KR20060050246A - 광조사장치, 결정화장치, 결정화방법, 및 디바이스 - Google Patents

광조사장치, 결정화장치, 결정화방법, 및 디바이스 Download PDF

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KR20060050246A
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유키오 타니구치
마사키요 마츠무라
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가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타
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Abstract

180도와 실질적으로 다른 위상차의 위상단차를 갖는 광변조소자(1)와, 광변조소자를 조명하기 위한 조명광학계(10)와, 광변조소자에 의해 위상변조된 광에 기초해서 소정의 광강도 분포를 조사면에 형성하기 위한 결상광학계(4)를 구비하고 있다. 조명광학계는 위상단차의 단차선과 직교하는 방향으로 기울어진 조명광으로 광변조소자를 조명한다.

Description

광조사장치, 결정화장치, 결정화방법, 및 디바이스{Light Irradiation Apparatus, Crystallization Apparatus, Crystallization Method and Device}
도1은, 본 발명의 실시형태에 관한 결정화장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도2는, 도1의 조명광학계의 내부구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도3은, 도1의 위상시프터의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도4a 및 도4b는 디포커스에 따라서 보텀피크의 위치가 시프트되는 원인에 대해서 설명하는 도이다.
도5는 보텀피크의 위치가 어긋나는 양(x)과 3차원적 광강도 분포의 위상시프터로부터의 거리(z)의 관계를 나타내는 도이다.
도6a 및 도6b는 기울어진 조명광을 위상시프터에 조명함으로써 보텀피크의 위치 어긋남이 실질적으로 회피되는 모습을 나타내는 도이다.
도7은, 위상단차의 위상차(도)와 조명광의 최적 입사각도θ0(도)의 관계를 나타내는 도이다.
도8a 내지 도8c는, 본 실시형태의 실시예에서의 기울어진 조명에 의해 피처리기판의 표면상에 형성된 광강도 분포를 나타내는 도이다.
도9a 내지 도9c는 종래기술에 따른 수직조명에 의해 피처리기판의 표면상에 형성된 광강도 분포를 나타내는 도이다.
도10은, 위상시프터를 비스듬히 조명하는 구성의 변형례를 개략적으로 나타내는 도이다.
도11은 입사광속에 기초해서 광강도 구배분포를 형성하는 제2 광변조소자를 부설한 변형례를 나타내는 도이다.
도12a는 도11의 변형례에서의 제2 광변조소자의 패턴을 나타내는 도이고, 도12b는 제2 광변조소자를 사용한 경우에 얻어지는 광강도 분포를 나타내는 도이다.
도13은 도11의 변형례에서 형성되는 V자형의 광강도 구배분포와 역피크상의 광강도 분포의 합성 광강도 분포를 나타내는 사시도이다.
도14는 변형례에 관한 광변조소자의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도15a 내지 도15e는 본 실시형태의 결정화장치를 이용해서 전자 디바이스를 제작하는 공정을 나타내는 공정 단면도이다.
도16a 내지 도16d는 위상차가 180도인 위상시프터를 이용했을 때 결상광학계를 통해서 형성되는 역피크상의 광강도 분포를 나타내는 도이다.
도17a 내지 도17d는 위상차가 60도인 위상시프터를 이용했을 때 결상광학계를 통해서 형성되는 역피크상의 광강도 분포를 나타내는 도이다.
본 발명은 광조사장치, 결정화장치, 결정화방법, 및 디바이스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 소정의 광강도 분포를 갖는 레이저광을 비단결정 반도체막에 조사해서 결정화 반도체막을 생성하는 결정화장치 및 결정화방법에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 액정표시장치(Liquid-Crystal-Display:LCD)의 표시화소를 선택하는 스위칭소자 등에 이용되는 박막 트랜지스터(Thin-Film-Transistor:TFT)는 비정질 실리콘이나 다결정 실리콘을 이용해서 형성되어 있다.
다결정 실리콘은 비정질 실리콘보다도 전자 또는 정공의 이동도가 높다. 따라서, 다결정 실리콘을 이용해서 트랜지스터를 형성한 경우, 비정질 실리콘을 이용해서 형성하는 경우보다도 스위칭 속도가 빨라지고, 결국은 디스플레이의 응답이 빨라진다. 또, 주변 LSI를 박막 트랜지스터로 구성할 수 있게 된다. 또한, 다른 부품의 설계마진을 줄이는 등의 이점이 있다. 또, 드라이버회로나 DAC등의 주변회로를 디스플레이에 편입하는 경우에, 그 주변회로들을 보다 고속으로 동작시킬 수 있다.
다결정 실리콘은 결정립의 집합으로 이루어지므로, 예를 들며 TFT 트랜지스터를 형성했을 경우, 채널영역에 결정립계가 형성되고, 이 결정립계가 장벽이 되어 단결정 실리콘에 비하면 전자 또는 정공의 이동도가 낮아진다. 또, 다결정 실리콘을 이용해서 형성된 다수의 박막 트랜지스터는 채널부에 형성되는 결정립계수가 각 박막 트랜지스터 사이에서 달라, 이것이 불균형이 되어 액정표시장치이면 표시불균형의 문제가 된다. 그래서, 최근 전자 또는 정공의 이동도를 향상시키면서도 채널부에서의 결정립계수의 불균형을 적게하기 위해서 적어도 하나의 채널영역을 형성 할 수 있는 크기의 대입경의 결정화 실리콘을 생성하는 결정화방법이 제안되고 있다.
종래, 이 종류의 결정화방법으로서, 비단결정 반도체막(다결정 반도체막 또는 비정질 반도체막)과 평행하게 근접시킨 위상시프터에 엑시머 레이저광을 조사해서 결정화 반도체막을 생성하는 「위상제어 ELA(Excimer Laser Annealing)법」이 알려져 있다. 위상제어 ELA법의 상세는 예를 들면, Journal of The Surface Science Society of Japan, Vol.21, No.5, pp.278-287, 2000에 개시되어 있다.
위상제어 ELA법에서는 위상시프터의 위상시프트부에 대응하는 점에서 광강도가 주변보다도 낮은 역피크 패턴(중심에서 광강도가 가장 낮고 주위를 향해서 광강도가 급격히 증대되는 패턴)의 광강도 분포를 발생시켜, 이 역피크상의 광강도 분포를 갖는 광을 비단결정 반도체막에 조사한다. 그 결과, 피조사영역내에서 광강도 분포에 따라서 용융영역에 온도구배가 생기고, 광강도가 가장 낮은 점에 대응해서 최초로 응고되는 부분 또는 응고되지 않는 부분에 결정핵이 형성되고, 그 결정핵으로부터 주위를 향해서 결정이 횡방향으로 성장함으로써 대입경의 단결정립이 생성된다.
또한, 위상시프터의 위상단차에 의해 생성된 역피크상의 광강도 분포의 광속을 비단결정 반도체막에 조사함으로써 결정의 성장개시점의 위치결정을 행하는 것이, 예를 들면 M.Jyumonji 외, "Arrays of Large Si Grains Grown at Room Temperature for x-Si TFTs", SID 04 Digest, pp.434, 2004에 개시되어 있다. 또, 이 문헌에는, 위상단차의 위상차(위상량)를 적절히 설정함으로써 역피크상의 광강 도 분포에서의 보텀피크(역피크점)에서의 광강도를 최적으로 조정하는 기술이 기재되어 있다.
상술한 것과 같이, 상기 후자의 문헌에 의하면, 역피크상의 광강도분포에서의 보텀피크값은 위상단차의 위상차에 의해 결정된다. 구체적으로 위상차가 180도인 위상단차(191a)를 갖는 위상시프터(191)를 이용하면, 결상광학계의 포커스 위치(결상면)에 형성되는 역피크상의 광강도 분포는, 도16a에 나타내는 것과 같이, 도16c에 도시한 점선으로 나타낸 위상단차에 대응하는 선(191b)에 대하여 좌우대칭이며, 그 보텀피크(192)에서의 광강도는 거의 0이다. 또, 결상광학계의 포커스 위치로부터 상하로 미소이동한 디포커스 위치에서 형성되는 역피크상의 광강도 분포도, 도16b 및 도16d에 나타내는 것과 같이 거의 좌우대칭이며, 그 보텀피크에서의 광강도는 아주 조금 상승하지만 상당히 작다.
이와 같이, 위상차가 180도인 위상시프터를 이용하는 경우, 디포커스방향에 의존하지 않고 광강도 분포의 대칭성이 유지되므로, 깊은 초점심도를 실현할 수 있다. 그러나, 보텀피크에서의 광강도가 상당히 작기 때문에, 그 근방의 어느 정도의 면적의 영역에서는 결정성장 개시강도(결정성장이 개시되는 광강도)이하가 된다. 그 결과, 보텀피크의 근방은 비정질 상태인채로 변화되지 않거나 용융되어도 다결정 실리콘 또는 미세결정의 상태에 머물러, 목적으로 하는 대입경의 결정이 되는 부분의 면적률(즉 결정립의 충진율)을 높일 수 없다. 여기서, 충진율이란 역피크상의 광강도 분포를 갖는 광을 조사했을 때의 조사면에 대한 결정화영역의 비율이다.
한편, 위상차가 60도인 위상단차(193a)를 갖는 위상시프터(193)를 이용하면, 결상광학계의 포커스 위치에 형성되는 역피크상의 광강도 분포는, 도17a에 나타내는 것과 같이, 도17c에 도시한 점선으로 나타낸 위상단차(193a)에 대응하는 가상선(193b)에 대하여 거의 좌우대칭이며, 그 보텀피크(192)에서의 광강도는 어느 정도 커진다. 이에 비해, 결상광학계의 포커스 위치로부터 상하로 미소이동된 디포커스 위치에서는, 도17b 및 도17d에 나타내는 것과 같이, 형성되는 역피크상의 광강도 분포의 대칭성은 크게 무너지고, 그 보텀피크의 위치가 시프트(이동)된다. 또한, 결상광학계의 포커스 위치에 유지되는 피처리기판에는 디포커스의 원인이 되는 판두께 편차가 불가피적으로 존재한다.
이와 같이, 위상차가 60도인 위상시프터를 이용하면, 위상차가 180도인 위상시프터를 이용하는 것보다 보텀피크에서의 광강도가 커져 결정성장 개시강도에 가까워지기 때문에, 결정화영역을 넓힐 수 있다. 그러나, 위상차가 60도인 위상시프터에서는, 포커스 위치로부터 상하이동한 디포커스 위치에서의 광강도 분포의 대칭성이 크게 무너진다. 게다가, 도17b의 광강도 분포와 도17d의 광강도 분포에서는, 디포커스방향에 의존해서 대칭성이 무너지는 방식이 반대가 되므로, 초점심도가 얕아(좁아)져 버린다.
또한, 디포커스에 의해 보텀피크의 위치가 면내에서 시프트되기 때문에, 생성되는 결정립의 위치도 원하는 위치에서 시프트되어 버려, 이 결정립을 이용해서 회로를 형성할 경우에 문제가 된다. 즉, 소망하는 위치에 결정립을 형성할 수 없는 경우, 트랜지스터의 채널부 중에 결정립의 경계가 들어가게 됨으로써, 트랜지스터 의 특성이 열화되게 된다. 본 발명에서 '위상'이라는 용어는, 도18을 참조하여, 다음과 같이 정의한다.
위상시프터의 직후방에 놓이게 되는 입사평면파의 파면을 생각해 보자. 광의 전파방향으로 시프트시키는 파면부분은 "위상진행"측 영역으로 정의한다. 광원쪽으로 시프트시키는 파면부분은 "위상지연"측 영역으로 정의한다. 도18에 도시한 바와 같이, 위상시프터의 일면에는 돌출부 즉 두꺼운 부분과, 오목부 즉 얇은 부분이 형성되어 있다. 이러한 두 부분이 단차부에서 서로 접하고 있다. 돌출부가 위상진행측 영역이고, 오목부가 위상 지연측 영역이다. 이러한 위상의 정의는 돌출부나 오목부를 갖지 않는 다른 위상시프터에도 적용될 수 있다. 이러한 위상은 사용하는 초점 광학계보다 더 낮은 분해능을 가지는 미세한 패턴을 사용하여 제어할 수 있다. 이 경우에, 결상부에 형성되는 파면에 대하여 동일한 정의의 위상을 적용하는 것은 충분하다. 어떤 위상시프터에서도, 그것이 진행하면 양(+)의 값을 가진다. 예를 들어, +90°는 위상진행을 의미하고, -90°는 위상지연을 나타낸다.
또, 위상차가 60도인 위상시프터를 이용하면, 도17b 및 도17d에 나타낸 것과 같이, 디포커스 위치에서의 역피크상의 광강도 분포에서, 보텀피크의 양측에 있는 피크 중의 한쪽의 피크강도가 들어올려져 크게 증대된다. 그 결과, 이 한쪽의 피크위치에서 반도체막이 어블레이션에 의해 파괴되어 버리는 문제점도 있다. 덧붙여서, 피크강도가 크게 증대되는 측은 결상광학계로부터 멀어지는 디포커스 위치에서는 위상단차의 위상이 지연되는 측(위상시프터(193)의 도중 좌측)이며, 결상광학계에 접근하는 디포커스 위치에서는 위상단차의 위상이 진행되는 측(위상시프터(193) 의 도중 우측)이다.
본 발명은 전술한 과제를 감안해서 이루어진 것으로, 원하는 역피크상의 광강도 분포를 원하는 위치에 안정적으로 형성할 수 있으며, 또한 반도체막에 높은 충진율로 결정립을 형성할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 형태에서는, 180도와 실질적으로 다른 위상차의 위상단차를 갖는 광변조소자와, 상기 광변조소자를 조명하기 위한 조명광학계와, 상기 광변조소자에 의해 위상변조된 광에 기초해서 소정의 광강도 분포를 조사면에 형성하기 위한 결상광학계를 구비하고, 상기 조명광학계는 상기 위상단차의 단차선과 직교하는 방향으로 경사진 조명광으로 상기 광변조소자를 조명하는 것을 특징으로 하는 광조사장치를 제공한다.
제1 형태의 바람직한 형태에 따르면, 상기 광변조소자는 180도보다도 실질적으로 작은 위상차의 위상단차를 갖고, 상기 조명광학계는 상기 위상단차의 위상이 지연되는 측에서 위상이 진행되는 측으로 향하는 성분을 포함하는 방향을 따라서 상기 광변조소자를 조명한다. 또는, 상기 광변조소자는 180도보다도 실질적으로 큰 위상차의 위상단차를 가지며, 상기 조명광학계는 상기 위상단차의 위상이 진행되는 측에서 위상이 지연되는 측으로 향하는 성분을 포함하는 방향을 따라서 상기 광변조소자를 조명하는 것이 바람직하다.
또, 제1 형태의 바람직한 형태에 따르면, 상기 조명광학계는 상기 광변조소자의 광입사측에 배치된 쐐기상 프리즘을 갖는다. 또는, 상기 조명광학계는 출사동 공 또는 그 근방에 배치된 개구 조리개를 가지며, 상기 개구 조리개의 개구부는 광축에 대해서 편심되어 있는 것이 바람직하다. 또, 상기 광변조소자는 상기 위상단차의 단차선의 방향을 따라서 변화되는 광강도 분포를 형성하기 위한 위상변조 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 또, 상기 위상단차는 상기 결상광학계의 점상분포 함수범위에서의 위상변조량의 벡터적 평균값의 차에 의해 형성되고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 형태에서는, 제1 형태의 광조사장치와, 상기 소정면에 비단결정 반도체막을 유지하기 위한 스테이지를 구비하고, 상기 소정면에 유지된 비단결정 반도체막에 상기 소정의 광강도 분포를 갖는 광을 조사해서 결정화 반도체막을 생성하는 것을 특징으로 하는 결정화장치를 제공한다.
본 발명의 제3 형태에서는, 제1 형태의 광조사장치를 이용해서 상기 소정면에 유지된 비단결정 반도체막에 상기 소정의 광강도 분포를 갖는 광을 조사해서 결정화 반도체막을 생성하는 것을 특징으로 하는 결정화방법을 제공한다.
본 발명의 제4 형태에서는, 제2 형태의 결정화장치 또는 제3 형태의 결정화방법을 이용해서 제조된 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공한다.
본 발명의 전형적인 형태에 따른 결정화장치에서는, 광변조소자의 위상단차의 단차선과 직교하는 방향으로 기울어진 조명광으로 광변조소자를 조명하기 때문에, 180도와 실질적으로 다른 위상차의 위상단차를 갖는 광변조소자를 이용해도 예를 들면, 역피크상의 광강도 분포의 대칭성이 디포커스 방향에 의존하지 않고 양호하게 유지되며, 더 나아가 깊은 초점심도를 실현할 수 있다. 그 결과, 본 발명에서 는 원하는 역피크상의 광강도 분포를 원하는 위치에 안정적으로 형성할 수 있고, 반도체막에 높은 충진율로 결정립을 형성할 수 있다.
본 발명의 추가적인 잇점들은 후술하는 상세한 발명에 의해 명확해질 것이며, 일부는 그 상세한 설명에 의해 자명할 것이며, 본 발명의 실시에 의해 밝혀질 것이다. 본 발명의 목적 및 잇점들은 특히 후술하는 수단 및 조합에 의해 실현되고 얻어질 것이다.
본 명세서와 결합되어 그 일부를 구성하는 첨부도면은 본 발명의 구현예를 나타내며, 상술한 일반적인 발명의 설명과 함께 후술하는 구현예에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 원리를 설명하는데 기여할 것이다.
본 발명의 실시형태를, 첨부도면에 기초해서 설명하겠다. 도1은 본 발명의 실시형태에 관한 결정화장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 또, 도2는 도1의 조명광학계의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 도1 및 도2를 참조하면, 본 실시형태의 결정화장치는 입사광속을 위상변조해서 소정의 광강도 분포를 갖는 광속을 형성하기 위한 위상시프터(광변조소자)(1)와, 위상시프터를 조명하기 위한 조명광학계(10)와, 결상광학계(4)와, 피처리기판(5)을 유지하기 위한 기판 스테이지(6)를 구비하고 있다.
위상시프터(1)는, 도3에 나타낸 것과 같이, 횡방향을 따라서 늘어선 4개의 위상영역(1a~1d)으로 이루어지는 단위패턴을 반복해서 배치함으로써 구성되고 있다. 구체적으로, 위상시프터(1)의 단위패턴은 기준의 위상값을 갖는 제1 위상영역(1a)과, 제1 위상영역(1a)에 대해서 +90도의 위상값(제1 위상영역(1a)에서의 위상 변조량을 0도로 기준화했을 때의 상대적인 위상차)을 갖는 제2 위상영역(1b)과, 제1 위상영역(1a)에 대해서 +180도의 위상값을 갖는 제3 위상영역(1c)과, 제1 위상영역(1a)에 대해서 +270도의 위상값을 갖는 제4 위상영역(1d)이 도중 우측에서 좌측을 향해서 순서대로 구성되어 있다.
따라서, 위상시프터(1)의 단위패턴에 대해서 평행광이 수직입사되면, 제1 위상영역(1a)을 통과한 광의 위상을 기준으로 하면, 제2 위상영역(1b)을 통과한 광은 90도만큼 위상이 빨라지고, 제3 위상영역(1c)을 통과한 광은 180도만큼 위상이 빨라지고, 제4 위상영역(1d)을 통과한 광은 270도만큼 위상이 빨라지게 된다. 바꿔 말하면, 2개의 임의의 위상영역사이에 형성되는 위상단차에서, 도중 우측에서 좌측으로 위상이 순차적으로 90도만큼 빨라진다. 또한, 각 위상영역(1a~1d)은 그 단위패턴의 반복방향을 따라서 같은 폭치수(w)를 갖는다.
조명광학계(10)는 조명광학계 본체(2)와, 위상시프터(1)와 조명광학계 본체(2)사이의 위상시프터(1)의 직전에 배치된 쐐기상 프리즘(3)에 의해 구성되어 있다. 광학계 본체(2)는, 예를 들면 248nm의 파장을 갖는 광을 제공하는 KrF 엑시머 레이저광원(2a)을 구비하고 있다. 광원(2a)으로서 XeCl 엑시머 레이저광원이나 YAG 레이저 광원과 같은 피결정화처리체를 용융하는 에너지 광선을 출사하는 기능을 갖는 다른 적당한 광원을 이용할 수도 있다. 광원(2a)으로부터 공급된 레이저광은 빔익스펜더(2b)를 통해서 확대된 후, 제1 플라이아이 렌즈(2c)로 입사된다.
이렇게 해서, 제1 플라이아이 렌즈(2c)의 후측초점면에는 복수의 광원이 형성되고, 이 복수의 광원들로부터의 광속은 제1 컨덴서 광학계(2d)를 통해서 제2 플 라이아이 렌즈(2e)의 입사면을 중첩적으로 조명한다. 그 결과, 제2 플라이아이 렌즈(2e)의 후측초점면에는 제1 플라이아이 렌즈(2c)의 후측초점면보다도 많은 복수의 광원이 형성된다. 제2 플라이아이 렌즈(2e)의 후측초점면에 형성된 복수의 광원으로부터의 광속은 제2 컨덴서 광학계(2f) 및 쐐기상 프리즘(3)을 통해서 위상시프터(1)를 중첩적으로 조명한다. 또한, 쐐기상 프리즘(3)의 구성 및 작용에 대해서는 후술하겠다.
제1 플라이아이 렌즈(2c) 및 제1 컨덴서 광학계(2d)는 제1 호모지나이저를 구성하고, 상기 제1 호모지나이저에 의해 광원(2a)으로부터 공급된 레이저광에 대해서, 위상시프터(1)상에서의 입사각도에 관한 균일화가 꾀해진다. 또, 제2 플라이아이 렌즈(2e) 및 제2 컨덴서 광학계(2f)는 제2 호모지나이저를 구성하고, 상기 제2 호모지나이저에 의해 제1 호모지나이저로부터의 입사각도가 균일화된 레이저광에 대해서, 위상시프터(1)상에서의 각 면내 위치에서의 광강도에 관한 균일화가 꾀해진다.
이렇게 해서, 조명광학계(10)는 거의 균일한 광강도 분포를 갖는 레이저광에 의해 위상시프터(1)를 조명한다. 위상시프터(1)에서 위상변조된 레이저광은 결상광학계(4)를 통해서 피처리기판(5)으로 입사된다. 여기서, 결상광학계(4)는 위상시프터(1)의 위상패턴면과 피처리기판(5)을 광학적으로 공역으로 배치하고 있다. 바꿔 말하면, 피처리기판(5)은 위상시프터(1)의 위상패턴면과 광학적으로 공역인 면(결상광학계(4)의 상면)에 설정되어 있다.
결상광학계(4)는 제1 정렌즈군(4a)과, 제2 정렌즈군(4b), 및 그 사이에 개구 조리개(4c)를 구비하고 있다. 개구 조리개(4c)의 개구부(광투과부)의 크기(더 나아가서는 결상광학계(4)의 상측 개구수(NA))는, 피처리기판(5)의 반도체막상에서 소요의 광강도 분포를 발생시키도록 설정되어 있다. 또한, 결상광학계(4)는 굴절형의 광학계라도 좋고, 반사형의 광학계라도 좋고, 굴절/반사형의 광학계라도 좋다.
또, 피처리기판(5)은, 기판상에 하층 절연막, 반도체박막, 상층 절연막 순으로 성막함으로써 구성되어 있다. 즉, 피처리기판(5)은 예를 들면, 액정 디스플레이용 판유리상에 화학기상성장법(CVD)에 의해 하지 절연막, 비단결정막 예를 들면, 비정질 실리콘막 및 캡막이 순차 형성된 것이다. 하지 절연막 및 캡막은 절연막, 예를 들면 SiO2이다. 하지 절연막은, 비정질 실리콘막과 유리기판이 직접 접촉해서 Na등의 이물질이 비정질 실리콘막에 혼입되는 것을 방지하고, 비정질 실리콘막의 열이 직접 유리기판에 전달되는 것을 방지한다.
비정질 실리콘막은 결정화되는 반도체막의 일종이다. 캡막은 비정질 실리콘막에 입사되는 광빔의 일부에 의해 가열되고, 이 가열된 온도를 축열한다. 이 축열효과는 광빔의 입사가 차단되었을 때, 비정질 실리콘막의 피조사면에서 고온부가 상대적으로 급속히 강온되지만, 이 강온구배를 완화시켜, 대입경의 횡방향의 결정성장을 촉진시킨다. 피처리기판(5)은 진공척이나 정전척 등에 의해 기판 스테이지(6)상에서 소정의 위치로 위치결정되어 유지되고 있다.
상술한 것과 같이, 종래의 기술에서는, 위상차가 180도와는 실질적으로 다른 위상단차를 갖는 위상시프터, 예를 들면 위상차가 60도인 위상단차를 갖는 위상시 프터를 이용하면, 결상광학계(4)의 디포커스 위치에 형성되는 역피크상의 광강도 분포의 대칭성은 크게 무너지고, 그 보텀피크의 위치가 시프트된다. 이하, 도4a 및 도4b를 참조해서, 위상시프터(1)의 위상단차에서의 위상차가 180도와는 실질적으로 다를 경우에, 결상광학계(4)에 대한 디포커스에 따라서 보텀피크의 위치가 시프트되는 원인에 대해서 설명하겠다.
우선, 조명광학계 본체(2)와 위상시프터(1) 사이에 쐐기상의 프리즘(3)이 끼워져 있지 않은 상태를 상정하고, 위상시프터(1)에 대한 조명광이 위상시프터(1)에 수직인 평행광인 것과 근사하다. 이것은, 코히어런트 결상이라고 불리는 상태이다. 또, 결상광학계(4)의 디포커스 위치에서의 결상을 생각할 때, 위상시프터(1)의 직후의 3차원적인 광강도 분포(도4a 중 점선으로 나타낸다)를 구하고, 그 3차원적인 광강도 분포가 결상광학계(4)에 의해 피조사면(피처리기판(5)의 반도체막)의 직후에 결상되는 것으로 생각한다. 도17b 및 도17d를 참조하여 설명하였듯이, 피조사면 직전의 3차원적 광강도 분포는 피조사면 직후의 3차원적 광강도 분포와 대칭이된다. 이 가정들이나 근사가 충분한 정밀도를 갖는 것은 실시예에서 나타난다.
위상시프터(1)의 직후의 3차원적 광강도 분포는 위상물체의 경계에서 프레넬 회절에 의해 생기는 베케선(Becke's line)으로서 해석적으로 구해지고 있다. 이 점에 대해서는, 예를 들면, Tsuruta 저, 「Applied Optics I」, Baifukan Co.,Ltd, pp172~175, 1990 등의 문헌을 참조할 수 있다. 이것에 의하면, 180도보다도 실질적으로 작은 위상차의 위상단차의 직후에 형성되는 3차원적 광강도 분포는 위상단차의 위치에서 고굴절율측 또는 위상이 진행되는 측(위상 진행측)으로 어긋난 위치에 가장 어두운 부분 즉 보텀피크를 갖는다.(도4b 참조)
또, 위상단차의 위치를 기준으로 정해지는 보텀피크의 변위량, 즉 거리(x)는 위상시프터(1)로부터의 거리(z)의 제곱근에 비례해서 커진다. 거리(z)를 고려하는 경우에, 위상단차(1a)의 깊이(위상단차가 있는 면사이의 거리)는 매우 작은 것으로 간주할 수 있다. 즉, 위상단차로부터의 보텀피크의 변위량(x)은 다음 식(1)에 의해 나타난다. 또한, 식(1)에서, λ은 사용광의 파장이며, z는 3차원적 광강도 분포의 위상시프터(1)로부터의 거리이며, ωo는 위상단차의 위상차에 의해 정해지는 상수값이며 보텀피크에 대응하는 값이다.
x=ωo×(λ·z/2)1/2 (1)
예를 들면, 위상단차의 위상차가 90도일 때, 베케선의 해석결과로부터 ωo=0.37의 위치에서 보텀피크가 된다. 따라서, λ=0.248㎛로 하고, z=10㎛로 했을 경우, 위상단차로부터의 보텀피크의 변위량(x)은 x=0.41㎛가 된다. 도5에는, 사용광의 파장을 λ=0.248㎛로 고정하면서도, 위상단차의 위상차를 30도, 60도, 90도로 각각 설정했을 때의 보텀피크의 변위량(x)과 3차원적 광강도 분포의 위상시프터(1)로부터의 거리(z)와의 관계를 나타낸다.
본 실시형태에서는, 조명광학계 본체(2)와 위상시프터(1) 사이의 광로중에서, 위상시프터(1)에 근접해서 쐐기상의 프리즘(3)을 배치하고 있다. 그리고, 도6b에 나타낸 것과 같이, 프리즘(3)에 수직으로 입사하는 화살표 a로 나타낸 광이 쐐기상의 프리즘(3)의 작용에 의해 위상시프터(1)의 위상단차의 단차선과 직교하는 방향인 화살표 b로 나타낸 광으로 변화되고, 이 조명광으로 위상시프터(1)를 조명함으로써 디포커스에 의한 보텀피크의 위치 어긋남(변위)을 실질적으로 회피한다. 도6a는, 비교를 위하여 쐐기상 프리즘(3)을 배치하지 않은 상태를 나타낸다. 이하, 기울어진 조명광에 의해 보텀피크의 변위가 실질적으로 회피되는 점에 대해서 설명하겠다.
프레넬 회절의 일반적인 특성으로서, 광변조소자인 위상시프터(1)에 입사하는 조명광의 각도를 수직에서 θ만큼 기울임으로써 회절상은 다음 식(2)의 환산좌표(xm)로 바꾼 형상으로 변화한다.
xm=x-tanθ·z (2)
즉, 위상시프터(1)로부터 거리(z)의 위치에 형성되는 광강도 분포는 조명광이 기울어져 진행되는 방향으로(tanθ·z)로 나타나는 거리만큼 가로로 어긋난다. 따라서, 가로방향에 평행인 면에서 조명광의 기울어진 각(θ)을 조정함으로써, 디포커스에 의한 보텀피크의 위치어긋남을 보정할 수 있어진다. 이 경우, 거리(z)의 모든 값에 대해서 보텀피크의 위치를 위상시프터(1)의 위상단차의 단차선의 위치와 일치시키는 것이 바람직하지만, 암부영역(역피크 패턴의 피크에 가까운 영역)은 휘어져 있기 때문에 불가능하다.
단, 목표거리(zo)를 정하고, 그 거리(zo)에서 보텀피크의 위치를 위상시프터(1)의 위상단차의 단차선의 위치와 일치시킴으로써 -zo~+zo의 범위에서 대충 보정이 가능해진다. 이 보정에 필요한 조명광의 최적입사각도(θo)는 다음 식(3)을 만족하고, 다음 식(4)으로 나타난다.
xm=xo-tanθ0·zo=0 (3)
θo=tan-1[ωo·{λ/(2·zo)}1/2] (4)
구체적으로 위상시프터(1)의 위상단차의 위상차가 90도인 경우, ωo=0.37이므로, λ=0.248㎛로 하고, zo=10㎛로 하면, 조명광의 최적 입사각도는 θo=2.4도(0.041rad(라디안))이 된다. 같은 조건(λ=0.248㎛, zo=10㎛)에서의 위상시프터(1)의 위상단차의 위상차(도)와 조명광의 최적 입사각도(θo)(도)와의 관계를 도7에 나타낸다.
또한, 상술한 것과 같이, 180도보다도 실질적으로 작은 위상차의 위상단차의 직후에 형성되는 3차원적 광강도 분포에서는, 위상단차의 위치에서(위상단차에 대응하는 가상선으로부터) 위상이 지연되는 측으로 보텀피크가 시프트된다. 따라서, 이 경우, 디포커스에 의한 보텀피크의 위치 어긋남을 보정하려면 위상단차의 위상이 진행되는 측에서 위상이 지연되는 측으로 향하는 성분을 포함하는 방향을 따라서 위상시프터(1)를 조명하면 된다. 한편, 180도보다도 실질적으로 큰 위상차의 위상단차의 직후에 형성되는 3차원적 광강도 분포에서는, 위상단차의 위치에서 위상이 진행되는 측으로 보텀피크가 시프트된다. 따라서, 이 경우, 디포커스에 의한 보 텀피크의 위치 어긋남을 보정하려면 위상단차의 위상이 지연되는 측에서 위상이 진행되는 측으로 향하는 성분을 포함하는 방향을 따라서 위상시프터(1)를 조명하면 된다.
또한, 이상의 설명에서는, 조명광의 최적 입사각도(θo)를 구할 때, 결상광학계(4)가 등배광학계라고 상정하고 있다. 일반적으로 배율이 1/M인 결상광학계를 이용하는 경우에는, 결상광학계의 상면측에 환산된 같은 계산에 의해 조명광의 최적 입사각도(θo')를 구해, 구한 각도(θo')의 값을 M으로 나눔으로써, 실제로 위상시프터(1)에 조사해야 할 조명광의 기울기 각도θo(=θo'/M)를 얻을 수 있다.
그런데, 도6b에 나타낸 것과 같이, 광변조소자인 위상시프터(1)의 직전에 쐐기상 프리즘(소각 프리즘 또는 웨지 프리즘)(3)을 설치함으로써 비스듬히 조명을 실현하는 경우, 프리즘각(쐐기상 프리즘(3)의 정각)(ø)과 수직 입사광선의 편각(θ) 사이에는 다음 식(5)에 나타내는 관계가 성립된다.
θ≒ø(n-1) (5)
여기서, n은 쐐기상 프리즘(3)을 형성하는 광학재료의 굴절율이다. 구체적으로, 위상시프터(1)의 위상단차의 위상차가 90도인 경우에서의 조명광의 최적 입사각도θo=2.4도와 동일한 편각(θ)을 확보하려면 쐐기상 프리즘(3)을 형성하는 광학재료의 굴절율을 n=1.508로 하고, ø=4.8도인 프리즘각을 갖는 쐐기상 프리즘(3)을 이용하면 된다는 것을 알 수 있다.
본 실시형태에서는, 구체적인 수치에 기초하는 실시예에서, 본 발명의 효과 가 검증된다. 본 실시예에서는, 광의 파장이 248nm(=0.248㎛:엑시머 레이저광)이며, 결상 광학계(4)의 배율이 1배(등배)이며, 결상광학계(4)의 상측 개구수(NA)가 0.13이며, 조명 시그마값(코히어런스 펙터;조명광학계(10)의 개구수/결상광학계(4)의 물측 개구수)가 0.47이다. 또, 도3에 나타내는 위상시프터(1)에서, 각 위상영역(1a~1d)의 폭치수(w)는 5㎛이다.
또한, 도6b에 나타낸 것과 같이, ø=4.8도인 프리즘각을 갖는 쐐기상 프리즘(3)을 이용함으로써, 위상단차의 위상이 진행되는 측에서 위상이 지연되는 측으로 향하는 성분을 포함하는 방향으로 기울어진 θ=2.4도인 입사각도를 갖는 화살표 b로 나타낸 조명광으로 위상시프터(1)를 조명했다. 그 결과, 본 실시예에서는 피처리기판(5)의 표면상에서 도8b 및 도8c에 나타낸 것과 같은 광강도 분포를 얻었다. 한편, 비교예에서는, 본 실시예와 같은 조건에서, 종래의 기술에 따라서 수직입사되는 조명광으로 위상시프터(1)를 조명했다. 그 결과, 비교예에서는 피처리기판(5)의 표면상에서 도9a 및 도9c에 나타낸 것과 같은 광강도 분포를 얻을 수 있었다.
수직조명(도9a의 화살표 a로 나타낸 방향에서 조명)을 이용한 비교예의 경우, 결상광학계(4)의 포커스 위치에 형성되는 역피크상의 광강도 분포는 도9b에 나타내는 것과 같이 거의 좌우대칭이다. 그러나, 결상광학계(4)의 포커스 위치에서 10㎛만큼 아래로(결상광학계(4)로부터 멀어지는 방향으로)미소이동된 디포커스 위치에서는, 도9c에 나타낸 것과 같이, 형성되는 역피크상의 광강도 분포의 대칭성은 크게 무너지고, 그 보텀피크의 위치가 위상단차의 위상이 지연되는 측으로 시프트되고 있다. 또, 수직조명에서는, 디포커스에 의해 위상이 진행되는 측(도중 우측) 의 피크가 크게 증대되고 있다.
이에 비해, 비스듬한 조명(경사 조명)(도8a의 화살표 b방향에서의 조명)을 이용한 본 실시예의 경우, 결상광학계(4)의 포커스 위치에 형성되는 역피크상의 광강도 분포는, 도8b에 나타내는 것과 같이 거의 좌우대칭이다. 또, 결상광학계(4)의 포커스 위치에서 10㎛만큼 아래로 미소이동된 디포커스 위치에서도, 도8c에 나타낸 것과 같이, 형성되는 역피크상의 광강도 분포의 대칭성은 양호하게 유지되고, 그 보텀피크의 위치도 실질적으로 시프트되지 않고 위상단차의 단차선에 대응하는 위치에 양호하게 유지되고 있다. 또한, 비스듬한 조명에서는, 디포커스되어도 역피크상의 광강도 분포의 피크는 거의 증대되지 않고 거의 일정하다.
이렇게 해서, 본 실시예에서는 피처리기판(5)의 표면상에서, 위상시프터(1)의 위상단차의 단차선에 대응하는 위치의 근방에 결정핵을 형성하고, 이 결정핵으로부터 단차선과 직교하는 방향(횡방향)으로 결정성장시킴으로써, 결정립을 반도체막의 소정면내에 충진할 수 있다. 이 때, 결상광학계(4)의 포커스 위치에 대해서 피처리기판(5)의 상부표면을 상하방향으로 10㎛만큼 디포커스시켜도 결정립의 위치가 면내에서 거의 시프트되지 않고, 또 어블레이션에 의해 반도체막의 일부가 파괴되는 일도 없다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 위상시프터(1)의 위상단차의 단차선과 직교하는 방향으로 기울어진 조명광으로 위상시프터(1)를 조명하고 있으므로, 180도와 실질적으로 다른 위상차의 위상단차를 갖는 위상시프터(1)를 이용해도 역피크상의 광강도 분포의 대칭성이 디포커스방향에 의존하지 않고 양호하게 유지되고, 더 나아가 깊은 초점심도를 실현할 수 있다. 그 결과, 원하는 역피크상의 광강도 분포를 원하는 위치에 안정적으로 형성할 수 있고, 또한 반도체막에 높은 충진율로 결정립을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 위상시프터(1)의 직전에 배치된 쐐기상 프리즘(3)의 편각작용에 의해, 수직으로부터 소요의 각도만큼 기울어진 조명광으로 위상시프터(1)를 조명하고 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 도10에 나타낸 것과 같이, 조명광학계(2)의 출사동공 또는 그 근방(즉 제2 플라이아이 렌즈(2e)의 사출면의 근방)에 개구 조리개(2g)를 배치하는 변형예도 가능하다. 이 경우, 개구 조리개(2g)의 개구부(광투과부)(2ga)를 광축(AX)에 대해서 소정거리만큼 편심시킴으로써 수직으로부터 소요의 각도(θ)만큼 기울어진 조명광으로 위상시프터(1)를 조명할 수 있다.
또, 상술한 실시형태에서는, 위상단차에 의해 역피크상의 광강도 분포를 형성하는 위상시프터(1)를 이용하고 있다. 그러나, 도11에 나타낸 것과 같이, 역피크상의 광강도 분포를 형성하는 위상시프터(광변조소자)(1)에 더해서, 입사광속에 기초해서 광강도 구배분포를 형성하는 패턴을 갖는 제2 광변조소자(21)를 이용할 수도 있다. 여기서, 제2 광변조소자(21)는 그 위상패턴면이 위상시프터(1)의 위상패턴면과 대향하도록 배치되어 있다. 도11에서, 위상시프터(1)의 위상단차의 단차선은 X방향을 따라서 늘어나 있다.
도12a에 도시한 바와같이, 제2 광변조소자(21)는 결상광학계(4)의 점상분포 함수범위의 반경보다도 광학적으로 작은 사이즈의 복수의 셀을 갖는다. 각 셀에는, 예를 들면 0도의 위상값을 갖는 제1 영역(도면 중 공백부로 나타낸다)(21a)과, 예를 들면 +90도의 위상값을 갖는 제2 영역(도면 중 사선부로 나타낸다)(21b)이 형성되어 있다. 그리고, 각 셀내에서의 제1 영역(21a)과 제2 영역(21b)의 점유면적율이 셀마다 변화하고 있다. 구체적으로는, 셀 내에서의 제1 영역(21a)의 점유 면적비는 도면 중의 중앙의 셀에서 가장 50%에 가깝고, 도면 중 양측의 셀에서 가장 100%에 가깝고, 그 사이에서 X방향을 따라서 단조롭게 변화하고 있다.
이렇게 해서, 제2 광변조소자(21)의 작용에 의해, 도12b에 나타내는 것과 같이, 제1 영역(21a)의 점유면적비가 가장 100%에 가까운 양측 위치에서 가장 광강도가 크고, 제1 영역(21a)의 점유면적비가 가장 50%에 가까운 중앙위치에서 가장 광강도가 작은 1차원의(X방향으로 구배를 갖는다)V자형의 광강도 구배분포를 얻을 수 있다. 제2 광변조소자(21)는, 예를 들면 석영유리기판에 소요의 단차에 대응하는 두께분포를 형성함으로써 제조할 수 있다. 석영유리기판의 두께의 변화는 선택에칭 등에 의해 형성할 수 있다.
그 결과, 도11의 변형례에서는, 도13에 나타낸 것과 같이, 제2 광변조소자(21)를 통해서 형성되는 1차원 V자형의 광강도 구배분포(22a)와, 위상시프터(1)를 통해서 형성되는 역피크상의 광강도 분포(22b)의 합성 광강도 분포, 즉 V자형 패턴 및 역피크상 패턴의 광강도 분포(22c)가 피처리기판(5)의 표면상에 형성된다. 그 결과, 도11의 변형례에서는, 1차원 V자형의 광강도 구배분포(22a)에서의 광강도의 구배방향(X방향)을 따라서 결정핵으로부터의 충분한 횡방향의 결정성장을 실현할 수 있어, 대입경의 결정화 반도체막을 생성할 수 있다.
또한, 도11의 변형례에서, 결상광학계(4)에 의한 포커스의 관점에서, 위상시프터(1)의 위상패턴면과 제2 광변조소자(21)의 위상패턴면이 될 수 있는 한 근접하도록 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제2 광변조소자(21)에 위상시프터(1)를 부착하고, 이들 부재를 부착된 상태에서 사용할 수 있다.
위상시프터(1)의 뒤쪽에 제2 광변조소자(21)를 배치하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 제2 광변조소자(21)의 뒤쪽에 위상시프터(1)를 배치할 수도 있다. 또한, 위상시프터(1)와 제2 광변조소자(21)를 따로따로 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 위상시프터(1)의 위상패턴과 제2 광변조소자(21)의 위상패턴의 합성위상 패턴을 갖는 1개의 광변조소자를 이용할 수도 있다.
또, 상술한 실시형태에서는, 위상시프터(1)의 단위패턴에서, 예를 들면 0도인 위상값을 갖는 평탄한 제1 위상영역(1a)과 +90도의 위상값을 갖는 평탄한 제2 위상영역(1b)과의 사이에, 90도의 위상차를 갖는 위상단차가 형성되어 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 도14에 나타내는 것과 같이, 결상광학계(4)의 점상분포 함수범위(4d)에서의 위상변조량의 벡터적 평균값의 차에 의해, 예를 들면 90도의 위상차를 갖는 위상단차를 형성하는 변형예도 가능하다. 여기서, 결상광학계(4)의 점상분포 함수범위란, 점상분포 함수에서 0이 되는, 혹은 0으로 간주할 수 있는 선으로 둘러싸인 범위이다. 일반적으로는, 점상분포 함수범위는 결상광학계(4)의 개구수를 NA로 하고, 파장을 λ로 했을 경우, 상면상에서 반경 0.61λ/NA의 원으로 나타나며, 위상시프터(광변조소자)(1)상에서는 결상광학계(4)의 배율로 나눈 값이 된다.
도14의 변형예에서는, 예를 들면 0도의 위상값(기준이 되는 위상값)을 갖는 제1 위상영역(도중 공백부로 나타낸다)(11a)으로 이루어지는 각 셀(11d)중에, 제1 위상영역(11a)에 대해서 +90도의 위상값을 갖는 제2 위상영역(도면 중 사선부로 나타낸다)(11b), 또는 제1 위상영역(11a)에 대해서 -90도의 위상값을 갖는 제3 위상영역(도면 중 사선부로 나타낸다)(11c)가 형성되어 있다. 구체적으로, 도면 중 우측 셀에는 모두 제2 위상영역(11b)이 형성되고, 도면 중 좌측 셀에는 모두 제3 위상영역(11c)이 형성되어 있다. 또, 각 셀에서의 제2 위상영역(11b)의 면적점유율 및 제3 위상영역(11c)의 면적점유율은 모두 50%이다.
이 경우, 도면 중 우측 영역에서, 결상광학계(4)의 점상분포 함수범위(4d)에서의 위상변조량의 벡터적 평균값은 다음 식(6)로부터 +45도이다. 한편, 도면 중 좌측 영역에서, 결상광학계(4)의 점상분포 함수범위(4d)에서의 위상변조량의 벡터적 평균값은 다음의 식(7)로부터 -45도이다. 따라서, 도면 중 우측 영역과 도면 중 좌측 영역의 경계선(31)을 따라서 위상변조량의 벡터적 평균값의 차, 즉 +45도와 -45도의 차에 의해, 90도의 위상차를 갖는 위상단차가 형성되게 된다.
0.5×eio+0.5×ei(π/2)=0.5×21/2×ei(π/4) (6)
0.5×eio+0.5×ei(-π/2)=0.5×21/2×ei(-π/4) (7)
그 결과, 도14의 변형예에 관한 위상패턴을 갖는 광변조소자를 비스듬히 조명함으로써, 위상시프터(1)를 비스듬히 조명하는 상술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 덧붙여서, 결상광학계(4)의 점상분포 함수범위(4d)에서의 위상변조 량의 벡터적 평균값, 즉 평균위상값(Pav)은 다음 식(8)으로 정의된다. 또한, 식(8)에서, arg는 위상값을 얻는 함수이며, x, y는 위상패턴면에서의 좌표이며, θ는 식(8)에서의 위상패턴면 상의 어느 점에서의 위상이다.
Pav=arg(∫eiθ(x,y)dxdy) (8)
도15a 내지 도15e를 참조하여, 본 실시형태의 결정화장치를 이용해서 결정화된 영역에 전자 디바이스를 제작하는 공정을 이하에 설명한다.
도15a에 나타낸 것과 같이, 절연기판(80)(예를 들면, 알칼리 유리, 석영유리, 플라스틱, 폴리이미드 등)상에, 하지막(81)(예를 들면, 막두께 50nm의 SiN 및 막두께 100nm의 SiO2적층막 등) 및 비정질 반도체막(82)(예를 들면, 막두께 50nm~200nm 정도의 Si, Ge, SiGe 등)및 캡막(82)(예를 들면, 막두께 30nm~300nm의 SiO2막 등)을, 화학기상 성장법이나 스퍼터법 등을 이용해서 성막한 피처리기판(5)을 준비한다. 그리고, 본 실시형태에 따른 결정화장치를 이용해서 비정질 반도체막(82)의 표면의 미리 정해진 영역에, 레이저광(83)(예를 들면, KrF 엑시머 레이저광이나 XeCl엑시머 레이저광 등)을 조사한다.
이렇게 해서, 도15b에 나타낸 것과 같이, 대입경의 결정을 갖는 다결정 반도체막 또는 단결정화 반도체막(84)이 생성된다. 다음으로, 캡막(82)을 에칭에 의해 제거한 후, 도15c에 나타내는 것과 같이, 포토리소그래피 기술을 이용해서 다결정 반도체막 또는 단결정화 반도체막(84)을 예를 들면, 박막 트랜지스터를 형성하기 위한 영역이 되는 섬상의 반도체막(85)으로 가공하고, 표면에 게이트 절연막(86)으 로서 막두께 20nm~100nm의 SiO2막을 화학기상 성장법이나 스퍼터법 등을 이용해서 성막한다. 또한, 도15d에 나타내는 것과 같이, 게이트 절연막(86)상에 게이트 전극(87)(예를 들면, 실리사이드나 MoW 등)을 형성하고, 게이트전극(87)을 마스크로 해서 불순물 이온(88)(N채널 트랜지스터의 경우에는 인, P채널 트랜지스터의 경우에는 붕소)을 이온주입한다. 그 후, 질소분위기에서 어닐링처리(예를 들면, 450℃에서 1시간)를 행하고, 불순물을 활성화해서 섬상의 반도체막(85)에 소스영역(91), 드레인 영역(92)을 형성한다. 다음으로, 도15e에 나타낸 것과 같이, 층간절연막(89)을 성막해서 컨텍공을 뚫고, 채널(90)에서 이어지는 소스(91) 및 드레인(92)에 접속되는 소스전극(93) 및 드레인 전극(94)을 형성한다.
이상의 공정에서, 도15a 및 도15b에 나타내는 공정으로 생성된 다결정 반도체막 또는 단결정화 반도체막(84)의 대입경 결정의 위치에 맞춰서, 채널(90)을 형성한다. 이상의 공정에 의해, 다결정 트랜지스터 또는 단결정화 반도체에 박막 트랜지스터(TFT)를 형성할 수 있다. 이렇게 해서 제조된 다결정 트랜지스터 또는 단결정화 트랜지스터는 액정표시장치(디스플레이)나 EL(일렉트로루 미네선스) 디스플레이 등의 구동회로나, 메모리(SRAM 이나 DRAM)나 CPU등의 집적회로 등에 적용가능하다.
또한, 상술한 설명에서는, 비단결정 반도체막에 소정의 광강도 분포를 갖는 광을 조사해서 결정화 반도체막을 생성하는 결정화장치 및 결정화방법에 본 발명을 적용하고 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 일반적으로 결상광학계를 통해서 소정의 광강도 분포를 소정면에 형성하는 광조사장치에 대해서 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 위상시프터와 쐐기상 프리즘은 소정거리만큼 이격되어 또는 서로 접촉되어 배치될 수 있다. 또한, 예를 들어 위상시프터의 광입사면이, 예를 들어 광출사면과 소정각도로 각을 유지하도록 형성된다면 쐐기상 프리즘은 사용할 필요가 없다.
본 발명의 전형적인 형태에 따른 결정화장치에서는, 광변조소자의 위상단차의 단차선과 직교하는 방향으로 기울어진 조명광으로 광변조소자를 조명하기 때문에, 180도와 실질적으로 다른 위상차의 위상단차를 갖는 광변조소자를 이용해도 예를 들면, 역피크상의 광강도 분포의 대칭성이 디포커스 방향에 의존하지 않고 양호하게 유지되며, 더 나아가 깊은 초점심도를 실현할 수 있다. 그 결과, 본 발명에서는 원하는 역피크상의 광강도 분포를 원하는 위치에 안정적으로 형성할 수 있고, 반도체막에 높은 충진율로 결정립을 형성할 수 있다.
여기의 구현예들은 단지 예시에 불과하며 본 발명의 범위와 정신을 벗어남이 없이 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (10)

180도와 실질적으로 다른 위상차의 위상단차를 갖는 광변조소자와,
상기 광변조소자를 조명하기 위한 조명광학계와,
상기 광변조소자에 의해 위상변조된 광에 기초해서 소정의 광강도 분포를 조사면에 형성하기 위한 결상광학계와, 를 구비하고,
상기 조명광학계는 상기 위상단차의 단차선과 직교하는 방향으로 기울어진 조명광으로 상기 광변조소자를 조명하는 것을 특징으로 하는 광조사장치.
제1항에 있어서,
상기 광변조소자는 180도보다도 실질적으로 작은 위상차의 위상단차를 가지며,
상기 조명광학계는 상기 위상단차의 위상이 지연되는 측에서 위상이 진행되는 측으로 향하는 성분을 포함하는 방향을 따라서 상기 광변조소자를 조명하는 것을 특징으로 하는 광조사장치.
제1항에 있어서,
상기 광변조소자는 180도보다도 실질적으로 큰 위상차의 위상단차를 가지며,
상기 조명광학계는 상기 위상단차의 위상이 진행되는 측에서 위상이 지연되는 측으로 향하는 성분을 포함하는 방향을 따라서 상기 광변조소자를 조명하는 것 을 특징으로 하는 광조사장치.
제1항에 있어서,
상기 조명광학계는 상기 광변조소자의 광입사측에 배치된 쐐기모양 프리즘을 갖는 것을 특징으로 하는 광조사장치.
제1항에 있어서,
상기 조명광학계는 출사 동공 또는 그 근방에 배치된 개구 조리개를 가지며, 상기 개구 조리개의 개구부는 조명광학계의 광축에 대해서 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 광조사장치.
제1항에 있어서,
상기 광변조소자는, 상기 위상단차의 단차선의 방향을 따라서 강도가 변화되는 광강도 분포를 형성하기 위한 위상변조 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 광조사장치.
제1항에 있어서,
상기 위상단차는 상기 결상광학계의 점상분포 함수범위에서의 위상변조량의 벡터적 평균값의 차에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광조사장치.
제1항에 기재된 광조사장치와, 상기 소정면에 비단결정 반도체막을 유지하기 위한 스테이지를 구비하고, 상기 소정면에 유지된 비단결정 반도체막에 상기 소정의 광강도 분포를 갖는 광을 조사해서 결정화 반도체막을 생성하는 것을 특징으로 하는 결정화장치.
제1항에 기재된 광조사장치를 이용해서 상기 소정면에 유지된 비단결정 반도체막에 상기 소정의 광강도 분포를 갖는 광을 조사해서 결정화 반도체막을 생성하는 것을 특징으로 하는 결정화방법.
제9항에 기재된 결정화방법을 이용해서 제조된 것을 특징으로 하는 디바이스.
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