KR20070004703A - 결정화막의 형성 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

레이저 광원은, 확산각을 갖는 광선속을 사출하기 때문에, 어레이 렌즈의 하나의 렌즈 부분에는 광로차 발생 부재의 복수의 단차(段差) 부분을 투과한 레이저광이 입사하여, 피조명 물체에 결상시킬 때, 간섭하는 것을 피할 수 없다. 확산각 (θ) 을 갖는 광선속으로서의 레이저광 (1) 을 사출하는 레이저 광원 (A) 에 대해, 일 측면에서 보아 레이저광 (1) 을 복수로 분할ㆍ축소하여 분할 광선 (9) 으로 한 후, 각 분할 광선 (9) 를 개별의 축소 광선속으로 하여 축소 분할 광선 (10) 을 얻는 분할ㆍ축소 수단 (2, 3) 과, 각 축소 분할 광선 (10) 을 분할면측에서의 반사를 저감시켜서 개별적으로 투과시켜, 코히런트성을 조절하도록 상호에 광로차를 발생시키는 블록부 (7a) 를 구비한 광로차 발생 부재 (7) 와, 광로차 발생 부재 (7) 를 투과한 축소 분할 광선 (10) 을 집광시키는 집광 렌즈 (5) 를 구비하고, 집광 렌즈 (5) 를 투과시켜서 중첩된 레이저광에 의해 피조사면 (6) 을 조명시킨다.

Description

결정화막의 형성 방법 및 그 장치{METHOD FOR FORMING CRYSTALLIZATION FILM AND ITS EQUIPMENT}
본 발명은, 레이저광에 의한 결정화막의 형성 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
이런 종류의 종래 장치로서 특허 문헌 1 에 기재된 것이 알려져 있다. 이것은, 반도체 노광 장치의 조명 장치에 있어서, 전사되는 회로 패턴의 해상 선폭이 광원의 파장에 비례한다는 점에서 엑시머 레이저 즉 코히런트한 레이저광을 이용할 때, 마스크면 또는 웨이퍼면에 생기는 간섭 무늬를 경감하여, 피조사면을 균일하게 조명할 수 있는 조명 장치이다.
즉, 도 4, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 레이저 광원 (71) 으로부터의 광속을 복수의 빔 스플릿터로 이루어지는 광학 부재 (79, 80) 를 갖는 광속 분할 수단 (72) 에 의해 복수의 광속 (B1, B2 … Bn) 으로 분할하고, 상기 복수의 광속 (B1, B2 … Bn) 을 이용하여 피조사면을 조명할 때, 상기 광학 부재 (79, 80) 사이에 반사경으로 이루어지는 우회 수단 (R1, R2) 을 형성하여, 그 우회 수단 (R1, R2) 을 통한 복수의 광속 (B1, B2 … Bn) 간에 각각 그 광속간 거리 (l1-l2) 이상의 광로차 를 부여한 것을 특징으로 하고 있다. 그리고, 상기 광로차 (l1＋l2) 는 상기 광원 (71) 의 코히런트 길이보다 길어지도록 할 수 있다, 라고 되어 있다.
부호 73 은 어포컬 렌즈 (제 1 어레이 렌즈) 로, 광속 분할 수단 (72) 으로부터의 복수의 입사 광속의 광속 직경을 축소시키고 있다. 부호 75 는 복수의 미소 렌즈로 이루어지는 플라이아이 렌즈 (제 2 어레이 렌즈) 로, 어포컬 렌즈 (73) 로부터의 복수의 광속을 각각, 개개의 미소 렌즈의 초점면 상에 수렴시켜 인코히런트한 제 2 차 광원면 (76) 을 형성하고 있다. 부호 77 은 콘덴서 렌즈로, 제 2 차 광원면 (76) 으로부터의 각 광속을 이용하여 레티클 등의 회로 패턴이 형성되어 있는 피조사면 (R) 을 조명하고 있다. 부호 78 은 투영 광학계로, 피조사면 (R) 상의 회로 패턴을 웨이퍼 (W) 면 상에 투영하고 있다.
또, 다른 종래 장치로서 특허 문헌 2 에 기재된 것도 알려져 있다. 이것은, 도 6 에 나타낸 바와 같이 레이저 광원 (60) 과, 그 레이저 광원 (60) 으로부터 공급되는 광속으로부터 복수의 광원이미지 (61') 를 형성하는 광원이미지 형성 부재 (64) 와 그 복수의 광원이미지 (61') 로부터의 광을 집광하여 피조명 물체 (66) 을 중첩적으로 조명하는 집광 광학계 (65) 를 가지고, 상기 레이저 광원 (60) 과 상기 복수의 광원이미지 (61') 사이의 광로 중에 있어서, 상기 복수의 광원이미지 (61') 에 대응하는 복수의 광로에 대해서 서로 광로차를 부여하여 피조명 물체 (66) 면 상에서 간섭 무늬가 형성되는 것을 방지하는 광로차 발생 부재 (63) 과 그 광로차 발생 부재 (63) 에 의해 상기 복수의 광로간에서 생기는 투과율의 불균일을 보정하여 상기 피조명 물체 (66) 면 상에서 조명 불균일을 발생시키는 것을 방지하는 투과율 보정 부재 (67) 를, 각각 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 점광원 (61) 과 정(正)렌즈 (62) 에 의해 나타내는 레이저 광원 (60) 으로부터의 광선속은, 복수의 단차를 갖춘 광로차 발생 부재 (63) 를 투과한 후, 광로차 발생 부재 (63) 의 단차수와 동수의 렌즈 블록을 갖춘 렌티큘러 렌즈 (64: 어레이 렌즈) 에 의해 그 사출면 근방에 광로차 발생 부재 (63) 의 단차수와 동수의 광원이미지 (61') 를 형성한다. 복수의 광원이미지 (61') 로부터의 광속은, 콘덴서 렌즈 (65) 를 통해서 피조명 물체 (66) 면을 중첩적으로 조명한다.
특허 문헌 1: 일본 특허공고공보 소62-25483호
특허 문헌 2: 일본 특허공고공보 평7-21583호
발명의 개시
발명이 해결하려고 하는 과제
그러나, 특허 문헌 1 및 2 에 기재되는 레이저광에 의한 결정화막의 형성 방법 및 그 장치에 있어서는 다음과 같은 기술적 과제가 존재하고 있었다.
먼저, 특허 문헌 1 의 광학계는, 플라이아이 렌즈 (75: 제 2 어레이 렌즈) 앞에, 어포컬 렌즈 (73) 로 이루어지는 광분할 수단과 빔 스플릿터나 반사경 (79, 80, R1, R2) 으로 이루어지는 광로차 발생 부재를 순차적으로 형성하고 있기 때문에, 빔 스플릿터 (79) 에 의해 분할되어 플라이아이 렌즈 (75: 제 2 어레이 렌즈) 에 입사되는 광선이 각각 가우시안 빔이 되고, 이러한 하나의 산(山)을 형성하는 가우시안 빔을 복수개 피조사면에서 중첩시켜도, 균일성이 뛰어난 조명을 얻을 수가 없다.
또한, 특허 문헌 1 에 있어서는, 복수의 광속 (B1, B2 … Bn) 간에 각각 광속간 거리 (l1-l2) 이상의 광로차를 부여하는 것과 함께, 광로차 (l1＋l2) 는 상기 광원 (1) 의 코히런트 길이보다 길게 하는 것을 가능하게 하는 것인데, 광로차를 부여하는 수단이 광로차 발생 부재를 이용하지 않고, 광학 부재 (79, 80) 사이에 형성되는 우회 수단 (R1, R2 …) 에 의해 구성되어, 우회 수단 (R1, R2) 을 통한 복수의 광속 (B1, B2 … Bn) 간에 광로차를 부여하는 구조이다.
이 때문에, 광로차를 부여하는 수단이 대형화될 뿐만 아니라, 광학 부재 (79, 80) 및 우회 수단 (R1, R2 …) 이 각각 거울로 이루어지기 때문에, 각 거울의 위치 조절 및 각도 조절이 곤란하여 양호한 조명을 얻을 수 없다는 기술적 과제가 있다.
한편, 특허 문헌 2 에 있어서는, 레이저 광원 (60) 과 렌티큘러 렌즈 (64: 어레이 렌즈) 사이에 광로차 발생 부재 (63) 가 배치되고, 복수의 단차를 갖는 광로차 발생 부재 (63) 를 투과한 후, 동수의 렌즈 블록을 갖춘 렌티큘러 렌즈 (64: 어레이 렌즈) 에 의해 그 사출면 근방에 광로차 발생 부재 (63) 의 단차수와 동수의 광원이미지 (61') 를 형성한다.
이와 같이, 광로차 발생 부재 (63) 의 뒤측에 렌티큘러 렌즈 (64: 어레이 렌즈) 를 배치하고 있기 때문에, 레이저 광원 (60) 으로부터는 확산각 (θ) 를 갖는 광선속으로서의 레이저광이 사출되고, 이것이 단일 광로차 발생 부재 (63) 의 하나의 블록부를 투과한 후에, 렌티큘러 렌즈 (64: 어레이 렌즈) 의 복수의 렌즈 부분에 입사된다. 즉, 렌티큘러 렌즈 (64: 어레이 렌즈) 의 하나의 렌즈 부분에는, 광로차 발생 부재 (63) 의 복수의 단차 부분을 투과한 레이저광이 입사된다.
이 때문에, 피조명 물체 (66) 에 결상시킬 때, 간섭하는 것을 피할 수 없다.
만일, 광로차 발생 부재 (63) 을 복수의 독립된 블록부의 집합에 의해 구성하고, 렌티큘러 렌즈 (64: 어레이 렌즈) 에 의해 복수의 분할 광선으로 축소시키기 전에, 레이저광을 광로차 발생 부재 (63) 에 투과시키면, 불가피한 확산각 (θ) 을 갖는 평행한 광선속으로서의 레이저광이 광로차 발생 부재 (63) 의 각 블록부 내부 측면에서의 다량의 반사광을 발생시키는 것에 기인하여, 균일성이 뛰어난 조명을 얻을 수 없다. 이것은, 광로차 발생 부재 (63) 의 블록부의 폭이 레이저광의 입사폭과 동등하다는 점에 의해 조장되고 있다.
또, 특허 문헌 2 에서의 광학계는, 렌티큘러 렌즈 (64: 어레이 렌즈) 의 각 렌즈 부분의 레이저광의 입사면이 평면을 이루기 때문에, 각 렌즈 부분에 입사 후의 확산각 (θ) 을 갖는 레이저광이 각 렌즈 부분의 측면에서 다량으로 반사된다.
이러한 방법ㆍ장치에 의한 불균일한 레이저를 박막형상의 재료에 조사하여 결정화를 실시하면, 결정립의 크기에 불균일이 생기는 것을 피할 수 없다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은 이러한 종래의 기술적 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 특히, 레이저 광원으로부터 소정의 확산각을 갖는 광선속으로서의 레이저광을 사출하는 것에 기인하는 기술적 과제를 해결하는 것이고, 그 구성은 다음과 같다.
청구항 1 의 발명은, 확산각 (θ) 을 갖는 광선속으로서의 레이저광 (1) 을 사출하는 레이저 광원 (A) 에 대해, 일 측면에서 보아, 복수의 실린드리컬 렌즈 (2a) 로 이루어지는 제 1 어레이 렌즈 (2), 복수의 실린드리컬 렌즈 (3a) 로 이루어지는 제 2 어레이 렌즈 (3), 광로차를 부여하는 복수의 블록부 (7a) 를 구비한 광로차 발생 부재 (7), 집광 렌즈 (5) 및 피조사면 (6) 을 순차적으로 배치하고,
레이저 광원 (A) 으로부터 사출되는 레이저광 (1) 을 제 1 어레이 렌즈 (2) 에 투과시켜, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 폭 (d) 을 갖는 인접하는 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 갯수에 따른 복수의 축소시킨 분할 광선 (9) 을 얻고, 그 분할 광선 (9) 을 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 대응하는 실린드리컬 렌즈 (3a) 에 개별적으로 투과시켜서 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 폭 (d) 보다 좁은 폭으로 축소시킨 복수의 축소 분할 광선 (10) 을 얻은 후, 각 축소 분할 광선 (10) 을 광로차 발생 부재 (7) 의 대응하는 블록부 (7a) 를 분할면측에서의 반사를 저감시켜서 개별적으로 투과시켜, 코히런트성을 조절하도록 축소 분할 광선 (10) 상호에 광로차를 발생시킨 후, 각 축소 분할 광선 (10) 을 집광 렌즈 (5) 에 의해 중첩하여 피조사면 (6) 에 조사시키는 것을 특징으로 하는 결정화막의 형성 방법이다.
청구항 2 의 발명은, 광로차 발생 부재 (7) 의 블록부 (7a) 상호의 길이의 차 (ΔL) 가, 각 축소 분할 광선 (10) 에 코히런트 길이를 초과하는 광로차를 발생시키도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1 의 결정화막의 형성 방법이다.
청구항 3 의 발명은, 광로차 발생 부재 (7) 의 블록부 (7a) 의 폭 (a) 은 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 폭 (d) 과 동등 이하의 폭인 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2 의 결정화막의 형성 방법이다.
청구항 4 의 발명은, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 레이저광 (1) 의 입사면 (11) 이 정(正)의 볼록곡면을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1, 2 또는 3 의 결정화막의 형성 방법이다.
청구항 5 의 발명은, 제 1 어레이 렌즈 (2) 와 피조사면 (6) 이 공액 관계에 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1, 2, 3 또는 4 의 결정화막의 형성 방법이다.
청구항 6 의 발명은, 레이저 광원 (A) 으로부터 사출되어 확산각 (θ) 을 갖는 광선속으로서의 레이저광 (1) 을 정형해서 피조사면 (6) 에 조사시키는 결정화막의 형성 장치에 있어서,
레이저 광원 (A) 에 대해, 일 측면에서 보아 레이저광 (1) 을 복수로 분할ㆍ축소하여 분할 광선 (9) 으로 형성한 후, 각 분할 광선 (9) 을 개별의 축소 광선속으로 하여 축소 분할 광선 (10) 을 얻는 분할ㆍ축소 수단 (2, 3) 과,
각 축소 분할 광선 (10) 을 분할면측에서의 반사를 저감시켜서 개별적으로 투과시켜, 코히런트성을 조절하도록 축소 분할 광선 (10) 상호에 광로차를 발생시키는 블록부 (7a) 를 구비한 광로차 발생 부재 (7) 와,
광로차 발생 부재 (7) 를 투과한 축소 분할 광선 (10) 을 집광시키는 집광 렌즈 (5) 를 구비하고, 집광 렌즈 (5) 를 투과시켜서 중첩된 레이저광에 의해 피조사면 (6) 을 조명시키는 것을 특징으로 하는 결정화막의 형성 장치이다.
여기서, 각 축소 분할 광선 (10) 을 광로차 발생 부재 (7) 의 대응하는 블록부 (7a) 를 분할면측에서의 반사를 저감시켜서 개별적으로 투과시켜, 코히런트성을 조절하도록 각 축소 분할 광선 (10) 에 광로차를 발생시킨다는 것은, 축소 분할 광선 (10) 상호에 비코히런트성을 부여하는 경우에 추가로, 축소 분할 광선 (10) 끼리에 소정의 간섭을 조정하여 부여하는 경우를 포함한다.
발명의 효과
이상의 설명에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명과 관련된 결정화막의 형성 방법 및 그 장치에 따르면 다음의 효과를 나타낼 수 있다.
청구항 1 및 6 과 관련된 발명에 따르면, 확산각 (θ) 을 갖는 광선속으로서의 레이저광을 사출하는 레이저 광원에 대해, 일 측면에서 보아, 레이저광을 복수로 분할ㆍ축소하여 분할 광선으로 한 후, 각 분할 광선을 개별의 축소 광선속으로 하여 축소 분할 광선을 얻고, 이 각 축소 분할 광선을 분할면측에서의 반사를 저감시켜서 광로차 발생 부재의 블록부에 개별적으로 투과시킨다.
광로차 발생 부재의 각 블록부는, 코히런트성을 조절하도록 축소 분할 광선 상호에 광로차를 발생시킨다. 광로차 발생 부재를 투과한 각 축소 분할 광선은 집광 렌즈에 의해 집광되고, 집광 렌즈를 투과하는 레이저광을 중첩시켜서 피조사면을 조명시킨다.
이것에 의해, 위치 조절 및 각도 조절이 용이하며 양호한 이미지를 얻을 수 있는 간소한 광로차 발생 부재를 이용하면서, 레이저광을 광로차를 갖는 복수의 개별적인 축소 분할 광선으로 할 때의 광로차 발생 부재의 측면에서의 반사를 저감시켜, 균일한 레이저를 얻을 수 있다.
또, 광로차 발생 부재의 각 블록부에는 1개의 축소 분할 광선만이 투과하는 것에 의해서도 균일한 레이저광을 얻을 수 있다.
이렇게 해서, 레이저광끼리의 간섭이 제어됨과 함께, 균일한 레이저를 박막형상의 재료에 조사해서 결정화를 실시하여, 균일한 크기의 결정립을 얻는 것이 가능하게 된다. 또한, 레이저광을 분할ㆍ축소하는 수단, 광로차 발생 부재, 집광 렌즈 및 피조사면이 순차적으로 배치되어 있기 때문에, 피조사면의 빔 형상에 영향을 주지 않고, 광로차 발생 부재의 길이를 임의로 설정하여 레이저광끼리의 간섭을 제어하는 것이 가능하다.
청구항 2 와 관련된 발명에 따르면, 광로차 발생 부재의 블록부 상호의 길이의 차이가 각 축소 분할 광선에 코히런트 길이를 초과하는 광로차를 발생하도록 설정되어 있기 때문에, 피조사면에 조사시킬 때의 축소 분할 광선끼리의 간섭이 양호하게 방지된다.
청구항 3 과 관련된 발명에 따르면, 광로차 발생 부재의 블록부의 폭 (a) 은 제 1 어레이 렌즈의 실린드리컬 렌즈의 폭 (d) 과 동등 이하의 폭이기 때문에, 개별의 축소 광선속으로 한 축소 분할 광선을 소형의 블록부를 갖는 광로차 발생 부재에 투과시켜서, 청구항 1 에 관련된 발명과 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
청구항 4 와 관련된 발명에 따르면, 제 1 어레이 렌즈의 실린드리컬 렌즈의 레이저광의 입사면이 정의 볼록곡면을 이루기 때문에, 제 1 어레이 렌즈의 실린드리컬 렌즈의 측면에서의 반사를 양호하게 억제시켜, 더욱 균일한 레이저광을 얻을 수 있다.
청구항 5 와 관련된 발명에 따르면, 제 1 어레이 렌즈와 피조사면이 물체와 이미지의 관계가 되는 공액 관계에 있기 때문에, 제 1 어레이 렌즈에 의해 분할된 직후의 빔 형상을 피조사면 상에서 중첩하게 되어, 레이저 광원의 영향을 저감시켜서, 보다 균일한 조명을 피조사면 상에 얻을 수 있다. 또한, 제 1 어레이 렌즈와 피조사면에서 공액인 광선은 제 2 어레이 렌즈와 집광 렌즈 사이에서 평행 광선이 되기 때문에, 이 위치에 블록부로 이루어지는 광로차 발생 부재를 설치해도 공액 관계를 변경시키는 일 없이, 분할된 광선의 광로차만을 변경할 수 있다. 평행 광선은, 블록부의 입출사단에서 발생하기 쉬운 회절도 방지 가능하다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태와 관련된 결정화막의 형성 장치를, 일 측면에서 보아 나타내는 개략도이다.
도 2 는 상기 장치에서, 입사면을 정의 볼록곡면으로 형성한 제 1 어레이 렌즈의 실린드리컬 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 3 은 상기 장치에서, 입사면을 평면으로 형성한 제 1 어레이 렌즈의 실린드리컬 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 4 는 종래의 결정화막 형성 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5 는 상기 종래 장치의 광속 분할 수단을 나타내는 개략도이다.
도 6 은 종래의 다른 결정화막 형성 장치를 나타내는 개략도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명은, 레이저광을 광로차를 갖는 복수의 개별적인 축소 분할 광선으로 할 때에 광로차 발생 부재의 측면에서의 반사를 저감시켜, 균일한 레이저를 얻는 것을 목적으로 한다.
이하, 도면과 함께 본 발명에 따른 결정화막의 형성 방법 및 그 장치의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다.
도 1, 도 2 는 본 발명에 관련된 결정화막 형성 장치의 일 실시형태를 나타낸다. 도 1 중에 있어서 부호 A 는 레이저 광원을 나타내고, 레이저 광원 (A) 에 대해, 일 측면에서 보아, 제 1 어레이 렌즈 (2), 제 2 어레이 렌즈 (3), 광로차를 부여하는 광로차 발생 부재 (7), 집광 렌즈 (5) 및 피조사면 (6) 을 순차적으로 광축 (x) 를 일치시켜 배치하고 있다. 또, 종래예에서 말하는 렌티큘러 렌즈 및 플라이아이 렌즈를 어레이 렌즈라고 정의한다.
레이저 광원 (A) 은 광원과 정(正)렌즈 (도시 생략) 를 구비하고, 레이저 광원 (A) 으로부터 사출된 코히런트광은 이론적으로는 평행한 광선속인 레이저광 (1) 이 되지만, 실제로는 이 레이저광 (1) 은 레이저 광원 (A) 으로부터 발해지는 것에 기인하여 불가피한 확산각 (θ (<1mrad)) 을 가지고 있다.
제 1, 제 2 어레이 렌즈 (2, 3) 은 각각 인접하는 복수 (도면 상에서는 각 5 개) 의 실린드리컬 렌즈 (2a, 3a) 를 결합하여 형성되고, 집광 렌즈 (5) 과 함께 호모게니저를 구성하고 있다. 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 는 촛점거리 (f1) 를 가지고, 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 각 실린드리컬 렌즈 (3a) 는 촛점거리 (f2) 를 가지고, 동방향으로 연장시켜 배치한 제 1, 제 2 어레이 렌즈 (2, 3) 간의 거리를 f2 에 합치시키고 있다. 레이저 광원 (A) 으로부터 발해지는 레이저광 (1) 은, 제 1 어레이 렌즈 (2) 에 입사하여 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 에 의해 수렴되고 분할되어, 분할 광선 (9) 이 된다. 단, f2>f1, 그리고 f1>f2/2 로 설정해 둔다.
각 분할 광선 (9) 은, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 갯수에 따른 광원이미지 (4) 를 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 바로 앞에 형성하고, 각 광원이미지 (4) 로부터의 분할 광선 (9) 은 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 각 실린드리컬 렌즈 (3a) 에 개별적으로 입사되어, 평행한 축소 분할 광선 (10) 으로 된다. 이 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 및 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 각 실린드리컬 렌즈 (3a) 는, 레이저광 (1) 을 분할ㆍ축소시킨 후, 각 분할 광선 (9) 을 개별의 대략 평행한 광선속으로 하여 축소 분할 광선 (10) 을 얻는 분할ㆍ축소 수단을 구성하고 있다. 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 는, 레이저광 (1) 을 광축 (x) (X 방향) 과 직교하는 Y 방향 (도 1 에 나타내는 일 측면에서 볼 때 상하 방향) 으로 축소시키면서 분할 광선 (9) 으로 분할하고, 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 각 실린드리컬 렌즈 (3a) 는, 광축 (x) 와 직교하는 Y 방향에서 각 분할 광선 (9) 을 축소시키면서 평행한 광선속인 축소 분할 광선 (10) 으로 한다.
또한, 각 축소 분할 광선 (10) 은, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 폭 (d) 보다 좁은 폭으로 축소시킨 복수의 축소 분할 광선 (10) 으로 하면, 각 축소 분할 광선 (10) 을 광로차 발생 부재 (7) 의 블록부 (7a) 의 Y 방향 양단에 있는 측면에 의한 반사를 일으키지 않고 개별적으로 투과시키는 것이 가능하기 때문에, 반드시 정확하게 평행한 광선속으로 하지 않아도 된다. 즉, 각 축소 분할 광선 (10) 을, 실린드리컬 렌즈 (2a) 에 의한 분할면측에서의 반사를 저감시켜서, 광로차 발생 부재 (7) 의 대응하는 블록부 (7a) 를 개별적으로 투과시키면 된다.
여기서, 수렴광을 얻는 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 레이저광 (1) 이 입사되는 곡률면 (11) 은, 도 2 에 나타낸 바와 같이 정의 볼록곡면으로 설정한다. 이것에 의해, 확산각 (θ) 을 갖는 레이저광 (1) 이 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 Y 방향 양단에 있는 측면 (13) 에서 발생하는 반사를 저감시킬 수 있다.
집광 렌즈 (5) 는 촛점거리 (fc) 를 갖는 1개의 커다란 실린드리컬 렌즈에 의해 구성되고, 광로차 발생 부재 (7) 의 각 블록부 (7a) 를 개별적으로 투과한 모든 축소 분할 광선 (10) 을 피조사면 (6) 의 동일 부분에 수렴시키고, 중첩ㆍ정형시킨다. 따라서, 피조사면 (6) 의 임의의 1 점 (P) 은 모든 광원이미지 (4) 로부터의 광에 의해 조명된다. 피조사면 (6) 과 집광 렌즈 (5) 사이의 거리는, 집광 렌즈 (5) 의 촛점거리 (fc) 에 일치시키고 있다.
피조사면 (6) 은, 결정화막을 형성하는 반도체 (박막 재료) 를 설치하는 면이 된다. 이러한 제 1, 제 2 어레이 렌즈 (2, 3) 간 거리를 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 촛점거리 (f2) 에 일치시키고, 또 피조사면 (6) 과 집광 렌즈 (5) 간 거리 를 집광 렌즈 (5) 의 촛점거리 (fc) 에 일치시키는 배치는, 제 1 어레이 렌즈 (2) 와 피조사면 (6) 에 공액 관계를 부여한다.
그리고, 레이저 광원 (A) 으로부터 발해지는 레이저광 (1) 은, 호모게니저를 구성하는 제 1, 제 2 어레이 렌즈 (2, 3) 및 집광 렌즈 (5) 를 투과하여 피조사면 (6) 을 조명하기 때문에, 피조사면 (6) 에 설치되는 박막 재료에 결정화막을 형성할 수 있다.
제 1 어레이 렌즈 (2) 와 피조사면 (6) 을 공액 관계로 함으로써, 제 1 어레이 렌즈 (2) 에 의해 분할된 직후의 분할 광선 (9) 의 빔 형상을 피조사면 (6) 상에서 중첩하기 때문에, 균일한 조명을 피조사면 (6) 상에 얻을 수 있다.
또, 제 1 어레이 렌즈 (2) 와 피조사면 (6) 에서 공액인 광선 (8: 도 1 에 나타낸다) 은, 제 2 어레이 렌즈 (3) 와 집광 렌즈 (5) 사이에서 평행 광선이 되기 때문에, 이 위치에 광로차 발생 부재 (7) 을 설치해도 공액 관계를 변경시키지 않고, 분할된 광선의 광로차만을 변경할 수 있다. 광로차 발생 부재 (7) 를 투과하는 축소 분할 광선 (10) 은 f1>f2/2 로 설정하여 축소시킴으로써, 광로차 발생 부재 (7) 를 구성하는 블록부 (7a) 의 폭 (a) 보다 좁게 할 수 있으므로, 블록부 (7a) 의 내부에서의 반사를 억제할 수 있고, 또 축소 분할 광선 (10) 이 평행 광선이 되기 때문에 블록부 (7a) 의 입출사단에서 발생하는 회절을 방지할 수 있다.
이러한 레이저 광원 (A), 제 1 어레이 렌즈 (2), 제 2 어레이 렌즈 (3), 집광 렌즈 (5) 및 피조사면 (6) 을 갖춘 결정화막의 형성 장치에 있어서, 제 2 어레이 렌즈 (3) 와 집광 렌즈 (5) 사이에 배치되는 광로차 발생 부재 (7) 에 대해 설 명한다.
광로차 발생 부재 (7) 는, 피조사면 (6) 의 임의의 1 점 (P) 에서의 각 축소 분할 광선 (10) 의 광로차를 레이저 광원 (A) 으로부터 발해지는 레이저광 (1) 의 코히런트성이 조절되도록 발생시켜, 간섭 나아가서는 간섭 무늬를 억제 또는 제어하는 기능을 가지고, 축소 분할 광선 (10) 의 갯수에 따라서 복수의 N 개 (도면 상에서는 5 개) 의 광로차 발생용 블록부 (7a) 를 병렬로 배치하여 구성된다. 일반적으로는, 광로차 발생 부재 (7) 에 의해 광로차를 레이저광 (1) 의 가간섭 거리보다 크게 하여, 간섭 무늬의 발생을 방지한다.
각 블록부 (7a) 는 공기보다 큰 소정의 굴절률을 가지고, Y 방향으로 동일한 폭 (a) 및 광축 (x) 방향으로 상호 상이한 길이 (L) 를 가지고 있다. 각 블록부 (7a) 의 폭 (a) 은 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 폭 (d) 과 동등 이하의 폭으로 하고, 각 블록부 (7a) 의 길이 (L) 는 간섭 무늬를 억제 또는 제어하도록 설정하는데, 일반적으로는 제 2 어레이 렌즈 (3) 로부터 사출되는 모든 축소 분할 광선 (10) 이 서로 코히런트 길이를 초과하는 광로차를 일으키도록 설정한다.
구체적으로는, 광로차 발생 부재 (7) 의 각 블록부 (7a) 는, 폭 (a), 그리고 블록부 (7a) 의 길이 (L1)＋(N-1)ㆍΔL 의 사각기둥의 석영 유리로 이루어진다. 단, L1 은, 최소의 블록부 (7a) 의 길이, N 는 블록부 (7a) 의 갯수에 따른 정수이다. 즉, 석영 유리로 이루어지는 5 개의 블록부 (7a) 는, 최소 블록부 (7a) 의 길이 (L1) 로 하고, 각 단의 블록부 (7a) 상호의 길이의 차이를 ΔL 로 하여 중앙에 길이 L1＋4ㆍΔL, 중앙에 이웃하는 L1＋3ㆍΔL 과 L1＋2ㆍΔL, 그 근처에 L1＋1ㆍΔL… 과 같이 배치하였다. 이 각 블록부 (7a) 의 길이의 차이 (ΔL) 가, 일반적으로는 레이저광 (1) 에 코히런트 길이를 초과하는 광로차를 일으키는 길이이다.
따라서, 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 각 실린드리컬 렌즈 (3a) 에 개별적으로 입사하고, 대략 평행한 광선으로 된 각 광원이미지 (4) 로부터의 축소 분할 광선 (10) 은 각 블록부 (7a) 의 중앙부를 개별적으로 투과하여, 광로마다 상이한 광로길이가 주어진다.
다음으로 작용에 대해 설명한다.
레이저 광원 (A) 으로부터 발해지는 확산각 (θ (<1mrad)) 을 갖는 평행한 광선속인 레이저광 (1) 은, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 에 의해 각 분할 광선 (9) 으로서 수렴되고, 제 2 어레이 렌즈 (3) 보다 조금 앞의 동일 면 상에 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 갯수에 따른 광원이미지 (4) 를 형성한다. 각 광원이미지 (4) 로부터의 분할 광선 (9) 은, 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 각 실린드리컬 렌즈 (3a) 에 개별적으로 입사하여, 대략 평행한 광선으로 된다.
즉, 확산각 (θ) 를 가지고 코히런트한 광원 (A) 으로부터 발생시킨 레이저광 (1) 은, 촛점거리 (f1), 렌즈폭 (d) 을 갖는 N 개의 실린드리컬 렌즈 (2a) 로 구성되는 제 1 어레이 렌즈 (2) 를 투과하고, 촛점거리 (f2), 폭 (d) 을 갖는 N 개의 실린드리컬 렌즈 (3a) 로 구성되는 제 2 어레이 렌즈 (3) 을 투과한다. 따 라서, 레이저광 (1) 은, 분할ㆍ축소 수단 (2, 3) 에 의해 복수로 분할ㆍ축소된 분할 광선 (9) 으로 된 후, 각 분할 광선 (9) 이 개별의 평행 광선속으로 이루어지는 축소 분할 광선 (10) 이 된다.
f1<f2 이면, 광원이미지 (4) 는 제 1 어레이 렌즈 (2) 와 제 2 어레이 렌즈 (3) 사이에 형성되고, f1>f2/2 이면, 각 분할 광선 (9) 은, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 폭 (d) 과 동일 폭 (d) 이하의 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 각 실린드리컬 렌즈 (3a) 의 중앙부를 투과할 수 있다. 분할 광선 (9) 이 실린드리컬 렌즈 (3a) 의 중앙부를 투과함으로써, 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 측면에서 발생하는 반사가 저감된다.
또, 레이저광 (1) 이 입사되는 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 곡률면 (11) 은 도 2 에 나타낸 바와 같이 정의 볼록곡면으로 설정되어 있기 때문에, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 측면에서 발생하는 반사가 저감된다.
여기서, 레이저 광원 (A) 으로부터의 평행한 광선속으로 이루어지는 레이저광 (1) 은 약간의 확산각 (θ (<1mrad)) 을 가지기 때문에, 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 에 입사된 후에 렌즈 (2a) 내부에서의 반사광을 많이 발생시키면, 이 영향이 피조사면 (6) 에 무시할 수 없는 불균일광으로서 나타난다.
이것에 대해, 도 2 에 나타낸 바와 같이 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 레이저광 (1) 이 입사하는 곡률면 (11) 을 볼록곡면으로 R 설정하고, 입사 직후에 수렴광으로 함으로써, 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 Y 방향 양단에 있는 내부 측면 (13) 에서의 반사를 최대한 방지하여, 조명광의 균일성에 영향을 주지 않을 정도까지 반사광을 저감 내지 전무하게 할 수 있다. 즉, 도 3 에 나타낸 바와 같이 각 실린드리컬 렌즈 (2a') 의 입사면 (11') 을 평면 (또는 오목곡면) 으로 형성하면, 확산각 (θ) 을 갖는 레이저광 (1) 은, 굴절 후에 어레이 렌즈 (2') 의 Y 방향에 있는 측면 (13') 에서 다량으로 전반사되고, 그 반사광이 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 대응하는 실린드리컬 렌즈 (3a) 뿐만 아니라, 인접하는 비대응의 실린드리컬 렌즈 (3a) 에도 입사된다. 또, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 각 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 사출면 (12) 은 평면이면 된다.
이렇게 해서 제 2 어레이 렌즈 (3) 를 투과한 축소 분할 광선 (10) 은, 폭 (d) 보다 좁은 폭의 실질적인 평행 광선속으로 되어 광로차 발생 부재 (7) 의 각 블록부 (7a) 를 투과한다. 이 때, 광로차 발생 부재 (7) 의 특히 Y 방향 양단의 측면에서의 반사 및 회절은 관찰되지 않았다. 이 광로차 발생 부재 (7) 의 블록부 (7a) 의 Y 방향 폭 (a) 은, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 렌즈 (2a) 의 동방향의 폭 (d) 과 동등 이하의 폭이면 된다.
각 축소 분할 광선 (10) 은, 대응하는 광로차 발생 부재 (7) 의 블록부 (7a) 를 투과한 후, 촛점거리 (fc) 로 이루어지는 집광 렌즈 (5) 를 투과하고, 중첩되어 정형된 레이저광이 되어 피조사면 (6) 을 조명한다. 집광 렌즈 (5) 는 피조사면 (6) 으로부터 촛점거리 (fc) 의 위치에 배치되어 있기 때문에, 평행 광선속으로 이루어지는 각 축소 분할 광선 (10) 은 집광 렌즈 (5) 를 투과하는 것에 의해 피조사면 (6) 에 집합되어 피조사면 (6) 을 조사하여, 피조사면 (6) 에 설치한 반도체면에 결정화막을 형성한다.
광로차 발생 부재 (7) 의 블록부 (7a) 를 투과한 각 축소 분할 광선 (10) 은 일반적으로 실질적인 비가간섭 상태에 있기 때문에, 피조사면 (6) 에서의 간섭 무늬의 발생이 방지되고, 또한 균일성이 뛰어난 정형된 레이저광 (1) 을 박막형상의 재료에 조사하게 되어, 결정립의 크기가 균일하는 등 면내 균일성이 우수한 결정화막을 얻을 수 있게 된다.
제 1 어레이 렌즈 (2) 와 피조사면 (6) 은 공액이기 때문에, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 임의의 1 점은, 광로차 발생 부재 (7) 의 길이 (L) 의 장단에 상관없이 피조사면 (6) 의 임의의 1 점 (P) 에 집광된다. 블록부 (7a) 의 입출사단면에서 발생하기 쉬운 회절도 방지할 수 있다.
이 광학계에서 정형한 레이저 광선을 예를 들면 a-Si 막의 결정화에 사용함으로써, 지금까지 저코히런트성의 엑시머 레이저에 의해 구성되어 있던 레이저 어닐 장치를 고체 레이저로 변환하는 것이 가능해진다.
엑시머 레이저를 발생시키는 레이저 광원 (A) 은 활성인 가스를 이용하고 있기 때문에, 수일에 1 회의 가스 교환 등의 메인터넌스를 필요로 하지만, 고체 레이저를 사용함으로써 이런 종류의 메인터넌스를 필요로 하지 않는 장치를 구성할 수 있다. 또, 고체 레이저는, 펄스 에너지의 변동률이 우수하고 (엑시머 레이저는 4∼6%, 고체 레이저는 1∼2% 로 알려져 있다), 반복 주파수가 높으며 (엑시머 레이저는 300∼400kHz, 고체 레이저는 10∼20kHz), 직선 편광이다 (엑시머 레이저는 랜덤 편광), 라는 점에서 우수하며, 고체 레이저의 특징을 살린 박막형상의 재료의 결정화가 가능해져, 막의 결정립의 균일성 향상, 결정립의 크기 증대 등에서 효과 를 기대할 수 있다.
실제로, 상기한 결정화막 형성 장치에 있어서, 코히런트한 레이저 광원 (A) 으로서 YAG 레이저의 2배 고조파인 λ=532㎚ 의 레이저광 (1) 을 발하는 것을 사용하여 간섭하지 않는 광로차: ΔLa 를 계측하면 3㎜ 이었기 때문에, 상기 블록부 (7a) 간의 길이의 차 (ΔL) 를 (석영의 굴절률－공기의 굴절률)ㆍ3㎜=4.5㎜ 보다 긴 5㎜ 로 하여 5 개 (N 개) 의 사각기둥의 블록부 (7a) 로 이루어지는 광로차 발생 부재 (7) 를 사용해서, 균일화한 레이저 (축소 분할 광선 (10)) 를 피조사면 (6) 에 배치한 박막 50㎚ 인 유리 상에 형성한 a-Si 막에 중첩시켜 조사한 결과, 균일성이 양호한 결정화막인 결정화 Si 막을 얻을 수 있었다.
그리고, 광로차 발생 부재 (7) 를 구성하는 각 블록부 (7a) 상호간에 부여하는 광로차를 레이저광 (1) 의 코히런트 길이와 동일한 정도 내지 약간 짧게 함으로써, 일본 공개특허공보 평10-256152호에 기재된 광속 간섭을 발생시키고, 열밀도 분포의 주기를 제어하고, 결정 형상을 제어하는 일도 가능하다. 즉, 큰 결정립을 성장시키기 위해서는 레이저광의 강도를 조절하여 잔류 핵밀도와 핵발생 위치를 제어하는 것이 중요하여, 레이저광에 수 ㎛ 정도의 주기적인 강도 분포를 형성하고, 저강도 부분에 잔류 핵을 형성하는 것이 유효하다. 이 레이저광의 주기적인 강도 분포는, 축소 분할 광선 (10) 상호에 코히런트 길이와 동일한 정도 내지 약간 짧게 광로차를 발생시켜서, 그 코히런트성을 조절한 레이저광의 간섭에 의해 작성할 수 있다.
따라서, 상기 서술한 것처럼 각 축소 분할 광선 (10) 을 분할면측에서의 반 사를 저감시켜, 광로차 발생 부재 (7) 의 대응하는 블록부 (7a) 를 개별적으로 투과시키고, 코히런트성을 조절하도록 각 축소 분할 광선 (10) 에 광로차를 발생시킨 후, 각 축소 분할 광선 (10) 을 집광 렌즈 (5) 에 의해 중첩하여 피조사면 (6) 에 조사시켜서 피조사면 (6) 에 결정화막을 형성함으로써, 확산각 (θ) 을 갖는 평행한 광선속으로서의 레이저광 (1) 을 사용하여, 레이저광 (1) 을 복수의 개별적인 축소 광선속으로 하고 축소 분할 광선 (10) 으로 할 때의 광로차 발생 부재 (7) 의 측면에서의 반사를 저감시켜, 균일한 레이저를 얻을 수 있다. 또, 광로차 발생 부재 (7) 의 각 블록부 (7a) 에는 1 개의 축소 분할 광선 (10) 만이 투과하여, 균일한 레이저광 (1) 을 얻을 수 있다. 이렇게 해서, 레이저광끼리가 간섭하는 것이 양호하게 제어됨과 함께, 균일한 레이저광을 박막형상의 재료에 조사하여 결정화를 실시함으로써, 균일한 크기의 결정립을 얻는 것이 가능하게 된다.
그런데, 상기 일 실시형태의 광로차 발생 부재 (7) 의 복수의 블록부 (7a) 는 개별 블록부 (7a) 의 집합체로 형성했지만, 계단형상을 이루는 단일의 광로차 발생 부재 (7) 에 복수의 블록부 (7a) 를 형성해도 된다.
본 발명은, 반도체의 노광 장치에 한정되지 않고 프린터 등의 이미지 형성 분야에도 적용 가능하다.

Claims (6)

  1. 확산각 (θ) 을 갖는 광선속으로서의 레이저광 (1) 을 사출하는 레이저 광원 (A) 에 대해, 일 측면에서 보아, 복수의 실린드리컬 렌즈 (2a) 로 이루어지는 제 1 어레이 렌즈 (2), 복수의 실린드리컬 렌즈 (3a) 로 이루어지는 제 2 어레이 렌즈 (3), 광로차를 부여하는 복수의 블록부 (7a) 를 구비한 광로차 발생 부재 (7), 집광 렌즈 (5) 및 피조사면 (6) 을 순차적으로 배치하고,
    레이저 광원 (A) 으로부터 사출되는 레이저광 (1) 을 제 1 어레이 렌즈 (2) 에 투과시켜, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 폭 (d) 을 갖는 인접하는 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 갯수에 따른 복수의 축소시킨 분할 광선 (9) 을 얻고, 그 분할 광선 (9) 을 제 2 어레이 렌즈 (3) 의 대응하는 실린드리컬 렌즈 (3a) 에 개별적으로 투과시켜서 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 폭 (d) 보다 좁은 폭으로 축소시킨 복수의 축소 분할 광선 (10) 을 얻은 후, 각 축소 분할 광선 (10) 을 광로차 발생 부재 (7) 의 대응하는 블록부 (7a) 를 분할면측에서의 반사를 저감시켜서 개별적으로 투과시켜, 코히런트성을 조절하도록 축소 분할 광선 (10) 상호에 광로차를 발생시킨 후, 각 축소 분할 광선 (10) 을 집광 렌즈 (5) 에 의해 중첩하여 피조사면 (6) 에 조사시키는 것을 특징으로 하는 결정화막의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    광로차 발생 부재 (7) 의 블록부 (7a) 상호의 길이의 차 (ΔL) 가, 각 축소 분할 광선 (10) 에 코히런트 길이를 초과하는 광로차를 발생시키도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 결정화막의 형성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    광로차 발생 부재 (7) 의 블록부 (7a) 의 폭 (a) 은, 제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 폭 (d) 과 동등 이하의 폭인 것을 특징으로 하는 결정화막의 형성 방법.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    제 1 어레이 렌즈 (2) 의 실린드리컬 렌즈 (2a) 의 레이저광 (1) 의 입사면 (11) 이 정의 볼록곡면을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 결정화막의 형성 방법.
  5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    제 1 어레이 렌즈 (2) 와 피조사면 (6) 이 공액 관계에 있는 것을 특징으로 하는 결정화막의 형성 방법.
  6. 레이저 광원 (A) 으로부터 사출되어 확산각 (θ) 을 갖는 광선속으로서의 레이저광 (1) 을 정형해서 피조사면 (6) 에 조사시키는 결정화막의 형성 장치에 있어서,
    레이저 광원 (A) 에 대해, 일 측면에서 보아 레이저광 (1) 을 복수로 분할ㆍ 축소하여 분할 광선 (9) 으로 형성한 후, 각 분할 광선 (9) 을 개별의 축소 광선속으로 하여 축소 분할 광선 (10) 을 얻는 분할ㆍ축소 수단 (2, 3) 과,
    각 축소 분할 광선 (10) 을 분할면측에서의 반사를 저감시켜서 개별적으로 투과시켜, 코히런트성을 조절하도록 축소 분할 광선 (10) 상호에 광로차를 발생시키는 블록부 (7a) 를 구비한 광로차 발생 부재 (7) 와,
    광로차 발생 부재 (7) 를 투과한 축소 분할 광선 (10) 을 집광시키는 집광 렌즈 (5) 를 구비하고,
    집광 렌즈 (5) 를 투과시켜서 중첩된 레이저광에 의해 피조사면 (6) 을 조명시키는 것을 특징으로 하는 결정화막의 형성 장치.
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