 상기 광 차폐영역은 상기 위상단차에 평행하게 배열되는 복수의 고립광 차폐영역을 가지며, 상기 복수의 고립광 차폐영역의 중심을 연결하는 중심선과 상기 위상단차와의 거리에 대응하는 상기 소정면 상의 거리(D)는 상기 광학변조소자에서 출사되는 광의 파장을 λ로 하고 상기 광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때,

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학변조소자는 상기 역피크 형상의 광 강도분포에 있어서 역피크의 양측에 발생하는 피크형상을 억제하기 위해서, 상기 위상단차의 근방에 설치된 복수의 위상변조영역을 가지는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제10항에 있어서, 상기 각 위상변조영역은 상기 위상단차에 평행하게 연장하는 선형상 위상변조영역을 가지며, 상기 선형상 위상변조영역의 중심선과 상기 위상단차와의 거리에 대응하는 상기 소정면 상의 거리(D)는 상기 광학변조소자에서 출사되는 광의 파장을 λ로 하고 상기 광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때,

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제11항에 있어서, 상기 각 위상변조영역은 상기 위상단차에 평행하게 연장하는 복수의 고립 위상변조영역을 가지며, 상기 복수의 고립 위상변조영역의 중심을 연결하는 중심선과 상기 위상단차와의 거리에 대응하는 상기 소정면 상의 거리(D)는 상기 광학변조소자에서 출사되는 광의 파장을 λ로 하고 상기 광학계의 영상측 개구수를 NA로 할 때,

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
입사광을 광변조하여 위상단차가 180도인 패턴을 가지는 광학변조소자 ;

상기 광학변조소자에 의해 변조된 광을, 각각 역피크 형상을 가지는 제1 및 제2 광 강도분포를 소정면 상에 형성하며, 서로 이간되어 있는 상기 역피크 사이의 간격이 상기 위상단차의 피치의 1/2의 홀수배에 대응하는 비간섭성 또는 편광상태의 2개의 분할된 광속으로 변환시키는 광분할소자 ; 및

상기 광학변조소자 및/또는 광분할소자를 통하여 입사되는 광에 의거하여, 역피크 형상을 가지는 상기 제1 및 제2 광 강도분포의 합성에 대응하는 소정의 광 강도분포를 소정면에 형성하는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제 10항에 있어서, 상기 위상단차의 일측에 구비된 위상변조영역의 위상변조량과 상기 위상단차의 타측에 구비된 위상변조영역의 위상변조량은 절대값이 같고 부호가 반대인 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제1항 내지 제4항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 인접하는 2개의 위상단차 사이에 형성된 위상영역은 서로 번갈아 다른 기준위상값을 가지며,

각 위상영역에는 상기 광학계의 점형상 분포범위의 반경보다도 광학적으로 작은 치수를 가지고 또 상기 기준위상값과는 다른 제1위상값을 가지는 제1영역의 점유면적률이 각 위치에 따라 변화하는 위상분포가 형성되며,

인접하는 2개의 위상영역에서 상기 제1영역의 위상변조량의 절대값이 동일하고 또 그 부호가 다른 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제2항 내지 제4항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광분할소자는 상기 광학변조소자와 피조사체 사이에 배치된 복굴절소자를 가지는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제16항에 있어서, 상기 복굴절소자는 결정광학축이 광축에 대해서 소정의 각도를 이루도록 설정된 적어도 하나의 복굴절성의 평행평면판, 결정광학축이 광축에 대하여 각각 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 한 쌍의 평행평면판을 포함하는 사바르판(Savart plate), 결정광학축이 광축에 대하여 각각 소정의 각도를 이루도록 설정된 복굴절성의 한 쌍의 평행평면판, 상기 한 쌍의 평행평면판 사이에 구비된 ½파장판, 및 결정광학축이 광축에 대해서 각각 소정의 각도를 이루도록 설정된 한 쌍의 복굴절성의 편광 프리즘을 포함하는 월라스톤 프리즘(Wallastone prism)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제2항 내지 제4항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광분할소자로 입사되는 광의 편광상태를 제어하여 상기 광분할소자에 의해 분할되는 2개의 광이 동일한 강도를 가지도록 하는 제어소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제18항에 있어서, 상기 제어소자는 상기 광분할소자의 입사측에 배치된 ¼파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제2항 또는 제13항에 있어서, 상기 광학변조소자의 패턴은 입사광에 따라 광 강도분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제20항에 있어서, 상기 광분할소자에 의한 분할방향은 광 강도분포의 경사방향에 수직인 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제2항 또는 제13항에 있어서, 상기 광학변조소자의 패턴은 위상단차로서 3이상의 180도 선형상 위상단차를 적어도 2종류 가지며, 상기 선형상 단차는 한 점으로 수렴하고, 상기 분할된 비간섭성 광속간의 거리는 상기 소정면 상에서 인접하는 점들간의 거리의 홀수배의 절반값에 해당하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제2항 또는 제13항에 있어서, 상기 광학변조소자의 패턴은 위상단차로서 3 이상의 상이한 영역 사이에서 3이상의 선형상 위상단차를 적어도 2종류 가지며, 상기 위상단차는 한 점으로 수렴하고, 상기 분할된 비간섭성 광속간의 거리는 상기 소정면 상에서 인접하는 점들간의 거리의 홀수배의 절반값에 해당하는 것을 특징으로 하는 광 조사장치.
제1항 내지 제4항 및 제13항 중 어느 한 항에 따른 광 조사장치 ;

입사광으로써 광학변조소자에 레이저 광을 공급하는 광원 ; 및

다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막이 합성된 광 강도분포를 가지는 광에 의해 조사되어 결정화되도록 다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막을 위치시키는 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
위상단차가 동일 또는 상이한 제1간격으로 배열되는 패턴을 가지며, 입사광을 광 강도분포를 가지는 광으로 변조하여 변조된 광을 출사하는 광학변조소자 ; 및

상기 광학변조소자와 일체로 그 돌출부측에 구비되며, 광학변조소자에 의해 변조된 광을 비간섭성을 가지는 2개의 광으로 분할하는 광분할소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학변조소자 어셈블리.