WO2006013814A1 - 結晶化膜の形成方法及びその装置 - Google Patents

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WO2006013814A1
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Naoyuki Kobayashi
Hideaki Kusama
Toshio Inami
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The Japan Steel Works, Ltd.
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    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for forming a crystallized film by laser light.
  • Patent Document 1 As a conventional apparatus of this type, one described in Patent Document 1 is known. This is because in the illumination device of a semiconductor exposure device, the resolution line width of the transferred circuit pattern is proportional to the wavelength of the light source. It is an illumination device that can reduce the interference fringes generated in the light source and illuminate the illuminated surface uniformly.
  • the light beam from the laser light source 71 is divided into a plurality of light beams Bl, B2 by the light beam splitting means 72 having the optical members 79 and 80 composed of a plurality of beam splitters.
  • detour means Rl, R2 having a reflecting mirror force are provided between the optical members 79, 80, and the detour means It is characterized in that an optical path difference of 11 12 or more is provided between the plurality of light beams B1, ⁇ 2,... ⁇ via R1 and R2.
  • the optical path difference 11 +12 can be made longer than the coherent length of the light source 71.
  • Reference numeral 73 denotes a focal lens (first array lens), which reduces the diameter of a plurality of incident light beams from the light beam splitting means 72.
  • 75 is a fly-eye lens (second array lens) made up of a plurality of microlenses, and each of the plurality of light beams from the afocal lens 73 is converged on the focal plane of each microlens to form an incoherent second lens.
  • a next light source surface 76 is formed.
  • Reference numeral 77 denotes a condenser lens that illuminates the irradiated surface R on which a circuit pattern such as a reticle is formed using each light beam from the secondary light source surface 76.
  • Reference numeral 78 denotes a projection optical system that projects the circuit pattern on the irradiated surface R onto the Ueno and W planes.
  • Patent Document 2 As another conventional device, one described in Patent Document 2 is also known. This is because, as shown in FIG. 6, the laser light source 60 and the luminous flux supplied from the laser light source 60 are also plural.
  • the light flux from the laser light source 60 indicated by the point light source 61 and the positive lens 62 passes through the optical path difference generating member 63 having a plurality of steps, and then is the same as the number of steps of the optical path difference generating member 63.
  • the same number of light source images 61 ′ as the number of steps of the optical path difference generating member 63 are formed in the vicinity of the exit surface by the lenticular lens 64 (array lens) having the lens blocks.
  • Light beams from the plurality of light source images 61 ′ illuminate the illuminated object 66 surface in a superimposed manner via a condenser lens 65.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 62-25483
  • Patent Document 2 Japanese Patent Publication No. 7-21583
  • the optical system of Patent Document 1 includes a light splitting means including a focal lens 73 and a beam splitter or reflecting mirror 79, 80, R1, before a fly-eye lens 75 (second array lens). Since the optical path difference generating members made up of R2 are sequentially provided, the light beams split by the beam splitter (79) and incident on the fly-eye lens 75 (second array lens) become Gaussian beams. ! / Even if multiple Gaussian beams forming one mountain are superimposed on the irradiated surface, illumination with excellent uniformity cannot be obtained.
  • an optical path difference between each of the plurality of light beams B1, ⁇ 2 ⁇ ⁇ is given as an optical path difference 1 1-12 or more, and an optical path difference 11 +12 is the light source 1 Coherent of It is possible to make the length longer than the length, but the means for giving the optical path difference is constituted by the bypass means Rl, R2 ′, ′ provided between the optical members 79, 80 without using the optical path difference generating member.
  • an optical path difference is provided between the plurality of light beams B1, ⁇ 2,.
  • an optical path difference generating member 63 having a plurality of steps is provided by disposing an optical path difference generating member 63 between a laser light source 60 and a lenticular lens 64 (array lens). After transmission, the same number of light source images 61 ′ as the number of steps of the optical path difference generating member 63 are formed in the vicinity of the exit surface by the lenticular lens 64 (array lens) having the same number of lens blocks.
  • the lenticular lens 64 (array lens) is arranged on the rear side of the optical path difference generating member 63, the laser light as a light beam having a divergence angle ⁇ is emitted from the laser light source 60. After this passes through one block portion of the single optical path difference generating member 63, it enters the plurality of lens portions of the lenticular lens 64 (array lens). In other words, the laser light that has passed through the plurality of step portions of the optical path difference generating member 63 enters one lens portion of the lenticular lens 64 (array lens).
  • the optical path difference generating member 63 is configured by a set of a plurality of independent block portions, and before being reduced to a plurality of divided beams by the lenticular lens 64 (array lens), the laser beam is generated by the optical path difference generating member.
  • the laser beam When transmitted through 63, the laser beam as a parallel light bundle having an unavoidable divergence angle ⁇ generates a large amount of reflected light on the inner side surface of each block portion of the optical path difference generating member 63, and is uniform. It is not possible to obtain excellent lighting. This is facilitated by the fact that the width of the block portion of the optical path difference generating member 63 is equal to the incident width of the laser beam.
  • each lens portion of the lenticular lens 64 (array lens) forms a flat surface, so that the divergence angle after incidence on each lens portion ⁇ A large amount of the laser beam having a reflection on the side surface of each lens portion.
  • the present invention has been made in view of such a conventional technical problem, and in particular, has a technical problem caused by emitting a laser beam as a light beam having a predetermined divergence angle.
  • the problem to be solved is as follows.
  • the invention of claim 1 is directed to a laser light source A that emits a laser beam 1 as a light bundle having a divergence angle ⁇ , as viewed from one side, a first array lens 2 composed of a plurality of cylindrical lenses 2a, a plurality of The second array lens 3 composed of the cylindrical lens 3a, the optical path difference generating member 7 including a plurality of block portions 7a for providing an optical path difference, the condenser lens 5 and the irradiated surface 6 are sequentially arranged.
  • Laser light 1 emitted from the laser light source A is transmitted through the first array lens 2, and is divided into a plurality of reduced portions according to the number of adjacent cylindrical lenses 2a having the width d of the first array lens 2.
  • a plurality of light beams 9 are obtained, and the divided light beams 9 are individually transmitted through the corresponding cylindrical lenses 3a of the second array lens 3 to be narrower than the width d of the cylindrical lenses 2a of the first array lens 2.
  • the reduced divided light beams 10 are individually transmitted through the corresponding block portions 7 a of the optical path difference generating member 7 while reducing the reflection on the divided surface side, thereby adjusting the coherency. In this way, after the optical path difference is generated between the reduced divided light beams 10, the respective reduced divided light beams 10 are superimposed by the condenser lens 5 and irradiated onto the irradiated surface 6. .
  • the difference in length (AL) between the block portions 7a of the optical path difference generating member 7 is set so as to generate an optical path difference exceeding the coherent length in each reduced divided beam 10.
  • the invention of claim 3 is characterized in that the width a of the block portion 7a of the optical path difference generating member 7 is equal to or smaller than the width d of the cylindrical lens 2a of the first array lens 2. Is a method of forming a crystallized film 2.
  • the invention of claim 4 is directed to the incident of the laser beam 1 of the cylindrical lens 2a of the first array lens 2. 4. The crystallized film forming method according to claim 1, wherein the projecting surface 11 is a positive convex curved surface.
  • the invention according to claim 5 is the method for forming a crystallized film according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the first array lens 2 and the irradiated surface 6 are in a conjugate relationship.
  • the invention of claim 6 is a crystallized film forming apparatus for shaping the laser beam 1 as a light beam having a divergence angle ⁇ by being emitted from the laser beam source A force and irradiating the irradiated surface 6 with respect to the laser beam source A.
  • the laser beam 1 is divided into a plurality of parts' reduced to become divided light beams 9, and then divided and reduced means (2, 3) to obtain reduced divided light beams 10 by using each divided light beam 9 as an individual reduced light beam bundle.
  • An optical path difference generating member 7 having a block portion 7a for causing each reduced divided light beam 10 to individually transmit with reduced reflection on the divided surface side and to generate an optical path difference between the reduced divided light beams 10 so as to adjust coherency.
  • a condensed lens 5 that emits the reduced divided light beam 10 that has passed through the optical path difference generating member 7, and the irradiated surface 6 is illuminated by the laser beam that is transmitted through the condenser lens 5 and superimposed.
  • the respective reduced divided light beams 10 are individually transmitted through the corresponding block portions 7a of the optical path difference generating member 7 while reducing the reflection on the divided surface side, and adjusted to the coherent property.
  • the generation of the optical path difference includes not only the case where the reduced divided beams 10 are made incoherent with each other, but also the case where predetermined reduced interference is adjusted between the reduced divided beams 10.
  • each divided beam is converted into individual reduced beam bundles to obtain reduced divided beams, and the respective reduced divided beams are individually transmitted through the block portion of the optical path difference generating member while reducing reflection on the dividing surface side.
  • Each block portion of the optical path difference generating member generates an optical path difference between the reduced divided light beams so as to adjust coherency.
  • Each reduced divided light beam that has passed through the optical path difference generating member is condensed by a condensing lens, and the irradiated surface is illuminated by superimposing laser light that passes through the condensing lens.
  • the laser light is converted into a plurality of individual reduced divided beams having optical path differences.
  • the reflection on the side surface of the optical path difference generating member is reduced, and a uniform laser can be obtained.
  • uniform laser light can be obtained by transmitting only one reduced divided light beam to each block portion of the optical path difference generating member.
  • interference between laser beams is controlled, and a thin film material is irradiated with a uniform laser to perform crystallization, thereby obtaining uniform-sized crystal grains.
  • the optical path difference generating member, the condenser lens, and the irradiated surface are sequentially arranged, the optical path difference generating member that does not affect the beam shape of the irradiated surface is provided. It is possible to control the interference between laser beams by arbitrarily setting the length.
  • the difference in length between the block portions of the optical path difference generating member is set so as to generate an optical path difference exceeding the coherent length in each reduced divided beam. Interference between the reduced divided beams when irradiating the irradiated surface is satisfactorily prevented.
  • the width a of the block portion of the optical path difference generating member is equal to or smaller than the width d of the cylindrical lens of the first array lens, the individual reduced beam bundle The reduced divided light beam transmitted through the optical path difference generating member having a small block portion can achieve the same effect as the invention according to claim 1.
  • the incident surface of the laser beam of the cylindrical lens of the first array lens forms a positive convex curved surface, reflection from the side surface of the cylindrical lens of the first array lens is prevented. It can suppress well and can obtain a more uniform laser beam.
  • the beam immediately after being split by the first array lens The shape will be superimposed on the irradiated surface, reducing the influence of the laser light source and making it more uniform Illumination can be obtained on the illuminated surface.
  • the light beam conjugate between the first array lens and the surface to be irradiated becomes a parallel light beam between the second array lens and the condenser lens, an optical path difference generating member composed of a block portion is placed at this position. Even if it is installed, it is possible to change only the optical path difference of the divided rays without changing the conjugate relationship. Parallel rays can also prevent diffraction that is likely to occur at the input and output ends of the block.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a crystallized film forming apparatus according to an embodiment of the present invention as viewed from one side.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cylindrical lens of a first array lens in which the incident surface is formed as a positive convex curved surface.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cylindrical lens of the first array lens, which similarly forms a plane of incidence.
  • FIG. 5 is a schematic view showing the light beam splitting means.
  • FIG. 6 is a schematic view showing another conventional crystallized film forming apparatus.
  • An object of the present invention is to obtain a uniform laser by reducing reflection on the side surface of an optical path difference generating member when laser light is converted into a plurality of individual reduced divided beams having an optical path difference.
  • FIG. 1 and 2 show one embodiment of a crystallized film forming apparatus according to the present invention.
  • symbol A indicates a laser light source
  • the first array lens 2 the second array lens 3
  • an optical path difference generating member 7 for providing an optical path difference
  • the optical lens 5 and the irradiated surface 6 are sequentially arranged with the optical axis X aligned.
  • the lenticular lens and fly-eye lens referred to in the conventional example are defined as an array lens.
  • the laser light source A includes a light source and a positive lens (not shown), and the coherent light emitted from the laser light source A is a force that becomes a laser beam 1 that is a theoretically parallel light bundle. 1 has an inevitable divergence angle ⁇ ( ⁇ lmrad) due to the fact that it is actually emitted from the laser light source A.
  • the first and second array lenses 2 and 3 are formed by connecting a plurality of adjacent cylindrical lenses 2a and 3a (5 in the figure), and constitute a homogenizer together with the condenser lens 5. ing.
  • Each cylindrical lens 2a of the first array lens 2 has a focal length fl
  • each cylindrical lens 3a of the second array lens 3 has a focal length f 2 and is arranged extending in the same direction.
  • the distance between the first and second array lenses 2 and 3 is matched with f2.
  • the laser light 1 emitted from the laser light source A enters the first array lens 2 and is converged and divided by each cylindrical lens 2a to become divided light beams 9.
  • f2> fl and fl> f2Z2 are set.
  • Each divided light beam 9 forms a light source image 4 corresponding to the number of cylindrical lenses 2a of the first array lens 2 in front of the second array lens 3, and each light source image 4 light 9
  • the incident light is individually incident on each cylindrical lens 3 a of the second array lens 3 and is formed into a substantially parallel reduced divided light beam 10.
  • Each cylindrical lens 2a of the first array lens 2 and each cylindrical lens 3a of the second array lens 3 divide and reduce the laser beam 1, and then convert each divided beam 9 into individual substantially parallel beam bundles.
  • the dividing / reducing means is obtained to obtain the reduced divided light beam 10.
  • Each cylindrical lens 2a of the first array lens 2 reduces the laser beam 1 to the split light beam 9 while reducing the laser beam 1 in the Y direction (vertical direction in the side view shown in FIG.
  • Each cylindrical lens 3a of the second array lens 3 is divided into reduced divided light beams 10 which are parallel light bundles while reducing the divided light beams 9 in the Y direction orthogonal to the optical axis X.
  • each reduced divided light beam 10 is a plurality of reduced divided light beams 10 reduced to be narrower than the width d of the cylindrical lens 2a of the first array lens 2, each reduced divided light beam 10 is converted into each reduced divided light beam 10. Since light can be transmitted individually without causing reflection by the side surfaces at both ends in the Y direction of the block portion 7a of the optical path difference generating member 7, it does not necessarily have to be exactly parallel light bundles. In short, each reduced divided light beam 10 may be individually transmitted through the corresponding block portion 7a of the optical path difference generating member 7 by reducing reflection on the divided surface side by the cylindrical lens 2a.
  • the laser light 1 of the cylindrical lens 2a of the first array lens 2 that obtains the convergent light is
  • the incident curvature surface 11 is set to a positive convex curved surface as shown in FIG. As a result, it is possible to reduce the reflection of the laser beam 1 having the divergence angle ⁇ , which is generated on the side surfaces 13 at both ends in the Y direction of the cylindrical lens 2a of the first array lens 2.
  • the condensing lens 5 is composed of one large cylindrical lens having a focal length fc, and is irradiated with all the reduced divided light beams 10 individually transmitted through the block portions 7a of the optical path difference generating member 7. Converge to the same part of 6 and superimpose it. Therefore, an arbitrary point P on the illuminated surface 6 is illuminated by light from all the light source images 4. The distance between the irradiated surface 6 and the condensing lens 5 is matched with the focal length fc of the condensing lens 5.
  • the irradiated surface 6 is a surface on which a semiconductor (thin film material) for forming a crystallized film is placed.
  • the distance between the first and second array lenses 2 and 3 is made equal to the focal length f2 of the second array lens 3, and the distance between the irradiated surface 6 and the condenser lens 5 is The arrangement that matches the focal length fc of the condenser lens 5 gives a conjugate relationship between the first array lens 2 and the irradiated surface 6.
  • the laser light 1 emitted from the laser light source A passes through the first and second array lenses 2, 3 and the condenser lens 5 constituting the homogenizer, and illuminates the irradiated surface 6.
  • a crystallized film can be formed on the thin film material placed on the irradiated surface 6.
  • the beam shape of the divided light beam 9 immediately after being divided by the first array lens 2 is superimposed on the irradiated surface 6. Therefore, uniform illumination can be obtained on the irradiated surface 6.
  • the light beam 8 (shown in FIG. 1) conjugated with the first array lens 2 and the irradiated surface 6 becomes a parallel light beam between the second array lens 3 and the condenser lens 5. Therefore, even if the optical path difference generating member 7 is installed at this position, only the optical path difference of the divided light beam can be changed without changing the conjugate relationship.
  • the reduced split light beam 10 transmitted through the optical path difference generating member 7 can be made narrower than the width a of the block part 7a constituting the optical path difference generating member 3 by setting fl> f2Z2 to be reduced, so that the block part 7a In addition, since the reduced divided light beam 10 becomes a parallel light beam, it is possible to prevent diffraction generated at the input / output end of the block portion 7a.
  • the optical path difference generating member 7 generates the optical path difference of each reduced divided light beam 10 at an arbitrary point P of the irradiated surface 6 so that the coherency of the laser light 1 emitted from the laser light source A is adjusted. It has a function to suppress or control interference and thus interference fringes, and a plurality of N (5 in the figure) optical path difference generating block portions 7a are arranged in parallel according to the number of reduced divided beams 10 Configured. In general, the optical path difference generating member 7 makes the optical path difference larger than the coherence distance of the laser beam 1 to prevent generation of interference fringes.
  • Each block portion 7a has a predetermined refractive index larger than that of air, and has the same width a in the Y direction and different lengths L in the optical axis X direction.
  • the width a of each block portion 7a is equal to or smaller than the width d of the cylindrical lens 2a of the first array lens 2, and the length L of each block portion 7a is set so as to suppress or control interference fringes.
  • all the reduced divided beams 10 emitted from the second array lens 3 are set so as to generate an optical path difference exceeding the coherent length.
  • each block portion 7a of the optical path difference generating member 7 is made of quartz glass of a rectangular column having a width a and a length L1 + (N ⁇ 1) ⁇ AL of the block portion 7a.
  • L1 is the length of the minimum block part 7a
  • N is an integer corresponding to the number of block parts 7a. That is, the five block parts 7a made of quartz glass have the length L1 of the smallest block part 7a, and the difference between the lengths of the block parts 7a of each step is AL, and the length LI +4 in the center. 'AL, LI + 3.
  • the length difference ⁇ L between the block portions 7a is generally a length that causes an optical path difference exceeding the coherent length in the laser light 1.
  • the reduced divided light beam 10 from each light source image 4 individually incident on each cylindrical lens 3a of the second array lens 3 and formed into a substantially parallel light beam passes through the central portion of each block portion 7a.
  • the light is transmitted individually and a different optical path length is given for each optical path.
  • Laser light source A force A laser beam 1 which is a parallel beam bundle having a divergence angle ⁇ ( ⁇ lmmd) is converged as each divided beam 9 by each cylindrical lens 2a of the first array lens 2, and is then reflected by the second array.
  • a light source image 4 corresponding to the number of cylindrical lenses 2 a is formed on the same surface in front of the lens 3.
  • the divided light beam 9 from each light source image 4 is the second array lens.
  • Each of the cylindrical lenses 3a is individually incident on each of the cylindrical lenses 3a, and is almost parallel.
  • the laser light 1 generated from the coherent light source A with the divergence angle ⁇ is transmitted through the first array lens 2 composed of N cylindrical lenses 2a having a focal length f 1 and a lens width d.
  • the light passes through a second array lens 3 composed of N cylindrical lenses 3a having a focal length f2 and a width d. Accordingly, the laser beam 1 is divided into a plurality of divided beams 9 that have been divided and reduced by the dividing unit (2, 3), and then each divided beam 9 becomes a reduced divided beam 10 composed of individual parallel beam bundles. .
  • each divided light beam 9 is The central lens 3a of the second array lens 3 having the same width d or less as the width d of each cylindrical lens 2a of the array lens 2 can pass through. Since the divided light beam 9 passes through the central portion of the cylindrical lens 3a, the reflection generated on the side surface of the second array lens 3 is reduced.
  • each cylindrical lens 2a of the first array lens 2 on which the laser beam 1 is incident is set to a positive convex curved surface as shown in FIG. 2, the first array lens The reflection generated on the side face of 2 is reduced.
  • the laser beam 1 having a parallel light flux from the laser light source A has a slight divergence angle ⁇
  • the curvature surface 11 on which the laser light 1 of the cylindrical lens 2a of the first array lens 2 is incident is set to a convex curved surface, and converged light immediately after the incidence.
  • the incident surface 11 ′ of each cylindrical lens 2 a ′ is formed as a flat surface (or a concave curved surface) as shown in FIG.
  • the laser beam 1 having the divergence angle ⁇ is reflected in the Y direction of the array lens 2 after refraction.
  • a large amount of light is totally reflected at a certain side surface 13 ′, and the reflected light enters not only the corresponding cylindrical lens 3 a of the second array lens 3 but also the adjacent non-corresponding cylindrical lens 3 a.
  • the exit surface 12 of each cylindrical lens 2a of the first array lens 2 is A flat surface is acceptable.
  • the reduced divided light beam 10 transmitted through the second array lens 3 in this way is made into a substantially parallel light beam having a narrower width than the width d and is transmitted through each block portion 7a of the optical path difference generating member 7. .
  • the width a in the Y direction of the block portion 7a of the optical path difference generating member 7 may be equal to or less than the width d of the lens 2a of the first array lens 2 in the same direction.
  • Each reduced divided light beam 10 passes through the block portion 7a of the corresponding optical path difference generating member 7, and then passes through the condensing lens 5 having the focal length fc to be superposed and shaped laser light. Illuminate the illuminated surface 6. Since the condensing lens 5 is disposed at a focal distance fc from the irradiated surface 6, each reduced divided light beam 10 having a parallel light flux is gathered on the irradiated surface 6 through the condensing lens 5. Then, the irradiated surface 6 is irradiated and a crystallized film is formed on the semiconductor surface installed on the irradiated surface 6.
  • each reduced divided light beam 10 transmitted through the block portion 7a of the optical path difference generating member 7 is generally in a substantially non-coherent state, generation of interference fringes on the irradiated surface 6 is prevented.
  • the shaped laser beam 1 with excellent uniformity is irradiated onto the thin-film material, and a crystallized film with excellent in-plane uniformity such as uniform crystal grain size can be obtained. It becomes possible.
  • any one point of the first array lens 2 is not affected by the length L of the optical path difference generating member 7, regardless of the length L. Condensed to an arbitrary point P on irradiated surface 6. Diffraction that tends to occur at the entrance / exit end face of the block 7a can also be prevented.
  • the laser annealing apparatus that has been configured so far with a low coherent excimer laser is converted into a solid-state laser. Is possible.
  • the laser light source A that generates the excimer laser uses an active gas
  • this type of maintenance can be achieved by using a solid-state laser that requires maintenance such as gas exchange once every few days. Devices that are not required can be configured.
  • solid lasers have excellent pulse energy fluctuation rates (excimer lasers are said to be 4-6%, solid lasers are said to be 1-2%), and repetition rates are high (excimer lasers are 300-400 kHz).
  • the solid-state laser is 10-20kHz) and is linearly polarized (excimer laser is randomly polarized). It is possible to crystallize a thin-film material that makes the best use of the characteristics of a solid-state laser, and can be expected to improve the uniformity of crystal grains in the film and increase the size of crystal grains.
  • a coherent laser light source A that emits laser light 1 of 532 nm, which is the second harmonic of the YAG laser, is used, and does not interfere.
  • the optical path difference provided between the block portions 7a constituting the optical path difference generating member 7 is made to be approximately the same as or slightly shorter than the coherent length of the laser beam 1, which is disclosed in JP-A-10-256152. It is also possible to control the crystal shape by generating the light beam interference as described and controlling the period of the heat density distribution. In other words, in order to grow large crystal grains, it is important to adjust the intensity of the laser beam to control the residual nucleus density and the position of nucleation, and the laser beam has a periodic intensity of several Wm. It is effective to form a distribution and form residual nuclei in the low-intensity part.
  • This periodic intensity distribution of the laser light can be created by interference of laser light in which an optical path difference is caused between the reduced divided beams 10 to be the same as or slightly shorter than the coherent length and the coherency is adjusted.
  • each of the reduced divided light beams 10 is reduced in reflection on the divided surface side, individually transmitted through the corresponding block portion 7a of the optical path difference generating member 7, and the coherency is adjusted.
  • an optical path difference is generated in each reduced divided light beam 10, and then each reduced divided light beam 10 is superimposed by the condensing lens 5 to irradiate the irradiated surface 6 to form a crystallized film on the irradiated surface 6.
  • the laser beam 1 as a parallel beam bundle having a divergence angle ⁇ is used to convert the laser beam 1 into a plurality of individual reduced beam bundles to obtain a reduced divided beam 10, which is used for the optical path difference generating member 7.
  • the reflection on the side surface can be reduced and a uniform laser can be obtained. Further, only one reduced divided light beam 10 is transmitted through each block portion 7a of the optical path difference generating member 7, and uniform laser light 1 is obtained. In addition, the interference between the laser beams is well controlled, and the leveling is uniform. Crystallization can be performed by irradiating a thin film of material with a single laser beam to obtain crystal grains of uniform size.
  • the plurality of block portions 7a of the optical path difference generating member 7 of the one embodiment are formed by an assembly of individual block portions 7a, a single optical path difference generating member 7 having a stepped shape is formed. Multiple block parts 7a may be formed at the same time!
  • the present invention is applicable not only to a semiconductor exposure apparatus but also to an image forming field such as a printer.

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Abstract

レーザ光源は、拡がり角を有する光線束を射出するため、アレイレンズの１つのレンズ部分には、光路差生起部材の複数の段差部分を透過したレーザ光が入射し、被照明物体に結像するとき、干渉することを免れ得ない。拡がり角θを有する光線束としてのレーザ光１を射出するレーザ光源Ａに対し、一側面視でレーザ光１を複数に分割・縮小して分割光線９となした後、各分割光線９を個別の縮小光線束にして縮小分割光線１０を得る分割・縮小手段（２，３）と、各縮小分割光線１０を分割面側での反射を低減させて個別に透過させ、コヒーレント性を調節するように相互に光路差を生起させるブロック部７ａを備える光路差生起部材７と、光路差生起部材７を透過した縮小分割光線１０を集光させる集光レンズ５とを備えさせ、集光レンズ５を透過させて重畳したレーザ光によつて被照射面６を照明させる。

Description

結晶化膜の形成方法及びその装置
技術分野
[0001] 本発明は、レーザ光による結晶化膜の形成方法及びその装置に関するものである 背景技術
[0002] この種の従来の装置として、特許文献 1に記載されるものが知られて 、る。これは、 半導体の露光装置の照明装置において、転写される回路パターンの解像線幅が光 源の波長に比例すること力もエキシマレーザつまりコヒーレントなレーザ光を用いると きに、マスク面またはウェハ面に生じる干渉縞を軽減し、被照射面を均一に照明する ことのできる照明装置である。
[0003] すなわち、図 4,図 5に示すように、レーザ光源 71からの光束を複数のビームスプリ ッターからなる光学部材 79, 80を有する光束分割手段 72により複数の光束 Bl, B2 • · ·Βηに分割し、前記複数の光束 B1, Β2· · ·Βηを用いて被照射面を照明する際、 前記光学部材 79, 80間に反射鏡力 なる迂回手段 Rl, R2を設け、該迂回手段 R1 , R2を介した複数の光束 B1, Β2· · ·Βη間に各々該光束間距離 11 12以上の光路 差を付与したことを特徴としている。そして、前記光路差 11 +12は、前記光源 71のコ ヒーレント長よりも長くなるようにできる、としている。
[0004] 73はァフォーカルレンズ (第 1のアレイレンズ）であり、光束分割手段 72からの複数 の入射光束の光束径を縮小させている。 75は、複数の微小レンズよりなるフライアイ レンズ（第 2のアレイレンズ）であり、ァフォーカルレンズ 73からの複数の光束を各々、 個々の微小レンズの焦点面上に収束させインコヒーレントな第 2次光源面 76を形成 している。 77は、コンデンサーレンズであり第 2次光源面 76からの各光束を用いてレ クチル等の回路パターンが形成されている被照射面 Rを照明している。 78は投影光 学系であり被照射面 R上の回路パターンをウエノ、 W面上に投影している。
[0005] また、他の従来装置として、特許文献 2に記載されるものも知られて 、る。これは、 図 6に示すようにレーザ光源 60と、該レーザ光源 60から供給される光束力も複数の 光源像 61 'を形成する光源像形成部材 (64)と、該複数の光源像 61 'からの光を集 光して被照明物体 66を重畳的に照明する集光光学系（65)とを有し、前記レーザ光 源 60と前記複数の光源像 61 'との間の光路中において、前記複数の光源像 61 'に 対応する複数の光路に対して互いに光路差を与えて被照明物体 66面上にて干渉 縞が形成されることを防止する光路差生起部材 63と、該光路差生起部材 63により前 記複数の光路間で生じる透過率の不均一を補正して前記被照明物体 66面上にて 照明ムラを発生することを防止する透過率補正部材 67とを、それぞれ設けることを特 徴としている。
[0006] すなわち、点光源 61と正レンズ 62とにより示されるレーザ光源 60からの光線束は、 複数の段差を備える光路差生起部材 63を透過した後、光路差生起部材 63の段差 数と同数のレンズブロックを備えるレンティキュラーレンズ 64 (アレイレンズ）によって その射出面近傍に光路差生起部材 63の段差数と同数の光源像 61 'を形成する。複 数の光源像 61 'からの光束は、コンデンサレンズ 65を介して被照明物体 66面を重畳 的に照明する。
特許文献 1：特公昭 62— 25483号公報
特許文献 2：特公平 7 - 21583号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] し力しながら、特許文献 1及び 2に記載されるレーザ光による結晶化膜の形成方法 及びその装置にあっては、次のような技術的課題が存在していた。
[0008] 先ず、特許文献 1の光学系は、フライアイレンズ 75 (第 2のアレイレンズ)の前に、ァ フォーカルレンズ 73からなる光分割手段とビームスプリツターや反射鏡 79, 80, R1, R2からなる光路差生起部材とを順次に設けているため、ビームスプリツター（79)によ つて分割されてフライアイレンズ 75 (第 2のアレイレンズ）に入射する光線がそれぞれ ガウシアンビームとなり、こう!/、つた 1つの山をなすガウシアンビームの複数を被照射 面で重畳しても、均一性に優れた照明を得ることができない。
[0009] 力！]えて、特許文献 1にあっては、複数の光束 B1, Β2 · · ·Βη間に各々光束間距離 1 1—12以上の光路差を付与すると共に、光路差 11 +12は、前記光源 1のコヒーレント 長よりも長くすることを可能とするものであるが、光路差を付与する手段が、光路差生 起部材を用いず、光学部材 79, 80間に設ける迂回手段 Rl, R2'，'によって構成さ れ、迂回手段 Rl, R2を介した複数の光束 B1, Β2· · ·Βη間に光路差を付与する構 造である。
[0010] このため、光路差を付与する手段が大形化するのみならず、光学部材 79, 80及び 迂回手段 Rl, R2'，'がそれぞれ鏡よりなるため、各鏡の位置調節及び角度調節が 困難で良好な照明を得ることができないという技術的課題がある。
[0011] 他方、特許文献 2にあっては、レーザ光源 60とレンティキュラーレンズ 64 (アレイレ ンズ)との間に光路差生起部材 63が配置され、複数の段差を有する光路差生起部 材 63を透過した後、同数のレンズブロックを備えたレンティキュラーレンズ 64 (アレイ レンズ）によってその射出面近傍に光路差生起部材 63の段差数と同数の光源像 61 'を形成する。
[0012] このように、光路差生起部材 63の後側にレンティキュラーレンズ 64 (アレイレンズ） を配置してあるため、レーザ光源 60からは拡がり角 Θを有する光線束としてのレーザ 光が射出され、これが単一の光路差生起部材 63の 1つのブロック部を透過した後に 、レンティキュラーレンズ 64 (アレイレンズ)の複数のレンズ部分に入射してしまう。つ まり、レンティキュラーレンズ 64 (アレイレンズ)の 1つのレンズ部分には、光路差生起 部材 63の複数の段差部分を透過したレーザ光が入射してしまう。
このため、被照明物体 66に結像するとき、干渉することを免れ得ない。
[0013] 仮に、光路差生起部材 63を複数の独立するブロック部の集合によって構成し、レ ンティキユラ一レンズ 64 (アレイレンズ）によって複数の分割光線に縮小させる前に、 レーザ光を光路差生起部材 63に透過させると、不可避的な拡がり角 Θを有する平行 な光線束としてのレーザ光が光路差生起部材 63の各ブロック部内部側面での多量 の反射光を発生することに起因して、均一性に優れた照明を得ることができない。こ れは、光路差生起部材 63のブロック部の幅が、レーザ光の入射幅と同等であること で、助長されている。
[0014] また、特許文献 2での光学系は、レンティキュラーレンズ 64 (アレイレンズ)の各レン ズ部分のレーザ光の入射面が平面をなすため、各レンズ部分に入射後の拡がり角 Θ を有するレーザ光が各レンズ部分の側面で多量に反射する。
[0015] これらの方法 ·装置による不均一なレーザを薄膜状の材料に照射して結晶化を行う と、結晶粒の大きさに不均一が生じることを免れ得ない。
課題を解決するための手段
[0016] 本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされ、特に、レーザ光源力も所 定の拡がり角を有する光線束としてのレーザ光を射出することに起因する技術的課 題を解決するものであり、その構成は、次の通りである。
請求項 1の発明は、拡がり角 Θを有する光線束としてのレーザ光 1を射出するレー ザ光源 Aに対し、一側面視で、複数のシリンドリカルレンズ 2aからなる第 1のアレイレ ンズ 2、複数のシリンドリカルレンズ 3aからなる第 2のアレイレンズ 3、光路差を与える 複数のブロック部 7aを備える光路差生起部材 7、集光レンズ 5及び被照射面 6を順次 に配置し、
レーザ光源 Aから射出されるレーザ光 1を第 1のアレイレンズ 2に透過させ、第 1のァ レイレンズ 2の幅 dを有する隣接するシリンドリカルレンズ 2aの個数に応じた複数の縮 小させた分割光線 9を得、該分割光線 9を第 2のアレイレンズ 3の対応するシリンドリカ ルレンズ 3aに個別に透過させて第 1のアレイレンズ 2のシリンドリカルレンズ 2aの幅 d よりも狭幅に縮小させた複数の縮小分割光線 10を得た後、各縮小分割光線 10を光 路差生起部材 7の対応するブロック部 7aを分割面側での反射を低減させて個別に透 過させ、コヒーレント性を調節するように縮小分割光線 10相互に光路差を生起させた 後、各縮小分割光線 10を集光レンズ 5によって重畳して被照射面 6に照射させること を特徴とする結晶化膜の形成方法である。
請求項 2の発明は、光路差生起部材 7のブロック部 7a相互の長さの差（A L)が、各 縮小分割光線 10にコヒーレント長を超える光路差を生起するように設定されているこ とを特徴とする請求項 1の結晶化膜の形成方法である。
請求項 3の発明は、光路差生起部材 7のブロック部 7aの幅 aは、第 1のアレイレンズ 2のシリンドリカルレンズ 2aの幅 dと同等以下の幅であることを特徴とする請求項 1又 は 2の結晶化膜の形成方法である。
請求項 4の発明は、第 1のアレイレンズ 2のシリンドリカルレンズ 2aのレーザ光 1の入 射面 11が正の凸曲面をなしていることを特徴とする請求項 1, 2又は 3の結晶化膜の 形成方法である。
請求項 5の発明は、第 1のアレイレンズ 2と被照射面 6とが共役の関係にあることを 特徴とする請求項 1, 2, 3又は 4の結晶化膜の形成方法である。
請求項 6の発明は、レーザ光源 A力 射出されて拡がり角 Θを有する光線束として のレーザ光 1を整形して被照射面 6に照射させる結晶化膜の形成装置において、 レーザ光源 Aに対し、一側面視でレーザ光 1を複数に分割 '縮小して分割光線 9とな した後、各分割光線 9を個別の縮小光線束にして縮小分割光線 10を得る分割，縮小 手段 (2, 3)と、
各縮小分割光線 10を分割面側での反射を低減させて個別に透過させ、コヒーレント 性を調節するように縮小分割光線 10相互に光路差を生起させるブロック部 7aを備え る光路差生起部材 7と、
光路差生起部材 7を透過した縮小分割光線 10 光させる集光レンズ 5とを備えさ せ、集光レンズ 5を透過させて重畳したレーザ光によって被照射面 6を照明させるこ とを特徴とする結晶化膜の形成装置である。
ここで、各縮小分割光線 10を光路差生起部材 7の対応するブロック部 7aを分割面 側での反射を低減させて個別に透過させ、コヒーレント性を調節するように各縮小分 割光線 10に光路差を生起させるとは、縮小分割光線 10相互に非コヒーレント性を与 える場合に加え、縮小分割光線 10同士に所定の干渉を調整して与える場合を含む 発明の効果
以上の説明によって理解されるように、本発明に係る結晶化膜の形成方法及びそ の装置によれば、次の効果を奏することができる。
請求項 1及び 6に係る発明によれば、拡がり角 Θを有する光線束としてのレーザ光 を射出するレーザ光源に対し、一側面視で、レーザ光を複数に分割 '縮小して分割 光線となした後、各分割光線を個別の縮小光線束にして縮小分割光線を得、この各 縮小分割光線を分割面側での反射を低減させて光路差生起部材のブロック部に個 別に透過させる。 [0018] 光路差生起部材の各ブロック部は、コヒーレント性を調節するように縮小分割光線 相互に光路差を生起させる。光路差生起部材を透過した各縮小分割光線は、集光 レンズによって集光させ、集光レンズを透過するレーザ光を重畳させて被照射面を 照明させる。
[0019] これにより、位置調節及び角度調節が容易で良好な像を得ることが可能な簡素な 光路差生起部材を用いながら、レーザ光を光路差を有する複数の個別の縮小分割 光線とする際の光路差生起部材の側面での反射を低減させ、均一なレーザを得るこ とがでさる。
[0020] また、光路差生起部材の各ブロック部には、 1つの縮小分割光線のみが透過するこ とによっても、均一なレーザ光が得られる。
[0021] 力べして、レーザ光同士の干渉が制御されると共に、均一なレーザを薄膜状の材料 に照射して結晶化を行い、均一な大きさの結晶粒を得ることが可能になる。加えて、 レーザ光を分割'縮小する手段、光路差生起部材、集光レンズ及び被照射面が順次 に配置されているので、被照射面のビーム形状に影響を与えることなぐ光路差生起 部材の長さを任意に設定して、レーザ光同士の干渉を制御することが可能である。
[0022] 請求項 2に係る発明によれば、光路差生起部材のブロック部相互の長さの差が、各 縮小分割光線にコヒーレント長を超える光路差を生起するように設定されて 、るため 、被照射面に照射させるときの縮小分割光線同士の干渉が良好に防止される。
[0023] 請求項 3に係る発明によれば、光路差生起部材のブロック部の幅 aは、第 1のアレイ レンズのシリンドリカルレンズの幅 dと同等以下の幅であるから、個別の縮小光線束に した縮小分割光線を小形のブロック部を有する光路差生起部材に透過させて、請求 項 1に係る発明と同様の効果を奏することができる。
[0024] 請求項 4に係る発明によれば、第 1のアレイレンズのシリンドリカルレンズのレーザ光 の入射面が正の凸曲面をなすため、第 1のアレイレンズのシリンドリカルレンズの側面 での反射を良好に抑制させ、更に均一なレーザ光を得ることができる。
[0025] 請求項 5に係る発明によれば、第 1のアレイレンズと被照射面とが物体と像との関係 になる共役の関係にあるため、第 1のアレイレンズによって分割した直後のビーム形 状を被照射面上で重畳することになり、レーザ光源の影響を低減させて、より均一な 照明を被照射面上に得ることが可能になる。カロえて、第 1のアレイレンズと被照射面と で共役な光線は、第 2のアレイレンズと集光レンズとの間で平行光線になるため、この 位置にブロック部からなる光路差生起部材を設置しても、共役の関係を変えることが なぐ分割した光線の光路差のみを変えることができる。平行光線は、ブロック部の入 出射端で発生し易い回折も防止可能である。
図面の簡単な説明
[0026] [図 1]本発明の 1実施の形態に係る結晶化膜の形成装置を、一側面視で示す概略図
[図 2]同じく入射面を正の凸曲面で形成する第 1のアレイレンズのシリンドリカルレンズ を示す図。
[図 3]同じく入射面を平面で形成する第 1のアレイレンズのシリンドリカルレンズを示す 図。
圆 4]従来の結晶化膜の形成装置を示す概略図。
[図 5]同じく光束分割手段を示す概略図。
[図 6]従来の他の結晶化膜の形成装置を示す概略図。
発明を実施するための最良の形態
[0027] 本発明は、レーザ光を光路差を有する複数の個別の縮小分割光線とする際の光路 差生起部材の側面での反射を低減させ、均一なレーザを得ることを目的とする。 実施例
[0028] 以下、図面と共に本発明による結晶化膜の形成方法及びその装置の好適な実施 の形態について説明する。
図 1,図 2は、本発明に係る結晶化膜の形成装置の 1実施の形態を示す。図 1中に おいて符号 Aはレーザ光源を示し、レーザ光源 Aに対し、一側面視で、第 1のアレイ レンズ 2、第 2のアレイレンズ 3、光路差を与える光路差生起部材 7、集光レンズ 5及び 被照射面 6を、順次に光軸 Xを一致させて配置している。なお、従来例でいうレンティ キュラーレンズ及びフライアイレンズをアレイレンズと定義する。
[0029] レーザ光源 Aは、光源と正レンズ（図示せず）とを備え、レーザ光源 Aから射出され たコヒーレント光は理論的には平行な光線束であるレーザ光 1となる力 このレーザ光 1は、実際にはレーザ光源 Aから発せられることに起因して、不可避的な拡がり角 Θ ( < lmrad)を有している。
[0030] 第 1,第 2のアレイレンズ 2, 3は、それぞれ隣接する複数（図上では各 5個）のシリン ドリカルレンズ 2a, 3aを結合して形成され、集光レンズ 5と共にホモジナイザを構成し ている。第 1のアレイレンズ 2の各シリンドリカルレンズ 2aは、焦点距離 flを有し、第 2 のアレイレンズ 3の各シリンドリカルレンズ 3aは、焦点距離 f 2を有し、同方向に延在配 置した第 1,第 2のアレイレンズ 2, 3間の距離を f2に合致させている。レーザ光源 Aか ら発せられるレーザ光 1は、第 1のアレイレンズ 2に入射して各シリンドリカルレンズ 2a によって収束されて分割され、分割光線 9となる。但し、 f2 >fl、かつ、 fl >f2Z2に 設定してある。
[0031] 各分割光線 9は、第 1のアレイレンズ 2のシリンドリカルレンズ 2aの個数に応じた光 源像 4を第 2のアレイレンズ 3の手前に形成し、各光源像 4力もの光 9は第 2のアレイレ ンズ 3の各シリンドリカルレンズ 3aに個別に入射し、ほぼ平行な縮小分割光線 10とさ れる。この第 1のアレイレンズ 2の各シリンドリカルレンズ 2a及び第 2のアレイレンズ 3の 各シリンドリカルレンズ 3aは、レーザ光 1を分割'縮小させた後、各分割光線 9を個別 のほぼ平行な光線束にして縮小分割光線 10を得る分割 ·縮小手段を構成して ヽる。 第 1のアレイレンズ 2の各シリンドリカルレンズ 2aは、レーザ光 1を光軸 x (X方向）と直 交する Y方向（図 1に示す一側面視で上下方向）に縮小させながら分割光線 9に分 割し、第 2のアレイレンズ 3の各シリンドリカルレンズ 3aは、光軸 Xと直交する Y方向で 各分割光線 9を縮小させながら平行な光線束である縮小分割光線 10にする。
[0032] なお、各縮小分割光線 10は、第 1のアレイレンズ 2のシリンドリカルレンズ 2aの幅 dよ りも狭幅に縮小させた複数の縮小分割光線 10とすれば、各縮小分割光線 10を光路 差生起部材 7のブロック部 7aの Y方向の両端にある側面による反射を生じさせること なく個別に透過させることが可能であるから、必ずしも正確に平行な光線束としなくて もよい。要するに、各縮小分割光線 10を、シリンドリカルレンズ 2aによる分割面側で の反射を低減させて、光路差生起部材 7の対応するブロック部 7aを個別に透過させ ればよい。
[0033] ここで、収束光を得る第 1のアレイレンズ 2のシリンドリカルレンズ 2aのレーザ光 1が 入射する曲率面 11は、図 2に示すように正の凸曲面に設定する。これにより、拡がり 角 Θを有するレーザ光 1が第 1のアレイレンズ 2のシリンドリカルレンズ 2aの Y方向の 両端にある側面 13で発生する反射を低減させることができる。
[0034] 集光レンズ 5は、焦点距離 fcを有する 1個の大きなシリンドリカルレンズによって構 成され、光路差生起部材 7の各ブロック部 7aを個別に透過した全ての縮小分割光線 10を被照射面 6の同一部分に収束させ、重畳'整形させる。従って、被照射面 6の任 意の一点 Pは、全ての光源像 4からの光によって照明される。被照射面 6と集光レン ズ 5との間の距離は、集光レンズ 5の焦点距離 fcに一致させてある。
[0035] 被照射面 6は、結晶化膜を形成する半導体 (薄膜材料)を設置する面となる。このよ うな第 1,第 2のアレイレンズ 2, 3間の距離を第 2のアレイレンズ 3の焦点距離 f2に一 致させ、かつ、被照射面 6と集光レンズ 5との間の距離を集光レンズ 5の焦点距離 fc に一致させる配置は、第 1のアレイレンズ 2と被照射面 6とに共役関係を与える。
[0036] しかして、レーザ光源 Aから発せられるレーザ光 1は、ホモジナイザを構成する第 1 ,第 2のアレイレンズ 2, 3及び集光レンズ 5を透過し、被照射面 6を照明するので、被 照射面 6に設置する薄膜材料に結晶化膜を形成することができる。
[0037] 第 1のアレイレンズ 2と被照射面 6とを共役の関係とすることにより、第 1のアレイレン ズ 2によって分割した直後の分割光線 9のビーム形状を被照射面 6上で重畳するた め、均一な照明を被照射面 6上に得ることができる。
[0038] また、第 1のアレイレンズ 2と被照射面 6とで共役な光線 8 (図 1に示す）は、第 2のァ レイレンズ 3と集光レンズ 5との間で平行光線になるため、この位置に光路差生起部 材 7を設置しても、共役の関係を変えることなく分割した光線の光路差のみを変えるこ とができる。光路差生起部材 7を透過する縮小分割光線 10は、 fl >f2Z2に設定し て縮小したことにより、光路差生起部材 3を構成するブロック部 7aの幅 aよりも狭くでき るため、ブロック部 7aの内部での反射を抑制でき、また、縮小分割光線 10が平行光 線になるため、ブロック部 7aの入出射端で発生する回折を防止できる。
[0039] このようなレーザ光源 A、第 1のアレイレンズ 2、第 2のアレイレンズ 3、集光レンズ 5 及び被照射面 6を備える結晶化膜の形成装置において、第 2のアレイレンズ 3と集光 レンズ 5との間に配置する光路差生起部材 7について説明する。 [0040] 光路差生起部材 7は、被照射面 6の任意の一点 Pでの各縮小分割光線 10の光路 差を、レーザ光源 Aから発せられるレーザ光 1のコヒーレント性が調節されるように生 起させ、干渉ひいては干渉縞を抑制又は制御する機能を有し、縮小分割光線 10の 個数に応じて複数の N個（図上では 5個）の光路差生起用のブロック部 7aを並列に 配置して構成される。一般的には、光路差生起部材 7により、光路差をレーザ光 1の 可干渉距離よりも大きくして、干渉縞の発生を防止する。
[0041] 各ブロック部 7aは、空気よりも大きな所定の屈折率を有し、 Y方向の同一の幅 a及 び光軸 X方向の相互に異なる長さ Lを有している。各ブロック部 7aの幅 aは、第 1のァ レイレンズ 2のシリンドリカルレンズ 2aの幅 dと同等以下の幅とし、各ブロック部 7aの長 さ Lは、干渉縞を抑制又は制御するように設定するが、一般的には、第 2のアレイレン ズ 3より射出する全ての縮小分割光線 10が、相互にコヒーレント長を超える光路差を 生ずるように設定する。
[0042] 具体的には、光路差生起部材 7の各ブロック部 7aは、幅 a、かつ、ブロック部 7aの長 さ L1 + (N- 1) · A Lの四角柱の石英ガラスからなる。但し、 L1は、最小のブロック 部 7aの長さ、 Nはブロック部 7aの個数に応じた整数である。すなわち、石英ガラスか らなる 5個のブロック部 7aは、最小のブロック部 7aの長さ L1とし、各段のブロック部 7 a相互の長さの差を A Lとして、中央に長さ LI +4' A L、中央の隣の LI + 3. A Lと L 1 + 2' A L、その隣に L1 + 1 · A L' ' 'というように配置した。この各ブロック部 7aの長 さの差 Δ Lが、一般的にはレーザ光 1にコヒーレント長を超える光路差を生ずる長さで ある。
[0043] 従って、第 2のアレイレンズ 3の各シリンドリカルレンズ 3aに個別に入射し、ほぼ平 行な光線とされた各光源像 4からの縮小分割光線 10は、各ブロック部 7aの中央部を 個別に透過し、光路毎に異なる光路長が与えられる。
[0044] 次に、作用について説明する。
レーザ光源 A力 発せられる拡がり角 Θ (< lmmd)を有する平行な光線束である レーザ光 1は、第 1のアレイレンズ 2の各シリンドリカルレンズ 2aによって各分割光線 9 として収束され、第 2のアレイレンズ 3より手前の同一面上にシリンドリカルレンズ 2aの 個数に応じた光源像 4を形成する。各光源像 4からの分割光線 9は、第 2のアレイレン ズ 3の各シリンドリカルレンズ 3aに個別に入射し、ほぼ平行な光線とされる。
[0045] すなわち、拡がり角 Θをもってコヒーレントな光源 Aより発生したレーザ光 1は、焦点 距離 f 1、レンズ幅 dの N個のシリンドリカルレンズ 2aより構成される第 1のアレイレンズ 2を透過し、焦点距離 f2、幅 dの N個のシリンドリカルレンズ 3aより構成される第 2のァ レイレンズ 3を透過する。従って、レーザ光 1は、分割'縮小手段（2, 3)により、複数 に分割 '縮小した分割光線 9となした後、各分割光線 9が個別の平行光線束からなる 縮小分割光線 10になる。
[0046] fl < f2であれば、光源像 4は第 1のアレイレンズ 2と第 2のアレイレンズ 3との間に形 成され、 fl >f2Z2であれば、各分割光線 9は、第 1のアレイレンズ 2の各シリンドリカ ルレンズ 2aの幅 dと同一幅 d以下の第 2のアレイレンズ 3の各シリンドリカルレンズ 3aの 中央部を透過し得る。分割光線 9がシリンドリカルレンズ 3aの中央部を透過することに より、第 2のアレイレンズ 3の側面で発生する反射が低減される。
[0047] また、レーザ光 1が入射する第 1のアレイレンズ 2の各シリンドリカルレンズ 2aの曲率 面 11は、図 2に示すように正の凸曲面に設定されているため、第 1のアレイレンズ 2の 側面で発生する反射が低減される。
[0048] ここで、レーザ光源 Aからの平行な光線束力 なるレーザ光 1は、若干の拡がり角 Θ
« lmrad)を有しているため、各シリンドリカルレンズ 2aに入射後にレンズ 2aの内部 での反射光を多く生ずると、この影響が被照射面 6に無視できない不均一光として現 れる。
[0049] これに対し、図 2に示すように第 1のアレイレンズ 2のシリンドリカルレンズ 2aのレー ザ光 1の入射する曲率面 11を凸曲面に R設定し、入射直後に収束光とすることで、 各シリンドリカルレンズ 2aの Y方向の両端にある内部側面 13での反射を極力防止し 、照明光の均一性に影響しない程度にまで反射光を低減ないし皆無にさせることが できる。つまり、図 3に示すように各シリンドリカルレンズ 2a'の入射面 11 'を平面（又 は凹曲面)で形成すると、拡がり角 Θを有するレーザ光 1は、屈折後にアレイレンズ 2 ，の Y方向にある側面 13 'で多量に全反射し、その反射光が第 2のアレイレンズ 3の 対応するシリンドリカルレンズ 3aのみならず、隣接する非対応のシリンドリカルレンズ 3 aにも入射する。なお、第 1のアレイレンズ 2の各シリンドリカルレンズ 2aの射出面 12は 、平面でよい。
[0050] このようにして第 2のアレイレンズ 3を透過した縮小分割光線 10は、幅 dより狭幅の 実質的な平行光線束とされて光路差生起部材 7の各ブロック部 7aを透過する。このと き、光路差生起部材 7の特に Y方向の両端の側面での反射及び回折は見られなか つた。この光路差生起部材 7のブロック部 7aの Y方向の幅 aは、第 1のアレイレンズ 2 のレンズ 2aの同方向の幅 dと同等以下の幅でよい。
[0051] 各縮小分割光線 10は、対応する光路差生起部材 7のブロック部 7aを透過した後、 焦点距離 fcよりなる集光レンズ 5を透過し、重畳されて整形されたレーザ光となって 被照射面 6を照明する。集光レンズ 5は、被照射面 6から焦点距離 fcの位置に配置し てあるから、平行光線束力もなる各縮小分割光線 10は、集光レンズ 5を透過すること によって被照射面 6に集合されて被照射面 6を照射し、被照射面 6に設置する半導 体面に結晶化膜を形成する。
[0052] 光路差生起部材 7のブロック部 7aを透過した各縮小分割光線 10は、一般的に実質 的な非可干渉の状態にあるため、被照射面 6での干渉縞の発生が防止され、かつ、 均一性に優れる整形されたレーザ光 1を薄膜状の材料に照射することになり、結晶粒 の大きさが均一であるなどの面内均一性に優れた結晶化膜を得ることが可能になる。
[0053] 第 1のアレイレンズ 2と被照射面 6とは共役であるため、第 1のアレイレンズ 2の任意 の 1点は、光路差生起部材 7の長さ Lの長短によらず、被照射面 6の任意の 1点 Pに 集光する。ブロック部 7aの入出射端面で発生し易い回折も防止できる。
[0054] この光学系で整形したレーザ光線を例えば a— Si膜の結晶化に使用することにより 、これまで低コヒーレント性のエキシマレーザによって構成して 、たレーザァニール 装置を、固体レーザに変換することが可能になる。
[0055] エキシマレーザを生ずるレーザ光源 Aは、活性なガスを用いているため、数日に 1 回のガス交換等のメンテナンスを必要とする力 固体レーザを使用することで、この種 のメンテナンスを必要としない装置を構成できる。また、固体レーザは、パルスェネル ギ一の変動率に優れている（エキシマレーザは 4〜6%、固体レーザは 1〜2%といわ れている）、繰り返し周波数が高い（エキシマレーザは 300〜400kHz、固体レーザ は 10〜20kHz)、直線偏光である（エキシマレーザはランダム偏光）、という点におい て優れており、固体レーザの特徴を生力した薄膜状の材料の結晶化が可能となり、 膜の結晶粒の均一性の向上、結晶粒の大きさの増大等に効果が期待できる。
[0056] 実際に、上記の結晶化膜の形成装置において、コヒーレントなレーザ光源 Aとして、 YAGレーザの 2倍高調波であるえ = 532nmのレーザ光 1を発するものを使用し、干 渉しない光路差： Δ Laを計測すると 3mmであったため、上記ブロック部 7a同士の長 さの差 A Lを（石英の屈折率一空気の屈折率） ' 3mm=4. 5mmより長い 5mmとして 5個（N個）の四角柱のブロック部 7aからなる光路差生起部材 7を使用し、均一化した レーザ (縮小分割光線 10)を被照射面 6に配置した薄膜 50nmであるガラス上に形成 した a— Si膜に重畳させて照射したところ、均一性が良好な結晶化膜である結晶化 Si 膜が得られた。
[0057] なお、光路差生起部材 7を構成する各ブロック部 7a相互間に付与する光路差をレ 一ザ光 1のコヒーレント長と同程度ないし若干短くすることで、特開平 10— 256152 号に記載されるような光束干渉を発生させて、熱密度分布の周期を制御して、結晶 形状を制御することも可能である。すなわち、大きな結晶粒を成長させるためには、レ 一ザ光の強度を調節し残留核密度と核発生位置を制御することが重要であり、レー ザ光に数 W mほどの周期的な強度分布を形成して、低強度部分に残留核を形成す ることが有効である。このレーザ光の周期的な強度分布は、縮小分割光線 10相互に コヒーレント長と同程度ないし若干短く光路差を生起させ、そのコヒーレント性を調節 したレーザ光の干渉によって作成することができる。
[0058] 従って、上述したように各縮小分割光線 10を分割面側での反射を低減させて、光 路差生起部材 7の対応するブロック部 7aを個別に透過させ、コヒーレント性を調節す るように各縮小分割光線 10に光路差を生起させた後、各縮小分割光線 10を集光レ ンズ 5によって重畳して被照射面 6に照射させ、被照射面 6に結晶化膜を形成するこ とにより、拡がり角 Θを有する平行な光線束としてのレーザ光 1を使用して、レーザ光 1を複数の個別の縮小光線束にして縮小分割光線 10とする際の光路差生起部材 7 の側面での反射を低減させ、均一なレーザを得ることができる。また、光路差生起部 材 7の各ブロック部 7aには、 1つの縮小分割光線 10のみが透過し、均一なレーザ光 1が得られる。力べして、レーザ光同士が干渉することが良好に制御されると共に、均 一なレーザ光を薄膜状の材料に照射して結晶化を行 、、均一な大きさの結晶粒を得 ることが可能になる。
[0059] ところで、上記 1実施の形態の光路差生起部材 7の複数のブロック部 7aは、個別の ブロック部 7aの集合体にて形成したが、階段状をなす単一の光路差生起部材 7に複 数のブロック部 7aを形成してもよ!/、。
産業上の利用の可能性
[0060] 本発明は、半導体の露光装置に限ることなぐプリンタ等の像形成分野にも適用可 能である。

Claims

請求の範囲
[1] 拡がり角（ Θ )を有する光線束としてのレーザ光（1)を射出するレーザ光源 (A)に対し 、一側面視で、複数のシリンドリカルレンズ (2a)力もなる第 1のアレイレンズ (2)、複数 のシリンドリカルレンズ (3a)力もなる第 2のアレイレンズ (3)、光路差を与える複数の ブロック部 (7a)を備える光路差生起部材 (7)、集光レンズ (5)及び被照射面 (6)を順 次に配置し、
レーザ光源 (A)力も射出されるレーザ光（1)を第 1のアレイレンズ (2)に透過させ、第 1のアレイレンズ (2)の幅 (d)を有する隣接するシリンドリカルレンズ (2a)の個数に応 じた複数の縮小させた分割光線 (9)を得、該分割光線 (9)を第 2のアレイレンズ (3) の対応するシリンドリカルレンズ（3a)に個別に透過させて第 1のアレイレンズ（2)のシ リンドリカルレンズ (2a)の幅 (d)よりも狭幅に縮小させた複数の縮小分割光線（10)を 得た後、各縮小分割光線（10)を光路差生起部材 (7)の対応するブロック部（7a)を 分割面側での反射を低減させて個別に透過させ、コヒーレント性を調節するように縮 小分割光線（10)相互に光路差を生起させた後、各縮小分割光線（10)を集光レン ズ (5)によって重畳して被照射面 (6)に照射させることを特徴とする結晶化膜の形成 方法。
[2] 光路差生起部材 (7)のブロック部（7a)相互の長さの差（ Δ L)が、各縮小分割光線（
10)にコヒーレント長を超える光路差を生起するように設定されて!、ることを特徴とす る請求項 1の結晶化膜の形成方法。
[3] 光路差生起部材 (7)のブロック部（7a)の幅 (a)は、第 1のアレイレンズ (2)のシリンド リカルレンズ（2a)の幅（d)と同等以下の幅であることを特徴とする請求項 1又は 2の 結晶化膜の形成方法。
[4] 第 1のアレイレンズ (2)のシリンドリカルレンズ (2a)のレーザ光（1)の入射面（11)が 正の凸曲面をなしていることを特徴とする請求項 1, 2又は 3の結晶化膜の形成方法
[5] 第 1のアレイレンズ (2)と被照射面 (6)とが共役の関係にあることを特徴とする請求項
1, 2, 3又は 4の結晶化膜の形成方法。
[6] レーザ光源 (A)力も射出されて拡がり角（ Θ )を有する光線束としてのレーザ光（1)を 整形して被照射面 (6)に照射させる結晶化膜の形成装置において、
レーザ光源 (A)に対し、一側面視でレーザ光（1)を複数に分割'縮小して分割光線（ 9)となした後、各分割光線 (9)を個別の縮小光線束にして縮小分割光線（10)を得 る分割'縮小手段 (2, 3)と、
各縮小分割光線（10)を分割面側での反射を低減させて個別に透過させ、コヒーレ ント性を調節するように縮小分割光線（10)相互に光路差を生起させるブロック部（7a )を備える光路差生起部材 (7)と、
光路差生起部材 (7)を透過した縮小分割光線（10)を集光させる集光レンズ (5)とを 備えさせ、
集光レンズ (5)を透過させて重畳したレーザ光によって被照射面 (6)を照明させるこ とを特徴とする結晶化膜の形成装置。
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