KR20040010337A - 결정화 장치, 결정화 방법, 박막 트랜지스터 및 표시장치 - Google Patents

결정화 장치, 결정화 방법, 박막 트랜지스터 및 표시장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20040010337A
KR20040010337A KR1020030050437A KR20030050437A KR20040010337A KR 20040010337 A KR20040010337 A KR 20040010337A KR 1020030050437 A KR1020030050437 A KR 1020030050437A KR 20030050437 A KR20030050437 A KR 20030050437A KR 20040010337 A KR20040010337 A KR 20040010337A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light intensity
semiconductor film
phase shift
light
intensity distribution
Prior art date
Application number
KR1020030050437A
Other languages
English (en)
Inventor
다니구치유키오
마츠무라마사키요
야마구치히로타카
니시타니미키히코
츠지카와스스무
기무라요시노부
쥬몬지마사유키
Original Assignee
가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타 filed Critical 가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타
Publication of KR20040010337A publication Critical patent/KR20040010337A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02488—Insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02598—Microstructure monocrystalline
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02678—Beam shaping, e.g. using a mask
    • H01L21/0268—Shape of mask
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02686—Pulsed laser beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02691—Scanning of a beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1259—Multistep manufacturing methods
    • H01L27/127—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement
    • H01L27/1274—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor
    • H01L27/1285—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor using control of the annealing or irradiation parameters, e.g. using different scanning direction or intensity for different transistors
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

본 발명은 위상 시프트를 조명하기 위한 조명 광학계를 포함하는 결정화 장치에 관한 것이며, 상기 결정화 장치는 조명 광학계로부터의 광 빔을 상기 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소의 강도를 지닌 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔으로 변환시킨다. 상기 결정화 장치는 조명 광학계로부터이 광을 기초로 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소이고 그 주변을 향할수록 증가하는 광 강도를 갖는 오목한 패턴의 광 강도 분포를 소정의 평면 상에 형성하는 광학 부재와, 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막 또는 그 결합 평면 및 소정의 평면의 표면을 광학적인 결합 관계로 설정하기 위한 결상 광학계를 더 포함한다.

Description

결정화 장치, 결정화 방법, 박막 트랜지스터 및 표시 장치{CRYSTALLIZATION APPARATUS, CRYSTALLIZATION METHOD, THIN FILM TRANSISTOR AND DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 같은 비결정화된 반도체 막에 예를 들어, 레이저 빔과 같은 방사 에너지(radiant energy)를 조사함으로써 결정화된 반도체 막을 생성하는 결정화 장치 및 결정화 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 위상 시프트 마스크(phase shift mask)를 이용하여 비결정화된 반도체 막에 위상 변조된 레이저 빔을 조사함으로써 결정화된 반도체 막을 생성하는 결정화 장치 및 결정화 방법에 관한 것이다.
종래, 예를 들어, 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)의 화소에 인가되는 전압을 제어하는 스위칭 소자 등에 사용하기 위한 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)의 재료는 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 및 단결정 실리콘으로 대략 구별된다.
다결정 실리콘은 비정질 실리콘보다 더 높은 전자 또는 전공 이동도를 가진다. 따라서, 다결정 실리콘을 이용하여 트랜지스터가 형성될 때, 비정질 실리콘을 이용하는 경우보다 스위칭 속도가 더 높으므로, 표시 장치의 응답이 빨라지고 다른 부품의 설계 마진(design margin)이 감소될 수 있는 이점이 있다. 또한, 디스플레이 본체 이외의 부분에 형성되는 드라이버 회로 또는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC와 같은 주변 회로가 표시 영역에 형성될 때, 비정질 실리콘을 이용하는 것은 이러한 주변 회로의 고속 동작을 가능하게 한다.
다결정 실리콘은 결정 입자의 집합으로 이루어지지만, 단결정 실리콘보다 더 낮은 전자 또는 전공 이동도를 가진다. 또한, 비정질 실리콘을 이용하여 형성되는소형 트랜지스터에서는, 채널부에서 결정 입자 경계의 수(crystal grain boundary number)가 불규칙하다는 문제점이 있다. 그래서, 최근에는 전자 및 전공의 이동도를 향상시키고 각 박막 트랜지스터의 채널부(활성 영역)에서의 결정 입자 경계의 수에 있어서의 불규칙성을 감소시키기 위하여, 큰 입자 직경을 갖는 결정 입자를 생성하는 다양한 결정화 방법들이 제안되었다.
이러한 종류의 결정화 방법으로서, 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막에 위상 시프트 마스크를 통해 엑시머(excimer) 레이저 빔을 조사함으로써 결정화된 반도체 막을 생성하는 위상 제어 ELA(Excimer Laser Annealing)가 알려져 있다. 위상 제어 ELA의 상세한 내용은 예를 들어, "Surface Science Vol. 21, No. 5, pp. 278-487, 2000" 및 일본 공개특허번호 제2000-306859호([0030] 내지 [0034], 도 8 내지 도 11)에 기재되어 있다.
위상 제어 ELA에서는, 역피크 패턴(inverse peak pattern)의 광 강도 분포(광 강도가 최소인 지점으로부터 멀어지면서 광 강도가 급속하게 증가하는 광 강도 분포)를 발생시키기 위하여 위상 시프트 마스크가 사용되며, 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 같은 비결정화된 반도체 막에 위와 같은 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 주기적으로 조사된다. 그 결과, 상기 광 강도 분포에 따라 비결정화된 반도체 막에 용융 영역이 생성되고, 광 강도 분포가 최소인 지점에 대응하여 용융되지 않은 부분 또는 최초에 응고되는 부분에 결정 핵(crystal nucleus)이 형성되며, 결정 핵으로부터 주변을 향해 횡방향으로 성장(횡방향 성장:lateral growth)함으로써, 큰 입자 직경을 갖는 결정 입자(단결정)가 생성된다.
위에서 설명된 바와 같이, 종래 기술에서는 반도체 막에 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사되고 상기 광 강도 분포에서 광 강도가 최소인 지점에 대응하는 부분에 결정 핵이 형성되므로, 결정 핵 형성 위치가 제어될 수 있다.
그러나, 위상 시프트 마스크는 두 개의 인접한 역피크 패턴부 사이의 중간부에서의 광 강도 분포를 제어할 수 없다.
실제로, 종래 기술에서는 상기 중간부에서의 광 강도 분포가 대체로 불규칙한 서지(surge)(광 강도의 증가 및 감소가 반복되는 파동 형태의 분포)를 포함한다. 이 경우에, 결정화 공정에서는 상기 결정 핵으로부터 시작된 횡방향 성장이 광 강도가 감소하는 중간부에서 정지하여 큰 결정의 성장이 방해받는다고 하는 약점이 있다. 또한, 상기 중간부에서 대체로 일정한 광 강도 분포가 얻어진다 하더라도, 상기 일정한 광 강도 분포의 임의의 위치에서 상기 횡방향 성장이 정지하며 큰 결정의 성장이 방해받는다는 단점이 있다.
상기 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 결정 핵으로부터 충분한 횡방향 성장을 실현할 수 있고 큰 입자 크기를 갖는 결정화된 반도체 막을 생산할 수 있는 결정화 장치와, 결정화 방법과, 박막 트랜지스터와 표시 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 결정화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 조명 광학계의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3는 상기 제1실시예에 따른 투과형 진폭 변조 마스크의 구성 및 작용을 설명하는 도면.
도 4a 내지 4c는 상기 제1실시예에 따른 투과형 진폭 변조 마스크의 제조 방법을 나타낸 도면.
도 5a는 위상 시프트 마스크의 기본 단위 부분의 구성을 도시한 투시도.
도 5B는 도 5a에 도시된 위상 시프트 마스크의 기본 단위 부분의 배치를 도시한 평면도.
도 5C는 상기 위상 시프트 마스크의 또 다른 기본 단위 부분의 구성을 도시한 투시도.
도 6은 상기 제1실시예에서 위상 시프트 마스크의 기본 작용을 설명하는 도면.
도 7a는 처리 대상 기판 상의 x-z 평면에서 얻어지는 투과형 진폭 변조 마스크와 위상 시프트 마스크를 투과한 광 빔의 광 강도 분포를 나타낸 도면.
도 7B는 처리 대상 기판 상의 y-z 평면에서 얻어지는 투과형 진폭 변조 마스크와 위상 시프트 마스크를 투과한 광 빔의 광 강도 분포를 나타낸 도면.
도 8은 도 7a 및 도 7B에 도시된 광 강도 분포를 3차원적으로 나타낸 도면.
도 9는 제1실시예의 제1변형예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 10은 개구형 진폭 변조 마스크의 작용을 설명하는 평면도.
도 11은 제1실시예의 제2변형예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 12는 집광/발산 소자의 작용을 설명하는 측면도.
도 13a는 단차 형상의 굴절면을 갖는 집광/발산 소자를 나타낸 도면.
도 13B는 위상 시프트 마스크 상에서 얻어지는 광 빔의 위로 오목한 광 강도 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 13C는 제1결상 광학계의 해상도가 어느 정도 낮게 설정될 때의 광 강도 분포를 나타낸 도면.
도 14는 제1실시예의 제3변형예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 15는 도 14의 조명 광학계를 개략적으로 나타낸 도면.
도 16은 조명 동공면 상에 또는 그 근처에 배치된 투과 필터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 17은 마이크로 렌즈 어레이의 기본 단위 부분을 개략적으로 나타낸 도면.
도 18은 투과 필터와 마이크로 렌즈 어레이 양자의 작용에 의해 얻어지는 뒤쪽 초점면 상의 광 빔의 광 강도 분포를 설명하는 도면.
도 19는 투과 필터, 마이크로 렌즈 어레이 및 위상 시프트 마스크의 협력 작용에 의해 처리 대상 기판 상에서 얻어지는 광 강도 분포를 나타낸 도면.
도 20은 도 19에 도시된 광 강도 분포를 3차원적으로 나타낸 도면.
도 21은 제3변형예에 따른 마이크로 원통 렌즈 어레이를 나타낸 도면.
도 22는 도 13의 제3변형예에 따른 변형 투과 필터를 나타낸 도면.
도 23은 투과 필터와 제3변형예의 마이크로 원통 렌즈 어레이를 투과한 광 빔의 광 강도 분포를 나타낸 도면.
도 24는 본 발명의 제2실시예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 25는 본 발명의 제3변형예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 26은 위상 시프트 마스크의 변형예를 나타낸 도면.
도 27a 내지 도27E는 각 실시예에 따른 결정화 장치를 이용하여 전자 소자를 제조하는 방법을 나타낸 도면.
상기 설명한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제1발명에 따르면, 위상시프트 마스크를 조명하는 조명계를 포함하며 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막에 상기 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소의 광 강도를 지닌 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 조사하여 결정화된 반도체 막을 생산하는 결정화 장치가 구비되며, 상기 결정화 장치는 상기 조명계로부터의 광을 기초로 하여 상기 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 광 강도가 최소이고 그 영역의 주변으로 향할수록 광 강도가 증가하는 오목한 패턴의 광 강도 분포를 소정의 평면 상에 형성하는 광학 부재; 및, 상기 다결정 반도체 막 또는 상기 비정질 반도체 막 또는 그 결합 평면의 표면과 상기 소정의 평면을 광학적인 결합 관계로 설정하는 결상 광학계를 포함한다.
상기 제1발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 광학 부재는 상기 소정의 평면 상에 형성되는 오목한 패턴을 갖는 광 강도 분포에 따른 투과율 분포를 갖는 투과형 진폭 변조 마스크를 포함한다. 상기 투과형 진폭 변조 마스크는 고정된 두께를 갖는 광 투과부와, 상기 소정의 평면 상에 형성되는 오목한 패턴을 갖는 광 강도 분포에 따른 두께 분포를 갖는 광 흡수부를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 광 흡수부는 사인 파형의 표면을 갖는 것이 바람직하다. 상기 사인 파형의 표면은 연속적인 곡면 형상 또는 단차와 유사한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제1발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 광학 부재는 상기 소정의 평면 상에 형성되는 오목한 패턴을 갖는 광 강도 분포에 따른 개구수 분포를 갖는 개구형 진폭 변조 마스크이다. 상기 개구형 진폭 변조 마스크는 많은 미세 투과 영역 또는 많은 미세 광 차단 영역 또는 그 양자를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 메세 투과 영역과 상기 미세 광 차단 영역의 크기는 상기 결상 광학계의 해상도보다 대체로 작도록 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 결상 광학계는 출력 감소된 광학계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 광학 부재는 상기 소정의 평면 상에서 상기 위상 시프트부에 따라 광 빔이 발산될 때 조명되는 영역과, 상기 위상 시프트부의 주변부에 따라 광 빔이 집광될 때 조명되는 영역을 생산하는 집광/발산 소자이다. 상기 집광/발산 소자는 광 빔을 발산시키는 발산 굴절면과 광 빔을 집광시키는 집광 굴절면을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 발산 굴절면과 집광 굴절면은 사인 파형의 굴절면을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 사인 파형의 굴절면은 연속적인 곡면 형상 또는 단차와 유사한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 광학 부재는 상기 조명계의 동공면 상의 중심 또는 그 근처보다 주변부에서 더 큰 광 강도를 갖는 소정의 광 강도 분포를 형성하는 광 강도 분포 형성 소자와, 상기 조명계로부터 공급되는 광 빔을 복수의 광 빔으로 파면 분할하고 각 파면 분할된 광 빔을 상기 소정의 평면 상의 위상 시프트부에 대응하는 영역으로 집광시키는 파면 분할 소자를 포함한다. 상기 파면 분할 소자는 집광 기능을 지닌 복수의 광학 소자를 갖는 것이 바람직하다. 상기 소정의 광 강도 분포는 상대적으로 작은 광 강도를 갖는 원형 중앙 영역과, 상기 중앙 영역을 둘러싸도록 형성되며 상대적으로 큰 광 강도를 갖는 원고리형 주변 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소정의 광 강도 분포는 소정의 방향을 따라 길게 연장되며 상대적으로 작은 광 강도를 갖는 중앙 영역과, 상기 중앙 영역을 둘러싸거나 그 양쪽에서 끼워지도록 형성되며 상대적으로 큰 광 강도를 갖는 주변 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 광 강도 분포 형성 소자는 조명 동공면 상에 또는 그 근처에 배치되며 소정의 광 강도 분포를 지닌 투과 필터를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 위상 시프트 마스크의 위상 시프트면은 상기 조명계와 마주보는 측 상의 표면에 형성된다. 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막에 가해지는 광 강도 분포는 상기 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소의 광 강도를 갖는 역피크 패턴 영역과, 상기 역피크 패턴으로부터 그 주변으로 향할수록 증가하는 광 강도를 갖는 오목한 패턴 영역을 가지며, 상기 역피크 패턴 영역과 상기 오목한 패턴 영역 사이에서 주변으로 향하면서 경사도가 감소하는 변곡점을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크는 서로 가깝게 접근하여 서로 평행하게 배치되어 있다. 상기 결정화 장치는 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크 사이의 광 경로에 배치된 제2결상 광학계를 더 포함하며, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막의 표면은 상기 제2결상 광학계를 통해 상기 위상 시프트 마스크와 광학적으로 결합되는 평면으로부터 광학 축을 따라 소정 거리만큼 떨어져 있는 것이 바람직하다. 상기 결정화 장치는상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크 사이의 광 경로에 배치된 제2결상 광학계를 더 포함하며, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막의 표면은 상기 제2결상 광학계를 통해 상기 위상 시프트 마스크와 광학적으로 결합되는 평면으로부터 떨어져 있으며, 상기 제2결상 광학계의 영상측 개구수는 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포를 생성하는데 필요한 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
제2발명의 바람직한 특징에 따르면, 위상 시프트 마스크를 조명하며 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막에 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소인 광 강도를 지닌 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 조사하여 결정화된 반도체 막을 생산하는 결정화 방법이 구비되며, 상기 결정화 방법은 조명계로부터의 광에 기초하여 상기 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소로 되며 그 주변을 향할수록 증가하는 광 강도를 지닌 오목한 패턴을 갖는 광 강도 분포를 소정의 평면 상에 형성시키는 단계; 및, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막 또는 그 결합 평면의 표면과 상기 소정의 평면을 상기 결상 광학계를 통해 광학적인 결합 관계로 설정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제2발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크는 서로 밀접하게 접근하고 서로 평행하게 배치되어 있다. 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크 사이의 광 경로에 제2결상 광학계가 배치되며, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막의 표면은 상기 위상 시프트 마스크와 광학적으로 결합된평면으로부터 광 축을 따라 소정의 거리만큼 떨어져 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크 사이의 광 경로에는 제2결상 광학계가 배치되어 있고, 상기 제2결상 광학계의 영상측 개구수는 상기 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포를 생성하는데 필요한 값으로 설정되며, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막의 표면은 상기 제2결상 광학계를 통해 상기 위상 시프트 마스크와 광학적으로 결합되어 있는 평면으로 설정되는 것이 바람직하다.
제3발명의 바람직한 특징에 따르면, 위에서 설명한 결정화 방법에 따른 결정화 방법에 의해 제조되는 박막 트랜지스터가 제공된다.
제4발명의 바람직한 특징에 따르면, 위에서 설명된 박막 트랜지스터에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 이점들은 뒤따르는 설명에서 제공될 것이며, 부분적으로 설명으로부터 명료해지거나 발명의 실시에 의해 배울 수 있을 것이다. 본 발명의 목적 및 이점은 이하에서 구체적으로 지적하는 수단 및 조합에 의해 실현되고 얻어질 수 있을 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 결정화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 결정화 장치는 처리 대상 기판(6)의 소정 영역을 조명하는 조명 광학계(illumination optical system)(2); 상기 기판(6)과 조명 광학계(2) 사이의 광 경로에 위치하는 투과형 진폭 변조 마스크(1); 상기 투과형 진폭 변조 마스크(1)와 기판(6) 사이의 광 경로에 위치하는 위상 시프터(phase shifter) 즉, 위상 시프트 마스크(4); 상기 투과형 진폭 변조 마스크(1)와 위상 시프트 마스크(4) 사이의 광 경로에 배치되는 제1결상 광학계(image-forming optical system)(3) 및, 상기 위상 시프트 마스크(4)와 기판(6) 사이의 광 경로에 배치되는 제2결상 광학계(5)를 포함한다. 상기 조명 광학계(2)는 조명 광을 투과형 진폭 변조 마스크(1)에 투사한다.
상기 기판(6)의 표면은 제1결상 광학계(3)와 제2결상 광학계(5)를 통해 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 출사 표면과 광학적으로 공역(conjugate) 관계를 가지도록 위치된다. 또한, 상기 기판(6)의 표면은 위상 시프트 마스크(4)의 위상 시프트 면(411)(도 1의 아래쪽 면)과 광학적으로 공역인 평면(제2결상 광학계(5)의 영상 평면)으로부터 광학 축을 따라 떨어져 있다. 상기 제1결상 광학계(3)와 제2결상 광학계(5)는 굴절형 광학계 또는 반사형 광학계 중 어느 것이라도 좋다.
제1실시예에서 상기 기판(6)은 화학 기상 증착법에 의해 예를 들어, 액정 표시 장치의 평판 유리 위에 하부 막과 비정질 실리콘 막을 형성함으로써 얻어질 수 있다. 상기 기판(6)은 예를 들어, 진공 척(vacuum chuck) 또는 정전기 척(electrostatic chuck)을 이용하여 기판 스테이지(stage)(7) 상의 소정 위치에 고정된다.
도 2는 도 1에 도시된 조명 광학계의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시되어 있듯이, 상기 조명 광학계(2)는 예를 들어, 248 nm의 파장을 갖는 광 빔을 공급하는 KrF 엑시머 레이저와 같은 광원(2a); 광원(2a)으로부터의레이저 빔을 확대시키는 빔 확대기(2b); 평판 평면 상에 배치된 복수의 볼록 렌즈를 포함하는 제1 및 제2플라이 아이 렌즈(fly-eye lens)(2c, 2e); 및, 제1 및 제2컨덴서 광학계(condenser optical system)(2d, 2f)를 포함한다. 여기서, XeCl 엑시머 레이저와 같은 다른 적절한 광원이 상기 광원(2a)으로서 사용될 수 있다.
도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 광원(2a)으로부터 출사된 광 빔은 빔 확대기(2b)를 통해 확대되며, 상기 플라이 아이 렌즈(2c)에 입사한다. 상기 제1플라이 아이 렌즈(2c)에 입사한 광 빔은 상기 제1플라이 아이 렌즈(2c)의 각 볼록 렌즈에 의해 집광 작용을 거치게 되므로, 복수의 점 광원이 제1플라이 아이 렌즈(2c)의 뒤쪽 초점면 상에 대략적으로 형성된다. 상기 복수의 점 광원으로부터의 광 빔은 상기 제1컨덴서 광학계(2d)를 통해 제2플라이 아이 렌즈(2e)의 입구 표면을 중첩적으로 조명한다.
상기 다수의 점 광원으로부터 제2플라이 아이 렌즈(2e)에 입사한 광 빔은 상기 제2플라이 아이 렌즈(2e)의 각 볼록 렌즈에 의해 집광 작용을 거치게 되므로, 제1플라이 아이 렌즈(2c)의 뒤쪽 초점면보다 더 많은 점 광원이 상기 제2플라이 아이 렌즈(2e)의 뒤쪽 초점면에 형성된다. 또한, 상기 제2플라이 아이 렌즈(2e)의 뒤쪽 초점면에 형성된 복수의 점 광원으로부터의 광 빔은 제2컨덴서 광학계(2f)에 입사한다.
상기 제1플라이 아이 렌즈(2c)와 제1컨덴서 광학계(2d)는 제1균등화기(homogenizer)를 구성하며, 상기 투과형 진폭 변조 마스크(1)로의 입사 각도를 일정하게 한다. 이와 유사하게, 상기 제2플라이 아이 렌즈(2e)와 제2컨덴서 광학계(2f)는 제2균등화기를 구성하며, 상기 투과형 진폭 변조 마스크(1) 상의 평면 내의 위치(in-plane position)를 일정하게 한다. 따라서, 조명 광학계(2)는 대체로 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 중첩적으로 조사한다. 이와 같은 방법으로, 조명 광학계(2)는 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 조사한다. 이러한 광 빔은 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 입구 표면을 조명한다.
도 3은 제1실시예에 따른 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다. 또한, 도 4a 내지 도 4c는 제1실시예에 따른 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 제조 방법을 나타낸 도면이다. 비록 도 3과 도 4a 내지 도 4c는 도면의 명료화를 위해 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 기본 단위 부분만을 나타내지만, 상기 기본 단위 부분은 실제로 1차원적으로 정렬되어 있고 투과율 분포의 방향(x 방향)을 따라 상기 투과형 진폭 변조 마스크에 배치되어 있다.
도 3에 도시되어 있듯이, 상기 투과형 진폭 변조 마스크(1)는 고정된 두께를 갖는 수직 평판형 광 투과부(1a) 및 전체적으로 사인 파형으로 변동하는 두께를 갖는 광 흡수부(1b)를 포함하며, 상기 광 투과부(1a)와 광 흡수부(1b)는 예를 들어, 일체적으로 형성되어 있다. 상기 광 흡수부(1b)를 구성하는 광 흡수 재료(광 차단 재료)는 예를 들어, 하프톤(halftone)형 위상 시프트 마스크에 사용되는 재료, 즉, MoSi, MoSiON, ZrSiO, a-Carbon, SiN/iN, TiSiN 또는 Sr이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 투과형 진폭 변조 마스크(1)는 일정한 광 강도 분포를 갖는 상기 조명 광학계(2)로부터의 광 빔의 광 강도를 변조시킨다.
이제, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 제조 방법의 일예를 설명한다. 우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 예를 들어 ZrSiO를 포함하는 광 흡수 막(1e)이 석영 유리로 이루어진 광 투과부(1a) 상에 평평하게 형성되며, 그 다음에 상기 광 흡수막(1e)의 표면 상에 레지스터(1f)가 도포된다. 다음으로, 도스(dose)의 양이 연속적으로 변화되고, 전자 빔 도화(electron beam plotting) 및 현상 공정이 적용되어 도 4b에 도시된 바와 같은 연속적인 사인 곡면 형상을 갖는 레지스트 막(1g)이 형성된다. 그 다음, 이러한 레지스트 막(1g)을 마스크로 이용하여 건식 식각 기술에 의해 상기 광 흡수막(1e)을 식각함으로써, 연속적인 곡면을 갖는 광 흡수부(1b)를 포함하는 도 4c에 도시된 바와 같은 투과형 진폭 변조 마스크(1)를 형성한다. 상기 마스크(1)의 제작 방법에서, 단차 형상의 곡면(예를 들어 8레벨 단차로 근사화된 곡면)을 갖는 광 흡수부(1b)를 포함하는 투과형 진폭 변조 마스크(1)는 예를 들어, 광 흡수막(1e)의 형성 및 패터닝(patterning)을 복수의 횟수 반복함으로써 형성될 수 있다. 이러한 투과형 진폭 변조 마스크는 사인 파형의 광 강도 분포를 갖는 투과 광을 생성한다.
도 5a는 상기 위상 시프트 마스크(4)의 기본 단위 부분의 구성예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 위상 시프트 마스크(4)의 기본 단위 부분은 서로 다른 두께를 갖는 4개의 직사각형 형태의 제1 내지 제4영역(4a~4d)을 포함하며, 한 쌍의 제1영역(4a)과 제3영역(4c) 및 한 쌍의 제2영역(4b)과 제4영역(4d)은 각각 서로 마주보는 모서리에 구비되어 있다. 서로 마주보는 모서리에 위치된 두 개의 직사각형 영역(4a, 4c) 또는 영역(4b, 4d)은 예를 들어, 투과된 광 빔 사이에 위상차를 제공한다. 즉, 위상 시프트 마스크(4)는 제1내지 제4영역(4a-4d)이 서서히 두꺼워지는 단차와 유사한 형상을 가진다. 각 영역(4a-4d)의 단차는 식각 또는 증착에 의해 형성될 수 있다.
구체적인 예로서, 위상 시프트 마스크(4)가 248 nm의 파장을 갖는 광 빔에 대해 1.5의 굴절율을 갖는 석영 유리로 이루어져 있을 때, 제1영역(4a)과 제2영역(4b) 사이에 124 nm의 단차가 주어지고, 제1영역(4a)과 제3영역(4c) 사이에 248 nm의 단차가 주어지며, 제1영역(4a)과 제4영역(4d) 사이에 372 nm의 단차가 주어진다. 또한, 위상 시프트부(4e)는 각 영역(4a~4d)의 경계가 되는 4개의 위상 시프트 라인의 교차점 근처에 형성된다. 볼록부의 중심은 위상 시프트 마스크(4)의 위상 시프트부(4e)에 대응하도록 하기 위해 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 광 흡수부(1b) 아래에 위치된다.
여기서 주목해야 할 것은 도 5a는 위상 시프트부(4e)를 갖는 쪽의 표면인 위상 시프트 표면이 도면의 명료함을 위해 위상 시프트 마스크(4)의 상부 표면에 형성되는 것을 나타내지만, 위상 시프트 마스크(4)의 위상 시프트 표면은 제2결상 광학계(5) 측(조명 광학계(2)와 마주보는 측, 예를 들어, 출사측 상의 도 1에 도시된 하부측) 위에 형성되는 것을 나타낸다는 점이다.
도 5b는 상기 위상 시프트 마스크(4)의 다른 예로서 4개의 평판 평면 상에 배치된 도 5a에 도시된 기본 단위 부분을 갖는 마스크를 나타낸 평면도이다. 도 5b에 도시된 상기 위상 시프트 마스크(4)는 복수의 기본 단위 부분을 2차원적으로 배열함으로써, 즉, 이들을 2×2의 매트릭스 형태로 배열함으로써 구성된다.
비록 제1실시예에 따른 위상 시프트 마스크(4)는 서로 다른 두께를 가진 4개의 영역(4a~4d)을 가지지만, 도 5c에 도시된 바와 같은 투과 광 빔에 대해 예를 들어, π의 위상차를 부여하는 서로 다른 두께를 갖는 두 개의 영역을 가질 수도 있다. 상기 위상 시프트 마스크(4)가 두 개의 영역을 가질 때, 이들 영역은 하나의 축을 따라 1차원적으로 교대로 배치되며, 위상 시프트부는 상기 두 종류의 영역 사이의 경계 상에 위치된다.
조명 광학계(2)로부터 조사된 대체로 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔은 상기 투과형 진폭 변조 마스크(1)를 투과하여 광 강도의 진폭 변조 작용을 거친다. 도 3에 도시된 바와 같이, 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 출사 표면(1c)으로부터 투사된 광 빔은 광 흡수부(1b)의 볼록부 중심에 대응하는 위치에서 가장 낮은 광 강도를 가지며, 상기 광 강도는 중심으로부터 멀어질수록 증가한다. 또한, 이러한 광 빔은 광 흡수부(1b)의 볼록부 중심에 대응하는 위치에서 광 강도가 최소인 광 강도 분포, 즉 위로 오목한 광 강도 분포를 가진다. 바람직하게는, 위로 오목한 광 강도 분포의 가로 방향이 액정 표시 장치에서 화소의 폭과 동일해지도록 상기 투과형 진폭 변조 마스크(1)를 설정하는 것이 좋다.
상기 투과형 진폭 변조 마스크(1)로부터 조사된 강도 변조된 광 빔은 제1결상 광학계(3)를 통해 위상 시프트 마스크(4)를 조명한다. 상기 위상 시프트 마스크(4)를 투과한 광 빔은 제2결상 광학계(5)를 거쳐 기판(6)에 인가된다.
도 6은 제1실시예의 위상 시프트 마스크(4)의 기본 작용을 설명하는 부분적으로 확대한 단면도이다. 이제, 투과형 진폭 변조 마스크(1)가 조명 광학계(2)와 위상 시프트 마스크(4) 사이의 광 경로에 삽입되지 않은 경우, 즉, 대체로 일정한광 빔이 입사하는 경우에 상기 위상 시프트 마스크(4)의 기본 작용에 대해 설명할 것이다.
위상 시프트 마스크(4)에서는 두 개의 인접한 영역 사이의 위상차가 π/2로 설정되므로, 광 강도가 위상 시프트 라인(412)에 대응하는 위치에서 감소하지만, 제로(zero)로 감소하지는 않는다. 다른 한편으로, 중심에서 위상 시프트 라인(412)의 교차점을 갖는 원형 영역에서의 복합 굴절율의 적분값이 제로로 설정되므로, 광 강도는 이러한 교차점, 즉, 위상 시프트부(4e)에 대응하는 위치에서 대략 제로로 된다.
그러므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(6) 상에서는, 복수의 기본 단위 부분을 갖는 위상 시프트 마스크(4)를 투과한 광 빔의 광 강도 분포와 관련하여, 상기 광 빔은 상기 위상 시프트 마스크(4)의 각 위상 시프트부(4e)에 대응하는 위치에서 예를 들어, 대략 제로인 최소 피크값을 가지며 상기 위상 시프트부(4e)에서 멀어질수록 급격히 증가하는 광 강도를 갖는 역피크 패턴의 광 강도 분포를 주기적으로 갖는다. 즉, 주기적으로 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포의 최소 위치는 위상 시프트부(4e)에 의해 결정된다. 주목해야 할 것은 주기적으로 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포는 x-z 평면과 y-z 평면 상에서 대략 동일한 프로파일(profile)을 가진다는 점이다. 또한, 역피크 패턴을 지닌 광 강도 분포의 가로 방향 치수는 위상 시프트 마스크(4)와 기판(6) 사이의 거리의 1/2 승(즉, 디포커스 양(defocus quantity))에 비례하여 변한다.
위에서 설명한 바와 같이, 반도체 막에 도 6에 도시된 바와 같은 역피크 패턴의 광 강도 분포만을 주기적으로 갖는 광 빔이 조사될 때, 결정 핵으로부터 시작하여 그 주변으로 향하는 횡방향 성장(lateral growth)은 역피크 패턴부 사이의 중간부에서 정지한다. 결정 핵으로부터 충분한 횡방향 성장을 실현하기 위하여, 제1실시예에 따른 결정화 장치는 조명 광학계(2)와 위상 시프트 마스크(4) 사이의 광 경로 상에 투과형 진폭 변조 마스크(1)와 제1결상 광학계(3)를 가진다.
도 7a 및 도 7b는 기판(6) 상에서 얻어질 수 있으며 투과형 진폭 변조 마스크(1)와 위상 시프트 마스크(4)를 투과한 광 빔의 광 강도 분포를 나타낸 도면이다. 위에서 설명한 바와 같이, 제1실시예에서 투과형 진폭 변조 마스크(1)는 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 진폭 변조되게 하여 도 3에 도시된 바와 같은 위로 오목한 광 강도 분포를 주기적으로 갖는 광 빔으로 변환하는 기능을 가진다. 다른 한편으로, 상기 위상 시프트 마스크(4)는 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 도 6에 도시된 바와 같은 역피크 패턴의 광 강도 분포를 주기적으로 갖는 광 빔으로 변환하는 기능을 가진다.
제1실시예에 따른 결정화 장치는 투과형 진폭 변조 마스크(1)와 위상 시프트 마스크(4)를 가지므로, 기판(6)에 도달한 광 빔은 투과형 진폭 변조 마스크(1)와 위상 시프트 마스크(4)의 협동 작용을 거친다. 따라서, 기판(6)의 반도체 막에 가해지는 광 빔은 동일한 사이클로 분포되어 있는 역피크 패턴의 광 강도 분포와 위로 오목한 광 강도 분포의 곱셈으로 표현되는 도 7a에 도시된 바와 같은 2단계 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포를 주기적으로 가진다. 이러한 2단계 역피크 패턴을 갖는 주기적인 광 강도 분포에서는, 위에서 설명된 역피크 패턴의 광 강도 분포와 연관되도록 하기 위하여 위상 시프트부(4e)에 대응하는 위치에서 광 강도가 대략 제로로 되며, 이 위치에서 멀어질수록 방사상으로 광 강도가 증가하여 소정의 값에 도달한다. 즉, 2단계 역피크 패턴을 갖는 주기적인 광 강도 분포에서 광 강도가 최소인 위치는 위상 시프트부(4e)의 위치에 의해 결정된다.
제1실시예에서 2단계 역피크 패턴을 갖는 주기적인 광 강도 분포는 x-z 방향으로 주기적으로 위로 오목한 광 강도 분포와 y-z 방향으로 주기적으로 위로 오목한 광 강도 분포에 해당하고, 도 8에 도시된 바와 같이 인접한 역피크 패턴부 사이의 중간부에서는 광 강도가 y 방향을 따라 일정하며 x 방향을 따라 대체로 단조적으로 증가하거나 감소한다. 또한, 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포는 역피크 패턴부와 위로 오목한 부분 사이에서 경사도(inclination)가 감소하는 변곡점을 가진다.
상기 기판(6)에 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사될 때, 결정 핵은 광 강도가 최소인 위치 즉, 광 강도가 대략 제로인 위치(위상 시프트부(4e)에 대응하는 위치)에 대응하는 부분에 형성된다. 구체적으로, 결정 핵은 역피크 패턴의 광 강도 분포에서 경사도가 큰 위치에서 생성된다. 다결정은 역피크 패턴부의 중앙부에서 생성되며, 그 다음에 주위의 결정은 핵으로 되어 결정 성장이 이루어진다. 결정이 성장하는 위치는 일반적으로 경사도가 큰 위치이다.
다음으로, 횡방향 성장은 광 강도 기울기(gradient)(즉, 온도 기울기)가 큰 x 방향을 따라 결정 핵으로부터 시작한다. 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포에서는 광 강도가 감소하는 부분이 중간부에 존재하지 않으므로, 횡방향 성장이 주악??에 멈추지 않고 결정 핵으로부터 피크에 도달함으로써, 큰 결정의 성장을 실현한다. 특히, 제1실시예에서 경사도가 감소하는 변곡점이 역피크 패턴부와 위로 오목한 부분 사이에 존재하므로, 기판(6)의 반도체 막에 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사될 때, 2단계 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포의 중앙부로부터 가로 방향으로 연장된 넓은 영역에서 결정화가 수행된다. 또한, 2단계 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포의 가로 방향을 예를 들어, 액정 표시 장치의 화소 간격과 동일하게 설정함으로써, 단결정이 각 화소에 대해 성장하도록 할 수 있다. 즉, 박막 트랜지스터를 포함하는 스위칭 트랜지스터는 각 화소에 형성된 단결정 영역에 형성될 수 있다.
제1실시예에서는, 이에 기초하여 결정 핵으로부터 충분한 횡방향 성장이 실현될 수 있으며, 큰 입자 크기를 갖는 결정화된 반도체 막이 생산될 수 있다. 제1실시예에 따른 결정화 장치에 의해 생성되는 결정은 큰 입자 크기를 가지므로, 횡방향 성장의 어느 한 방향(x 방향)에서 전자 또는 전공의 높은 이동도가 얻어진다. 그러므로, 트랜지스터의 소스와 드레인을 횡방향 성장의 방향으로 배치함으로써 우수한 특성을 갖는 트랜지스터가 제조될 수 있다.
주목해야 할 것은 제1실시예에서 위상 시프트 마스크(4)와 기판(6) 사이에 위치한 제2결상 광학계(5)에서는 매우 높은 해상도와 결상 성능(image-forming performance)이 요구되지만, 투과형 진폭 변조 마스크(1)와 위상 시프트 마스크(4) 사이에 위치하는 제1결상 광학계(3)에서는 매우 높은 해상도와 결상 성능이 요구되지 않는다는 점이다. 바꾸어 말하면, 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 작용에 의해기판(6)의 표면에 형성되는 위로 오목한 광 강도 분포를 갖는 광 빔은 제1결상 광학계(3)와 제2결상 광학계(5)의 해상도에 아주 민감하게 영향을 받지 않지만, 위상 시프트 마스크(4)의 작용에 의해 기판(6)의 표면에 형성되는 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔은 제2결상 광학계(5)의 해상도에 매우 민감하게 영향을 받는다.
그러므로, 제1실시예에서는 위상 시프트 마스크(4)의 위상 시프트면(phase shift surface)을 제2결상 광학계(5) 측에 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 제1결상 광학계(3)는 위상 시프트 마스크(4)의 유리 기판 부분을 포함하게 되므로, 유리 기판 부분의 수차의 영향으로 인해 결상 성능이 쉽게 저하된다. 그러나, 제2결상 광학계(5)는 위상 시프트 마스크(4)의 유리 기판 부분을 포함하지 않으므로, 수차에 의해 영향받지 않고 높은 해상도와 결장 성능을 확보하는 것이 가능하다.
도 9는 제1실시예의 제1변형예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 제1실시예의 제1변형예는 제1실시예와 유사한 구성을 가지지만, 투과형 진폭 변조 마스크(1) 대신에 개구형 진폭 변조 마스크(11)가 구비된다는 점에서 상기 제1실시예와 기본적으로 다르다. 또한, 도 10은 이러한 개구형 진폭 변조 마스크(11)의 작용을 설명하기 위한 개구형 진폭 변조 마스크(11)의 평면도이다. 아래에서는 제1실시예와의 차이점을 중심으로 상기 제1변형예에 대해 설명할 것이다. 주목해야 할 것은 도 9에서 조명 광학계(2)의 내부 구성의 예시는 도면의 간략화를 위해 제거되어 있다는 점이다.
상기 제1실시예의 제1변형예에 따른 개구형 진폭 변조 마스크(11)는 고정된 두께를 갖는 광 투과 부재를 포함하며, 도 10에 도시된 바와 같이, 많은 미세한 투과 영역과 많은 미세한 광 차단 영역이 상기 광 투과 부재의 표면(즉, 제1결상 광학계(3) 측의 표면, 예를 들어 출사 표면)에 분포되어 있으며, 중앙 부분은 광이 차단되고 양 단부를 향할수록 투과율이 증가하는 패턴을 가지고 있다. 구체적으로, 각 모서리의 길이가 s인 정사각형 형상의 크롬을 포함하는 각각의 미세한 광 차단 영역을 석영 유리 위에 예를 들어, 스퍼터링(sputtering)한 다음에 패터닝함으로써 상기 개구형 진폭 변조 마스크(11)가 형성된다.
주목해야 할 것은 도 10은 도면의 명료함을 위해 개구형 진폭 변조 마스크(11)의 기본 단위 부분만을 나타내고 있지만, 실제로 상기 개구형 진폭 변조 마스크(11)는 개구수(numerical aperture) 분포 방향(x 방향)을 따라 상기 기본 단위 부분이 1차원적으로 반복되는 배치를 가진다. 또한, 비록 상기 개구수 분포 패턴은 도 10에서 고정된 치수를 갖는 정사각형 요소의 조합으로 이루어지지만, 여기에 한정되지 않는다. 길이 또는 폭이 서로 다른 직사각형의 조합과 같은 임의의 패턴을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 상기 개구형 진폭 변조 마스크(11)는 광 투과 부재를 포함하지 않을 수도 있으며, 예를 들어, 개구부를 금속 평판에 형성하여 충족시킬 수 있다.
상기 개구형 진폭 변조 마스크(11)의 기본 단위 부분에서의 미세한 광 투과 영역과 미세한 광 차단 영역의 분포 즉, 개구수 분포를 형성하는 패턴은 개구수가 기본 단위 부분의 중앙에서 최소이고 상기 기본 단위 부분의 중앙으로부터 멀어질수록 개구수가 증가하도록 설정된다. 또한, 상기 개구형 진폭 변조 마스크(11)의 기본 단위 부분에서 개구수 분포가 최소인 부분은 상기 위상 시프트 마스크(4)의 기본 단위 부분에서의 위상 시프트부(4e)에 대응하도록 위치된다. 그러므로, 상기 개구형 진폭 변조 마스크(11)는 대체로 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 진폭 변조되도록 하고, 상기 위상 시프트부(4e)에 대응하는 영역에서 광 강도가 최소이며 이 영역에서 멀어질수록 광 강도가 증가하는 위로 오목한 광 강도 분포를 갖는 광 빔으로 변환하는 기능을 가진다.
또한, 제1변형예에서는 개구형 진폭 변조 마스크(11)의 출사 표면(광 빔이 위로 오목한 광 강도 분포를 갖는 표면)이 제1결상 광학계(3) 및 제2결상 광학계(5)를 통해 광학적으로 결합 관계에 있는 기판(6)의 표면과 결합되도록 배치된다. 그리하여, 위상 시프트 마스크(4)가 삽입되지 않은 상태에서, 기판(6)의 표면에 가해지는 광 빔은 위상 시프트부(4e)에 대응하는 영역에서 광 강도가 최소이며 개구형 진폭 변조 마스크(11)의 출사 표면의 경우와 유사하게 상기 영역으로부터 멀어질수록 광 강도가 증가하는 위로 오목한 광 강도 분포를 가진다.
주목해야 할 것은 상기 위로 오목한 광 강도 분포는 도 10에 도시된 바와 같이 x-z 평면에서 대체로 곡선인 프로파일을 가지지만, y-z 평면에서의 프로파일은 일정하다는 점이다. 또한, 위로 오목한 광 강도 분포의 가로 방향은 액정 표시 장치의 화소 간격과 동일하게 설정된다.
상기 제1변형예에 따른 결정화 장치는 개구형 진폭 변조 마스크(11)와 위상 시프트 마스크(4)를 가지므로, 기판(6)에 도달한 광 빔은 상기 개구형 진폭 변조마스크(11)와 위상 시프트 마스크(4)의 협동 작용을 거친다. 그러므로, 제1실시예와 유사하게, 기판(6)의 반도체 막에 가해지는 광 빔은 제1실시예와 동일한 주기로 분포되어 있는 역피크 패턴의 광 강도 분포와 위로 오목한 광 강도 분포의 곱셈에 의해 표현되는 도 7A에 도시된 바와 같은 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 주기적으로 가진다. 이러한 2단계 역피크 패턴을 갖는 주기적인 광 강도 분포에서, 위상 시프트부(4e)에 대응하는 영역에서 광 강도가 대략 제로이며 이 영역에서 멀어질수록 방사상으로 급격하게 증가하여 역피크 패턴의 광 강도 분포에 대응하는 소정의 값에 도달한다. 즉, 2단계 역피크 패턴을 갖는 주기적인 광 강도 분포에서 광 강도가 최소인 위치는 위상 시프트부(4e)의 위치에 의해 결정된다.
제1실시예와 유사하게 제1변형예에서는, 기판(6)의 반도체 막에 개구형 진폭 변조 마스크(11)와 위상 시프트 마스크(4)의 협동 작용에 의해 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사되므로, 횡방향 성장이 중간에 멈추지 않고 피크에 도달함으로써, 큰 입자 크기를 갖는 결정화된 반도체 막이 생성된다.
주목해야 할 것은 개구형 진폭 변조 마스크(11)의 개구수 분포는 연속적이기 보다는 불연속적(다레벨 방식)으로 변하므로, 기판(6)의 반도체 막에 광 빔이 조사될 때, 개구형 진폭 변조 마스크(11)의 작용에 의해 진폭 변조되는 광 빔의 위로 오목한 광 강도 분포에서 미세한 불규칙성이 발생하는 경향이 있다. 그러나, 위로 오목한 광 강도 분포에서 미세한 불규칙성이 발생하더라도, 광 강도 분포가 온도 분포로 변환될 때, 상기 광 강도 분포에서의 미세한 불규칙성은 평준화된다. 상기 온도 분포에서 미세한 불규칙한 성분으로 남아있지 않으면, 미세한 불규칙성의 영향은 무시될 수 있다.
위로 오목한 광 강도 분포에서 미세한 불규칙 성분의 발생을 대체로 억제하기 위하여, 제1결상 광학계(3)의 해상도가 개구의 단위 치수 s보다 더 크게(낮게) 하여 아래의 수학식 1을 만족시키는 것이 바람직하다.
s < 1.22 X λ/NA1
여기서, λ는 조명 광학계(2)로부터 투사된 광 빔의 중심 파장이고, NA1은 제1결상 광학계(3)의 출사측 개구수이다. 즉, 수학식 1에서 부등호 기호의 오른쪽 값은 제1결상 광학계(3)의 해상도(R1)를 가리킨다.
그러므로, 제1변형예에서는, 제1결상 광학계(3)의 해상도를 어느 정도 낮게 설정함으로써 개구형 진폭 변조 마스크(11)에서의 개구수 분포가 불연속적(다레벨 방식)으로 변하더라도, 기판(6)의 반도체 막에는 도 10에 도시된 바와 같이, 부드럽게 변하는 위로 오목한 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사될 수 있다. 다른 대안으로서, 기판(6)의 반도체 막에 형성되는 위로 오목한 광 강도 분포에서 미세한 불규칙한 성분이 발생하는 것을 대체로 억제하기 위하여, 제1결상 광학계(3)에 적절한 수차가 의도적으로 부여되게 할 수도 있다. 또한, 개구형 진폭 변조 마스크(11)에 가해지는 레이저 빔으로 인해 크롬이 열화되는 경향이 있으면, 상기 제1결상 광학계(3)를 출력이 감축된 광학계로 구성함으로써 조사되는 레이저 빔의 조도를 상대적으로 저하시키는 것이 바람직하다.
도 11은 상기 제1실시예의 제2변형예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 비록 상기 제1실시예의 제2변형예는 제1실시예와 유사한 구성을 가지지만, 제2변형예에 따른 결정화 장치는 위상 변조 마스크로서 투과형 진폭 변조 마스크(1) 대신에 집광/발산 소자(12)가 구비되어 있다는 점에서 상기 제1실시예와 기본적으로 다르다. 또한, 도 12는 이러한 집광/발산 소자(12)의 작용을 설명하기 위한 집광/발산 소자(12)의 측면도이다. 이제, 제1실시예와의 차이점을 중심으로 상기 제2변형예에 대해 설명할 것이다. 주목해야 할 것은 도 11에서 조명 광학계(2)의 내부 구성에 대한 예시는 도면의 명료함을 위하여 생략되어 있다는 점이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 집광/발산 소자(12)의 기본 단위 부분은 광 빔의 출사측을 향해 돌출한 두 개의 볼록부와 이들 볼록부 사이에 위치하는 오목부를 포함하며, 이들 볼록부와 오목부는 전체적으로 대략 사인 파형 형상인 굴절면(12a)을 형성한다. 상기 두 볼록부는 집광/발산 소자(12)에 들어오는 광 빔을 집광시키는 집광 굴절면(12c)이며, 상기 오목부는 상기 광 빔을 발산시키는 발산 굴절면(12b)이다. 상기 집광 굴절면(12c)과 발산 굴절면(12b)으로써, 상기 집광/발산 소자(12)의 기본 단위 부분은 x 방향을 따라 1차원적인 굴절 기능을 가진다.
상기 집광/발산 소자(12)의 사인 파형 형상을 갖는 굴절면(12a)에서, 상기 집광/발산 소자(12)와 위상 시프트 마스크(4)는 발산 굴절면(12b)의 중심이 위상 시프트 마스크(4)의 기본 단위 부분의 위상 시프트부(4e)에 대응하고 집광 굴절면(12c)(즉, 가장 돌출한 중심 라인)이 제1 내지 제4영역의 y 방향에 평행한 각 중심선에 대응하도록 위치한다.
주목해야 할 것은 도 12는 도면의 명료함을 위해 집광/발산 소자(12)의 기본 단위 부분만을 도시하지만, 실제로 집광/발산 소자(12)는 이러한 기본 단위 부분이 굴절 기능을 갖는 방향(x 방향)으로 1차원적으로 반복되는 구조를 가진다는 점이다.
상기 집광/발산 소자(12)의 기본 단위 부분으로 입사하는 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔 중에서, 발산 굴절면(12b)을 투과한 광 빔은 발산 작용을 거치며, 집광 굴절면(12c)을 투과한 광 빔은 집광 작용을 거쳐서, 상기 집광/발산 소자(12)의 출사면으로부터 상기 제1결상 광학계(3)를 향해 작은 간격을 두고서 떨어져 있는 소정의 평면(12d)에 도달한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 집광/발산 소자(12)를 투과한 광 빔은 상기 소정의 평면(12d) 상에서 위로 오목한 패턴의 광 강도 분포를 가지며, 이러한 광 강도 분포에서는 각 위상 시프트부(4e)에서 광 강도가 최소이고 상기 위상 시프트부(4e)에서 멀어질수록 광 강도가 증가한다. 구체적으로, 상기 위로 오목한 광 강도 분포에 대하여, 상기 발산 굴절면(12b)의 중심에 대응하는 위치에서 광 강도가 최소이며, 상기 집광 굴절면(12c)의 중심에 대응하는 위치에서 광 강도가 최대이다.
주목해야 할 것은 상기 위로 오목한 광 강도 분포는 x-z 평면에서 도 12에 도시된 바와 같은 곡선 프로파일을 가지지만, y-z 평면에서의 프로파일은 일정하다는 점이다. 또한, 위로 오목한 광 강도 분포의 가로 방향은 액정 표시 장치의 화소 간격과 동일하도록 설정하는 것이 바람직하다.
상기 제2변형예에서는, 비록 집광/발산 소자(12)의 굴절면이 1차원적인 굴절기능을 가지지만, 여기에 한정되지 않으며, 두 개의 직교 방향을 따라 2차원적인 굴절 기능을 가질 수도 있다. 이 경우에, 상기 집광/발산 소자(12)의 작용에 의해 기판(6) 상에 형성되는 위로 오목한 광 강도 분포는 두 개의 직교 평면에서 동일한 오목한 프로파일을 가진다.
상기 소정의 평면(12d)은 상기 제1결상 광학계(3) 및 제2결상 광학계(5)를 통해 기판(6)의 표면과 광학적으로 결합 관계를 가지도록 배치되어 있다. 그러므로, 그러므로, 위상 시프트 마스크(4)가 삽입되지 않을 때, 일정한 광 강도 분포를 갖는 상기 조명 광학계(2)로부터의 광 빔은 위상 변조 마스크로서의 집광/발산 소자(12)에 의해 위로 오목한 광 강도 분포를 갖는 광 빔으로 변환되어 기판(6)의 표면을 조명한다.
상기 제2변형예에 따른 결정화 장치는 집광/발산 소자(12)와 위상 시프트 마스크(4)를 가지므로, 기판(6)에 도달한 광 빔은 집광/발산 소자(12) 및 위상 시프트 마스크(4) 양자의 작용을 거친다. 그러므로, 기판(6)의 반도체 막에 가해지는 광 빔은 동일한 주기로 분포된 역피크 패턴의 광 강도 분포와 위로 오목한 광 강도 분포의 곱셈에 의해 표현되는 도 7A에 도시된 바와 같은 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 주기적으로 가진다. 이러한 2단계 역피크 패턴을 갖는 주기적인 광 강도 분포에서는, 위상 시프트부(4e)에 대응하는 위치에서 광 강도가 대략 제로이고, 상기 설명된 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포에 대응하여 상기 위치로부터 방사상으로 멀어질수록 광 강도가 급격히 증가하여 소정의 값에 도달한다. 즉, 2단계 역피크 패턴을 갖는 주기적인 광 강도 분포에서 광 강도가 대략 제로인 위치는 위상 시프트부(4e)의 위치에 의해 결정된다.
상기 제1실시예와 유사하게 상기 제2변형예에서는, 기판(6)의 반도체 막에 집광/발산 소자(12)와 위상 시프트 마스크(4)의 작용에 의해 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사되므로, 횡방향 성장이 중간에 멈추지 않고 결정 핵으로부터 피크에 도달함으로써, 큰 입자 크기를 갖는 결정화된 반도체 막이 생성된다.
상기 집광/발산 소자(12)를 제조하기 위해서는, 예를 들어, 석영 유리 기판의 표면에 레지스트가 도포되고, 조사량(dose quantity)이 연속적으로 변화되며, 전자 빔 도화 및 현상 공정이 적용되어 연속적인 곡선 형상의 레지스트 막이 생성된다. 그 다음에, 건식 식각 기술이 사용되어 연속적인 곡선 형상을 지닌 굴절면을 갖는 집광/발산 소자(12)가 형성된다. 여기서, 예를 들어, 상기 설명된 제조 공정에서 레지스트 막의 형성 및 패터닝을 수 회에 걸쳐 반복함으로써 단차와 유사한 형상을 지닌 굴절면을 갖는 집광/발산 소자(12)가 형성될 수도 있다.
도 13a는 단차와 유사한 형상을 지닌 굴절면을 갖는 집광/발산 소자(12)를 나타낸 도면이다. 또한, 도 13b는 위상 시프트 마스크(4) 상에서 얻어지는 광 빔의 위로 오목한 광 강도 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 집광/발산 소자(12)가 단차와 유사한 형상을 지닌 굴절면(예를 들어, 8 레벨 단차에 의해 근사화된 표면)을 가질 때, 집광/발산 소자(12)의 출사측 상의 소정의 평면(12d) 상에서의 광 빔의 광 강도 분포는 부드럽게 변하지 않는다. 그러나, 상기 제2변형예에서는, 상기 집광/발산 소자(12)의굴절면이 단차에 의해 근사화되더라도, 상기 제1결상 광학계(3)의 해상도를 어느 정도 낮게 설정함으로써, 기판(6)의 반도체 막에 도 13c에 도시된 바와 같이 부드럽게 변동하는 위로 오목한 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사될 수 있다.
주목해야 할 것은 상기 집광/발산 소자(12)는 복수 단차에 의해 근사화된 연속적인 곡면에 한정되지 않으며, 0 내지 2π의 위상차 범위를 펼침으로써 얻어지는 "키노폼(kinoform)"으로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 집광/발산 소자(12)의 집광/발산 작용은 상기 집광/발산 소자(12)에 굴절면을 부여하지 않고 광학 재료의 굴절율 분포에 의해 실현될 수도 있다. 그리고, 상기 집광/발산 소자(12)와 동등한 광학 스위칭 작용은 홀로그램(hologram) 또는 회절 광학 소자(diffraction optical element)를 이용함으로써 실현될 수도 있다.
도 14는 제1실시예의 제3변형예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 15는 도 14에 도시된 조명 광학계(2)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 비록 제1실시예에 따른 제3변형예는 제1실시예와 유사한 구성을 가지지만, 제3변형예에 따른 결정화 장치는 투과형 진폭 변조 마스크(1) 대신에 마이크로 렌즈 어레이(13)가 배치되며, 광 강도 분포 형성 소자인 투과 필터(14)가 조명 광학계(2)의 조명 동공면(illumination pupil plane) 또는 그 근처에 구비되어 있다는 점에서 제1실시예와는 기본적으로 다르다. 이제, 제1실시예와의 차이점을 중심으로 제3변형예를 설명할 것이다.
도 14에 도시되어 있듯이, 제3변형예에서는 마이크로 렌즈 어레이(13)가 제1실시예에서의 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 위치에 배치되어 있다. 또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 투과 필터(14)가 조명 광학계(2) 내에서 제2플라이 아이 렌즈(2e)의 뒤쪽 초점면(즉, 조명 동공면) 또는 그 근처에 배치되어 있다.
도 16은 조명 동공면 또는 그 근처에 배치되어 있는 투과 필터(14)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 투과 필터(14)는 예를 들어, 50%의 투과율을 갖는 원형 중앙 영역(14a)과, 상기 중앙 영역(14a)을 둘러싸도록 형성되며 대략 100%의 투과율을 갖는 원 고리형 주변 영역(14b)을 포함한다. 즉, 조명 동공면 또는 그 근처에서, 상기 중앙 영역(14a)을 투과한 광 빔의 광 강도는 상대적으로 낮으며, 상기 주변 영역(14b)을 투과한 광 빔의 광 강도는 상대적으로 높다. 그러므로, 조명 광학계(2)는 주변부에서 보다 중앙에서 광 강도가 더 낮은 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 중첩적으로 투사하다.
주목해야 할 것은 스퍼터링 법 등에 의해 예를 들어, 투과율에 따른 두께를 갖는 크롬 막(또는 ZrSiO 막 등)을 형성하고, 그 다음에 예를 들어, 식각을 이용하여 패터닝을 적용함으로써 상기 투과 필터(14)의 중앙 영역(14a)이 형성된다는 점이다. 이러한 구성의 경우에, 광 차단 재료로서의 크롬은 일부의 광을 반사시키고 일부의 광을 흡수한다.
상기 투과 필터(14)의 중앙 영역(14a)은 스퍼터링 법 등에 의해 예를 들어, 투과율에 따른 두께를 갖는 크롬 막(또는 ZrSiO 막 등)을 형성하고, 그 다음에 예를 들어, 식각을 이용하여 패터닝을 적용함으로써 얻어질 수 있다. 광 차단 재료로서의 크롬은 일부의 광을 반사시키고 일부의 광을 흡수한다. 또한, 상기 중앙 영역(14a)은 사용된 파장을 갖는 광을 부분적으로 반사시키도록 설계된 다층 막을형성하고, 거기에 패터닝을 적용함으로써 얻어질 수도 있다.
반사 재료로서 다층 막을 사용하는 경우에, 불필요한 광의 흡수에 의해 열이 발생하지 않는다는 이점이 있지만, 반사된 광이 플레어(flare)의 원인이 될 수 있는 표류 광(stray light)으로 되는 것을 방지하기 위한 고려가 있어야 한다. 또한, 위상차의 실질적인 발생을 방지하기 위하여, 광 차단 재료 또는 반사 재료의 타입(type) 및 두께는 중앙 영역(14a)과 주변 영역(14b)에서 조정되어야 한다. 상기 제3변형예에서는, 중앙 영역(14a)이 원형 형상을 가지지만, 삼각형 또는 직사각형과 같은 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 17은 마이크로 렌즈 어레이(13)의 기본 단위 부분을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 17을 참조하면, 상기 마이크로 렌즈 어레이(13)의 기본 단위 부분인 미세 렌즈 소자(광학 소자)(13a)는 제1결상 광학계(3) 측을 향해 돌출한 구 형상(spherical shape)과 같은 2차곡면 형상을 갖는 굴절면(13b)을 포함한다. 이러한 굴절면(13b)으로써, 상기 마이크로 렌즈 어레이(13)의 미세 렌즈 소자(13b)는 x 방향 및 y 방향을 따라 2차 집광 기능을 가진다. 또한, 각 미세 렌즈 소자(13a)의 굴절면(13b) 중심은 위상 마스크(4)의 기본 단위 부분의 위상 시프트부(4e)에 대응하도록 위치된다. 주목해야 할 것은 도 17은 도면의 명료함을 위해 마이크로 렌즈 어레이(13)의 기본 단위 부분만을 도시하지만, 마이크로 렌즈 어레이(13)의 미세 렌즈 소자(13a)는 2차원적(수직 및 수평 방향)으로 배치되어 있다.
상기 마이크로 렌즈 어레이(13)의 미세 렌즈 소자(13a)에 입사하는 광 빔은 굴절면(13b)을 통해 집광 작용을 거치며, 스폿(spot)과 유사한 광 빔이 미세 렌즈소자(13a)의 초점면(즉, 마이크로 렌즈 어레이(13)의 뒤쪽 초점면)에 형성된다. 이와 같은 방식으로, 상기 마이크로 렌즈 어레이(13)는 조명 광학계(2)와 위상 시프트 마스크(4) 사이의 광 경로에 배치되어 있으며, 조명 광학계(2)로부터 입사한 광 빔을 복수의 광 빔으로 파면 분할하고 각 파면 분할된 광 빔을 대응하는 위상 시프트부(4e) 또는 그 근처에 집광시키는 파면 분할 소자를 구성한다. 제3변형예에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이(13)의 뒤쪽 초점면(13c)은 제1결상 광학계(3)와 제2결상 광학계(5)를 통해 기판(6)의 표면과 광학적으로 결합 관계를 갖도록 배치되어 있다.
도 18은 투과 필터(14)와 마이크로 렌즈 어레이(13) 양자의 작용에 의해 뒤쪽 초점면(13c) 상에서 얻어지는 광 빔의 광 강도 분포를 설명하는 도면이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 투과 필터를 통해 마이크로 렌즈 어레이(3)를 투과한 광 빔에 있어서, 수직으로 입사한 광 빔의 양은 적고, 비스듬히 입사한 광 빔의 양은 상대적으로 많다. 그러므로, 뒤쪽 초점면(13c) 상에서, 상기 광 빔은 각 위상 시프트부(4e)에서 최소이며 상기 위상 시프트부(4e)로부터 멀어질수록 증가하는 광 강도를 갖는 위로 오목한 광 강도 분포를 가진다. 구체적으로, 위로 오목한 광 강도 분포에 있어서, 굴절면(13b)의 중심에 대응하는 위치에서 광 강도가 최소이며, 굴절면(13b)의 양 단부에 대응하는 위치에서 광 강도가 최대이다.
주목해야 할 것은 상기 위로 오목한 광 강도 분포는 x-z 평면 및 y-z 평면에서 동일한 프로파일을 가진다는 점이다. 또한, 위로 오목한 광 강도 분포의 가로 방향 치수는 액정 표시 장치의 화소 간격과 동일하도록 설정하는 것이 바람직하다.
도 19는 투과 필터(14), 마이크로 렌즈 어레이(13) 및 위상 시프트 마스크(4)의 협력 작용에 의해 기판 상에서 얻어지는 광 강도 분포를 나타낸 도면이다. 위에서 설명된 바와 같이, 투과 필터(14)는 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 중앙에서 광 강도가 최소이고 중앙으로부터 멀어질수록 광 강도가 증가하는 위로 오목한 광 강도 분포를 갖는 광빔으로 변환하는 기능을 가진다. 상기 마이크로 렌즈 어레이(13)는 입사 광 빔을 소정의 영역에만 가해지는 스폿과 유사한 광 빔으로 변환하는 기능을 가진다. 또한, 상기 위상 시프트 마스크(4)는 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 도 7b에 도시된 바와 같은 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔으로 변환하는 기능을 가진다.
또한, 위에서 설명된 바와 같이, 위상 변조 마스크로서의 마이크로 렌즈 어레이(13)의 뒤쪽 초점면(13c)과 기판(6)의 표면은 광학적으로 결합 관계를 갖도록 배치된다. 그러므로, 위상 시프트 마스크(4)가 삽입되지 않은 상태에서, 일정한 광 강도 분포를 갖는 상기 마이크로 렌즈 어레이(13)에 투과될 때, 기판(6)의 표면에는 위로 오목한 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사된다.
제3변형예에 따른 결정화 장치는 투과 필터(14), 마이크로 렌즈 어레이(13) 및 위상 시프트 마스크(4)를 가지므로, 기판(6)에 도달한 광 빔은 이들 부재들의 작용을 거친다. 그러므로, 기판(6)의 반도체 막에 도달한 광 빔은 소정의 영역에만 가해지는 스폿과 유사한 광 빔으로 변환되며, 동일한 주기를 갖는 역피크 패턴의 광 강도 분포와 위로 오목한 광 강도 분포의 곱셈에 의해 표현되는 도 19에 도시된 바와 같은 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 가진다. 이러한 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포에서는, 위상 시프트부(4e)에 대응하는 위치에서 광 강도가 대략 제로이며, 이 위치에서 방사상으로 멀어질수록 광 강도가 급격히 증가하여 위에서 설명된 역피크 패턴의 광 강도 분포에 대응하는 소정의 값에 도달하게 된다. 즉, 상기 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포에서 광 강도가 최소인 위치는 위상 시프트부(4e)의 위치에 의해 결정된다.
제1실시예의 각 변형예에서, 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포는 x-z 방향으로의 주기적인 위로 오목한 광 강도 분포와 y-z 방향으로의 주기적인 위로 오목한 광 강도 분포에 대응한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 인접한 역피크 패턴부 사이의 중간부는 x 방향과 y 방향을 따라 대체로 단조적으로 증가한다. 또한, 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포는 역피크 패턴부와 위로 오목한 부분 사이에서 경사도가 감소하는 변곡점을 가진다.
제1실시예와 마찬가지로 각 변형예에서, 기판(6)에 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사될 때, 광 강도가 최소인 위치 즉, 광 강도가 대략 제로인 위치(위상 시프트부(4e)에 대응하는 위치)에서 결정 핵이 생성된다. 구체적으로, 역피크 패턴의 광 강도 분포에서 경사도가 큰 위치에서 결정 핵이 생성된다. 다결정은 역피크 패턴부의 중앙부에서 생성되고, 그 바깥쪽의 결정은 핵이 되어 결정이 성장한다. 결정이 성장하는 위치는 일반적으로 경사도가 큰 위치이다.
그 다음에, 횡방향 성장은 결정 핵으로부터 광 강도 기울기(즉, 온도 기울기)가 큰 x 방향을 따라 시작한다. 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포에서는, 광 강도가 감소하는 부분이 중간부에 대체로 존재하지 않기 때문에, 횡방향 성장은 중간에 멈추지 않고 피크에 도달함으로써 큰 입자의 성장이 실현된다. 특히, 제1실시예에서는 경사도가 감소하는 변곡점이 역피크 패턴부와 위로 오목한 부분 사이에 존재하므로, 기판(6)의 반도체 막에 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사될 때, 2단계 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포의 중앙으로부터 가로 방향에 걸쳐 있는 넓은 영역에서 결정화가 수행된다. 그러므로, 2단계 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포의 가로 방향 치수를 액정 표시 장치의 화소 간격과 동일하게 함으로써 각 화소에 대해 단결정이 생성될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 제1실시예의 각 변형예에서는, 결정 핵으로부터 충분한 횡방향 성장이 실현될 수 있고, 큰 입자 크기를 갖는 결정화된 반도체 막이 생성될 수 있다. 제1실시예에 따른 결정화 장치에 의해 생성되는 결정은 큰 입자 크기를 가지므로, 상기 결정은 횡방향 성장의 방향(x 방향)으로 높은 전자 이동도를 가진다. 그러므로, 트랜지스터의 소스와 드레인을 횡방향 성장의 방향으로 배치함으로써 우수한 특성을 갖는 트랜지스터의 생산이 가능해진다.
또한, 제3변형예에서는, 마이크로 렌즈 어레이(13)에 입사한 광이 많은 미세 렌즈 소자(13a)에 의해 파면 분할되고, 각 미세 렌즈 소자(13a)를 통해 집광된 광 빔은 스폿 형태로 형성된다. 그러므로, 조명 광학계(2)로부터 공급된 대부분의 광 빔은 의도하는 트랜지스터 영역에서만 결정화에 기여할 수 있게 됨으로써, 우수한 광 효율을 갖는 결정화가 실현된다.
제3변형예에서는, 비록 상기 마이크로 렌즈 어레이(13)의 미세 렌즈 소자(13a)의 굴절면(13b)이 구 형상을 가지지만, x 방향과 y 방향으로 서로 다른곡률(curvature)을 가지는 형상일 수 있다. x 방향과 y 방향에서의 상기 굴절면(13b)의 곡률이 서로 다를 때, 스폿과 유사한 광 빔 영역은 타원 형상을 가진다. 이러한 타원 형상의 장축과 단축은 2단계 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포의 x 방향 및 y 방향으로의 폭 치수에 대응하므로, 스폿과 유사한 광 빔 영역이 타원 형상으로 형성될 때, 역피크 패턴부의 광 강도 기울기는 x 방향 및 y 방향에서 서로 다르다. 그러므로, 굴절면(13b)의 곡률을 설정함으로써 횡방향 성장의 정도를 각 방향에 따라 변화시킬 수 있다.
제3변형예에서 파면 분할 소자로서의 마이크로 렌즈 어레이(13)는 2차원적으로 배치되어 구성되는 복수의 광학 소자(미세 렌즈 소자)(13a)를 가지며, 각 광학 소자(13a)는 2차 곡면 형상을 갖는 굴절면(13b)을 통해 2차원 집광 기능을 가진다. 그러나, 본 발명은 여기에 한정되지 않으며, 예를 들어, 도 21에 도시된 바와 같은 그러한 마이크로 원통 렌즈 어레이(13')가 사용될 수 있다. 상기 마이크로 원통 렌즈 어레이(13')는 소정 방향으로 1차원적으로 배치된 복수의 광학 소자(13'a)를 가지며, 각 광학 소자(13'a)는 소정 방향을 따라 1차원 집광 기능을 갖는 굴절면(13'b)을 가진다. 이 경우에, 마이크로 원통 렌즈 어레이(13')를 사용함에 따라 도 22에 도시된 바와 같은 투과 필터(15)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 투과 필터(15)는 예를 들어, 50%의 투과율을 갖는 길죽한 직사각형 중앙 영역(15a)과, 상기 중앙 영역(15a)을 중간에 끼워 넣도록 형성되며 대략 100%의 투과율을 갖는 한 쌍의 반원 형상의 주변 영역(15b)을 포함한다. 상기 투과 필터(15)의 중앙 영역(15a)의 길이 방향과 마이크로 원통 렌즈 어레이(13')의 각미세 원통 렌즈 소자(13'a)의 길이 방향은 광학적으로 서로 연관되도록 설정된다. 비록 중앙 영역(15a)은 대략 평행한 막대(chord)에 의해 정의되지만, 여기에 한정되지 않으며, 다른 형상이 채택될 수도 있다.
마이크로 원통 렌즈 어레이(13')에 입사하는 광 빔은 많은 미세 원통 렌즈 소자(13'a)에 의해 파면 분할되며, 각 미세 원통 렌즈 소자를 통해 집광된 광 빔은 기판(6) 상의 각 트랜지스터 영역을 둘러싸는 슬릿 형상(선형)의 광 빔을 형성한다.
그러므로, 기판(6)에 가해지는 슬릿 형상의 광 빔의 광 강도 분포는 도 23에 도시된 바와 같이 슬릿의 짧은 모서리 방향을 따라 2단계 역피크 패턴 프로파일을 가지며, 길이 방향을 따라 일정한 프로파일을 가진다. 즉, 상기 마이크로 원통 렌즈 어레이(13')와 투과 필터(15)를 투과한 다음에 기판(6)에 가해지는 광 빔은 도 23에 도시된 바와 같은 광 강도 분포를 가진다.
상기 기판(6)에 도 23에 도시된 바와 같은 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 조사될 때, 광 강도가 최소인 위치 즉, 광 강도가 대략 제로인 위치에 결정 핵이 형성된다. 그 다음에, 횡방향 성장은 이러한 결정 핵으로부터 광 강도 기울기를 갖는 방향(도 22에서 횡방향)을 따라 시작한다. 도 23에 도시된 바와 같은 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포에서는, 광 강도가 감소하는 부분이 실제로 중간부에 존재하지 않으므로, 횡방향 성장은 중간에 멈추지 않고 피크에 도달함으로써 큰 결정의 성장이 실현된다.
제3변형예에서 마이크로 렌즈 어레이(13) 및 마이크로 원통 렌즈어레이(13')의 굴절면은 연속적인 곡면 형상 또는 단차와 유사한 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 그 형상은 연속적인 곡면 또는 복수 레벨로 근사화한 것에 한정되지 않으며, 파면 분할 소자는 0 내지 2π의 위상차 범위를 펼침으로써 얻어지는 "키노폼(kinoform)"으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 작용은 굴절면을 상기 파면 분할 소자에 부여하지 않고 광학 재료의 굴절율 분포에 의해 실현될 수도 있다. 이 경우에, 광 강도에 의해 굴절율이 변조되는 포토 폴리머(photopolymer), 유리의 이온 교환 등과 같은 종래 기술을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 상기 파면 분할 소자는 홀로그램 또는 회절 광학 소자를 이용함으로써 구현될 수 있다.
또한, 제1실시예 및 각 변형예에서는, 제2결상 광학계(5)가 위상 시프트 마스크(4)와 기판(6) 사이의 광 경로에 삽입되며, 기판(6)과 제2결상 광학계(5) 사이의 간격이 상대적으로 크게 확보된다. 따라서, 상기 위상 시프트 마스크(4)가 기판(6)의 용융 제거로 인해 오염되지 않는다. 그러므로, 기판(6)의 용융 제거에의해 영향받지 않고 우수한 결정화가 실현될 수 있다.
또한, 제1실시예 및 각 변형예에서는, 기판(6)과 제2결상 광학계(5) 사이의 간격이 상대적으로 크게 확보되므로, 기판(6)과 제2결상 광학계(5) 사이의 위치 관계는 위치를 검출하는 검출 광을 기판(6)과 제2결상 광학계(5) 사이의 광 경로로 안내함으로써 쉽게 조정될 수 있다.
도 24는 본 발명의 제2실시예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 비록 제2실시예는 제1실시예와 유사한 구성을 가지지만, 제2결상 광학계(5)가 위상 시프트 마스크(4)와 기판(6) 사이의 광 경로로부터 제거되어 있다는 점에서 상기 제2실시예는 제1실시예와 기본적으로 다르다. 이제, 제1실시예와의 차이점을 중심으로 제2실시예에 대해 설명할 것이다. 주목해야 할 것은 도면의 명료함을 위해 도 2에서 조명 광학계(2)의 내부 구성의 예시가 제거되어 있다는 점이다.
도 24에 도시된 바와 같이, 제2실시예에서는 위상 시프트 마스크(4)와 기판(6)이 서로 밀접하게 근접(예를 들어, 수 ㎛ 내지 수백 ㎛)하여 평행하게 배치되어 있다. 또한, 기판(6)의 표면은 제1결상 광학계(3)를 통해 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 출사면과 광학적으로 결합 관계를 갖도록 배치되어 있다. 투과형 진폭 변조 마스크(1)가 삽입되지 않은 상태에서, 상기 위상 시프트 마스크(4)는 일정한 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 도 7A에 도시된 바와 같은 위상 시프트부(4e)에 대응하는 영역에서 최소인 광 강도를 갖는 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔으로 변환하는 기능을 가진다. 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포의 가로 방향 치수는 위상 시프트 마스크(4)와 기판(6) 사이의 거리의 1/2 승(즉, 디포커스 양)에 비례하여 변동한다.
상기 제2실시예에서는, 제1실시예에서와 같이 투과형 진폭 변조 마스크(1)와 위상 시프트 마스크(4) 양자의 작용에 의해 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔이 기판(6)의 반도체 기판에 조사되므로, 횡방향 성장은 결정 핵으로부터 중간에 멈추지 않고 피크에 도달함으로써 큰 입자 크기를 갖는 결정화된 반도체 막이 생성된다. 여기서, 개구형 진폭 변조 마스크(11), 집광/발산 소자(12), 마이크로 렌즈 어레이(13) 및 투과 필터(14)가 투과형 진폭 변조 마스크(1) 대신에 제2실시예의 변형으로서 각각 사용될 수 있다.
도 25는 본 발명의 제3실시예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 비록 상기 제3실시예는 제1실시예와 유사한 구성을 가지지만, 위상 시프트 마스크(4)의 위상 시프트면과 기판(6)의 표면이 제2결상 광학계(5)를 통해 광학적으로 결합 관계를 갖도록 배치된다는 점에서 상기 제3실시예는 제1실시예와 기본적으로 다르다. 이제, 제1실시예와의 차이점을 중심으로 제3실시예에 대해 설명할 것이다. 여기서, 도면의 명료함을 위해 조명 광학계(2)의 내부 구성에 대하 예시는 도 25에서 제거되어 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 위상 시프트 마스크(4)의 위상 시프트면과 기판(6)의 표면은 제2결상 광학계(5)를 통해 광학적으로 결합 관계를 갖독록 배치되어 있다. 또한, 기판(6)의 표면은 제1결상 광학계(3)와 제2결상 광학계(5)를 통해 투과형 진폭 변조 마스크(1)의 출사면과 광학적으로 결합 관계를 갖도록 배치되어 있다.
상기 제3실시예에 따른 결상 광학계(5)는 개구 다이어프램(aperture diaphragm)(5a)을 가지며, 상기 개구 다이어프램은 결상 광학계(5)의 동공면에 배치된다. 상기 개구 다이어프램(5a)은 서로 다른 크기의 개구부(광 투과부)를 지닌 복수의 개구 다이어프램을 가지며, 복수의 개구 다이어프램은 광 경로에 대해 변환되도록 구성되어 있다. 이와 달리, 개구 다이어프램(5a)은 개구부의 크기를 연속적으로 변동시킬 수 있는 홍채 조리개(iris diaphragm)를 가질 수도 있다. 개구 다이어프램(5a)의 개구부의 크기(즉, 결상 광학계(5)의 영상측 개구수)는 기판(6)의 반도체 막 상에 2단계 역피크 패턴의 주기적인 광 강도 분포를 생성하도록 설정된다. 상기 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포의 가로 방향 치수는 액정 표시 장치의 화소 간격과 동일하도록 설정되는 것이 바람직하다.
위상 시프트 마스크(4)의 작용에 의해 기판(6)의 반도체 막 상에 형성되는 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포의 가로 방향 치수는 제2결상 광학계(5)의 해상도(R2)와 대체로 동일해진다. λ가 사용된 광의 파장이고 NA2가 제2결상 광학계(5)의 영상측 개구수라고 가정할 때, 제2결상 광학계(2)의 해상도 R2는 R2 = kλ/NA2로 규정된다. 여기서, 정수 k는 위상 시프트 마스크(4)를 조명하는 조명 광학계(2)의 사양, 광원으로부터 공급되는 광 빔의 코히어런스(coherence) 정도 및 해상도의 정의에 달려있지만, 대략 1 근처의 값이다. 위에서 설명된 바와 같이, 제3실시예에서 제2결상 광학계(5)의 영상측 개구수(NA)가 감소하여 제2결상 광학계(5)의 해상도가 저하될 때, 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포의 가로 방향 치수는 커진다.
즉, 위상 시프트면 상에서 변환된 광 빔의 광 강도 분포에서 역피크 패턴부는 위상 시프트면 상에 좁은 가로 방향 치수를 가지며, 위상 시프트면으로부터 어느 정도까지 떨어진 평면 상에서 바람직한 가로 방향 치수를 가진다. 제3실시예에서는, 위상 시프트면 상의 광 강도 분포가 제2결상 광학계(5)에 의해 낮은 해상도로써 기판(6)의 반도체 막에 전달되므로, 기판(6)에 가해지는 광 빔의 광 강도 분포에서의 역피크 패턴부는 기판(6)의 반도체 막 상에서 바람직한 가로 방향 치수를 가진다.
또한, 제3실시예에서는 제2결상 광학계(5)가 위상 시프트 마스크(4)와기판(6) 사이의 광 경로에 삽입되어 있고 기판(6)과 제2결상 광학계(5) 사이의 간격이 상대적으로 크게 확보되므로, 위상 시프트 마스크(4)는 기판(6)의 용융 제거로 인해 오염되지 않는다. 그러므로, 기판(6)의 용융 제거에 의해 영향 받지 않고 우수한 결정화가 실현될 수 있다.
또한, 제3실시예에서는 기판(6)과 제2결상 광학계(5) 사이의 간격이 상대적으로 크게 확보되므로, 기판(6)과 제2결상 광학계(5) 사이의 위치 관계는 위치를 검출하는 검출 광을 기판(6)과 제2결상 광학계(5) 사이의 광 경로에 안내함으로써 쉽게 조정될 수 있다.
앞서 설명한 각 실시예에서는, 비록 위상 시프트 마스크(4)가 0, π/2, π, 3π/2의 위상에 대응하는 4개의 직사각형 영역을 포함하지만, 여기에 한정되지 않고 위상 시프트 마스크(4)의 다양한 변형예들이 수행될 수 있다. 예를 들어, 적어도 셋 이상의 위상 시프트 라인에 의한 교차점(위상 시프트부)을 가지며, 중심으로서 상기 교차점을 지닌 원형 영역에서 복합 굴절율의 적분값이 대략 제로로 설정되어 있는 위상 시프트 마스크(4)를 채택하는 것이 가능하다. 또한, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 위상 시프트부에 대응하는 원형 단차를 가지며, 이러한 원형 단차부에서의 투과 광과 주변 영역에서의 투과 광 사이의 위상차가 π가 되도록 설정되어 있는 위상 시프트 마스크(4)를 사용하는 것이 가능하다.
비록 광 강도 분포는 설계 단계에서 계산될 수 있지만, 실제 처리되는 표면(노출되는 표면) 상에서 광 강도 분포를 관찰하고 확인하는 것이 바람직하다. 이를 실현하기 위하여, 광학계에 의해 처리되는 표면을 확대하고 결과를 CCD와 같은 촬영소자에 의해 입력하면 충분하다. 사용될 광이 자외선이면, 광학계가 제한되므로, 형광 스크린을 처리되는 표면에 제공하여 광을 가시광으로 변환하는 것이 가능하다.
도 27a 내지 도 27e는 각 실시예에 따른 결정화 장치를 이용하여 전자 소자를 제조하는 방법을 보여주는 도면이다. 도 27a에 도시된 바와 같이, 하부 막(21)(예를 들어, 50 nm의 막두께를 갖는 SiN, 100 nm의 막두께를 갖는 SiO2박막 등)과 비정질 반도체 막(22)(예를 들어, 대략 50 nm 내지 200 nm의 막두께를 갖는 Si, Gc, SiGe 등)을 예를 들어 화학 기상 증착법 또는 스퍼터링 법에 의해 절연 기판(20)(예를 들어, 알칼리 유리, 석영 유리, 플라스틱, 폴리이미드 등) 상에 형성함으로써 기판(6)이 준비된다.
형성된 비정질 반도체 막(22)의 일부 또는 전부의 표면에는 위에서 설명된 결정화 장치를 이용하여 레이저 빔(23)(예를 들어, KrF 엑시머 레이저 빔 또는 XeCl 엑시머 레이저 빔)이 조사된다. 본 발명의 각 실시예에 따른 결정화 장치는 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 제공하므로, 종래의 결정화 장치에 의해 생산되는 다결정 반도체 막보다 더 큰 입자 크기를 지닌 결정을 갖는 다결정 반도체 막 또는 단결정 반도체 막(24)이 도 27b에 도시된 바와 같이 생산된다.
비정질 반도체 막(22)은 비교적 큰 표면을 가지며 그 표면 일부에만 결정화 장치로써 한번 방사(radiation)하여 조사될 때, 비정질 반도체 막(22)의 전체 표면의 결정화는 결정화 장치와 비정질 반도체 막(22)을 두 개의 직교 방향으로 상대적으로 이동시킴으로써 수행될 수 있다.
예를 들어, 결정화 장치는 비정질 반도체 막(22)에 대해 두 개의 직교 방향으로 이동될 수 있으며, 스테이지를 고정된 결정화 장치에 대해 이동시킴으로써 상기 결정화 장치를 이동시키면서, 비정질 반도체 막(22)의 표면에는 빔이 조사될 수 있다. 이와 다른 방법으로서, 비정질 반도체 막(22)이 구비된 기판은 두 개의 직교 방향으로 이동할 수 있는 스테이지에 장착될 수 있으며, 비정질 반도체 막(22)의 표면에는 광 빔이 조사될 수도 있다. 또 다른 방법으로서, 한 방향으로만 이동할 수 있는 아암(arm)에 의해 지지되는 결정화 장치에 직교하는 방향으로 비정질 반도체 막(22)이 구비되어 있는 기판이 상기 결정화 장치에 대해 이동되는 결정화 장치에서는, 상기 결정화 장치와 기판을 서로 직교하는 두 개의 방향으로 상대적으로 이동시킴으로써 비정질 반도체 막(22)의 표면에 광 빔이 조사될 수 있다.
그 다음에, 도 27c에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피(photolithography) 기술을 이용하여 다결정 반도체 막 또는 단결정 반도체 막(24)이 섬 형상의 반도체 막(25)으로 처리되며, 20 nm 내지 100 nm의 막 두께를 갖는 SiO2막은 화학 기상 증착법 또는 스퍼터링 법 등에 의해 게이트 절연막(26)으로서 형성된다. 또한, 도 27d에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(27)(예를 들어, 실리사이드 또는 MoW)이 형성되고, 불순물 이온(28)(N 채널 트랜지스터의 경우에는 인(phosphor), P 채널 트랜지스터의 경우에는 붕소)이 게이트 전극(27)을 마스크로 이용하여 주입된다. 그다음에, 질소 분위기에서 어닐링 처리(450 ℃에서 1시간)가 수행되어 불순물이 활성화된다.
다음으로, 도 27e에 도시된 바와 같이, 층간 절연막(29)이 형성되고, 컨택 홀(contact hole)이 형성되며, 채널(30)에 의해 소스(31)와 드레인(32)에 서로 연결되는 소스 전극(33) 및 드레인 전극(34)이 형성된다. 이 때, 도 27a 및 도 27b에 도시된 단계에서 생산된 다결정 반도체 막 또는 단결정 반도체 막(24)의 큰 입자 크기의 결정의 위치에 따라 채널(30)이 형성된다.
위에서 설명된 단계에 의해, 다결정 트랜지스터 또는 단결정 반도체 트랜지스터가 형성될 수 있다. 이와 같이 제조된 박막 트랜지스터는 액정 표시 장치 또는 EL(electroluminescence) 표시 장치와 같은 표시 장치의 구동 회로, 메모리(SRAM 또는 DRAM)와 같은 집적회로 등에 적용될 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 예를 들어 진폭 변조 마스크나 위상 변조 마스크와 위상 시프트 마스크의 협동 작용에 의해 2단계 역피크 패턴의 광 강도 분포가 처리 대상 기판의 반도체 막 상에 형성되므로, 결정 핵으로부터 충분한 횡방향 성장이 실현되며, 큰 입자 크기를 갖는 결정화된 반도체 막을 생성할 수 있다.
부가적인 이점 및 변형예는 당업자에 의해 용이하게 고안될 것이다. 그러므로, 더 넓은 특징에 있어서의 본 발명은 여기서 설명되고 도시된 구체적 설명 및 대표 실시예에 한정되지 않는다. 따라서, 후술하는 청구범위 및 그 등가물에 의해정의되는 본 발명의 일반적인 개념의 취지 또는 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형예가 만들어질 수 있을 것이다.

Claims (31)

  1. 위상 시프트 마스크를 조명하는 조명계를 포함하며, 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막에 상기 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소의 광 강도를 지닌 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 조사하여 결정화된 반도체 막을 생산하는 결정화 장치에 있어서,
    상기 조명계로부터의 광에 기초하여 상기 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 광 강도가 최소이고 그 영역의 주변으로 향할수록 광 강도가 증가하는 오목한 패턴의 광 강도 분포를 소정의 평면 상에 형성하는 광학 부재; 및
    상기 다결정 반도체 막 또는 상기 비정질 반도체 막 또는 그 공역 평면의 표면과 상기 소정의 평면을 광학적 공역 관계로 설정하는 결상 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는 상기 소정의 평면 상에 형성되는 오목한 패턴을 갖는 광 강도 분포에 따른 투과율 분포를 갖는 투과형 진폭 변조 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투과형 진폭 변조 마스크는 고정된 두께를 갖는 광 투과부와, 상기 소정의 평면 상에 형성되는 오목한 패턴을 갖는 광 강도 분포에 따른 두께 분포를 갖는 광 흡수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광 흡수부는 사인 파형의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 사인 파형의 표면은 연속적인 곡면 형상 또는 단차와 유사한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는 상기 소정의 평면 상에 형성되는 오목한 패턴을 갖는 광 강도 분포에 따른 개구수 분포를 갖는 개구형 진폭 변조 마스크인 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 개구형 진폭 변조 마스크는 많은 미세 투과 영역 또는 많은 미세 광 차단 영역 또는 그 양자를 갖는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 미세 투과 영역과 상기 미세 광 차단 영역의 크기는 상기 결상 광학계의 해상도보다 대체로 작도록 설정되는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 결상 광학계는 출력 감소된 광학계인 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는 상기 소정의 평면 상에서 상기 위상 시프트부에 따라 일부의 광 빔이 발산되어 조명되는 영역과, 상기 위상 시프트부의 주변부에 따라 일부의 광 빔이 집광되어 조명되는 영역을 생산하는 집광/발산 소자인 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 집광/발산 소자는 일부의 광 빔을 발산시키는 발산 굴절면과 일부의 광 빔을 집광시키는 집광 굴절면을 갖는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 발산 굴절면과 집광 굴절면은 사인 파형의 굴절면을 형성하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 사인 파형의 굴절면은 연속적인 곡면 형상 또는 단차와 유사한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는 상기 조명계의 동공면 상의 중심 또는 그 근처보다 주변부에서 더 큰 광 강도를 갖는 소정의 광 강도 분포를 형성하는 광 강도 분포 형성 소자와, 상기 조명계로부터 공급되는 광 빔을 복수의 광 빔으로 파면 분할하고 각 파면 분할된 광 빔을 상기 소정의 평면 상의 위상 시프트부에 대응하는 영역으로 집광시키는 파면 분할 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 파면 분할 소자는 집광 기능을 지닌 복수의 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 소정의 광 강도 분포는 상대적으로 작은 광 강도를 갖는 원형 중앙 영역과, 상기 중앙 영역을 둘러싸도록 형성되며 상대적으로 큰 광 강도를 갖는 원고리형 주변 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 소정의 광 강도 분포는 소정의 방향을 따라 길게 연장되며 상대적으로 작은 광 강도를 갖는 중앙 영역과, 상기 중앙 영역을 둘러싸거나 그 양쪽에서 끼워지도록 형성되며 상대적으로 큰 광 강도를 갖는 주변 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 광 강도 분포 형성 소자는 조명 동공면 상에 또는 그 근처에 배치되며 소정의 광 강도 분포를 지닌 투과 필터를 갖는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 위상 시프트 마스크의 위상 시프트면은 상기 조명계와 마주보는 측 상의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막에 가해지는 광 강도 분포는 상기 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소의 광 강도를 갖는 역피크 패턴 영역과, 상기 역피크 패턴으로부터 그 주변으로 향할수록 증가하는 광 강도를 갖는 오목한 패턴 영역을 가지며, 상기 역피크 패턴 영역과 상기 오목한 패턴 영역 사이에서 주변으로 향하면서 경사도가 감소하는 변곡점을 갖는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크는 서로 가깝게 접근하여 서로 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 결정화 장치는 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크 사이의 광 경로에 배치된 제2결상 광학계를 더 포함하며,
    상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막의 표면은 상기 제2결상 광학계를 통해 상기 위상 시프트 마스크와 광학적으로 결합되는 평면으로부터 광학 축을 따라 소정 거리만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 결정화 장치는 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크 사이의 광 경로에 배치된 제2결상 광학계를 더 포함하며,
    상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막의 표면은 상기 제2결상 광학계를 통해 상기 위상 시프트 마스크와 광학적으로 결합되는 평면으로부터 떨어져 있으며,
    상기 제2결상 광학계의 영상측 개구수는 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포를 생성하는데 필요한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  24. 위상 시프트 마스크를 조명하며, 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막에 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소인 광 강도를 지닌 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 조사하여 결정화된 반도체 막을 생산하는 결정화 방법에 있어서,
    조명계로부터의 광에 기초하여 상기 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소로 되며 그 주변을 향할수록 증가하는 광 강도를 지닌 오목한 패턴을 갖는 광 강도 분포를 소정의 평면 상에 형성시키는 단계; 및
    상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막 또는 그 결합 평면의 표면과 상기 소정의 평면을 상기 결상 광학계를 통해 광학적인 결합 관계로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크는 서로 밀접하게 접근하고 서로 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 결정화 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크 사이의 광 경로에 제2결상 광학계가 배치되며,
    상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막의 표면은 상기 위상 시프트 마스크와 광학적으로 결합된 평면으로부터 광 축을 따라 소정의 거리만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 결정화 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막과 상기 위상 시프트 마스크 사이의 광 경로에는 제2결상 광학계가 배치되어 있고,
    상기 제2결상 광학계의 영상측 개구수는 상기 역피크 패턴을 갖는 광 강도 분포를 생성하는데 필요한 값으로 설정되며,
    상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막의 표면은 상기 제2결상 광학계를 통해 상기 위상 시프트 마스크와 광학적으로 결합되어 있는 평면으로 설정되는 것을 특징으로 하는 결정화 방법.
  28. 제24항에 따른 결정화 방법에 의해 제조되는 박막 트랜지스터.
  29. 제28항에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 표시 장치.
  30. 위상 시프트 마스크를 조명하는 조명계를 포함하며, 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막에 상기 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소의 광 강도를 지닌 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 조사하여 결정화된 반도체 막을 생산하는 결정화 장치에 있어서,
    상기 조명계로부터의 광에 기초하여 중앙에서 최소이며 주변을 향할수록 증가하는 광 강도를 갖는 오목한 패턴의 광 강도 분포를 소정의 평면 상에 형성하는 광학 부재; 및
    상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막 또는 그 결합 평면의 표면과 상기 소정의 평면을 광학적인 결합 관계로 설정하는 결상 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 장치.
  31. 위상 시프트 마스크를 조명하며, 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막에 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부에 대응하는 영역에서 최소인 광 강도를 지닌 역피크 패턴의 광 강도 분포를 갖는 광 빔을 조사하여 결정화된 반도체 막을 생산하는 결정화 방법에 있어서,
    조명계로부터의 광에 기초하여 중앙에서 최소이며 주변으로 향할수록 증가하는 광 강도를 지닌 오목한 패턴을 갖는 광 강도 분포를 소정의 평면 상에 형성시키는 단계; 및
    상기 다결정 반도체 막 또는 비정질 반도체 막 또는 그 결합 평면의 표면과 상기 소정의 평면을 결상 광학계를 통해 광학적인 결합 관계로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정화 방법.
KR1020030050437A 2002-07-24 2003-07-23 결정화 장치, 결정화 방법, 박막 트랜지스터 및 표시장치 KR20040010337A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2002-00215323 2002-07-24
JP2002215323 2002-07-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040010337A true KR20040010337A (ko) 2004-01-31

Family

ID=31884288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030050437A KR20040010337A (ko) 2002-07-24 2003-07-23 결정화 장치, 결정화 방법, 박막 트랜지스터 및 표시장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7056626B2 (ko)
KR (1) KR20040010337A (ko)
CN (1) CN100338730C (ko)
TW (1) TWI301295B (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100971583B1 (ko) * 2004-02-17 2010-07-20 가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타 광 조사장치, 광 조사방법, 결정화 장치, 결정화 방법, 디바이스 및 광 변조소자
KR20190066647A (ko) * 2017-12-05 2019-06-14 삼성디스플레이 주식회사 레이저 결정화 장치

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200519503A (en) * 2003-09-30 2005-06-16 Adv Lcd Tech Dev Ct Co Ltd Crystallization apparatus, crystallization method, device and phase modulation element
JP4623723B2 (ja) * 2004-06-18 2011-02-02 大日本印刷株式会社 回折光学素子及びこれを利用した光学ローパスフィルター
KR20060048937A (ko) * 2004-08-03 2006-05-18 가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타 레이저 결정화 장치
JP4711166B2 (ja) * 2004-08-03 2011-06-29 株式会社 液晶先端技術開発センター 結晶化装置、および結晶化方法
DE102011008192A1 (de) 2011-01-10 2012-07-12 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Umwandlung von Laserstrahlung in Laserstahlung mit einem M-Profil
RU2635651C2 (ru) 2012-04-17 2017-11-14 Конинклейке Филипс Н.В. Устройство облучения
KR102300029B1 (ko) * 2017-07-27 2021-09-09 삼성디스플레이 주식회사 마스크 프레임 조립체와 이의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법
CN111092015A (zh) * 2018-10-23 2020-05-01 宸鸿光电科技股份有限公司 半导体制造方法与半导体层
NL2025258A (en) * 2019-05-02 2020-11-05 Asml Netherlands Bv A patterning device

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW237562B (ko) * 1990-11-09 1995-01-01 Semiconductor Energy Res Co Ltd
JPH09211838A (ja) * 1996-02-05 1997-08-15 Toshiba Corp 位相シフトマスク及びその製造方法、並びに当該位相シフトマスクを用いた光リソグラフィ方法
JPH11153853A (ja) * 1997-11-20 1999-06-08 Matsushita Electron Corp フォトマスク及びこれを用いた半導体装置の製造方法
CN100578876C (zh) 1998-03-11 2010-01-06 株式会社尼康 紫外激光装置以及使用该紫外激光装置的曝光装置和曝光方法
JP4403599B2 (ja) * 1999-04-19 2010-01-27 ソニー株式会社 半導体薄膜の結晶化方法、レーザ照射装置、薄膜トランジスタの製造方法及び表示装置の製造方法
US6746942B2 (en) * 2000-09-05 2004-06-08 Sony Corporation Semiconductor thin film and method of fabricating semiconductor thin film, apparatus for fabricating single crystal semiconductor thin film, and method of fabricating single crystal thin film, single crystal thin film substrate, and semiconductor device
US7217605B2 (en) 2000-11-29 2007-05-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation method and method of manufacturing a semiconductor device
US7450618B2 (en) 2001-01-30 2008-11-11 Board Of Trustees Operating Michigan State University Laser system using ultrashort laser pulses
TW521310B (en) 2001-02-08 2003-02-21 Toshiba Corp Laser processing method and apparatus
TWI276179B (en) 2002-04-15 2007-03-11 Adv Lcd Tech Dev Ct Co Ltd Semiconductor device having semiconductor films of different crystallinity, substrate unit, and liquid crystal display, and their manufacturing method
CN1975567A (zh) 2002-04-23 2007-06-06 株式会社液晶先端技术开发中心 移相掩模
JP4347546B2 (ja) 2002-06-28 2009-10-21 株式会社 液晶先端技術開発センター 結晶化装置、結晶化方法および光学系
JP4347545B2 (ja) 2002-06-28 2009-10-21 株式会社 液晶先端技術開発センター 結晶化装置および結晶化方法
TW200414280A (en) 2002-09-25 2004-08-01 Adv Lcd Tech Dev Ct Co Ltd Semiconductor device, annealing method, annealing apparatus and display apparatus
TW200503061A (en) 2003-06-30 2005-01-16 Adv Lcd Tech Dev Ct Co Ltd Crystallization method, crystallization apparatus, processed substrate, thin film transistor and display apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100971583B1 (ko) * 2004-02-17 2010-07-20 가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타 광 조사장치, 광 조사방법, 결정화 장치, 결정화 방법, 디바이스 및 광 변조소자
KR20190066647A (ko) * 2017-12-05 2019-06-14 삼성디스플레이 주식회사 레이저 결정화 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN1477677A (zh) 2004-02-25
US20040161676A1 (en) 2004-08-19
CN100338730C (zh) 2007-09-19
US7056626B2 (en) 2006-06-06
TW200403727A (en) 2004-03-01
TWI301295B (en) 2008-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4347546B2 (ja) 結晶化装置、結晶化方法および光学系
JP4347545B2 (ja) 結晶化装置および結晶化方法
JP4620450B2 (ja) 結晶化装置および結晶化方法、並びに位相シフトマスク
KR20040010337A (ko) 결정화 장치, 결정화 방법, 박막 트랜지스터 및 표시장치
KR100971583B1 (ko) 광 조사장치, 광 조사방법, 결정화 장치, 결정화 방법, 디바이스 및 광 변조소자
US7018749B2 (en) Crystallization apparatus, crystallization method, and phase shift mask and filter for use in these apparatus and method
JP4358570B2 (ja) 結晶化装置及び結晶化方法
US7608148B2 (en) Crystallization apparatus and crystallization method
US7063478B2 (en) Crystallization apparatus and crystallization method
JP4664088B2 (ja) 光照射装置、光照射方法、結晶化装置、結晶化方法、および光変調素子
JP2004172605A (ja) 結晶化装置および結晶化方法
JP2008103692A (ja) 光照射装置、結晶化装置、結晶化方法、およびデバイス
JP2004349433A (ja) 結晶化装置、結晶化方法およびデバイス
JP2009206528A (ja) 結晶化方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application